CN109772248A - 一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，包括放电单元和冷却系统，放电单元包括内装有第一导电液的第一介质壳、内装有第二导电液的第二介质壳和设置在第一介质壳和第二介质壳之间的隔垫，冷却系统包括第一储液装置、第二储液装置、冷却室、第三储液装置、第四储液装置；第一储液装置、第二储液装置分别与第一介质壳、第二介质壳的一端连通，第三储液装置、第四储液装置分别与第一介质壳、第二介质壳的一端连通，冷却室与第一储液装置、第二储液装置、第三储液装置、第四储液装置均连通。本发明加设冷却系统，实现了电极冷却散热，使反应器放电更加均匀稳定。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体反应器领域，尤其涉及一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器。
背景技术
介质阻挡放电Dielectric Barrier Discharge，DBD是有绝缘介质插入放电空间的一种非平衡态气体放电又称介质阻挡电晕放电或无声放电。它已经广泛应用于杀菌、消毒、室内空气净化、有机废气处理、臭氧制备、物质合成、材料表面处理等各个领域。双介质阻挡放电是介质阻挡放电的一种形式，能够在高气压和很宽的频率范围内工作，而且在双介质阻挡放电单元结构中，介质层将电极和待处理气体隔开，使得双介质阻挡放电具有电极不受处理物质腐蚀的优点。
目前使用较多的是面-面双介质阻挡放电结构图1，即依次为高压电极，绝缘介质层，放电间隙，绝缘介质层，接地电极。一般采用陶瓷板或者石英板作为介质层，不锈钢片作为电极材料，通过施加电高压后在绝缘介质层之间的放电间隙进行放电。然而，每个放电单元都是单独的一套高压电极，绝缘介质层，放电间隙，绝缘介质层，接地电极，如专利CN103861435B提出的放电单元，在汽车尾气处理装置的实例中一个等离子体反应器需要采用大量的放电单元，相应地需要大量的不锈钢、玻璃或者陶瓷材料，导致设备体积大，制造成本高，而且结构复杂。
而且对于等离子体放电，特别是双介质阻挡放电放，反应器电极部分发热量大，发热量达到一定程度后对反应器的放电特性产生较大影响，从而影响其实际使用效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中介质阻挡等离子体反应器设备体积大、制造成本高、而且结构复杂、放电电极发热量大等上述缺陷，提供一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器。
一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，包括放电单元和冷却系统，放电单元包括内装有第一导电液的第一介质壳、内装有第二导电液的第二介质壳和设置在第一介质壳和第二介质壳之间的隔垫，冷却系统包括第一储液装置、第二储液装置、冷却室、第三储液装置、第四储液装置；第一储液装置、第二储液装置分别与第一介质壳、第二介质壳的一端连通，第三储液装置、第四储液装置分别与第一介质壳、第二介质壳的一端连通，冷却室与第一储液装置、第二储液装置、第三储液装置、第四储液装置均连通；
所述第一导电液和第二导电液分别与高压电源高压端和接地端连接；
所述隔垫将第一介质层和第二介质层隔开，形成固定的放电间隙。
作为优选，第一储液装置包括与第一介质壳连接的储液罐a、与冷却室连接的储液罐b，储液罐a与储液罐b之间设置控制阀a。
第二储液装置包括与第二介质壳连接的储液罐c、与冷却室连接的储液罐d，储液罐c与储液罐d之间设置控制阀b。
第三储液装置包括与第一介质壳连接的储液罐e、与冷却室连接的储液罐f，储液罐e与储液罐f之间设置控制阀c。
第四储液装置包括与第二介质壳连接的储液罐g、与冷却室连接的储液罐h，储液罐g与储液罐h之间设置控制阀d。
储液罐b与冷却室之间设置控制阀e，储液罐d与冷却室之间设置控制阀f，储液罐e与第一介质壳之间设置控制阀g，储液罐g与第二介质壳之间设置控制阀f。
作为优选，第一介质壳、第二介质壳和隔垫的材质为绝缘性金属氧化物、金属氧化物以外的无机材料、有机材料或它们其中二种或多种的复合物；所述金属氧化物为氧化铈、氧化铁、氧化铝、氧化锌、氧化钛、氧化铬、氧化锆、氧化镁或氧化镍，所述金属氧化物以外的无机材料为云母、氧化硅或玻璃，且所述有机材质为塑料或者橡胶。
放电单元可以根据所使用场所不同，弯折层任意形状，上述的几种材质中，优选绝缘性金属氧化物，使得便于变形弯曲，变形弯曲度可控，并在无外力作用下，可保持在形变状态。
作为优选，第一介质壳和第二介质壳的横截面为圆形、多边形包括等边多边形和不等边多边形、菱形、三角形、半圆形、扇形、五星形、椭圆形、梯形以及不规则密封型形状。
进一步优选，第一介质壳和第二介质壳的横截面形状为圆形、等边多边形、椭圆形中的一种。这几种形状，弯曲所需要克服的应力小，更省力，而且弯曲至需要形状后，回弹力小，更利于弯曲度的保持。
第一介质壳和第二介质壳的横截外部大小范围在0.1毫米到10厘米，优选大小范围为2毫米到20毫米。第一介质层和第二介质层的横截面壁厚范围为1微米到10厘米，较好壁厚范围为0.1毫米到2毫米。
作为优选，第一导电液和第二导电液为酸、碱、盐的溶液，如含氯化钠、氯化锌、氯化镁、氯化铜、氯化铁、硝酸钠、硝酸镁，稀硝酸、稀硫酸、稀盐酸，氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钾或氢氧化钙中至少一种的水溶液。
作为优选，放电间隙d≥0.1mm。
作为优选，在使用该放电单元过程中可以多个基本单元串联或者并联且一并置于所述反应器外壳内部。
作为优选，冷却系统中的所用到的连通管体和控制阀均为不导电的绝缘材料构成。
作为优选，冷却室中冷却水通过接地线与大地连接。
冷却系统的储液罐、储液罐和冷却室均备有一定的导电液，冷却系统实施步骤为：
1、当放电单元开始放电时，关闭控制阀和控制阀，开启控制阀和控制阀控制第一导电液和第二导电液的流速，同时，开启控制阀和控制阀，导电液在储液罐和储液罐中储存；
2、当一定时间后，关闭控制阀和控制阀，导电液分别在储液罐和储液罐中汇集，开启控制阀和控制阀，导电液从储液罐和储液罐进入冷却室中进行冷却，然后，关闭控制阀和控制阀，开启抽水泵将冷却室中冷却后的导电液抽至储液罐和储液罐中；
3、一定时间后，关停抽水泵，关闭控制阀和控制阀，开启控制阀和控制阀，导电液从储液罐和储液罐分别进入储液罐和储液罐，开启控制阀和控制阀，导电液从储液罐和储液罐分别进入储液罐和储液罐。
需要说明的是储液罐中的液位至始至终低于进液管管口至少10 cm，避免与导电液短路。冷却系统中的控制阀可采用智能控制阀，根据既定程序进行自动控制，水泵的开启和关停也进行智能控制。
本发明优点有：1、提供一种以导电溶液替代电极材料，从而节省了反应器制造成本；2、该放电反应器中包含有冷却系统，实现了电极冷却散热；3、本发明中的放电单元具有任意弯折性，弯折省力，可根据需要缠绕形成固定的等离子体放电反应器。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明做进一步说明，附图中：
图1 是现有技术中面-面双介质放电结构示意图；
图2 是本发明中等离子体放电反应器示意图；
图3本发明中放电单元的结构示意图；
图4是本发明中实施例一的放电单元横截面结构示意图；
图5是本发明中施例一隔垫组装结构示意图；
图6是本发明放电单元缠绕而成的盘形放电部分示意图；
图7是本发明应用于管道处理废气示意图；
图8是本发明中实施例二的放电单元横截面结构示意图；
图9是本发明中实施例二隔垫组装结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步说明
本具体实施方式仅仅是对本发明的解释，并不是对本发明的限制。本领域技术人员在阅读了本发明的说明书之后所做的任何改变，只要在权利要求书的范围内，都将受到专利法的保护。
实施例1：
带有冷却功能介质阻挡等离子体放电反应器包括放电单元100、高压电源800和冷却系统400；
如附图2、3、4所示，放电单元100包括内装有第一导电液104的第一介质壳101、内装有第二导电液105的第二介质壳102和设置在第一介质壳101和第二介质壳102之间的隔垫120，所述第一导电液104和第二导电液105分别与高压电源800高压端801和接地端802连接；隔垫120将第一介质层101和第二介质层102隔开，形成固定的放电间隙103。隔垫120的两端分别设置有隔垫公接头121和隔垫母接头122，隔垫公接头121和隔垫母接头122之间的连接方式和结构如附图5所示。
如附图2所示，冷却系统400包括第一储液装置、第二储液装置、冷却室401、第三储液装置、第四储液装置；第一储液装置、第二储液装置分别与第一介质壳101、第二介质壳102的一端连通，第三储液装置、第四储液装置分别与第一介质壳101、第二介质壳102的一端连通，冷却室401与第一储液装置、第二储液装置、第三储液装置、第四储液装置均连通。
第一储液装置包括与第一介质壳101连接的储液罐a336、与冷却室401连接的储液罐b 338，储液罐a 336与储液罐b 338之间设置控制阀a 225。
第二储液装置包括与第二介质壳102连接的储液罐c 335、与冷却室401连接的储液罐d 337，储液罐c 335与储液罐d 337之间设置控制阀b 226。
第三储液装置包括与第一介质壳101连接的储液罐e 331、与冷却室401连接的储液罐f 333，储液罐e 331与储液罐f 333之间设置控制阀c 223。
第四储液装置包括与第二介质壳102连接的储液罐g 332、与冷却室401连接的储液罐h 334，储液罐g 332与储液罐h 334之间设置控制阀d 224。
储液罐b338与冷却室401之间设置控制阀e 227，储液罐d 337与冷却室401之间设置控制阀f 228，储液罐e 331与第一介质壳101之间设置控制阀g 221，储液罐g 332与第二介质壳102之间设置控制阀f 222。
采用本发明中放电单元围绕支架600缠绕成直径为100mm的圆盘，如附图6、7所示，将该圆盘放入内径为100mm的管道中，用于放电处理通过管道的废气，放电间隙120取2mm，第一介质壳101和第二介质壳102均采用特氟龙管，截面圆形，管内径为3mm，壁厚1.5mm，导电液为30%的氯化钠溶液，隔垫120采用绝缘金属氧化物氧化镁。设置冷却系统中储液罐高度40cm，反应器工作前，冷却系统的储液罐e331、储液罐g332和冷却室401均备有液面高度为20cm的导电液。
冷却系统工作步骤为：
1、当放电单元100开始放电时，关闭控制阀e227和控制阀f228，开启控制阀g221和控制阀f222控制第一导电液104和第二导电液105的流速，同时，开启控制阀a225和控制阀b226，导电液在储液罐d337和储液罐b338中储存；
2、当储液罐331和储液罐332的液面下降至20cm时，关闭控制阀a225和控制阀b226，导电液分别在储液罐c335和储液罐a336中汇集，开启控制阀e227和控制阀f228，导电液从储液罐d337和储液罐b338进入冷却室401中进行冷却，然后，关闭控制阀c223和控制阀d224，开启抽水泵402将冷却室中冷却后的导电液抽至储液罐f333和储液罐h334中；
3、当储液罐331和储液罐332的液面下降至10cm时，关停抽水泵402，关闭控制阀f228和控制阀e227，开启控制阀a225和控制阀b226，导电液从储液罐c335和储液罐a336分别进入储液罐d337和储液罐b338，开启控制阀c223和控制阀d224，导电液从储液罐f333和储液罐h334分别进入储液罐e331和储液罐g332。
实施例2：
如图8和图9所示，与实施例1的不同在于放电单元中，第一介质壳101和第二介质壳102以及隔垫120的材质，采用绝缘金属氧化物氧化锌，第一介质壳101和第二介质壳101的截面为正方形，所述第一导电液104和第二导电液105采用氯化铜溶液。
需要注意的是，以上举例仅是本发明的一个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，包括放电单元，其特征在于，还包括冷却系统，放电单元包括内装有第一导电液的第一介质壳、内装有第二导电液的第二介质壳和设置在第一介质壳和第二介质壳之间的隔垫，冷却系统包括第一储液装置、第二储液装置、冷却室、第三储液装置、第四储液装置；第一储液装置、第二储液装置分别与第一介质壳、第二介质壳的底部连通，第三储液装置、第四储液装置分别与第一介质壳、第二介质壳的顶部连通，冷却室与第一储液装置、第二储液装置、第三储液装置、第四储液装置均连通；所述第一导电液和第二导电液分别与高压电源高压端和接地端连接；所述隔垫将第一介质层和第二介质层隔开，形成固定的放电间隙。
2.根据权利要求1所述一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，其特征在于，第一储液装置包括与第一介质壳连接的储液罐a、与冷却室连接的储液罐b，储液罐a与储液罐b之间设置控制阀a；
第二储液装置包括与第二介质壳连接的储液罐c、与冷却室连接的储液罐d，储液罐c与储液罐d之间设置控制阀b；
第三储液装置包括与第一介质壳连接的储液罐e、与冷却室连接的储液罐f，储液罐e与储液罐f之间设置控制阀c；
第四储液装置包括与第二介质壳连接的储液罐g、与冷却室连接的储液罐h，储液罐g与储液罐h之间设置控制阀d。
3.根据权利要求2所述一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，其特征在于，储液罐b与冷却室之间设置控制阀e，储液罐d与冷却室之间设置控制阀f，储液罐e与第一介质壳之间设置控制阀g，储液罐g与第二介质壳之间设置控制阀f。
4.根据权利要求1所述一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，其特征在于，第一介质壳、第二介质壳的材质为绝缘性金属氧化物。
5.根据权利要求4所述一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，其特征在于，所述金属氧化物为氧化铈、氧化铁、氧化铝、氧化锌、氧化钛、氧化铬、氧化锆、氧化镁或氧化镍。
6.根据权利要求1所述一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，其特征在于，第一介质壳和第二介质壳的横截面形状为圆形、等边多边形、椭圆形中的一种。
7.根据权利要求1所述一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，其特征在于，所述放电间隙d≥0.1mm。
8.根据权利要求1所述一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，其特征在于，冷却室中冷却水通过接地线与大地连接。
9.根据权利要求1所述一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，其特征在于，第一介质壳和第二介质壳的外径范围在2毫米到20毫米。
10.根据权利要求1所述一种带有冷却功能的介质阻挡等离子体放电反应器，其特征在于，第一介质层和第二介质层的厚度为0.1毫米到2毫米。
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