专利名称：锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及低温等离子体发生技术，具体地指一种锥齿形介质阻 挡放电等离子体化学反应器。
背景技术：
目前，在大气压条件下通过电晕放电装置或介质阻挡放电装置(DBD) 来产生低温等离子体，已成为两种应用最为广泛的等离子体化学反应技术。 申请号为200510095594.X的中国发明专利申请公开说明书在分析比较电 晕放电和介质阻挡放电的各自特点后，提出了 一种电暈耦合介质阻挡放电 的低温等离子体产生装置。该装置的两电极之间采用了针一板形状的放电 结构，可以在针尖与电介质层之间的区域产生较强的等离子体区域，从而 可以对流体物进行重整化学反应。这种结构的放电电极可以在针 一 板之间 形成比较均匀的等离子体，且具有放电电压低、放电强烈、所产生的活性 粒子多等特点。但当流体反应物经过该等离子体区域时，由于针尖是间断
布置的，在针尖与针尖之间仍然存在大量的非等离子体区域，导致部分流
体反应物不经等离子体区域就直接流出装置外，这样将不利于流体反应物
重整效率的进止 —少提高。同时，由于针尖面积太小，针尖上的电流过于集
中，使得针尖非常容易被烧蚀，因而其并不适宜于流体反应物的等离子体
化学反应。
发明内容
本实用新型的目的就是要提供一种放电区域连续、运行稳定可靠、所 产生活性粒子浓度大、适合于流体反应物在其中进行高效化学反应的锥齿 形介质阻挡放电等离子体化学反应器。
为实现上述目的，本实用新型所设计的锥齿形介质阻挡放电等离子体 化学反应器，包括反应室罩、设置在反应室罩中的一对金属电极、以及施 加在该对金属电极上的高压高频电源。所述其中一个金属电极的表面设计 有多排锥形放电齿，所述另一个金属电极的表面覆盖有电介质层。所述锥 形放电齿和电介质层之间为强电离放电区域，当在两金属电极上加载高频 高压电源后，可在该强电离放电区域形成低温等离子体区，为流体反应物
提供特殊的等离子体化学反应条件。所述强电离放电区域设置有反应物进 口和生成物出口 。
上述各排锥形放电齿的优选参数为齿高1 5mm、锥角5~45° 、齿端 与电介质层的间距0.5 4rrnn，各排锥形放电齿为整体连续式结构，相邻两 排锥形放电齿的齿间距为1。 5 9mm。
上述电介质层的优选参数为电阻率大于10"Q/cm、介电常数的值大 于9，厚度为0.5~1.5mm，临界击穿电场强度^400KV/cm 、吸水率为0.0%。
本实用新型的优点在于所设计的等离子体化学反应器采用锥形放电 齿介质阻挡放电结构，其锥形放电齿的齿线是连续不间断排列的，由此所 形成的等离子体区不论在齿线方向上还是在垂直于齿线的方向上均是连续 不断的，既克服了针一板介质阻挡放电中存在非等离子体区域的缺陷，又 弥补了针一板介质阻挡放电中针形电极容易烧蚀的不足。其不仅具有起始 电压低、放电强烈、放电区域连续均匀、所产生的活性粒子能量高、浓度 大的优点，而且具有响应速度快、可控制性好的特点。同时其结构简单、 体积轻巧、运行稳定可靠，所有流体反应物均能够通过其强电离放电等离 子体区进行重整，可大幅提高流体反应物的重整效率，特别适宜于在常压 下流体反应物的等离子体化学反应。
图1为 一种同心圆板结构的锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器 的剖视结构示意图2为图1中具有多排锥形放电齿的金属电极的俯视结构示意图3为一种同轴圆柱结构的锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器 的剖视结构示意图
图4为一种平行平板结构的锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器 的剖视结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进 一 步的详细描述
如图1 ~ 4所示三种结构的锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器，
都具有一个反应室罩4， 一对设置在反应室罩4中的金属电极6、 9，以及 施加在该对金属电极6、 9上的高压高频电源10。其中一个金属电极6的 表面设计有多排锥形放电齿12，另一个金属电极9的表面覆羞有电介质层 8。锥形放电齿12和电介质层8之间为强电离放电区域7,强电离放电区
域7设置有反应物进口 5和生成物出口 11。
上述各排锥形放电齿12的齿高设计为l~5mm、锥角为5~45° 。锥形 放电齿12的齿端与电介质层8的间距为0.5~4mm，优选间距为1.5~3mm, 最佳间距为1.0 2.5mm。各排锥形放电齿1 2为整体连续式结构，相邻两排 锥形放电齿12的齿间距设计为1.5~9mm。上述电介质层8的电阻率大于 1014Q/cm、介电常数的值大于9，厚度为0.5~1.5mm，临界击穿电场强度 ^400KV/cm、吸水率为0.0%。这样设计，可以满足形成超强电离放电区域 的需要，确保流体反应物的化学反应效率。
对于图1所示的同心圆板形锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器 而言，其金属电极6、 9是一对同心圆板形金属电极，其中一个圆板形金属 电极6设置有中心孔，锥形放电齿12多排同心环形分布在该圆板形金属电 极6的表面上，另一个圆板形金属电极9的表面覆盖圆形电介质层8。具 体制作时，采用一个厚度10 30mm、中心孔径1 Omm的金属圆板，车出齿 高1 5mm、锥角5 45° 、齿间距1.5 9mm的多排同心环状锥齿，另一厚 度为10 30mm的金属圆板与之平行相对，表面覆盖lmm厚的电介质层8 即可。将该对金属电极6、 9固定在反应室罩4中，流体反应物导管13穿 过反应室罩4与圆板形金属电极6的中心孔相连，该中心孔即是反应物进 口 5。生成物出口 11则开设在反应室罩4的侧面，与一对圆板形金属电极 6、 9所形成的强电离放电区域7的侧面四周相通。
对于图2所示的同轴圆柱形锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器 而言，其金属电极6、 9是一对同轴圆柱形金属电极，锥形放电齿12多排 同轴环形分布在内侧圆柱形金属电极6的表面上，外侧圆柱形金属电极9 的表面上覆盖圆筒形电介质层8。具体制作时，采用直径50 300mm的金 属圆棒，在其表面车出齿高l~5mm、锥角5 45。、齿间距1.5~9mm的多 排同轴环状锥齿，另 一 壁厚5 20mm的金属圆管与之同轴相对，表面覆盖 1.5mm厚的圆筒形电介质层8即可。反应物进口 5设置在该对圆柱形金属 电极6、9所形成的筒状强电离放电区域7—端的反应室罩4上。生成物出 口 11'设置在该对圆柱形金属电极6、 9所形成的筒状强电离放电区域7另 一端的反应室罩4上。
对于图3所示的平行平板形锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器 而言，其金属电极6、 9是一对平行平板形金属电极，锥形放电齿12多排 平行分布在其中一个平板形金属电极6的表面上，另一个平板形金属电极
9的表面覆盖平板形电介质层8 。具体制作时，采用厚度1 0~30mm的金属 平板，在其上铣出齿高l~5mm、锥角5~45° 、齿间距1.5 9mm的多排平 行锥齿，另一厚度为10~30mm的金属平板与之平行相对，表面覆盖0.5mm 厚的电介质层8即可。反应物进口5设置在该对平行平板形金属电极6、 9 所形成的缝形强电离放电区域7 —侧的反应室罩4上，并与锥形放电齿12 的齿线方向相垂直。生成物出口 11设置在该对平行平板形金属电极6、 9 所形成的缝形强电离放电区域7另一侧的反应室罩4上。
上述任一种锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器工作时，加载在 一对金属电极6、9上的高频高压电源IO使锥形放电齿12和电介质层8之 间形成低温强电离放电区域7。高压高频电源10的工作参数一般为电压 5~20KV、频率7-15KHz、电极放电间距0.5 4mm。此时将流体反应物从反 应物进口5导入，使其在强电离放电区域7中发生强烈的重整化学反应， 经过重整后的生成物则从生成物出口 ll导出。
权利要求1.一种锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器，包括反应室罩(4)、设置在反应室罩(4)中的一对金属电极(6、9)和施加在该对金属电极(6、9)上的高压高频电源(10)，其特征在于所述其中一个金属电极(6)的表面设计有多排锥形放电齿(12)，所述另一个金属电极(9)的表面覆盖有电介质层(8)，所述锥形放电齿(12)和电介质层(8)之间为强电离放电区域(7)，所述强电离放电区域(7)设置有反应物进口(5)和生成物出口(11)。
2 .根据权利要求1所述的锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器， 其特征在于所述各排锥形放电齿(12)的齿高为1 5mm、锥角为5 45 ° 、齿端与电介质层(8)的间距为0.5~4mm，各排锥形放电齿(12)为整 体连续式结构，相邻两排锥形放电齿(12)的齿间距为1.5 9mm。
3. 根据权利要求1或2所述的锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应 器，其特征在于所述一对金属电极(6、 9)是一对同心圆板形金属电极， 其中一个圆板形金属电极(6)设置有中心孔，所述锥形放电齿(12)多排 同心环形分布在该圆板形金属电极(6)的表面上，另一个圆板形金属电极(9)的表面覆盖圆形电介质层(8);所述反应物进口 (5)与该圆板形金 属电极(6)的中心孔相连；所述生成物出口 (11)与一对圆板形金属电极 (6、 9)的侧面四周相通。
4. 根据权利要求1或2所述的锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应 器，其特征在于所述一对金属电极(6、 9)是 一对同轴圆柱形金属电极， 所述锥形放电齿(12)多排同轴环形分布在内侧圆柱形金属电极(6)的表 面上，外侧圆柱形金属电极(9)的表面上覆盖圆筒形电介质层(8);所述 反应物进口 (5)设置在一对圆柱形金属电极(6、 9)的轴向一端；所述生 成物出口 (11)设置在一对圆板形金属电极(6、 9)的轴向另一端。
5. 根据权利要求l或2所述的锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应 器，其特征在于所述一对金属电极(6、 9)是一对平行平板形金属电极， 所述锥形放电齿(12)多排平行分布在其中一个平板形金属电极(6)的表 面上，另一个平板形金属电极(9)的表面覆盖平板形电介质层(8):所述 反应物进口 (5)设置在一对平行平板形金属电极(6、 9)的一侧，并与锥 形放电齿(12)的齿线方向相垂直所述生成物出口 (11)设置在 一 对平 行平板形金属电极(6、 9)相对应的另一侧。
6.根据权利要求1或2所述的锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应 器，其特征在于所述电介质层(8)的电阻率大于10l4Q/cm、介电常数 的值大于9，厚度为0.5 1.5mm，临界击穿电场强度^400KV/cm、吸水率为 0,0%。
专利摘要本实用新型公开了一种锥齿形介质阻挡放电等离子体化学反应器，其主要由一个表面设计有多排连续锥形放电齿的金属电极和另一个表面覆盖有电介质层的金属电极组成，锥形放电齿和电介质层之间为强电离放电区域。由于其锥形放电齿的齿线是连续不间断排列的，因此所形成的等离子体区不论在齿线方向上还是在垂直于齿线的方向上均是均匀连续的。其不仅具有起始电压低、放电强烈、放电区域连续均匀、所产生的活性粒子能量高、浓度大的优点，而且具有响应速度快、可控制性好的特点。同时其结构简单、体积轻巧、运行稳定可靠，能大幅提高流体反应物的重整效率，特别适宜于在常压下流体反应物的等离子体化学反应。
文档编号H05H1/24GK201002015SQ20072008313
公开日2008年1月9日 申请日期2007年1月11日 优先权日2007年1月11日
发明者李格升, 游伏兵, 潘志翔, 胡又平, 高孝洪 申请人:武汉理工大学