CN117998718A - 一种等离子体发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及等离子体技术领域,公开了一种等离子体发生器。所述等离子体发生器包括高压电极(1)、接地电极(2)、一个或多个悬浮电极(3)以及等离子体反应管(4),所述高压电极(1)位于所述等离子体反应管(4)内部,并且沿着所述等离子体反应管(4)的中心轴设置,所述接地电极(2)和所述悬浮电极(3)分别环绕设置于所述等离子体反应管(4)的外壁,且所述悬浮电极(3)由导线缠绕形成。本发明在等离子体发生器的接地电极旁边增加不接地的由导线缠绕形成的悬浮电极,可以显著提升处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体技术领域,具体涉及一种等离子体发生器。
背景技术
低温等离子体是一种处于非热平衡状态的等离子体,电子温度远远大于离子或中性粒子的温度,并且整体温度接近室温,所以称为低温等离子体。利用低温等离子体处理有机废气具有效率高、能耗低、适用范围广的特点,成为当前研究的热点。介质阻挡放电因其能够产生更均匀、稳定的等离子体,被广泛应用于有机废气治理领域。
现阶段提升介质阻挡放电等离子体处理效果的方式主要是提高反应发生时的注入能量、耦合催化剂等方式,但在工业化应用阶段,由于等离子体电源可调节参数有限(提升注入能量的主要方式是提高等离子体电源的输出功率),多数情况下不能根据需要提高注入能量,而且等离子体电源与催化剂需要在设计阶段进行确定,后期改进具有难度,要提升现有反应器的处理效果难度巨大,而且增加催化剂等方式也会增大装置的投资成本。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的难以提升现有等离子体发生器的处理效果的问题,提供一种等离子体发生器。按照本发明的技术方案可以明显提升处理效果。
为了实现上述目的,本发明提供了一种等离子体发生器,包括高压电极、接地电极、一个或多个悬浮电极以及等离子体反应管,所述高压电极位于所述等离子体反应管内部,并且沿着所述等离子体反应管的中心轴设置,所述接地电极和所述悬浮电极分别环绕设置于所述等离子体反应管的外壁,且所述悬浮电极由导线缠绕形成。
优选地,所述悬浮电极的缠绕匝数为3-50,更优选为10-30。
优选地,所述悬浮电极的绕线间距为0.1-3mm,更优选为0.4-1.5mm。
优选地,形成所述悬浮电极的导线的线径为0.1-2mm,更优选为0.4-1.5mm。
优选地,所述悬浮电极由导电金属裸导线缠绕形成。
优选地,所述接地电极的长度L1与所述等离子体反应管的放电间隙D满足:L1为D的2-10倍,更优选3-7倍。
优选地,在空气气氛下,所述放电间隙D为0-10mm,更优选为1.5-3mm。
优选地,所述接地电极的长度L1、所述接地电极与所述悬浮电极的间距S满足:S为L1的0.1-1倍,更优选0.2-0.6倍。
优选地,在25℃下,所述高压电极、所述接地电极和所述悬浮电极的导电率为105-108S/m。
优选地,所述高压电极和所述接地电极为耐高温导电金属。
优选地,所述等离子体反应管为第一绝缘介质管。
优选地,所述第一绝缘介质管的材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。
优选地,所述等离子体反应管的壁厚为0.1-5mm。
优选地,所述高压电极包括第二绝缘介质管和填充于所述第二绝缘介质管内的导电金属粉末。
优选地,所述导电金属粉末为耐高温导电金属,更优选为铂、铑、钯、金、铜、钨、铁以及含镍和钛的不锈钢中一种或多种,更进一步优选为铁、铜或钨。
优选地,所述第二绝缘介质管的材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。
优选地,所述高压电极包括导电金属棒以及可选地环绕所述导电金属棒外周的绝缘介质层。
优选地,所述导电金属棒的材质为耐高温导电金属,更优选为铂、铑、钯、金、铜、钨、铁以及含镍和钛的不锈钢中一种或多种,更进一步优选为铁、铜或钨。
优选地,所述绝缘介质层的材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。
优选地,所述接地电极和所述悬浮电极的材质为耐高温导电金属,优选为铂、铑、钯、金、铜、钨、铁以及含镍和钛的不锈钢中一种或多种,更优选为铁、铜或钨。
优选地,所述高压电极与高压电源连接,所述高压电源为高压交流电源、高压脉冲电源或高压直流电源。
本发明在原有等离子体发生器的接地电极旁边增加不接地的由导线缠绕形成的悬浮电极,可以在不改变原有放电结构的基础上提升处理效果,推断其中的原理是在交变激励下,悬浮电极上的静电场和电磁场均有所增强,延长了活性粒子的存活时间,增加了反应效率。
本发明所述的等离子体发生器可应用于介质阻挡等离子体处理有机废气相关领域,尤其对于处理气体浓度波动较大的场景,具体的,可直接用于低浓度复杂有机废气降解处理。本发明的方案简单经济,可以对现有等离子体工业处理装置进行完善,具有很高的工程应用价值。
附图说明
图1是本发明所述的等离子体发生器的结构示意图;
图2是现有的等离子体发生器的结构示意图;
图3是本发明所述的等离子体发生器的尺寸标注示意图;
图4是本发明所述的等离子体发生器的侧视图。
附图标记说明
1、高压电极;2、接地电极;3、悬浮电极;4、等离子体反应管;11、第二绝缘介质管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明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,并不用于限制本发明。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值,这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说,各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间,以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围,这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
在本申请的描述中,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示相对重要性,或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,除非另有说明,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征;“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形,意为不排他的包含,可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
如图2所示,现有的等离子体发生器包括高压电极1、接地电极2和等离子体反应管4,其中,所述高压电极2位于所述等离子体反应管4内部,所述接地电极2环绕设置于所述等离子体反应管4的外壁。
本发明在上述现有的等离子体发生器的基础上进行改进,在接地电极2旁边增加由导线缠绕形成的悬浮电极,可以在不改变原有放电结构的基础上提升处理效果。
具体地,如图1、3和4所示,本发明所述的等离子体发生器包括高压电极1、接地电极2、一个或多个悬浮电极3以及等离子体反应管4,所述高压电极1位于所述等离子体反应管4内部,并且沿着所述等离子体反应管4的中心轴设置,所述接地电极2和所述悬浮电极3分别环绕设置于所述等离子体反应管4的外壁,且所述悬浮电极3由导线缠绕形成。
在具体的实施方式中,所述接地电极2和所述悬浮电极3紧贴于所述等离子体反应管4外壁设置。在优选情况下,所述等离子体反应管4、所述高压电极1以及紧贴于所述等离子体反应管4外壁的接地电极2和悬浮电极3同轴设置。
在本发明所述的等离子体发生器中,所述高压电极1接高压电源,所述接地电极2接地,所述悬浮电极不接电且不与高压电极1连接。所述高压电源可以为高压交流电源、高压脉冲电源或高压直流电源。
在本发明所述的等离子体发生器中,所述悬浮电极3的缠绕匝数n可以为3-50,优选为10-30。
在本发明所述的等离子体发生器中,在所述悬浮电极3的缠绕匝数n确定的情况下,可以根据实际情况调整绕线间距m,达到调节处理效果的目的。在本文中,“绕线间距”是指相邻两匝缠绕导线的导线轴心之间的距离。在具体的实施方式中,所述悬浮电极3的绕线间距m可以为0.1-3mm,优选为0.4-1.5mm。
在本发明所述的等离子体发生器中,形成所述悬浮电极3的导线的线径r可以为0.1-2mm,优选为0.4-1.5mm。在本文中,导线的线径是指导线的直径。
在本发明所述的等离子体发生器中,所述悬浮电极3的长度L2可以根据缠绕匝数n、绕线间距m和导线的线径r来确定。
在本发明所述的等离子体发生器中,所述悬浮电极3可以为1个,也可以为多个。当所述等离子体发生器中包括多个悬浮电极时,每个悬浮电极的各个参数可以参照上述范围。
在本发明所述的等离子体发生器中,所述悬浮电极3由导电金属裸导线缠绕形成,也就是说,用于形成悬浮电极3的金属导线不含绝缘层。
在本发明所述的等离子体发生器中,在优选情况下,所述接地电极2的长度L1与所述等离子体反应管4的放电间隙D满足:L1为D的2-10倍,优选3-7倍。在空气气氛下,所述放电间隙D可以为0-10mm,优选为1.5-3mm。如图4所述,所述等离子体反应管4的放电间隙D是指所述高压电极1的外沿与所述等离子体反应管4的内壁之间的间距。
在本发明所述的等离子体发生器中,在优选情况下,所述接地电极(2)的长度L1、所述接地电极(2)与所述悬浮电极(3)的间距S满足:S为L1的0.1-1倍,优选0.2-0.6倍。
在本发明所述的等离子体发生器中,在优选情况下,在25℃下,所述高压电极1、所述接地电极2和所述悬浮电极3的导电率为105-108S/m。更优选地,在25℃下,所述高压电极1、所述接地电极2和所述悬浮电极3(即金属线圈)的导电率为107-108S/m。
在本发明所述的等离子体发生器中,所述高压电极1、所述接地电极2和所述悬浮电极3优选为耐高温导电金属,优选为铂、铑、钯、金、铜、钨、铁以及含镍和钛的不锈钢中一种或多种,更优选为铁、铜或钨。
在本发明所述的等离子体发生器中,所述等离子体反应管4为第一绝缘介质管。所述第一绝缘介质管的材质可以为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。所述等离子体反应管4的壁厚可以为0.1-5mm,优选为0.5-3mm。
在本发明所述的等离子体发生器中,所述高压电极1可以为管状或棒状。
根据本发明的一种具体实施方式,如图4a所示,当所述高压电极1为管状时,所述高压电极1包括第二绝缘介质管11和填充于所述第二绝缘介质管11内的导电金属粉末。对于所述导电金属粉末没有特别的限定。在优选情况下,所述导电金属粉末为铂、铑、钯、金、铜、钨、铁以及含镍和钛的不锈钢中一种或多种,优选为铁、铜或钨。所述第二绝缘介质管11的材质可以为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。在一个实施例中,选用铁粉作为导电金属粉末,选用石英管作为所述第二绝缘介质管,将铁粉填充于石英管中作为高压电极。在实际操作过程中,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高压电极进行使用。
根据本发明的另一种具体实施方式,如图4a和4b所示,当所述高压电极1为棒状时,所述高压电极1包括导电金属棒以及可选地环绕所述导电金属棒外周的绝缘介质层。对于所述导电金属棒没有特别的限定。在优选情况下,所述导电金属棒的材质为铂、铑、钯、金、铜、钨、铁以及含镍和钛的不锈钢中一种或多种,优选为铁、铜或钨。所述绝缘介质层的材质可以为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。当直接采用导电金属棒作为高压电极时,其结构如图4b所示,所述导电金属棒的外周无绝缘介质层,整个装置属于单介质阻挡放电结构;当采用绝缘介质层包裹导电金属棒的结构作为高压电极时,其结构如图4a所示,整个装置属于双介质阻挡放电结构。
在本发明中,所述等离子体发生器中的工作气体没有特别的限定,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。
在本发明中,在等离子体反应腔(即等离子体反应管4的内腔)确定后,除了电源参数,该等离子体发生器的电场强度与磁场强度及其处理能力与悬浮电极的长度L2、接地电极和悬浮电极的间距S、悬浮电极的导线缠绕匝数n、悬浮电极的导线线径r有关,可以通过调节这些参数来。
按照本发明所述的等离子体发生器,对高压电极1施加高电压时,高压电极1与接地电极2在反应腔内形成放电区,这是等离子体处理阶段的主要过程;高压电极1与悬浮电极3在反应腔内形成活性反应区,在此区域内活性粒子的寿命得到延长,这是处理效果的增强过程。
在一种具体实施方式中,如图1、3和4所示,所述等离子体发生器包括高压电极1、接地电极2、一个或多个悬浮电极3以及等离子体反应管4,所述高压电极1位于所述等离子体反应管4内部,并且沿着所述等离子体反应管4的中心轴设置,所述接地电极2和所述悬浮电极3分别环绕设置于所述等离子体反应管4的外壁,且所述悬浮电极3由导电金属裸导线缠绕形成,所述悬浮电极3的缠绕匝数为3-50,所述悬浮电极3的绕线间距为0.1-3mm,形成所述悬浮电极3的导线的线径为0.1-2mm;所述接地电极2的长度L1与所述等离子体反应管4的放电间隙D满足:L1为D的2-10倍,所述放电间隙D为1.5-3mm;所述接地电极2的长度L1、所述接地电极2与所述悬浮电极3的间距S满足:S为L1的0.1-1倍,所述等离子体反应管4为绝缘介质管,材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯,等离子体反应管4的壁厚为0.1-5mm。
在另一种具体实施方式中,如图1、3和4所示,所述等离子体发生器包括高压电极1、接地电极2、一个或多个悬浮电极3以及等离子体反应管4,所述高压电极1位于所述等离子体反应管4内部,并且沿着所述等离子体反应管4的中心轴设置,所述接地电极2和所述悬浮电极3分别环绕设置于所述等离子体反应管4的外壁,且所述悬浮电极3由导电金属裸导线缠绕形成,所述悬浮电极3的缠绕匝数为10-30,所述悬浮电极3的绕线间距为0.4-1.5mm,形成所述悬浮电极3的导线的线径为0.4-1.5mm;所述接地电极2的长度L1与所述等离子体反应管4的放电间隙D满足:L1为D的3-7倍,所述放电间隙D为1.5-3mm;所述接地电极2的长度L1、所述接地电极2与所述悬浮电极3的间距S满足:S为L1的0.2-0.6倍,所述等离子体反应管4为绝缘介质管,材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯,等离子体反应管4的壁厚为0.1-5mm。
在另一种具体实施方式中,如图1、3和4所示,所述等离子体发生器包括高压电极1、接地电极2、一个或多个悬浮电极3以及等离子体反应管4,所述高压电极1位于所述等离子体反应管4内部,并且沿着所述等离子体反应管4的中心轴设置,所述接地电极2和所述悬浮电极3分别环绕设置于所述等离子体反应管4的外壁,且所述悬浮电极3由导电金属裸导线缠绕形成,所述悬浮电极3的缠绕匝数为10-30,所述悬浮电极3的绕线间距为0.4-1.5mm,形成所述悬浮电极3的导线的线径为0.4-1.5mm;所述接地电极2的长度L1与所述等离子体反应管4的放电间隙D满足:L1为D的3-7倍,所述放电间隙D为1.5-3mm;所述接地电极2的长度L1、所述接地电极2与所述悬浮电极3的间距S满足:S为L1的0.2-0.6倍,所述等离子体反应管4为绝缘介质管,材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯,等离子体反应管4的壁厚为0.1-5mm;所述高压电极1包括第二绝缘介质管11和填充于所述第二绝缘介质管11内的导电金属粉末,所述导电金属粉末为铁、铜或钨,所述第二绝缘介质管11的材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。
在另一种具体实施方式中,如图1、3和4所示,所述等离子体发生器包括高压电极1、接地电极2、一个或多个悬浮电极3以及等离子体反应管4,所述高压电极1位于所述等离子体反应管4内部,并且沿着所述等离子体反应管4的中心轴设置,所述接地电极2和所述悬浮电极3分别环绕设置于所述等离子体反应管4的外壁,且所述悬浮电极3由导电金属裸导线缠绕形成,所述高压电极1与高压交流电源连接,所述悬浮电极3的缠绕匝数为10-30,所述悬浮电极3的绕线间距为0.4-1.5mm,形成所述悬浮电极3的导线的线径为0.4-1.5mm;所述接地电极2的长度L1与所述等离子体反应管4的放电间隙D满足:L1为D的3-7倍,所述放电间隙D为1.5-3mm;所述接地电极2的长度L1、所述接地电极2与所述悬浮电极3的间距S满足:S为L1的0.2-0.6倍,所述等离子体反应管4为绝缘介质管,材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯,等离子体反应管4的壁厚为0.1-5mm;所述高压电极1包括第二绝缘介质管11和填充于所述第二绝缘介质管11内的导电金属粉末,所述导电金属粉末为铁、铜或钨,所述第二绝缘介质管11的材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯;所述接地电极2和所述悬浮电极3的材质为铁、铜或钨。
在另一种具体实施方式中,如图1、3和4所示,所述等离子体发生器包括高压电极1、接地电极2、一个或多个悬浮电极3以及等离子体反应管4,所述高压电极1位于所述等离子体反应管4内部,并且沿着所述等离子体反应管4的中心轴设置,所述接地电极2和所述悬浮电极3分别环绕设置于所述等离子体反应管4的外壁,且所述悬浮电极3由导电金属裸导线缠绕形成,所述悬浮电极3的缠绕匝数为10-30,所述悬浮电极3的绕线间距为0.4-1.5mm,形成所述悬浮电极3的导线的线径为0.4-1.5mm;所述接地电极2的长度L1与所述等离子体反应管4的放电间隙D满足:L1为D的3-7倍,所述放电间隙D为1.5-3mm;所述接地电极2的长度L1、所述接地电极2与所述悬浮电极3的间距S满足:S为L1的0.2-0.6倍,所述等离子体反应管4为绝缘介质管,材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯,等离子体反应管4的壁厚为0.1-5mm;所述高压电极1包括导电金属棒以及可选地环绕所述导电金属棒外周的绝缘介质层,所述导电金属棒的材质为铁、铜或钨,所述绝缘介质层的材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。
在另一种具体实施方式中,如图1、3和4所示,所述等离子体发生器包括高压电极1、接地电极2、一个或多个悬浮电极3以及等离子体反应管4,所述高压电极1位于所述等离子体反应管4内部,并且沿着所述等离子体反应管4的中心轴设置,所述接地电极2和所述悬浮电极3分别环绕设置于所述等离子体反应管4的外壁,且所述悬浮电极3由导电金属裸导线缠绕形成,所述高压电极1与高压直流电源连接,所述悬浮电极3的缠绕匝数为10-30,所述悬浮电极3的绕线间距为0.4-1.5mm,形成所述悬浮电极3的导线的线径为0.4-1.5mm;所述接地电极2的长度L1与所述等离子体反应管4的放电间隙D满足:L1为D的3-7倍,所述放电间隙D为1.5-3mm;所述接地电极2的长度L1、所述接地电极2与所述悬浮电极3的间距S满足:S为L1的0.2-0.6倍,所述等离子体反应管4为绝缘介质管,材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯,等离子体反应管4的壁厚为0.1-5mm;所述高压电极1包括导电金属棒以及可选地环绕所述导电金属棒外周的绝缘介质层,所述导电金属棒的材质为铁、铜或钨,所述绝缘介质层的材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯;所述接地电极2和所述悬浮电极3的材质为铁、铜或钨。
在另一种具体实施方式中,如图1、3和4所示,所述等离子体发生器包括高压电极1、接地电极2、一个或多个悬浮电极3以及等离子体反应管4,所述高压电极1位于所述等离子体反应管4内部,并且沿着所述等离子体反应管4的中心轴设置,所述接地电极2和所述悬浮电极3分别环绕设置于所述等离子体反应管4的外壁,且所述悬浮电极3由导电金属裸导线缠绕形成,所述高压电极1与高压脉冲电源连接,所述悬浮电极3的缠绕匝数为10-30,所述悬浮电极3的绕线间距为0.4-1.5mm,形成所述悬浮电极3的导线的线径为0.4-1.5mm;所述接地电极2的长度L1与所述等离子体反应管4的放电间隙D满足:L1为D的3-7倍,所述放电间隙D为1.5-3mm;所述接地电极2的长度L1、所述接地电极2与所述悬浮电极3的间距S满足:S为L1的0.2-0.6倍,所述等离子体反应管4为绝缘介质管,材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯,等离子体反应管4的壁厚为0.1-5mm;所述高压电极1包括导电金属棒以及可选地环绕所述导电金属棒外周的绝缘介质层,所述导电金属棒的材质为铁、铜或钨,所述绝缘介质层的材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯;所述接地电极2和所述悬浮电极3的材质为铁、铜或钨。
通过上述技术方案,能够在驱动电源固定、电压和频率可调范围有限的情况下,通过在接地电极之间增加导线绕制的悬浮电极,可以在不改变反应器结构的基础上直接扩展电场和磁场范围,增加活性粒子浓度,提升等离子体反应器处理效果。此外,本发明采用螺旋导线绕制的悬浮电极结构,具有伸缩便捷的优势,可以根据处理废气浓度和种类调节绕线间距m,对反应器处理效果进行调控。
下面通过实施例来进一步说明本发明所述的等离子体发生器。实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体操作过程,但本发明的保护范围不限于下述实施例。
以下实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为本领域常规方法。
实施例1
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距为1mm,绕线线径为0.4mm,绕线匝数为10匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为5mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为72.2%。
实施例2
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距为0.2mm,绕线线径为0.4mm,绕线匝数为10匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为5mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为68.9%。
实施例3
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距为1.5mm,绕线线径为0.4mm,绕线匝数为10匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为5mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为66.3%。
实施例4
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距m为1mm,绕线线径为0.8mm,绕线匝数为10匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为5mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为67.9%。
实施例5
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距m为0.6mm,绕线线径为0.8mm,绕线匝数为10匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为5mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为69.6%。
实施例6
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距m为1.2mm,绕线线径为0.8mm,绕线匝数为10匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为5mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为66.4%。
实施例7
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距为1mm,绕线线径为0.4mm,绕线匝数为30匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为5mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为72.8%。
实施例8
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距为0.5mm,绕线线径为0.4mm,绕线匝数为30匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为5mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为73.1%。
实施例9
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距为1.4mm,绕线线径为0.4mm,绕线匝数为30匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为5mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为69.7%。
实施例10
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距为1mm,绕线线径为0.4mm,绕线匝数为10匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为10mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为65.8%。
实施例11
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距为0.8mm,绕线线径为0.4mm,绕线匝数为10匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为10mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为67.5%。
实施例12
本实施例中采用图1所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2、悬浮电极3和等离子体反应管4四部分构成。等离子体反应管、高压电极以及紧贴于等离子体反应管外壁的接地电极和悬浮电极同轴设置。高压电极接高压电源,接地电极接地,悬浮电极不接电且不与高压电极连接。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区,高压电极与悬浮电极在反应腔内形成活性反应区。在本实施例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。悬浮电极绕线间距为1.1mm,绕线线径为0.4mm,绕线匝数为10匝,接地电极和悬浮电极间隔长度S为10mm。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为65.3%。
对比例1
本对比例中采用图2所示的等离子体发生器结构,主要由高压电极1、接地电极2和等离子体反应管4三部分构成。高压电极接高压电源,接地电极接地。对高压电极施加高电压时,高压电极与接地电极在反应腔内形成放电区。在本对比例中,等离子体发生器为双介质阻挡放电结构,等离子体反应管长为60mm,放电间隙为2mm,绝缘介质管的材质为石英玻璃材质,厚度为1mm,等离子体发生器的侧视图如图4a所示。高压电极采用直径2mm的铁棒。接地电极长度为10mm,采用0.4mm厚铜片包覆在石英管外壁。等离子体驱动电源为双极性微秒脉冲电源,频率为6kHz,电压幅值为25kV。对于流量为10.0L/min的含300ppm浓度的甲苯/空气废气,含甲苯废气的降解效果为60.2%。
表1
绕线间距 | 线径 | 匝数 | 间距 | 甲苯降解效果 | |
实施例1 | 1mm | 0.4mm | 10 | 5mm | 72.2% |
实施例2 | 0.2mm | 0.4mm | 10 | 5mm | 68.9% |
实施例3 | 1.5mm | 0.4mm | 10 | 5mm | 66.3% |
实施例4 | 1mm | 0.8mm | 10 | 5mm | 67.9% |
实施例5 | 0.6mm | 0.8mm | 10 | 5mm | 69.6% |
实施例6 | 1.2mm | 0.8mm | 10 | 5mm | 66.4% |
实施例7 | 1mm | 0.4mm | 30 | 5mm | 72.8% |
实施例8 | 0.5mm | 0.4mm | 30 | 5mm | 73.1% |
实施例9 | 1.4mm | 0.4mm | 30 | 5mm | 69.7% |
实施例10 | 1mm | 0.4mm | 10 | 10mm | 65.8% |
实施例11 | 0.8mm | 0.4mm | 10 | 10mm | 67.5% |
实施例12 | 1.1mm | 0.4mm | 10 | 10mm | 65.3% |
对比例1 | - | - | - | - | 60.2% |
通过上述实施例和对比例可以看出,本发明在等离子体发生器的接地电极旁边增加不接地的由导线缠绕形成的悬浮电极,可以显著提升处理效果。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合,这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容,均属于本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种等离子体发生器,其特征在于,包括高压电极(1)、接地电极(2)、一个或多个悬浮电极(3)以及等离子体反应管(4),所述高压电极(1)位于所述等离子体反应管(4)内部,并且沿着所述等离子体反应管(4)的中心轴设置,所述接地电极(2)和所述悬浮电极(3)分别环绕设置于所述等离子体反应管(4)的外壁,且所述悬浮电极(3)由导线缠绕形成。
2.根据权利要求1所述的等离子体发生器,其特征在于,所述悬浮电极(3)的缠绕匝数为3-50,优选为10-30。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体发生器,其特征在于,所述悬浮电极(3)的绕线间距为0.1-3mm,优选为0.4-1.5mm。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的等离子体发生器,其特征在于,形成所述悬浮电极(3)的导线的线径为0.1-2mm,优选为0.4-1.5mm。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的等离子体发生器,其特征在于,所述悬浮电极(3)由导电金属裸导线缠绕形成。
6.根据权利要求1所述的等离子体发生器,其特征在于,所述接地电极(2)的长度L1与所述等离子体反应管(4)的放电间隙D满足:L1为D的2-10倍,优选3-7倍;
优选地,在空气气氛下,所述放电间隙D为0-10mm,优选为1.5-3mm。
7.根据权利要求1或6所述的等离子体发生器,其特征在于,所述接地电极(2)的长度L1、所述接地电极(2)与所述悬浮电极(3)的间距S满足:S为L1的0.1-1倍,优选0.2-0.6倍。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的等离子体发生器,其特征在于,在25℃下,所述高压电极(1)、所述接地电极(2)和所述悬浮电极(3)的导电率为105-108S/m;
优选地,所述高压电极(1)和所述接地电极(2)为耐高温导电金属。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的等离子体发生器,其特征在于,所述等离子体反应管(4)为第一绝缘介质管;
优选地,所述第一绝缘介质管的材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯;
优选地,所述等离子体反应管(4)的壁厚为0.1-5mm。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的等离子体发生器,其特征在于,所述高压电极(1)包括第二绝缘介质管(11)和填充于所述第二绝缘介质管(11)内的导电金属粉末;
优选地,所述导电金属粉末为耐高温导电金属,优选为铂、铑、钯、金、铜、钨、铁以及含镍和钛的不锈钢中一种或多种,更优选为铁、铜或钨;
优选地,所述第二绝缘介质管(11)的材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。
11.根据权利要求1-9中任意一项所述的等离子体发生器,其特征在于,所述高压电极(1)包括导电金属棒以及可选地环绕所述导电金属棒外周的绝缘介质层;
优选地,所述导电金属棒的材质为耐高温导电金属,优选为铂、铑、钯、金、铜、钨、铁以及含镍和钛的不锈钢中一种或多种,更优选为铁、铜或钨;
优选地,所述绝缘介质层的材质为石英、陶瓷、刚玉或聚四氟乙烯。
12.根据权利要求1-10中任意一项所述的等离子体发生器,其特征在于,所述接地电极(2)和所述悬浮电极(3)的材质为耐高温导电金属,优选为铂、铑、钯、金、铜、钨、铁以及含镍和钛的不锈钢中一种或多种,更优选为铁、铜或钨。
13.根据权利要求1-12中任意一项所述的等离子体发生器,其特征在于,所述高压电极(1)与高压电源连接,所述高压电源为高压交流电源、高压脉冲电源或高压直流电源。
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CN202211378747.1A CN117998718A (zh) | 2022-11-04 | 2022-11-04 | 一种等离子体发生器 |
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