[实用新型]立式优化时空分布的随机性流光放电反应器

说明书

技术领域：

本实用新型涉及等离子体化学领域，特别是在不含有介质阻挡层的电极间隙中产生时空分布优化的随机性流光放电非热等离子体的化学反应器。

背景技术：

等离子体反应器包含等离子体发生器和相应的反应器，在等离子体发生器方面涉及用高压电源引发气体流光放电发生非热等离子体，在反应器方面涉及在不同反应区内采用不同放电系统发生等离子体化学反应。

目前采用的一种同步性流光放电，是用脉冲宽度为几十至几百纳秒的高电压发生流光放电时，每个脉冲激发的流光放电在放电极各尖端、在若干纳秒时间范围内同时发生，每个流光放电的电流脉冲宽度为几十至百余纳秒；另一种随机性流光放电，是在两电极间设固体绝缘介质阻挡层，并在两极施加交流高电压，在每半个电压周期内，在电极与固体表面间发生微流光放电，每个流光放电的电流脉冲宽度为十几纳秒，这些流光放电在空间上随机地发生在不同部位，在时间上随机地分布在若干毫秒的范围。上述两种类型的流光放电都能在反应器中引发显著的化学反应，但在工业应用上，前一种电源昂贵，后一种能量效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种立式优化时空分布的随机性流光放电反应器，该反应器不含有介质阻挡层，具有良好的时空分布性能，还具有反应器体积小、能量效率高、价格低的优点。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种立式优化时空分布的随机性流光放电反应器，包括气体入口1、等离子体化学反应区2、放电极3、高压连接线4、高压电源5、接地极6和气体出口7。气体入口1位于等离子体化学反应区2的上端或下端，气体出口7则相对应地位于等离子体化学反应区2的下端或上端，所述等离子体化学反应区2由放电极3和接地极6组成一个单元或多个单元并联，每个单元由一段或多段串联构成，所述放电极3平行于气流方向设置，并均匀安置在所述接地极6之间，所述高压电源5通过高压连接线4与放电极3连接，高压电源5输出电压为直流基压与周期性电压叠加。所述高压电源5的周期电压周期为6.67微秒--62.5微秒。所述接地极6的形状为平板时，放电极3与接地极6之间的异极距为1cm-30cm；所述接地极6的形状为圆筒或正多边形筒时，放电极3设置在筒的轴心位置，放电极3与接地极6之间的异极距为1cm-30cm。所述接地极6为导体或绝缘体，朝向放电极3的表面为光面，或多孔介质面，或敷有高比表面积衬物。所述放电极3为十字锯齿型或米字锯齿型，齿间距δ为1mm--10mm，齿高χ为0.5mm--10mm，杆芯直径d为5mm--25mm，锯基高μ为0mm--5mm，放电极长L为0.1m--15m，朝向接地极(3)相邻锯齿面夹角α为45°-90°。

本实用新型公开的立式优化时空分布的随机性流光放电反应器与含有介质阻挡层的随机性流光放电与同步性流光放电相比，具有如下的有益效果：

1、具有良好的时间分布性能，能量效率高。立式优化时空分布的随机性流光放电反应器采用直流基压叠加周期在6.67微秒--62.5微秒之间的周期性电压，在不含有介质阻挡层的电极间隙中，可以得到重复率为100-40000pps的随机性流光放电。在这样放电能量时间分布条件下，分配在每一个流光脉冲的能量远小于窄脉冲放电情形，故在同等功率条件下，前者产生的瞬间自由基的密度低，于是降低了放电发生的自由基的复合率，也即降低了能耗，提高了能量效率。

2、具有良好的空间分布性能，反应器体积小。在每一根放电极附近，放电产生的活性粒子的密度约与径向距离成反比，单元反应器放电极与接地极之间的距离为R，R过大会使放电注入气相的活性粒子过度不均匀，放电极附近的活性粒子密度大，致使自复合速率高，导致能量效率低；远离放电极的地方，活性粒子密度过低，导致化学反应速率低，不能充分发挥反应器设备的效用，另外，R大需要电压等级高的电源供电，增加了电源的难度。因此，为了得到流光放电优化的空间分布，限制R在2cm--60cm之间，并把反应器分解为多个单元和段，构成若干个并联的单元和若干个串联的段，根据各段处理气体的实际需要，分配注入流光放电的功率。

此外，对放电极3和接地极6的形状、尺寸及其间的几何关系进行优选也十分重要。流光放电分布角θ定义为流光放电从放电极3中心点对接地极6分布的角度，在线--圆筒形极配状况下，θ＝360°，流光放电空间分布最好；在线--平板极配状况下，θ＝60°。