CN117998717A - 含非连续电场区的等离子体增强装置、系统及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明方案实施例提供一种含非连续电场区的等离子体增强装置、系统及设计方法，属于介质阻挡放电技术领域。所述装置包括：同轴设置的中心电极、地电极、第三电极和等离子体反应管；所述中心电极沿所述等离子体反应管轴线设置；所述地电极和所述第三电极沿所述等离子体反应管外壁平行设置；所述地电极和所述第三电极均间隔分布有多个，每个地电极至少与一个第三电极相邻，每个第三电极至少与一个地电极相邻；所述中心电极、所述地电极和所述第三电极在所述等离子体反应管内形成用于有机废气降解的非连续电场区。本发明方案可以在不改变反应器结构上直接扩展电场范围，增加活性粒子浓度，提升等离子体反应器处理效率。

Description

含非连续电场区的等离子体增强装置、系统及设计方法

技术领域

本发明方案涉及介质阻挡放电技术领域，具体地涉及一种含非连续电场区的等离子体增强装置、一种含非连续电场区的等离子体增强系统及一种含非连续电场区的等离子体增强装置设计方法。

背景技术

介质阻挡放电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。介质阻挡放电法是处理工业上大气量、低浓度且无回收价值有机废气(例如VOCs)的一种低温等离子体方法。低温等离子体法是通过高、低压电极对高、低压电极间的气体施加高电压，从而导致气体电离产生高活性粒子(包括电子、离子、自由基和激发态分子等)。利用上述高活性粒子与有机污染物发生氧化反应，最终实现无害化处置。介质阻挡放电方式是在高、低压电极间存在绝缘介质，具有不易击穿，安全稳定性好的优点，适用于工业上气量大的特点。

基于介质阻挡放电的产生原理，针对气体施加的电场强度与分布直接决定着高活性粒子的浓度和分布，相对应的，直接影响着等离子体的产生和作用效率。一般改变电场的直接方法有改变电压、频率以及电源形式(如直流、高频交流、脉冲等)。然而，在实际工业应用的大装置中，驱动电源固定，电压和频率可调范围有限。同时，在面对成分复杂的浓度波动大的VOCs废气时，电场增强有限的等离子体处理装置无法满足达标排放的需求。针对这种因为驱动电源固定，电压和频率可调范围有限导致的等离子体处理装置无法满足达标排放的需求问题，需要创造一种新的含非连续电场区的等离子体增强装置。

发明内容

本发明方案实施方式的目的是提供一种含非连续电场区的等离子体增强装置、系统及设计方法，以至少解决现有方案因为驱动电源固定，电压和频率可调范围有限导致的等离子体处理装置无法满足达标排放的需求问题。

为了实现上述目的，本发明方案第一方面提供一种含非连续电场区的等离子体增强装置，所述装置包括：同轴设置的中心电极、地电极、第三电极和等离子体反应管；所述中心电极沿所述等离子体反应管轴线设置；所述地电极和所述第三电极沿所述等离子体反应管外壁平行设置；所述地电极和所述第三电极均间隔分布有多个，每个地电极至少与一个第三电极相邻，每个第三电极至少与一个地电极相邻；所述中心电极、所述地电极和所述第三电极在所述等离子体反应管内形成用于有机废气降解的非连续电场区。

可选的，所述地电极和所述第三电极均为耐高温导电金属。

可选的，所述地电极和所述第三电极的导电率在25℃状态下，均为10⁵-10⁸S/m。

可选的，所述等离子体反应管为由石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯中任一种材料制成的绝缘介质管。

可选的，所述中心电极包括：

中心电极绝缘介质管和填充在所述中心电极绝缘介质管内部的导电金属；所述中心电极绝缘介质管由石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯中任一种材料制成。

可选的，所述中心电极与外接电源连接；所述地电极接地连接。

可选的，所述等离子体反应管的壁厚不大于5mm。

本发明方案第二方面提供一种含非连续电场区的等离子体增强装置设计方法，应用于上述的含非连续电场区的等离子体增强装置，所述方法包括：采集待处理气体的气体类型信息，基于所述气体类型信息对比预设规则确定等离子体反应管的放电间隙尺寸；基于所述放电间隙尺寸计算获得地电极长度信息和第三电极长度信息；基于所述地电极长度信息确定多个地电极和多个第三电极之间的间隔长度信息；基于所述放电间隙尺寸、所述地电极长度信息、所述第三电极长度信息、多个地电极和多个第三电极之间的间隔信息进行低温等离子体增强装置仿真，并输出仿真结果作为设计方案。

所述基于所述放电间隙尺寸计算获得地电极长度信息和第三电极长度信息，包括：所述第三电极长度为所述放电间隙尺寸的1-5倍；所述地电极长度为所述放电间隙尺寸的1-5倍。

可选的，所述基于所述地电极长度信息确定多个地电极和多个第三电极之间的间隔长度信息，包括：若存在两个第三电极相邻时，两个相邻第三电极之间的间隔长度不大于任一个第三电极的长度。

可选的，所述基于所述地电极长度信息确定多个地电极和多个第三电极之间的间隔长度信息，还包括：所述地电极和所述第三电极之间的间隔长度不大于所述地电极长度的2倍。

本发明方案第三方面提供一种含非连续电场区的等离子体增强系统，所述系统包括上述的含非连续电场区的等离子体增强装置。

另一方面，本发明方案提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的含非连续电场区的等离子体增强装置设计方法。

通过上述技术方案，本发明方案提出的第三电极独立于中心电极与地电极之间形成的放电区，所形成的非放电区与放电区相邻排列，共同组成等离子体区域。本发明方案利用多个第三电极和地电极间隔分布的引入，可以在不改变反应器结构上直接扩展电场范围，增加活性粒子浓度，提升等离子体反应器处理效率。

本发明方案实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明方案实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明方案实施方式，但并不构成对本发明方案实施方式的限制。在附图中：

图1是本发明方案一种实施方式提供的含非连续电场区的等离子体增强装置的结构示意图；

图2是本发明方案一种实施方式提供的含非连续电场区的等离子体增强装置的地电极与第三电极布置方式示意图；

图3是本发明方案一种实施方式提供的含非连续电场区的等离子体增强装置设计方法的步骤流程图。

附图标记说明

10-等离子体反应管；20-中心电极；30-地电极；40-第三电极。

具体实施方式

以下结合附图对本发明方案的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明方案，并不用于限制本发明方案。介质阻挡放电法是处理工业上大气量、低浓度且无回收价值有机废气(例如VOCs)的一种低温等离子体方法。介质阻挡放电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。介质阻挡放电能够在高气压和很宽的频率范围内工作，通常的工作气压为10～10000。电源频率可从50Hz至1MHz。其优点在于工艺简单、运行管理方便。低温等离子体法是通过高、低压电极对高、低压电极间的气体施加高电压，从而导致气体电离产生高活性粒子(包括电子、离子、自由基和激发态分子等)。利用上述高活性粒子与有机污染物发生氧化反应，最终实现无害化处置。介质阻挡放电方式是在高、低压电极间存在绝缘介质，具有不易击穿，安全稳定性好的优点，适用于工业上气量大的特点。

在现有方法中，存在部分用于拓展的等离子体反应装置和电场增强的方法，例如公开号为CN113825293A专利申请文件公开了一种电场增强的等离子体放电装置及利用该装置增强电场的方法，该装置包括：同轴设置的等离子体反应管、中心高压电极和金属线圈以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极。金属线圈设置于所述中心高压电极与接地电极之间放电间隙内，该金属线圈的作用是通过畸化电场，原等离子体产生的放电区的电场局部强化。其核心技术手段是在中心高压电极与接地电极之间放电间隙内设置线圈，其需要改变离子体放电装置的结构。

进一步的，公开号为CN102583656A专利申请文件公开了一种介质阻挡放电水处理装置，主要包括锡纸高压电极、石英介质圆筒、悬浮电极、铜管接地电极，从外向内同轴设置。悬浮电极位于高压电极和地电极之间。按说明书描述，其作用是平稳水膜，避免液体溅到阻挡介质表面造成局部放电和短路的问题。另外由于水流平稳，可减少放电间距，使废水在相同的处理时间下，污染物脱除效率提高。

再进一步的，公开号为CN108322983A公布了一种浮动电极增强介质阻挡放电弥散等离子体发生装置。该装置包括由绝缘材料制成的圆筒形的主体腔室，主体腔室的外壁依次紧密套接有均为圆筒形的浮动电极、接地电极，其中接地电极靠近出气端口；在主体腔室的轴心处固定设置有柱形的高压电极。高压电极从进气端口伸入主体腔室内且末端与浮动电极所在轴向位置相对应，高压电极、浮动电极与接地电极的轴向距离为10-20mm，高压电极和接地电极两端加载交流电源、浮动电极保持开路状态。该装置是等离子体射流产生装置，将产生的等离子体流引出再应用。浮动电极的作用是形成预放电单元，提供种子电荷，使其经过地电极与高压电极之间的主放电区之后再出气端口形成弥散的电晕放电。

基于介质阻挡放电的产生原理，针对气体施加的电场强度与分布直接决定着高活性粒子的浓度和分布，相对应的，直接影响着等离子体的产生和作用效率。一般改变电场的直接方法有改变电压、频率以及电源形式(如直流、高频交流、脉冲等)。然而，在实际工业应用的大装置中，驱动电源固定，电压和频率可调范围有限。同时，在面对成分复杂的浓度波动大的VOCs废气时，电场增强有限的等离子体处理装置无法满足达标排放的需求。

为了解决这种因为驱动电源固定，电压和频率可调范围有限导致的等离子体处理装置无法满足达标排放的需求问题，本发明方案提出了一种低温等离子体增强装置，利用第三电极40的引入，可以在不改变反应器结构上直接扩展电场范围，增加活性粒子浓度，提升等离子体反应器处理效率。

图1是本发明方案一种实施方式提供的含非连续电场区的等离子体增强的装置结构图。如图1所示，本发明方案实施方式提供一种含非连续电场区的等离子体增强，所述装置包括：同轴设置的中心电极20、地电极30、第三电极40和等离子体反应管10；所述中心电极20沿所述等离子体反应管10轴线设置；所述地电极30和所述第三电极40沿所述等离子体反应管10外壁平行设置；所述地电极30和所述第三电极40均间隔分布有多个，每个地电极30至少与一个第三电极40相邻，每个第三电极40至少与一个地电极30相邻；所述中心电极20、所述地电极30和所述第三电极40在所述等离子体反应管10内形成用于有机废气降解的非连续电场区。

在本发明方案实施例中，介质阻挡放电装置的电极结构的设计形式多种多样。在两个放电电极之间充满某种工作气体，并将其中一个或两个电极用绝缘介质覆盖，也可以将介质直接悬挂在放电空间或采用颗粒状的介质填充其中，当两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，即产生了介质阻挡放电。传统的构建方式是设置一个中心电极20和一个地电极30，然后中心电极20和地电极30均由介质隔开，对中心电极20进行通电，使得中心电极20与地电极30之间的气体被击穿，形成对应的气体处理区域。这种方案仅存在地电极30和中心电极20两个电极，所以就会存在当驱动电源固定时，电压频率可调范围有限时，对应的电场增强能力有限。当需要处理的气体类型发生改变，或气体浓度发生较大改变时，现有结构存在极大的局限性，需要对结构整体进行更换或改进才能满足需求。本发明方案的目的在与实现等离子体反应装置的电场增强，所以在传统中心电极20和地电极30这种双电极结构的基础上，增加了第三电极40，通过第三电极40产生悬浮电极，然后在不改变原放电区的条件下直接扩展等离子体形成区域，从而提升整体等离子体针对低浓度废气的处理能力。进一步的，通过设置多个第三电极40和多个地电极30，使得对中心电极20施加高电压时，中心电极20与地电极30在反应腔内形成放电区，中心电极20与第三电极40在反应腔内形成感应电场区。放电区和感应电场区不重叠，呈相邻或间隔存在。

进一步的，低温等离子体技术是空气强力杀菌净化除臭技术，低温等离子体技术是一个集物理学、化学、生物学和环境科学于一体的交叉综合性技术。其净化作用机理包含两个方面：一是在产生等离子体的过程中，高频放电所产生的瞬间高能足够打开一些有害气体分子内的化学键，使之分解为单质原子或无害分子；二是等离子体中包含大量的高能电子、正负离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基，这些活性粒子和部分臭气分子碰撞结合，在电场作用下，使臭气分子处于激发态。当臭气分子获得的能量大于其分子键能的结合能时，臭气分子的化学键断裂，直接分解成单质原子或由单一原子构成得无害气体分子。同时产生的大量·OH、·HO₂、·O等活性自由基和氧化性极强的O₃，与有害气体分子发生化学反应，最终生成无害产物。低温等离子体中的高能电子可使电负性高的气体分子(如氧分子、氮分子)带上电子而成为负离子，它具有许多良好的健康效应，对人体及其他生物的生命活动有着十分重要的影响，被人们誉为“空气维生素”、“长寿素”。低温等离子体的净化作用还具备显著的生物效应。发生的静电作用在各种细菌、病毒等微生物表面产生的电能剪切力大于细胞膜表面张力，使细胞膜遭到破坏，导致微生物死亡。因此低温等离子体除臭技术具有优秀的消毒杀菌之功效。

低温等离子体放电产生具有化学特性的微粒，这个显著的特点被广泛应用于材料表面改性。与传统的工艺相比较，等离子体技术应用的优点包括：

1)不会改变基体固有性能，改性作用仅仅发生在表面，约几到几十个纳米，如半导体纳米蚀刻。

2)全程干燥的处理方式(干式法)，无需溶解剂和水，几乎不产生污染，因而节约能源，降低成本。

3)作用时间短，反应速率高，加工对象广，能显著提高产品质量。

4)工艺简单、操作方便，生产可控性强，产品一致性好。

5)属于健康型工艺，对操作人员身体无伤害。

基于以上这些优点，低温等离子技术被广泛应用于诸多工业领域，而且越来越重要，尤其是低温等离子材料表面处理技术在能源、物质与材料、环境、生化等多个行业起着关键作用。基于上述对低温等离子技术的介绍，可以明确知道，对于气体的处理效果，其直接影响因素是活性粒子的活性强度，只要保证了活性粒子的寿命，然后增强其浓度，那对应的低温等离子技术的气体处理效果也就能够满足需求。本发明方案正是基于该目的出发，即以延长活性粒子寿命，提高活性粒子浓度为目的进行的技术改进。

在本发明方案实施例中，本发明方案在传统单个中心电极20和单个地电极30的设计理念下，增加多个地电极30和多个电极，使得原始连续电场被划分成多个非连续性的电场区，在不改变原放电区的条件下直接扩展等离子体形成区域，从而提升整体等离子体针对低浓度废气的处理能力。

如图2，在另一种可能的实施方式中，除了地电极30-第三电极40-地电极30-第三电极40这种布置方式，也可以是地电极30-第三电极40-第三电极40-地电极30这种步骤方式，以此类推，只要保证每一个地电极30至少有一个相邻的第三电极40，且每一个第三电极40至少有一个相邻的地电极30便可。

优选的，所述地电极30和所述第三电极40均为耐高温导电金属。

具体的，受限于应用场景，本发明方案提出的低温等离子体增强装置需要有足够的耐高温能力。低温等离子体是部分电离的气体，含有带电离子、高能电子、激发态的活性原子、分子和自由基等多种化学成分。其表示的是一种工作性能，但是实际应用场景所说的耐高温情况是指放电过程中后者废气温度的情况，要保证装置具有足够的稳定性，就需要其有应对高温的能力，基于此，本发明方案所适用的电极材料需要具有耐高温能力。

优选的，对于上述接地电极30没有特别的限定，例如可以为金属网或金属片等。上述网状接地电极30的目数为5-500目，优选为10-100目。

优选的，对于本发明方案中等离子体放电装置内的工作气体没有限定，可以为本领域常用固定空气、氮气、氦气或氩气等，本领域技术人员也可以根据实际需求选择一种或多种。

优选的，所述地电极30和所述第三电极40的导电率在25℃状态下，均为10⁵-10⁸S/m。

优选的，所述等离子体反应管10为由石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯中任一种材料制成的绝缘介质管。

在本发明方案实施例中，上述已知，介质阻挡放电装置实现功能，需要将其中一个或两个电极用绝缘介质覆盖，也可以将介质直接悬挂在放电空间或采用颗粒状的介质填充其中，当两电极间施加足够高的交流电压时，电极间的气体会被击穿而产生放电，即产生了介质阻挡放电。基于此，本发明方案将地电极30沿等离子体反应管10外壁设置，使得地电极30和中心电极20被等离子体反应管10外壁隔开，而该外壁材料便需要选择绝缘介质。优选的，选择石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯中任一种材料制成，这些材料均具有良好的介电性能。

优选的，所述中心电极20包括：中心电极20绝缘介质管和填充在所述中心电极20绝缘介质管内部的导电金属；所述中心电极20绝缘介质管由石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯中任一种材料制成。

在本发明方案实施例中，本发明方案对于中心电极20的处理依旧选优的绝缘介质进行包裹，然后在其内部填充有导电金属，作为中心电极20。本发明方案进行中心电极20包裹选用的绝缘介质与等离子体反应管10相同，均为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯中任一种材料。

优选的，本发明方案并不限定中线电极绝缘介质管内的金属填充方式，可以是直接的金属棒或金属管填充，也可以是金属颗粒填充，只要沿绝缘介质管内部分布有导电金属材料，均满足本发明方案的目的。

优选的，所述导电金属粉末为铁、铜或镁中的一种或多种。在一种可能的实施方式中，本发明方案提供的等离子体放电装置中，中心电极20由绝缘介质管以及内部填充的金属粉末组成。在本发明方案的具体实施方式中，选用铁粉作为金属导电粉末，填充于绝缘介质管(具体为石英管)中作为中心电极20。本领域技术人员也可以根据需要选择其他具有导电性能的金属粉末填充于绝缘介质管中作为中心电极20进行使用。

在本发明方案的另一具体实施方式中，可以由石英、陶瓷、刚玉管或聚四氟乙烯作为绝缘管，在管内嵌入金属棒的构成方式作为中心电极20；而在本发明方案的另一具体实施方式中，在绝缘管内嵌入金属管作为中心电极20。

对于上述嵌入绝缘管内金属棒或金属管的材质没有特别的限定，例如可以为导电率为10⁵-10⁸S/m(25℃)的金属。在本发明方案的一个具体实施方式中，选用铁棒嵌入石英管中作为中心电极20使用。

对于上述棒状中心电极20没有特别的限定，例如可以为本领域常规的各种中心电极20。在一种可能的实施方式中，本发明方案提供的等离子体放电装置中，中心电极20为金属棒。在本发明方案的一个具体实施方式中，中心电极20为导电率为9.9×10⁶S/m的铁金属。

优选的，所述中心电极20与外接电源连接；所述地电极30接地连接。

优选的，所述等离子体反应管10的壁厚不大于5mm。

在本发明方案实施例中，对于等离子体反应管10的壁厚确定，因为需要综合考虑击穿性能，而对应的绝缘介质材料厚度会直接影响其放电性能，所以在保证放电性能的前提下，尽量节省原料成本是有必要的，基于此，限定等离子体反应管10的壁厚不大于5mm。

在本发明方案实施例中，本发明方案提出的低温等离子体增强装置主要由中心电极20、地电极30、第三电极40等离子体反应管10四部分构成，等离子体反应管10、中心电极20和紧贴于等离子体反应管10外壁的地电极30和第三电极40同轴设置。中心电极20接高压电源，地电极30接地，第三电极40不接电且不与中心电极20连接。对中心电极20施加高电压时，中心电极20与地电极30在反应腔内形成放电区，中心电极20与第三电极40在反应腔内形成非放电区。第三电极40独立于中心电极20与地电极30之间形成的放电区，所形成的非放电区与放电区相邻排列，共同组成等离子体区域。

图3是本发明方案一种实施方式提供的含非连续电场区的等离子体增强装置设计方法的方法流程图。如图3所示，本发明方案实施方式提供一种含非连续电场区的等离子体增强装置设计方法，所述方法包括：

步骤S10：采集待处理气体的气体类型信息，基于所述气体类型信息对比预设规则确定等离子体反应管10的放电间隙尺寸。

步骤S20：基于所述放电间隙尺寸计算获得地电极30长度信息和第三电极40长度信息。

步骤S30：基于所述地电极30长度信息确定多个地电极30和多个第三电极40之间的间隔长度信息。

步骤S40：基于所述放电间隙尺寸、所述地电极30长度信息、所述第三电极40长度信息、多个地电极30和多个第三电极40之间的间隔信息进行低温等离子体增强装置仿真，并输出仿真结果作为设计方案。

优选的，所述基于所述放电间隙尺寸计算获得地电极30长度信息和第三电极40长度信息，包括：所述第三电极40长度为所述放电间隙尺寸的1-5倍；所述地电极30长度为所述放电间隙尺寸的1-5倍。

优选的，若存在两个第三电极40相邻时，两个相邻第三电极40之间的间隔长度不大于任一个第三电极40的长度。

优选的，除了电源参数，该反应器的电场强度及其处理能力与地电极30长度、第三电极40长度以及地电极30和第三电极40间隔长度相关。放电间隙为中心电极20与地电极30之间的距离，与待处理气体的种类有关。所述地电极30个数不少于2个，各个地电极30之间不连接，每个地电极30至少与1个第三电极40相邻。地电极30长度与等离子体反应管10放电间隙有关。当多个地电极30相邻时，其间距至少为放电间隙尺寸的2倍。所述第三电极40个数不少于1个，每个第三电极40至少与1个地电极30相邻。第三电极40长度与等离子体反应管10放电间隙有关。第三电极40长度的优选范围为放电间隙尺寸的1-5倍。第三电极40与地电极30的间距地电极30长度为与等离子体反应管10放电间隙尺寸有关。地电极30长度的优选范围为放电间隙尺寸的1-5倍。当多个第三电极40相邻时，其间距至多为第三电极40长度，

优选的，等离子体反应管10放电间隙与待处理的气体种类有关。对于空气或氮气为主气氛，优选范围是0-10mm；对于Ar为主气氛，优选范围是0-20mm；对于He为主气氛，优选范围是0-30mm。

在本发明方案实施例中，本发明方案提供了一种含非连续电场区的等离子体增强方法，通过第三电极40将长的连续电场区拆分成多个短的非连续电场区，非连续电场区与第三电极40处形成的感应电场区共同组成等离子体作用和反应区，直接扩展气体电离区域，沿长了活性粒子寿命和作用时间，显著提升有机废气降解效率。

实施例一：

进行某含非连续电场区的等离子体增强装置设计时，在确定等离子体反应腔体以及材质后，除了电源参数，该反应器的电场强度及其处理能力与放电间隙(D)地电极30长度(A)、第三电极40长度(C)以及地电极30和第三电极40间隔长度(B)相关。对于放电间隙(D)，在本发明方案中，优选为0.05-5mm，更优选地为0.3-2.0mm。所述地电极30长度(A)与等离子体反应管10放电间隙有关，优选范围为0-10cm，更优选的为0.3-10mm。所述第三电极40长度(C)与等离子体反应管10放电间隙(D)有关，优选范围为0-8cm，更优选的为0.3-10mm。所述第三电极40的长度(C)小于等于地电极30间距(L)。所述地电极30和第三电极40间隔长度(B)大于或等于第三电极40长度(C)的0.5倍。所述地电极30和第三电极40个数不少于1个，可以多个。地电极30和第三电极40间隔排列，且第三电极40两边必须有地电极30相邻，或者多个第三电极40组成第三电极40区的两边必须有地电极30相邻。

实施例二：

对于实施例一中的等离子体反应管10没有特别的限定，可以为本领域常规的各种具有绝缘性能的反应管，在本发明方案中，优选地，等离子体反应管10为绝缘介质管；更优选地，绝缘介质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。在本发明方案的一个具体实施方式中，等离子体反应管10为石英管；在本发明方案的另一个具体实施方式中，等离子体反应管10为刚玉管。

对于实施例一中中心电极20的形状没有特别的限定，可以为本领域常规使用的各种形状的电极，在本发明方案中，优选地，所述中心电极20为管状或棒状。

对于实施例一中管状中心电极20没有特别的限定，可以为本领域常规的各种具有绝缘性能的管，在本发明方案中，优选地，管状中心电极20为绝缘介质管；所述绝缘介质管内填充有导电金属粉末。

对于实施例一中绝缘介质管没有特别的限定，在本发明方案中，优选地，所述绝缘介质管为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯管。在本发明方案的一个具体实施方式中，绝缘介质管为石英管；在本发明方案的另一个具体实施方式中，绝缘介质管为刚玉管。

对于实施例一中导电金属粉末没有特别的限定，在本发明方案中，优选地，所述导电金属粉末为铁、铜或镁中的一种或多种。在一种实施例中，本发明方案提供的等离子体放电装置中，中心电极20由绝缘介质管以及内部填充的金属粉末组成。在本发明方案的具体实施方式中，选用铁粉作为金属导电粉末，填充于绝缘介质管(具体为石英管)中作为中心电极20。本领域技术人员也可以根据需要选择其他具有导电性能的金属粉末填充于绝缘介质管中作为中心电极20进行使用。

在本发明方案中，优选地，中心电极20为绝缘介质管，所述绝缘介质管内具有导电金属棒。在本发明方案的另一具体实施方式中，可以由石英、陶瓷、刚玉管或聚四氟乙烯作为绝缘管，在管内嵌入金属棒的构成方式作为中心电极20；而在本发明方案的另一具体实施方式中，在绝缘管内嵌入金属管作为中心电极20。

对于上述嵌入绝缘管内金属棒或金属管的材质没有特别的限定，例如可以为导电率为10⁵-10⁸S/m(25℃)的金属。在本发明方案的一个具体实施方式中，选用铁棒嵌入石英管中作为中心电极20使用。

对于上述棒状中心电极20没有特别的限定，例如可以为本领域常规的各种中心电极20。在一种实施例中，本发明方案提供的等离子体放电装置中，中心电极20为金属棒。在本发明方案的一个具体实施方式中，中心电极20为导电率为9.9×10⁶S/m的铁金属。

对于上述接地电极30没有特别的限定，例如可以为金属网或金属片等。上述网状接地电极30的目数为5-500目，优选为10-100目。

对于本发明方案中等离子体放电装置内的工作气体没有限定，可以为本领域常用固定空气、氮气、氦气或氩气等，本领域技术人员也可以根据实际需求选择一种或多种。

实施例三：

对比例1：等离子体放电装置为同轴设置的等离子体反应管10、中心电极20和紧贴于等离子体反应管10外壁的地电极30和第三电极40。通过调整相邻地电极30间隔长度(L)、或者再相邻地电极30的非放电区设置第三电极40以及调节地电极30与第三电极40的间隔长度(B)。在相同施加电压条件下，可以获得不同强度的电场，提升等离子体反应器的作用效果。在某场景下，中心电极20的外径为12mm，内径为9mm的石英管，中心填充铁粉。等离子体反应管10的内径为18mm，放电间隙为3mm，地电极30和第三电极40为铜箔，串联设置，待处理低浓度废气流动依次经过地电极30I、第三电极40和地电极30II。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源，频率为4.2kHz，电压幅值为23kV。对于流量为6.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气，随地电极30长度以及相邻地电极30间距改变。该对比例作为传统方案对比例，即不存在第三电极情况下，对处理的废气进行含苯量监测，获得的苯降解效果为降解率53.0％。

对比例2：在与对比例1相同的结构参数下，仅改变地电极长度、第三电极宽度和第三电极与地电极之间的间距。存在一个第三电极，该第三电极的宽度为5mm，第一地电极的长度为12mm，第二地电极的长度为12mm，第一地电极与第三电极的间距为5mm，第二地电极与第三电极的间距为5mm，对应的苯降解效果为58.2％。

对比例3：在与对比例1相同的结构参数下，仅改变地电极长度、第三电极宽度和第三电极与地电极之间的间距。存在一个第三电极，该第三电极的宽度为8mm，第一地电极的长度为8mm，第二地电极的长度为8mm，第一地电极与第三电极的间距为5mm，第二地电极与第三电极的间距为5mm，对应的苯降解效果为65.0％。

对比例4：在与对比例1相同的结构参数下，仅改变地电极长度、第三电极宽度和第三电极与地电极之间的间距。存在两个第三电极，第一第三电极的宽度为8mm，第二第三电极的宽度为8mm，第一地电极的长度为8mm，第二地电极的长度为8mm，第一地电极与第一第三电极的间距为5mm，第二地电极与第一第三电极的间距为5mm，第二地电极与第二地电极的间距为5mm，对应的苯降解效果为68.5％。

对比例5：在与对比例1相同的结构参数下，仅改变地电极长度、第三电极宽度和第三电极与地电极之间的间距。存在两个第三电极，第一第三电极的宽度为8mm，第二第三电极的宽度为8mm，第一地电极的长度为12mm，第二地电极的长度为4mm，第一地电极与第一第三电极的间距为5mm，第二地电极与第一第三电极的间距为5mm，第二地电极与第二地电极的间距为5mm，对应的苯降解效果为70.6％。

对比例6-9：与上诉所有对比例适应性进行结构参数修改后，修改地电极与第三电极的排布方式，并对应获得各排布方式后的苯降解效果，含苯废气的降解效果如表1所示。其中AI和AII为两个地电极30，BI和BII为两个第三电极40，AI→BI→AII→BII表示地电极30和第三电极40的设置位置关系为地电极30-第三电极40-地电极30-第三电极40，其余关系以此类推：

表1含苯废气的降解效果

本发明方案实施方式还提供一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行上述的含非连续电场区的等离子体增强装置设计方法。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式的方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明方案各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上结合附图详细描述了本发明方案的可选实施方式，但是，本发明方案实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明方案实施方式的技术构思范围内，可以对本发明方案实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明方案实施方式的保护范围。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明方案实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明方案的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明方案实施方式的思想，其同样应当视为本发明方案实施方式所公开的内容。

Claims (13)

1.一种含非连续电场区的等离子体增强装置，其特征在于，所述装置包括：

同轴设置的中心电极、地电极、第三电极和等离子体反应管；

所述中心电极沿所述等离子体反应管轴线设置；

所述地电极和所述第三电极沿所述等离子体反应管外壁平行设置；

所述地电极和所述第三电极均间隔分布有多个，每个地电极至少与一个第三电极相邻，每个第三电极至少与一个地电极相邻；

所述中心电极、所述地电极和所述第三电极在所述等离子体反应管内形成用于有机废气降解的非连续电场区。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述地电极和所述第三电极均为耐高温导电金属。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述地电极和所述第三电极的导电率在25℃状态下，均为10⁵-10⁸S/m。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述等离子体反应管为由石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯中任一种材料制成的绝缘介质管。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中心电极包括：

中心电极绝缘介质管和填充在所述中心电极绝缘介质管内部的导电金属；

所述中心电极绝缘介质管由石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯中任一种材料制成。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述中心电极与外接电源连接；

所述地电极接地连接。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述等离子体反应管的壁厚不大于5mm。

8.一种含非连续电场区的等离子体增强装置设计方法，应用于权利要求1-7中任一项权利要求所述的含非连续电场区的等离子体增强装置，其特征在于，所述方法包括：

采集待处理气体的气体类型信息，基于所述气体类型信息对比预设规则确定等离子体反应管的放电间隙尺寸；

基于所述放电间隙尺寸计算获得地电极长度信息和第三电极长度信息；

基于所述地电极长度信息确定多个地电极和多个第三电极之间的间隔长度信息；

基于所述放电间隙尺寸、所述地电极长度信息、所述第三电极长度信息、多个地电极和多个第三电极之间的间隔信息进行低温等离子体增强装置仿真，并输出仿真结果作为设计方案。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于所述放电间隙尺寸计算获得地电极长度信息和第三电极长度信息，包括：

所述第三电极长度为所述放电间隙尺寸的1-5倍；

所述地电极长度为所述放电间隙尺寸的1-5倍。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于所述地电极长度信息确定多个地电极和多个第三电极之间的间隔长度信息，包括：

若存在两个第三电极相邻时，两个相邻第三电极之间的间隔长度不大于任一个第三电极的长度。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于所述地电极长度信息确定多个地电极和多个第三电极之间的间隔长度信息，还包括：

所述地电极和所述第三电极之间的间隔长度不大于所述地电极长度的2倍。

12.一种含非连续电场区的等离子体增强系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-7中任一项权利要求所述的含非连续电场区的等离子体增强装置。

13.一种计算机可读储存介质，该计算机可读存储介质上储存有指令，其在计算机上运行时使得计算机执行权利要求8-11中任一项权利要求所述的含非连续电场区的等离子体增强装置设计方法。