一种窄间隙等离子体放电装置论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种窄间隙等离子体放电装置，所述装置包括等离子体发生器、外部电源。所述等离子体发生器由内高压电极、外接地电极、石英管、放电通道、支撑件、进出气口、内高压电极上的排气孔组成，其主要特征在于：所述内高压电极处于所述石英管的中心位置，在所述内高压电极靠近所述出气口处分布有若干数量小孔，即所述内高压电极上的排气孔；所述外接地电极覆盖在所述石英管外表面；所述内高压电极、所述外接地电极从所述石英管内外分别引出导线与所述外部电源的两极连接；所述放电通道是所述内高压电极与所述石英管之间非常窄的、等间距的间隙。本装置产生等离子体的情况可以通过电源参数和气体流速进行调节，以用于废水降解等水处理领域。

设计方案

1.一种窄间隙等离子体放电装置，由等离子体发生器和外部电源组成，其特征在于：所述等离子体发生器由内高压电极、外接地电极、石英管、放电通道、支撑件、进气口、内高压电极上的排气孔和出气口组成；所述内高压电极为空心的圆柱形金属管；所述外接地电极覆盖在所述石英管外表面；所述内高压电极、所述外接地电极从所述石英管内外分别引出导线与所述外部电源的两极连接；所述进气口由所述石英管引出；所述出气口在所述石英管底部；所述外部电源为等离子体专用电源。

2.一种如权利要求1所述的窄间隙等离子体放电装置，其特征在于：所述等离子体发生器采用石英管玻璃材质的圆柱体结构；所述内高压电极垂直插入所述石英管内，并被所述石英管底部的所述出气口卡住，同时所述内高压电极通过所述支撑件与所述石英管固定，而使所述内高压电极处于所述石英管中心位置并且被固定住，同时确保所述内高压电极与所述石英管的内壁之间处处等间距；所述内高压电极靠近所述出气口处加工许多小孔，即所述内高压电极上的排气孔，这样所述放电通道发生放电过程中产生的等离子体就可以通过所述内高压电极上的排气孔，然后从所述出气口排出；所述放电通道是所述内高压电极与所述石英管构成的圆环间隙；在探究或运用窄间隙等离子体放电装置时，若需通入外界气体，则可以从所述进气口将气体通入所述放电通道。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种窄间隙等离子体放电装置，具体为构建脉冲强电离介质阻挡放电装置，以用于废水降解等水处理领域。

背景技术

随着经济的快速发展，各种污染物对人类的生存环境及身体健康状况带来很大影响。改革开放以来，我省的经济建设取得巨大成就，GDP保持了较快的增速。在经济快速增长的同时，环境污染问题亦不能忽视。工业废水、燃煤烟气和汽车尾气是导致环境破坏的主要污染物来源。以废水为例，工业废水是水域的重要污染源，特点是量大、面广、成分复杂、毒性大、不易净化且很难处理。

目前，国际上废水常用处理方法可按其作用分为四大类，即物理处理法、化学处理法、物理化学法和生物处理法。如常规的几种主要物理\/化学方法有电解、紫外线（UV）和臭氧。这几种方法应用都较为广泛，然而，这几种处理方法，都各自存在各种各样的问题。例如：电解法中较高的能耗以及电解副产物 NAClO的产生；UV 照射法中较长的处理时间（30~100 s）以及生物体的再生；相比较而言，臭氧法是水处理中最为有效的，但臭氧处理的同时会对设备产生明显的腐蚀增强。这些技术上的不足，使得目前所使用的传统水处理工艺不能从根本上满足废水短时间、低成本、无二次污染的处理要求。高级氧化技术（AOPs）以产生羟基（•OH）为标志，目前在饮用水处理领域逐渐成为研究热。但由于AOPs 在工业化技术上要求的反应条件较为苛刻，设备投资大，处理费用较高，且仅适用于高浓度、小流量的废水处理，难以在工程上进行规模化应用。

目前气体在强电离条件下的介质阻挡放电（dielectric barrier discharge，DBD）及其在水处理、消毒杀菌中的应用，已经受到广泛关注，并已取得较好的效果。如白敏冬教授课题组高效利用强电离放电产生的强氧化剂羟基自由基快速杀灭海洋有害生物，使水处理成本大幅降低。DBD可以在大气压下产生稳定的低温等离子体，与其它低温等离子体产生方法相比，更适合于大规模工业化生产，在废气处理、废水处理、烟气除硫、杀菌消毒、材料表面改性、有机物氧化处理、薄膜沉积等领域，已经引起了许多研究者的高度关注。但传统的DBD放电由于放电间隙较大而使相当多的能量消耗在离子迁移上而使气体电离不够充分，却导致反应器温度升高。利用大气压强电场电离放电，可使电子加速并具有较高能量(10eV)，进而使气体分子发生离解、重组等物理化学过程，达到使气体充分电离的目的。

通常强电离条件下的DBD在高频交流供电下进行，能耗仍然较高。而脉冲DBD由于脉宽小，脉冲前沿上升时间短，其能量基本上不消耗在对产生自由基无用的离子加速迁移上，而是作用在自由电子上，使其具有形成高活性自由基所需的能量而获得更多的自由基等活性物质，从而提高放电效率，降低成本。

发明内容

强电场放电是通过窄间隙的介质阻挡气体放电来实现，要求具有很薄的阻挡介质和很窄的放电间隙，但是获得很窄的放电间隙在制作过程中要求也会更高。本实用新型的目的在于利用一种结构简单、耗能少的窄间隙等离子体发生器来构建脉冲强电离介质阻挡放电系统，以用于废水降解等水处理领域。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：本实用新型所涉及窄间隙等离子体的放电装置，包括等离子体发生器和外部电源。所述等离子体发生器由内高压电极、外接地电极、石英管、放电通道、支撑件、进气口、内高压电极上的排气孔和出气口组成；所述内高压电极为空心的圆柱形金属管；所述外接地电极覆盖在所述石英管外表面；所述内高压电极、所述外接地电极从所述石英管内外分别引出导线与所述外部电源的两极连接；所述进气口由所述石英管引出；所述出气口在所述石英管底部；所述外部电源为等离子体专用电源。

窄间隙等离子体放电装置，其特征在于：所述等离子体发生器采用石英管玻璃材质的圆柱体结构；所述内高压电极垂直插入所述石英管内，并被所述石英管底部的所述出气口卡住，同时所述内高压电极通过所述支撑件与所述石英管固定，而使所述内高压电极处于所述石英管中心位置并且被固定住，同时确保所述内高压电极与所述石英管的内壁之间处处等间距；所述内高压电极靠近所述出气口处加工许多小孔，即所述内高压电极上的排气孔，这样所述放电通道发生放电过程中产生的等离子体就可以通过所述内高压电极上的排气孔，然后从所述出气口排出；所述放电通道是所述内高压电极与所述石英管构成的圆环间隙；在探究或运用窄间隙等离子体放电装置时，若需通入外界气体，则可以从所述进气口将气体通入所述放电通道。

当装置与所述外部电源连接工作时，所述放电通道在所述外部电源作用下发生放电，使所述放电通道内的空气在强电场作下发生电离形成等离子体。所述等离子体中含有大量氧活性粒子（ROS），这些氧活性粒子具有强氧化性，可以用于消菌、杀毒、处理废水等许多领域，空气电离形成的等离子体通过所述内高压电极上的排气孔最终从所述出气口排出，可以通过排出的等离子体来讨论分析窄间隙等离子体放电装置的放电性能，从而更好的运用于工业发展。

所述窄间隙等离子体放电装置采用的是同轴型结构，所述放电通道采用介质阻挡放电原理产生等离子体，由于装置设计的是窄间隙，在与所述外部电源配合工作时能发生强电离放电，并且放电稳定。因此，本实用新型将提供一种结构简单，成本低，能获得强电离放电的窄间隙等离子体放电装置。

附图说明

图1为窄间隙等离子体发生器整体结构示意图。

图2为窄间隙等离子体发生器左视图。

具体实施方式

如图1所示。本实用新型涉及一种窄间隙等离子体放电装置，由等离子体发生器和外部电源1组成。所述等离子体发生器由内高压电极2、外接地电极6、石英管4、支撑件3、内高压电极上的排气孔8、放电通道7、进气口8和出气口9组成。所述内高压电极2为空心的圆柱形铜管；所述外接地电极6采用1mm厚的铜箔覆盖在所述石英管4外表面；所述内高压电极2、所述外接地电极6从所述石英管4内外分别引出导线与所述外部电源1的两极连接；所述进气口8由所述石英管4引出；所述出气口9在所述石英管4底部；所述外部电源1为等离子体专用电源。

窄间隙等离子体放电装置，其特征在于：所述等离子体发生器采用的是石英管玻璃材料的圆柱体结构，所述石英管4圆柱体结构长为110mm，内直径为4.64mm，外直径为10.1mm，厚度为2.73mm。所述内高压电极2长160mm，内径3mm，外径4.06mm，垂直插入所述石英管4内，并被所述石英管4底部的所述出气口9卡住，同时所述内高压电极2通过所述支撑件3与所述石英管4固定，而使所述内高压电极2处于所述石英管4中心位置并且被固定住，同时确保所述内高压电极2与所述石英管4的内壁之间处处等间距；所述内高压电极2靠近所述出气口9处加工3~6个直径为2.8mm小孔，即所述内高压电极2上的排气孔8，这样所述放电通道7发生放电过程中产生的等离子体就可以通过所述内高压电极上的排气孔8，然后从所述出气口9排出；从图2中可以看到所述放电通道7是所述内高压电极2与所述石英管4构成的圆环间隙；所述放电通道7长为87mm，宽为0.29mm；所述进气口8外径为10mm，内径为6mm，厚度为2mm，可以将外界气体通入所述放电通道7，进而用来探究所述窄间隙等离子体放电装置的相关特性；所述出气口9配合所述内高压电极上的排气孔8一起将所述放电通道7在发生放电过程中产生的等离子体排出。

当装置与所述外部电源1连接工作时，所述放电通道7在所述外部电源1作用下发生放电，使所述放电通道7内的空气在强电场作下发生电离形成等离子体。所述等离子体中含有大量氧活性粒子（ROS），这些氧活性粒子具有强氧化性，可以用于消菌、杀毒、处理废水等许多领域，空气电离形成的等离子体通过所述内高压电极上2的排气孔8，最终从所述出气口9排出，可以通过排出的所述等离子体来讨论分析所述窄间隙等离子体放电装置的放电性能，从而更好的运用于工业发展。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

设计图

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