CN101990354A - 介质阻挡放电等离子体放大反应器脉冲供电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种介质阻挡放电等离子体放大反应器脉冲供电方法，属于环境电工技术领域。其特征是脉冲电源给介质阻挡放电等离子体放大反应器供电，脉冲电源的脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容比是0.48～10。脉冲电源给介质阻挡放电等离子体放大反应器供电，脉冲电源的脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容匹配比是1～4。本发明是为脉冲电源与介质阻挡放电等离子体放大反应器的匹配技术提供方法，优化电源与反应器的能量利用关系，达到电源的高效利用和介质阻挡放电等离子体放大反应器放电特性的优化。本发明为介质阻挡放电等离子体反应器放大应用提供参考。
Description
技术领域
本发明属于环境电工技术领域，涉及到一种介质阻挡放电等离子体放大反应器脉冲供电方法。
背景技术
介质阻挡放电可以在常温常压下产生大体积低温等离子体，具有广阔的工业应用前景。介质阻挡放电等离子体能够产生高浓度的活性物质如高能电子、O3、·O、·OH等，同时放电过程中还伴随有紫外光、冲击波等物理效应产生。目前，介质阻挡放电已广泛应用于臭氧发生器、材料表面改性、环境污染控制等领域。
传统的介质阻挡放电供电方式为交流高频高压电源供电，通过提高电源的供电电压和频率来增加放电过程中活性物质的产生和提高反应器的能量注入。介质阻挡放电等离子体放大反应器为容性负载，具有通高频阻低频的特性，即在高频供电情况下，反应器阻抗低，反应器承担的电压下降，使放电不能发生，注入反应器能量低，另一方面电源因输出电流过大造成损坏，因此供电电源的频率不宜过高。
近年来，脉冲电源被应用于激励介质阻挡放电，脉冲电源具有脉冲上升前沿陡(纳秒级)、脉冲宽度窄(微秒级)的特点，放电能量在瞬间注入到反应器中，电能利用效率高。在脉冲电源应用过程中，需要调整并优化脉冲电源与介质阻挡等离子体放大反应器之间的匹配关系，以达到电能的高效利用。已知的匹配调整方式包括：1、调整反应器的结构和参数(如文献《电工电能新技术》2004，23(2)“等离子体反应器的改进及其与脉冲电源间的匹配”)。但是，多数情况下，等离子体反应器主要结构确定之后其结构和参数可调整的范围较小，并且此种方法实现所需实验周期长，耗费的实验成本高，不利于等离子体反应器的放大和工业应用。2、附加匹配电路网络(如专利CN1777010“一种实现脉冲电源与等离子体负载间匹配的方法”)，此种方法的不足在于需在脉冲电源与等离子体反应器之间附加复杂的包括高压电阻、高压电容、高压电感在内的匹配电路，实现成本高，电路计算复杂，且匹配电路增加了电源能量消耗。以上提及的两种调整方式，都存在着实现方法复杂、成本高、实验周期长、不利于等离子体反应器放大应用的不足，而对于直接在脉冲电源内部进行脉冲形成电容调整以达到与介质阻挡放电等离子体放大反应器之间匹配的方法未见报道。
发明内容
本发明提供了一种介质阻挡放电等离子体放大反应器脉冲供电方法，解决脉冲电源与介质阻挡放电等离子体放大反应器之间匹配技术复杂、实验周期长、耗费成本高等问题。
本发明的技术解决方案如下：
(1)脉冲供电电源是高压脉冲电源，为间隙开关式脉冲电源，由高压电源控制器、高压直流电源和高压开关组成。
(2)反应器是介质阻挡放电等离子体放大反应器。
(3)介质阻挡放电等离子体放大反应器脉冲供电方法为：测量介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容。利用脉冲电源给介质阻挡放电等离子体放大反应器供电，调整脉冲电源的脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容比是0.48～10，测量脉冲形成电容放电恢复电压与其放电前电压比。
由测量所得的脉冲形成电容放电恢复电压与其放电前电压比可知，脉冲电源供给反应器的能量随脉冲电源的脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容比值的增大而增加。
选择脉冲电源的脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容比为1～10，脉冲电源可给介质阻挡放电等离子体放大反应器提供充足的能量。
随脉冲电源的脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容比的增大，脉冲电源供给的能量并没有被介质阻挡放电等离子体放大反应器完全有效的利用，未有效利用的能量以电压的形式反馈给脉冲形成电容，造成电能损耗。因此通常选择脉冲电源的脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容匹配比为1～4，电能利用率高。
本发明的有益效果是为脉冲电源与介质阻挡等离子放大反应器提供一种高效、简便的匹配供电方法，通过直接调整脉冲电源的脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容比实现介质阻挡放电等离子体放大反应器的脉冲供电；方法实现成本低，没有附加其他耗能器件，达到了电源的高效利用和介质阻挡放电等离子体放大反应器放电特性的优化，为介质阻挡放电等离子体反应器放大应用提供参考。
附图说明
图1是本发明的脉冲电源原理示意图。
图2是本发明的介质阻挡放电等离子体放大反应器。
图3是本发明的脉冲电源与介质阻挡放电等离子体放大反应器的接线图。
图中：1高压开关；2高压开关；3高压电极；4介质；5低压电极；
6物质填充床。
Ce储能电容；Cp脉冲形成电容；
具体实施方式
本实例中所采用的脉冲电源是双极性高压脉冲电源，频率范围为0～200Hz，电压极限值范围为±50kV，脉冲形成电容可变范围为1～50nF，额定功率为2kW。
本实例中采用的介质阻挡放电等离子体放大反应器是介质阻挡放电等离子体物质处理放大反应器。放大反应器框架由工程塑料制成，外尺寸为350mm×310mm×500mm的长方体，采用单元层叠放置方法，各单元的高压电极与低压电极为238mm×238mm×2mm的不锈钢板，300mm×300mm×3mm的普通玻璃作为放电介质，物质填充床高15mm，用需处理的物质填满床层。放大反应器以并联方式连接脉冲电源。
具体实施步骤：
1、测量双极性高压脉冲电源输入输出关系，并绘制特性曲线。选取直流高压电源输出电压为21.8kv，频率为50Hz。
2、利用交流电桥测量介质阻挡放电等离子体物质处理放大反应器的静态电容为4.18nF。
4、分别选取脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体物质处理放大反应器的静态电容(4.18nF)比为0.48、0.96、1.44、1.91、2.87、3.82、5.74、6.82、7.65、9.81。
5、测量正极性脉冲形成电容电压变化量，并计算其放电恢复电压与放电前电压比值。脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体物质处理放大反应器的静态电容(4.18nF)比为0.48、0.96、1.44、1.91、2.87、3.82、5.74，正极性脉冲形成电容放电恢复电压与其放电前电压比分别为0.64、0.72、0.91、0.94、0.97、0.98、1.12、1.24、1.30、1.52。
由正极性脉冲形成电容放电恢复电压与其放电前电压比可知，随脉冲形成电容为反应器静态电容比增大，反应器注入能量增加。脉冲形成电容为反应器静态电容比为1以上，脉冲电源可给反应器提供充足的能量。但随着脉冲形成电容为反应器静态电容比值的增大，反应器将不能有效利用的能量以电压的形式反馈给脉冲成形电容，造成电能的损耗。选取脉冲形成电容为反应器静态电容比为1～4，脉冲电源与介质阻挡放电等离子体物质处理放大反应器之间实现匹配，电能利用率高。
Claims (3)
1.一种介质阻挡放电等离子体放大反应器脉冲供电方法，其特征在于，
(1)脉冲供电电源是高压脉冲电源，为间隙开关式脉冲电源，由高压电源控制器、高压直流电源和高压开关组成；
(2)反应器是介质阻挡放电等离子体放大反应器；
(3)介质阻挡放电等离子体放大反应器脉冲供电方法为：测量介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容。利用脉冲电源给介质阻挡放电等离子体放大反应器供电，调整脉冲电源的脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容比是0.48～10。
2.根据权利要求1所述介质阻挡放电等离子体放大反应器脉冲供电方法，其特征在于，选择脉冲电源的脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容比是1～10。
3.根据权利要求1所述介质阻挡放电等离子体放大反应器脉冲供电方法，其特征在于，选择脉冲电源的脉冲形成电容与介质阻挡放电等离子体放大反应器静态电容匹配比是1～4。
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