कैसे किसी भी अतिरिक्त igniters के बिना एक वायुमंडलीय दबाव माइक्रोवेव प्लाज्मा मशाल प्रज्वलित
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
यह फिल्म एक वायुमंडलीय दबाव प्लाज्मा मशाल कोई अतिरिक्त igniters के साथ माइक्रोवेव शक्ति द्वारा प्रज्वलित किया जा सकता है कि कैसे पता चलता है। प्लाज्मा के प्रज्वलन के बाद, प्लाज्मा की एक स्थिर और सतत संचालन संभव है और प्लाज्मा मशाल कई अलग अलग अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। एक तरफ, गर्म (3600 कश्मीर गैस तापमान) प्लाज्मा ठंड खौफ के साये रासायनिक प्रक्रियाओं के लिए और दूसरे हाथ पर इस्तेमाल किया जा सकता है (तापमान लगभग आरटी के लिए नीचे) सतह प्रक्रियाओं के लिए लागू किया जा सकता है। उदाहरण के लिए रासायनिक संश्लेषण दिलचस्प मात्रा प्रक्रियाओं हैं। यहाँ माइक्रोवेव प्लाज्मा मशाल हानिकारक हैं और ग्लोबल वार्मिंग में योगदान लेकिन अर्धचालक शाखा की तरह उद्योग क्षेत्रों में बढ़ रही गैसों नक़्क़ाशी के रूप में की जरूरत है जो अपशिष्ट गैसों के अपघटन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। एक अन्य आवेदन सीओ 2 की हदबंदी है। अक्षय ऊर्जा स्रोतों से अधिशेष विद्युत ऊर्जा कंपनी और ओ 2 के लिए सीओ 2 अलग कर देना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। सीओ आगे समर्थक हो सकते हैंजिससे रसायन उद्योग के लिए ऊर्जा, सिंथेटिक ईंधन या मंच रसायनों के रासायनिक भंडारण प्रदान गैस या तरल उच्च हाइड्रोकार्बन के लिए cessed। प्लाज्मा मशाल के खौफ के साये के आवेदन लाख, गोंद या रंग के आसंजन को बढ़ाने के लिए सतहों के उपचार, और नसबंदी या सतहों के विभिन्न प्रकार के परिशोधन कर रहे हैं। फिल्म में कोई अतिरिक्त igniters, जैसे, बिजली स्पार्क्स के बिना माइक्रोवेव शक्ति से केवल प्लाज्मा आग लगना करने के लिए समझाना होगा। प्लाज्मा और प्रज्वलन के बाद प्लाज्मा की एक सतत और स्थिर आपरेशन की गारंटी देता है जो एक बेलनाकार एक की प्रज्वलन प्रदान करता है जो एक समाक्षीय एक – माइक्रोवेव प्लाज्मा मशाल दो resonators की एक संयोजन पर आधारित है। प्लाज्मा मात्रा प्रक्रियाओं के लिए एक लंबे माइक्रोवेव पारदर्शी ट्यूब में संचालित या सतह के उपचार के प्रयोजनों के लिए orifices के द्वारा आकार का हो सकता है।
Introduction
वायुमंडलीय दबाव माइक्रोवेव प्लाज्मा जलाकर विभिन्न आवेदनों की एक किस्म की पेशकश करते हैं। एक ओर वे रासायनिक मात्रा प्रक्रियाओं के लिए और उनके खौफ के साये प्लाज्मा सतहों के उपचार के लिए लागू किया जा सकता दूसरे हाथ पर इस्तेमाल किया जा सकता है। सतह के उपचार गोंद, रंग या लाह या सतहों के परिशोधन या नसबंदी के आसंजन को बढ़ाने के लिए प्रक्रियाओं उपचार के रूप में नामित किया जा सकता है। गर्म और प्रतिक्रियाशील प्लाज्मा ही अपशिष्ट गैसों 1-7 के अपघटन की तरह मात्रा प्रक्रियाओं के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इन अपशिष्ट गैसों, हानिकारक हैं ग्लोबल वार्मिंग में योगदान और शायद ही पारंपरिक अपमानित किया जा सकता है। हालांकि, वे इस तरह के अर्धचालक शाखा के रूप में औद्योगिक क्षेत्रों में बढ़ रही जरूरत है। अन्य अनुप्रयोगों सीओ को सीओ 2 की हदबंदी और ओ 2 या कार्बन और हाइड्रोजन 8,9 को सीएच 4 की तरह रासायनिक संश्लेषण कर रहे हैं। अक्षय ऊर्जा स्रोतों से अधिशेष विद्युत ऊर्जा कंपनी को अलग कर देना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है <sub> दो सीओ और ओ 2 में। सीओ रसायन उद्योग के लिए या रासायनिक भंडारण के रूप में मंच रसायनों के रूप में, आगे परिवहन के लिए कृत्रिम ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, जो उच्च हाइड्रोकार्बन के लिए कार्रवाई की जा सकती है।
वहाँ कुछ माइक्रोवेव प्लाज्मा जलाकर हैं, लेकिन उनमें से ज्यादातर नुकसान है: वे केवल बहुत छोटा प्लाज्मा संस्करणों अतिरिक्त igniters की जरूरत है, प्लाज्मा रिएक्टर को ठंडा करने की जरूरत है या केवल स्पंदित मोड 10-18 में संचालित किया जा सकता है। इस फिल्म में प्रस्तुत माइक्रोवेव प्लाज्मा मशाल संचालन मानकों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए प्लाज्मा रिएक्टर के किसी भी ठंडा करने के बिना पूरी तरह से कोई अतिरिक्त igniters के रूप में अच्छी तरह के रूप में एक स्थिर और सतत संचालन के साथ प्रदान माइक्रोवेव शक्ति के साथ प्लाज्मा की एक इग्निशन प्रदान करता है और किया जा सकता है जैसा कि ऊपर उल्लेख आवेदन के सभी के लिए। एक समाक्षीय एक और एक बेलनाकार एक: माइक्रोवेव प्लाज्मा मशाल दो resonators की एक संयोजन पर आधारित है। बेलनाकार गुंजयमान एक कम गुणवत्ता की है और operat हैइसके केंद्र में सबसे अधिक बिजली के क्षेत्र के साथ अच्छी तरह से ज्ञात ई 010 -mode में एड। समाक्षीय गुंजयमान बेलनाकार गुंजयमान यंत्र के नीचे स्थित है और एक स्पर्शरेखा गैस की आपूर्ति के साथ संयोजन में एक जंगम धातु नोक के होते है। समाक्षीय गुंजयमान यंत्र की उच्च गुणवत्ता के एक बहुत ही संकीर्ण लेकिन गहरी प्रतिध्वनि वक्र दर्शाती है। कारण एक उच्च विद्युत क्षेत्र पहुँचा जा सकता है समाक्षीय गुंजयमान यंत्र की उच्च गुणवत्ता के लिए जो प्लाज्मा के प्रज्वलन के लिए आवश्यक है। हालांकि, समाक्षीय गुंजयमान यंत्र की उच्च गुणवत्ता के एक बहुत ही संकीर्ण प्रतिध्वनि की अवस्था के साथ जुड़ा हुआ है और इसलिए अनुनाद आवृत्ति पूरी तरह से आपूर्ति माइक्रोवेव की आवृत्ति मैच है। कारण प्लाज्मा के permittivity के लिए प्लाज्मा के प्रज्वलन के बाद अनुनाद आवृत्ति पारियों के बाद से, माइक्रोवेव नहीं रह समाक्षीय गुंजयमान यंत्र में घुसना कर सकते हैं। प्लाज्मा के सतत संचालन के लिए एक कम गुणवत्ता और एक व्यापक प्रतिध्वनि की अवस्था के साथ बेलनाकार गुंजयमान यंत्र की जरूरत है।
समाक्षीय गुंजयमान यंत्र की धातु नोजल के माध्यम से एक अतिरिक्त अक्षीय गैस की आपूर्ति संभव है। प्लाज्मा प्रज्वलित और उदाहरण के लिए, एक माइक्रोवेव पारदर्शी ट्यूब में एक क्वार्ट्ज ट्यूब तक ही सीमित है। क्वार्ट्ज ट्यूब के permittivity भी अनुनाद आवृत्ति को प्रभावित करता है। क्वार्ट्ज> 1 के एक permittivity है के बाद से, बेलनाकार गुंजयमान यंत्र की मात्रा एक कम अनुनाद आवृत्ति की ओर जाता है, जो लगभग बढ़े हुए है। इस घटना बेलनाकार गुंजयमान यंत्र के आयाम तैयार कर रहे हैं जब विचार किया जाना है। अनुनाद आवृत्ति डाला क्वार्ट्ज ट्यूब से प्रभावित है कि कैसे के बारे में एक विस्तृत चर्चा के लिए एक लंबी और विस्तारित क्वार्ट्ज ट्यूब प्रयोग किया जाता है, तो यह भी मात्रा प्रक्रियाओं के लिए प्रतिक्रिया कक्ष के रूप में कार्य कर सकते हैं संदर्भ 23. में पाया जा सकता है। हालांकि, सतह के उपचार के लिए प्लाज्मा भी orifices के अलग तरह से अलग तरह से आकार का हो सकता है। माइक्रोवेव मैग्नेट्रान से एक आयताकार waveguide के माध्यम से आपूर्ति की है। एक कम तरंग मैग्नेट्रान का उपयोग recomm है शोर उपद्रव से बचने के लिएसमाप्त हो गया। फिल्म में इस्तेमाल किया जाता है जो मैग्नेट्रान एक कम तरंग से एक है।
एक स्थिर और सतत संचालन बेलनाकार गुंजयमान यंत्र के द्वारा प्रदान की जाती है, जबकि प्लाज्मा के प्रज्वलन के लिए उच्च गुणवत्ता समाक्षीय गुंजयमान यंत्र प्रयोग किया जाता है। उच्च गुणवत्ता समाक्षीय गुंजयमान यंत्र के द्वारा इस गुंजयमान यंत्र की गूंज आवृत्ति प्लाज्मा के प्रज्वलन हासिल करने के लिए पूरी तरह से इस्तेमाल किया मैग्नेट्रान द्वारा प्रदान की माइक्रोवेव की आवृत्ति मैच है। सभी magnetrons बिल्कुल नाममात्र आवृत्ति पर उनके माइक्रोवेव आवृत्ति फेंकना नहीं है और आवृत्ति बिजली उत्पादन पर निर्भर है, मैग्नेट्रान एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक के साथ मापा जाना है। समाक्षीय गुंजयमान यंत्र की गूंज आवृत्ति ऊपर और नीचे धातु नोक चलती द्वारा समायोजित किया जा सकता है। इस अनुनाद आवृत्ति मापा जाता है और जिससे भी एक नेटवर्क विश्लेषक के साथ प्रयोग किया मैग्नेट्रान भेजने की आवृत्ति को समायोजित किया जा सकता है। नोजल की नोक पर उच्च विद्युत क्षेत्र तक पहुँचने के लिए, प्रज्वलन के लिए आवश्यकप्लाज्मा की एक तीन ठूंठ ट्यूनर इसके अलावा में की जरूरत है। इस तीन ठूंठ ट्यूनर आमतौर पर इस्तेमाल किया माइक्रोवेव घटक है। तीन ठूंठ ट्यूनर माइक्रोवेव प्लाज्मा मशाल और मैग्नेट्रान के बीच मुहिम शुरू की है। समाक्षीय गुंजयमान यंत्र की गूंज आवृत्ति समायोजित करने के बाद, आगे शक्ति अधिकतम है और परिलक्षित शक्ति iteratively तीन ठूंठ ट्यूनर के आधार समायोजन करके कम से कम।
माइक्रोवेव प्लाज्मा मशाल एक मैग्नेट्रान से जुड़ा है जब समाक्षीय गुंजयमान यंत्र की गूंज आवृत्ति अधिकतम साथ ही होने के रूप में तीन ठूंठ ट्यूनर के माध्यम से आगे शक्तियों समायोजित होने के बाद, माइक्रोवेव प्लाज्मा मशाल की प्लाज्मा प्रज्वलित किया जा सकता है। प्लाज्मा के प्रज्वलन के लिए के बारे में 0.3-1 किलोवाट की एक न्यूनतम माइक्रोवेव शक्ति के लिए पर्याप्त है। प्लाज्मा समाक्षीय गुंजयमान यंत्र में ignites। समाक्षीय गुंजयमान यंत्र की गूंज आवृत्ति प्लाज्मा के ढांकता हुआ permittivity कर सकते हैं और माइक्रोवेव की वजह से स्थानांतरित कर दिया है प्लाज्मा का प्रज्वलन के बाद कोईअब समाक्षीय गुंजयमान यंत्र में घुसना। इस प्रकार, इसकी बहुत अधिक विस्तारित बेलनाकार मोड में समाक्षीय मोड से प्लाज्मा स्विच बेलनाकार गुंजयमान यंत्र के केंद्र में धातु नोक से ऊपर स्वतंत्र रूप से चली आ रही जल रहा है। बेलनाकार मोड की गुणवत्ता बहुत कम है और इसलिए एक व्यापक गूंज वक्र दर्शाती है के बाद से, माइक्रोवेव अभी भी वजह से प्लाज्मा के ढांकता हुआ permittivity करने अनुनाद आवृत्ति की पारी के बावजूद बेलनाकार गुंजयमान यंत्र में घुसना कर सकते हैं। इस प्रकार, बेलनाकार मोड में प्लाज्मा की एक सतत और स्थिर आपरेशन माइक्रोवेव प्लाज्मा मशाल द्वारा प्रदान की जाती है। हालांकि, आपूर्ति माइक्रोवेव शक्ति का एक पूरा अवशोषण तक पहुँचने के लिए, तीन ठूंठ ट्यूनर के आधार पुनः समायोजन किया जाना है। अन्यथा आपूर्ति माइक्रोवेव बिजली पूरी तरह से प्लाज्मा द्वारा अवशोषित नहीं है, लेकिन उपलब्ध कराई माइक्रोवेव का कुछ प्रतिशत परिलक्षित होता है और पानी भार द्वारा अवशोषित कर लेता है।
समाक्षीय में प्लाज्मा की इग्निशन जांच करने के लिएमोड और विस्तारित बेलनाकार मोड में तो इसकी संक्रमण, प्लाज्मा प्रज्वलन एक उच्च गति कैमरे द्वारा मनाया जाता है।
प्लाज्मा की आपूर्ति माइक्रोवेव शक्ति द्वारा प्रज्वलित किया जाता है कैसे मैग्नेट्रान की आवृत्ति निर्भरता मापा जाता है दिखा देंगे कि कैसे प्रस्तुत फिल्म, समाक्षीय गुंजयमान यंत्र की गूंज आवृत्ति आगे शक्ति अधिकतम है, कैसे समायोजित किया जाता है। उच्च गति कैमरा रिकॉर्डिंग के रूप में अच्छी तरह से दिखाया गया है।
Protocol
Representative Results
Discussion
प्रस्तुत फिल्म में कोई अतिरिक्त igniters के बिना एक वायुमंडलीय दबाव माइक्रोवेव प्लाज्मा की एक इग्निशन, इस माइक्रोवेव प्लाज्मा मशाल अपने समायोजन, प्लाज्मा के प्रज्वलन की प्रक्रिया और इसके स्थिर और सतत संच…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
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