專利名稱：一種基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢氣處理裝置技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置。
背景技術(shù)：
隨著等離子體技術(shù)的迅速發(fā)展和提高，低溫等離子體技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛。同時，隨著社會工業(yè)化水平的不斷提高，三廢(廢液、廢氣、固體廢棄物)污染也越來越嚴(yán)重。然而，三廢的治理技術(shù)遠(yuǎn)滯后于工業(yè)化產(chǎn)生污染的速度。三廢中常常含有大量的有毒有害物質(zhì)，難以一次徹底治理。為此，尋求一種方便實施、經(jīng)濟(jì)實惠的方法來處理這些有機(jī)污染物、有害氣體(如h2s、cs2、so2、甲醛等碳?xì)浠衔?等物質(zhì)是一項長期的非常有意義的工作。在現(xiàn)行已有的處理方法中，焚燒法處理有機(jī)污染物需要很高的溫度，這樣既造成能源的浪費，同時會帶來嚴(yán)重的二次污染和嚴(yán)重的腐蝕問題。催化燃燒法、吸附-解吸法等方法在處理容 量、氣阻、低效率、普適性差等問題。介質(zhì)阻擋放電管處理大大改善了以前的處理方法，提高了處理效率，廣受人們的青睞。但是，此方法的有效處理面積小，多管放電不同步，噪音大，對電源要求高等缺點限制了它的快速發(fā)展。國內(nèi)外大量的實驗研究已經(jīng)表明，在介質(zhì)阻擋放電等離子體中有非常豐富的活性粒子，如大量的03、0H自由基、處于激發(fā)態(tài)的N2和N+等，此外還有大量地高能粒子，如電子，以及伴隨放電的紫外線。這些活性粒子、高能粒子以及紫外線可以與環(huán)境中的許多有害成分發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)，將大分子降解為小分子，通過豐富的氧化還原反應(yīng)以及強(qiáng)烈的紫外線使得環(huán)境中的有害成份無毒化或毒性大幅下降，同時能起到很好的滅菌作用。但是大面積高效率處理裝置亟需發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題在于提供一種基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，該裝置可用于大氣壓下大面積、高效率、便捷地處理廢氣。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)—種基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，包括密封的殼體，殼體內(nèi)分隔成氣體緩沖腔和處理腔，殼體上分別開設(shè)有與氣體緩沖腔相連通的氣體入口，與處理腔相連通的氣體出口 ；氣體緩沖腔由殼體底部與接地集成板構(gòu)成，接地集成板上開設(shè)有多個氣體通孔；處理腔由接地集成板與集成板構(gòu)成，集成板的上下兩側(cè)設(shè)有絕緣板；集成板上設(shè)有呈陣列式分布的放電單元；每個放電單元由內(nèi)而外包括高壓電極、阻擋介質(zhì)和接地篩網(wǎng)電極，三者緊密貼合，高壓電極的上端與集成板固定連接，下端絕緣封裝，接地篩網(wǎng)電極與接地集成板相連接；集成板與高壓交流電源相連接。所述的高壓電極與集成板通過螺紋固定連接，放電單元之間相互平行。所述的高壓電極與接地篩網(wǎng)電極之間的電壓幅值為4. 5 6. 5kV。
所述的放電單元兩極之間還設(shè)有測量電壓用的高壓探頭，測量放電電流的無感電阻，而電壓、電流的波形和數(shù)值用示波器來記錄和保存。所述的絕緣板為2 5mm厚的聚四氟乙烯板，高壓電極的下端用聚四氟乙烯板封裝。所述的集成板為2 5mm厚的不銹鋼板，高壓電極為直徑5 IOmm的不銹鋼棒，接地集成板為2 5mm厚的不銹鋼板。所述的阻擋介質(zhì)為壁厚I I. 5mm的聚四氟乙烯管；接地篩網(wǎng)電極為20 25目的不銹鋼篩網(wǎng)，緊貼纏繞在阻擋介質(zhì)外表面，其不銹鋼絲的直徑為O. 3 O. 5_。所述的殼體為有機(jī)玻璃腔體。所述的放電單元的數(shù)量為I 40個。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果本發(fā)明提供的基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，利用緩沖腔降低氣體進(jìn)入等離子體區(qū)(即處理腔)的速度，以達(dá)到在處理腔中充分與等離子體反應(yīng)，提高處理效率；而采用陣列式的放電結(jié)構(gòu)，大大增加了有效處理面積，提高處理效率；由于放電單元的夾心設(shè)計，使整個放電損耗的功率較低，大大節(jié)約了用電成本；處理氣體的普適性強(qiáng)；此外，為了加快諸如有機(jī)廢氣類的處理效率，還可以與一些催化劑協(xié)同使用。因此，本裝置能夠達(dá)到等離子體處理廢氣的實用要求，具有潛在的廣泛的應(yīng)用前景。本發(fā)明提供的基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，處理過程在常溫常壓下進(jìn)行，不需要成本昂貴的低壓設(shè)備；有效處理面積大，并且放電單元可根據(jù)實際需求增加或者減少，以便調(diào)節(jié)實際所需求的處理面積，維修方便。本發(fā)明提供的基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，放電單元的放電同步性、穩(wěn)定性、均勻性較好，產(chǎn)生活性產(chǎn)物豐富。等離子體中豐富的活性粒子與被處理氣體發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，最終產(chǎn)物多為無害化氣體成分。以甲醛作為處理對象為例，間接氣相自由基反應(yīng)，即等離子體中活性O(shè)H或O自由基與HCHO分子碰撞反應(yīng)，即HCH0+0H — H2CHCHOHCH0+0 — 0H+CH0生成的CHO自由基經(jīng)以下反應(yīng)最終生成CO2和H2O。CH0+H — H2+C0CHCHO2 — C0+0HCH0+0H — H2CHCOCHCHH2O — 0H+H+C02CH0+0 — 0H+C0CH0+0 — H+C02C0+0 —CO2C0+0H — C02+H


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的放電單元排列示意圖；圖3為本發(fā)明的放電單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明的放電單元的側(cè)視圖；圖5為本發(fā)明的放電單元的電路連接示意圖；圖6為等離子體處理廢氣流程圖。其中，I為絕緣板，2為集成板，3為接地集成板，4為氣體緩沖腔，5為高壓電極，6為接地篩網(wǎng)電極，7為阻擋介質(zhì)，8為處理腔，9為氣體入口，10為氣體出口。
具體實施方式
本發(fā)明提供基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，該裝置由等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)和氣體緩沖處理組成系統(tǒng)。等離子體產(chǎn)生系統(tǒng)是利用陣列式的介質(zhì)阻擋電暈放電(Dielectric Barrier Corona Discharge,簡稱為DBCD)產(chǎn)生等離子體,等離子體處理廢氣的有效面積可以根據(jù)實際需求方便地擴(kuò)增。下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而不是限定。參見圖I 圖3，一種基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，包括密封的殼體，殼體內(nèi)分隔成氣體緩沖腔4和處理腔8，殼體上分別開設(shè)有與氣體緩沖腔4相連通的入口 9，與處理腔8相連通的出口 10;氣體緩沖腔4由殼體底部與接地集成板3構(gòu)成，接地集成板3上開設(shè)有多個氣體通孔；處理腔8由接地集成板3與集成板2構(gòu)成，集成板2的上下兩側(cè)分別設(shè)有絕緣板
I;集成板2上設(shè)有呈陣列分布的放電單元；每個放電單元由內(nèi)而外包括高壓電極5、阻擋介質(zhì)7和接地篩網(wǎng)電極6，三者緊密貼合，高壓電極5的上端與集成板2固定連接，下端絕緣封裝，接地篩網(wǎng)電極6與接地集成板3相連接；集成板2與外接電源相連接。該裝置的其核心是放電單元，即介質(zhì)阻擋電暈放電產(chǎn)生等離子體的單元。單元的數(shù)量為I 40個可調(diào)，增大有效處理面積，放電單元的排列在集成板2上(如圖2所示)，也可以按其它形狀排列。如圖3、圖4所示，放電單元由高壓電極5、阻擋介質(zhì)7和接地篩網(wǎng)電極6極構(gòu)成，三部分嚴(yán)格緊貼，形成夾心結(jié)構(gòu)。具體的，高壓電極5為直徑5 IOmm (優(yōu)選6mm)、長150mm的不銹鋼棒,一端帶有IOmm長螺紋，用于集合在集成板2上(具體采用2 5mm厚的不銹鋼板)，也可以起到固定和保證放電單元嚴(yán)格平行的作用，另一端用聚四氟乙烯(PTFE)絕緣封裝；高壓電極的阻擋介質(zhì)7為Imm厚的PTFE管，內(nèi)、外徑分別為6mm和8mm,長為150mm ;接地篩網(wǎng)電極6 (選用不銹鋼接地篩網(wǎng))為20 25目(優(yōu)選20目)，不銹鋼絲的直徑為O. 3 O. 5mm (優(yōu)選O. 5mm),篩網(wǎng)緊貼纏繞在阻擋介質(zhì)外表面，纏繞的長度為130_。將所有放電單元的高壓電極通過螺紋端集成在集成板2上，接地篩網(wǎng)電極集成在接地集成板3上(具體采用2 5mm厚的不銹鋼板)。具體的，放電單元的電路連接圖如圖5所示，圖中的電源是用于產(chǎn)生低溫等離子體的高壓交流電源(HVAC)。放電單元兩極之間還設(shè)有測量放電電壓用的高壓探頭，測量放電電流的無感電阻，而電壓、電流的波形和數(shù)值用示波器來記錄和保存，也即放電電壓由高壓探頭獲??；放電電流通過與接地篩網(wǎng)串聯(lián)的無感電阻測得；放電功率通過與接地篩網(wǎng)串聯(lián)電容的庫伏特性結(jié)合李薩如圖獲得，示波器用來記錄波形并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。所有的放電單元陣列式并聯(lián)。根據(jù)處理廢氣的需要，HVAC提供正弦波外施電壓，每一個放電單元在外施電壓幅值為4. 5kV-6. 5k V即可實現(xiàn)放電，無噪聲，放電均勻穩(wěn)定。根據(jù)實際需求，可依次增加放電單元的數(shù)目，放電依舊能夠容易實現(xiàn)，且均勻穩(wěn)定無噪聲。而且不管是單個放電單元還是整個放電陣列，放電功率較小，這可以節(jié)省電能，降低成本。下面給出一個具體的實施例基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，殼體采用密封的有機(jī)玻璃腔體，即將放電部分置于一個密封的有機(jī)玻璃腔體內(nèi)，然后腔體分成氣體緩沖腔和處理腔兩部分氣體緩沖腔由殼體底部與接地集成板構(gòu)成，處理腔由接地集成板與集成板構(gòu)成，并在集成板的上下兩側(cè)設(shè)PTFE絕緣板(防止發(fā)生沿面放電)，并分別與氣體入口(帶有閥門)和氣體出口相連通；接地集成板上同時開盡可能多的內(nèi)徑為I. 5mm的小孔，以備氣體從氣體緩 沖腔均勻彌散地進(jìn)入處理腔。然后制備夾心結(jié)構(gòu)的放電單元，放電單元中尤其是阻擋介質(zhì)、接地篩網(wǎng)電極的選擇與放電性能相關(guān)，可根據(jù)實際需要在上述方案中選擇合適的組合；將所有放電單元的高壓電極和接地篩網(wǎng)電極分別集成在集成板和接地集成板上。再根據(jù)放電單元的電路原理圖接好電路，參見圖6所示的流程圖，電路接好之后，打開進(jìn)氣口閥門，當(dāng)廢氣從氣體入口通入，在氣體緩沖腔內(nèi)緩沖，經(jīng)由接地集成板3上大量的直徑為I. 5mm的小孔使得廢氣從氣體緩沖腔均勻的進(jìn)入處理腔內(nèi)，放電單元經(jīng)介質(zhì)阻擋電暈放電產(chǎn)生等離子體，等離子體中豐富的活性粒子與被處理氣體發(fā)生一系列復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，最終產(chǎn)物多為無害化氣體成分。在排氣口檢測處理后氣體的濃度，同時調(diào)節(jié)放電強(qiáng)度，提高處理效率。
權(quán)利要求
1.一種基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，其特征在于，包括密封的殼體，殼體內(nèi)分隔成氣體緩沖腔(4)和處理腔(8)，殼體上分別開設(shè)有與氣體緩沖腔(4)相連通的氣體入口(9)，與處理腔(8)相連通的氣體出口(10)； 氣體緩沖腔(4)由殼體底部與接地集成板(3)構(gòu)成，接地集成板(3)上開設(shè)有多個氣體通孔； 處理腔(8)由接地集成板(3)與集成板(2)構(gòu)成，集成板(2)的上下兩側(cè)設(shè)有絕緣板(I);集成板(2)上設(shè)有呈陣列式分布的放電單元；每個放電單元由內(nèi)而外包括高壓電極(5)、阻擋介質(zhì)(7)和接地篩網(wǎng)電極(6)，三者緊密貼合，高壓電極(5)的上端與集成板(2)固定連接，下端絕緣封裝，接地篩網(wǎng)電極(6 )與接地集成板(3 )相連接；集成板(2 )與高壓交流電源相連接。
2.如權(quán)利要求I所述的基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，其特征在于，所述的高壓電極(5)與集成板(2)通過螺紋固定連接，放電單元之間相互平行。
3.如權(quán)利要求I所述的基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，其特征在于，所述的高壓電極(5)與接地篩網(wǎng)電極(6)之間的電壓幅值為4. 5 6. 5kV。
4.如權(quán)利要求3所述的基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，其特征在于，所述的放電單元兩極之間還設(shè)有測量電壓用的高壓探頭，測量放電電流的無感電阻，而電壓、電流的波形和數(shù)值用示波器來記錄和保存。
5.如權(quán)利要求I所述的基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，其特征在于，所述的絕緣板(I)為2 5mm厚的聚四氟乙烯板，高壓電極(5)的下端用聚四氟乙烯板封裝。
6.如權(quán)利要求I所述的基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，其特征在于，所述的集成板(2)為2 5mm厚的不銹鋼板，高壓電極(5)為直徑5 IOmm的不銹鋼棒，接地集成板(3)為2 5mm厚的不銹鋼板。
7.如權(quán)利要求I所述的基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，其特征在于，所述的阻擋介質(zhì)(7)為壁厚I I. 5mm的聚四氟乙烯管；接地篩網(wǎng)電極(6)為20 25目的不銹鋼篩網(wǎng)，緊貼纏繞在阻擋介質(zhì)外表面，其不銹鋼絲的直徑為0. 3 0. 5_。
8.如權(quán)利要求I所述的基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，其特征在于，所述的殼體為有機(jī)玻璃腔體。
9.如權(quán)利要求I所述的基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，其特征在于，所述的放電單元的數(shù)量為I 40個。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于介質(zhì)阻擋電暈放電等離子體處理廢氣的裝置，包括密封的殼體，殼體內(nèi)分隔成氣體緩沖腔和處理腔，殼體上分別開設(shè)有與氣體緩沖腔相連通的入口，與處理腔相連通的出口；氣體緩沖腔由殼體底部與接地集成板構(gòu)成，接地集成板上開設(shè)有多個氣體通孔；處理腔由接地集成板與集成板構(gòu)成，集成板的上下兩側(cè)均設(shè)有絕緣板；集成板上設(shè)有陣列式分布的放電單元。本發(fā)明利用緩沖腔降低氣體進(jìn)入等離子體區(qū)的速度，以達(dá)到在處理腔中充分與等離子體反應(yīng)，提高處理效率；而采用陣列式的放電結(jié)構(gòu)，大大增加了有效處理面積。
文檔編號B01D53/72GK102814109SQ20121031235
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者常正實, 邵先軍, 張冠軍 申請人:西安交通大學(xué)