專利名稱：形成受激或非穩(wěn)定氣體分子的裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及形成受激或非穩(wěn)定氣體分子的裝置，這種裝置具有一管狀氣體通道，該通道具有一條軸線，形成于第一電極和電介質(zhì)管之間，電介質(zhì)管與第一電極共軸，并與第二電極配合工作，兩電極連接于一高壓高頻電源。
EP-A-0160964公開了一種這樣的放電裝置，其中一臭氧發(fā)生器在氣體通道中進(jìn)行受激氣體的軸向循環(huán)。
本發(fā)明的目的是提供一種新的裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊，性能大大改善，可靠性提高，適用于多種用途。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)特征，第一電極包圍電介質(zhì)并具有平行于軸線的，基本完全相對(duì)的長(zhǎng)形氣體進(jìn)、出口，第二電極施放在電介質(zhì)的內(nèi)壁上。
按照本發(fā)明的更為具體的特征-第二電極是由外壁包有一層瓷漆的電介質(zhì)內(nèi)壁的金屬化而形成的;
-第一電極的氣體進(jìn)、出口的高度不超過(guò)氣體通道的徑向厚度，即不超過(guò)2.5mm;
-臨近第二電極的軸向端設(shè)有限制電場(chǎng)的裝置以避免電介質(zhì)表面在其端部形成微放電。
由于上述電介質(zhì)阻擋層放電型設(shè)計(jì)，能夠以極小容量形成幾千瓦的“冷”放電，或者本撰寫人稱之為電暈放電或“無(wú)聲放電”或“常壓輝光放電”，工作壓力介于0.3×105Pa至3×105Pa，例如，為常壓，并具有超過(guò)50%的改進(jìn)的受激核素(species)輸出(相對(duì)于以在由裝置提供的總功率下振動(dòng)量子的受激核素的形式在氣體中所積累的功率)，而無(wú)需在出口處對(duì)氣體進(jìn)行一定的加熱，并且適用不同種類氣體的多種用途。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是利用上述裝置生產(chǎn)臭氧，以供應(yīng)二氧化碳混合激光器，從而產(chǎn)生金屬氮化熱處理的氣氛或產(chǎn)生清潔處理用的還原空氣。
參照以下附圖，通過(guò)對(duì)以下實(shí)施例的描述，將對(duì)本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)有更清楚的了解。


圖1是按照本發(fā)明裝置的示意橫剖視圖;
圖2是本發(fā)明推薦實(shí)施例的縱剖視圖;
圖3所示放大詳圖表示按照本發(fā)明的電介質(zhì)一端的一種實(shí)施例。
在附圖和下面的描述中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的或類似的元件。
如圖1所示，按照本發(fā)明的裝置是管狀的第一電極1，例如，是由金屬塊2的內(nèi)表面形成的，其中同心地設(shè)有電介質(zhì)(如陶瓷)材料管組件3，在其內(nèi)表面金屬化沉積有第二電極4(為清楚起見(jiàn)，在圖1中夸大了其厚度)。電介質(zhì)組件3和第二電極4連同外部的電極1限定了一管狀氣體通道5，使致冷劑在內(nèi)部空間6中循環(huán)，推薦使用陰電性氟立昂。內(nèi)部氣體通道5的軸向長(zhǎng)度小于1米，一般小于50cm，其徑向厚度e不超過(guò)3mm，一般小于2.5mm。
金屬塊2具有兩條完全相對(duì)的縱槽7和8，分別形成通道5內(nèi)受激氣體的進(jìn)口和含有受激或非穩(wěn)定分子的氣流的出口。槽7和8沿通道5的整個(gè)軸向長(zhǎng)度延伸，其高度不超過(guò)厚度e，一般基本等于厚度e。在金屬塊2的第一電極1的周圍形成許多致冷劑如水的通路60。氣體進(jìn)口7與一均化室9相連通，均化室是在固定于金屬塊2上的殼體中形成的，并具有一供氣管11，從一氣源12供應(yīng)一定壓力的氣體，氣體壓力介于0.3×105Pa至3×105Pa。電極1和4連接于工作頻率高于15KHz的高頻電機(jī)，本發(fā)明的技術(shù)極限在大約10KW功率時(shí)為60KHz。在出口8處的含受激核素的氣流被送往利用工位14。
在圖2所示的實(shí)施例中，電介質(zhì)管3的厚度大約為2mm，其內(nèi)部金屬化層4構(gòu)成第二電極，第一電極1是由一根金屬管構(gòu)成的，金屬管具有兩條完全相對(duì)的構(gòu)成進(jìn)口7和出口8的槽。第一電極1和電介質(zhì)管3組裝起來(lái)，由于第一絕緣端塞15和第二絕緣端塞16，構(gòu)成一密封的共軸的組件，該組件可密封地滑入一平行六面體20的孔17中，平行六面體具有一長(zhǎng)形進(jìn)口18，進(jìn)口7與其連通，還有一長(zhǎng)形出口19，第一電極1的出口8與其連通。
如果用于生產(chǎn)電介質(zhì)管3的陶瓷具有很好的適用于制造電容器的電學(xué)性質(zhì)，那么，既使當(dāng)其拋光后，一般也有顆粒表面，這會(huì)引起不良的渾光放電性能。為了彌補(bǔ)這一點(diǎn)，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，電介質(zhì)管的外表面涂有一薄的瓷漆層21，薄于100微米，一般為大約20微米。另一方面，如果在內(nèi)部電極和電介質(zhì)管之間的緊密接觸使得沿電介質(zhì)管可避免形成微放電，即使在使用電介質(zhì)管3及瓷漆層21專門承受的很高功率的情況下，也能避免形微放電，那么，在內(nèi)部電極4兩端就有很強(qiáng)的局部電場(chǎng)增強(qiáng)的問(wèn)題。為了克服這一點(diǎn)，按照?qǐng)D2的實(shí)施例，內(nèi)部電極4由一中央導(dǎo)電管22供電，導(dǎo)電管22相對(duì)端連接有曲線形成的撓性金屬觸點(diǎn)23，通過(guò)避免向冷卻液放電而緩慢連續(xù)地發(fā)展由電極4形成的等電勢(shì)，又由于使用了很強(qiáng)陰電性的含氯氟烴作致冷劑從而更大大降低了這種放電的危險(xiǎn)性。因此，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，導(dǎo)電管22穿過(guò)第二絕緣塞16，并由形成連至電源13的導(dǎo)體的金屬塊24封閉，塞16具有一通入導(dǎo)電管22的徑向通道25和通入內(nèi)部腔6并不在腔6中形成冷卻油循環(huán)的第二徑向通道26。作為一種改進(jìn)，在高壓電極4兩端電場(chǎng)的峰值限制裝置可通過(guò)向著電介質(zhì)管3端部的內(nèi)部加厚，最好是逐漸加厚來(lái)形成，或者在電介質(zhì)管3端部和第一電極1相對(duì)端之間增設(shè)一電介質(zhì)環(huán)來(lái)形成，電介質(zhì)環(huán)的環(huán)形表面象電介質(zhì)管3那樣涂以瓷漆，其圓周最好金屬化。
電場(chǎng)峰值限制裝置的另一種改進(jìn)如圖3所示，在高壓電極4端部的延長(zhǎng)部分上設(shè)置金屬護(hù)環(huán)27，并且象電極4端部那樣，涂以內(nèi)部瓷漆層28與外部瓷漆層21同一種的。
如前所述，按照本發(fā)明的裝置可以用來(lái)產(chǎn)生不同氣體的受激核素。
如果引入裝置的氣體含有大部分氮，一般是在含氧混合物中含有多于78%的氮。那么，該裝置主要產(chǎn)生振動(dòng)受激的氮?dú)猓且伯a(chǎn)生受激在A3∑g4水平的原子氮和分子氮。振動(dòng)受激的氮主要有兩種用途，其一是在CO2混合功率激光器中，受激氮迅速與CO2混合，并將其能量轉(zhuǎn)移至CO2。因而產(chǎn)生激光效應(yīng)的總逆轉(zhuǎn)(population inversion)，其二是金屬有限度加熱的金屬表面氮化。氧含量起著重要作用。雜質(zhì)CO2，CO，H2，特別是H2O阻礙氮的振動(dòng)受激，必須加以限制。氮?dú)庵写嬖谘鯐r(shí)對(duì)于氮化處理來(lái)說(shuō)，產(chǎn)量的下降大致與氧的濃度成正比，最好是由滲透或吸收制備的含5%氧的氮?dú)馐且环N好的折衷，這種氣體的介格比純氮低得多而又不顯著影響受激核素的產(chǎn)量。
按照本發(fā)明的裝置適用于用干燥空氣或用純氧生產(chǎn)臭氧。在使用氧氣的情況下，本發(fā)明的裝置生產(chǎn)臭氧，單氧和原子氧。這些產(chǎn)生的核素各自的量取決于多種參數(shù)，特別是氣體的溫度(對(duì)一定的功率來(lái)說(shuō)取決于氣體的流量)以及發(fā)電機(jī)的頻率。因此，氣體的溫度決定臭氧的最終破壞程度，因而決定原子氧的形成，頻率則影響電子的能量，因而影響分子氧的受激和分解。除了用于減少污染和消毒外，這樣生產(chǎn)產(chǎn)品也用來(lái)改變聚合物的表面性質(zhì)，特別是其附著性質(zhì)和可濕性。
向本發(fā)明的裝置提供氫氣或氫基混合物(例如氫氣/氬氣)，能以大大減少的功率產(chǎn)生原子或受激核素，以便用于清潔等用途。
雖然上面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了描述，但這并非對(duì)本發(fā)明的限定，本專業(yè)的技術(shù)人員可對(duì)其作各種改進(jìn)和變化，而并不超出本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.用于形成受激或非穩(wěn)定氣體分子的裝置，包括具有一軸線的管狀氣體通道(5)，形成于第一電極(1)和電介質(zhì)管(3)之間，電介質(zhì)管(3)與第一電極(1)共軸并與第二電極(4)配合工作，所述兩電極連接于一高壓高頻電源(13)，其特征在于所述第一電極(1)包圍著所述電介質(zhì)管(3)，并具有長(zhǎng)形的氣體進(jìn)口(7)和出口(8)，所述氣體進(jìn)、出口平行于所述軸線并基本完全相對(duì)，所述第二電極(4)施放于所述電介質(zhì)管(3)的內(nèi)壁。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述第二電極(4)是通過(guò)所述電介質(zhì)管(3)內(nèi)壁的金屬化而形成的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述氣體進(jìn)口(7)和出口(8)的高度不超過(guò)氣體通道(5)的徑向厚度(e)。
4.如權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述電介質(zhì)管(3)的外壁涂有薄瓷漆層(21)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于該裝置具有臨近于所述第二電極(4)軸向兩端的電場(chǎng)限制裝置(23，27)，以避免在電介質(zhì)管(3)兩端形成的微放電。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述電場(chǎng)限制裝置在第二電極(4)和一中央導(dǎo)電管(22)之間具有成形的觸點(diǎn)(23)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于所電場(chǎng)限制裝置具有在第二電極(4)的軸向延長(zhǎng)部分的電介質(zhì)管(3)上形成的護(hù)環(huán)(27)。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于具有在由電介質(zhì)管(3)和第二電極(4)構(gòu)成的組件中使致冷劑循環(huán)的裝置(6;25，22，26)。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于電極(1;4)和電介質(zhì)管(3)呈圓柱形組件形式插在平行六面體(20)中，平行六面體(20)具有氣體進(jìn)出口用的長(zhǎng)形通道(18，19)。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于所述氣體通道(5)的徑向厚度(e)不超過(guò)2.5mm。
11.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述裝置具有在進(jìn)口通道(18，7)和互氣源(12)相連的供氣管(11)之間的均化室(9)。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于所述氣體是空氣。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于所述氣體是氧氣。
14.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于所述氣體是氮?dú)狻?br> 15.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于所述氣體是氫氣。
16.如權(quán)利要求12和13中一項(xiàng)所述的裝置的用途是生產(chǎn)臭氧。
17.如權(quán)利要求12和14所述的裝置的用途是供應(yīng)CO2混合激光器。
18.如權(quán)利要求14所述的裝置的用途是產(chǎn)生金屬氮化處理的氣氛。
19.如權(quán)利要求15所述的裝置的用途是產(chǎn)生還原氣。
全文摘要
一種形成受激或非穩(wěn)定氣體分子的裝置包括在圓周電極(1)和電介質(zhì)管(3)間形成的一條管狀氣體通道(5)，第二電極(4)施放在電介質(zhì)管的內(nèi)表面，氣體在進(jìn)口(7)和出口(8)間的通道(5)中流通，進(jìn)、出口是長(zhǎng)形的且相對(duì)，其高度不超過(guò)通道(5)的徑向厚度(c)。該裝置具體可應(yīng)用于生產(chǎn)臭氧或處理氣氛。
文檔編號(hào)C23C8/36GK1082777SQ93107349
公開日1994年2月23日 申請(qǐng)日期1993年6月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月19日
發(fā)明者瑪麗·布魯諾, 格雷·丹尼爾, 拉奎特·克里斯琴 申請(qǐng)人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司