CN114797406A - 一种自适应旋转电极低温等离子体反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应旋转电极低温等离子体反应器，包括框架，框架内部设有反应管，框架的两侧均设有固定盖，固定盖上设有与反应管内部连通的通孔，其中一侧的通孔为进气孔，另一侧的通孔为出气孔，所述反应管内部设有能够转动的内电极，内电极的表面设有多组放电针；所述内电极上还设有旋转风扇，旋转风扇位于进气孔的一侧。本发明能够利用气体的流动驱动内电极和放电针转动，无需设置电机驱动，成本更低，安装更加简便，还实现了根据气体的流量变化而自适应地调整气体的处理强度，从而提高气体净化处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及DBD反应器领域，特别涉及一种自适应旋转电极低温等离子体反应器。
背景技术
低温等离子体技术作为一种广适性的废气/异味净化新技术，在过去的几十年中受到世界范围内的广泛关注，其去除废气/异味气体的机理为：在外加高压电场的作用下，放电产生的大量高能电子轰击目标气体分子，使其电离、解离和激发，同时放电会产生羟基、臭氧等强氧化物质，综合作用使大分子气体变成简单小分子，或有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害物质。与其他处理技术相比，低温等离子体技术具有极高反应速率、且能快速达到稳态，允许反应过程的快速启动和关闭，可大大降低总体能源成本，该技术还可根据风量变化与现场条件进行调节，能够实现低浓度、大风量的净化处理。
低温等离子体反应器是低温等离子体技术中的一个重要组成部分，其结构决定供电电源传输来的能量如何作用以及整体去除效率，还能决定供电电源的电源参数以及电源大小。
介质阻挡放电（DBD）具有更高的高能粒子密度和稳定运行，因此介质阻挡放电反应器被广泛应用在实验室及工业中。
气体处理中常用DBD反应器主要有平板电极、线电极、同轴圆柱电极、针型电极等。平行板-板和同轴圆柱电极因放电均匀性要求气隙较小，导致气体流量低，在实际应用中通常与其他种类电极组成非对称电极，如针-板电极、线-板电极、多针-同轴电极等，这样能显著增加气体通道距离，降低放电电压，更适合规模化气体处理。因多针-同轴电极反应器较适合小-中流量，且能量利用率较高，但是现有多针-同轴反应器存在以下缺点：
1）放电针/针组固定不动，放电区域范围较小，放电区域与被处理气体接触不充分，特别是放电针底部气体难以获得有效处理；
2）放电针/针组即使按照螺旋排列，其与被处理气体接触时间和接触次数也有限；
3）长期对石英管（阻挡介质）的局部地区放电，会造成一定损害。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种自适应旋转电极低温等离子体反应器。本发明可以通过气体的流动驱动内电极和放电针转动，扩大了放电针的放电处理区域，还能够根据气体的流量变化而自适应地调整气体的处理强度，从而提高气体净化处理效果。
本发明的技术方案：一种自适应旋转电极低温等离子体反应器，包括框架，框架内部设有反应管，框架的两侧均设有固定盖，固定盖上设有与反应管内部连通的通孔，其中一侧的通孔为进气孔，另一侧的通孔为出气孔，所述反应管内部设有能够转动的内电极，内电极的表面设有多组放电针；所述内电极上还设有旋转风扇，旋转风扇位于进气孔的一侧；进气气体通过旋转风扇的扇叶时，气流沿着旋转风扇扇叶的表面流动，使得层流状流动的气流变为紊流状流动，实现扰流的效果，使得气体混合更加充分，提高对气体的处理效果；在进气气体的流量达到一定值后，气体对旋转风扇的扇叶产生足够推力，驱动旋转风扇转动，进而带动内电极以及内电极表面的放电针转动，扩大放电针放电处理区域，增加了被处理气体与放电区域内高能电子、离子的混合效果，提高了放电针对气体的处理效果；气体的流量越大，对旋转风扇扇叶产生的推力更大，旋转风扇和内电极的转速更快，单位处理时间内对单位容量气体的处理次数更多；由此实现了根据气体的流量变化而自适应地调整气体的处理强度，从而提高气体净化处理效果。
前述的自适应旋转电极低温等离子体反应器中，所述内电极上且放电针的前部还设有前置导流环，前置导流环的表面设有凸面，凸面朝向进气孔的一侧；
气体与前置导流环接触后，会沿着前置导流环的凸面向外部扩散，增大了从放电针的尖端区域通过的气体的比例，提高了放电针对气体的处理效果。
前述的自适应旋转电极低温等离子体反应器中，所述内电极上且放电针的后部设置有还设有后置导流环，后置导流环的表面设有凹面，凹面朝向进气孔的一侧；
气体经过放电针放电区域后，与后置导流环接触，并沿着后置导流环的凹面向回折返，气体再次经过放电针的放电区域再次净化处理，同时折返的气体与正向流入的气体在放电针的放电区域形成涡流，进一步增加两部分气体在放电针的放电区域的停留时间，提高净化处理效果。
前述的自适应旋转电极低温等离子体反应器中，所述内电极上设有扰流风扇；内电极转动时，能够带动扰流风扇转动，从而使得通过扰流风扇的气流更加紊乱，提高气体的混合效果。
前述的自适应旋转电极低温等离子体反应器中，所述反应管包括石英管和套设在石英管中部的不锈钢网，石英管与不锈钢网对应的部分形成高压极区域。
前述的自适应旋转电极低温等离子体反应器中，所述固定盖上嵌设有气路调节盖，通孔设置在气路调节盖上，并且通孔呈前宽后窄的结构。
前述的自适应旋转电极低温等离子体反应器中，所述固定盖上还设有废气遮盖板，固定盖上设有轴承，内电极与轴承相连接。
前述的自适应旋转电极低温等离子体反应器中，所述固定盖的表面设有安装槽，反应管的两端分别延伸至对应的安装槽内，并且安装槽内设有密封圈。
前述的自适应旋转电极低温等离子体反应器中，所述固定盖的侧部设有气路连接座。
前述的自适应旋转电极低温等离子体反应器中，所述内电极的表面设有多个固定套，每组放电针均设置在对应的固定套表面。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中，内电极上设有旋转风扇，旋转风扇位于进气孔的一侧，气体从进气孔进入到反应管内部，气体刚进入反应管时，呈现层流状流动，气流冲击旋转风扇的扇叶，对旋转风扇的扇叶产生足够推力，驱动旋转风扇转动，进而带动内电极以及内电极表面的放电针转动，扩大放电针的放电处理区域，提高了放电针对气体的处理效果，并且，气体的流量越大，对旋转风扇扇叶产生的推力更大，旋转风扇和内电极的转速更快，单位处理时间内对单位容量气体的处理次数更多，内电极的转速能够根据气体的流量变化进行自适应调整；综上，本发明通过设置旋转风扇能够利用气体的流动驱动内电极和放电针转动，无需设置电机驱动，成本更低，安装更加简便，还实现了根据气体的流量变化而自适应地调整气体的处理强度，从而提高气体净化处理效果。另外，放电针的转动能够避免长期对石英管的局部区域放电对石英管造成损害，延长了石英管的使用寿命。
2、本发明中，气体冲击到旋转风扇的扇叶后，会改变气流的方向，气流沿着旋转风扇扇叶的表面流动，使得层流状流动的气流变为紊流状流动，实现扰流的效果，使得气体混合更加充分，进一步提高对气体的处理效果。
3、本发明在内电极上且放电针的前部还设有前置导流环，前置导流环的表面设有凸面，凸面正对进气孔的一侧；气体与前置导流环接触后，会沿着前置导流环的凸面向外部扩散，增大了从放电针的尖端区域通过的气体的比例，提高了放电针对气体的处理效果。
4、本发明在电极上且放电针的后部还设有后置导流环，后置导流环的表面设有凹面，凹面朝向进气孔的一侧；气体经过放电针放电区域后，与后置导流环接触，并沿着后置导流环的凹面向回折返，气体再次经过放电针的放电区域再次净化处理，同时折返的气体与正向流入的气体在放电针的放电区域形成轴向的涡流，增加两部分气体在放电针的放电区域的停留时间，同时，放电针旋转也会带动气体和高能电子、离子旋转，产生径向气流涡流，径向气流涡流与轴向的涡流混合，进一步增加了高能电子、离子与被处理气体的混合时间和接触，提高净化处理效果。
5、本发明在内电极上设有扰流风扇；电极转动时，能够带动扰流风扇转动，从而使得通过扰流风扇的气流更加紊乱，提高气体的混合效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中前置导流环和后置导流环的结构示意图；
图3是本发明中固定盖表面的结构示意图；
图4是本发明中安装槽内的结构示意图。
附图中的标记为：1-框架；2-不锈钢网；3-石英管；4-内电极；5-固定套；6-旋转风扇；7-前置导流环；71-凸面；8-后置导流环；81-凹面；9-放电针；10气路连接座；11-固定盖；12-扰流风扇；13-气路调节盖；14-通孔；15-废气遮盖板；16-安装槽；17-密封圈；18-轴承。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种自适应旋转电极低温等离子体反应器，如附图1所示，包括框架1，框架1内部设有反应管，所述反应管包括石英管3和套设在石英管3中部的不锈钢网2，石英管3与不锈钢网2对应的部分形成高压极区域，框架1的两侧均设有固定盖11，所述固定盖11的侧部设有气路连接座10；如附图4所示，所述固定盖11的表面设有安装槽16，反应管的两端分别延伸至对应的安装槽16内，并且安装槽16内设有密封圈17，设置密封圈17能够防止气体从反应管与固定盖11的连接处泄漏；如附图3所示，固定盖11上设有与反应管内部连通的通孔14，所述固定盖11上嵌设有气路调节盖13，主要用于调节进气气体进入反应器内的流速及位置，通孔14设置在气路调节盖13上，通孔14的大小根据气体参数确定，并且通孔14呈前宽后窄的结构，便于气体进入到反应管内部，其中一侧的通孔14为进气孔，另一侧的通孔14为出气孔，所述反应管内部设有能够转动的内电极4，所述固定盖11上还设有废气遮盖板15，固定盖11上设有轴承19，内电极4与轴承18相连接，如附图2所示，内电极4的表面设有多组放电针9，所述内电极4的表面设有多个固定套5，每组放电针9均设置在对应的固定套5表面，气体从进气孔进入到反应管内，杂质气体被放电针9去除后，气体从出气孔流出；所述内电极4上还设有旋转风扇6，旋转风扇6位于进气孔的一侧。
进气气体通过旋转风扇6的扇叶时，气流沿着旋转风扇6扇叶的表面流动，使得层流状流动的气流变为紊流状流动，实现扰流的效果，使得各组分气体混合更加充分，提高对气体的处理效果。
在进气气体的流量达到一定值后，气体对旋转风扇6的扇叶产生足够推力，驱动旋转风扇6转动，进而带动内电极4以及内电极4表面的放电针9转动，扩大放电针9的放电处理区域，增加了被处理气体与放电区域内高能电子、离子的混合效果，提高了放电针9对气体的处理效果。
气体的流量越大，对旋转风扇6扇叶产生的推力更大，旋转风扇6和内电极4的转速更快，单位处理时间内对单位容量气体的处理次数更多，由此实现了根据气体的流量变化而自适应地调整气体的处理强度，从而提高气体净化处理效果。
综上，旋转风扇6既能够起到驱动内电极4和放电针9转动的作用，又能够起到扰流的作用，提高放电针9对气体的处理效果；进一步地，旋转风扇6的结构可根据实际需要设计，如果气体的流量足够大，则旋转风扇6的结构设计要点主要满足扰流的需要；如果气体的流量较小，则旋转风扇6的结构设计要点主要满足提供内电极4转动的推力的需要。
所述内电极4上设有扰流风扇12，扰流风扇12的结构主要用于实现扰流的效果；内电极4转动时，能够带动扰流风扇12转动，从而使得通过扰流风扇12的气流更加紊乱，提高气体的混合效果，进一步提高了放电针9对气体的处理效果。进一步地，在实际应用时，可以根据反应区域的长度调整扰流风扇12的数量。
所述内电极4上且放电针9的前部还设有前置导流环7，前置导流环7的表面设有凸面71，凸面71朝向进气孔的一侧；气体与前置导流环7接触后，会沿着前置导流环7的凸面71向外部扩散，增大了从放电针9的尖端区域通过的气体的比例，由于放电针9的尖端附近为高能电子、离子区，所以设置前置导流环7，提高了放电针9对气体的处理效果。
所述内电极4上且放电针9的后部设置有后置导流环8，后置导流环8的直径大于前置导流环7的半径，前置导流环7和后置导流环8交错设置，后置导流环8的表面设有凹面81，凹面81朝向进气孔的一侧；放电针9放电区域后，与后置导流环8接触，并沿着后置导流环8的凹面向回折返，气体再次经过放电针9的放电区域再次净化处理，同时折返的气体与正向流入的气体在放电针9的放电区域形成轴向的涡流，增加两部分气体在放电针9的放电区域的停留时间，同时，放电针9旋转也会带动气体和高能电子、离子旋转，产生径向气流涡流，径向气流涡流与轴向的涡流混合，进一步增加了高能电子、离子与被处理气体的混合时间和接触，提高净化处理效果。
Claims (10)
1.一种自适应旋转电极低温等离子体反应器，包括框架（1），框架（1）内部设有反应管，框架（1）的两侧均设有固定盖（11），固定盖（11）上设有与反应管内部连通的通孔（14），其中一侧的通孔（14）为进气孔，另一侧的通孔（14）为出气孔，所述反应管内部设有能够转动的内电极（4），内电极（4）的表面设有多组放电针（9）；其特征在于：所述内电极（4）上还设有旋转风扇（6），旋转风扇（6）位于进气孔的一侧；进气气体通过旋转风扇（6）的扇叶时，气流沿着旋转风扇（6）扇叶的表面流动，使得层流状流动的气流变为紊流状流动，实现扰流的效果，使得气体混合更加充分，提高对气体的处理效果；在进气气体的流量达到一定值后，气体对旋转风扇（6）的扇叶产生足够推力，驱动旋转风扇（6）转动，进而带动内电极（4）以及内电极（4）表面的放电针（9）转动，扩大放电针（9）放电处理区域，增加了被处理气体与放电区域内高能电子、离子的混合效果，提高了放电针（9）对气体的处理效果；气体的流量越大，对旋转风扇（6）扇叶产生的推力更大，旋转风扇（6）和内电极（4）的转速更快，单位处理时间内对单位容量气体的处理次数更多；由此实现了根据气体的流量变化而自适应地调整气体的处理强度，从而提高气体净化处理效果。
2.根据权利要求1所述的自适应旋转电极低温等离子体反应器，其特征在于：所述内电极（4）上且放电针（9）的前部还设有前置导流环（7），前置导流环（7）的表面设有凸面（71），凸面（71）朝向进气孔的一侧；
气体与前置导流环（7）接触后，会沿着前置导流环（7）的凸面（71）向外部扩散，增大了从放电针（9）的尖端区域通过的气体的比例，提高了放电针（9）对气体的处理效果。
3.根据权利要求2所述的自适应旋转电极低温等离子体反应器，其特征在于：所述内电极（4）上且放电针（9）的后部设置有后置导流环（8），后置导流环（8）的表面设有凹面（81），凹面（81）朝向进气孔的一侧；
气体经过放电针（9）放电区域后，与后置导流环（8）接触，并沿着后置导流环（8）的凹面向回折返，气体再次经过放电针（9）的放电区域再次净化处理，同时折返的气体与正向流入的气体在放电针（9）的放电区域形成轴向的涡流，增加两部分气体在放电针（9）的放电区域的停留时间，同时，放电针（9）旋转也会带动气体和高能电子、离子旋转，产生径向气流涡流，径向气流涡流与轴向的涡流混合，进一步增加了高能电子、离子与被处理气体的混合时间和接触，提高净化处理效果。
4.根据权利要求1所述的自适应旋转电极低温等离子体反应器，其特征在于：所述内电极（4）上还设有扰流风扇（12）；内电极（4）转动时，能够带动扰流风扇（12）转动，从而使得通过扰流风扇（12）的气流更加紊乱，提高气体的混合效果。
5.根据权利要求1所述的自适应旋转电极低温等离子体反应器，其特征在于：所述反应管包括石英管（3）和套设在石英管（3）中部的不锈钢网（2），石英管（3）与不锈钢网（2）对应的部分形成高压极区域。
6.根据权利要求1所述的自适应旋转电极低温等离子体反应器，其特征在于：所述固定盖（11）上嵌设有气路调节盖（13），通孔（14）设置在气路调节盖（13）上，并且通孔（14）呈前宽后窄的结构。
7.根据权利要求6所述的自适应旋转电极低温等离子体反应器，其特征在于：所述固定盖（11）上还设有废气遮盖板（15），固定盖（11）上设有轴承（18），内电极（4）与轴承（18）相连接。
8.根据权利要求1所述的自适应旋转电极低温等离子体反应器，其特征在于：所述固定盖（11）的表面设有安装槽（16），反应管的两端分别延伸至对应的安装槽（16）内，并且安装槽（16）内设有密封圈（17）。
9.根据权利要求1所述的自适应旋转电极低温等离子体反应器，其特征在于：所述固定盖（11）的侧部设有气路连接座（10）。
10.根据权利要求1所述的自适应旋转电极低温等离子体反应器，其特征在于：所述内电极（4）的表面设有多个固定套（5），每组放电针（9）均设置在对应的固定套（5）表面。
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