CN118105822A - 一种基于涡流螺旋折流板型的dbd处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于涡流螺旋折流板的DBD气体反应装置，装置圆筒型外壳内设有螺旋折流板，螺旋折流板上沿着螺旋的面都设置有多个规则半圆凸起，螺旋折流板中心区域和多孔型汇流板紧密贴合，螺旋折流板上沿着螺旋线的面设有位置相同多个小孔，高压电极和地电极分别穿过小孔，同时通过高低交错的摆放方式，将高压和接地电极分别从两端的终端出线盖引出。本发明使气体的停留时间增加，让气体能更均匀的到达反应区域，极大的提高通入气体的转化性能。同时，螺旋折流板设置有规则型半圆凸起，通入的气体可以产生涡流延长了反应的时间。最后，装置设计了多种通气方式，可针对不同的应用场景来改变气体的通入，没有局限性，扩大了装置的应用范围。
Description
技术领域
本发明属气体转化领域。涉及一种基于涡流螺旋折流板型的DBD处理装置。
背景技术
随着现代社会的发展，化石燃料的不断使用，像CO2等温室气体不断过度排放，造成了极大的环境污染问题。所以人们一直在寻找一种高效的方法对大气中一些温室气体或者污染气体进行处理。目前主要的气体重整反应的方法包括有热催化发，电化学法、等离子体催化技术法等。对于热催化法，虽处理方式简单，但能耗大且温度过高容易导致催化剂烧结失活等缺点；对于电化学法转化效率虽得到提高，但存在工艺复杂、装置成本高、经济性差等问题。而在大气污染治理和废气处理领域，等离子体技术作为一种高效的气体转化和净化方法备受关注。同时，对于现在的一些等离子体处理气体的是一种广泛应用于科学、工业和医学领域的技术。等离子体是气体中部分或全部原子失去电子形成的带电粒子的状态，它具有高温、高能量和高反应性。在等离子体处理气体中，等离子体的性质被利用来进行各种应用，包括材料表面处理、能源产生、光谱分析等。
对于目前等离子体装置处理气体的一些常规DBD反应器来说，存在一些缺陷：1)常规DBD反应器气体转化率不高，反应速率低。很多气体还没来得及被电离就通出了反应器。2)现有的一些DBD反应器是针对某个单一气体或者两个气体来进行处理，应用领域比较狭窄，无法对不同情况的等离子体的气体处理进行大规模的推广。3)对于目前常规DBD处理CO2等含C原子的温室气体来说装置存在积碳问题，随着反应的进行对气体的流动性造成很大的困难，同时催化剂的填充位置也存在一些无法固定的问题。4)对于CO2等气体的处理来说，常规的反应器多用于将CO2直接和其他气体直接通入，存在影响产物的生成等问题。
发明内容
1.所要解决的技术问题：
目前等离子体装置处理气体的一些常规DBD反应器来说，存在转化率不高，反应速率低；应用领域比较狭窄；装置存在积碳等一些问题。
2.技术方案：
为了解决以上问题，本发明提供了一种基于涡流螺旋折流板型的DBD处理装置，包括外石英套管，所述外石英套管内设有和外石英套管内壁通过螺纹连接的螺旋折流板，所述螺旋折流板两端和密封器连接，所述螺旋折流板的沿着螺旋线的面上都设置有多个规则型半圆凸起，所述螺旋折流板内径区域和两端和密封器连接的多孔型汇流板紧密贴合，所述螺旋折流板上沿着螺旋线的面上都设有位置相同多个小孔，环绕高地电极分别穿过小孔，两端和密封器连接。
所述多孔型汇流板为圆环形结构，所述多孔型汇流板的上方为汇流板进气口，所述圆环的表面设有多个汇流板出气孔。
所述密封器包括石英套管连接结构用于固定多孔型汇流板 ，所述多孔型汇流板的上方设置有进气口，所述密封器的下方对应环绕高地电极的位置设置有介质孔，所述密封器周边设有外部密封结构，所述介质孔用密封胶缠绕，所述密封器的侧面设置有第二进气口。
所述环绕高地电极包括材质相同的高压电极和接地电极，所述高压电极和所述接地电极交替放置在所述螺旋折流板的小孔内。然后通过高低摆放，分别从不同的两端引出。
所述的进气方式有三种模式，1）模式1当反应气体为单一气体，如含O原子等气体如CO2时，可以从外石英套管进气口直接通入反应器，随着螺旋折流板螺旋进入反应区域。2）模式2当通入气体为单一气体如CH4、H2等时，可以从壶型进气口进入汇流板，再从汇流板均匀到达反应区域，有利于产物转化率的提高。3）模式3当通入的气体为两种及以上的气体种类时，一种气体从外部石英套管的进气口进入，其他气体从壶型进气口进入反应区域。如CH4和CO2；H2和CO2；N2和H2;CH4、CO2和O2等气体通入时。
所述螺旋折流板的表面镀有SiO2薄膜。
所述多孔型汇流板的材质是石英。
所述密封器的材质是聚四氟乙烯。
3.有益效果：
本发明通过引入了两个新型的概念螺旋折流板和汇流板到等离子体反应器中，利用DBD等离子体技术，可大大地提高通入气体的转化性能。在气体转化时，分为两个不同的气体通入反应器，像CO2这类由O原子构成的气体可以从外围的螺旋折流板通入，螺旋折流板设置有规则型半圆凸起，通入的气体可以产生涡流，极大地的延长了反应的时间，使转化的效果得到极大的提升。本装置可以针对不同的应用场景来改变气体的通入，没有局限性，大大地扩大了装置的应用范围
附图说明
图1是本发明装置结构示意图一。
图2是本发明装置结构示意图二。
图3是涡流螺旋折流板装置示意图。
图4是多孔型汇流板装置示意图。
图5是多电极组装结构示意图。
图6是涡流螺旋折流板加汇流板组装图。
图7是密封器示意图。
图8是密封器俯视图。
图9是密封结构连接内部汇流板整体示意图。
附图标记说明：1.密封器；101.外部密封结构；102.内部与石英套管连接结构；103.壶型入气孔；104.终端出线盖；105.介质孔；106.外部进气口；2.环绕高地电极；201.高压电极；202.接地电极；3.螺旋折流板；301.折流板单体；302.规则型半圆凸起；303.小孔；4.多孔型汇流板；401.汇流板进气口；402. 汇流板出气孔；5.外石英套管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供了一种基于涡流螺旋折流板型的DBD处理装置，包括外石英套管5，所述外石英套管5内设有和外石英套管5内壁连接的螺旋折流板3，所述螺旋折流板3两端和密封器1连接，所述螺旋折流板3的沿着螺旋线的面301上都设置有多个规则型半圆凸起302。本发明将机械领域的常规螺旋折流板这一概念引入到DBD反应器中，在折流板上设计规律型凸起圆形阻挡材料，使气体流过时形成涡流，极大地增加了反应时间，使反应更加充分。
所述螺旋折流板1内径区域和两端和密封器1连接的多孔型汇流板4紧密贴合，所述螺旋折流板1上沿着螺旋线的面301上都设有位置相同多个小孔303，环绕高地电极2分别穿过小孔303，两端和密封器1连接。
环绕高地电极2其环绕在外石英套管5的内侧，和石英材料制成的螺旋折流板3构成介质阻挡放电单元。外石英套管连接与密封器1主要起到对装置的密封作用，形成一个真空的放电区域。同时连接汇流板，使气体从汇流板进入。
在一个实施例中，如图3是所示，螺旋折流板3为石英玻璃材料，是放电区域的介质。螺旋折流板的外半径为40mm，内半径为20mm，内径区域和多孔型汇流板4紧密贴合。半径为4mm的小孔303主要对电极进行固定，将环绕高地电极2固定在螺旋折流板上，使其成为一体式的反应器。
通过多电极环绕的布置方式，相较于现有的发明，能更好地安装，与折流板形成一个反应整体，具有更高的反应速率。
在一个实施例中，螺旋折流板上可以镀SiO2等薄膜，能更好的贴合在折流板上，起到吸附O原子的作用，同时镀膜也可以根据具体的情况来进行调整。在螺旋折流板上考虑不同的材料来进行镀膜，使分子之间键键更容易断裂，对O原子进行吸附，起到促进含O原子气体转化的效果。
在一个实施例中，如图4所示，多孔型汇流板的外半径为20mm，由石英材质构成，与螺旋折流板结合在一起成为气体处理装置，如图6所示。
汇流板进气口的边长为15mm，辅助转化的气体从汇流板进气口401通入，再最大程度的均匀从汇流板出气孔402的出气孔通出到螺旋折流板上的放电区域。汇流板出气孔402的半径为1mm。
多孔汇流板这一结构，使得其他气体能均匀的从汇流板流向放电区域，增加了反应效率，减少了未反应气体直接排出反应器这一情况，节省了资源。同时采用紧凑型结构，将螺旋折流板和汇流板集成在一个装置中，缩减了装置整体体积，提高了能量利用率。
多孔型汇流板上开孔，使主要气体反应的其他气体可以均匀的进入放电区域，保证气体高效地参与电离反应。同时设计紧凑的汇流板加螺旋折流板结构，使整个装置结构简单，操作便捷，降低了处理时的经济成本。
在一个实施例中，如图5所示，环绕高地电极2包括为高压电极201和接地电极202，其均由半径为4mm的铜棒构成，。高压电极201和接地电极202交替放置在螺旋折流板的小孔内，在放电区域进行放电。
设计多电极环绕布置方式，降低了放电的初始电压，另外可以使反应气体先从基态分子变为激发态分子再进行反应，使通入的不同气体之间反应更加容易进行，降低能耗，提高反应性能。同时多个高压和接地电极紧密贴合外部石英管，可以在放电区域形成很好的真空放电环境。
在一个实施例中，如图7、图8、图9所示，所述密封器1包括石英套管连接结构102用于固定多孔型汇流板4，所述多孔型汇流板4.的上方设置有进气口103，为第一进气口，可以通入像N2、H2等气体，使其能更均匀的到达反应区域。所述密封器1的下方对应环绕高地电极2的位置设置有介质孔105，所述密封器1周边设有外部密封结构101，所述介质孔105用密封胶缠绕，所述密封器1的侧面设置有第二进气口106。像CO2这类由O原子构成的气体通过第二进气口从外围的螺旋折流板通入。
将气体通过壶型入气孔103通入到装置中心的汇流板区域。105为半径为4mm的介质孔，使电极结构能更好地接到外部，同时介质孔用密封胶缠绕，避免漏气的情况产生。
在一个实施例中，密封器1由聚四氟乙烯构成，可以耐高温。
本装置通过引入两个新型概念“涡流型螺旋折流板”和“多孔汇流板”到DBD反应器中，形成了一种高效处理不同气体的DBD新型反应装置。首先石英管内交叉分布多个高压和多个接地金属电极柱，在高压接入时产生放电，这个电场可以引起周围气体分子或原子的电离。由于电离过程，产生了正离子和自由电子。正离子由于质量大和移动速度相对较慢，会在电场中被加速并被吸附到电极上。自由电子则会被电场加速，并在电极附近形成一个空间电荷区域。空间电荷区域中的自由电子足够多时，它们可以获得足够的能量以克服气体分子的电离能，导致更多的电离反应发生。这会引发一个电子级联放电过程，产生等离子体。
与石英管紧密贴合的涡流螺旋折流板起到固定高压和接地铜柱，同时螺旋折流板为伺服结构充当介质，形成DBD放电。主要处理气体，例如含O原子的CO2等气体从外部进气口进入，经过螺旋折流板上的凸起圆形结构形成涡流，使等离子体处理气体的时间增加。另外螺旋折流板上面镀了一层SiO2薄膜，起到吸附O原子作用。其他反应气体如H2和CH4等，通过中心进气口进入多孔圆柱型汇流板，气体均匀的从汇流板流到放电区域，使反应物的转化率更高，电离的更加均匀。
Claims (7)
1.一种基于涡流螺旋折流板型的DBD处理装置，包括圆筒型外壳（5），其特征在于：所述圆筒型外壳（5）内设有和圆筒型外壳（5）内壁通过螺纹紧密连接的螺旋折流板（3），所述螺旋折流板（3）两端和密封器（1）连接，所述螺旋折流板（3）的沿着螺旋线的面（301）上都设置有多个规则半圆凸起（302），所述螺旋折流板（1）中心区域和两端与密封器（1）连接的多孔型汇流板（4）紧密贴合，所述螺旋折流板（1）上沿着螺旋线的面（301）上都设有位置相同多个小孔（303），与螺旋折流板上紧密结合的高压电极和地电极（2）分别穿过小孔（303），高压端和接地端分别交错从不同端引出然后和密封器（1）连接。
2.如权利要求1所述的基于涡流螺旋折流板的DBD气体反应装置，其特征在于：所述多孔型汇流板（4）为圆环形结构，所述多孔型汇流板（4）的上方为汇流板进气口（401），所述圆环的表面设有多个汇流板出气孔（402）。
3.如权利要求1所述的基于涡流螺旋折流板型的DBD处理装置，其特征在于：所述密封器（1）包括石英套管连接结构（102）用于固定多孔型汇流板（4），所述多孔型汇流板（4.）的上方设置有进气口（103），所述密封器（1）的下方对应环绕高地电极（2）的位置设置有介质孔（105），所述密封器（1）周边设置有终端出线盖结构，使接地和接高的导线引出，所述密封器（1）周边设有外部密封结构（101），所述介质孔（105）用密封胶缠绕，所述密封器（1）的侧面设置有第二进气口。
4.如权利要求1所述的基于涡流螺旋折流板型的DBD处理装置，其特征在于：所述环绕高地电极（2）包括材质相同的高压电极（201）和接地电极（202），所述高压电极（201）和所述接地电极（202）交替放置在所述螺旋折流板（3）的小孔（102）内。
5.如权利要求1-4任一项所述的基于涡流螺旋折流板型的DBD处理装置，其特征在于：所述螺旋折流板（3）的表面镀有SiO2薄膜。
6.如权利要求1-4任一项所述的基于涡流螺旋折流板型的DBD处理装置，其特征在于：所述多孔型汇流板（4）的材质是石英。
7.如权利要求1-4任一项所述的基于涡流螺旋折流板型的DBD处理装置，其特征在于：所述密封器（1）的材质是聚四氟乙烯。
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