[实用新型]多重微放电协同一体的放电装置

说明书

本实用新型涉及非热微放电等离子体领域，特别涉及沿面放电和介质阻挡放电协同一体的等离子体产生装置。

如图1和图2所示，一般来说，一个沿面放电或介质阻挡放电等离子体源装置包括一个交流高压电源1，该高压电源将电网电压转变成高频高压或工频高压等电能形式；一个沿面放电或介质阻挡放电反应器2，通过由高压电缆3从高压电源传递来的高压电能加在放电反应器2的高压电极4上，在高压电极4和地电极5之间的空间产生微放电，对沿面放电来说在附有高压电极的介质表面产生微放电，处理流经该放电区的气体；一个反应器外壳6，用于固定联接电缆3和高压电极4的绝缘子7；一个接地装置8，该接地装置起向大地泄放电流、防止地电位抬高、保护人身和仪器安全的作用。

放电反应器是沿面放电或介质阻挡放电等离子体源的关键器件之一。如图3和图4所示，沿面放电反应器主要有板式反应器和筒式反应器两种。高压电能通过传输线加在粘贴在厚度和质地均匀的介质层9表面的电极10上，该放电电极为栅状金属薄层，在介质层9的另一面粘贴一层金属薄层为地电极11。栅状金属条宽度为毫米量级，金属条之间的距离为毫米到厘米量级，介质层厚度为毫米量级。在交变高电压作用下，微放电发生在金属条之间介质表面。介质层可以为平板或圆筒状，为绝缘考虑可以在地电极11外层覆盖另一层介质。如图5和图6所示，介质阻挡放电反应器也主要有板式反应器和筒式反应器两种。高压电能通过传输线加在粘贴在厚度和质地均匀的介质层15表面的电极16上，该放电电极为平板或圆筒状，视介质层形状而定，在另一介质层的表面上粘贴一层金属薄层为地电极17，两介质层之间的间隙为毫米量级，另外，也可以将作为高压电极的金属层与带地电极的介质层构成毫米量级的间隙。微放电就发生在上述两种间隙之间。

沿面放电和介质阻挡放电有一共同特点，就是都利用工频或高频交流高压提供放电电能；利用介质特性使气体间隙或介质表面形成瞬态高电压产生微放电。电压峰值在几KV到几十KV之间，频率在几十Hz到几十KHz甚至更高。通过对流经微放电区的气体作用可以处理有毒有害气体；通过合成臭氧来净化污染水体和对食物、空气等进行杀菌消毒等处理。到目前为止，这两种放电对有毒有害气体的直接处理尚处于研究阶段，仅有小型实用化产品；对臭氧合成已达到工业化水平，但是，由于交流高压输出特性需要优化、反应器介质损耗、电极结构不合理和加工工艺欠佳等原因，实际用于放电的电能比例很小，放电能量利用率还远低于理论值。

文献显示非热放电等离子体源技术新的发展是非常有限的，最近正在发展一种沿面放电和阻挡放电结合的反应器，如图7所示。这种放电反应器可以在一定程度上改进放电特性、提高臭氧合成效率。另外，一种超短气隙的介质阻挡放电反应器也已出现。这种反应器较大地提高了放电能量利用率，其放电反应器结构如图8所示，同一般介质阻挡放电反应器的区别是其放电气隙为0.05毫米到0.1毫米。

本实用新型的目的是提出一种新的放电装置，在与现有微放电相同体积放电区内能够注入成倍高压电能，产生更强烈更均匀的微放电，显著提高用于微放电的能量利用率。

在本实用新型设计的放电装置中，通过一个工频或高频交流高压电源向放电反应器内注入高压电能，沿面放电和介质阻挡放电同时在放电反应器中发生。该放电装置的主要结构是这样的：两均匀平板介质平行配置，上层介质的上表面和下层介质的下表面各粘贴一金属薄平板，上层介质的下表面或下层介质的上表面粘贴一栅状金属薄层；栅状金属条宽度为毫米量级，金属条之间的距离为毫米到厘米量级，介质层厚度为毫米量级，两介质层之间的间隙大于或等于栅状金属条的厚度且最大不超过1厘米；两金属薄平板均与电源地端相连作为地电极，栅状金属薄层连接电源高压端作为放电电极。本放电装置的平板介质可以置换为圆筒型介质。此时，两介质横截面半径之差大于或等于栅状金属条的厚度且最大不超过1厘米；两介质一内一外且同心配置；各电极的形状与介质的圆筒型相匹配。

在前述放电装置的两介质层之间，还可以增加一层或多层介质，并在增加的介质层的上下(或内外)表面各粘贴一金属薄层作为电极。这样，单一通道的放电装置就改进成了多通道放电装置。

仅用一输出交流高压的电源供电，本实用新型设计的放电装置实现了多重放电电极在同一放电区内同时产生沿面放电和介质阻挡放电，能量利用率得到大幅提高。相对于其它各种类型产生臭氧的放电装置，本实用新型电源简单，无须多相交流高压供电，反应器放电电极结构多变，而且通过简单的多重放电气隙结构易扩大反应器规模实现工业化。