如何点燃常压微波等离子体炬没有任何额外的点火器
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
这部电影展示了如何大气压等离子体炬可以通过微波功率被点燃，没有额外的点火器。等离子体点火之后，等离子体的稳定和连续操作是可能的，并且在等离子炬可用于许多不同的应用。一方面，在热（3600ķ气体温度）等离子体可用于化学过程和另一方面冷余辉（温度下降到几乎RT），可以应用表面处理。例如化学合成是有趣量的过程。此处的微波等离子吹管可用于废气它们是有害的，并有助于全球变暖，但还需要在不断增长的工业部门，例如半导体分支蚀刻气体的分解。另一应用是CO 2的离解。来自可再生能源剩余电能可用于离解的CO 2与CO和O 2。合作可以进一步亲处理，以气态或液态高级烃，从而提供能量，合成燃料或化学制品的平台用于化学工业的化学品储存。等离子炬的余辉的应用是表面的治疗，以增加的漆，胶或涂料的粘附性，和灭菌的或不同种类的表面的去污。这部电影将解释如何完全由微波功率点燃等离子无任何额外的点火器， 如电火花。该微波等离子吹管是基于两个谐振器的组合 – 一个同轴1，它提供了等离子体和圆柱形其中一个点火后保证了等离子体的连续和稳定的操作的点火。血浆可以在很长的微波透明管操作音量进程或塑造口进行表面处理的目的。
Introduction
大气压微波等离子体炬提供各种不同的应用。一方面它们可以被用于化学量的过程和另一方面其余辉等离子体可以应用于表面的治疗方法。作为表面处理工艺，以增加的胶水，涂料或漆或表面的去污或灭菌的密合性的处理可被命名。热和反应等离子体本身可用于像废气1-7的分解量的过程。这些废气是有害的，有助于全球变暖，很难常规降解。然而，他们都需要在不断增长的工业领域，如半导体分支。其它的应用是化学合成如CO 2的离解成CO和O 2或CH 4碳和氢8,9。来自可再生能源过剩电能可以用来分离二氧化碳<sub> 2成CO和O 2。在CO可以进一步向高级烃可以用作合成燃料运输处理，作为平台化学品化学工业或化学品储存。
有一些微波等离子体炬但其中大多数都有缺点：它们仅具有非常小的血浆体积，需要额外的点火器，需要在等离子体反应器的冷却，或者可以仅在脉冲模式10-18进行操作。微波等离子炬在这部电影呈现提供等离子体仅仅使用所提供的微波功率，没有额外的点火器，以及一个稳定和连续操作的点火，而不在等离子体反应器中的任何冷却为广泛的运行参数，并可以使用对于所有的上述的应用程序。该微波等离子吹管是基于两个谐振器的组合：一个同轴1和圆筒之一。圆柱形谐振器具有低的质量，是OPERAT编在公知Ë010 -mode与在其中心的最高电场。同轴谐振器位于下方的圆柱形谐振器和由可移动金属喷嘴结合的切向气体供给的。同轴谐振器的高品质的显示出非常窄的，但深层共振曲线。由于同轴谐振器的高电场可达到的高品质这是需要的等离子体的点火。然而，同轴谐振器的高品质的具有非常窄的谐振曲线相关联，因此，谐振频率必须完全匹配所提供的微波的频率。由于等离子体的点火后的谐振频率移动，由于等离子体的介电常数，微波不能再渗透入所述同轴谐振器。对于等离子体的连续运行所需的圆柱形谐振器具有低质量和宽共振曲线。
经由同轴谐振器的金属喷嘴的附加的轴向气体供应是可能的。等离子体被点燃，并限制在微波透明管，比如一个石英管。石英管的介电常数还影响谐振频率。由于石英具有> 1的电容，所述圆柱形谐振器的体积几乎是放大而导致较低的谐振频率。这种现象有当圆柱形谐振器的尺寸被设计为考虑。关于谐振频率如何受插入石英管的详细讨论可以在参考23中找到。如果一个长的和扩展的石英管被使用时，这也可以作为反应室的体积的过程。然而，对于表面处理的等离子体也可以不同地由不同类型的孔形成的。微波经由矩形波导从磁控管供电。为了避免噪音扰民使用低纹波磁控管是荐结束。这是用来在电影的磁控管是一低脉动之一。
对于等离子体的点火的高品质的同轴谐振器是用来同时稳定和连续的操作是由所述圆柱形谐振器提供的。由高品质的同轴谐振器实现的等离子体的点火此谐振器的谐振频率具有完美匹配的使用磁控管提供的微波的频率。由于所有的磁控管不发射他们的微波频率恰好在标称频率，并且由于频率取决于输出功率，磁控管必须用频谱分析仪进行测定。同轴谐振器的谐振频率可以通过移动金属喷嘴向上和向下调整。该谐振频率可以被测量，从而也调整到使用磁控管使用网络分析器的发送频率。到在喷嘴的前端到达高电场，所需的点火等离子体的，一个三抽头调谐器需要另外。这3短线调谐器是一种常用的微波分量。三个短线调谐器被安装在微波等离子吹管和磁控管之间。后的同轴谐振器的谐振频率被调整，正向功率最大化和反射功率最小化通过迭代地调整三种调配器的存根。
具有调节后的同轴谐振器的谐振频率，以及具有最大化的正向功率的三个短线调谐器的装置后，当微波等离子体炬连接到磁控管的微波等离子体炬的等离子体可以被点燃。对于等离子体的点火的约0.3至1千瓦最小的微波功率是足够的。等离子体点燃的同轴谐振器。同轴谐振器的谐振频率由于转移到等离子体的介电常数和微波能的等离子体的点火后无再渗透入同轴谐振器。因此，从同轴模式的等离子体开关成其更伸出的圆柱形燃烧模式可自由站立的金属喷嘴上方的圆柱形谐振器的中心。由于圆柱形模式的质量非常低，因此，显示出广阔的共振曲线，微波仍然可以渗透到圆柱形谐振器，尽管共振频率的偏移由于等离子体的介电常数。因此，在圆筒形模式等离子体的连续稳定操作是由微波等离子体炬提供。然而，为了达到所提供的微波功率的完全吸收，三个短线调谐器的短截线，必须重新调整。否则所提供的微波功率不完全被等离子体吸收，但所提供的微波的某个百分比被反射并通过耐水负荷吸收。
为了检测血浆中的同轴点火模式，然后过渡到伸出的圆柱形模中，等离子体点火是由高速照相机观察到。
所呈现的电影将展示如何频率磁控管的依赖性测定，同轴谐振器的谐振频率被调整时，如何正向功率被最大化，以及如何等离子体是由供给微波功率点燃。高速摄像机记录显示为好。
Protocol
Representative Results
Discussion
所呈现的电影介绍如何大气压微波等离子体而没有任何附加的点火器的点火可实现，此微波等离子体炬，其调整中，等离子体的点燃过程和其稳定和连续操作的基本原理。如在介绍中描述的，已经有不同种类的微波等离子体炬但无那些提供等离子体的点火而无需任何附加的点火器以及稳定和连续的等离子体操作。
以获得等离子体的点火，没有任何附加的引燃器在大气压力高?…
Divulgations
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 |
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