[发明专利]等离子体反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子体反应器(堆叠非热等离子体反应器 (stacked non-thermal plasma reactor)(NTPR))，更具体地讲，本发明 涉及这样一种等离子体反应器，其中，对这种等离子体反应器进行构建从 而使得良好绝缘高压电源连接到电极由此它能够利用较低功耗产生稳定 和均匀的等离子体并且这种等离子体反应器还具有一种有利于气体通过 形成等离子体场的内部区域的结构。

该等离子体反应器具有各种应用。例如，该等离子体反应器能够用 作减少或去除车辆废气中的有毒气体或微粒物质的系统的一部分或者能 够用于在将臭氧溶解在水中的设备中产生臭氧。

柴油机引擎被强烈推荐作为解决汽油机引擎的低热效率和高燃料消 耗问题的方案。由于用户的偏爱同样针对增大热效率并且降低燃料消耗， 所以对柴油机引擎的需求迅速上升。

由于柴油机引擎的应用的不断增加，许多发达国家已经提高了柴油 机引擎的废气的排放标准的规格并且对来自柴油机引擎的有毒物质的排 放进行控制以减少排放。由于许多国家主要是欧洲和美国已经增大了对排 放的控制，所以需要提供一种与传统的后处理设备不同的新概念的废气净 化设备。

由于利用低温或非热等离子体(NTP)反应的废气净化系统能够同 时减少柴油机微粒物质和NOx，所以利用等离子体反应的废气净化系统 被认作是一种重要技术。

臭氧水生产技术用于通过NTP反应对空气中的氧气进行激励以产 生臭氧并且然后将该臭氧溶解在水中。这种技术具有多个优点，例如，它 具有高杀菌效果并且提升了净化作用并且还增大了臭氧在水中的溶解性 从而增大了溶解的臭氧的量。

为了增大这些效果，需要增大臭氧水中的臭氧的浓度并且由此需要 减小等离子体反应器与用于溶解臭氧的水之间的距离。由于需要重复地在 水中溶解臭氧，所以还需要进行稳定的等离子体反应，即使在包含大量湿 气的气体中。

根据作为不需要任何高温热源就能够分解或氧化有毒气体的技术的 NTP方法，高压AC电源提供给包括介电电极的反应器从而在大气压力 条件下产生包括电子和离子的低温(非热)等离子体，并且在这个过程中 产生的一些高能量的电子用于与有毒气体产生化学反应以处理有毒气体。

背景技术

利用低温等离子体的有毒气体处理技术包括：

美国专利No.4,954,320，题目“Reactive Bed Plasma Air Purification”， 于1990年9月4日授予Joseph G.Birmingham等人。

美国专利No.5,236,672，题目“Corona Destruction of Volatile Organic Compounds and Toxies”，于1993年8月17日授予Carlos M.Nunes等人。

美国专利No.5,609,736，题目“Methods and Apparatus for Controlling Toxic Compounds Using Catalysis-Assisted Non-Thermal Plasma”，于 1997年3月11日授予Toshiaki Yamamoto。

在以上现有技术中，脉冲电源用于产生低温等离子体，或者催化或铁 电粉填充在反应器中从而增大反应效率并且减小可能在反应后产生的气 体中的二级污染物。

这些技术很少进行商业化利用，这是因为在它们处理的过程中产生的 悬浮副产品可能会附贴到管道上从而阻塞管道或者降低反应器的电特性， 由此阻碍了这些过程的连续操作。

直到现在提议的用于低温等离子体过程中的多数反应器具有利用多 对电极的结构，其中，一对电极采取圆筒的形式，另一对电极采取细导线 或者小直径管的形式。

尽管这些反应器与可在市场上进行购置的传统的中等或者大尺寸臭 氧产生器相似并且由此具有在反应器中产生的热量被释放到外部以降低 它们的操作温度的优点，但是它们具有与气体流量相比较尺寸较大的问 题。

在一些利用等离子体产生原理的小尺寸臭氧产生器中，反应器包括多 个片电极。现有技术中广泛知道的具有多片电极或多单元电极的反应器的 最显著特征是它们的操作温度的上升，这是因为与具有圆柱结构的反应器 相比较而言，难于将在反应器中产生的热量传递到外部。