一種螺旋沿面型結構的低溫等離子體發生器的制作方法

本發明涉及低溫等離子體發生器，更具體地，涉及一種螺旋沿面型結構的低溫等離子體發生器。

背景技術：

等離子體產生的手段很多,可用紫外輻射、x射線、電磁場、加熱等方法。實驗室和工業產品大都采用電磁場激發等離子體,如直流輝光放電、射頻放電、微波放電和介質阻擋放電(dbd)等。其中，dbd是一種將絕緣介質插入放電空間的氣體放電形式，介質可以覆蓋在電極上。當在放電電極間施加一定頻率(50mhz至幾兆赫茲)的足夠高的交流電壓時,電極間的氣體就會被擊穿產生介質阻擋氣體放電。

dbd設備目前主要有基本兩種方式產生低溫等離子體，其中一種是平板電極放電，另一種是同軸圓柱電極放電。文獻“介質阻擋放電功率相關因素分析”(葉振鑫，劉海濤，陳志剛，林麒，吳榕[j].機電技術,2011,34(1):41-43)列舉了一種平行板電極放電裝置，該裝置采用4mm的普通玻璃作為放電介質，調節放電間隙分別為2mm、2.5mm、3mm,保持其它參數不變時得出dbd放電功率隨著電極間隙的增大而減小的結論；同時該裝置通過調節電源電壓頻率，得出電源頻率越接近該固有諧振頻率時，放電功率越大的結論。文獻“大氣壓下影響介質阻擋放電的因素分析”(劉璐，孫巖洲，張峰[j].絕緣材料，2008,41(5):52-55)也列舉了一種平行板電極放電裝置試驗證明，該裝置通過實驗推導出以下結論：采用介電常數大，較薄的介質，當電源參數及其他因素不變時，放電強度隨相對介電常數的增大而增大，隨介質材料厚度的增大而減小。因此為了在實際中獲取高密度的低溫等離體，需要合理調節放電間隙與電源頻率，同時試驗裝置應選用介電常數較大，厚度較薄的材料作為阻擋層，盡可能提高工作電壓。文獻“同軸圓柱結構dbd裝置放電功率的模擬計算及實驗研究”(趙衛東,蔡憶昔,韓文赫,鄭榮耀[j].高壓電器，2010,46(6):25-28)列舉同軸圓柱式dbd裝置，推導了適用于各種交流電壓波形的dbd裝置放電功率的計算公式，對同軸圓柱結構dbd裝置進行了電場及等效電容分析，并在此基礎上建立了其放電功率的數學模型。

等離子體煙氣治理技術是一種有效的煙氣治理技術，它主要包括電子束法和脈沖電暈法等。兩者等離子體產生機理基本一致,都是利用電子的作用使氣體分子激發、電離或離解,產生強氧化性的自由基。電子束法和脈沖電暈法產生的高能自由基能破壞煙氣中主要氣體分子的化學鍵，因而煙氣中含量較高的n2和co2等氣體分子也將被分解和電離，浪費了能量。申請號為200410054046.8的專利提出一種新的直電暈放電形式，在電暈放電過程中，添加氣在噴嘴附近分解產生多種活性物質，有效脫除污染物；并且該方法僅對少量射入煙道的添加氣采用電暈放電活化生成活性物質，避免激活背景氣體，有效降低自由基的生成能耗；同時對于不同的污染物可以選擇不同成分的添加氣；也可以模塊化，滿足不同煙氣量處理的要求。

但專利200410054046.8的直流電暈放電容易過渡到火花放電，不能按照需要進一步增大放電功率，對負荷波動適應性較差，穩定性低，且存在安全隱患，對電源的要求較高，電源的價格較為昂貴，導致低溫等離子體在煙氣脫除中的利用受到成本過高的限制。同時，電源參數或者外部環境變化也很容易導致放電擊穿。工廠煙氣脫除的環境波動較大，因此放電的穩定性以及對污染物濃度變化的適應也是低溫等離子體發生器需要考慮的問題之一。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供螺旋沿面型介質阻擋放電的發生器，氧氣通過所述螺旋形空心打孔不銹鋼絲每環打孔均勻噴射到所述腔體的內壁上，同時，所述高壓電極和低壓電極沿著所述腔體的內壁面放電，沿面生成o3、o等活性自由基，從而將所述煙氣污染物氧化成高價態，放電只激活了o2，克服了有的電子束法和脈沖電暈法會激活背景氣體(n2和co2等氣體分子)而浪費能源的問題。

為了實現上述目的，本發明提供一種螺旋沿面型結構的低溫等離子體發生器，其特征在于，包括：

腔體，所述腔體為圓筒形石英玻璃管，用于實現均勻放電；

所述腔體內設有高壓電極，所述高壓電極為螺旋形空心打孔不銹鋼絲；所述腔體中部的外圓周上設有低壓電極；

冷卻裝置，其為圓環狀結構，套設于所述低壓電極的外圓周上，用于實現對所述腔體的降溫冷卻；

所述腔體兩端的側壁上設有向外凸出的圓形開口，分別用于作為煙氣的進口和出口；

所述螺旋形空心打孔不銹鋼絲中通入氧氣，所述氧氣通過所述螺旋形空心打孔不銹鋼絲每環打孔均勻噴射到所述腔體的內壁上，同時，所述高壓電極和低壓電極用于沿著所述腔體的內壁面放電，沿面生成o3、o等活性自由基，從而將所述煙氣污染物氧化成高價態。

進一步地，所述高壓電極緊鄰所述圓筒狀石英玻璃管的內壁，與所述石英玻璃管間隙為1～2mm，用于保證所示氧氣不被放電擊穿。

進一步地，所述圓筒形石英玻璃管為放電間隙中間的介質，其介電常數為3.7，能夠保證放電在較低電壓下平穩進行。

進一步地，所述低壓電極緊緊包裹在所述腔體的外圓周上，用于作為接地處理，同時用于固定所述圓筒形石英玻璃管。

進一步地，所述冷卻裝置的相對側面上開設有向外突出的開口，分別作為冷卻介質的入口和出口。

進一步地，還包括高壓交流電源，所述高壓交流電源的正極與所述高壓電極連接，其負極與所述低壓電極連接。

進一步地，還包括通孔橡膠塞，所述通孔橡膠塞為兩個，分別設于所述腔體的兩端，用于密封所述腔體，同時用于固定所述高壓電極。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發明的低溫等離子體發生器，所述氧氣通過所述螺旋形空心打孔不銹鋼絲每環打孔均勻噴射到所述腔體的內壁上，同時，所述高壓電極和低壓電極沿著所述腔體的內壁面放電，沿面生成o3、o等活性自由基，o2均勻噴射到所述腔體的內壁上，所述高壓電極和低壓電極沿著所述腔體的內壁面放電，沿面生成o3、o等活性自由基，從而將所述煙氣污染物氧化成高價態，放電只激活了o2，克服了有的電子束法和脈沖電暈法會激活背景氣體(n2和co2等氣體分子)而浪費能源的問題。

(2)本發明的低溫等離子體發生器，由于介質的存在，因此可以大幅度的調節電壓避免了放電擊穿，能夠很好的適應煙氣污染物濃度的波動。

(3)本發明的低溫等離子體發生器，通過低溫等離子體通過化學或物理作用除去煙氣中有害的氣體(nox、sox)等，提高產生低溫等離子體的效率，避免激活背景氣體，功耗低，通過實驗證明，該結構的發生器對以上氣體脫除率均能達到較高水平。

(4)本發明的低溫等離子體發生器，降低所需的電源電壓大小，只需要簡單的高壓交流電源，價廉易得。

(5)本發明的低溫等離子體發生器，可以做成殼式換熱器的形式，便于模塊化。

附圖說明

圖1為本發明實施例一種螺旋沿面型結構的低溫等離子體發生器的結構示意圖。

在所有附圖中，同樣的附圖標記表示相同的技術特征，具體為：1-腔體、2-高壓電極、3-低壓電極、4-冷卻裝置、5-高壓交流電源、6-通孔橡膠塞。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

如圖1所示，本發明一個實施例中，螺旋沿面型結構的低溫等離子體發生器包括圓筒形石英玻璃管式發生器腔體(1)、螺旋形空心打孔不銹鋼絲的高壓電極(2)、低壓電極(3)、冷卻裝置(4)、高壓交流電源(5)以及腔體兩端通孔橡膠塞(6)。

其中石英玻璃管(1)為放電間隙中間的介質，其介電常數為3.7，能夠保證放電在較低電壓下平穩進行，將其做成圓筒形狀有利于均勻放電。螺旋型不銹鋼絲的高壓電極(2)緊鄰圓筒狀石英玻璃管的內壁，與石英玻璃管間隙為1～2mm,以保證不出現放電擊穿的情況。緊緊包裹在石英玻璃管(1)的表面的低壓電極(3)接電源負極，在保證放電正常進行的同時，也起到了固定玻璃管的作用。橡膠塞(6)用以固定螺旋型不銹鋼絲的高壓電極(2)。

如圖1所示，本發明的螺旋沿面型結構的低溫等離子體發生器在工作時，螺旋型不銹鋼絲接電源正極，緊緊包裹在石英玻璃管表面的低壓筒狀電極接電源負極，接通電源后可清楚地看見螺旋型不銹鋼絲與介質石英玻璃管的縫隙間產生了紫色的低溫等離子體。按照本發明，o2從螺旋形空心打孔不銹鋼絲通入，不銹鋼絲每環打孔使得o2均勻噴射到介質內壁，等離子體放電沿著壁面進行，從而沿面生成o3、o等活性自由基將煙氣污染物氧化成高價態，因此放電只激活了o2，避免了激活背景氣體造成能量浪費。通過低溫等離子體通過化學或物理作用除去煙氣中有害的氣體(nox|、sox)等，提高產生低溫等離子體的效率，避免激活背景氣體，功耗低，通過實驗證明，該結構的發生器對以上氣體脫除率均能達到較高水平。

在本發明的實施例中，當多個螺旋沿面型介質阻擋放電的發生器并聯時，各個發生器腔體相互并聯，冷卻水裝置相互串聯，可以組成殼式換熱器的形式的發生器，便于模塊化安裝。

在本發明實施實例中，對于多個螺旋沿面型介質阻擋放電的發生器，還包括支撐以上所述部件的框架及各連接零件。

在本發明實施實例中，還包括高壓電線以及布置于所述電源電極與發生器電極的輔助絕緣體。

因此，該采用螺旋型不銹鋼絲的高壓電極取代傳統結構的電極的螺旋沿面型結構的低溫等離子體發生器，具有如下優點：(1)降低所需的電源電壓大小，只需要簡單的高壓交流電源，價廉易得；(2)因為介質的存在，因此可以大幅度的調節電壓；(3)避免了放電擊穿，能夠很好的適應煙氣污染物濃度的波動；(4)提高產生低溫等離子體的效率，避免激活背景氣體，功耗低；(5)可以做成殼式換熱器的形式，便于模塊化；

本發明的螺旋沿面型結構的低溫等離子體發生器在一些利用低溫等離子體工作的裝置中有很廣闊的應用前景，如在低溫等離子體凈化器、低溫等離子體除菌器中使用本發生器，可以節省大量空間，同時還能夠提高除塵殺菌的效率。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。