CN108738223A - 一种气态废物的等离子处理装置 - Google Patents

Abstract

一种气态废物的等离子处理装置，其包括容器（101）、等离子电极和高电压源，所述等离子电极包括设置在容器中并沿容器的轴线延伸的柱状第一等离子电极（108）和沿容器的周向并环绕第一等离子体电极的呈筒状的第二等离子体电极（104），所述第一等离子体电极和第二等离子体电极之间设置有圆筒状或柱状的介电质部件，所述介电部件包括多个介电球，每个介电球为空心球形结构,且球面沿径向开口有多个气孔。本发明提供的气态废物的等离子处理装置体积小、价格低廉且效率高。

Description

一种气态废物的等离子处理装置

技术领域

本发明涉及一种气态废物的等离子处理装置，优其涉及一种小型、价格低廉且处理气态废物效率高的一种气态废物的等离子处理装置。

背景技术

随着全球工业的快速发展，环境污染问题变得更加严重，需要对污染治理进行严厉调控。而且，污染源种类的多样化和新污染物的持续产生已经引发各种途径来更加有效地解决污染问题。

一个近来发展起来的方法包括使用光催化反应来处理污染物的方法，其相对不受温度、PH等的影响，而且不需要严格的处理条件。此外，使用光催化反应来处理污染物的方法可以使用例如太阳光等的清洁能源，因此具有环境友好和能量高效的优势。

当来自太阳或任何其它光源的光能被施加到光催化剂时，电子和空穴在光催化剂中产生并迁移到光催化剂的表面。移动到光催化剂表面的电子和空穴与待处理的污染物接触，并引发化学氧化-还原反应，从而分解污染物分子。使用光催化反应的有机污染物分解装置是环境友好的污染减轻装置，并具有巨大的发展潜力，因此对于光催化反应器的兴趣日益增加。将常规的光催化反应器为如图1所示的固定型光催化反应器。固定型光催化反应器20是一种分解液体和气体污染物的装置，并如图1所示包括用于供应光能的光源21、光反应处理罐22、和涂布且固定有光催化剂的光催化剂涂布管25，其中待进行污染物去除处理的流体26通过所述光反应处理罐22，且所述流体26包括例如VOCs、气味等的气体污染物和例如废水、染料溶液等的液体污染物。

光反应处理罐22包括进口23和出口24，其中将待处理的流体26经所述进口23引入，与光催化剂接触的流体26经所述出口24最终排出，使得经进口23引入的流体26与固定在光催化剂涂布管25上的光催化剂进行接触以被分解，然后经出口24排出。

由于在固定型光催化反应器20中，将光催化剂固定在光催化剂涂布管25上，不需要对光催化剂进行单独的回收。而且，即使在用于保持光催化剂与待处理的气体污染物之间的接触的密闭空间很小或待处理的流体26的流量很小的情况下，也可以处理气体污染物。但是，相比于悬浮型光催化反应器10，光催化剂的反应面积限制于光催化剂涂布管25的涂布面积。因此，当处理具有高流量和高流速的液体污染物和气体污染物时(例如，在工厂中)，光催化剂与气体污染物之间的反应时间很短，这使得污染物的处理困难，从而降低处理效率。

发明内容

为克服现有技术存在的缺点，本发明提供一种气态废物的等离子处理装置，其可小型化，成本低且工作效率高。

为实现所述发明目的，本发明提供一种气态废物的等离子处理装置，其包括容器101、等离子电极和高电压源，所述等离子电极包括设置在容器中并沿容器的轴线延伸的柱状第一等离子电极108和沿容器的周向并环绕第一等离子体电极的呈筒状的第二等离子体电极104，所述第一等离子体电极和第二等离子体电极之间设置有圆筒状或柱状的介电质部件，所述介电部件包括多个介电球，每个介电球为空心球形结构, 且球面沿径向开有多个气孔。

优选地，所述高电压源包括升压线圈和有源谐振器，所述升压线圈的次级线圈与放电电容形成谐振回路；有源谐振器至少包括与升压线圈耦合的次级线圈，有源谐振器谐振引起谐振回路谐振从而使充入在容器中的气体电离形成等离子体。

3.根据权利要求2所述的气态废物的等离子处理装置，其特征在于，有源谐振器包括反馈回路、放大器、第一驱动电路、第二驱动电路、门驱动变压器、第一场效应管、第二场效应管、第二第一电容和第二电容，门驱动变压器包括一个初级线圈和两个次级线圈，反馈回路用于将升压线圈次级线圈的信号反馈到放大器，经放大器放大后分别提供给第一驱动电路的信号输入端和第二驱动电路的信号输入端，第一驱动电路的信号输出端经第二电容连接于门驱动变压器初级线圈的第一端，第二驱动电路的信号输出端经连接于门驱动变压器初级线圈的第二端；门驱动变压器的第一次级线圈的第一端经第一电阻连接于第一场效应的栅极，第二端连接于第一场效应的源极，第一场效应管的漏极连接于直流电源；门驱动变压器的第二次级线圈的第一端经第二电阻连接于第二场效应的栅极，第二端连接于第二场效应的源极，第二场效应管的漏极连接于第一场效应管的源极；第一电容和第二电容相串联后联系于第一场效应管的漏极和第二场效应管的源极之间，与升压线圈耦合的线圈的第一端连接于第一场效应管的源极，第二端连接于第一电容和第二电容相串联的中间节点。

优选地，气态废物的等离子处理装置还包括第三电容，所述第三电容连接于第一场效应管的漏极和升压线圈的初级线圈的第一端之间，升压线圈的初级线圈的第二端连接于第一电容和第二电容相串联的中间节点，从而形成双谐振有源谐振器。

优选地，所述反馈回路包括第四电容和第二线圈，所述第二线圈的一端连接于地，另一端连接于第四电容，所述第二线圈通过环形磁芯与升压线圈耦合。

优选地，所述反馈回路包括第四电容，升压线圈的初级线圈设置中间抽头,抽头连接于所所述变压器的初级线圈的一端,线圈的另一端桥式变换电路的输出端。

优选地，所述介电部件由钛酸钡制备。

与现有技术相比，本发明提供的低温等离子装置可小型化，成本低且处理气态废物效率高。

附图说明

图1是现有技术提供的固定型光催化反应器的示意图；

图2是本发明提供的气态废物的等离子处理装置的组成示意图；

图3是本发明第一实施例提供的高电压源的组成电路图；

图4是本发明第二实施例提供的高电压源的组成电路图；

图5是本发明第三实施例提供的高电压源的组成电路图；

图6是本发明第四实施例提供的高电压源的组成电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语 “相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是电连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图2是本发明提供的气态废物的等离子处理装置的组成示意图，如图2所示，气态废物的等离子处理装置，其包括容器101、等离子电极和高电压源，所述等离子电极包括设置在容器中并沿容器的轴线延伸的柱状第一等离子电极108和沿容器的周向并环绕第一等离子体电极的呈筒状的第二等离子体电极104，所述第一等离子体电极108和第二等离子体电极104之间设置有圆筒状或柱状的介电质部件105，介电部件105为多孔部件，所述多孔彼此连通以供气体流通，所述介电部件两端由支撑部件107固定于容器内，支撑部件107上设置有供气流流通的通孔。介电部件105的中央轴线由第一等离子体电极穿过。所述介电部件优选由钛酸钡制备。所述容器101具有进气口102和排气口103，进气口102中导入待处理的气态废物，排气口排出清洁的可排放的气体。本发明中，所述介电部件包括多个介电球，每个介电球为空心球形结构, 且球面沿径向开月多个气孔。如此当多个介电球填充入第一等离子电极和第二等离子电极之间时，彼此相邻的介电球都有相连通的气孔，导入到容器的含有在害物质的气体可以在介电部件的区域流的时间较长，从而能够被高电压场充分地电离，以破坏气害气体的结构，将其分解成可供排入的气体。

根据本发明，可将容器101做成长为100到300mm，直径为5到20mm的管体，在每个管体的进气口102和排气口103处分别设置气体含量传感器，所述气体含量传感器用于探测有害气体的浓度，如果排气口处的气体含量传感器所探测有害气体的浓度超过规定的标准，则再进气体导入到下一级的气态废物的等离子处理装置，所有的等离子处理装置结构相同，或者通过循环机构导入到进气口，再次进行处理。

高电压源所提供的工作频率为50Hz到100MHz，工作电压为10到30KV,工作电流10mA。

本发明中，导入到容器的含有有害成份的气态废物的流量优选2.0L/min，4.0L/min，8.0L/min，.或它们中之间的任意数值。如此净化效率相对较高。

第一实施例

图3是本发明第一实施例提供的高电压源的组成电路图，如图3所示，所述高电压源包括升压线圈和有源谐振器，所述升压线圈的次级线圈122与放电电容Ｃp形成谐振回路；有源谐振器至少包括与升压线圈耦合的次级线圈L21，有源谐振器谐振引起谐振回路谐振从而使充入到容器中的气体电离形成等离子体，所述等离子至少包括自由基。

有源谐振器包括反馈回路、放大器A1、第一驱动电路A2、第二驱动电路A3、门驱动变压器B1、第一N沟道场效应管T1、第二N沟道场效应管T2、第一电容C1和第二电容C2，门驱动变压器B1包括一个初级线圈L11和两个次级线圈L12和L13，反馈回路用于将升压线圈的次级线圈L22的至少部分信号反馈到放大器A2，经放大器A2放大后分别提供给第一驱动电路A2的信号输入端和第二驱动电路A3的信号输入端，第一驱动电路A1的信号输出端经第三电容C3连接于门驱动变压器初级线圈的第一端，第二驱动电路的信号输出端经连接于门驱动变压器B1初级线圈的第二端；门驱动变压器B1的第一次级线圈L12的第一端经第一电阻R1连接于第一N沟道场效应T1的栅极，第二端连接于第一N沟道场效应T1的源极，第一N沟道场效应管T1的漏极连接于直流电源VCC1；门驱动变压器B1的第二次级线圈L13的第一端经第二电阻R2连接于第二N沟道场效应管T2的栅极，第二端连接于第二N沟道场效应管的源极，第二N沟道场效应管T2的漏极连接于第一场效应管T1的源极；第一电容C1和第二电容C2相串联后联系于第一N沟道场效应管T1的漏极和第二N沟道场效应管T2的源极之间，升压线圈的初级线圈L21的第一端连接于第一N沟道场效应管T1的源极，第二端连接于第一电容C1和第二电容C2相串联的中间节点。反馈回路包括与升压线圈耦合的线圈L23及电容Ｃ4，所述线圈L23及电容Ｃ4组成串联谐振回路，以将放电谐振回路的至少部化谐振信号作为驱动放大器A1的驱动信号。线圈L23与升压线圈L22的匝数比为1:200到1:300。第一N沟道场效应管T1的源极和漏极之间连接有二极管D1, 第二N沟道场效应管T2的源极和漏极之间连接有二极管D2。

第二实施例

图4是本发明第二实施例提供的高电压源的组成电路图，如图4所示，本发明第二实施例提供的高电压源与第一实施例所提供的高电压源所不同的仅是反馈回路，第二实施例中的反馈回路包括变压器B3，线圈L21设置中间抽头,抽头连接于所述变压器B3的初级线圈L31的一端,线圈L31的另一端连接桥式变换电路的输出端，即第一N沟道场效应管T1的源极。变压器B3的次级线圈L32的一端经可变电阻RW和电容C4连接于放大器，另一端连接于地，变压器B3次级线圈L32的两端并联有变压器B3保护电路，其包括由二极管D5和稳压管D6相串联的并联支路，其中，二极管D5的正极连接于变压器B3的次级线圈L32的第一端，负极连接于稳压二极管D6的负极，稳压二极管D6的正极连接于变压器B3的次级线圈L32的第二端。保护电路还包括由稳压管D7和二极管D8相串联的并联支路，其中，二极管D8的正极连接于变压器B3的次级线圈L32的第二端，负极连接于稳压二极管D6的负极，稳压二极管D6的正极连接于变压器B3的次级线圈L32的第一端。另外，在电阻R1两端并联有稳压二极管D3,在电阻R2两端并联有稳压二极管D4，以提高工作稳定性。

第二实施例中，反馈回路信号取自构成初级谐振回路的线圈L23，如此有利于有源谐振器起起振。

第三实施例

图5是本发明第三实施例提供的高电压源的组成电路图，如图5所示，发明第三实施例与第二实施例所不同的仅是初级谐振回路，第三实施例中的有源谐振器的初级回路的线圈L21上串联一个电容C5，并让驱动电路输出频率等于初级LC固有频率等于放电回路LC固有频率，从而使初级部分处于谐振状态，其负载特性为纯阻性，功率因数高，能量利用率也就提高了，同时由于初级部分是谐振的，导致初级电流上升较快，瞬间电流较大。第三实施例中，电容C5的第一端连接于第一N沟道场效应管的源极，第二端连接于升压线圈的初级线圈L21的第一端，线圈L21的第二端连接于第一电容C1和第二电容相串联的中间节点。为了保护场效应管T1和场效应管T2，在场效应管T1的源极和漏极之间连接了串联的二极管D10和稳压二极管D9，其中，二极管D10的正极连接于第一N沟道场效应管T1的源极，负极连接于稳压二极管D9的正极，稳压二极管D9的负极连接于第一N沟道场效应管T1的漏极；在场效应管T2的源极和漏极之间连接了串联的电极管D12和稳压二极管D11，其中，二极管D12的正极连接于第二N沟道场效应管T2的源极，负极连接于稳压二极管D11的正极，稳压二极管D11的负极连接于第二N沟道场效应管T2的漏极。

第四实施例

图6是本发明第四实施例提供的高电压源的组成电路图，如图6所示，发明第四实施例与第三实施例所不同的是反馈回路和保护电路，第四实施例中，由感应天线和电容C4组成反馈回路，升压线圈的次级线圈L22与放电电容Cp组成的LC谐振回路谐振时，感应天线与电容C4的组成的串联谐振回路串联谐振，从而将谐振信号提供给放大器A1。另外，在第一Ｎ沟道场效应管T1的栅极和源极之间设置有稳压二极管D13和D14,以进一步提高其工作稳定性，其中稳压二极管D13的负极连接于第一场效应管T1的栅极，正极连接于稳压二极管D14的正极，稳压二极管D14的负极连接于第一N沟道场效应管的源极；在第二Ｎ沟道场效应管T2的栅极和源极之间设置有稳压二极管D115和D16,以进一步提高其工作稳定性，其中，稳压二极管D15的负极连接于第二场效应管T2的栅极，正极连接于稳压二极管D16的正极，稳压二极管D16的负极连接于第二N沟道场效应管T2的源极.

第四实施例中，在磁芯上再设置一个线圈L22，升压线圈L22与放电电容组成的LC谐振回路谐振时，线圈L22中感应出了电流，线圈L22的两端分别连接于变压器B3的初级线圈L31的两端，变压器B3的次级线圈L32两端连接电阻R3,并经整流电路H1向外提供直流电压VCC2。

本发明中高电压源，将直流电转换为高压交流电，通过有源谐振器转化为高频磁场，当磁场振荡频率和由一端接地的升压线圈和放电电容Cp形成的LC体系的固有频率一致时，发生谐振，此时升压线圈将大量电荷送入放电电容，使得放电电容电压升的很高，从而将充入到容器101中的气体电离，产生等离子体流，等离体中包含有大量的自由基。

以上结合附图，详细说明了本发明的工作原理。但是本领域的普通技术人员应当明白，说明书仅是用于解释权利要求书。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明批露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种气态废物的等离子处理装置，其包括容器（101）、等离子电极和高电压源，所述等离子电极包括设置在容器中并沿容器的轴线延伸的柱状第一等离子电极（108）和沿容器内壁的周向并环绕第一等离子体电极的呈筒状的第二等离子体电极（104），所述第一等离子体电极和第二等离子体电极之间设置有圆筒状或柱状的介电质部件，所述介电部件包括多个介电球，每个介电球为空心球形结构, 且球面沿径向开有多个气孔。

2.根据权利要求1所述的气态废物的等离子处理装置，其特征在于，所述高电压源包括升压线圈和有源谐振器，所述升压线圈的次级线圈与放电电容形成谐振回路；有源谐振器至少包括与升压线圈耦合的次级线圈，有源谐振器谐振引起谐振回路谐振从而使充入在容器中的气体电离形成等离子体。

3.根据权利要求2所述的气态废物的等离子处理装置，其特征在于，有源谐振器包括反馈回路、放大器、第一驱动电路、第二驱动电路、门驱动变压器、第一场效应管、第二场效应管、第二第一电容和第二电容，门驱动变压器包括一个初级线圈和两个次级线圈，反馈回路用于将升压线圈次级线圈的信号反馈到放大器，经放大器放大后分别提供给第一驱动电路的信号输入端和第二驱动电路的信号输入端，第一驱动电路的信号输出端经第二电容连接于门驱动变压器初级线圈的第一端，第二驱动电路的信号输出端经连接于门驱动变压器初级线圈的第二端；门驱动变压器的第一次级线圈的第一端经第一电阻连接于第一场效应的栅极，第二端连接于第一场效应的源极，第一场效应管的漏极连接于直流电源；门驱动变压器的第二次级线圈的第一端经第二电阻连接于第二场效应的栅极，第二端连接于第二场效应的源极，第二场效应管的漏极连接于第一场效应管的源极；第一电容和第二电容相串联后联系于第一场效应管的漏极和第二场效应管的源极之间，与升压线圈耦合的线圈的第一端连接于第一场效应管的源极，第二端连接于第一电容和第二电容相串联的中间节点。

4.根据权利要求3所述的气态废物的等离子处理装置，其特征在于，还包括第三电容，所述第三电容连接于第一场效应管的漏极和升压线圈的初级线圈的第一端之间，升压线圈的初级线圈的第二端连接于第一电容和第二电容相串联的中间节点，从而形成双谐振有源谐振器。

5.根据权利要求4所述的气态废物的等离子处理装置，其特征在于，所述反馈回路包括第四电容和第二线圈，所述第二线圈的一端连接于地，另一端连接于第四电容，所述第二线圈通过环形磁芯与升压线圈耦合。

6.根据权利要求4所述的气态废物的等离子处理装置，其特征在于，所述反馈回路包括第四电容，升压线圈的初级线圈设置有中间抽头,抽头连接于所所述变压器的初级线圈的一端,线圈的另一端桥式变换电路的输出端。

7.根据权利要求1-6任一所述的气态废物的等离子处理装置，其特征在于，所述介电部件由钛酸钡制备。