CN1084066C - 形成受激或非稳定气体分子的装置及其使用方法 - Google Patents

形成受激或非稳定气体分子的装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种形成受激或非稳定气体分子的装置包括在圆周电极(1)和电介质管(3)间形成的一条管状气体通道(5)，第二电极(4)施放在电介质管的内表面，气体在进口(7)和出口(8)间的通道(5)中流通，进、出口是长形的且相对，其高度不超过通道(5)的径向厚度(e)。该装置具体可应用于生产臭氧或处理气氛。

Description

形成受激或非稳定气体分子的装置及其使用方法
本发明涉及形成受激或非稳定气体分子的装置，这种装置具有一管状气体通道，该通道具有一条轴线，形成于第一电极和电介质管之间，电介质管与第一电极共轴，并与第二电极配合工作，两电极连接于一高压高频电源。
EP-A-0 160 964公开了一种这样的放电装置，其中一臭氧发生器在气体通道中进行受激气体的轴向循环。
本发明的目的是提供一种新的装置，其结构紧凑，性能大大改善，可靠性提高，适用于多种用途。
为实现上述目的，按照本发明的一个特征，第一电极包围电介质并具有平行于轴线的，基本完全相对的长形气体进、出口，第二电极施放在电介质的内壁上。
按照本发明的更为具体的特征：
-第二电极是由外壁包有一层瓷漆的电介质内壁的金属化而形成的；
-第一电极的气体进、出口的高度不超过气体通道的径向厚度，即不超过2.5mm；
-临近第二电极的轴向端设有限制电场的装置以避免电介质表面在其端部形成微放电。
由于上述电介质阻挡层放电型设计，能够以极小容量形成几千瓦的“冷”放电，或者本撰写人称之为电晕放电或“无声放电”或“常压辉光放电”，工作压力介于0.3×105Pa至3×105Pa，例如，为常压，并具有超过50％的改进的受激核素(species)输出(相对于以在由装置提供的总功率下振动量子的受激核素的形式在气体中所积累的功率)，而无需在出口处对气体进行一定的加热，并且适用不同种类气体的多种用途。
本发明的另一个目的是利用上述装置生产臭氧，以供应二氧化碳混合激光器，从而产生金属氮化热处理的气氛或产生清洁处理用的还原空气。
参照以下附图，通过对以下实施例的描述，将对本发明的其它特征和优点有更清楚的了解。
图1是按照本发明装置的示意横剖视图；
图2是本发明推荐实施例的纵剖视图；
图3所示放大详图表示按照本发明的电介质一端的一种实施例。
在附图和下面的描述中相同的标号表示相同的或类似的元件。
如图1所示，按照本发明的装置是管状的第一电极1，例如，是由金属块2的内表面形成的，其中同心地设有电介质(如陶瓷)材料管组件3，在其内表面金属化沉积有第二电极4(为清楚起见，在图1中夸大了其厚度)。电介质组件3和第二电极4连同外部的电极1限定了一管状气体通道5，使致冷剂在内部空间6中循环，推荐使用阴电性氟立昂。内部气体通道5的轴向长度小于1米，一般小于50cm，其径向厚度e不超过3mm，一般小于2.5mm。
金属块2具有两条完全相对的纵槽7和8，分别形成通道5内受激气体的进口和含有受激或非稳定分子的气流的出口。槽7和8沿通道5的整个轴向长度延伸，其高度不超过厚度e，一般基本等于厚度e。在金属块2的第一电极1的周围形成许多致冷剂如水的通路60。气体进口7与一均化室9相连通，均化室是在固定于金属块2上的壳体中形成的，并具有一供气管11，从一气源12供应一定压力的气体，气体压力介于0.3×105Pa至3×105Pa。电极1和4连接于工作频率高于15KHz的高频电机，本发明的技术极限在大约10KW功率时为60KHz。在出口8处的含受激核素的气流被送往利用工位14。
在图2所示的实施例中，电介质管3的厚度大约为2mm，其内部金属化层4构成第二电极，第一电极1是由一根金属管构成的，金属管具有两条完全相对的构成进口7和出口8的槽。第一电极1和电介质管3组装起来，由于第一绝缘端塞15和第二绝缘端塞16，构成一密封的共轴的组件，该组件可密封地滑入一平行六面体20的孔17中，平行六面体具有一长形进口18，进口7与其连通，还有一长形出口19，第一电极1的出口8与其连通。
如果用于生产电介质管3的陶瓷具有很好的适用于制造电容器的电学性质，那么，既使当其抛光后，一般也有颗粒表面，这会引起不良的浑光放电性能。为了弥补这一点，按照本发明的一个方面，电介质管的外表面涂有一薄的瓷漆层21，薄于100微米，一般为大约20微米。另一方面，如果在内部电极和电介质管之间的紧密接触使得沿电介质管可避免形成微放电，即使在使用电介质管3及瓷漆层21专门承受的很高功率的情况下，也能避免形微放电，那么，在内部电极4两端就有很强的局部电场增强的问题。为了克服这一点，按照图2的实施例，内部电极4由一中央导电管22供电，导电管22相对端连接有曲线形成的挠性金属触点23，通过避免向冷却液放电而缓慢连续地发展由电极4形成的等电势，又由于使用了很强阴电性的含氯氟烃作致冷剂从而更大大降低了这种放电的危险性。因此，按照本发明的一个方面，导电管22穿过第二绝缘塞16，并由形成连至电源13的导体的金属块24封闭，塞16具有一通入导电管22的径向通道25和通入内部腔6并不在腔6中形成冷却油循环的第二径向通道26。作为一种改进，在高压电极4两端电场的峰值限制装置可通过向着电介质管3端部的内部加厚，最好是逐渐加厚来形成，或者在电介质管3端部和第一电极1相对端之间增设一电介质环来形成，电介质环的环形表面象电介质管3那样涂以瓷漆，其圆周最好金属化。
电场峰值限制装置的另一种改进如图3所示，在高压电极4端部的延长部分上设置金属护环27，并且象电极4端部那样，涂以内部瓷漆层28，瓷漆层28与外部瓷漆层21同一种的。
如前所述，按照本发明的装置可以用来产生不同气体的受激核素。
如果引入装置的气体含有大部分氮，一般是在含氧混合物中含有多于78％的氮。那么，该装置主要产生振动受激的氮气，但是也产生受激在A3∑g4水平的原子氮和分子氮。振动受激的氮主要有两种用途，其一是在CO2混合功率激光器中，受激氮迅速与CO2混合，并将其能量转移至CO2。因而产生激光效应的总逆转(populationinversion)，其二是金属有限度加热的金属表面氮化。氧含量起着重要作用。杂质CO2，CO，H2，特别是H2O阻碍氮的振动受激，必须加以限制。氮气中存在氧时对于氮化处理来说，产量的下降大致与氧的浓度成正比，最好是由渗透或吸收制备的含5％氧的氮气是一种好的折衷，这种气体的介格比纯氮低得多而又不显著影响受激核素的产量。
按照本发明的装置适用于用干燥空气或用纯氧生产臭氧。在使用氧气的情况下，本发明的装置生产臭氧，单氧和原子氧。这些产生的核素各自的量取决于多种参数，特别是气体的温度(对一定的功率来说取决于气体的流量)以及发电机的频率。因此，气体的温度决定臭氧的最终破坏程度，因而决定原子氧的形成，频率则影响电子的能量，因而影响分子氧的受激和分解。除了用于减少污染和消毒外，这样生产产品也用来改变聚合物的表面性质，特别是其附着性质和可湿性。
向本发明的装置提供氢气或氢基混合物(例如氢气/氩气)，能以大大减少的功率产生原子或受激核素，以便用于清洁等用途。
虽然上面结合实施例对本发明作了描述，但这并非对本发明的限定，本专业的技术人员可对其作各种改进和变化，而并不超出本发明的范围。

Claims (19)

1.用于形成受激或非稳定气体分子的装置，包括具有一轴线的管状气体通道(5)，形成于第一电极(1)和电介质管(3)之间，电介质管(3)与第一电极(1)共轴并与第二电极(4)配合工作，所述两电极连接于一高压高频电源(13)，其特征在于：所述第一电极(1)包围着所述电介质管(3)，并具有长形的气体进口(7)和出口(8)，所述气体进、出口平行于所述轴线并基本完全相对，所述第二电极(4)施放于所述电介质管(3)的内壁。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述第二电极(4)是通过所述电介质管(3)内壁的金属化而形成的。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述气体进口(7)和出口(8)的高度不超过气体通道(5)的径向厚度(e)。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电介质管(3)的外壁涂有薄瓷漆层(21)。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置具有临近于所述第二电极(4)轴向两端的电场限制装置(23，27)，以避免在电介质管(3)两端形成的微放电。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述电场限制装置在第二电极(4)和一中央导电管(22)之间具有成形的触点(23)。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于：所述电场限制装置具有在第二电极(4)的轴向延长部分的电介质管(3)上形成的护环(27)。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：具有在由电介质管(3)和第二电极(4)构成的组件中使致冷剂循环的装置(6；25，22，26)。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于：电极(1；4)和电介质管(3)呈圆柱形组件形式插在平行六面体(20)中，平行六面体(20)具有气体进出口用的长形通道(18，19)。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述气体通道(5)的径向厚度(e)不超过2.5mm。
11.如权利要求9所述的装置，其特征在于：所述装置具有在进口通道(18，7)和一气源(12)相连的供气管(11)之间的均化室(9)。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于：所述气体是空气。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于：所述气体是氧气。
14.如权利要求11所述的装置，其特征在于：所述气体是氮气。
15.如权利要求11所述的装置，其特征在于：所述气体是氢气。
16.如权利要求12和13中任一项所述的装置的用途是生产臭氧。
17.如权利要求12和14所述的装置的用途是供应CO2混合激光器。
18.如权利要求14所述的装置的用途是产生金属氮化处理的气氛。
19.如权利要求15所述的装置的用途是产生还原气。
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