一種介質阻擋電暈放電反應器的製作方法
2023-05-15 20:27:21
專利名稱：一種介質阻擋電暈放電反應器的製作方法
技術領域：
本發明涉及等離子體產生裝置，具體為一種介質阻擋電暈放電反應器。
技術背景
低溫等離子體應用中，當氣體電離生成電子、正離子時，一般在一段時間內發 生結合，回到中性分子狀態。在分子離解時常生成自由基；生成的電子結合中性原子、 分子形成負離子。因此，整個等離子體是電子、正負離子、激發態原子、原子以及自由 基的混合狀態。因為各種化學反應都是在高激發態下進行的，與經典的化學反應完全不 同，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 料發生反應，因此它們被用來對材料表面進行處理及化學改性。
和傳統的方法相比，等離子表面處理具有顯著的優點成本低、無廢棄物、無 汙染，可得到傳統的化學方法難以得到的處理效果。
目前，等離子體表面處理在工業上應用得比較多的是在表面改性、滅菌消毒以 及化學改性方面。
低溫等離子體產生有低氣壓和大氣壓兩種方式，低氣壓由於需要真空系統，增 加投資和運行成本，也使生產難以連續運行，而大氣壓下低溫等離子體可以克服以上缺 陷。
常見的大氣壓氣體放電形式有電弧、等離子體射流、介質阻擋放電、輝光放 電、電暈放電。對於等離子體表面處理和化學改性在工業上的應用，電弧的高溫將損壞 被處理的材料；等離子體射流通常難以形成大面積均勻的等離子體；DBD等離子體有以 下缺點(I)DBD由一些放電細絲組成，難以對材料表面進行均勻處理；O)DBD放電細 絲直徑很小但電流密度很大，可能使介質或試品表面燒蝕或穿孔。實現大氣壓下的輝光 形式的均勻穩定放電十分困難，關鍵問題在於如何降低放電場強，使得放電處於電子崩 階段，限制電流密度的自由增長，抑制放電向流注階段的發展。常規的電暈放電結構為 線筒式結構、線板式結構、針板式結構，電暈放電的電暈區較小僅限於電暈電極附近， 放電電流也比較弱。若提高放電電壓容易形成火花擊穿。發明內容
本發明的目的是提供一種介質阻擋電暈放電反應器，以避免現有技術大氣壓下 氣體放電產生等離子體存在的問題，能實現大氣壓下大面積均勻產生等離子體。
為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案為
一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於包括有外電極、內電極和位於外 電極、內電極之間的介質阻擋層，所述外電極採用金屬材料，外電極接電源，所述內電 極為金屬網，內電極接地，所述介質阻擋層採用絕緣材料。
所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述外電極為銅板或不鏽 鋼板，所述內電極為不鏽鋼絲網或鎳鉻合金絲網，所述介質阻擋層為聚四氟、石英玻璃或者陶瓷。所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述內電極的網格為米字 形、田字形或方形。所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述外電極為金屬平板， 內電極為與外電極平行的平面金屬網，內、外電極之間的介質阻擋層為與外電極平行的 絕緣平板。所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於多個由所述外電極、內 電極、介質阻擋層構成的放電反應器彼此相互平行放置構成並聯結構的立體狀放電反應
ο所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述外電極為金屬筒，內 電極為筒狀的金屬網，介質阻擋層為絕緣筒，所述介質阻擋層套在內電極外，外電極套 在介質阻擋層外，且所述內電極、外電極、介質阻擋層共中心軸。所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述外電極為金屬框，內 電極為框狀的金屬網，介質阻擋層為絕緣框，所述介質阻擋層套在內電極外，外電極套 在介質阻擋層外，所述內電極、外電極、介質阻擋層的框壁相互平行且共中心點。所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述電源為高頻脈衝電 源，電源輸出電壓在0-25KV可調，輸出頻率9kHz-75kHz之間可調。在常壓下，當電場強度不均勻或是一個電極附近的電場比電極間其它部位的電 場強得多時，電壓升高到一定程度，電極附近的氣體介質會被局部擊穿而產生電暈放電 現象。本發明採用薄板電極、阻擋介質層和內電極的金屬網的結構，在外加交流高壓 的作用下，內電極的金屬網結構周圍產生的電暈預電離能夠降低氣隙放電場強，阻擋介 質層可以抑制電弧放電的形成，從而在反應器中出現大面積均勻穩定的介質阻擋電暈放 H1^ ο採用內外電極和介質阻擋層構成放電反應器可以構成結構為圓筒形、立方體； 或者多個放電反應器平行並聯，中間留有空間的立方體。筒形或立方體的放電反應器可 外加絕緣體支架和金屬外殼，即可形成類似微波爐形狀的介質阻擋電暈放電反應器。在 反應器的背面可以加裝風扇以加強等離子體處理效果，反應器前面為裝有玻璃觀察窗和 金屬屏蔽網的門。在電暈放電中，電極的幾何構型起著關鍵作用。電場的不均勻性把主要的電離 過程局限於局部電場很高的電極附近，特別是發生在曲率半徑很小的電極薄層中。本發 明內電極採用金屬網結構，將大的放電區域分為許多個微放電區，從而形成大面積均勻 穩定的電暈放電區。阻擋介質層的主要作用是限制微放電中帶電粒子的運動，使微放電成為一個 個短促的脈衝；讓微放電均勻穩定地分布在內、外電極之間，防止火花放電。為了避免絲狀放電，根據電壓頻率-離子捕獲機制，採用高頻脈衝電源，電源 輸出電壓在0-25KV可調，輸出頻率9kHz-75kHz之間可調，並調整電極間距。因為在變 化的電場中，頻率和間隙的長短都可能對放電產生影響。如果間隙中的離子不能在外加 電壓的半周期時間內完全進入電極(或擴散離開間隙)，在間隙中形成空間電荷，放電過程將受前一時期空間電荷的影響，這些空間電荷將隨電場極性的變化在電極之間振蕩、 增加並累積，直至擊穿。這樣擊穿電壓明顯低於靜態擊穿電壓，有助於降低氣隙間的放 電場強而避免絲狀放電。
本發明在相同的外加電壓和放電空間間隙中，因為有電暈電離效應，可以產生 並傳輸更多的電荷，同時也輸出更高的放電功率。本發明放電時能獲得更強的脈衝電壓 和電流，使得放電時的能量更加集中。
圖1為本發明組成結構圖。
圖2為具有不同結構的本發明結構圖，其中
圖&為立體狀的並聯結構，圖沈為圓筒狀結構，圖北為框狀結構。
圖3為內電極網格示意圖，其中
圖3a為田字網格，圖3b為米字網格，圖北為字網格。
圖4為汙染氣體處理時本發明結構圖。
具體實施方式
如圖1所示。一種介質阻擋電暈放電反應器，包括有外電極1、內電極3和位於 外電極1、內電極3之間的介質阻擋層2，外電極1採用金屬材料，外電極1接電源，內 電極3為金屬網，內電極3接地，介質阻擋層2採用絕緣材料。
外電極1為銅板或不鏽鋼板，內電極3為不鏽鋼絲網或鎳鉻合金絲網，介質阻擋 層2為聚四氟、石英玻璃或者陶瓷。
如圖3所示。內電極3的網格為米字形、田字形或方形。
外電極1為金屬平板，內電極3為與外電極1平行的平面的金屬網，內、外電極 3、1之間的介質阻擋層2為與外電極平行的絕緣平板。
如圖&所示。兩個由外電極1、內電極3、介質阻擋層2構成的放電反應器彼 此相互平行放置構成並聯結構的立體狀放電反應器。
如圖沈所示。外電極1為金屬筒，內電極3為筒狀的金屬網，介質阻擋層2為 絕緣筒，介質阻擋層2套在內電極3外，外電極1套在介質阻擋層2外，且內電極3、外 電極1、介質阻擋層2共中心軸。
如圖北所示。外電極1為金屬框，內電極3為框狀的金屬網，介質阻擋層2為 絕緣框，介質阻擋層2套在內電極3外，外電極1套在介質阻擋層2外，內電極3、外電 極1、介質阻擋層2的框壁相互平行且共中心點。
電源為高頻脈衝電源，電源輸出電壓在0-25KV可調，輸出頻率9kHz-75kHz之間可調。
具體實施例一常壓等離子體滅菌
用大氣壓介質阻擋電暈放電反應器對玻璃器皿表面的細菌做了失活實驗。結果 表明，這种放電反應器產生的等離子體能夠使IO6數量級的枯草芽孢桿菌在2分鐘時全部 失活、使枯草桿菌黑色變種芽孢和嗜熱脂肪芽孢桿菌在5分鐘後全部失活。這表明本發 明的放電反應器等離子體的殺菌效果是非常有效的。而且在滅菌過程中，放電反應器內部的溫度並沒有顯著升高，因此不會對材料本身的性質造成影響。這是因為等離子體產生過程中，可放出大量紫外線，這種高能紫外光可以破壞 DNA等核酸而起到殺菌作用。等離子體中含有大量的02_、OH > NO >羥基、氫氧基、氫、氧等活性自由 基，活性自由基以破壞微生物膜結構實現殺菌作用為主，同細菌細胞壁中的脂蛋白或細 胞膜中的磷脂質、蛋白質發生化學反應，從而使細胞壁和細胞受到破壞，使其失去活 性。本發明結構簡單，能夠直接在大氣壓下操作、使用空氣作為工作氣體，可以在 醫療、衛生、食品等行業使用。具體實施例二 等離子體表面改性由於塑料材料成本低廉、使用方便、易於消毒，所以利用它們作為組織培養的 材料變得越來越普遍。然而，未經處理的材料表面具有疏水性，不能提供足夠的結合點 來使細胞和具有生物活性的分子有效的結合在它們的表面。將培養皿、培養瓶放入放電反應器中，放電產生等離子體，在放電反應器中處 理10-15分鐘。經等離子體處理的培養皿、培養瓶表面由疏水變為親水，獲得支持細胞 黏附鋪展的能力，提高細胞繁殖數量和速度，從而更適於細胞培養。該等離子體放電反應器適用於大規模細胞培養皿的處理，它能抑制孢子增生， 提高親代細胞和子代細胞培養的可靠性。具體實施例三汙染氣體處理汙染氣體指的是煙道氣和惡臭氣體。將該反應器用於汙染氣體處理。如圖4所 示，它具有筒形集氣罐，集氣罐兩端設有進氣口和出氣口，罐內設有放電反應器，放電 反應器內、外電極間距為40mm。由於實際應用中汙染氣體流量較大，採用多個電暈放 電單元並聯平行放置，以增加汙染氣體的處理量，提高處理效率。本放電反應器在相同的外加電壓和放電空間間隙中，因為有電暈電離效應，可 以產生並傳輸更多的電荷，同時也輸出更高的放電功率。放電時能獲得更強的脈衝電壓 和電流，使得放電時的能量更加集中，這樣有助於提高汙染氣體的處理效率。有害物質經過電暈放電單元處理，通過以下方式被去除(1)較低能量的電子與空氣中的顆粒和微生物碰撞，使之荷電，從而被靜電場吸 附清除；(2)能量較高的電子直接與化學物質碰撞，使之電離分解；(3)能量較高的電子與空氣中多種成分相互作用，產生自由基，有害物質與自由 基進行兩體甚至散體碰撞變為無害物。
權利要求
1.一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於包括有外電極、內電極和位於外電 極、內電極之間的介質阻擋層，所述外電極採用金屬材料，外電極接電源，所述內電極 為金屬網，內電極接地，所述介質阻擋層採用絕緣材料。
2.根據權利要求1所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述外電極 為銅板或不鏽鋼板，所述內電極為不鏽鋼絲網或鎳鉻合金絲網，所述介質阻擋層為聚四 氟、石英玻璃或者陶瓷。
3.根據權利要求1所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述內電極 的網格為米字形、田字形或方形。
4.根據權利要求1所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述外電極 為金屬平板，內電極為與外電極平行的平面的金屬網，內、外電極之間的介質阻擋層為 與外電極平行的絕緣平板。
5.根據權利要求4所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於多個由所述 外電極、內電極、介質阻擋層構成的放電反應器彼此相互平行放置構成並聯結構的立體 狀放電反應器。
6.根據權利要求1所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述外電極 為金屬筒，內電極為筒狀的金屬網，介質阻擋層為絕緣筒，所述介質阻擋層套在內電極 夕卜，外電極套在介質阻擋層外，且所述內電極、外電極、介質阻擋層共中心軸。
7.根據權利要求1所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述外電極 為金屬框，內電極為框狀的金屬網，介質阻擋層為絕緣框，所述介質阻擋層套在內電極 夕卜，外電極套在介質阻擋層外，所述內電極、外電極、介質阻擋層的框壁相互平行且共 中心點。
8.根據權利要求1所述的一種介質阻擋電暈放電反應器，其特徵在於所述電源為 高頻脈衝電源，電源輸出電壓在0-25KV可調，輸出頻率9kHz-75kHz之間可調。
全文摘要
本發明公開了一種介質阻擋電暈放電反應器，包括有外電極、內電極和位於外電極、內電極之間的介質阻擋層，外電極接電源，內電極接地。本發明在相同的外加電壓和放電空間間隙中，因為有電暈電離效應，可以產生並傳輸更多的電荷，同時也輸出更高的放電功率。本發明放電時能獲得更強的脈衝電壓和電流，使得放電時的能量更加集中。
文檔編號H05H1/46GK102026468SQ201010560010
公開日2011年4月20日 申請日期2010年11月23日 優先權日2010年11月23日
發明者孟月東, 方世東, 沈潔, 程城 申請人:中國科學院等離子體物理研究所