介質阻擋放電等離子體放大反應器脈衝供電方法
2023-06-30 18:55:06 1
專利名稱：介質阻擋放電等離子體放大反應器脈衝供電方法
技術領域：
本發明屬於環境電工技術領域，涉及到一種介質阻擋放電等離子體放大反應器脈衝供電方法。
背景技術：
介質阻擋放電可以在常溫常壓下產生大體積低溫等離子體，具有廣闊的工業應用 前景。介質阻擋放電等離子體能夠產生高濃度的活性物質如高能電子、03、·0、· OH等，同 時放電過程中還伴隨有紫外光、衝擊波等物理效應產生。目前，介質阻擋放電已廣泛應用於 臭氧發生器、材料表面改性、環境汙染控制等領域。傳統的介質阻擋放電供電方式為交流高頻高壓電源供電，通過提高電源的供電電 壓和頻率來增加放電過程中活性物質的產生和提高反應器的能量注入。介質阻擋放電等離 子體放大反應器為容性負載，具有通高頻阻低頻的特性，即在高頻供電情況下，反應器阻抗 低，反應器承擔的電壓下降，使放電不能發生，注入反應器能量低，另一方面電源因輸出電 流過大造成損壞，因此供電電源的頻率不宜過高。近年來，脈衝電源被應用於激勵介質阻擋放電，脈衝電源具有脈衝上升前沿陡 (納秒級)、脈衝寬度窄(微秒級)的特點，放電能量在瞬間注入到反應器中，電能利用效率 高。在脈衝電源應用過程中，需要調整並優化脈衝電源與介質阻擋等離子體放大反應器之 間的匹配關係，以達到電能的高效利用。已知的匹配調整方式包括1、調整反應器的結構 和參數(如文獻《電工電能新技術》2004，23 (2) 「等離子體反應器的改進及其與脈衝電源 間的匹配」)。但是，多數情況下，等離子體反應器主要結構確定之後其結構和參數可調整 的範圍較小，並且此種方法實現所需實驗周期長，耗費的實驗成本高，不利於等離子體反應 器的放大和工業應用。2、附加匹配電路網絡(如專利CN1777010 「一種實現脈衝電源與等 離子體負載間匹配的方法」)，此種方法的不足在於需在脈衝電源與等離子體反應器之間附 加複雜的包括高壓電阻、高壓電容、高壓電感在內的匹配電路，實現成本高，電路計算複雜， 且匹配電路增加了電源能量消耗。以上提及的兩種調整方式，都存在著實現方法複雜、成本 高、實驗周期長、不利於等離子體反應器放大應用的不足，而對於直接在脈衝電源內部進行 脈衝形成電容調整以達到與介質阻擋放電等離子體放大反應器之間匹配的方法未見報導。
發明內容
本發明提供了一種介質阻擋放電等離子體放大反應器脈衝供電方法，解決脈衝電源與介質阻擋放電等離子體放大反應器之間匹配技術複雜、實驗周期長、耗費成本高等問 題。本發明的技術解決方案如下(1)脈衝供電電源是高壓脈衝電源，為間隙開關式脈衝電源，由高壓電源控制器、高壓直流電源和高壓開關組成。(2)反應器是介質阻擋放電等離子體放大反應器。
(3)介質阻擋放電等離子體放大反應器脈衝供電方法為測量介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容。利用脈衝電源給介質阻擋放電等離子體放大反應器供電，調整 脈衝電源的脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容比是0. 48 10， 測量脈衝形成電容放電恢復電壓與其放電前電壓比。由測量所得的脈衝形成電容放電恢復電壓與其放電前電壓比可知，脈衝電源供給 反應器的能量隨脈衝電源的脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容 比值的增大而增加。選擇脈衝電源的脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容比 為1 10，脈衝電源可給介質阻擋放電等離子體放大反應器提供充足的能量。隨脈衝電源的脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容比的 增大，脈衝電源供給的能量並沒有被介質阻擋放電等離子體放大反應器完全有效的利用， 未有效利用的能量以電壓的形式反饋給脈衝形成電容，造成電能損耗。因此通常選擇脈衝 電源的脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容匹配比為1 4，電能 利用率高。本發明的有益效果是為脈衝電源與介質阻擋等離子放大反應器提供一種高效、簡 便的匹配供電方法，通過直接調整脈衝電源的脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體放大 反應器靜態電容比實現介質阻擋放電等離子體放大反應器的脈衝供電；方法實現成本低， 沒有附加其他耗能器件，達到了電源的高效利用和介質阻擋放電等離子體放大反應器放電 特性的優化，為介質阻擋放電等離子體反應器放大應用提供參考。
圖1是本發明的脈衝電源原理示意圖。圖2是本發明的介質阻擋放電等離子體放大反應器。圖3是本發明的脈衝電源與介質阻擋放電等離子體放大反應器的接線圖。圖中1高壓開關；2高壓開關；3高壓電極；4介質；5低壓電極；6物質填充床。Ce儲能電容；Cp脈衝形成電容；
具體實施例方式本實例中所採用的脈衝電源是雙極性高壓脈衝電源，頻率範圍為0 200Hz，電壓極限值範圍為士50kV，脈衝形成電容可變範圍為1 50nF，額定功率為2kW。本實例中採用的介質阻擋放電等離子體放大反應器是介質阻擋放電等離子體物 質處理放大反應器。放大反應器框架由工程塑料製成，外尺寸為350mmX310mmX500mm的 長方體，採用單元層疊放置方法，各單元的高壓電極與低壓電極為238mmX238mmX2mm的 不鏽鋼板，300mmX 300mmX 3mm的普通玻璃作為放電介質，物質填充床高15mm，用需處理的 物質填滿床層。放大反應器以並聯方式連接脈衝電源。具體實施步驟1、測量雙極性高壓脈衝電源輸入輸出關係，並繪製特性曲線。選取直流高壓電源 輸出電壓為21. 8kv，頻率為50Hz。
2、利用交流電橋測量介質阻擋放電等離子體物質處理放大反應器的靜態電容為 4. 18nF。4、分別選取脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體物質處理放大反應器的靜態 電容(4. 18nF)比為 0. 48,0. 96,1. 44,1. 91,2. 87,3. 82,5. 74,6. 82,7. 65,9. 81。5、測量正極性脈衝形成電容電壓變化量，並計算其放電恢復電壓與放電前電壓比 值。脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體物質處理放大反應器的靜態電容(4. 18nF)比 為0. 48,0. 96、1. 44、1. 91,2. 87,3. 82,5. 74，正極性脈衝形成電容放電恢復電壓與其放電前 電壓比分別為 0. 64,0. 72,0. 91,0. 94,0. 97,0. 98,1. 12,1. 24,1. 30,1. 52。由正極性脈衝形成電容放電恢復電壓與其放電前電壓比可知，隨脈衝形成電容為 反應器 靜態電容比增大，反應器注入能量增加。脈衝形成電容為反應器靜態電容比為1以 上，脈衝電源可給反應器提供充足的能量。但隨著脈衝形成電容為反應器靜態電容比值的 增大，反應器將不能有效利用的能量以電壓的形式反饋給脈衝成形電容，造成電能的損耗。 選取脈衝形成電容為反應器靜態電容比為1 4，脈衝電源與介質阻擋放電等離子體物質 處理放大反應器之間實現匹配，電能利用率高。
權利要求
一種介質阻擋放電等離子體放大反應器脈衝供電方法，其特徵在於，(1)脈衝供電電源是高壓脈衝電源，為間隙開關式脈衝電源，由高壓電源控制器、高壓直流電源和高壓開關組成；(2)反應器是介質阻擋放電等離子體放大反應器；(3)介質阻擋放電等離子體放大反應器脈衝供電方法為測量介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容。利用脈衝電源給介質阻擋放電等離子體放大反應器供電，調整脈衝電源的脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容比是0.48～10。
2.根據權利要求1所述介質阻擋放電等離子體放大反應器脈衝供電方法，其特徵在 於，選擇脈衝電源的脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容比是1 10。
3.根據權利要求1所述介質阻擋放電等離子體放大反應器脈衝供電方法，其特徵在 於，選擇脈衝電源的脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容匹配比是 1 4。
全文摘要
本發明公開了一種介質阻擋放電等離子體放大反應器脈衝供電方法，屬於環境電工技術領域。其特徵是脈衝電源給介質阻擋放電等離子體放大反應器供電，脈衝電源的脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容比是0.48～10。脈衝電源給介質阻擋放電等離子體放大反應器供電，脈衝電源的脈衝形成電容與介質阻擋放電等離子體放大反應器靜態電容匹配比是1～4。本發明是為脈衝電源與介質阻擋放電等離子體放大反應器的匹配技術提供方法，優化電源與反應器的能量利用關係，達到電源的高效利用和介質阻擋放電等離子體放大反應器放電特性的優化。本發明為介質阻擋放電等離子體反應器放大應用提供參考。
文檔編號H05H1/46GK101990354SQ20101055562
公開日2011年3月23日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者蘭永斌, 吳彥, 唐首鋒, 李 傑, 魯娜 申請人:大連理工大學