[发明专利]一种混合介质阻挡放电装置

说明书

技术领域

本发明属于非热放电等离子体技术领域，尤其涉及一种混合介质阻挡放电装置。

背景技术

体相介质阻挡放电与沿面放电可在大气压下产生大面积等离子体区域且放电均匀稳定，放电装置结构简单，动态响应快，故在材料表面处理、生物医学以及环境保护等领域有着广阔的应用前景。一般地，要实现体相介质阻挡放电或沿面放电，需将绝缘介质(如玻璃、陶瓷和石英等)置于由金属片或栅状金属条构成的高压电极与地电极间，采用交流电源通过导线连接高压电极与地电极的两端为其提供电能。

体相介质阻挡放电在气体间隙发生微放电，形成等离子体区；而沿面放电则可于介质表面产生大面积且均匀的等离子体层。因这两种放电装置在放电区域内可产生大量的活性物种(如高能电子、离子、自由基和激发态分子等)，能够有效活化处理流经等离子体区域的气体，这使其在工业废气净化、环境除臭以及臭氧合成等应用上展现了巨大的优势。但是，目前这两种放电形式的实际应用还主要处于研究阶段，仅臭氧合成已实现工业化，且即使是臭氧合成上的应用也受到能量利用率不够高等问题的困扰。要解决以上问题，放电过程中应保证注入能量向电子的有效转移，显著提高放电等离子体的电子温度(反映电子能量)与电子密度。这即能确保等离子体可提供足够的高能电子与活性物种引发或参与化学反应，尽快达到反应目标；还有利于减少放电过程中不必要的热损耗(如介质损耗等)，提高放电能量利用率。

专利CN01270102.5公开了一种多重微放电协同一体的放电装置，其利用在放电区内可同时发生的体相介质阻挡放电与沿面放电，通过增加注入的高压电能来谋求产生更加强烈的等离子体放电，获得高电子密度，以达到提高放电能量利用率的目的。然而，该设计受所使用介质层与结构设计的限制，等离子体中电子温度与电子密度不够高，因而其放电能量利用率虽有提高却远低于理论值。综上所述，现有技术存在能量利用率低、结构复杂等缺陷，且不能有效将介质阻挡放电与沿面放电结合利用。

发明内容

鉴于已有技术存在的不足，本发明的目的是要提供一种大幅度提高体相介质阻挡放电与沿面放电的能量利用率、并显著增强其实用性的一种混合介质阻挡放电装置，其能够实现将体相介质阻挡放电和/或沿面放电耦合于同一放电间隙，建立高电场强度、高电子密度且结构紧凑、组装方便。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种混合介质阻挡放电装置，其特征在于，所述装置主要包括：材质均匀的介质层、栅状金属电极和薄片金属电极、导线、电源以及示波器；

N块所述介质层互相整齐平行排布，任意相邻两所述介质层间构成放电间隙且间距相等，其中N≧3；

所述介质层中除两端外，其余N-2块介质层均称为中间介质层，所述中间介质层上、下两面均附着栅状金属电极，且各所述中间介质层结构完全一致；

两端介质层上的电极有两种分布方式：

方式一为两端介质层的外侧分别附着一薄片金属电极，此时处于同一放电间隙中的栅状金属电极连接电源的同一端而处于相邻放电间隙中的栅状金属电极连接电源的另一端，且此时分别附着于两端介质层外侧的薄片金属电极均连接与其相邻中间介质层相近一侧栅状金属电极相反的电源端；

方式二为两端介质层的内测分别附着一栅状金属电极，此时处于同一放电间隙中的栅状金属电极连接电源的同一端而处于相邻放电间隙中的栅状金属电极连接电源的另一端；

所述示波器并联于电源两端。

进一步地，作为本发明的优选，所述N块材质均匀的介质层为具有高介电常数与导热系数的高纯度氧化铝或氧化锆薄板，薄板厚度为0.1～1.5mm。

进一步地，作为本发明的优选，所述相邻介质层间间隙为0.1～2mm。

进一步地，作为本发明的优选，所述栅状金属电极及所述薄片金属电极的厚度相同，均为0.01～1.5mm；同时，同一栅状电极相邻金属条的间距相同，均为1～5mm；金属条宽度为1～5mm。

进一步地，作为本发明的优选，所述中间介质层上、下表面均设有栅状金属电极，且使得中间介质层上表面栅状金属电极的任意两个相邻的金属条之间的中心线上均对应设置有一中间介质层下表面栅状金属电极金属条。

进一步地，作为本发明的优选，增加中间薄板介质层数量以增加放电装置内高电场强度混合放电通道。

进一步地，作为本发明的优选，电源优选采用工频或100～2000Hz的高频、电压为3～20kV的交流高压电源或者脉宽为1～10μs脉冲电源。

与现有技术相比，本发明的有益效果：