极容串联式等离子发生器制造技术

一种能够生产等离子体的装置，它由两个或两个以上相隔一定距离的平行极板一端串联或两端各串联一个电容器组成。在交流电源的驱动下，改变工作条件(包括气体压强、温度、电源电压、频率、电极形状等)可实现已知的汤生放电、辉光放电、弧光放电、火花放电、电晕放电、无声放电等放电形式。该装置既可以生产热平衡等离子体，也可以生产非热平衡等离子体。该装置用途广泛，包括不限于用于光源、材料表面处理、电子刻蚀、材料合成、臭氧生产、发电等。

Polar capacitance series plasma generator

A device that can produce plasma is composed of two or more than two parallel plates with a distance away from each other. One end is connected in series or two ends are connected in series with one capacitor. Under the driving of AC power, the discharge conditions of Townsend discharge, glow discharge, arc discharge, spark discharge, corona discharge, silent discharge can be realized by changing working conditions (including gas pressure, temperature, power supply voltage, frequency, electrode shape, etc.). The device can produce both heat - balanced plasma and non - thermal equilibrium plasma. The device is widely used, including not limited to the use of light source, material surface treatment, electronic etching, material synthesis, ozone production, power generation, etc.

【技术实现步骤摘要】
极容串联式等离子发生器
本专利技术涉及一种能生产等离子体的装置，尤其是高效生产低温(非热平衡)等离子的装置。
技术介绍
让一个或多个电子从气体原子或分子脱离的过程称为电离，能够对气体电离的器件称为电离器，在电离器中形成的新的气体媒质称为电离气体，如果电离气体由外电场产生并形成传导电流，这种现象成为气体放电。气体放电物理是等离子物理的重要组成部分，是当今前沿科学的重要研究方向，在微电子技术、光源、材料的改性和合成、环境治理、核物理等等方面起着重要的作用。在一个考核单元内，如果电离气体的正电荷和负电荷的电量相等，这种电离气体称为等离子体，能够生产等离子体的装置成为等离子发生器。在等离子体中，若正离子呈现低温(低能)，则称这种电离气体为低温等离子体。低温等离子体中由于正离子呈现低温(能)从而拥有特殊的使用价值被当今科技人员重点研究，并且已在工业生产臭氧方面被广泛应用。目前，用一种电源(交流电或直流电)驱动既可以生产热平衡等离子体又可以生产非热平衡等离子体的装置尚不存在，已知的可以大功率生产热平衡等离子体的等离子体发生器是由直流电源驱动的有两个平行的相隔一定距离的导体极板串联的等离子体发生器，已知的可以大功率生产低温等离子体的是介质阻挡型等离子体发生器，其典型结构为相隔一定距离的两个平行导电极板间插入绝缘介质，极板两端接交流电。绝缘介质可以放在放电空间内，也可以覆盖电极。绝缘介质可以是一个，也可以根据工况设置多个。介质阻挡型等离子体发生器可以做成平板型，也可以做成同轴型。通常所说的E型高频放电由于放电室是绝缘体，本质上仍是介质阻挡型放电。微波放电是E型高频放电的特殊形式。介质阻挡型等离子体发生器专利技术100多年来，历代科技人员对其进行了深入研究，但直至目前，依然停留在半定量计算，对其的微观电离机理、宏观电特性等都尚未形成精确的定量计算体系。仍处于半定量计算水平。由于没能形成定量计算体系，在实际应用中，一般都采用半定量计算和经验相结合的办法，导致在大功率应用中，比如大功率臭氧发生器设备，设备体积较大，能耗浪费严重，大约90％以上的输入能量并未生产臭氧，而是以热能的形式浪费掉了。由于介质阻挡型等离子体发生器必须在两平行极板中插入一个或多个绝缘介质，考虑等离子的特性，绝缘介质一般选用陶瓷或耐高温玻璃，这导致在实际制造中，制造工艺相对复杂，可选择的设备形状一般只有平板型和同轴型，考虑极板散热问题，一般采用同轴型，造成设备体积庞大，制造成本较高。由于介质阻挡型等离子体发生器在两极板中插有绝缘介质，在外接高压交流电后，常压气体下，放电区只能产生无声放电，不会出现汤生放电、辉光放电、弧光放电、火花放电、电晕放电等其他放电形式，导致介质阻挡型等离子体发生器的应用较为单一。
技术实现思路
为了克服现有等离子发生器的缺点，本专利技术提供一种等离子发生器，在交流电源驱动下，不仅可以在常温常压下高效生产低温(非热平衡)等离子体，而且可以在不同的工作状况下(不同的压强、温度、极板形状等)实现人类已知的汤生放电、辉光放电、弧光放电、火花放电、电晕放电等其他放电形式，从而生产热平衡等离子体。并且，本专利技术提出了定量计算体系。本专利技术的技术方案是：所述极容串联式等离子体发生器是在相隔一定距离的平行的两个或两个以上导体极板一端串联或两端各串联一个电容。极容串联式等离子体发生器两端接交流电源驱动。两个极板间空间称为电离空间，被电离气体置于电离空间内。两个极板根据工作状况安装在合适的绝缘支架上。根据不同的工况，极板形状可以多变，包括点-点型、点-线型、点-面型、线-线型、线-面型、面-面型等。点状极板的曲率可以不同，包括圆球状、针状等。线型极板包括直线和曲线等。面型极板包括平面、曲面和球面等。线型和面型极板包括有空隙(栅状、网格状等)和无空隙型。根据不同的工况和使用目的，极板可以是静止的，也可以是运动的。被电离气体可以是静止的，也可以是运动的。根据工况，当极板是多个时，极板可以串联，也可以并联。由于极板和被电离气体接触，本身具有散热功能，当散热能力不足时，极板可以外接散热器件进行散热，也可以把极板做成镂空状，所镂空间通散热介质，比如气体或液体等，用于极板散热。本专利技术的工作原理如下：1、当电离极板是平行平面极板时：根据物理原理，两中间充满绝缘介质的平行导电极板构成一个电容器，极容串联式等离子体发生器的结构等效为两个电容串联。两个平行导体极板等效的电容称为电离电容，极板串联的电容称为偏压电容。随着外电源的正向升压，外电源对电离电容和偏压电容充电，电离空间内形成均匀电场，电场随外电源的升压而增强，当电场增加到足够高时，气体内自由电子沿电场线反方向被加速，进而撞击中性原子或分子导致其外层电子被电离，电离出的电子和原来的电子继续被电场加速，进而撞击其他中性原子或分子，形成电子崩，生成等离子体。电子脱离中性原子或分子后，中性原子或分子变为正离子。正离子和被电离出去的电子形成本征电场，其方向和外电场相反。在外电场和本征电场的共同作用下，自由电子和被电离出的电子往极板方向运动，并大部分以一定速度到达极板。正离子将在外电场和本征电场的共同作用下沿电场线方向运动。若极板沿电子运动方向有空隙(栅状或网状等情况下)或足够薄时，电子可穿过极板继续前行，其他情况被极板阻挡，阻挡后，电子具有的能量转变为热量。当外电源到达正向波峰时，电离停止。随着外电源从正向波峰下行，在外电场和本征电场的共同作用下，被电离出的电子沿外电场方向运动，并和正离子逐步复合，生成中性原子或分子。电子和正离子全部复合后，两极板又等效为一个电容。当外电源反向后，随着反向电压的升高，外电源对电离电容和偏压电容反向充电，两极板间空间形成反向均匀电场，随着电场的增强，当电场增加到足够高时，气体又开始电离，生成等离子体，当外电源到达反向波峰时，电离停止。随着外电源电压从反向波峰下降，被电离出的电子和正离子开始复合，电子和正离子全部复合后，两极板又等效为一个电容。由此，在外部交流电源激励下，极容串联式等离子体发生器不断的电离气体，生成等离子体。2、当两极板形状为其他形状时：两极板依然等效为一个电容，在外部交流电源的激励下，依然能够不断的电离气体，生成等离子体，和平行平面极板的差别在于电离空间的电场分布不同，从而电离发生的空间不同，生成的等离子体的空间分布也就不同。改变电离气体的压强、外电源的频率、电压、功率、极板形状等参数，放电形式可以表现为汤生放电、辉光放电、弧光放电、火花放电、电晕放电、无声放电等各种形式，发生器可生成热平衡等离子体和非热平衡等离子体。为达到最小的能量损耗，本专利技术的驱动电源应特殊设计，本专利技术人将另外申请专利。本专利技术的有益效果是：1、可实现各类已知的放电形式，既可以生产热平衡等离子体，又可以生产非热平衡等离子体。这是已知的各种等离子发生器所不能达到的。2、制造工艺简单，制造成本低。目前能投入到工业生产用于生产非热平衡等离子体的装置只有介质阻挡型等离子发生器，但该装置由于必须在两极板间插入绝缘体，实际制造时一般选择高温玻璃或陶瓷，导致制造工艺复杂，制造成本较高。3、极板形状及状态可根据工况要求多变，多组极板可串并联组成等离子发生器。本专利技术极板可制造为点-点型、点-线型、点-面型、线-线型、线-面型、面-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种交流电源驱动的等离子发生器，其特征是，在相隔一定距离的平行的两个或两个以上导体极板一端串联或两端各串联一个电容，被电离气体置于两极板空间内，两个极板根据工作状况安装在合适的绝缘支架上。

【技术特征摘要】
1.一种交流电源驱动的等离子发生器，其特征是，在相隔一定距离的平行的两个或两个以上导体极板一端串联或两端各串联一个电容，被电离气体置于两极板空间内，两个极板根据工作状况安装在合适的绝缘支架上。2.根据权利要求1所述的等离子发生器，其特征是：根据不同的工况，极板形状可以多变。两个极板形状可以为点-点型、点-线型、点-面型、线-线型、线-面型、面-面型等。3.根据权利要求1所述的等离子发生器，其特征是：点状极板的曲率可以不同，包括圆球状、针状等。4.根据权利要求1所述的等离子发生器，其特征是：线型极板可以多变，包括直线和曲线等。5.根据权利要求1所述的等离子发生器，其特征是：面型极板可以多变，包括平面、曲面和球面等。6.根据权利要求1所述的等离子发生器，其特征是...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙保胜，
申请(专利权)人：孙保胜，
类型：发明
国别省市：天津,12