專利名稱：錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及低溫等離子體發(fā)生技術(shù)，具體地指一種錐齒形介質(zhì)阻 擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
目前，在大氣壓條件下通過(guò)電暈放電裝置或介質(zhì)阻擋放電裝置(DBD) 來(lái)產(chǎn)生低溫等離子體，已成為兩種應(yīng)用最為廣泛的等離子體化學(xué)反應(yīng)技術(shù)。 申請(qǐng)?zhí)枮?00510095594.X的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)在分析比較電 暈放電和介質(zhì)阻擋放電的各自特點(diǎn)后，提出了 一種電暈耦合介質(zhì)阻擋放電 的低溫等離子體產(chǎn)生裝置。該裝置的兩電極之間采用了針一板形狀的放電 結(jié)構(gòu)，可以在針尖與電介質(zhì)層之間的區(qū)域產(chǎn)生較強(qiáng)的等離子體區(qū)域，從而 可以對(duì)流體物進(jìn)行重整化學(xué)反應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)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(qiáng)烈、所產(chǎn)生的活性 粒子多等特點(diǎn)。但當(dāng)流體反應(yīng)物經(jīng)過(guò)該等離子體區(qū)域時(shí)，由于針尖是間斷
布置的，在針尖與針尖之間仍然存在大量的非等離子體區(qū)域，導(dǎo)致部分流
體反應(yīng)物不經(jīng)等離子體區(qū)域就直接流出裝置外，這樣將不利于流體反應(yīng)物
重整效率的進(jìn)止 —少提高。同時(shí)，由于針尖面積太小，針尖上的電流過(guò)于集
中，使得針尖非常容易被燒蝕，因而其并不適宜于流體反應(yīng)物的等離子體
化學(xué)反應(yīng)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是要提供一種放電區(qū)域連續(xù)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、所 產(chǎn)生活性粒子濃度大、適合于流體反應(yīng)物在其中進(jìn)行高效化學(xué)反應(yīng)的錐齒 形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體 化學(xué)反應(yīng)器，包括反應(yīng)室罩、設(shè)置在反應(yīng)室罩中的一對(duì)金屬電極、以及施 加在該對(duì)金屬電極上的高壓高頻電源。所述其中一個(gè)金屬電極的表面設(shè)計(jì) 有多排錐形放電齒，所述另一個(gè)金屬電極的表面覆蓋有電介質(zhì)層。所述錐 形放電齒和電介質(zhì)層之間為強(qiáng)電離放電區(qū)域，當(dāng)在兩金屬電極上加載高頻 高壓電源后，可在該強(qiáng)電離放電區(qū)域形成低溫等離子體區(qū)，為流體反應(yīng)物
提供特殊的等離子體化學(xué)反應(yīng)條件。所述強(qiáng)電離放電區(qū)域設(shè)置有反應(yīng)物進(jìn) 口和生成物出口 。
上述各排錐形放電齒的優(yōu)選參數(shù)為齒高1 5mm、錐角5~45° 、齒端 與電介質(zhì)層的間距0.5 4rrnn，各排錐形放電齒為整體連續(xù)式結(jié)構(gòu)，相鄰兩 排錐形放電齒的齒間距為1。 5 9mm。
上述電介質(zhì)層的優(yōu)選參數(shù)為電阻率大于10"Q/cm、介電常數(shù)的值大 于9，厚度為0.5~1.5mm，臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度^400KV/cm 、吸水率為0.0%。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于所設(shè)計(jì)的等離子體化學(xué)反應(yīng)器采用錐形放電 齒介質(zhì)阻擋放電結(jié)構(gòu)，其錐形放電齒的齒線是連續(xù)不間斷排列的，由此所 形成的等離子體區(qū)不論在齒線方向上還是在垂直于齒線的方向上均是連續(xù) 不斷的，既克服了針一板介質(zhì)阻擋放電中存在非等離子體區(qū)域的缺陷，又 彌補(bǔ)了針一板介質(zhì)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(qiáng)烈、放電區(qū)域連續(xù)均勻、所產(chǎn)生的活性粒子能量高、濃度 大的優(yōu)點(diǎn)，而且具有響應(yīng)速度快、可控制性好的特點(diǎn)。同時(shí)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 體積輕巧、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，所有流體反應(yīng)物均能夠通過(guò)其強(qiáng)電離放電等離 子體區(qū)進(jìn)行重整，可大幅提高流體反應(yīng)物的重整效率，特別適宜于在常壓 下流體反應(yīng)物的等離子體化學(xué)反應(yīng)。


圖1為 一種同心圓板結(jié)構(gòu)的錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器 的剖視結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)示意圖3為一種同軸圓柱結(jié)構(gòu)的錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器 的剖視結(jié)構(gòu)示意圖
圖4為一種平行平板結(jié)構(gòu)的錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器 的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn) 一 步的詳細(xì)描述
如圖1 ~ 4所示三種結(jié)構(gòu)的錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器，
都具有一個(gè)反應(yīng)室罩4， 一對(duì)設(shè)置在反應(yīng)室罩4中的金屬電極6、 9，以及 施加在該對(duì)金屬電極6、 9上的高壓高頻電源10。其中一個(gè)金屬電極6的 表面設(shè)計(jì)有多排錐形放電齒12，另一個(gè)金屬電極9的表面覆羞有電介質(zhì)層 8。錐形放電齒12和電介質(zhì)層8之間為強(qiáng)電離放電區(qū)域7,強(qiáng)電離放電區(qū)
域7設(shè)置有反應(yīng)物進(jìn)口 5和生成物出口 11。
上述各排錐形放電齒12的齒高設(shè)計(jì)為l~5mm、錐角為5~45° 。錐形 放電齒12的齒端與電介質(zhì)層8的間距為0.5~4mm，優(yōu)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(xù)式結(jié)構(gòu)，相鄰兩排 錐形放電齒12的齒間距設(shè)計(jì)為1.5~9mm。上述電介質(zhì)層8的電阻率大于 1014Q/cm、介電常數(shù)的值大于9，厚度為0.5~1.5mm，臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度 ^400KV/cm、吸水率為0.0%。這樣設(shè)計(jì)，可以滿足形成超強(qiáng)電離放電區(qū)域 的需要，確保流體反應(yīng)物的化學(xué)反應(yīng)效率。
對(duì)于圖1所示的同心圓板形錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器 而言，其金屬電極6、 9是一對(duì)同心圓板形金屬電極，其中一個(gè)圓板形金屬 電極6設(shè)置有中心孔，錐形放電齒12多排同心環(huán)形分布在該圓板形金屬電 極6的表面上，另一個(gè)圓板形金屬電極9的表面覆蓋圓形電介質(zhì)層8。具 體制作時(shí)，采用一個(gè)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(huán)狀錐齒，另一厚 度為10 30mm的金屬圓板與之平行相對(duì)，表面覆蓋lmm厚的電介質(zhì)層8 即可。將該對(duì)金屬電極6、 9固定在反應(yīng)室罩4中，流體反應(yīng)物導(dǎo)管13穿 過(guò)反應(yīng)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(yīng)物進(jìn) 口 5。生成物出口 11則開(kāi)設(shè)在反應(yīng)室罩4的側(cè)面，與一對(duì)圓板形金屬電極 6、 9所形成的強(qiáng)電離放電區(qū)域7的側(cè)面四周相通。
對(duì)于圖2所示的同軸圓柱形錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器 而言，其金屬電極6、 9是一對(duì)同軸圓柱形金屬電極，錐形放電齒12多排 同軸環(huán)形分布在內(nèi)側(cè)圓柱形金屬電極6的表面上，外側(cè)圓柱形金屬電極9 的表面上覆蓋圓筒形電介質(zhì)層8。具體制作時(shí)，采用直徑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(huán)狀錐齒，另 一 壁厚5 20mm的金屬圓管與之同軸相對(duì)，表面覆蓋 1.5mm厚的圓筒形電介質(zhì)層8即可。反應(yīng)物進(jìn)口 5設(shè)置在該對(duì)圓柱形金屬 電極6、9所形成的筒狀強(qiáng)電離放電區(qū)域7—端的反應(yīng)室罩4上。生成物出 口 11'設(shè)置在該對(duì)圓柱形金屬電極6、 9所形成的筒狀強(qiáng)電離放電區(qū)域7另 一端的反應(yīng)室罩4上。
對(duì)于圖3所示的平行平板形錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器 而言，其金屬電極6、 9是一對(duì)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(gè)平板形金屬電極6的表面上，另一個(gè)平板形金屬電極
9的表面覆蓋平板形電介質(zhì)層8 。具體制作時(shí)，采用厚度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(duì)，表面覆蓋0.5mm 厚的電介質(zhì)層8即可。反應(yīng)物進(jìn)口5設(shè)置在該對(duì)平行平板形金屬電極6、 9 所形成的縫形強(qiáng)電離放電區(qū)域7 —側(cè)的反應(yīng)室罩4上，并與錐形放電齒12 的齒線方向相垂直。生成物出口 11設(shè)置在該對(duì)平行平板形金屬電極6、 9 所形成的縫形強(qiáng)電離放電區(qū)域7另一側(cè)的反應(yīng)室罩4上。
上述任一種錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器工作時(shí)，加載在 一對(duì)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(zhì)層8之 間形成低溫強(qiáng)電離放電區(qū)域7。高壓高頻電源10的工作參數(shù)一般為電壓 5~20KV、頻率7-15KHz、電極放電間距0.5 4mm。此時(shí)將流體反應(yīng)物從反 應(yīng)物進(jìn)口5導(dǎo)入，使其在強(qiáng)電離放電區(qū)域7中發(fā)生強(qiáng)烈的重整化學(xué)反應(yīng)， 經(jīng)過(guò)重整后的生成物則從生成物出口 ll導(dǎo)出。
權(quán)利要求1.一種錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器，包括反應(yīng)室罩(4)、設(shè)置在反應(yīng)室罩(4)中的一對(duì)金屬電極(6、9)和施加在該對(duì)金屬電極(6、9)上的高壓高頻電源(10)，其特征在于所述其中一個(gè)金屬電極(6)的表面設(shè)計(jì)有多排錐形放電齒(12)，所述另一個(gè)金屬電極(9)的表面覆蓋有電介質(zhì)層(8)，所述錐形放電齒(12)和電介質(zhì)層(8)之間為強(qiáng)電離放電區(qū)域(7)，所述強(qiáng)電離放電區(qū)域(7)設(shè)置有反應(yīng)物進(jìn)口(5)和生成物出口(11)。
2 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器， 其特征在于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(zhì)層(8)的間距為0.5~4mm，各排錐形放電齒(12)為整 體連續(xù)式結(jié)構(gòu)，相鄰兩排錐形放電齒(12)的齒間距為1.5 9mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng) 器，其特征在于所述一對(duì)金屬電極(6、 9)是一對(duì)同心圓板形金屬電極， 其中一個(gè)圓板形金屬電極(6)設(shè)置有中心孔，所述錐形放電齒(12)多排 同心環(huán)形分布在該圓板形金屬電極(6)的表面上，另一個(gè)圓板形金屬電極(9)的表面覆蓋圓形電介質(zhì)層(8);所述反應(yīng)物進(jìn)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(duì)圓板形金屬電極 (6、 9)的側(cè)面四周相通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng) 器，其特征在于所述一對(duì)金屬電極(6、 9)是 一對(duì)同軸圓柱形金屬電極， 所述錐形放電齒(12)多排同軸環(huán)形分布在內(nèi)側(cè)圓柱形金屬電極(6)的表 面上，外側(cè)圓柱形金屬電極(9)的表面上覆蓋圓筒形電介質(zhì)層(8);所述 反應(yīng)物進(jìn)口 (5)設(shè)置在一對(duì)圓柱形金屬電極(6、 9)的軸向一端；所述生 成物出口 (11)設(shè)置在一對(duì)圓板形金屬電極(6、 9)的軸向另一端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng) 器，其特征在于所述一對(duì)金屬電極(6、 9)是一對(duì)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(gè)平板形金屬電極(6)的表 面上，另一個(gè)平板形金屬電極(9)的表面覆蓋平板形電介質(zhì)層(8):所述 反應(yīng)物進(jìn)口 (5)設(shè)置在一對(duì)平行平板形金屬電極(6、 9)的一側(cè)，并與錐 形放電齒(12)的齒線方向相垂直所述生成物出口 (11)設(shè)置在 一 對(duì)平 行平板形金屬電極(6、 9)相對(duì)應(yīng)的另一側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng) 器，其特征在于所述電介質(zhì)層(8)的電阻率大于10l4Q/cm、介電常數(shù) 的值大于9，厚度為0.5 1.5mm，臨界擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度^400KV/cm、吸水率為 0,0%。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種錐齒形介質(zhì)阻擋放電等離子體化學(xué)反應(yīng)器，其主要由一個(gè)表面設(shè)計(jì)有多排連續(xù)錐形放電齒的金屬電極和另一個(gè)表面覆蓋有電介質(zhì)層的金屬電極組成，錐形放電齒和電介質(zhì)層之間為強(qiáng)電離放電區(qū)域。由于其錐形放電齒的齒線是連續(xù)不間斷排列的，因此所形成的等離子體區(qū)不論在齒線方向上還是在垂直于齒線的方向上均是均勻連續(xù)的。其不僅具有起始電壓低、放電強(qiáng)烈、放電區(qū)域連續(xù)均勻、所產(chǎn)生的活性粒子能量高、濃度大的優(yōu)點(diǎn)，而且具有響應(yīng)速度快、可控制性好的特點(diǎn)。同時(shí)其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積輕巧、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，能大幅提高流體反應(yīng)物的重整效率，特別適宜于在常壓下流體反應(yīng)物的等離子體化學(xué)反應(yīng)。
文檔編號(hào)H05H1/24GK201002015SQ20072008313
公開(kāi)日2008年1月9日 申請(qǐng)日期2007年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月11日
發(fā)明者李格升, 游伏兵, 潘志翔, 胡又平, 高孝洪 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)