Investigations of novel high power atmospheric pressure microwave plasma source designed for gas processing

• Autorzy: Miotk R. , Jasiński M. , Mizeraczyk J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2018.07.24

Warianty tytułu

PL

Nowe wysokiej mocy mikrofalowe źródło plazmy przeznaczone do obróbki gazu pod ciśnieniem atmosferycznym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper we present a new waveguide-supplied coaxial-line-based nozzleless microwave plasma source (MPS) designed for gas processing. This MPS allows to generate a 915 MHz microwave plasma at atmospheric pressure with high flow rate of process gas (several hundred liters per minute). In this work we focus on investigating the basic electrical properties of the device in terms of its energy efficiency and operation stability. For this purpose we measured the MPS electrodynamic characteristics (also known as the tuning characteristics [1]). Keeping in mind that this device may be used in industry, where cost of the generated discharge is a key factor, knowledge of the MPS electrodynamic characteristics is essential for proper selection the most favourable working conditions.

PL

Niniejsza praca przedstawia nowe zasilane falowodowo mikrofalowe źródło plazmy o strukturze współosiowej przeznaczone do obróbki gazu roboczego o dużym natężeniu przepływu (kilka set litrów na minutę). Urządzenie to pozwala na generacje plazmy mikrofalami o częstotliwości 915 MHz pod ciśnieniem atmosferyczny. W pracy przedstawiono wyniki podstawowych badań własności urządzenia pod względem jego efektywności energetycznej oraz stabilności pracy. W tym celu zmierzono charakterystyki elektrodynamiczna urządzenia (określane również, jako charakterystyki strojenia [1]). Mając na uwadze, że urządzenie to zaprojektowano z myślą o zastosowaniu w przemyśle, gdzie koszt uzyskiwanego wyładowania mikrofalowego jest jednym z kluczowych czynników decydującym o przydatności, znajomość charakterystyk elektrodynamicznych jest niezbędna do wybrania najbardziej korzystnych warunków pracy urządzenia.

Słowa kluczowe

EN

microwave plasma source; tuning characteristic; gas processing; atmospheric pressure

PL

mikrofalowe źródło plazmy; charakterystyka strojenia; gaz roboczy; ciśnienie atmosferyczne

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 94, nr 7
• Strony: 98--101
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Miotk R.

• Institute of Fluid Flow Machinery, Polish Academy of Sciences, ul. Fiszera 14, 80-231 Gdańsk

autor

Jasiński M.

• Institute of Fluid Flow Machinery, Polish Academy of Sciences, ul. Fiszera 14, 80-231 Gdańsk

autor

Mizeraczyk J.

• Department of Marine Electronics, Gdynia Maritime University, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia

Bibliografia

• [1] Szabo D. V., Schlabach S., Microwave plasma synthesis of materials-from physics and chemistry to nanoparticles: a materials scientist’s viewpoint, Inorganics, 2 (2014), No. 3, 468- 507
• [2] Mizeraczyk J., Jasiński M., Nowakowska H., Dors M., Studies of atmospheric-pressure microwave plasmas used for gas processing, Nukleonika, 57 (2012), No. 2, 241-247
• [3] Jasiński M., Dors M., Mizeraczyk J., Destruction of freon HFC- 134a using a nozzleless microwave plasma source, Plasma Chem Plasma Process, 29 (2009), 363-372
• [4] Kaiser M., Baumgartner K.-M., Mattheus A., Microwave plasma sources -applications in industry, Contrib. Plasma Phys., 52 (2012), No. 7, 629-635
• [5] Su L., Kumar R., Ogungbesan B., Sassi M., Experimental investigation of gas heating and dissociation in a microwave plasma torch at atmospheric pressure, Energy Conversion and Management, 78 (2014), 695-703
• [6] Sysolyatina E., Vasiliev M., Kurnaeva M., Kornienko I., Petrov O., Fortov V., Gintsburg A., Petersen E., Ermolaeva S., Frequency of cell treatment with cold microwave argon plasma is important for the final outcome, J. Phys. D: Appl. Phys., 49 (2016), No. 294002, 1-11
• [7] Tatarova E., Dias A., Henriques J., Botelho A., Ferraria A., Abrashev M. V., Luhrs C. C., Phillips J., Dias F. M., Ferreira C., Microwave plasmas applied for the synthesis of free standing graphene sheets, J. Phys. D: Appl. Phys., 47 (2014), No. 385501, 1-11
• [8] Kim H. Y., Kang S., Park S., Jung H., Choi B., Sim J., Lee J., Characterization and effects of Ar/Air microwave plasma on wound healing, Plasma Process. Polym., 12 (2015), No. 12, 1423-1434
• [9] Mizeraczyk J., Dors M., Jasiński M., Hrycak B., Czylkowski D., Atmospheric pressure low-power microwave microplasma source for deactivation of microorganisms, Eur. Phys. J. Appl. Phys., 61 (2013), No. 24309, 1-7
• [10] Hnilica J., Potocnakova L., Stupavska M., Kudrle V., Rapid surface treatment of polyamide 12 by microwave plasma jet, Applied Surface Science, 288 (2014), 251-257
• [11] Czylkowski D., Hrycak B., Miotk R., Jasiński M., Mizeraczyk J., Dors M., Microwave plasma for hydrogen production from liquids, Nukleonika, 61 (2016), No. 2, 185-190
• [12] Hrycak B., Miotk R., Czylkowski D., Jasiński M., Mizeraczyk J., Dors M., Hydrogen production by dry reforming of kerosene using microwave plasma, Electrical Review, 92 (2016), No. 8, 40-43
• [13] Miotk R., Hrycak B., Czylkowski D., Dors M., Jasiński M., Mizeraczyk J., Liquid fuel reforming using microwave plasma at atmospheric pressure, Plasma Sources Science and Technology, 25 (2016), No. 035022, 1-17
• [14] Miotk R., Jasiński M., Mizeraczyk J., Equivalent circuit of a coaxial-line-based nozzleless microwave 915 MHz plasma source, Journal of Physics Conference Series: Materials Science and Engineering, 113 (2016), No. 012008, 1-5
• [15] Sobański M., Jasiński M., Mizeraczyk J., Analiza numeryczna mikrofalowego modułu plazmowego do produkcji wodoru, Prace Instytutu Elektrotechniki, 261 (2013), 106-114
• [16] Miotk R., Jasiński M., Mizeraczyk J., Optical emission spectroscopy of microwave (915 MHz) plasma in atmospheric pressure nitrogen with addition of ethanol vapour, Acta Physica Polonica A, 125 (2014), No. 6, 1329-1331
• [17] Miotk R., Jasiński M., Mizeraczyk J., Analysis of the tuning characteristics of microwave plasma source, Physics of Plasmas, 23 (2016), No. 4, 3507-3510
• [18] Nowakowska H., Jasiński M., Dębicki P., Mizeraczyk J., Numerical analysis and optimization of power coupling efficiency in waveguide-based microwave plasma source, IEEE Transactions on Plasma Science, 39 (2011), No. 10, 1935- 1942

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).