一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置和方法

本发明属于等离子体，涉及一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置和方法。

背景技术：

1、介质阻挡放电等离子体是一种非热等离子体，其特点是在两个电极之间放置有绝缘介质层隔离。当在两个电极上施加高压交流电时，由于介质层能够防止电流连续通过，可以有效地防止局部火花或者电弧的形成，在大气压的开放环境下产生大面积、高能量密度的低温等离子体。介质阻挡放电等离子体在消毒杀菌、材料表面处理、沉积制膜等方面已有广泛应用，在环境保护和工业生产中具有重要作用和潜力。

2、然而，现有的介质阻挡放电发生器容易出现放电不均匀的现象。当发生器工作时间过长后，现有装置由于发热、老化等原因，容易出现电极脱落或电极与介质层之间出现间隙的现象，导致无法继续实现均匀放电。为了让出现间隙的部分电极继续放电，需要持续增大电源电压，从而导致没有间隙的电极部分放电强度骤增，产生强烈的发热现象，进一步加剧发生器老化。此外，现有装置在工作过程中，往往只能通过调节电源电压的方式改变发生器的放电强度，功耗较高且难以精准调控。

3、为解决现有介质阻挡放电发生器存在的放电不均匀、难以精准调控的问题，本发明提出一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置和方法。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置，金属颗粒作为高压电极并耦合磁场发生装置，为沿面型介质阻挡放电，实现了精准调控放电强度，形成均匀等离子体，减少能量消耗。

2、本发明的另一目的是，提供一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置的使用方法。

3、本发明所采用的技术方案是，一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置，包括等离子发生器，所述等离子发生器的介质层包括绝缘材质的圆柱形筒体，圆柱形筒体的部分外壁被金属层包裹，作为地电极；

4、所述圆柱形筒体底部安装有绝缘材料的半球形底座；

5、所述介质层的中心安装有磁场发生装置，介质层与磁场发生装置之间的腔体内自由堆放有若干金属颗粒，金属颗粒作为高压电极；

6、所述磁场发生装置的内部流通有沿轴向从上往下的正向电流或从下往上的反向电流，形成环形磁场；施加外部电压使得金属颗粒生成流向半球形底座的电流，形成电场；在环形磁场和电场共同作用下，金属颗粒因洛伦兹力沿径向靠近或远离介质层，从而调控地电极的放电强度。

7、进一步的，所述金属颗粒在介质层的圆柱形筒体内填充度为50％-80％。

8、进一步的，所述金属颗粒的直径为0.125mm-0.25mm。

9、进一步的，所述地电极存在空气间隙，使得地电极与空气接触。

10、进一步的，所述地电极为条形或网状。

11、进一步的，所述磁场发生装置为管套管结构，外管为非金属壳，内外管间的夹层内填充有电流载体，在电流载体的上下两端施加电压，向电流载体输入由上至下的正向电流或由下至上的反向电流，正向电流产生的顺时针环形磁场使得金属颗粒紧密地附着在介质层内壁并均匀分布，反向电流产生的逆时针环形磁场使得金属颗粒与介质层内壁贴合程度减弱且均匀分布；等离子发生器的放电强度随着金属颗粒与介质层内壁的贴合程度而发生变化。

12、进一步的，所述内管为金属壳，金属壳与非金属壳之间的腔体、金属壳内部的腔体均填充有电流载体，在电流载体上端的内外两部分电流载体施加电压，内外两部分电流载体的底端电性导通连接。

13、进一步的，所述电流载体通过多个径向设置的绝缘介质挡板分隔为多段，每段电流载体内安装有两个正电极和两个负电极，两个正电极位于一侧，两个负电极位于一侧，每个电极引出一根导线，每段的电流载体和对应的正负电极构成独立的电磁单元，通过改变接入每个电磁单元内正电极和负电极的上下位置，从而实现电流载体内由上至下的正向电流或由下至上的反向电流，进一步控制受到调节的电磁单元所在部位的金属颗粒与介质层的贴合程度，从而精细控制不同部位地电极的放电强度。

14、进一步的，施加在所述磁场发生装置上的产生轴向电流形成环形磁场的电压与施加在等离子体电极上的电压极性保持相同。

15、一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置的使用方法，包括以下步骤：

16、s1，启动磁场发生装置，产生环形磁场，施加外部电压，使得金属颗粒在环形磁场和电场共同作用下，靠近或远离介质层；

17、s2，通过改变通入磁场发生装置的电流方向与电流大小，控制金属颗粒的移动方向和移动距离，进而控制金属颗粒与介质层内壁的贴合程度；

18、介质层为绝缘材质，进行沿面型介质阻挡放电，形成低温等离子体，不同贴合程度能够实现不同强度的等离子体放电效果。

19、本发明的有益效果是：

20、(1)精准调控放电强度：本发明通过集成磁场发生装置，实现了对放电强度的调控。通过磁场发生装置产生的磁场控制金属颗粒在介质层内的运动和贴合程度。当增强磁场强度时，金属颗粒与介质层的贴合更加紧密，导致电场强度增强，从而提高放电强度。反之，减小磁场强度会减弱金属颗粒与介质层的贴合，导致电场强度减小，进而调节放电强度。

21、(2)灵活性和可控性增强：通过调节施加在等离子体电极和磁场发生装置上的电压强度，可以实现对等离子体发生的时机和强度的精准控制。这使得系统在不同工作状态下可以灵活切换，满足特定需求，同时增强了对整个放电发生器装置的实时调节和可控性。这种灵活性和可控性为系统的广泛应用和性能优化提供了更大的空间。

22、(3)形成均匀的等离子体：金属颗粒作为高压电极，与金属层之间在特定电场强度下能够电离空气，形成等离子体。金属颗粒在介质层内的均匀分布，加之精准的电场控制，确保了等离子体的均匀分布，这对于许多工业应用至关重要。

23、(4)减少能量消耗：本发明通过优化放电过程，减少了不必要的能量损耗。相比传统技术，这种高效的能量利用能显著降低运行成本，尤其是在长时间运行的应用场合。

24、(5)热管理和稳定性提升：介质层包含的圆柱形筒状介质层和半球形底座有助于有效散发热量，避免局部过热，这对于维持设备的稳定运行和延长使用寿命非常重要。

技术特征：

1.一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置，包括等离子发生器，其特征在于，所述等离子发生器的介质层(2)包括绝缘材质的圆柱形筒体，圆柱形筒体的部分外壁被金属层包裹，作为地电极(3)；

2.根据权利要求1所述一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述金属颗粒(5)在介质层(2)的圆柱形筒体内填充度为50％-80％。

3.根据权利要求1所述一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述金属颗粒(5)的直径为0.125mm-0.25mm。

4.根据权利要求1所述一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述地电极(3)存在空气间隙(32)，使得地电极(3)与空气接触。

5.根据权利要求3所述一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述地电极(3)为条形或网状。

6.根据权利要求1所述一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述磁场发生装置(1)为管套管结构，外管为非金属壳(17)，内外管间的夹层内填充有电流载体，在电流载体的上下两端施加电压，向电流载体输入由上至下的正向电流或由下至上的反向电流，正向电流产生的顺时针环形磁场使得金属颗粒(5)紧密地附着在介质层(2)内壁并均匀分布，反向电流产生的逆时针环形磁场使得金属颗粒(5)与介质层(2)内壁贴合程度减弱且均匀分布；等离子发生器的放电强度随着金属颗粒(5)与介质层(2)内壁的贴合程度而发生变化。

7.根据权利要求6所述一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述内管为金属壳(6)，金属壳(6)与非金属壳(17)之间的腔体、金属壳(6)内部的腔体均填充有电流载体，在电流载体上端的内外两部分电流载体施加电压，内外两部分电流载体的底端电性导通连接。

8.根据权利要求6所述一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置，其特征在于，所述电流载体通过多个径向设置的绝缘介质挡板(16)分隔为多段，每段电流载体内安装有两个正电极和两个负电极，两个正电极位于一侧，两个负电极位于一侧，每个电极引出一根导线，每段的电流载体和对应的正负电极构成独立的电磁单元(14)，通过改变接入每个电磁单元(14)内正电极和负电极的上下位置，从而实现电流载体内由上至下的正向电流或由下至上的反向电流，进一步控制受到调节的电磁单元(14)所在部位的金属颗粒(5)与介质层(2)的贴合程度，从而精细控制不同部位地电极(3)的放电强度。

9.根据权利要求6-8任意一项所述一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置，其特征在于，施加在所述磁场发生装置(1)上的产生轴向电流形成环形磁场的电压与施加在等离子体电极上的电压极性保持相同。

10.如权利要求1所述一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种金属颗粒电极的介质阻挡放电装置和方法，包括等离子发生器，等离子发生器的介质层包括圆柱形筒体，部分外壁被金属层包裹，作为地电极；圆柱形筒体底部安装有半球形底座；介质层的中心安装有磁场发生装置，介质层与磁场发生装置之间的腔体内自由堆放有若干金属颗粒，作为高压电极；磁场发生装置的内部流通有沿轴向的电流，形成环形磁场；金属颗粒生成流向半球形底座的电流，形成电场；在环形磁场和电场共同作用下，金属颗粒因洛伦兹力沿径向靠近或远离介质层，从而调控地电极的放电强度。本发明中金属颗粒作为高压电极并耦合磁场发生装置，为沿面型介质阻挡放电，实现了精准调控放电强度，形成均匀等离子体，减少能量消耗。

技术研发人员：徐晗,伍旻翀,黄轶泓,邵明绪,谢楷
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12