一种混合介质阻挡放电装置制造方法及图纸

技术编号:15706857 阅读:114 留言:0更新日期:2017-06-26 22:18
本发明专利技术公开了一种混合介质阻挡放电装置。所述装置包括交流高压电源、材质均匀的介质层、金属电极、导线以及示波器。金属电极附着于介质层表面,紧密相邻介质层间构成窄放电间隙;通过在电极端施加交流高压,可使体相介质阻挡和沿面放电同时发生于同一放电间隙。此外可以通过在所述放电装置内添加介质层数量的方式,在放电装置内建立具有高电场强度的多通道放电间隙结构。本发明专利技术与常规介质阻挡放电或沿面放电相比,极大地提高了能量利用率,扩大了应用范围,且其结构紧凑、组装方便灵活、便于维护、易于放大升级,具有极强的实用性。

A mixed dielectric barrier discharge device

The invention discloses a mixed dielectric barrier discharge device. The device comprises an alternating current high-voltage power supply, a dielectric layer with uniform material, a metal electrode, a conducting wire and an oscilloscope. The metal electrodes attached to the dielectric layer surface, closely adjacent dielectric layer formed between the narrow discharge gap; by applying AC high voltage electrode in the end, the bulk and surface dielectric barrier discharge at the same time in the same discharge gap. In addition, a multi-channel discharge gap structure with a high electric field strength can be established in the discharge device by means of adding a number of dielectric layers in the discharge device. With the conventional medium of the invention compared barrier discharge and surface discharge, greatly improve the energy utilization rate, expanded the scope of application, and has the advantages of compact structure, convenient and flexible assembly, convenient maintenance and easy amplification upgrade, with strong practicability.

【技术实现步骤摘要】
一种混合介质阻挡放电装置
本专利技术属于非热放电等离子体
,尤其涉及一种混合介质阻挡放电装置。
技术介绍
体相介质阻挡放电与沿面放电可在大气压下产生大面积等离子体区域且放电均匀稳定,放电装置结构简单,动态响应快,故在材料表面处理、生物医学以及环境保护等领域有着广阔的应用前景。一般地,要实现体相介质阻挡放电或沿面放电,需将绝缘介质(如玻璃、陶瓷和石英等)置于由金属片或栅状金属条构成的高压电极与地电极间,采用交流电源通过导线连接高压电极与地电极的两端为其提供电能。体相介质阻挡放电在气体间隙发生微放电,形成等离子体区;而沿面放电则可于介质表面产生大面积且均匀的等离子体层。因这两种放电装置在放电区域内可产生大量的活性物种(如高能电子、离子、自由基和激发态分子等),能够有效活化处理流经等离子体区域的气体,这使其在工业废气净化、环境除臭以及臭氧合成等应用上展现了巨大的优势。但是,目前这两种放电形式的实际应用还主要处于研究阶段,仅臭氧合成已实现工业化,且即使是臭氧合成上的应用也受到能量利用率不够高等问题的困扰。要解决以上问题,放电过程中应保证注入能量向电子的有效转移,显著提高放电等离子体的电子温度(反映电子能量)与电子密度。这即能确保等离子体可提供足够的高能电子与活性物种引发或参与化学反应,尽快达到反应目标;还有利于减少放电过程中不必要的热损耗(如介质损耗等),提高放电能量利用率。专利CN01270102.5公开了一种多重微放电协同一体的放电装置,其利用在放电区内可同时发生的体相介质阻挡放电与沿面放电,通过增加注入的高压电能来谋求产生更加强烈的等离子体放电,获得高电子密度,以达到提高放电能量利用率的目的。然而,该设计受所使用介质层与结构设计的限制,等离子体中电子温度与电子密度不够高,因而其放电能量利用率虽有提高却远低于理论值。综上所述,现有技术存在能量利用率低、结构复杂等缺陷,且不能有效将介质阻挡放电与沿面放电结合利用。
技术实现思路
鉴于已有技术存在的不足,本专利技术的目的是要提供一种大幅度提高体相介质阻挡放电与沿面放电的能量利用率、并显著增强其实用性的一种混合介质阻挡放电装置,其能够实现将体相介质阻挡放电和/或沿面放电耦合于同一放电间隙,建立高电场强度、高电子密度且结构紧凑、组装方便。为了实现上述目的,本专利技术技术方案如下:一种混合介质阻挡放电装置,其特征在于,所述装置主要包括:材质均匀的介质层、栅状金属电极和薄片金属电极、导线、电源以及示波器;N块所述介质层互相整齐平行排布,任意相邻两所述介质层间构成放电间隙且间距相等,其中N≧3;所述介质层中除两端外,其余N-2块介质层均称为中间介质层,所述中间介质层上、下两面均附着栅状金属电极,且各所述中间介质层结构完全一致;两端介质层上的电极有两种分布方式:方式一为两端介质层的外侧分别附着一薄片金属电极,此时处于同一放电间隙中的栅状金属电极连接电源的同一端而处于相邻放电间隙中的栅状金属电极连接电源的另一端,且此时分别附着于两端介质层外侧的薄片金属电极均连接与其相邻中间介质层相近一侧栅状金属电极相反的电源端;方式二为两端介质层的内测分别附着一栅状金属电极,此时处于同一放电间隙中的栅状金属电极连接电源的同一端而处于相邻放电间隙中的栅状金属电极连接电源的另一端;所述示波器并联于电源两端。进一步地,作为本专利技术的优选,所述N块材质均匀的介质层为具有高介电常数与导热系数的高纯度氧化铝或氧化锆薄板,薄板厚度为0.1~1.5mm。进一步地,作为本专利技术的优选,所述相邻介质层间间隙为0.1~2mm。进一步地,作为本专利技术的优选,所述栅状金属电极及所述薄片金属电极的厚度相同,均为0.01~1.5mm;同时,同一栅状电极相邻金属条的间距相同,均为1~5mm;金属条宽度为1~5mm。进一步地,作为本专利技术的优选,所述中间介质层上、下表面均设有栅状金属电极,且使得中间介质层上表面栅状金属电极的任意两个相邻的金属条之间的中心线上均对应设置有一中间介质层下表面栅状金属电极金属条。进一步地,作为本专利技术的优选,增加中间薄板介质层数量以增加放电装置内高电场强度混合放电通道。进一步地,作为本专利技术的优选,电源优选采用工频或100~2000Hz的高频、电压为3~20kV的交流高压电源或者脉宽为1~10μs脉冲电源。与现有技术相比,本专利技术的有益效果:1、本专利技术装置结构紧凑、能量密度高,且组装灵活方便,便于推广;2、本专利技术内部可建立80~200Td的约化场强以及3~7eV的平均电子温度,显著提高了能量利用率且特别适于引发常规条件下难以进行的化学反应;3、本专利技术将体相介质阻挡放电和沿面放电高效耦合于同一放电区内,可获得高达1019m-3的等离子体电子密度,能极大提高等离子体处理效率;4、本专利技术设计的放电间隙窄,气体流速大,有助于携带放电热能,进行后续操作,同时介质层导热性能优异,易冷却,可有效缓解放电热量带来的不利影响;5、本专利技术仅需常规交流高压电源供电,组装简单,扩大升级与维护方便,易实现其小型化实用装置。附图说明通过附图所示,本专利技术的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图,重点在于显示出本专利技术的主旨。另外,虽然本文可提供包含特定值的参数的示范,但参数无需确切等于相应的值,而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外,以下实施例中提到的方向用语,例如“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等,仅是参考附图的方向。因此,使用的方向用语是用来说明并非用来限制本专利技术。图1为本专利技术实施例1混合放电结构示意图;图2为本专利技术实施例2混合放电结构示意图;图3为本专利技术实施例3圆筒形混合放电结构示意图;图4为本专利技术实施例1混合放电整体结构示意图。图中:1、顶端介质层,2、中间介质层,3、底端介质层,4、顶端介质层上表面薄片金属电极,5、低端介质层下表面薄片金属,6、中间介质层上表面栅状金属电极,7、中间介质层下表面栅状金属电极,8、电源,9、示波器,10、导线,11、顶端介质层下表面栅状金属电极,12底端介质层上表面栅状金属电极,13、最外层筒状介质层,14、中间筒状介质层,15、最内层筒状介质层,16、最外层筒状介质层外表面薄片金属电极,17、最内层筒状介质层内表面薄片金属电极,18、中间筒状介质层外表面栅状金属电极,19、中间筒状介质层内表面栅状金属电极。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。体相介质阻挡放电与沿面放电均为非热放电,其等离子体区内发生的化学反应以及活性物种的形成主要依赖于高能电子的非弹性碰撞。因此,电子温度与电子密度是判定放电性能优劣、衡量放电等离子体能量利用率与实用性高低的重要的参数。一般地,电子温度随着约化电场强度(E/n)的增加而增加,两者几乎成线性关系;约化电场强度的增加利于提高放电等离子体的电子温度,能极大地提高能量利用率。故可通过在放本文档来自技高网
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一种混合介质阻挡放电装置

【技术保护点】
一种混合介质阻挡放电装置,其特征在于,所述装置主要包括:材质均匀的介质层、栅状金属电极和薄片金属电极、导线、电源以及示波器;N块所述介质层互相整齐平行排布,任意相邻两所述介质层间构成放电间隙且间距相等,其中N≧3;所述介质层中除两端外,其余N‑2块介质层均称为中间介质层,所述中间介质层上、下两面均附着栅状金属电极,且各所述中间介质层结构完全一致;两端介质层上的电极有两种分布方式:方式一为两端介质层的外侧分别附着一薄片金属电极,此时处于同一放电间隙中的栅状金属电极连接电源的同一端而处于相邻放电间隙中的栅状金属电极连接电源的另一端,且此时分别附着于两端介质层外侧的薄片金属电极均连接与其相邻中间介质层相近一侧栅状金属电极相反的电源端;方式二为两端介质层的内测分别附着一栅状金属电极,此时处于同一放电间隙中的栅状金属电极连接电源的同一端而处于相邻放电间隙中的栅状金属电极连接电源的另一端;所述示波器并联于电源两端。

【技术特征摘要】
1.一种混合介质阻挡放电装置,其特征在于,所述装置主要包括:材质均匀的介质层、栅状金属电极和薄片金属电极、导线、电源以及示波器;N块所述介质层互相整齐平行排布,任意相邻两所述介质层间构成放电间隙且间距相等,其中N≧3;所述介质层中除两端外,其余N-2块介质层均称为中间介质层,所述中间介质层上、下两面均附着栅状金属电极,且各所述中间介质层结构完全一致;两端介质层上的电极有两种分布方式:方式一为两端介质层的外侧分别附着一薄片金属电极,此时处于同一放电间隙中的栅状金属电极连接电源的同一端而处于相邻放电间隙中的栅状金属电极连接电源的另一端,且此时分别附着于两端介质层外侧的薄片金属电极均连接与其相邻中间介质层相近一侧栅状金属电极相反的电源端;方式二为两端介质层的内测分别附着一栅状金属电极,此时处于同一放电间隙中的栅状金属电极连接电源的同一端而处于相邻放电间隙中的栅状金属电极连接电源的另一端;所述示波器并联于电源两端。2.根据权利要求1所述的放电装置,其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员:朱益民李猛朱斌王宁会李铁唐晓佳
申请(专利权)人:大连海事大学大连懋源技术有限公司
类型:发明
国别省市:辽宁,21

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