Wie man eine Atmosphärischer Druck Mikrowellenplasmabrenner zünden ohne zusätzliche Zünder

Luftdruck Mikrowellenplasmabrenner bieten eine Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen. Einerseits können sie für chemische Prozesse Volumen und andererseits ihre Nachglühen Plasma kann für die Behandlung von Oberflächen aufgebracht werden verwendet werden. Als Oberflächenbehandlungsverfahren, die Behandlung auf die Adhäsion von Leim, Farbe oder Lack oder die Dekontamination oder Sterilisation von Oberflächen erhöhen genannt werden. Das heiße und reaktive Plasma selbst kann zur Volumen Prozesse wie die Zersetzung von Abgasen ^1-7 verwendet werden. Diese Abgase schädlich sind, dazu beitragen, die globale Erwärmung und kann kaum konventionell abgebaut werden kann. Aber sie in wachsenden Branchen wie der Halbleiterzweig benötigt werden. Andere Anwendungen sind in der chemischen Synthese, wie die Dissoziation von CO ₂ zu CO und O ₂ oder CH ₄ zu Kohlenstoff und Wasserstoff ^8,9. Überschüssige elektrische Energie aus erneuerbaren Energiequellen verwendet werden, um CO distanzieren werden <sub> 2 in CO und O _2. Die CO weiter zu höheren Kohlenwasserstoffen, die als synthetische Kraftstoffe für den Transport verwendet werden kann verarbeitet werden, Plattformchemikalien für die chemische Industrie oder als chemische Speicher.

Es gibt einige Mikrowellenplasmabrenner, aber die meisten von ihnen haben Nachteile: Sie weisen nur kleine Plasmamengen müssen zusätzliche Zünder müssen Kühlung des Plasmareaktors oder nur im gepulsten Modus betrieben werden, ^10-18. Die Mikrowellenplasmabrenner in diesem Film präsentiert bietet eine Zündung des Plasmas nur mit dem mitgelieferten Mikrowellenleistung ohne zusätzliche Zünder sowie einer stabilen und kontinuierlichen Betrieb ohne Kühlung des Plasmareaktors für eine breite Palette von Betriebsparametern und kann verwendet werden, Für alle der oben erwähnten Anwendungen. Einer koaxialen und zylindrisch eins: die Mikrowellenplasmabrenner beruht auf einer Kombination von zwei Resonatoren basieren. Der zylindrische Resonator hat eine niedrige Qualität und ist operated in dem bekannten E ₀₁₀ -Mode mit der höchsten elektrischen Feld in der Mitte. Koaxialresonator ist unterhalb des zylindrischen Resonators angeordnet und besteht aus einer beweglichen metallischen Düse in Kombination mit einem tangentialen Gasversorgung. Die hohe Qualität des koaxialen Resonators weist eine sehr schmale, aber tiefe Resonanzkurve. Wegen der hohen Qualität der Koaxialresonator ein hohes elektrisches Feld erreicht werden kann, die für die Zündung des Plasmas benötigt wird. Jedoch ist die hohe Qualität der Koaxialresonator mit einem sehr schmalen Resonanzkurve zugeordnet sind und damit die Resonanzfrequenz hat, um perfekt die Frequenz der zugeführten Mikrowellen entsprechen. Da die Resonanzfrequenz verschiebt sich nach dem Zünden des Plasmas durch die Permittivität des Plasmas kann die Mikrowelle nicht mehr in den Koaxialresonator eindringen. Für den kontinuierlichen Betrieb des Plasmas der zylindrische Resonator mit einer niedrigen Qualität und einem breiten Resonanzkurve benötigt wird.

Eine zusätzliche axiale Gaszufuhr über die metallische Düse des Koaxialresonators ist möglich. Das Plasma wird gezündet und in einer mikrowellentransparenten Rohrs beschränkt, beispielsweise einem Quarzrohr. Die Permittivität des Quarzrohrs beeinflusst auch die Resonanzfrequenz. Da der Quarz eine Dielektrizitätskonstante von> 1 ist das Volumen des zylindrischen Resonators praktisch vergrßerte was zu einer niedrigeren Resonanzfrequenz führt. Dieses Phänomen ist zu beachten, wenn die Abmessungen des zylindrischen Resonators ausgebildet sein. Eine detaillierte Diskussion, wie die Resonanzfrequenz wird durch den eingesetzten Quarzrohr betroffen sind, können Referenz 23. gefunden Wenn ein langgezogenen Quarzrohr verwendet wird, kann diese auch als Reaktionsraum für das Volumen Prozessen wirken. Jedoch für Oberflächenbehandlungen kann das Plasma auch anders durch verschiedene Arten von Öffnungen geformt werden. Die Mikrowelle wird durch einen rechteckigen Wellenleiter von dem Magnetron zugeführt wird. Um Lärmbelästigung zu vermeiden, die Verwendung eines geringer Welligkeit Magnetron empfbeendet. Das Magnetron, die im Film verwendet wird, ist eine geringe Welligkeit einer.

Für die Zündung des Plasmas die hohe Qualität Koaxialresonator verwendet wird, während ein stabiler und kontinuierlicher Betrieb durch den zylindrischen Resonator vorgesehen. Um das Zünden des Plasmas durch die hohe Qualität Koaxialresonator erreichen die Resonanzfrequenz dieses Resonators ist, um perfekt die Frequenz der Mikrowelle von dem verwendeten Magnetron übereinstimmen. Da alle Magnetrons nicht ihre Mikrowellenfrequenz emittieren bei genau der Nennfrequenz und da die Frequenz ist abhängig von der Ausgangsleistung weist das Magnetron mit einem Spektrumanalysator gemessen werden. Die Resonanzfrequenz des koaxialen Resonators kann durch nach oben und unten Bewegen des metallischen Düse eingestellt werden. Diese Resonanzfrequenz gemessen werden kann und somit auch an die Sendefrequenz des eingesetzten Magnetron mit einem Netzwerkanalysator eingestellt. Um das hohe elektrische Feld an der Spitze der Düse zu erreichen, für die Zündung erforderlichedes Plasmas wird ein Drei Abstimmstichleitung zusätzlich benötigt. Diese drei Stub-Tuner ist eine häufig verwendete Mikrowellenkomponente. Die drei Abstimmstichleitung zwischen der Mikrowellenplasmabrenner und dem Magnetron angeordnet ist. Nachdem die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators eingestellt wird, wird die Vorwärtsleistung maximiert und die reflektierte Leistung durch iteratives Einstellen der Stutzen der drei Abstimmstichleitung minimiert.

Nachdem die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators sowie mit maximiert die Vorwärtskraft durch den Drei Abstimmstichleitung eingestellt wird, kann das Plasma aus dem Mikrowellenplasmabrenner gezündet wird, wenn die Mikrowellen-Plasmabrenner ist mit einer Magnetron verbunden ist. Für die Zündung des Plasmas eine minimale Mikrowellenleistung von etwa 0,3 bis 1 kW ausreicht. Das Plasma zündet im Koaxialresonator. Nach dem Zünden des Plasmas wird die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators ist aufgrund der Dielektrizitätskonstante des Plasmas und die Mikrowelle nicht verschobenmehr in den Koaxialresonator eindringen. Somit sind die Plasma-Schalter von der koaxialen Modus in seine wesentlich verlängerten zylindrischen Modus Verbrennen frei stehen über die metallische Düse in der Mitte des zylindrischen Resonators. Da die Qualität des zylindrischen Modus ist sehr niedrig, und daher weist ein breites Resonanzkurve kann die Mikrowelle noch in trotz der Verschiebung der Resonanzfrequenz des zylindrischen Resonators dringen aufgrund der Dielektrizitätskonstante des Plasmas. Somit wird ein kontinuierlicher und stabiler Betrieb des Plasmas in der zylindrischen Mode von der Mikrowellenplasmabrenner versehen ist. Um jedoch eine vollständige Absorption des zugeführten Mikrowellenleistung zu erreichen, müssen die Stubs der drei Abstimmstichleitung neu eingestellt werden. Andernfalls wird die zugeführte Mikrowellenleistung nicht vollständig von dem Plasma absorbiert, sondern ein gewisser Prozentsatz der bereitgestellten Mikrowelle reflektiert wird und durch die Wasserlast absorbiert.

Um die Zündung des Plasmas in den koaxialen untersuchenModus und dessen Übergang in die erweiterte zylindrische Modus wird der Plasmazündung durch eine Hochgeschwindigkeitskamera beobachtet.

Das vorgestellte Film zeigt, wie die Frequenzabhängigkeit des Magnetrons gemessen, die Resonanzfrequenz des Koaxialresonators eingestellt, wie die Vorwärtsleistung maximiert wird, und wie das Plasma wird durch die zugeführte Mikrowellenleistung gezündet. Die High-Speed-Kamera-Aufnahme ist ebenfalls dargestellt.