CN211329334U

CN211329334U - 一种单介质阻挡同轴式反应器

Info

Publication number: CN211329334U
Application number: CN201922054700.XU
Authority: CN
Inventors: 罗建洪; 杨兴东; 屈吉燕; 刘端
Original assignee: Sichuan University
Current assignee: Sichuan University
Priority date: 2019-11-25
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2020-08-25
Anticipated expiration: 2029-11-25

Abstract

一种单介质阻挡同轴式反应器，包括轴心设有通过固定装置固定的气体电极管通道的外壳；所述的外壳侧面中心穿设有高压连接端，其放电端靠近气体电极管通道外表面；所述的气体电极通道包括外电极管、内电极管；所述的内电极管置于外电极管内，形成气体通道；所述的内电极管外表面设有螺旋叶、外电极管内表面设有螺旋凹槽；所述的内电极管通过固定装置内设有的连接有转动电机；本实用新型的有益效果是：内电极管与储气室同轴转动，利用螺旋叶与螺旋凹槽之间的固定间距，控制通气量，通过内电极管旋转，微调通气量，实现通气量稳定；通过卡槽、卡头的卡扣，实现易更换介质；利用导电环的放电头以及电极网，实现反应彻底的目的。

Description

一种单介质阻挡同轴式反应器

技术领域

本实用新型属于等离子反应装置领域，具体涉及一种单介质阻挡同轴式反应器。

背景技术

氮氧化物，包括多种化合物，如一氧化二氮(N₂O)、一氧化氮 (NO)、二氧化氮(NO₂)、三氧化二氮 (N₂O₃)、四氧化二氮(N₂O₄)和五氧化二氮(N₂O₅)；然而，近年来我国的氮氧化物排放量快速上升，2000年全国氮氧化物排放量为12.1X10⁶t，到2005年增加到19.1X10⁶t，年均增长10%，如果不采取进一步的减排措施，按照目前的发展趋势，到2030年排放量将达到35.4X106t，势必造成严重的环境影响，因此，必须切实加强氮氧化物排放控制。

等离子体（Plasma）广泛存在于宇宙中，被称为等离子态，或者“超气态”，也称“电浆体”，是由电子、离子、自由基和中性粒子组成的导电性流体，整体保持电中性，等离子体具有特殊的化学反应活性，表现出与其他物质状态不同的特异性能，被称之为物质的第四态；产生等离子体有多种方式，常见的有大气压下的介质阻挡放电和辉光放电、电晕放电、直流辉光放电、强电离气体放电、热致电离放电等；现有的等离子体反应器采用介质阻挡放电时，存在以下问题：

1. 阻挡的介质进行气体的处理时，会影响气体的流通，尤其当电极管设置光滑时，气体路程变短，影响其与等离子接触的时间；

2. 针对不同的气体，需要准备不同的介质阻挡电极，并且针对不同配比的混合气体，也需要更换不同的介质阻挡电极，因此需要整体更换介质装置，操作复杂；

3. 气体进入介质前，需要均匀分布，防止气体分布不均，影响氧化程度，从而使气体氧化不充分，因此进入介质中的气体需要采用缓通慢行的形式，防止氧化不充分，影响产物生成。

如发明为：介质阻挡放电固定氮气制硝酸（申请号：CN201210015353.X），公开了介质阻挡放电固定氮气制硝酸，包括齿形不锈钢柱，所述齿形不锈钢柱外套有一绝缘管，所述齿形不锈钢柱与所述绝缘管之间的间隙为3-30 mm，所述绝缘管外面缠绕的一层不锈钢丝网,所述齿形不锈钢柱与外壳相连接地，所述不锈钢丝网与高压接线柱相连，电源通过所述高压接线柱向反应器输入高压交流电。气体过反应器进气口进入，经交流高压放电电离产生氮等离子体，从底部曝气孔进入二次反应器与水反应，获得硝酸溶液；虽然利用了不锈钢丝网缠绕绝缘管，旨在均匀分布电压，使等离子体均匀分布，但其未考虑到气体进入介质阻挡阶段，需要考虑到气体路程与缓通慢行形式，进而调节通气量，影响气体被等离子体氧化的速度与时间，同时使气体反应不彻底；同时介质阻挡装置中齿形不锈钢柱与所述绝缘管之间的间隙为3-30 mm，针对不同气体不能进行调节，针对不同气体调节方式复杂；因此急需一种通气量稳定、易更换介质、反应彻底的单介质阻挡同轴式反应器。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种单介质阻挡同轴式反应器，用于解决现有技术中问题。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种单介质阻挡同轴式反应器，包括轴心设有气体电极管通道的外壳；所述的气体电极管通道两端分别通过固定装置固定在所述的外壳上；所述的外壳侧面中心穿设有高压连接端，所述的高压连接端放电端靠近所述的气体电极管通道外表面；所述的高压连接端对应外壳的外表面设有地线连接端，用以与高压连接端形成闭合回路；所述的气体电极管通道包括外电极管、内电极管；所述的内电极管置于外电极管内；所述的内电极管外表面设有螺旋叶，对应的外电极管内表面设有螺旋凹槽，并且两者之间的空隙形成气体通道；所述的固定装置内设有转动轴，用以带动内电极管转动。

优选的，为了进一步实现内电极管与储气室转动，所述的固定装置包括转动轴、端口、固定底座和储气室；所述的固定底座一端通过螺栓固定在所述的外壳上；另一端通过轴承连接储气室的侧面；所述的储气室一端连接有所述的气体通道，另一端连接有端口；所述的转动轴设置在储气室与气体通道之间；所述的转动轴一端固定连接有储气室，另一端活动连接有内电极管，通过转动轴与连接储气室，实现内电极管与储气室联轴转动，进而实现等离子与气体离子分布均匀。

优选的，为了进一步实现内电极管与储气室的分离及更换，所述的转动轴通过卡扣固定内电极管，所述的卡扣包括卡槽、卡头，所述的卡槽设置在所述的转动轴上，对应的卡头设置在所述的固定内电极管内，通过卡槽、卡头的卡扣，实现与储气室连接，利用卡槽、卡头实现内电极管与储气室，进而达到方便更换，实现可更换不同内电极管的目的，进而易更换介质。

优选的，为了进一步等离子分布均匀，以及电压分布更合理，所述的高压连接端包括放电头、导电杆、嵌入块；所述的放电头一端固定连接有导电杆，另一端靠近所述的外电极管外表面；所述的导电杆通过嵌入块连接高压电源；所述的放电头为导电环，其内穿设所述的外电极管；所述的放电头与所述的外电极管之间设有电极网，所述的电极网均匀覆盖在所述的外电极管外表面；利用导电环的放电头，并且采用电极网均匀覆盖在外电极管表面，利用环形电压，同时电极网导电，使内、外电极管之间的电压分布更均匀，进而实现气体与等离子之间分布均匀，实现反应彻底的目的。

优选的，为了进一步实现内、外电极管的散热和稳定温度，所述的外壳侧面均匀开设有散热观察孔，利用散热观察孔实现散热的同时，也可观察到电极网的电弧情况，进而方便控制高压的电压频率。

优选的，为了进一步固定装置，以及使装置接地导电，防止出现安全事故，所述的外壳通过支撑底柱固定支撑，所述的支撑底柱外表面设有绝缘涂层，利用绝缘涂层防电压同时，利用支撑底柱支撑装置的同时，其底部导电，进而保证装置的安全性，防止出现安全事故。

优选的，为了进一步实现高压端与地线连接端形成回路，快速引导电子轰击产生粒子，所述的高压连接端与所述的地线连接端的轴心线间距离为气体电极管通道高度的一半，将限定高压连接端与所述的地线连接端的轴心线间距离，使装置整体产生的电子流动路径最短，进而形成快速的回路，保证粒子产量最高。

本实用新型的有益技术效果是：

1.利用设有螺旋叶的内电极管以及储气室与内电极管同轴转动，同时外电极管内表面设有对应的螺旋凹槽，进而控制气体由储气室内进入气体通道，利用螺旋叶与螺旋凹槽之间的固定间距，控制通气量，同时通过内电极管旋转带动气流位移，进而微调通气量，实现通气量稳定。

2. 通过卡槽、卡头的卡扣，实现与储气室连接，利用卡槽、卡头实现内电极管与储气室，进而达到方便更换，实现可更换不同内电极管的目的，进而易更换介质。

3. 利用导电环的放电头，并且采用电极网均匀覆盖在外电极管表面，利用环形电压，同时电极网导电，使内、外电极管之间的电压分布更均匀，进而实现气体与等离子之间分布均匀，实现反应彻底的目的。

附图说明

图1为本实用新型的剖视图；

图2为本实用新型的正视图；

图3为本实用新型的螺旋叶与螺旋凹槽示意图；

图4为本实用新型的卡扣示意图。

具体实施方式

下面结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1与图2所示，一种单介质阻挡同轴式反应器，包括轴心设有气体电极管通道2的外壳1；所述的气体电极管通道2两端分别通过固定装置5固定在所述的外壳1上；所述的外壳1侧面中心穿设有高压连接端3，所述的高压连接端3放电端靠近所述的气体电极管通道2外表面；所述的高压连接端3对应外壳1的外表面设有地线连接端4，用以与高压连接端3形成闭合回路；所述的气体电极管通道2包括外电极管21、内电极管22；所述的内电极管22置于外电极管21内；所述的内电极管22外表面设有螺旋叶221，对应的外电极管21内表面设有螺旋凹槽211，并且两者之间的空隙形成气体通道23；所述的固定装置5内设有转动轴51，用以带动内电极管22转动。

为了进一步实现内电极管与储气室转动，所述的固定装置5包括转动轴51、端口52、固定底座53和储气室54；所述的固定底座53一端通过螺栓固定在所述的外壳1上；另一端通过轴承连接储气室54的侧面；所述的储气室54一端连接有所述的气体通道23，另一端连接有端口52；所述的转动轴51设置在储气室54与气体通道23之间；所述的转动轴51一端固定连接有储气室54，另一端活动连接有内电极管22，通过转动轴与连接储气室，实现内电极管与储气室联轴转动，进而实现等离子与气体离子分布均匀。

为了进一步等离子分布均匀，以及电压分布更合理，所述的高压连接端3包括放电头31、导电杆32、嵌入块33；所述的放电头31一端固定连接有导电杆32，另一端靠近所述的外电极管21外表面；所述的导电杆32通过嵌入块33连接高压电源；所述的放电头31为导电环，其内穿设所述的外电极管21；所述的放电头31与所述的外电极管21之间设有电极网212，所述的电极网212均匀覆盖在所述的外电极管21外表面；利用导电环的放电头31，并且采用电极网212均匀覆盖在外电极管21表面，利用环形电压，同时电极网212导电，使内、外电极管之间的电压分布更均匀，进而实现气体与等离子之间分布均匀，实现反应彻底的目的。

为了进一步实现内、外电极管的散热和稳定温度，所述的外壳1侧面均匀开设有散热观察孔11，利用散热观察孔11实现散热的同时，也可观察到电极网212的电弧情况，进而方便控制高压的电压频率。

为了进一步固定装置，以及使装置接地导电，防止出现安全事故，所述的外壳1通过支撑底柱12固定支撑，所述的支撑底柱12外表面设有绝缘涂层，利用绝缘涂层防电压同时，利用支撑底柱12支撑装置的同时，其底部导电，进而保证装置的安全性，防止出现安全事故。

为了进一步实现高压端3与地线连接端4形成回路，快速引导电子轰击产生粒子，所述的高压连接端3与所述的地线连接端4的轴心线间距离为气体电极管通道2高度的一半，将限定高压连接端3与所述的地线连接端4的轴心线间距离，使装置整体产生的电子流动路径最短，进而形成快速的回路，保证粒子产量最高。

如图4为了进一步实现内电极管22与储气室54的分离及更换，所述的转动轴55通过卡扣511固定内电极管22，所述的卡扣511包括卡槽5112、卡头5111，所述的卡槽5112设置在所述的转动轴55上，对应的卡头5111设置在所述的固定内电极管22内，通过卡槽5112、卡头5111的卡扣511，实现与储气室54连接，利用卡槽5112、卡头5111实现内电极管22与储气室54，进而达到方便更换，实现可更换不同内电极管22的目的。

工作原理或过程：将储气室54的端口52连接至导气管，气体通过端口52进入到固定装置5中，同时经过51离开固定底座53进入到气体电极管通道2，经过带有螺旋叶221的内电极管22与对应的带有螺旋凹槽211的外电极管21之间的气体通道23，同时转动电机6带动51转动，51通过转动轴55的卡槽5112，及其对应设置在内电极管22上的卡头5111，实现内电极管22与储气室54联动，气体进入气体通道23后，高压连接端3的嵌入块33导电到导电杆32，进而传递给导电环的放电头31，传递到电极网212上，进而外电极管21与内电极管22之间产生等离子体，与通入的气体反应，利用外壳1上的散热观察孔11观察气体电极管通道23的电弧情况，同时高压连接端3与所述的地线连接端4的轴心线间距离为气体电极管通道2高度的一半，使装置整体产生的电子流动路径最短，进而形成快速的回路，保证粒子产量最高，地线连接端4将多余电流倒入地面，保护装置安全性，同时外表面设有绝缘涂层支撑底柱12的底部进一步导电，防止外壳1的电流引发安全事故；当需要更换介质时，仅仅需要将固定装置5的固定底座53螺栓卸下，更换内电极管22的规格，实现不同气体通道23的目的，进而能达到易更换介质的目的。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种单介质阻挡同轴式反应器，其特征在于：包括轴心设有气体电极管通道（2）的外壳（1）；所述的气体电极管通道（2）两端分别通过固定装置（5）固定在所述的外壳（1）上；所述的外壳（1）侧面中心穿设有高压连接端（3），所述的高压连接端（3）放电端靠近所述的气体电极管通道（2）外表面；所述的高压连接端（3）对应外壳（1）的外表面设有地线连接端（4），用以与高压连接端（3）形成闭合回路；所述的气体电极管通道（2）包括外电极管（21）、内电极管（22）；所述的内电极管（22）置于外电极管（21）内；所述的内电极管（22）外表面设有螺旋叶（221），对应的外电极管（21）内表面设有螺旋凹槽（211），并且两者之间的空隙形成气体通道（23）；所述的固定装置（5）内设有转动轴（51），用以带动内电极管（22）转动。

2.根据权利要求1所述的一种单介质阻挡同轴式反应器，其特征在于：所述的固定装置（5）包括转动轴（51）、端口（52）、固定底座（53）和储气室（54）；所述的固定底座（53）一端通过螺栓固定在所述的外壳（1）上；另一端通过轴承连接储气室（54）的侧面；所述的储气室（54）一端连接有所述的气体通道（23），另一端连接有端口（52）；所述的转动轴（51）设置在储气室（54）与气体通道（23）之间；所述的转动轴（51）一端固定连接有储气室（54），另一端活动连接有内电极管（22）。

3.根据权利要求1所述的一种单介质阻挡同轴式反应器，其特征在于：所述的转动轴（51）通过卡扣（511）固定内电极管（22），所述的卡扣（511）包括卡槽（5112）、卡头（5111），所述的卡槽（5112）设置在所述的转动轴（51）上，对应的卡头（5111）设置在所述的固定内电极管（22）内。

4.根据权利要求1所述的一种单介质阻挡同轴式反应器，其特征在于：所述的高压连接端（3）包括放电头（31）、导电杆（32）、嵌入块（33）；所述的放电头（31）一端固定连接有导电杆（32），另一端靠近所述的外电极管（21）外表面；所述的导电杆（32）通过嵌入块（33）连接高压电源。

5.根据权利要求4所述的一种单介质阻挡同轴式反应器，其特征在于：所述的放电头（31）为导电环，其内穿设所述的外电极管（21）。

6.根据权利要求4所述的一种单介质阻挡同轴式反应器，其特征在于：所述的放电头（31）与所述的外电极管（21）之间设有电极网（212），所述的电极网（212）均匀覆盖在所述的外电极管（21）外表面。

7.根据权利要求1所述的一种单介质阻挡同轴式反应器，其特征在于：所述的外壳（1）侧面均匀开设有散热观察孔（11）。

8.根据权利要求1所述的一种单介质阻挡同轴式反应器，其特征在于：所述的外壳（1）通过支撑底柱（12）固定支撑，所述的支撑底柱（12）外表面设有绝缘涂层。

9.根据权利要求1所述的一种单介质阻挡同轴式反应器，其特征在于：所述的高压连接端（3）与所述的地线连接端（4）的轴心线间距离为气体电极管通道（2）高度的一半。