CN204167256U - 一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器 - Google Patents

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吴红菊
柳娜
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Abstract

本实用新型公开了一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，包括高压电极组件和整体呈管状的低压电极，所述高压电极组件设置在低压电极内部，所述高压电极组件包括外壁光滑的第一介质管和充装在所述第一介质管内的导电体，所述第一介质管内且位于所述导电体的端部设置有绝缘封头，所述导电体内设置有沿第一介质管长度方向延伸的金属丝或金属棒，所述金属丝或金属棒通过第一导线与电源相接，所述低压电极通过第二导线与电源相接，所述高压电极组件和低压电极之间构成放电腔室，所述低压电极上设置有与所述放电腔室相连通的进气口和出气口。该等离子体反应器能够形成均匀的电场，放电均匀，组装简单方便，便于推广应用。

Description

一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器
技术领域
本实用新型属于等离子体反应器技术领域，具体涉及一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器。
背景技术
气体被电离后总体处于电中性状态的电子和粒子的集合体称为等离子体，通常包含光子、电子、基态原子或分子、激发态原子或分子以及正离子和负离子。非热平衡(冷)等离子体拥有的高电子能量及较低的离子及气体温度这一非平衡特性对化学反应十分有效：一方面，电子具有足够高的能量使反应物分子激发、离解和电离，另一方面，反应体系又得以保持低温，乃至接近室温，使反应体系能耗减少，并可节约投资。等离子体化学正是利用这一特性在较低的温度下活化反应物，进行常温下热力学上不可能进行的反应。低温等离子体技术已广泛地应用于化学化工领域，如臭氧制备、氨合成、甲烷转化、氢氰酸合成、炭材料制备、材料表面处理等。
低温等离子体的发生方式有多种，如电晕放电、火花放电、滑动电弧放电等，这些发生方式能量利用率较高，但存在放电空间小、放电不均匀等缺点，限制了其大规模应用。辉光、射频和微波等离子体放电均匀，等离子体空间弥散程度高，也可获得较大的放电空间，但均需在低压下操作，对设备的机械强度和密封效果要求较高，也限制了其应用。而介质阻挡放电是在金属电极之间添加一层或多层绝缘介质，以此来阻止放电微通道的持续连通，同时放电可以在常压下较大放电空间内进行，近些年国内外科学家在介质阻挡放电等离子体化学方面做了大量的研究工作。
介质阻挡放电等离子体反应器是等离子体的产生装置，同时也是等离子体条件下气相/气固相反应的容器，其本身的构造会直接影响等离子体的产生。现有反应器形式多为线管式或板式，且多为常温常压下操作，使其应用范围受到限制。如在线管式反应器中，直接采用金属导线(或金属棒)作为高压电极，在介质管外包裹金属筛网作为低压电极，由于金属导线(或金属棒)在制作过程中不可避免的会存在表面缺陷，如凹陷或毛刺，导致高压电极与低压电极间电场不均；在介质管外包裹金属筛网，由于金属筛网不能有效地与介质管壁紧密贴合，会加剧电极间电场的不均匀，表现为放电时放电微通道集中于一侧或一点，很容易造成反应器局部温度升高，甚至造成介质管的击穿，这种情况在外加热的情况下尤其明显。
目前文献报道有采用电镀的方法，在介质管的放电区域镀上金属膜作为电极，可以保证绝缘介质层与金属电极之间的紧密贴合，但该方法实现过程复杂，且对于需外加热的等离子体反应，存在金属镀层受热剥落的可能。
上述各种等离子体反应器的实现方式都存在一定的缺陷，使用中需结合实际情况加以改进。实际应用中，人们希望等离子体反应器容易组装，不同尺寸电极方便更换，与介质管结合的金属丝或金属网能与介质管紧密贴合，以实现稳定的放电效果，且适用于一定程度的外加热以辅助化学反应的进行。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器。该等离子体反应器能够形成均匀的电场，放电均匀，组装简单方便，便于推广应用。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：包括高压电极组件和整体呈管状的低压电极，所述高压电极组件设置在低压电极内部，所述高压电极组件包括外壁光滑的第一介质管和充装在所述第一介质管内的导电体，所述第一介质管内且位于所述导电体的端部设置有绝缘封头，所述导电体内设置有沿第一介质管长度方向延伸的金属丝或金属棒，所述金属丝或金属棒通过第一导线与电源相接，所述低压电极通过第二导线与电源相接，所述高压电极组件和低压电极之间构成放电腔室，所述低压电极上设置有与所述放电腔室相连通的进气口和出气口。
上述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述低压电极为金属管。
上述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述低压电极由第二介质管和设置在所述第二介质管外壁上的金属筛网或金属箔构成，所述第二介质管的内壁光滑，所述进气口和出气口均开设在所述第二介质管上。
上述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述第一介质管的下端和第二介质管的下端均为封闭端，所述第二介质管的上端套有用于密封所述放电腔室的第一封盖，所述第一封盖与第二介质管螺纹连接。
上述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述第一介质管和第二介质管均由玻璃、石英、刚玉、陶瓷或云母制成。
上述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述低压电极的上端和下端均设置有用于密封所述放电腔室的密封塞。
上述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述低压电极的上端和下端均套有用于密封所述放电腔室的第二封盖，所述第二封盖与低压电极螺纹连接。
本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
1、本实用新型的结构简单，设计新颖合理。
2、本实用新型通过采用内壁光滑的第二介质管以及外壁光滑的第一介质管，使得高压电极组件与低压电极间放电均匀，避免因高压电极组件和低压电极存在表面缺陷，如凹陷或毛刺，导致高压电极组件与低压电极间放电不均匀。
3、本实用新型通过设置与第二介质管螺纹连接的第一封盖和第二封盖，避免向放电腔室内通入气体时封盖因气压过高而冲开，保证了该等离子体反应器的使用安全。
4、本实用新型的实现成本低，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
图2为本实用新型实施例2的结构示意图。
图3为本实用新型实施例3的结构示意图。
图4为本实用新型实施例4的结构示意图。
附图标记说明:
1—高压电极组件；        1-1—第一介质管；  1-2—导电体；
1-3—金属丝或金属棒；    1-4—绝缘封头；    1-5—第一导线；
1-6—定位杆；            2—低压电极；      2-1—金属管；
2-2—进气口；            2-3—出气口；      2-4—第二介质管；
2-5—金属筛网或金属箔；  3—第二封盖；      4—密封塞；
5—第一封盖；            6—放电腔室。
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，包括高压电极组件1和整体呈管状的低压电极2，所述高压电极组件1设置在低压电极2内部，所述高压电极组件1包括外壁光滑的第一介质管1-1和充装在所述第一介质管1-1内的导电体1-2，所述第一介质管1-1内且位于所述导电体1-2的端部设置有绝缘封头1-4，所述导电体1-2内设置有沿第一介质管1-1长度方向延伸的金属丝或金属棒1-3，所述金属丝或金属棒1-3通过第一导线1-5与电源相接，所述低压电极2通过第二导线与电源相接，所述高压电极组件1和低压电极2之间构成放电腔室6，所述低压电极2上设置有与所述放电腔室6相连通的进气口2-2和出气口2-3。
如图1所示，本实施例中，所述低压电极2为金属管2-1。所述低压电极2的上端和下端均设置有用于密封所述放电腔室6的密封塞4。通过设置密封塞4，能够非常方便地对低压电极2与高压电极组件1上下端的开口密封。所述导电体1-2为石墨、导电体或导电盐溶液，这样能使导电体1-2均匀填充于第一介质管1-1内部并与第一介质管1-1内壁紧密接触，反应器放电区长度可根据导电体1-2的填充量进行控制。所述第一介质管1-1的材质为玻璃、石英、刚玉、陶瓷或云母等具有一定绝缘性能的材料。所述绝缘封头1-4为橡皮塞、聚四氟乙烯、玻璃胶、树脂等材料制成。
本实施例中，所述金属丝或金属棒1-3下端连接有定位杆1-6，所述定位杆1-6与绝缘封头1-4紧密配合，通过设置所述定位杆1-6能够对第一介质管1-1进行良好的定位。
在使用时，所述金属丝或金属棒1-3通过第一导线1-5与电源的正极相接，低压电极2通过第二导线与电源的负极相接，当进行气相反应时，气相反应物从进气口2-2通入放电腔室6内，此时高压电极组件1放电，即金属丝或金属棒1-3上的高压电依次通过导电体1-2和第一介质管1-1以及气相反应物向低压电极2高压放电。由于第一介质管1-1的外壁光滑，能够形成均匀的电场,确保了放电均匀，放电弥散效果好。当进行气固相反应时，将固相反应物放置在放电腔室6内即可进行。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：所述低压电极2由第二介质管2-4和设置在所述第二介质管2-4外壁上的金属筛网或金属箔2-5构成，所述第二介质管2-4的内壁光滑，所述进气口2-2和出气口2-3均开设在所述第二介质管2-4上。通过采用内壁光滑的第二介质管2-4，与外壁光滑的第一介质管1-1相配合，使得放电更加均匀。
本实施例中，所述第一介质管1-1和第二介质管2-4均由玻璃、石英、刚玉、陶瓷或云母等绝缘材料制成。当第一介质管1-1和第二介质管2-4采用石英、刚玉、陶瓷、云母制成时，其具有耐高温性能。
实施例3
如图3所示，本实施例与实施例2的不同之处在于：所述第一介质管1-1的下端和第二介质管2-4的下端均为封闭端，所述第二介质管2-4的上端套有用于密封所述放电腔室6的第一封盖5，所述第一封盖5与第二介质管2-4螺纹连接。其中，所述第一介质管1-1下端的封闭端是一体成型的，所述第二介质管2-4下端的封闭端也是一体成型的，在组装时，只需安装一个第一封盖5即可，使得该反应器组装简单、方便。同时，通过设置与低压电极2螺纹连接的第一封盖5，即第一封盖5与第二介质管2-4螺纹连接，避免向放电腔室6内通入气体时第一封盖5因气压过高而冲开，保证了该等离子体反应器的使用安全。
实施例4
如图4所示，本实施例与实施例2的不同之处在于：所述低压电极2的上端和下端均套有用于密封所述放电腔室6的第二封盖3，所述第二封盖3与低压电极2螺纹连接。通过设置与低压电极2螺纹连接的第二封盖3，即第二封盖3与第二介质管2-4螺纹连接，避免向放电腔室6内通入气体时第二封盖3因气压过高而冲开，保证了该等离子体反应器的使用安全。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：包括高压电极组件(1)和整体呈管状的低压电极(2)，所述高压电极组件(1)设置在低压电极(2)内部，所述高压电极组件(1)包括外壁光滑的第一介质管(1-1)和充装在所述第一介质管(1-1)内的导电体(1-2)，所述第一介质管(1-1)内且位于所述导电体(1-2)的端部设置有绝缘封头(1-4)，所述导电体(1-2)内设置有沿第一介质管(1-1)长度方向延伸的金属丝或金属棒(1-3)，所述金属丝或金属棒(1-3)通过第一导线(1-5)与电源相接，所述低压电极(2)通过第二导线与电源相接，所述高压电极组件(1)和低压电极(2)之间构成放电腔室(6)，所述低压电极(2)上设置有与所述放电腔室(6)相连通的进气口(2-2)和出气口(2-3)。
2.根据权利要求1所述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述低压电极(2)为金属管(2-1)。
3.根据权利要求1所述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述低压电极(2)由第二介质管(2-4)和设置在所述第二介质管(2-4)外壁上的金属筛网或金属箔(2-5)构成，所述第二介质管(2-4)的内壁光滑，所述进气口(2-2)和出气口(2-3)均开设在所述第二介质管(2-4)上。
4.根据权利要求3所述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述第一介质管(1-1)的下端和第二介质管(2-4)的下端均为封闭端，所述第二介质管(2-4)的上端套有用于密封所述放电腔室(6)的第一封盖(5)，所述第一封盖(5)与第二介质管(2-4)螺纹连接。
5.根据权利要求3所述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述第一介质管(1-1)和第二介质管(2-4)均由玻璃、石英、刚玉、陶瓷或云母制成。
6.根据权利要求1所述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述低压电极(2)的上端和下端均设置有用于密封所述放电腔室(6)的密封塞(4)。
7.根据权利要求1所述的一种应用于气相/气固相反应的等离子体反应器，其特征在于：所述低压电极(2)的上端和下端均套有用于密封所述放电腔室(6)的第二封盖(3)，所述第二封盖(3)与低压电极(2)螺纹连接。
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