錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器的製作方法

2023-10-17 05:10:59 3

專利名稱：錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及低溫等離子體發生技術，具體地指一種錐齒形介質阻 擋放電等離子體化學反應器。
背景技術：
目前，在大氣壓條件下通過電暈放電裝置或介質阻擋放電裝置(DBD) 來產生低溫等離子體，已成為兩種應用最為廣泛的等離子體化學反應技術。 申請號為200510095594.X的中國發明專利申請公開說明書在分析比較電 暈放電和介質阻擋放電的各自特點後，提出了 一種電暈耦合介質阻擋放電 的低溫等離子體產生裝置。該裝置的兩電極之間採用了針一板形狀的放電 結構，可以在針尖與電介質層之間的區域產生較強的等離子體區域，從而 可以對流體物進行重整化學反應。這種結構的放電電極可以在針 一 板之間 形成比較均勻的等離子體，且具有放電電壓低、放電強烈、所產生的活性 粒子多等特點。但當流體反應物經過該等離子體區域時，由於針尖是間斷
布置的，在針尖與針尖之間仍然存在大量的非等離子體區域，導致部分流
體反應物不經等離子體區域就直接流出裝置外，這樣將不利於流體反應物
重整效率的進止 —少提高。同時，由於針尖面積太小，針尖上的電流過於集
中，使得針尖非常容易被燒蝕，因而其並不適宜於流體反應物的等離子體
化學反應。
發明內容
本實用新型的目的就是要提供一种放電區域連續、運行穩定可靠、所 產生活性粒子濃度大、適合於流體反應物在其中進行高效化學反應的錐齒 形介質阻擋放電等離子體化學反應器。
為實現上述目的，本實用新型所設計的錐齒形介質阻擋放電等離子體 化學反應器，包括反應室罩、設置在反應室罩中的一對金屬電極、以及施 加在該對金屬電極上的高壓高頻電源。所述其中一個金屬電極的表面設計 有多排錐形放電齒，所述另一個金屬電極的表面覆蓋有電介質層。所述錐 形放電齒和電介質層之間為強電離放電區域，當在兩金屬電極上加載高頻 高壓電源後，可在該強電離放電區域形成低溫等離子體區，為流體反應物
提供特殊的等離子體化學反應條件。所述強電離放電區域設置有反應物進 口和生成物出口 。
上述各排錐形放電齒的優選參數為齒高1 5mm、錐角5~45° 、齒端 與電介質層的間距0.5 4rrnn，各排錐形放電齒為整體連續式結構，相鄰兩 排錐形放電齒的齒間距為1。 5 9mm。
上述電介質層的優選參數為電阻率大於10"Q/cm、介電常數的值大 於9，厚度為0.5~1.5mm，臨界擊穿電場強度^400KV/cm 、吸水率為0.0%。
本實用新型的優點在於所設計的等離子體化學反應器採用錐形放電 齒介質阻擋放電結構，其錐形放電齒的齒線是連續不間斷排列的，由此所 形成的等離子體區不論在齒線方向上還是在垂直於齒線的方向上均是連續 不斷的，既克服了針一板介質阻擋放電中存在非等離子體區域的缺陷，又 彌補了針一板介質阻擋放電中針形電極容易燒蝕的不足。其不僅具有起始 電壓低、放電強烈、放電區域連續均勻、所產生的活性粒子能量高、濃度 大的優點，而且具有響應速度快、可控制性好的特點。同時其結構簡單、 體積輕巧、運行穩定可靠，所有流體反應物均能夠通過其強電離放電等離 子體區進行重整，可大幅提高流體反應物的重整效率，特別適宜於在常壓 下流體反應物的等離子體化學反應。


圖1為 一種同心圓板結構的錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器 的剖視結構示意圖2為圖1中具有多排錐形放電齒的金屬電極的俯視結構示意圖3為一種同軸圓柱結構的錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器 的剖視結構示意圖
圖4為一種平行平板結構的錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器 的剖視結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進 一 步的詳細描述
如圖1 ~ 4所示三種結構的錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器，
都具有一個反應室罩4， 一對設置在反應室罩4中的金屬電極6、 9，以及 施加在該對金屬電極6、 9上的高壓高頻電源10。其中一個金屬電極6的 表面設計有多排錐形放電齒12，另一個金屬電極9的表面覆羞有電介質層 8。錐形放電齒12和電介質層8之間為強電離放電區域7,強電離放電區
域7設置有反應物進口 5和生成物出口 11。
上述各排錐形放電齒12的齒高設計為l~5mm、錐角為5~45° 。錐形 放電齒12的齒端與電介質層8的間距為0.5~4mm，優選間距為1.5~3mm, 最佳間距為1.0 2.5mm。各排錐形放電齒1 2為整體連續式結構，相鄰兩排 錐形放電齒12的齒間距設計為1.5~9mm。上述電介質層8的電阻率大於 1014Q/cm、介電常數的值大於9，厚度為0.5~1.5mm，臨界擊穿電場強度 ^400KV/cm、吸水率為0.0%。這樣設計，可以滿足形成超強電離放電區域 的需要，確保流體反應物的化學反應效率。
對於圖1所示的同心圓板形錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器 而言，其金屬電極6、 9是一對同心圓板形金屬電極，其中一個圓板形金屬 電極6設置有中心孔，錐形放電齒12多排同心環形分布在該圓板形金屬電 極6的表面上，另一個圓板形金屬電極9的表面覆蓋圓形電介質層8。具 體製作時，採用一個厚度10 30mm、中心孔徑1 Omm的金屬圓板，車出齒 高1 5mm、錐角5 45° 、齒間距1.5 9mm的多排同心環狀錐齒，另一厚 度為10 30mm的金屬圓板與之平行相對，表面覆蓋lmm厚的電介質層8 即可。將該對金屬電極6、 9固定在反應室罩4中，流體反應物導管13穿 過反應室罩4與圓板形金屬電極6的中心孔相連，該中心孔即是反應物進 口 5。生成物出口 11則開設在反應室罩4的側面，與一對圓板形金屬電極 6、 9所形成的強電離放電區域7的側面四周相通。
對於圖2所示的同軸圓柱形錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器 而言，其金屬電極6、 9是一對同軸圓柱形金屬電極，錐形放電齒12多排 同軸環形分布在內側圓柱形金屬電極6的表面上，外側圓柱形金屬電極9 的表面上覆蓋圓筒形電介質層8。具體製作時，採用直徑50 300mm的金 屬圓棒，在其表面車出齒高l~5mm、錐角5 45。、齒間距1.5~9mm的多 排同軸環狀錐齒，另 一 壁厚5 20mm的金屬圓管與之同軸相對，表面覆蓋 1.5mm厚的圓筒形電介質層8即可。反應物進口 5設置在該對圓柱形金屬 電極6、9所形成的筒狀強電離放電區域7—端的反應室罩4上。生成物出 口 11'設置在該對圓柱形金屬電極6、 9所形成的筒狀強電離放電區域7另 一端的反應室罩4上。
對於圖3所示的平行平板形錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器 而言，其金屬電極6、 9是一對平行平板形金屬電極，錐形放電齒12多排 平行分布在其中一個平板形金屬電極6的表面上，另一個平板形金屬電極
9的表面覆蓋平板形電介質層8 。具體製作時，採用厚度1 0~30mm的金屬 平板，在其上銑出齒高l~5mm、錐角5~45° 、齒間距1.5 9mm的多排平 行錐齒，另一厚度為10~30mm的金屬平板與之平行相對，表面覆蓋0.5mm 厚的電介質層8即可。反應物進口5設置在該對平行平板形金屬電極6、 9 所形成的縫形強電離放電區域7 —側的反應室罩4上，並與錐形放電齒12 的齒線方向相垂直。生成物出口 11設置在該對平行平板形金屬電極6、 9 所形成的縫形強電離放電區域7另一側的反應室罩4上。
上述任一種錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器工作時，加載在 一對金屬電極6、9上的高頻高壓電源IO使錐形放電齒12和電介質層8之 間形成低溫強電離放電區域7。高壓高頻電源10的工作參數一般為電壓 5~20KV、頻率7-15KHz、電極放電間距0.5 4mm。此時將流體反應物從反 應物進口5導入，使其在強電離放電區域7中發生強烈的重整化學反應， 經過重整後的生成物則從生成物出口 ll導出。
權利要求1.一種錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器，包括反應室罩(4)、設置在反應室罩(4)中的一對金屬電極(6、9)和施加在該對金屬電極(6、9)上的高壓高頻電源(10)，其特徵在於所述其中一個金屬電極(6)的表面設計有多排錐形放電齒(12)，所述另一個金屬電極(9)的表面覆蓋有電介質層(8)，所述錐形放電齒(12)和電介質層(8)之間為強電離放電區域(7)，所述強電離放電區域(7)設置有反應物進口(5)和生成物出口(11)。
2 .根據權利要求1所述的錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器， 其特徵在於所述各排錐形放電齒(12)的齒高為1 5mm、錐角為5 45 ° 、齒端與電介質層(8)的間距為0.5~4mm，各排錐形放電齒(12)為整 體連續式結構，相鄰兩排錐形放電齒(12)的齒間距為1.5 9mm。
3. 根據權利要求1或2所述的錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應 器，其特徵在於所述一對金屬電極(6、 9)是一對同心圓板形金屬電極， 其中一個圓板形金屬電極(6)設置有中心孔，所述錐形放電齒(12)多排 同心環形分布在該圓板形金屬電極(6)的表面上，另一個圓板形金屬電極(9)的表面覆蓋圓形電介質層(8);所述反應物進口 (5)與該圓板形金 屬電極(6)的中心孔相連；所述生成物出口 (11)與一對圓板形金屬電極 (6、 9)的側面四周相通。
4. 根據權利要求1或2所述的錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應 器，其特徵在於所述一對金屬電極(6、 9)是 一對同軸圓柱形金屬電極， 所述錐形放電齒(12)多排同軸環形分布在內側圓柱形金屬電極(6)的表 面上，外側圓柱形金屬電極(9)的表面上覆蓋圓筒形電介質層(8);所述 反應物進口 (5)設置在一對圓柱形金屬電極(6、 9)的軸向一端；所述生 成物出口 (11)設置在一對圓板形金屬電極(6、 9)的軸向另一端。
5. 根據權利要求l或2所述的錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應 器，其特徵在於所述一對金屬電極(6、 9)是一對平行平板形金屬電極， 所述錐形放電齒(12)多排平行分布在其中一個平板形金屬電極(6)的表 面上，另一個平板形金屬電極(9)的表面覆蓋平板形電介質層(8):所述 反應物進口 (5)設置在一對平行平板形金屬電極(6、 9)的一側，並與錐 形放電齒(12)的齒線方向相垂直所述生成物出口 (11)設置在 一 對平 行平板形金屬電極(6、 9)相對應的另一側。
6.根據權利要求1或2所述的錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應 器，其特徵在於所述電介質層(8)的電阻率大於10l4Q/cm、介電常數 的值大於9，厚度為0.5 1.5mm，臨界擊穿電場強度^400KV/cm、吸水率為 0,0%。
專利摘要本實用新型公開了一種錐齒形介質阻擋放電等離子體化學反應器，其主要由一個表面設計有多排連續錐形放電齒的金屬電極和另一個表面覆蓋有電介質層的金屬電極組成，錐形放電齒和電介質層之間為強電離放電區域。由於其錐形放電齒的齒線是連續不間斷排列的，因此所形成的等離子體區不論在齒線方向上還是在垂直於齒線的方向上均是均勻連續的。其不僅具有起始電壓低、放電強烈、放電區域連續均勻、所產生的活性粒子能量高、濃度大的優點，而且具有響應速度快、可控制性好的特點。同時其結構簡單、體積輕巧、運行穩定可靠，能大幅提高流體反應物的重整效率，特別適宜於在常壓下流體反應物的等離子體化學反應。
文檔編號H05H1/24GK201002015SQ20072008313
公開日2008年1月9日 申請日期2007年1月11日 優先權日2007年1月11日
發明者李格升, 遊伏兵, 潘志翔, 胡又平, 高孝洪 申請人:武漢理工大學