CN108282950A - 基于三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置 - Google Patents

基于三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置。所述等离子体发生装置包括两个相对布置的竖直介质板和若干个均匀固定在两个竖直介质板上的放电单元，所述放电单元左、右对称布置且均分布在两个竖直介质板的外侧；高压平板电极位于两个竖直介质板的之间并紧密贴合；其中，每个放电单元均包括水平介质板，所述水平介质板垂直固定在所述竖直介质板上；在所述水平介质板的上表面紧贴有直流电极，在所述水平介质板的下表面紧贴有地电极，整个地电极上封装有热熔胶；每侧的相邻放电单元之间距离最小为10mm。本发明可产生大面积低温等离子体，有效提高等离子体产生效率。

Description

基于三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置
技术领域
本发明涉及一种基于三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置。
背景技术
随着等离子体技术研究的不断深入，低温等离子体技术在空气净化、废气治理等环保领域的应用越来越普及。等离子体中存在大量活性粒子，其化学反应活性极强，可以对有害物质进行降解或者氧化反应，从而实现无害化处理效果。提高等离子体产生效率有助于获得更多的活性粒子，而等离子体的产生与等离子体发生器的结构以及发生器的放电形式密切相关。等离子体放电形式主要分为电晕放电、介质阻挡放电等，其中介质阻挡放电是一种将绝缘介质置入放电空间的非平衡放电形式，包括体介质阻挡放电和表面介质阻挡放电(SDBD)。相对于体介质阻挡放电而言，基于表面介质阻挡放电的激励器结构简单、质量轻、制作方便；另外，表面介质阻挡放电属于面放电，更容易产生均匀的高能量密度的低温等离子体，自20世纪90年代末以来受到国内外广泛关注。目前的国内外研究中大多数以典型的两电极表面介质阻挡放电激励结构为主，但是研究发现典型的两电极激励结构放电产生的等离子体长度有限，一般不超过20mm，等离子体中活性粒子作用区域很小。有研究发现基于三电极新型激励结构的表面介质阻挡放电能够提高有效放电面积，具有更为广阔的应用前景。因此，有必要进一步优化表面介质阻挡放电等离子体放生装置的设计，提高等离子体产生效率。
如何优化等离子体发生装置是近年来研究的热点，已经有人做了不少工作。例如，专利CN 1777347 A采用一种电晕耦合介质阻挡放电装置实现了在较低电压条件下使得微放电均匀稳定的分布在整个放电空间。专利CN 841741 A在主放电单元(平板型介质阻挡放电)置入对工作气体预电离的辅助放电单元(同轴型介质阻挡放电)，增大放电气隙之间的等离子体浓度。专利CN 104812154 A采用三电极介质阻挡放电等离子体发生装置，在石英玻璃管外壁设置高压电极和地电极，在玻璃管内壁设置内电极作为悬浮电位工作，改变电场强度及其分布以提高等离子体中粒子的化学活性。
目前的研究虽然在等离子体产生效率上有所提高，但是不能很好的扩大活性粒子与工作气体的接触面积，并且发生装置太过单一，不具有良好的拓展性，无法投入到实际应用中。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，以三电极结构作为放电单元，将各放电单元进行组合，利用纳秒脉冲电源叠加直流电源混合激励产生大面积低温等离子体，将表面介质阻挡放电与直流电晕放电有效结合，有效提高等离子体产生效率。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，所述等离子体发生装置包括两个相对布置的竖直介质板和若干个均匀固定在两个竖直介质板上的放电单元，所述放电单元左、右对称布置且均分布在两个竖直介质板的外侧；高压平板电极位于两个竖直介质板的之间并紧密贴合；其中，每个放电单元均包括水平介质板，所述水平介质板垂直固定在所述竖直介质板上；在所述水平介质板的上表面紧贴有直流电极，在所述水平介质板的下表面紧贴有地电极，整个地电极上封装有热熔胶；每侧的相邻放电单元之间距离最小为10mm；
所述等离子体发生装置放置于反应腔中，所述反应腔的两侧分别开有气孔，且通过导气管分别与废气收集器以及回收器连接；另外，所述反应腔上还设有三个导线孔，分别用于高压平板电极与纳秒脉冲电源的连接、直流电极与直流电源的连接以及地电极的接地连接。
进一步的，所述竖直介质板和水平介质板均为介质阻挡层，采用绝缘材料，为有机玻璃、环氧玻璃布或聚四氟乙烯；所述竖直介质板呈长方形状，竖直长度为150mm，宽度为100mm，厚度为1mm；所述水平介质板呈正方形状，边长为100mm，厚度为1mm。
进一步的，所述高压平板电极采用金属材料，为铜、铝或不锈钢；所述高压平板电极呈长方形状，竖直长度为130mm，宽度为80mm，厚度为0.5mm。
进一步的，所述直流电极采用金属材料；所述直流电极呈矩形长条状，宽度为8mm，长度为80mm，厚度为0.5mm。
进一步的，所述地电极采用金属电极；所述地电极呈矩形长条状，宽度为25mm，长度为80mm，厚度为0.5mm。
进一步的，所述地电极放置于直流电极的内侧，且所述地电极内侧与竖直介质板相距10mm，所述地电极外侧与直流电极的水平间距为0mm。
进一步的，每侧放电单元的数量为3～10个，相邻放电单元的间距根据放电单元数量确定。
进一步的，所述反应腔为长方体状或正方体状的有机玻璃反应腔；所述反应腔的底面长、宽均为350mm，壁厚为10mm；所述气孔直径为25mm，导线孔直径为3mm。
进一步的，所述废气收集器还连接空气压缩机。
本发明的有益效果为：
本发明公开的一种提高等离子体产生效率的三电极组合式等离子体发生装置，即采用三电极激励结构作为一个放电单元，将多放电单元进行组合，将SDBD与直流电晕放电有机结并形成没有辉光-电弧过渡的稳定放电，从而获得大面积低温等离子体，增大活性粒子反应面积，提高能量利用率。本发明所述的等离子体发生装置可以应用于废气处理，也可用于臭氧产生，脱硫技术，杀菌消毒方面，可满足废气处理、空气净化的要求，同时具有良好可拓展性。
附图说明
图1为本发明所述等离子体发生装置的三维结构示意图；
图2为本发明所述等离子体发生装置的平面结构示意图；
其中，1-高压平板电极，2-直流电极，3-地电极，4-热熔胶，5-介质阻挡层，6-纳秒脉冲电源，7-直流电源，8-反应腔，9-废气收集器，10-空气压缩机，11-回收器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1、图2所示，一种三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，包括两个相对布置的竖直介质板和若干个均匀固定在两个竖直介质板上的放电单元，所述放电单元左、右对称布置且均分布在两个竖直介质板的外侧；高压平板电极1位于两个竖直介质板的之间并紧密贴合；其中，每个放电单元均包括水平介质板，所述水平介质板垂直固定在所述竖直介质板上；在所述水平介质板的上表面紧贴有直流电极2，在所述水平介质板的下表面紧贴有地电极3，整个地电极3上封装有热熔胶4；每侧的相邻放电单元之间距离最小为10mm。
所述等离子体发生装置放置于反应腔8中，所述反应腔8的两侧分别开有气孔，且通过导气管分别与废气收集器9以及回收器11连接；所述废气收集器9还连接空气压缩机10。
另外，所述反应腔8上还设有三个导线孔，分别用于高压平板电极1与高压脉冲电源的连接、直流电极2与直流电源7的连接以及地电极3的接地连接。所述高压脉冲电源首选纳秒脉冲电源6，也可以选用微秒脉冲电源。
所述的等离子体发生装置分别采用纳秒脉冲电源6和直流电源7独立驱动。纳秒脉冲电源6的高压端与高压平板电极1相连，直流电源7的输出端引出若干分支导线分别与各放电单元的直流电极2相连，地电极3通过导线共同接地。驱动电源的极性，幅值和频率可调，便于选取合适的放电参数，得到产生等离子体的最优条件。
所述竖直介质板和水平介质板均为介质阻挡层5，采用绝缘材料，为有机玻璃、环氧玻璃布或聚四氟乙烯；所述竖直介质板呈长方形状，竖直长度为150mm，宽度为100mm，厚度为1mm；所述水平介质板呈正方形状，边长为100mm，厚度为1mm。
所述高压平板电极1采用金属材料，为铜、铝或不锈钢；所述高压平板电极1呈长方形状，竖直长度为130mm，宽度为80mm，厚度为0.5mm。
所述直流电极2采用金属材料；所述直流电极2呈矩形长条状，宽度为8mm，长度为80mm，厚度为0.5mm。所述直流电极2也可选用锯齿形电极、倒圆形电极、刀形电极或细丝状电极。
所述地电极3采用金属电极；所述地电极3呈矩形长条状，宽度为25mm，长度为80mm，厚度为0.5mm。
所述地电极3放置于直流电极2的内侧，且所述地电极3内侧与竖直介质板相距10mm，所述地电极3外侧与直流电极2的水平间距为0mm。
每侧放电单元的数量可根据需要配置为3～10个，相邻放电单元的间距根据放电单元数量确定，优选每侧放电单元数量为4个。
所述反应腔8为长方体状或正方体状的有机玻璃反应腔；所述反应腔8的底面长、宽均为350mm，壁厚为10mm；所述气孔直径为25mm，导线孔直径为3mm。
本发明的工作过程如下：
运行前将待处理的废气收集于废气收集器9中，同时确定放电单元个数并组合好等离子体发生装置，检查反应腔8的密封性。运行时，开启空气压缩机11，将空气通入废气收集器9与待处理的废气混合，并与废气一起流入反应腔8，确保水平介质板表面有气流通过。启动纳秒脉冲电源6，调节电源电压至介质阻挡层表面产生等离子体。然后启动直流电源7，调节电源电压进一步拉长等离子体长度，提高等离子体产生效率。最后通过回收器11将处理后的气体收集起来，并导入废气收集器9中，重复上述操作进行二次处理。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，其特征在于，所述等离子体发生装置包括两个相对布置的竖直介质板和若干个均匀固定在两个竖直介质板上的放电单元，所述放电单元左、右对称布置且均分布在两个竖直介质板的外侧；高压平板电极(1)位于两个竖直介质板的之间并紧密贴合；其中，每个放电单元均包括水平介质板，所述水平介质板垂直固定在所述竖直介质板上；在所述水平介质板的上表面紧贴有直流电极(2)，在所述水平介质板的下表面紧贴有地电极(3)，整个地电极(3)上封装有热熔胶(4)；每侧的相邻放电单元之间距离最小为10mm；
所述等离子体发生装置放置于反应腔(8)中，所述反应腔(8)的两侧分别开有气孔，且通过导气管分别与废气收集器(9)以及回收器(11)连接；另外，所述反应腔(8)上还设有三个导线孔，分别用于高压平板电极(1)与纳秒脉冲电源(6)的连接、直流电极(2)与直流电源(7)的连接以及地电极(3)的接地连接。
2.根据权利要求1所述的三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，其特征在于，所述竖直介质板和水平介质板均为介质阻挡层(5)，采用绝缘材料，为有机玻璃、环氧玻璃布或聚四氟乙烯；所述竖直介质板呈长方形状，竖直长度为150mm，宽度为100mm，厚度为1mm；所述水平介质板呈正方形状，边长为100mm，厚度为1mm。
3.根据权利要求1所述的三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，其特征在于，所述高压平板电极(1)采用金属材料，为铜、铝或不锈钢；所述高压平板电极(1)呈长方形状，竖直长度为130mm，宽度为80mm，厚度为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，其特征在于，所述直流电极(2)采用金属材料；所述直流电极(2)呈矩形长条状，宽度为8mm，长度为80mm，厚度为0.5mm。
5.根据权利要求1所述的三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，其特征在于，所述地电极(3)采用金属电极；所述地电极(3)呈矩形长条状，宽度为25mm，长度为80mm，厚度为0.5mm。
6.根据权利要求1所述的三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，其特征在于，所述地电极(3)放置于直流电极(2)的内侧，且所述地电极(3)内侧与竖直介质板相距10mm，所述地电极(3)外侧与直流电极(2)的水平间距为0mm。
7.根据权利要求1所述的三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，其特征在于，每侧放电单元的数量为3～10个，相邻放电单元的间距根据放电单元数量确定。
8.根据权利要求1所述的三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，其特征在于，所述反应腔(8)为长方体状或正方体状的有机玻璃反应腔；所述反应腔(8)的底面长、宽均为350mm，壁厚为10mm；所述气孔直径为25mm，导线孔直径为3mm。
9.根据权利要求1所述的三电极表面介质阻挡放电的大气压等离子体发生装置，其特征在于，所述废气收集器(9)还连接空气压缩机(10)。
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