Como inflamar uma pressão atmosférica Microondas Plasma Torch sem qualquer Ignitores adicionais
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
Este filme mostra como uma tocha de plasma pressão atmosférica podem ser inflamados por energia de microondas sem igniters adicionais. Após a ignição do plasma, uma operação estável e contínua do plasma é possível e o maçarico de plasma pode ser utilizado para muitas aplicações diferentes. Por um lado, a quente (temperatura de 3600 K gás) o plasma pode ser utilizado em processos químicos e, por outro lado, a pós-luminescência frio (temperaturas até quase RT) pode ser aplicada aos processos de superfície. Por exemplo sínteses químicas são processos de volume interessantes. Aqui, o maçarico de plasma de microondas pode ser utilizada para a decomposição de gases residuais que são prejudiciais e contribuem para o aquecimento global, mas que são necessários como gravura gases nos sectores em crescimento da indústria como o ramo de semicondutores. Outra aplicação é a dissociação de CO 2. Energia elétrica excedente a partir de fontes renováveis de energia pode ser usada para dissociar CO 2 para CO e O2. O CO pode ser ainda mais processed de hidrocarbonetos líquidos ou gasosos mais elevados proporcionando assim o armazenamento de energia química, combustíveis sintéticos ou produtos químicos de plataforma para a indústria química. Aplicações de pós-luminescência do maçarico de plasma são o tratamento de superfícies para aumentar a aderência da laca, de cola ou de tinta, e a esterilização ou desinfecção de diferentes tipos de superfícies. O filme irá explicar como inflamar o plasma unicamente por energia de microondas sem igniters adicionais, por exemplo, faíscas elétricas. O maçarico de plasma de microondas é baseada numa combinação de dois ressonadores – um coaxial que fornece a ignição do plasma e um cilíndrico, que garante um funcionamento contínuo e estável de plasma, após a ignição. O plasma pode ser operado em um tubo transparente de microondas durante muito tempo processos de volume ou em forma de orifícios para fins de tratamento de superfície.
Introduction
Tochas de plasma de microondas pressão atmosférica oferecem uma variedade de diferentes aplicações. Por um lado, eles podem ser usados para os processos químicos de volume e, por outro lado, a sua pós-luminescência de plasma pode ser aplicado para o tratamento de superfícies. Como tratamento de superfície processa o tratamento para aumentar a aderência da cola, tinta ou verniz ou de descontaminação ou de esterilização de superfícies pode ser chamado. O próprio plasma quente e reactivo pode ser utilizado para processos de volume, como a decomposição dos gases residuais 1-7. Estes gases residuais são prejudiciais, contribuir para o aquecimento global e dificilmente pode ser degradada convencionalmente. No entanto, eles são necessários no crescimento sectores industriais, tais como o ramo de semicondutores. Outras aplicações são a síntese química, como a dissociação de CO 2 para CO e O 2 ou CH 4 a carbono e 8,9 de hidrogênio. Energia elétrica excedente a partir de fontes renováveis de energia pode ser usada para dissociar CO <sub> 2 em CO e O2. O CO pode ser ainda processado para hidrocarbonetos superiores que podem ser utilizados como combustíveis sintéticos para o transporte, como produtos químicos de plataforma para a indústria química ou como armazenamento de produtos químicos.
Existem alguns maçaricos de plasma de micro-ondas, mas a maioria deles tem desvantagens: eles só têm volumes muito pequenos de plasma, precisa de escorvas adicionais, necessitam de arrefecimento do reactor de plasma ou só pode ser operado em modo pulsado 10-18. O maçarico de plasma de microondas, apresentou neste filme oferece uma ignição do plasma apenas com a energia de microondas fornecida sem os dispositivos de ignição adicionais, bem como uma operação estável e contínua, sem qualquer arrefecimento do reactor de plasma para uma larga gama de parâmetros de operação e pode ser utilizada para todas as aplicações acima mencionadas. O maçarico de plasma de microondas é baseada numa combinação de dois ressonadores: um coaxial e um cilíndrico. O ressonador cilíndrico tem uma baixa qualidade e é operated no bem conhecido E 010 -mode com o maior campo elétrico em seu centro. O ressonador coaxial situa-se abaixo do ressonador cilíndrica e é constituído por um bocal metálico móvel em combinação com uma fonte de gás tangencial. A elevada qualidade do ressonador coaxial apresenta uma curva de ressonância muito estreita, mas de profundidade. Devido à alta qualidade do ressonador coaxial de um campo eléctrico de alta pode ser atingido, o que é necessário para a ignição do plasma. No entanto, a alta qualidade do ressonador coaxial está associada com uma curva de ressonância muito estreita e, por conseguinte, a frequência de ressonância tem de corresponder perfeitamente a frequência das micro-ondas fornecido. Uma vez que os deslocamentos de frequência de ressonância após a ignição do plasma devido à permissividade do plasma, o forno de microondas não pode penetrar no ressonador coaxial. Para a operação contínua do plasma é necessário o ressonador cilíndrica com uma baixa qualidade e uma curva de ressonância larga.
Uma fonte de gás axial adicional através do bocal metálico do ressonador coaxial é possível. O plasma é inflamado e fechada num tubo de microondas-transparente, por exemplo um tubo de quartzo. A permissividade do tubo de quartzo, também afecta a frequência de ressonância. Uma vez que o quartzo tem uma permissividade de> 1, o volume do ressonador é praticamente cilíndrica alargada que leva a uma menor frequência de ressonância. Este fenómeno tem de ser considerado quando as dimensões do ressonador são desenhados cilíndrica. Uma discussão detalhada sobre a forma como a frequência de ressonância é afectada pelo tubo de quartzo inserido pode ser encontrado na referência 23. Se um tubo de quartzo e de longa estendida é utilizado, este pode também actuar como da câmara de reacção para os processos de volume. No entanto, os tratamentos de superfície para o plasma pode também ter uma forma diferente por diferentes tipos de orifícios. O forno é fornecida através de uma guia de onda rectangular a partir do magnetrão. Para evitar a poluição sonora a utilização de um baixo magnetron ripple é recommterminou. O magnetron que é usado no filme é uma baixa ondulação.
Para a ignição do plasma do ressonador coaxial de alta qualidade é usado enquanto uma operação estável e contínuo é fornecido pelo ressonador cilíndrica. Para conseguir a ignição do plasma pelo ressonador coaxial de alta qualidade a frequência de ressonância do ressonador este tem de corresponder perfeitamente a frequência das micro-ondas do magnetrão é fornecida por usado. Uma vez que todos os magnetrões não emitem a sua frequência de microondas a exactamente a frequência nominal e uma vez que a frequência é dependente da potência de saída, o magnetrão tem de ser medido com um analisador de espectro. A frequência de ressonância do ressonador coaxial pode ser ajustada movendo o bocal metálico cima e para baixo. Esta frequência de ressonância pode ser medida e, portanto, também ajustado para a frequência de envio do magnetrão utilizado com um analisador de rede. Para chegar ao campo eléctrico de alta na ponta do bocal, necessária para a igniçãodo plasma, é necessário um sintonizador três ramal em adição. Este três sintonizador topo é um componente de microondas utilizada. O sintonizador três esboço é montado entre o maçarico de plasma de microondas e o magnetrão. Após a frequência de ressonância do ressonador coaxial é ajustada, o poder para a frente é maximizada e a potência refletida minimizado pela iteratively ajustando os tocos do sintonizador de três stub.
Depois do ajuste da frequência de ressonância do ressonador coaxial, bem como tendo maximizada os poderes para a frente por meio do sintonizador três esboço, o plasma do maçarico de plasma de microondas pode ser inflamada quando o maçarico de plasma de micro-ondas é ligado a um magnetrão. Para a ignição do plasma de um consumo mínimo de energia de microondas de cerca de 0,3 a 1 kW é suficiente. O plasma inflama no ressonador coaxial. Depois da ignição do plasma a frequência de ressonância do ressonador coaxial é deslocada devido à permissividade dieléctrica do plasma e microondas pode nenhumamais penetrar no ressonador coaxial. Assim, os interruptores de plasma de modo coaxial em seu modo cilíndrico muito mais extensas queima livre-situando-se acima do bocal metálico no centro do dispositivo de ressonância cilíndrica. Uma vez que a qualidade do modo cilíndrico é muito baixo e, por conseguinte, apresenta uma curva de ressonância larga, o forno de microondas ainda pode penetrar no ressonador cilíndrica apesar da mudança da frequência de ressonância devido à permissividade dieléctrica do plasma. Assim, um funcionamento contínuo e estável de plasma no modo cilíndrico é fornecido por o maçarico de plasma de microondas. No entanto, para alcançar uma completa absorção da energia de microondas fornecida, os topos do sintonizador três topo tem que ser reajustada. Caso contrário, a energia de microondas fornecida não é completamente absorvida pelo plasma, mas uma percentagem de microondas fornecida é reflectida e absorvida pela carga de água.
Para examinar a ignição do plasma no coaxialo modo e, em seguida, a sua transição para o modo cilíndrico prolongado, a ignição do plasma é observado por uma câmara de alta velocidade.
O filme apresentado irá mostrar como a dependência do magnetrão frequência é medida, a frequência de ressonância do ressonador coaxial é ajustado, como a potência de entrada seja maximizada e a forma como o plasma é inflamado pela energia de microondas fornecida. A gravação da câmera de alta velocidade também é mostrado.
Protocol
Representative Results
Discussion
O filme apresentado explica como uma ignição de um plasma de microondas pressão atmosférica sem igniters adicionais podem ser realizados, os princípios básicos dessa tocha plasma de microondas, a sua regulação, o processo de ignição do plasma e do seu funcionamento estável e contínua. Como descrito na introdução, já existem diferentes tipos de maçaricos de plasma de micro-ondas, mas nenhum deles proporcionar um sistema de ignição do plasma sem quaisquer dispositivos de ignição adicionais assim como a…
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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