Nasıl herhangi bir ilave Ateşleyici olmadan bir Atmosferik Basınç Mikrodalga Plazma Torch tutuşturmak için
Summary
This movie shows how an atmospheric plasma torch can be ignited by microwaves with no additional igniters and provides a stable and continuous plasma operation suitable for plenty of applications.
Abstract
Bu film bir atmosferik basınç plazma meşale hiçbir ek ateşleyiciler ile mikrodalga gücüyle alev alabilir nasıl gösterir. Plazma ateşlemeden sonra plazma kararlı ve sürekli bir çalışma mevcuttur ve plazma üfleç çok çeşitli uygulamalar için kullanılabilir. Bir yandan, sıcak (3600 K gazı sıcaklığı) plazma soğuk parlama sonrası kimyasal işlemler için ve diğer taraftan da kullanılabilir (sıcaklıkları yaklaşık oda sıcaklığına kadar) bir yüzey işlem için uygulanabilir. Örneğin kimyasal sentezleri ilginç ses süreçlerdir. İşte mikrodalga plazma meşale zararlı ve küresel ısınmaya katkıda ancak yarı iletken şube gibi sanayi sektörleri büyüyen gazları gravür olarak ihtiyaç duyulan atık gazların ayrışma için kullanılabilir. Başka bir uygulama CO 2 ayrışma olduğunu. Yenilenebilir kaynaklardan Artı elektrik enerjisi CO, O 2, CO 2 ayırmak için kullanılabilir. CO ayrıca yanlısı olabilirböylece kimya endüstrisi için enerji, sentetik yakıtlar veya platform kimyasalların kimyasal depolama sağlayan gaz veya sıvı hidrokarbonlar yüksek için işlenir. Plazma üflecindeki akkor ışık sonrası uygulamaları vernik, yapıştırıcı veya boya yapışmasını arttırmak için yüzey işleme ve sterilizasyon veya yüzeylerin farklı tür dekontaminasyon bulunmaktadır. Film herhangi bir ek ateşleyiciler, örneğin, elektrikli kıvılcım olmadan mikrodalga gücüyle sadece plazma tutuşturmak için nasıl açıklayacağız. plazma ve kontak sonrası plazma sürekli ve istikrarlı çalışmasını garanti silindirik biri ateşleme sağlayan bir koaksiyel bir – mikrodalga plazma meşale iki rezonatörlerin bir arada dayanmaktadır. plazma hacim işlemleri için uzun bir mikrodalga şeffaf tüp işletilen veya yüzey işleme amaçlı deliklerin tarafından şekillendirilebilir.
Introduction
Atmosferik basınç mikrodalga plazma meşaleler farklı uygulamalar sunuyoruz. Bir yandan, kimyasal hacim işlemleri için ve son parlaklık plazma yüzey işlenmesi için tatbik edilebilir, diğer taraftan da kullanılabilir. Yüzey işleme tutkal, boya veya vernik veya yüzeylerin dekontaminasyon veya sterilizasyon yapışmasını arttırmak için tedavi süreçleri olarak adlandırılan olabilir. Sıcak ve reaktif Plazmanın kendisi atık gazların 1-7 ayrışması gibi hacim işlemleri için de kullanılabilir. Bu atık gazlar, zararlı küresel ısınmaya katkıda bulunmak ve pek geleneksel bozulmuş olabilir. Ancak, bu tür yarıiletken dalı olarak sanayi sektörlerinde büyüyen ihtiyaç vardır. Diğer uygulamalar CO CO 2 ayrışma ve O 2 veya karbon ve hidrojen 8,9 CH 4 gibi kimyasal sentez vardır. Yenilenebilir enerji kaynaklarından elektrik enerjisi Fazlalık CO ayırmak için kullanılabilir <sub> 2 CO ve O 2 içine. CO kimya endüstrisi için ya da kimyasal depolama platformu kimyasal olarak daha da taşınması için sentetik yakıtlar olarak kullanılabilir yüksek hidrokarbonlar işlenebilir.
Orada bazı mikrodalga plazma meşaleler vardır ama bunların çoğu dezavantajları vardır: Onlar sadece çok küçük bir plazma hacmine sahip ek ateşleyicilerini gerekir, plazma reaktörünün soğutma ihtiyacı yoksa sadece darbeli modda 10-18 çalıştırılabilir. bu filmde sunulan mikrodalga plazma üfleç işletme parametreleri geniş bir plazma reaktörde her hangi bir soğutma olmadan sadece ek ateşleyiciler olarak kararlı ve sürekli bir işlem ile sağlanan, mikrodalga gücü plazmadan bir ateşleme sunar ve kullanılabilir Yukarıda belirtilen tüm uygulamaları için. koaksiyel bir ve silindirik bir: mikrodalga Plazma üfleçli iki rezonatörü bir kombinasyonuna dayanmaktadır. silindirik rezonatör düşük kalitesi ve ameliyatların olduğunukendi merkezinde en yüksek elektrik alanı ile bilinen E 010 biçem içinde ed. koaksiyel rezonatör silindirik rezonatör altında bulunan ve bir teğet gaz kaynağı ile kombinasyon halinde hareketli bir metal meme oluşur. koaksiyel kovuklardaki kaliteli bir çok dar ama derin rezonans eğrisi sergiler. Nedeniyle yüksek elektrik alanı ulaşılabilir koaksiyel rezonatör yüksek kalitede hangi plazma ateşleme için gereklidir. Ancak, koaksiyel rezonatör yüksek kalitede çok dar bir rezonans eğrisi ile ilişkilidir ve bu nedenle rezonans frekansı mükemmel verilen mikrodalga frekansı maç vardır. Nedeniyle plazma geçirgenlik için plazma kontak sonrası rezonans frekansı vardiya yana, mikrodalga artık koaksiyel rezonatör içerisine nüfuz edebilir. Plazma sürekli çalışması için düşük kaliteli ve geniş bir rezonans eğrisi ile silindirik rezonatör gereklidir.
Koaksiyel rezonatör metalik meme yoluyla ek bir eksenel gaz tedariki mümkündür. Plazma ateşlenmiş ve örneğin, bir mikro-dalga ile saydam bir tüp içinde bir kuartz tüp sınırlıdır. kuvars tüp geçirgenliği de rezonans frekansı etkiler. Kuvars> 1 bir geçirgenlik olduğundan, silindirik rezonatör hacmi düşük rezonans frekansı yol açan neredeyse büyütülür. Bu durum, silindir rezonatörün boyutları tasarlanmıştır dikkate alınmalıdır. Rezonans frekansı yerleştirilen kuvars tüp ile nasıl etkilendiğini ile ilgili ayrıntılı bir tartışma, uzun ve geniş kuvars tüp kullanıldığında, bu aynı zamanda hacim işlemleri için, reaksiyon odası olarak hareket edebilir Referans 23'te bulunabilir. Bununla birlikte, yüzey işlemleri, plazma da menfez farklı tür farklı şekilde şekillendirilebilir. mikrodalga magnetron bir dikdörtgen dalga kılavuzu vasıtasıyla sağlanır. Düşük dalgalanma magnetrona kullanımı Tavsiye Edilen olan gürültü rahatsızlığını önlemek için,sona erdi. Filmde kullanılan manyetik bir düşük dalgalanma biridir.
Istikrarlı ve sürekli çalışma silindirik rezonatör tarafından sağlanmaktadır ise plazma ateşleme için yüksek kaliteli koaksiyel rezonatör kullanılır. Yüksek kaliteli koaksiyel rezonatör bu rezonatör rezonans frekansı plazma ateşleme elde etmek için mükemmel kullanılan magnetron tarafından sağlanan mikrodalga frekansı maç vardır. Tüm magnetron tam anma frekansında kendi mikrodalga frekansı yayan olmadığından ve frekans çıkış gücüne bağlı olduğundan, magnetron bir spektrum analizör ile ölçülmelidir. koaksiyel rezonatörun rezonans frekansı yukarı ve aşağı metalik memesini hareket ettirerek ayarlanabilir. Bu rezonans frekansı ölçülür ve bu şekilde ayrıca bir ağ analizörü ile kullanılan magnetron gönderme frekansına ayarlanabilir. Meme ucunda yüksek elektrik alanı ulaşmak için, ateşleme için gerekliPlazma, bir üç saplama alıcısı ilave olarak gereklidir. Bu üç saplama tuner yaygın olarak kullanılan mikrodalga bileşenidir. Üç saplama tuner mikrodalga plazma meşale ve magnetron arasına monte edilir. Koaksiyel rezonatörun rezonans frekansı ayarlandıktan sonra, ileri güç maksimize edilir ve yansıyan güç iteratif üç saplama tuner taslakları ayarlayarak minimize.
Mikrodalga plazma meşale, bir magnetron bağlıyken koaksiyel rezonatör rezonans frekansını de maksimize sahip olarak üç saplama tuner sayesinde ileri güçleri ayarladıktan sonra, mikrodalga plazma meşale plazma alev alabilir. Plazma ateşleme için yaklaşık 0,3-1 kW minimum mikrodalga gücü yeterlidir. Plazma koaksiyel rezonatöründe tutuşturur. Koaksiyel rezonatörun rezonans frekansı plazma dielektrik geçirgenlik ve can mikrodalga nedeniyle kaydırılır plazma ateşleme sonra hayıruzun koaksiyel rezonatör nüfuz. Böylece, onun çok daha uzun silindirik moduna koaksiyel modundan plazma anahtarları silindirik rezonatör merkezinde metalik memesi üzerinde özgürce ayakta yanma. Silindirik modu kalitesi çok düşük ve bu nedenle geniş bir rezonans eğrisi sergiler yana, mikrodalga nedeniyle hala plazma dielektrik geçirgenlik için rezonans frekansı kayması rağmen silindirik rezonatör içerisine nüfuz edebilir. Bu durumda, silindir modda bir plazma sürekli ve kararlı çalışma mikrodalga plazma lambası tarafından sağlanır. Ancak, verilen mikrodalga güç tam emilimini ulaşmak için, üç saplama tuner taslakları yeniden ayarlanması gerekir. Aksi takdirde verilen mikrodalga güç tamamen plazma tarafından emilir değildir ancak sağlanan mikrodalga bazı yüzdesi yansıyan ve su yükü tarafından emilir.
Koaksiyel plazma tutuşmasını incelemek içinmod ve genişletilmiş silindirik moduna daha sonra kendi geçiş, plazma ateşleme yüksek hızlı kamera ile izlenmektedir.
Plazma verilen mikrodalga gücü ile ateşlenir nasıl magnetron frekans bağımlılığı nasıl ölçüldüğünü gösterir sunulan film, koaksiyel rezonatör rezonans frekansı ileri güç maksimize nasıl ayarlanabilir ve. yüksek hızlı kamera kayıt de gösterilmiştir.
Protocol
Representative Results
Discussion
sunulan film herhangi bir ek ateşleyiciler olmadan atmosferik basınç mikrodalga plazma bir ateşleme, bu mikrodalga plazma meşale, onun uyum, plazma ateşleme süreci ve istikrarlı ve sürekli çalışma temel prensiplerini fark edilebilir açıklar. Giriş kısmında tarif edildiği gibi, orada mikrodalgalı plazma hamlaçların zaten farklı türde olan, ancak bunların hiçbiri ilave ateşleyiciler olarak kararlı ve sürekli bir plazma işlemi olmadan plazma bir ateşleme sağlar.
B…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank the Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V., AiF (German Federation of Industrial Research Associations) and the Deutsche Forschungsgemeinschaft, DFG (German Research Foundation) for partly funding the presented work under contract number 14248 and STR 662/4-1, respectively.
Materials
| 2 kW magnetron | Muegge | MH2000S 211BA | |
| 2 kW power supply | Muegge | ML2000D-111TC | |
| insulator – circulator with water load | Muegge | MW1003A-210EC | |
| water load | Muegge | MW1002E-260EC | |
| three stub tuner | Muegge | MW2009A-260ED | |
| orifices | homemade | ||
| microwave plasma torch | homemade | ||
| spectrum analyzer | Agilent | E4402B | |
| network analyzer | Anritsu | MS4662A | |
| calibration kit | Anritsu | model 3753 | |
| directional coupler | homemade | ||
| 20 dB attenuator | Weinschee engineering | 20 dB AA57u8 | |
| coaxial to rectangular wave guide transition | Muegge | MW5002A-260YD | |
| adaptor 7-16 to N connector | Telegärtner | 7-16/N Adaptor | |
| coaxial cable | Rosenberger Hochfrequenztechnik | LU7_070_800 | |
| high speed camera | Photron | fastcam SA5 | |
| lens | Revueflex | makro revuenon 1:3.5/28mm | |
| local gas ventilation | Industrievertrieb Henning | ACD220 | |
| UV protection glasses | uvex | HC-F9178265 | |
| microwave leakage tester | conrad electronic | not available | |
| microwave survey meter | Holaday industries inc. | 81273 |
References
- Hong, Y. C., et al. Microwave plasma torch abatement of NF3 and SF6. Phys. Plasma. 13, 033508 (2006).
- Kabouzi, Y., et al. Abatement of perfluorinated compounds using microwave plasmas at atmospheric pressure. J. Appl. Phys. 93 (12), 9483-9496 (2003).
- Kabouzi, Y., Moisan, M. Pulsed Microwave Discharges Sustained at Atmospheric Pressure: Study of Contraction and Filamentation Phenomena. IEEE Transaction on Plasma Science. 33, 292-293 (2005).
- Hong, Y. C., Uhm, H. S. Abatement of CF4 by atmospheric-pressure microwave torch. Phys. Plasma. 10 (8), 3410-3414 (2003).
- Leins, M., et al. Development and Characterisation of a Microwave-heated Atmospheric Plasma Torch. Plasma Process. Polym. 6, 227-232 (2009).
- Alberts, L., Kaiser, M., Leins, M., Reiser, M. über die Möglichkeit des Abbaus von C-haltigen Abgasen mit atmosphärischen Mikrowellen-Plasmen. Proc. UMTK, VDI-Berichte 2040 P3. , 217-221 (2008).
- Leins, M., et al. Entwicklung und Charakterisierung einer Mikrowellen-Plasmaquelle bei Atmosphärendruck für den Abbau von VOC-haltigen Abgasen. Proc. UMTK, VDI-Berichte 2040 P3. , (2008).
- Fridman, A. . Plasma Chemistry. , (2008).
- Azizov, R. I., et al. The nonequilibrium plasma chemical process of decomposition of CO2 in a supersonic SHF discharge. Sov. Phys. Dokl. 28, 567-569 (1983).
- Moisan, M., Zakrzewski, Z., Pantel, R., Leprince, P. A. Waveguide-Based Launcher to Sustain Long Plasma Columns Through the Propagation of an Electromagnetic Surface Wave. IEEE Transaction on Plasma Science. 3, 203-214 (1984).
- Moisan, M., Pelletier, J. . Microwave Excited Plasmas. , (1992).
- Moisan, M., Sauvé, G., Zakrzewski, Z., Hubert, J. An atmospheric pressure waveguide fed microwave plasma torch: the TIA design. Plasma. Sources Sci. Technol. 3, 584-592 (1994).
- Jin, Q., Zhu, C., Borer, M. W., Hieftje, G. M. A microwave plasma torch assembly for atomic emission spectrometry. Spectorchim. Acta Part B. 46, 417-430 (1991).
- Baeva, M., Pott, A., Uhlenbusch, J. Modelling of NOx removal by a pulsed microwave discharge. Plasma Sources Sci. Technol. 11, 135-141 (2002).
- Korzec, D., Werner, F., Winter, R., Engemann, J. Scaling of microwave slot antenna (SLAN): a concept for efficient plasma generation. Plasma Sources Sci. Technol. 5, 216-234 (1996).
- Tendero, C., Tixier, C., Tristant, P., Desmaison, J., Leprince, P. h. Atmospheric pressure plasmas: A review. Spectorchimica Acta Part B. 61, 2-30 (2006).
- Ehlbeck, J., Ohl, A., Maaß, M., Krohmann, U., Neumann, T. Moving atmospheric microwave plasma for surface and volume treatment. Surface and Coatings Technology. 174-175, 493-497 (2003).
- Pipa, A. V., Andrasch, M., Rackow, K., Ehlbeck, J., Weltmann, K. -. D. Observation of microwave volume plasma ignition in ambient air. Plasma Sources Sci. Technol. 21 (3), 035009 (2012).
- Baeva, M., et al. Puls microwave discharge at atmospheric pressure for NOx decomposition. Plasma Sources Sci. Technol. 11, 1-9 (2002).
- Pott, J. . Experimentelle und theoretische Untersuchung gepulster Mikrowellenplasmen zur Abgasreinigung in Gemischen aus Stickstoff, Sauerstoff und Stickstoffmonoxid. , (2002).
- Rackow, K., et al. Microwave-based characterization of an athmospheric pressure microwave-driven plasma source for surface treatment. Plasma Sources Sci. Technol. 20, 1-9 (2011).
- Nowakowska, H., Jasinski, M., Mizeraczyk, J. Electromagnetic field distributions waveguide-based axial-type microwave plasma source. Eur. Phys. J. D. , 1-8 (2009).
- Leins, M., Walker, M., Schulz, A., Schumacher, U., Stroth, U. Spectroscopic Investigation of a Microwave-Generated Atmospheric Pressure Plasma Torch. Contrib. Plasma Phys. 52 (7), 615-628 (1002).
- Leins, M. . Development and Spectroscopic Investigation of a Microwave Plasma Source for the Decomposition of Waste Gases. , (2010).
- Langbein, C. . Entwicklung und Optimierung eines mikrowellenbasierten Atmosphärendruck-Mikroplasmas für lokale Oberflächenbehandlungen. , (2008).
- Kamm, C. . Spektroskopische Untersuchung eines Mikrowellen-Mikroplasma-Brenners. , (2011).
- Weinrauch, I. . Spektroskopische Charakterisierung eines Mikrowellen-Mikroplasmabrenners für die lokale Oberflächenbehandlung. , (2012).
