[发明专利]用于优化的到脉冲电源的耦合的细长非热等离子体反应器

说明书

本申请公开了一种用于介质阻挡放电(DBD)系统的等离子体反应器。该系统包括一个或多个等离子体反应器模块。该一个或多个等离子体模块被配置作为传输线。馈入一个或多个反应器模块的第一端中的电压脉冲的上升时间和/或下降时间的持续时间短于电压脉冲从一个或多个反应器模块的第一端到一个或多个反应器模块的第二端的运行时间。

技术领域

本公开的实施例总体涉及使用介质阻挡放电方法生成等离子体。具体地，本公开提供了一种用于介质阻挡放电的可扩展等离子体反应器，其使用非热等离子体，具有传播的介质阻挡放电区域，以优化方式将该可扩展等离子体反应器耦合到脉冲电源。

背景技术

介质阻挡放电(DBD)在工业应用中经常用于生成化学物类，如化学自由基，这些化学物类尤其可以用于对表面或液体进行消毒和清洁。介质阻挡放电例如已经被应用作为处理压载水的反应化学物类的源。

大型DBD反应器(例如，用于生产臭氧)通常使用低频ac电压进行操作。DBD反应器可以在1kV至100kV范围内的高压下操作。

电压波形存在两种主要类型：慢速正弦ac波形，常常用于商业应用，其中频率介于10Hz与10000Hz之间；以及脉冲串形波形，由具有快速上升时间(小于100ns)的短(优选地，矩形)电压脉冲组成。

对于大型商业DBD反应器(例如，用于净化船舶中的压载水)，期望把电能高效转化为活性物类，例如，活化气体。

众所周知，与使用低频ac电压进行的操作相比较，使用短脉冲把电能转换为活性物类的效率更高。大多数大型商业DBD反应器使用低频ac电压进行操作，并未从脉冲操作中受益。

这在一定程度上是因为大型DBD反应器具有高电容(如大电容器)，因此由于位移电流而需要高电流来实现快速上升时间。

然而，在高电压下切换高电流在技术上比施加慢速ac电压更具挑战性。

这在一定程度上是由于以下原因：对于工业应用，大量O₃(或其他物类)需要大面积的大DBD等离子体反应器，因此需要大电容。大电容需要高电流才能实现快速上升时间。

众所周知，意味着大差分值dU/dt的小上升时间可以提高放电效率(例如，臭氧(O₃)生产)。但是，在高电压下切换高电流在技术上比施加慢速ac电压更具挑战性。

因为电流对于电源或电缆而言变得太大(由于其阻抗会限制电流)，所以不能在高容量下应用高上升时间。因此，脉冲串目前仅适用于小型理论反应器。

在JUNFENG RAO等人的文献“A Novel All Solid-State Sub-Microsecond PulseGenerator for Dielectric Barrier Discharges”(IEEE TRANSACTIONS ON PLASMASCIENCE.IEEE SERVICE CENTER,PISCATAWAY,NJ,US，第41卷，第3期，2013年3月1日(2013-03-01)，第564-569页，XP011495310)中，公开了一种用于在几微秒内激发连续DBD的固态脉冲生成器。

该生成器由MARX生成器、布鲁姆林(Blumlein)传输线和一个磁性开关组成。作为电源，全固态MARX生成器可以输出电压峰值高达20kV的纳秒脉冲。布鲁姆林传输线由MARX生成器充电。

形式为电容的DBD反应器布置在两个布鲁姆林传输线之间。传输线可以用作来自脉冲生成器的脉冲的能量储存装置。然而，这种配置中的DBD反应器来自电容类型，其当以非常快的(矩形形状)脉冲(高上升时间)进行切换时，具有缺点。

因此，本申请提供了一种克服这种限制的方法，并且寻求提供一种有效方式来在具有快速上升时间的高压脉冲供电下操作大型DBD反应器，以避免反射所引起的能量损耗。

发明内容