一種基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置及方法，包括高頻交流電源、接地裝置、流量計、儲氣罐、錐形石英玻璃管、高壓電極及懸浮電極；所述高壓電極套接于錐形石英玻璃管上，儲氣罐的出口與錐形石英玻璃管的入口通過流量計相連通，高頻交流電源的正極與高壓電極相連接，高頻交流電源的負(fù)極與接地裝置相連接；所述錐形石英玻璃管由第一直管段、漸縮段及第二直管段組成，漸縮管的上部入口及下部出口分別與第一直管段的下部出口及第二直管段的上部入口相連通，第一直管段的上部入口與儲氣罐的出口相連通。本發(fā)明可以產(chǎn)生大面積的大氣壓等離子體射流。
【專利說明】一種基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于氣體放電領(lǐng)域，涉及一種等離子射流發(fā)生裝置及方法，具體涉及一種基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]大氣壓等離子體射流(atmospheric pressure plasma jet，APPJ)作為一種新型的等離子體源，顯示出了巨大的應(yīng)用前景。大氣壓等離子體射流由于具有設(shè)備投資成本較低、操作簡便、環(huán)保無公害以及電子激發(fā)溫度、等離子體密度適中等特點，所以在材料表面改性、滅菌消毒和對復(fù)雜形狀材料處理等方面，更是擁有特別的技術(shù)優(yōu)勢。
[0003]在等離子體射流反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的設(shè)計上，絕大多數(shù)的結(jié)構(gòu)都基于同軸直管狀結(jié)構(gòu)，包括針-筒電極、針-環(huán)電極射流源，針電極、毛細(xì)管針電極射流源，環(huán)電極射流源(雙環(huán)電極、環(huán)-板電極)等等。而大氣壓等離子體射流的諸多參數(shù)都與工作氣體的狀態(tài)密切相關(guān)。在直管結(jié)構(gòu)下，工作氣體容易出現(xiàn)“湍流”或“紊流”狀態(tài)，影響大氣壓等離子體射流的相關(guān)性能。而且在此種結(jié)構(gòu)下，等離子體射流的直徑也較小，不能產(chǎn)生大面積的均勻等離子體，不利于大面材料的表面處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置及系統(tǒng)，該裝置及系統(tǒng)可以產(chǎn)生大面積的大氣壓等離子體射流。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置包括高頻交流電源、接地裝置、流量計、儲氣罐、錐形石英玻璃管及高壓電極；
[0006]所述高壓電極套接于錐形石英玻璃管上，儲氣罐的出口與錐形石英玻璃管的入口通過流量計相連通，高頻交流電源的正極與高壓電極相連接，高頻交流電源的負(fù)極與接地裝置相連接，流量計上設(shè)有減壓閥；
[0007]所述錐形石英玻璃管由第一直管段、漸縮段及第二直管段組成，漸縮管的上部入口及下部出口分別與第一直管段的下部出口及第二直管段的上部入口相連通，第一直管段的上部入口與儲氣罐的出口相連通。
[0008]所述儲氣罐內(nèi)的氣體為惰性氣體，惰性氣體為氬氣、氦氣、氮氣或氬氣、氦氣及氮氣按任意比例的混合氣體。
[0009]還包括圓板接地電極及圓形石英玻璃片，圓板接地電極設(shè)置于圓形石英玻璃片上，圓板接地電極與高頻交流電源相連接；
[0010]所述第一直管段的直徑小于第二直管段的直徑；
[0011]所述第二直管段套接有懸浮電極。
[0012]所述錐形石英玻璃管入口處套接有通氣口，錐形石英玻璃管與流量計通過通氣口相連接，通氣口為柔性密閉管道結(jié)構(gòu)；
[0013]還包括圓板接地電極及圓形石英玻璃片，圓板接地電極設(shè)置于圓形石英玻璃片上，圓板接地電極與高頻交流電源相連接；
[0014]所述第一直管段的直徑小于第二直管段的直徑，高壓電極套接于第二直管段上。
[0015]還包括圓板接地電極及圓形石英玻璃片，圓板接地電極設(shè)置于圓形石英玻璃片上，圓板接地電極與高頻交流電源相連接；
[0016]所述第二直管段的直徑小于第一直管段的直徑。
[0017]所述第一直管段的直徑小于第二直管段的直徑，第二直管段上套接有圓板接地電極，圓板接地電極位于高壓電極的下部。
[0018]所述第一直管段的直徑大于第二直管段的直徑，高壓電極套接于第一直管段上，第二直管段上套接有圓板接地電極。
[0019]所述第一直管段的直徑大于第二直管段的直徑，高壓電極套接于第二直管段上。
[0020]本發(fā)明所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生方法包括以下步驟:
[0021]1)將高頻交流電源的正極及負(fù)極分別與高壓電極及接地裝置相連接，打開儲氣罐的閥門，儲氣罐內(nèi)的氣體經(jīng)流量計進(jìn)入到錐形石英玻璃管中，然后利用流量計將進(jìn)入到錐形石英玻璃管中氣體的流量調(diào)整到預(yù)設(shè)的范圍；
[0022]2)打開高頻交流電源的開關(guān)，然后調(diào)整高頻交流電源輸出電壓的頻率與幅值，使高壓電極放電，進(jìn)而使進(jìn)入到錐形石英玻璃管中的氣體形成大氣壓等離子體射流，并從錐形石英玻璃管的下部出口噴出。
[0023]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0024]本發(fā)明所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置及系統(tǒng)在形成大氣壓等離子體射流時，先調(diào)節(jié)通入到錐形石英玻璃管中的氣體的流量，然后調(diào)節(jié)高頻交流電源輸出電壓的頻率及幅值，使高壓電極放電，進(jìn)而使進(jìn)入到錐形石英玻璃管中的氣體形成大面積的大氣壓等離子體射流，在實際操作時，可以根據(jù)需要調(diào)整錐形石英玻璃管的形狀、進(jìn)入到錐形石英玻璃管中氣體的流量及高頻交流電源輸出電壓的頻率及幅值得到不同面積及特性的大氣壓等離子體射流。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為實施例一中錐形石英玻璃管1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3為實施例二中錐形石英玻璃管1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4為實施例三中錐形石英玻璃管1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5為實施例四中錐形石英玻璃管1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6為實施例五中錐形石英玻璃管1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7為實施例六中錐形石英玻璃管1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8為實施例七中錐形石英玻璃管1的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]其中，1為錐形石英玻璃管、2為接地裝置、3為高壓電極、4為圓板接地電極、5為圓形石英玻璃片、6為懸浮電極、7為流量計、8為儲氣罐、9為高頻交流電源。

【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0035]參考圖1，本發(fā)明基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置包括高頻交流電源9、接地裝置2、流量計7、儲氣罐8、錐形石英玻璃管1及高壓電極3 ;所述高壓電極3套接于錐形石英玻璃管1上，儲氣罐8的出口與錐形石英玻璃管1的入口通過流量計7相連通，高頻交流電源9的正極與高壓電極3相連接，高頻交流電源9的負(fù)極與接地裝置2相連接，流量計7上設(shè)有減壓閥；錐形石英玻璃管1由第一直管段、漸縮段及第二直管段組成，漸縮管的上部入口及下部出口分別與第一直管段的下部出口及第二直管段的上部入口相連通，第一直管段的上部入口與儲氣罐8的出口相連通；儲氣罐8內(nèi)的氣體為惰性氣體，惰性氣體為氬氣、氦氣、氮氣或氬氣、氦氣及氮氣按任意比例的混合氣體；錐形石英玻璃管1入口處套接有通氣口 10，錐形石英玻璃管1與流量計7通過通氣口 10相連接，通氣口 10為柔性密閉管道結(jié)構(gòu)。
[0036]本發(fā)明所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生方法包括以下步驟:
[0037]1)將高頻交流電源9的正極及負(fù)極分別與高壓電極3及接地裝置2相連接，打開儲氣罐8的閥門，儲氣罐8內(nèi)的氣體經(jīng)流量計7進(jìn)入到錐形石英玻璃管1中，然后利用流量計7將進(jìn)入到錐形石英玻璃管1中氣體的流量調(diào)整到預(yù)設(shè)的范圍；
[0038]2)打開高頻交流電源9的開關(guān)，然后調(diào)整高頻交流電源9輸出電壓的頻率與幅值，使高壓電極3放電，進(jìn)而使進(jìn)入到錐形石英玻璃管1中的氣體形成大氣壓等離子體射流，并從錐形石英玻璃管1的下部出口噴出。
[0039]實施例一
[0040]參考圖2，本發(fā)明還包括圓板接地電極4及圓形石英玻璃片5，圓板接地電極4設(shè)置于圓形石英玻璃片5上，圓板接地電極4與高頻交流電源9相連接；所述第一直管段的直徑小于第二直管段的直徑，高壓電極3的寬度為10mm，高壓電極3的上端與第一直管段的上部入口之間的垂直距離為30mm，高壓電極3的上端與第二直管段的下部出口之間的垂直距離為50_，所述第二直管段套接有懸浮電極6，懸浮電極6及高壓電極3均套接于第二直管段上，懸浮電極6的寬度為10mm，懸浮電極6的上端與高壓電極3下端之間的垂直距離為20mm，懸浮電極6的下端到第二直管段的下部出口之間的垂直距離為10mm。
[0041]實施例二
[0042]參考圖3，本發(fā)明還包括圓板接地電極4及圓形石英玻璃片5，圓板接地電極4設(shè)置于圓形石英玻璃片5上，圓板接地電極4與高頻交流電源9相連接；所述第一直管段的直徑小于第二直管段的直徑，高壓電極3套接于第二直管段上，高壓電極3的寬度為10mm，高壓電極3的下端到第二直管段的底部出口之間的垂直距離為10mm，第二直管段的長度為50mm，高壓電極3的上端到第二直管段的上部入口之間的間距為30mm，第一直管段與漸縮段的總長度為30mm。
[0043]實施例三
[0044]參考圖4，本發(fā)明還包括圓板接地電極4及圓形石英玻璃片5，圓板接地電極4設(shè)置于圓形石英玻璃片5上，圓板接地電極4與高頻交流電源9相連接；所述第一直管段的直徑小于第二直管段的直徑，高壓電極3套接于第二直管段上，高壓電極3的寬度為10mm，高壓電極3的下端到第二直管段的下部開口之間的間距為40mm，高壓電極3的上端到第一直管段的上部入口之間的垂直距離為30mm。
[0045]實施例四
[0046]參考圖5，本發(fā)明還包括圓板接地電極4及圓形石英玻璃片5，圓板接地電極4設(shè)置于圓形石英玻璃片5上，圓板接地電極4與高頻交流電源9相連接；所述第二直管段的直徑小于第一直管段的直徑，第一直管段的長度為50_，第二直管段與漸縮段的總長度為50mm，高壓電極3的寬度為10mm，高壓電極3下端到第二管道段的下部出口之間的垂直距離為10mm，高壓電極3套接于第二直管段上。
[0047]實施例五
[0048]參考圖6，所述第一直管段的直徑小于第二直管段的直徑，第二直管段上套接有圓板接地電極4，圓板接地電極4位于高壓電極3的下部，圓板接地電極4的寬度及高壓電極3的寬度均為10mm，高壓電極3的上端到第一直管段的上部入口之間的垂直距離為30mm，高壓電極3的上端到第二直管段的下部出口之間的垂直距離為50mm，高壓電極3的下端到圓板接地電極4上端之間的垂直距離為20mm，圓板接地電極4的下端到第二直管段的下部出口之間的垂直距離為10mm，高壓電極3套接于第二直管段上。
[0049]實施例六
[0050]參考圖7，所述第一直管段的直徑大于第二直管段的直徑，高壓電極3套接于第一直管段上，第二直管段上套接有圓板接地電極4，圓板接地電極4的寬度及高壓電極3的寬度均為10mm，高壓電極3的上端到第一直管段的上部入口之間的間距為30mm，高壓電極3的下端到第一直管段的下部出口之間的間距為10mm，圓板接地電極4的上部到第一直管段的下部出口之間的垂直距離為10mm，圓板接地電極4到第二直管段的下部出口之間的距離為 10mmη
[0051]實施例七
[0052]參考圖8，所述第一直管段的直徑大于第二直管段的直徑，高壓電極3套接于第二直管段上，第一直管段的長度為50mm，第二直管段與漸縮段的總長度為50mm，高壓電極3的寬度為10mm，高壓電極3的下端到第二直管段的下部出口之間的距離為10mm。
[0053]需要說明的是，所述惰性氣體為氬氣或者氦氣，圓板接地電極4采用304不銹鋼材料制作而成，圓板接地電極4的直徑為90mm，厚度為20mm，錐形石英玻璃管1的管壁厚度為lmm0
[0054]需要注意的情況如下:1)采用的惰性氣體不同，產(chǎn)生大氣壓等離子體射流時所需要的高頻交流電壓幅值和頻率以及氣流的流量大小也不相同，需要根據(jù)實際的情況調(diào)節(jié)。2)在本發(fā)明中高壓電極3與不銹鋼圓板4的距離是有限的，兩者之間的電壓不能無限增加，否則會在玻璃管外壁上發(fā)生沿面閃絡(luò)；3)在上述電極結(jié)構(gòu)中，如果要形成均勻的大面積大氣壓等離子體射流，不僅需要將較粗的管口作為大面積等離子體射流的噴口，而且要適當(dāng)調(diào)節(jié)高壓電極與地電極間的距離。同時所述高壓電極3及懸浮電極6均為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所述地電極5為圓形結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置，其特征在于，包括高頻交流電源(9)、接地裝置(2)、流量計(7)、儲氣罐(8)、錐形石英玻璃管(1)及高壓電極(3); 所述高壓電極(3)套接于錐形石英玻璃管(1)上，儲氣罐(8)的出口與錐形石英玻璃管⑴的入口通過流量計(7)相連通，高頻交流電源(9)的正極與高壓電極(3)相連接，高頻交流電源(9)的負(fù)極與接地裝置(2)相連接，流量計(7)上設(shè)有減壓閥； 所述錐形石英玻璃管(1)由第一直管段、漸縮段及第二直管段組成，漸縮管的上部入口及下部出口分別與第一直管段的下部出口及第二直管段的上部入口相連通，第一直管段的上部入口與儲氣罐(8)的出口相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置，其特征在于，所述儲氣罐(8)內(nèi)的氣體為惰性氣體，惰性氣體為氬氣、氦氣、氮氣或氬氣、氦氣及氮氣按任意比例的混合氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置，其特征在于， 所述錐形石英玻璃管(1)入口處套接有通氣口(10)，錐形石英玻璃管(1)與流量計(7)通過通氣口(10)相連接，通氣口(10)為柔性密閉管道結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置，其特征在于，還包括圓板接地電極(4)及圓形石英玻璃片(5)，圓板接地電極(4)設(shè)置于圓形石英玻璃片(5)上，圓板接地電極⑷與高頻交流電源(9)相連接； 所述第一直管段的直徑小于第二直管段的直徑； 所述第二直管段套接有懸浮電極(6)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置，其特征在于，還包括圓板接地電極(4)及圓形石英玻璃片(5)，圓板接地電極(4)設(shè)置于圓形石英玻璃片(5)上，圓板接地電極⑷與高頻交流電源(9)相連接； 所述第一直管段的直徑小于第二直管段的直徑，高壓電極(3)套接于第二直管段上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置，其特征在于，還包括圓板接地電極(4)及圓形石英玻璃片(5)，圓板接地電極(4)設(shè)置于圓形石英玻璃片(5)上，圓板接地電極⑷與高頻交流電源(9)相連接； 所述第二直管段的直徑小于第一直管段的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置，其特征在于， 所述第一直管段的直徑小于第二直管段的直徑，第二直管段上套接有圓板接地電極(4)，圓板接地電極(4)位于高壓電極(3)的下部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置，其特征在于， 所述第一直管段的直徑大于第二直管段的直徑，高壓電極(3)套接于第一直管段上，第二直管段上套接有圓板接地電極(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置，其特征在于， 所述第一直管段的直徑大于第二直管段的直徑，高壓電極(3)套接于第二直管段上。
10.一種基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1所述的基于錐形石英玻璃管的等離子射流發(fā)生裝置，包括以下步驟: 1)將高頻交流電源(9)的正極及負(fù)極分別與高壓電極(3)及接地裝置(2)相連接，打開儲氣罐(8)的閥門，儲氣罐(8)內(nèi)的氣體經(jīng)流量計(7)進(jìn)入到錐形石英玻璃管(1)中，然后利用流量計(7)將進(jìn)入到錐形石英玻璃管(1)中氣體的流量調(diào)整到預(yù)設(shè)的范圍； 2)打開高頻交流電源(9)的開關(guān)，然后調(diào)整高頻交流電源(9)輸出電壓的頻率與幅值，使高壓電極(3)放電，進(jìn)而使進(jìn)入到錐形石英玻璃管(1)中的氣體形成大氣壓等離子體射流，并從錐形石英玻璃管(1)的下部出口噴出。
【文檔編號】H05H1/24GK104470180SQ201410686929
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】汲勝昌, 郝致遠(yuǎn), 宋 瑩 申請人:西安交通大學(xué)