一种同轴型低温等离子体物料处理器，包括同轴型一体式放电与物料处理腔体、内电极［１１］、外电极［９］、水循环冷却系统及风冷系统［１２］放电与物料处理腔体由内管［２］和外管［１］组成，内管［２］与外管［１］圆柱轴心重合。外管［１］外侧覆盖外电极［９］，内管［２］内贯穿内电极［１１］。放电与物料处理腔体两端沿圆周方向均匀分布有供工作气体和待处理物质输入、输出的进、出气（料）嘴。该装置利用介质阻挡放电原理，在同轴型处理器腔体内产生低温等离子体，输入腔体待处理的微粒或气体在腔体内经低温等离子体处理后排出。本装置能在密闭腔体内连续产生工业应用的低温等离子体，可满足放电状态可视性、放电工作气体不泄漏，具有结构简单、工作安全的特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术为一种低温等离子体物料处理器，特别涉及同轴型低温等离子体物料处理器。
技术介绍
介质阻挡放电原理是一种重要的低温等离子体产生机制，它通过在阴阳两电极中的任意极上覆盖固体电介质或在阴阳两电极间放置固体电介质，抑制放电电流，阻止放电形式转向电弧放电，产生低温等离子体。在纳米粉末表面处理等表面处理工程中需大体积均匀放电的低温等离子体。介质阻挡放电在一个大气压或低气压下能以似辉光放电或辉光放电形式放电，产生空间均匀分布的低温等离子体。大气压介质阻挡放电因不需真空系统、结构简单、成本低廉而成为重要选择方案。大气压介质阻挡放电结构主要分为同轴型与平板型。为产生辉光放电或似辉光放电，放电器的阴阳电极间距一般小于1厘米。平板结构的大气压介质阻挡放电主要用于大件材料的表面处理，同轴结构的大气压介质阻挡放电最早用在臭氧发生器中。在类似臭氧发生器的同轴结构大气压介质阻挡放电应用中，气体介质为空气，固体电介质材料一般为陶瓷或耐热玻璃。在纳米粉末表面处理等材料应用中常利用氢气、甲烷等易燃易爆气体作为工作气体，在这种同轴结构大气压介质阻挡放电器的应用中，需要考虑放电状态的可视性及工作气体的密封性。为满足放电状态可视性要求，外电极表面的固体电介质可采用具备耐热特性的玻璃。在传统设计方案中，内外固体电介质的固定需采用复杂的气密结构，如O形圈与金属或非金属套筒等。在放电器长期运行中，放电管温度升高。因耐热玻璃与固定器件的热膨胀系数不同，极易引起玻璃碎裂或气体泄漏。因放电管内存在大量活性粒子，O形圈易老化而造成气密失效。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术容易引起玻璃碎裂或气体泄漏的缺点，提供一种可满足放电状态可视性、放电工作气体不泄漏的低温等离子体物料处理器。本专利技术低温等离子体物料处理器包括一同轴型一体式放电与物料处理腔体、内电极、外电极，水循环冷却系统及风冷系统。放电与物料处理腔体由内管和外管组成，内管与外管圆柱轴心重合。外管外侧覆盖外电极，内管内贯穿内电极。放电与物料处理腔体两端沿圆周方向均匀分布有供工作气体和待处理物质输入、输出的进、出气(料)嘴。本专利技术采用网状金属外电极与玻璃质固体电介质放电与物料处理腔体，以满足放电状态的可视性的要求。考虑到放电工作气体不泄漏的密闭性要求，本专利技术的放电与物料处理腔体设计为一体式，进、出气(料)嘴采用与玻璃质固体电介质相同的材料，并用玻璃加工工艺，将管状玻璃质固体电介质放电与物料处理腔体与进、出气(料)嘴烧结为整体。出气(料)嘴设有用于气密的突环。本专利技术的内电极采用金属管，其内通冷却水，用水循环冷却系统吸收内电极与玻璃质固体电介质内管上产生的焦耳热，防止放电与物料处理腔体玻璃质固体电介质内管熔融，从而使本专利技术能长时间工作。同时，本专利技术还采用风冷系统吸收外电极与玻璃质固体电介质外管上产生的焦耳热，防止放电与物料处理腔体玻璃质固体电介质外管熔融，减缓外电极氧化。管状金属内电极接地，网状金属外电极接交流高电压。当本专利技术的内外电极接高压交流电源时，放电与物料处理腔体中内管附近的气体介质在强电场下电离，形成多电子雪崩放电或多电子流注放电，外管内侧附近的气体介质的电场较小，在高电压作用下形成流注放电。在玻璃质固体电介质作用下放电电流密度小，放电形式为辉光放电或似辉光放电。放电与物料处理腔体中工作气体电离，形成低温等离子体。运行时，水循环冷却系统与风冷系统首先开机，冷却系统稳定工作后，连接内、外电极的高压交流电源输出高压交流电。从本专利技术的进气(料)嘴输入的工作气体在腔体的内、外管间区域电离后，形成正、负粒子。部分离子在电场加速作用下撞击从进气(料)嘴输入的纳米粉末或待处理气体，以物理或化学方式附着在纳米粉末表面或生成新的气体。残余气体及处理后的纳米粉末或气体从出气(料)口排出。气体放电产生的焦耳热及粒子间物理、化学反应释放的热量被水循环冷却系统及风冷系统吸收，物料处理器温度维持稳定。附图说明图1为本专利技术放电和物料处理腔体的结构示意图。其中1外管、2内管、3进气(料)腔、4进气(料)嘴、5出气(料)腔、6出气(料)嘴、7突环。图2为本专利技术放电与物料处理腔体及其所附的内外电极示意图。其中9外电极、11内电极、10引出端。图3为本专利技术放电与物料处理腔体的剖面图。图4为本专利技术结构示意图。其中12风冷系统、13地、14增压水泵、15水箱、16水管。具体实施例方式本专利技术由同轴型一体式放电与物料处理腔体、内电极11、外电极9、水循环冷却系统及风冷系统12等构成。同轴型一体式放电与物料处理腔体由玻璃质物质整体制成，玻璃质物质可为石英玻璃等耐热玻璃。如图1所示，放电与物料处理腔体由外管1、内管2、进气(料)腔3、进气(料)嘴4、出气(料)腔5及出气(料)嘴6构成。内管2壁厚均匀，为1-5毫米，内径3-20毫米，管长可根据实际需要决定。外管1壁厚均匀，为1-5毫米，内径5-50毫米，管长可根据实际需要决定。一体式放电腔体的内管2与外管1圆柱轴心重合。进气(料)嘴4用于输入工作气体与待处理的物质，其数量与尺寸可根据实际需要决定，进气(料)嘴4设有用于气密的突环7。进气(料)腔3为进气(料)嘴4与外管1的过渡段，进气(料)嘴4分布在进气(料)腔3上，进气(料)腔3与外管1的连接部分为凹圆弧形，进气(料)腔3外表面的轴向长度根据沿面闪络要求决定。出气(料)嘴6用于输出处理后的物质与残余气体，其数量与尺寸可根据实际需要决定，出气(料)嘴6设有用于气密的突环(8)。出气(料)腔5为出气(料)嘴6与外管1的过渡段，出气(料)嘴6分布在出气(料)腔5上，出气(料)腔5与外管1的连接部分为凹圆弧形，出气(料)腔5外表面的轴向沿面长度大于15厘米，以防止内外电极间的沿面闪络。进气(料)嘴4与出气(料)嘴6在腔体上沿圆周方向均匀分布。同轴型一体式放电腔体的制备工艺为将内管2、外管1、进气(料)嘴4、进气(料)腔3、出气(料)嘴6及出气(料)腔5各自的连接部分用加热方法转变成液态后连接在一起，再用退火工艺消除连接部分的应力。如图2所示，放电与物料处理腔体外侧覆盖外电极9，内管2内贯穿内电极11，外电极上装有引出端10，引出端10上有用于固定的螺孔。内电极由紫铜管制成。内电极置于放电与物料处理腔体的内管内，两者紧密配合。内电极的长度大于内管长，内电极两侧伸出内管的长度可根据实际需要决定。内电极接地。外电极由铜网制成，网眼小于5×5平方毫米。外电极覆盖在外管外侧，将外管完全包裹住，外电极可用数个紫铜环固定。外电极须延伸至进气(料)腔、出气(料)腔与外管的弧形连接段上。外电极接交流高电压。内电极11与外电极9与放电与物料处理腔体紧密接触，如图3所示。如图4所示，水循环冷却系统由水管16、增压水泵14与水箱15组成。水管16紧密套接在内电极10的外表面或内表面。增压水泵的扬程大于5米。水循环冷却系统工作时，增压水泵从水箱中抽水，经水管输送至内电极内，冷却水与内电极通过热传导方式交换热量，维持内电极的温度平衡。风冷系统12采用轴流鼓风机等驱动外电极周围的气体流动，该风冷系统安装在外电极9附近。本专利技术所接的高压交流电压源的电压为1-100kV，频率为50Hz-100kHz。本专利技术放电与物料处理腔体的玻璃质内管2为覆盖在内电极11外壁面上本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种同轴型低温等离子体物料处理器，其特征在于：它包括一同轴型一体式放电与物料处理腔体和内电极［１１］、外电极［９］，水循环冷却系统及风冷系统［１２］；同轴型一体式放电与物料处理腔体由玻璃质物质整体制成；放电与物料处理腔体由外管［１］、内管［２］、进气（料）腔［３］、进气（料）嘴［４］、出气（料）腔［５］及出气（料）嘴［６］构成；内管［２］与外管［１］圆柱轴心重合；进气（料）嘴［４］设有用于气密的突环［７］；进气（料）腔［３］分布在进气（料）腔３上，为进气（料）嘴［４］与外管［１］的过渡段，进气（料）腔［３］与外管［１］的连接部分为凹圆弧形，进气（料）腔［３］外表面的轴向长度根据沿面闪络要求决定；出气（料）嘴［６］设有用于气密的突环［８］；出气（料）腔［５］为出气（料）嘴［６］与外管［１］的过渡段，出气（料）嘴［６］分布在出气（料）腔５上，出气（料）腔［５］与外管［１］的连接部分为凹圆弧形，出气（料）腔［５］外表面的轴向沿面长度大于１５厘米，以防止内外电极间的沿面闪络；进气（料）嘴［４］与出气（料）嘴［６］在腔体上沿圆周方向均匀分布；放电与物料处理腔体外侧覆盖外电极［９］，内管［２］内贯穿内电极［１１］，外电极［９］上装有引出端［１０］，引出端［１０］上有用于固定的螺孔；内电极［１１］、外电极［９］与放电与物料处理腔体紧密接触；水循环冷却系统由水管［１６］、增压水泵［１４］与水箱［１５］组成。水管［１６］紧密套接在内电极［１０］的外表面或内表面；风冷系统［１２］采用轴流鼓风机等，安装在外电极［９］附近。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：袁伟群，严萍，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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