一種單電極產生低溫等離子體的裝置製造方法
2023-05-11 01:16:36
一種單電極產生低溫等離子體的裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種單電極產生低溫等離子體的裝置，包括高頻電源模塊、匹配模塊、高頻升壓模塊、線電極、成對的金屬球電極；高頻電源模塊通過匹配模塊與高頻升壓模塊相連，所述高頻升壓模塊還與其中一個金屬球電極相連，所述該金屬球電極通過線電極連接另一個金屬球電極；高頻電源模塊產生的高頻源信號經過匹配模塊對高頻升壓模塊進行激勵產生高壓，高壓加載到成對金屬球直間的線電極上，線電極周圍的空氣被擊穿放電，產生線狀的低溫等離子體；本發明實現了在常壓下用一根線狀電極即可以產生寬幅低溫等離子體，只需在材料的一面進行低溫等離子體處理，有效地改善了DBD低溫等離子體兩個電極之間的距離限制和不能處理比較厚的高分子材料或中空的材料。
【專利說明】一種單電極產生低溫等離子體的裝置
【技術領域】
[0001]本發明公開了一種單電極產生低溫等離子體的裝置，屬於低溫等離子體材料處理和工業廢氣處理環保【技術領域】。
【背景技術】
[0002]低溫等離子體中存在大量的活性粒子，比通常的化學反應器所產生的活性粒子種類更多活性更強，更易於和所接觸的材料表面以及各類氣體發生反應。因此，在材料、環保等領域有著極其廣泛的應用前景，比如材料表面改性、空氣淨化、大氣汙染處理等。
[0003]現有技術中，介質阻擋放電DBD技術作為一種氣體放電形式，通過在電極間引入阻擋介質，可在放電發生時限制放電電流的自由增長，阻止電極間火花放電或者弧光放電的形成，具有放電功率密度適中的特點，並可以採用多种放電結構、混合氣體和不同的輸入功率、電壓、頻率、氣壓氣流等工作條件，具有較強的適應性，非常適合工業化應用。但其存在一個難以克服的問題，即普通的平行平板型大氣壓介質阻擋放電因放電區域受限於兩極板之間的狹小區域，因而不能處理複雜結構的材料或者尺寸較厚的材料或者中空材料，其工業應用範圍存在一定的局限性。低溫等離子體噴槍雖然可以處理複雜結構的材料或者尺寸較厚的材料或者中空材料，但噴槍產生低溫等離子體的處理範圍一般比較小，只有幾個毫米到幾十毫米，要處理寬幅的複雜結構的材料或者尺寸較厚的材料或者中空材料則需要多組噴槍複合使用，其成本昂貴並有電磁兼容的相互幹擾問題。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是:針對現有技術的缺陷，提供一種單電極產生低溫等離子體的裝置，針對以上介質阻擋放電DBD技術放電區域受限於兩極板之間的狹小區域，噴槍產生低溫等離子體的處理範圍一般比較小，只有幾個毫米到幾十毫米，本發明提供了一種大氣壓條件下單電極產生寬幅低溫等離子體的裝置，實現了在常壓下用一根線狀電極即可以產生寬幅低溫等離子體，只需在材料的一面進行低溫等離子體處理，有效地改善了 DBD低溫等離子體兩個電極之間的距離限制和不能處理比較厚的高分子材料或中空的材料和噴槍產生低溫等離子體的處理範圍一般比較小，只有幾個毫米到幾十毫米，不能一次處理寬幅的材料。
[0005]本發明為解決上述技術問題採用以下技術方案:
一種單電極產生低溫等離子體的裝置，包括順次相連接的高頻電源模塊、匹配模塊和高頻升壓模塊，所述高頻升壓模塊的輸出端還連接有一個金屬球電極，所述金屬球電極經過線電極與另一個金屬球電極相連接；
高頻電源模塊產生的高頻源信號經過匹配模塊對高頻升壓模塊進行激勵產生高壓,高壓加載到成對金屬球直間的線電極上，線電極上的高壓達到設定的閾值時，線電極周圍的空氣被擊穿放電，線電極上產生線狀的低溫等離子體。
[0006]作為本發明的進一步優選方案,所述線電極的長度範圍為50mm?5000mm,優選200?2000mm,直徑範圍為0.1mm?1.0mm,優選0.6mm。
[0007]作為本發明的進一步優選方案,所述金屬球電極的直徑範圍為20mm?100mm,優選 30_。
[0008]作為本發明的進一步優選方案，所述高頻電源模塊為高頻正弦波電源，其頻率範圍在 20KHz ?200KHz，優選 50KHz ?10KHz。
[0009]作為本發明的進一步優選方案，所述匹配模塊為匹配電感。
[0010]作為本發明的進一步優選方案，所述匹配電感的電感值範圍為ImH?20mH，優選優選2?5mH。
[0011]作為本發明的進一步優選方案，所述線電極上加載的高壓為正弦高壓，正弦高壓設定的閾值為10000V?30000 V。
[0012]本發明採用以上技術方案與現有技術相比，具有以下技術效果:
I)本發明提供了大氣壓條件下單電極產生線狀低溫等離子體，其結構合理，設計科學，有效地解決了 DBD低溫等離子體只能在兩電極之間的小間隙放電。
[0013]2)本發明提供了大氣壓條件下單電極產生線狀低溫等離子體，其線放電寬度可以從幾十毫米到幾千毫米，有效地解決了其它射流低溫等離子體只能產生小範圍放電的問題。
[0014]3)本發明提供了大氣壓條件下單電極產生線狀低溫等離子體，如果作為材料處理，只需在材料的一面進行低溫等離子體處理，有效地改善了 DBD低溫等離子體兩個電極之間的距離限制和不能處理比較厚的高分子材料或中空的材料。
[0015]4)本發明提供了大氣壓條件下單電極產生線狀低溫等離子體，在線電極的周邊可以產生直徑約10?60mm的低溫等離子體，其低溫等離子體的長度即為線電極的長度，可以從幾十毫米到幾千毫米，可以處理任意厚平面，準平面和旋轉平面的高分子材料或中空材料。由於本發明的線狀低溫等離子體裝置所產生的等離子體的宏觀溫度比較低，可用於各種二維和三維形狀的高分子材料和各種絕緣材料的表面處理，其工業應用前景廣闊。
[0016]5)本發明提供了大氣壓條件下單電極產生線狀低溫等離子體，由於電極結構簡單，如果用於工業廢氣處理，則結構簡單，安全，可靠，低成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明單電極低溫等離子體發生裝置的結構示意圖，
其中:1-高頻正弦波電源、2-匹配電感、3-高頻升壓變壓器、4-大地地線、5-金屬球、6-金屬線電極、7-低溫等離子體、8-金屬球。
[0018]圖2是本發明的一個具體實施例的實施裝置圖，
其中:1-高頻正弦波電源、2-匹配電感、3-高頻升壓變壓器、4-大地地線、5-金屬球、6-金屬線電極、9是設備機架。
【具體實施方式】
[0019]下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
[0020]本發明公開了一種單電極產生低溫等離子體的裝置，包括順次相連接的高頻電源模塊、匹配模塊和高頻升壓模塊，所述高頻升壓模塊的輸出端還連接有一個金屬球電極，所述金屬球電極經過線電極與另一個金屬球電極相連接；高頻電源模塊產生的高頻源信號經過匹配模塊對高頻升壓模塊進行激勵產生高壓，高壓加載到成對金屬球之間的線電極上，線電極上的高壓達到設定的閾值時，線電極周圍的空氣被擊穿放電，線電極上產生線狀的低溫等離子體。
[0021]下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步的詳細說明:
本發明中，採用下面的實例來解釋本發明:
金屬線電極的長度可以在50?5000mm的長度範圍內，優選200?2000mm，直徑範圍為0.1mm?1.0mm,優選0.6mm,其兩端分別固定在一個金屬球電極上,金屬球電極的直徑範圍在20?100mm，優選30mm，以保證低溫等離子體被限制和約束在線電極的線長度範圍內。高頻正弦波電源I輸出的中壓正弦波，其頻率範圍在20KHz?200 KHz，優選在50KHz?ΙΟΟΚΗζ，經匹配電感2對高頻升壓變壓器3原邊進行激勵，經高頻升壓變壓器升壓後的高壓加載到由金屬球電極5、金屬球電極8和金屬線電極6組成的低溫等離子體發生電極上，由於金屬線電極的曲率半徑非常的小，當線電極上的正弦高壓達到10000?30000伏特時，空氣被擊穿放電，在線電極上即產生線狀低溫等離子體。由於線電極6、金屬球電極5、金屬球電極8和其產生的低溫等離子體懸浮在空間，其相對應的另外一個電極是大地，因而，高頻升壓變壓器3的高壓輸出端接低溫等離子體的放電電極，而高頻升壓變壓器3的另外一個低壓端必須接大地地線以形成迴路，如圖1中，高頻升壓變頻器3的高壓輸出端9接金屬球電極5，高頻升壓變壓器3的低壓端4接地。
[0022]高頻正弦波電源的輸出端和高頻升壓變壓器之間的匹配電感有三個作用。I)由於線電極，金屬球和其產生的低溫等離子體相對於大地之間等效為電容，其電容經過高頻升壓變壓器3反射到原邊也為容性，為了使高頻正弦波電源的輸出和高頻升壓變壓器之間匹配，在其中間插入了匹配電感2，使容性負載經電感匹配後抵消負載的容性電抗，以提高高頻正弦波電源能量傳輸效率；2)匹配電感和負載的等效電容進行諧振，諧振後可以倍增負載的激勵電流，減小高頻升壓變壓器的匝數比，便於高頻升壓變壓器的的設計和製作；3)在負載和地之間出現短路或拉電弧時，匹配電感可以限流，防止損壞高頻正弦波電源。匹配電感的電感量在I?20 mH,優選2?5mH。
[0023]在使用時，可以按照需要產生低溫等離子體的長度，選擇好相應長度的線電極，調整高頻正弦波電源的輸出頻率，使高頻正弦波電源的輸出功率最大，即表示匹配電感和負載已經匹配，在線電極上即可以產生低溫等離子體。調整高頻正弦波電源的輸出電壓，即可調節線電極上的低溫等離子體的放電強度。
[0024]本發明的一個具體實施例中，實施裝置圖如圖2所示，圖中，在設備機架9上，高頻正弦波電源I經過匹配電感2、高頻升壓變壓器3後與金屬球5相連接，設備機架9還設置有接地的大地地線4，金屬球5和金屬線電極6相連接，在金屬線電極6上產生低溫等離子體。
[0025]本發明大氣壓條件下單電極產生線狀低溫等離子體，其結構合理，設計科學，有效地解決了 DBD低溫等離子體只能在兩電極之間的小間隙放電；本發明提供了大氣壓條件下單電極產生線狀低溫等離子體，其線放電寬度可以從幾十毫米到幾千毫米，有效地解決了其它射流低溫等離子體只能產生小範圍放電的問題；本發明提供了大氣壓條件下單電極產生線狀低溫等離子體，如果作為材料處理，只需在材料的一面進行低溫等離子體處理，有效地改善了 DBD低溫等離子體兩個電極之間的距離限制和不能處理比較厚的高分子材料或中空的材料。本發明提供了大氣壓條件下單電極產生線狀低溫等離子體，在線電極的周邊可以產生直徑約I?60mm的低溫等離子體，其低溫等離子體的長度即為線電極的長度，可以從幾十毫米到幾千毫米，可以處理厚的平面，準平面和旋轉平面的高分子材料或中空的材料。由於本發明的線狀低溫等離子體裝置所產生的等離子體的宏觀溫度比較低，可用於各種二維和三維形狀的高分子材料和各種絕緣材料的表面處理，其工業應用前景廣闊；
本發明提供了大氣壓條件下單電極產生線狀低溫等離子體，由於電極結構簡單，如果用於工業廢氣處理，則結構簡單，安全，可靠，低成本。
[0026]上面結合附圖對本發明的實施方式作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施方式，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下做出各種變化。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員。
[0027]在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質，在本發明的精神和原則之內，對以上實施例所作的任何簡單的修改、等同替換與改進等，均仍屬於本發明技術方案的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種單電極產生低溫等離子體的裝置，包括順次相連接的高頻電源模塊、匹配模塊和高頻升壓模塊，其特徵在於:所述高頻升壓模塊的輸出端還連接有一個金屬球電極，所述金屬球電極經過線電極與另一個金屬球電極相連接； 高頻電源模塊產生的高頻源信號經過匹配模塊對高頻升壓模塊進行激勵產生高壓,高壓加載到成對金屬球之間的線電極上，線電極上的高壓達到設定的閾值時，線電極周圍的空氣被擊穿放電，線電極上產生線狀的低溫等離子體。
2.如權利要求1所述的一種單電極產生低溫等離子體的裝置，其特徵在於:所述線電極的長度範圍為50mm-5000mm,優選200?2000mm,直徑範圍為0.1mm?1.0mm,優選0.6mm。
3.如權利要求2所述的一種單電極產生低溫等離子體的裝置，其特徵在於:所述金屬球電極的直徑範圍為20mm?100mm,優選30mm。
4.如權利要求1所述的一種單電極產生低溫等離子體的裝置，其特徵在於:所述高頻電源模塊為高頻正弦波電源，其頻率範圍在20KHz-200KHz，優選50KHz?ΙΟΟΚΗζ。
5.如權利要求1所述的一種單電極產生低溫等離子體的裝置，其特徵在於:所述匹配模塊為匹配電感。
6.如權利要求5所述的一種單電極產生低溫等離子體的裝置，其特徵在於:所述匹配電感的電感值範圍為ImH?20mH，優選2?5mH。
7.如權利要求1所述的一種單電極產生低溫等離子體的裝置，其特徵在於:所述線電極上加載的高壓為正弦高壓，正弦高壓設定的閾值為10000V?30000 V。
【文檔編號】H05H1/24GK104284502SQ201410585628
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】萬京林, 萬良淏, 萬良慶 申請人:南京蘇曼等離子科技有限公司