專(zhuān)利名稱(chēng)：一種大氣壓非熱等離子體發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于低溫等離子體技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種等離子體發(fā)生器，特別涉及到一種大氣壓非熱等離子體發(fā)生器。
背景技術(shù)：
低溫等離子體可以分為熱等離子體和非熱等離子體。熱等離子體由于需要同時(shí)加熱等離子體中的所有粒子，而需要消耗更多的能量，并且由于所有粒子都被加熱，導(dǎo)致等離子體氣體溫度高達(dá)5000 K以上，進(jìn)而對(duì)電極和發(fā)生器的材料與結(jié)構(gòu)要求比較苛刻，同時(shí)需要快速冷卻降溫系統(tǒng)。但是在非熱等離子體中，電子溫度遠(yuǎn)高于重粒子溫度，故氣體可以保持在較低的溫度，甚至室溫。大氣壓下產(chǎn)生非熱等離子體的方法主要有電暈放電、介質(zhì)阻擋放電、火花放電和滑動(dòng)弧放電等。其中，前兩種非熱等離子體的電子密度低，反應(yīng)活性低?；鸹ǚ烹姷入x子體的電子密度高，反應(yīng)活性高，但其產(chǎn)生的等離子體有效體積太小。這很難滿足工業(yè)上對(duì)大體積等離子體反應(yīng)區(qū)的需求。滑動(dòng)弧放電雖然可以得到大體積的等離子體反應(yīng)區(qū)，但是由于滑動(dòng)弧放電等離子體的產(chǎn)生需要高的氣體流速推動(dòng)弧通道的滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這導(dǎo)致其能量密度相對(duì)較低，能量密度可調(diào)范圍窄，并且其內(nèi)在機(jī)制是由熱等離子體轉(zhuǎn)變?yōu)榉菬岬入x子體，即等離子體空間分布的均勻性較差(Journal of Physics D: AppliedPhysics, 2005, 38: R1-R24)。目前尚無(wú)同時(shí)兼顧大體積、均勻的空間分布、高能量密度并且能量密度可調(diào)范圍寬的等離子體發(fā)生器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種大體積、空間分布均勻、高能量密度并且能量密度可調(diào)范圍寬的非熱等離子體發(fā)生器，克服現(xiàn)有的大氣壓非熱等離子體發(fā)生器存在的上述問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是在發(fā)生器的外管內(nèi)，通過(guò)電極旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)火花或非熱弧放電通道繞電極旋轉(zhuǎn)的軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，包圍形成一個(gè)大體積的等離子體反應(yīng)區(qū)。火花或非熱弧放電通道受到旋轉(zhuǎn)電極的帶動(dòng)而快速轉(zhuǎn)動(dòng)，使等離子體均勻地分布在整個(gè)反應(yīng)區(qū)。在發(fā)生器的外管內(nèi)，設(shè)置兩個(gè)電極，一個(gè)電極旋轉(zhuǎn)另一個(gè)不旋轉(zhuǎn)或兩個(gè)電極同時(shí)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)電極具有一個(gè)或一個(gè)以上的放電端，不旋轉(zhuǎn)的電極采用金屬棒、金屬管、金屬環(huán)或金屬網(wǎng)。發(fā)生器的不同電極結(jié)構(gòu)，如附圖所示。電極旋轉(zhuǎn)半徑為5 - 500 mm，兩電極間距為5 -500 mm。電極上施加脈沖或非脈沖的直流或交流高壓，交流高壓頻率為50 Hz - 500 kHz。由此可以獲得圓臺(tái)狀、圓柱狀、圓錐狀等不同空間形狀的等離子體。由于放電通道的轉(zhuǎn)動(dòng)不是通過(guò)高速氣流吹動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的，這使得本發(fā)明提供的這種大氣壓非熱等離子體發(fā)生器，不僅適用于高流速氣流，也適用于低流速氣流，即適用于氣體流速范圍不大于20 m/s的氣流。因此，該發(fā)生器所產(chǎn)生的等離子體可在很寬的能量密度范圍調(diào)節(jié)。針對(duì)不同的反應(yīng)體系所需，調(diào)節(jié)合適的能量密度，以獲得最佳的能量效率。本發(fā)明的效果和益處是，所提供的一種大氣壓非熱等離子體發(fā)生器，不僅可獲得大體積、空間分布均勻和能量密度高的等離子體反應(yīng)區(qū)，而且其能量密度可調(diào)范圍和氣體流速適應(yīng)范圍都非常寬。該發(fā)生器在大氣壓和低溫下運(yùn)行，無(wú)需真空設(shè)備，裝置簡(jiǎn)便易行，能量效率高，適用于工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)需求。


圖1是具有一個(gè)放電端的旋轉(zhuǎn)電極和棒狀不旋轉(zhuǎn)電極的非熱等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是具有一個(gè)放電端的旋轉(zhuǎn)電極和管狀不旋轉(zhuǎn)電極的非熱等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是具有一個(gè)放電端的旋轉(zhuǎn)電極和環(huán)狀不旋轉(zhuǎn)電極的非熱等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是具有一個(gè)放電端的旋轉(zhuǎn)電極和網(wǎng)狀不旋轉(zhuǎn)電極的非熱等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是具有一個(gè)放電端的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)電極的非熱等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是具有多個(gè)放電端的旋轉(zhuǎn)電極和棒狀不旋轉(zhuǎn)電極的非熱等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是具有多個(gè)放電端的旋轉(zhuǎn)電極和管狀不旋轉(zhuǎn)電極的非熱等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是具有多個(gè)放電端的旋轉(zhuǎn)電極和環(huán)狀不旋轉(zhuǎn)電極的非熱等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是具有多個(gè)放電端的旋轉(zhuǎn)電極和網(wǎng)狀不旋轉(zhuǎn)電極的非熱等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖10是具有多個(gè)放電端的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)電極的非熱等離子體發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1.棒狀電極；2.發(fā)生器的外管；3. —個(gè)放電端的旋轉(zhuǎn)電極；4.管狀電極；5.環(huán)狀電極；6.網(wǎng)狀電極；7.多個(gè)放電端的旋轉(zhuǎn)電極
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。實(shí)施例1采用直徑6 mm不銹鋼棒,位于直徑30 mm的石英外管軸心,作為不旋轉(zhuǎn)的棒狀電極。僅有一個(gè)放電端的旋轉(zhuǎn)電極，使用直徑3 _的不銹鋼絲作為放電端，繞石英外管軸心以半徑10 mm旋轉(zhuǎn)。兩電極間距為17 mm。將頻率為95 kHz的正弦波高壓，施加于電極上，即可得到大體積、空間分布均勻和能量密度高且可調(diào)范圍寬的非熱等離子體。該等離子體發(fā)生器用于生物氣的氧化重整反應(yīng)，在能量密度128 kj/mol，氣體流量為1.4 SLM，流速為
0.12 m/s，CH4:C02 : 02=3 : 2 : 2時(shí)，原料氣中O2, CH4和CO2的轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到99%，91%和44%，能量效率高達(dá)60%。
權(quán)利要求
1.一種大氣壓非熱等離子體發(fā)生器，是在發(fā)生器的外管內(nèi)，通過(guò)電極旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)火花或非熱弧放電通道繞電極旋轉(zhuǎn)的軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，包圍形成一個(gè)大體積的等離子體反應(yīng)區(qū)；其特征是，設(shè)置兩個(gè)電極，一個(gè)電極旋轉(zhuǎn)另一個(gè)不旋轉(zhuǎn)或兩個(gè)電極同時(shí)旋轉(zhuǎn)；電極旋轉(zhuǎn)半徑為5 -500 _，兩電極間距為5 - 500 mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大氣壓非熱等離子體發(fā)生器，其特征是，旋轉(zhuǎn)的電極具有一個(gè)或一個(gè)以上的放電端；不旋轉(zhuǎn)的電極采用金屬棒、金屬管、金屬環(huán)或金屬網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大氣壓非熱等離子體發(fā)生器，其特征是，適用于氣體流速范圍不大于20 m/s的氣流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大氣壓非熱等離子體發(fā)生器，其特征是電極上施加脈沖或非脈沖的直流或交流高壓，交流高壓頻率為50 Hz - 500 kHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大氣壓非熱等離子體發(fā)生器，其特征是電極上施加脈沖或非脈沖的直流或交流高壓，交流高壓頻率為50 Hz - 500 kHz。
全文摘要
本發(fā)明屬于低溫等離子體技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種大氣壓非熱等離子體發(fā)生器。在發(fā)生器的外管內(nèi)，通過(guò)電極旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)火花或非熱弧放電通道繞電極旋轉(zhuǎn)的軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，包圍形成一個(gè)大體積的等離子體反應(yīng)區(qū)。其特征是設(shè)置兩個(gè)電極，一個(gè)電極旋轉(zhuǎn)另一個(gè)不旋轉(zhuǎn)或兩個(gè)電極同時(shí)旋轉(zhuǎn)；電極旋轉(zhuǎn)半徑為5-500mm，兩電極間距為5-500mm。旋轉(zhuǎn)電極具有一個(gè)或一個(gè)以上的放電端，不旋轉(zhuǎn)的電極采用金屬棒、金屬管、金屬環(huán)或金屬網(wǎng)。本發(fā)明的效果和益處是，不僅可獲得大體積、空間分布均勻和能量密度高的等離子體反應(yīng)區(qū)，而且其能量密度可調(diào)范圍和氣體流速適應(yīng)范圍都非常寬。該發(fā)生器在大氣壓和低溫下運(yùn)行，無(wú)需真空設(shè)備，裝置簡(jiǎn)便易行，能量效率高。
文檔編號(hào)H05H1/24GK103025039SQ20121051391
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者朱愛(ài)民, 劉景林, 李小松, 丁天英 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)