电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器

摘要

本发明公开了一种电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，包括底座、安装在底座上的壳体、储水箱、泵组件、阀门组件、高压脉冲电源、数据采集及控制单元、用于产生水下密集气泡两相流的机械搅拌装置、光谱检测器和液位传感器；壳体内设有介质阻挡放电电极阵列、冲孔网板和曝气装置，介质阻挡放电电极阵列与高压脉冲电源相连接；液位传感器、光谱检测器与数据采集及控制单元的输入端相连接，数据采集及控制单元的输出端连接泵组件、阀门组件、高压脉冲电源和调速驱动器，泵组件及阀门组件在数据采集及控制单元的控制下，实现水处理通道的选择和气体的循环。本发明能够处理大流量废水，放电简单，放电区域大，处理效率高，成本低。

权利要求

1.电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，其特征在于，包括底座(1)、安装在底座(1)上的壳体(2)、储水箱(3)、泵组件、阀门组件、高压脉冲电源(6)、数据采集及控制单元(7)、用于产生水下密集气泡两相流的机械搅拌装置、安装在壳体(2)上用于检测放电区域放电光谱的光谱检测器(9)和用于检测液面高度的液位传感器(10)；

所述机械搅拌装置包括设置在壳体(2)底部的调速电机(8-1)、设置在壳体(2)内的搅拌器(8-2)和与调速电机(8-1)输入端相连接用于控制调速电机(8-1)的调速驱动器(8-3)，所述调速电机(8-1)的转轴穿过壳体(2)与搅拌器(8-2)相连接；

所述壳体(2)的下方设有反应器进气口(11-1)及反应器进水口(11-2)，壳体(2)的上方设有反应器出水口(11-4)及反应器出气口(11-3)；

所述壳体(2)内设有介质阻挡放电电极阵列(12)、设置在介质阻挡放电电极上下层负载催化剂的冲孔网板(13)和位于介质阻挡放电电极阵列(12)下方的曝气装置(14)，所述介质阻挡放电电极阵列(12)与高压脉冲电源(6)相连接；

所述液位传感器(10)、光谱检测器(9)与数据采集及控制单元(7)的输入端相连接，所述数据采集及控制单元(7)的输出端连接泵组件、阀门组件、高压脉冲电源(6)和调速驱动器(8-3)，所述泵组件及阀门组件在数据采集及控制单元(7)的控制下，实现水处理通道的选择和气体的循环；

所述反应器出水口(11-4)安装有气液分离器(15)；所述阀门组件包括设置在干净水源出水管上的第一阀门(5-1)、设置在储水箱出水管上的第二阀门(5-2)、设置在进气管道上的第三阀门(5-3)、设置在储水箱进水管上的第四阀门(5-4)和设置在单次处理水出水管上的第五阀门(5-5)；所述泵组件包括气泵(4-1)和液压泵(4-2)；所述干净水源出水管的另一端、储水箱出水管的另一端均与反应器进水口(11-2)相连接，所述液压泵(4-2)安装在反应器进水口(11-2)处；所述储水箱进水管的另一端和单次处理水出水管的另一端均与气液分离器出水口(15-1)相连接；所述进气管道一端与反应器进气口(11-1)相连接，另一端与反应器出气口(11-3)及气液分离器出气口(15-2)相连接，所述气泵(4-1)安装在反应器进气口(11-1)处。

2.根据权利要求1所述的电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，其特征在于，所述搅拌器(8-2)包括与调速电机(8-1)的转轴相连接的转盘(8-2-1)和均匀分布在转盘上的多个搅拌叶片(8-2-2)，所述搅拌叶片(8-2-2)上设有突起(8-2-2-1)。

3.根据权利要求1所述的电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，其特征在于，所述反应器进水口(11-2)处还设有液体流量计(16-1)，所述反应器进气口(11-1)处还设有气体流量计(16-2)。

4.根据权利要求1所述的电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，其特征在于，所述光谱检测器(9)具体采用的是石英管或者发光光谱仪，所述石英管的底部紧贴放电区域，所述发光光谱仪的光纤探头伸入壳体(2)内部。

5.根据权利要求1所述的电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，其特征在于，所述介质阻挡放电电极阵列(12)每层由10～30对介质阻挡放电电极构成，层数为1～10层。

6.根据权利要求5所述的电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，其特征在于，所述介质阻挡放电电极包括作为绝缘介质的石英玻璃管(12-1)和插在石英玻璃管(12-1)内作为导电电极的不锈钢棒(12-2)，在所述不锈钢棒(12-2)与石英玻璃管(12-1)之间的间隙中填充有金属粉或者高真空硅脂。

7.根据权利要求6所述的电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，其特征在于，所述石英玻璃管(12-1)的外径为4.0-6.0mm、内径为2.0-4.0mm，所述不锈钢棒(12-2)的直径为2.0-4.0mm。

8.根据权利要求1所述的电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，其特征在于，所述冲孔网板(13)具体采用的是涂敷TiO2薄膜的冲孔钛板，所述冲孔钛板上均匀分布多个孔洞(13-1)；所述冲孔钛板的厚度为1.5-3.0mm，所述TiO2薄膜的厚度为50-200nm；每个孔洞(13-1)的孔径为0.5-3.0mm，相邻两个孔洞(13-1)中心间距为1.0-6.0mm。

9.根据权利要求1所述的电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，其特征在于，所述壳体(2)的两侧设有绝缘支架(17)，所述底座(1)和绝缘支架(17)采用的是聚四氟乙烯板材制作。

说明书

电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种反应器，具体涉及一种电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，属于反应器技术领域。

背景技术

[0002] 超声辅助水下密集气泡DBD放电，有效降低了放电难度，可以循环利用放电产生的臭氧，充分利用放电紫外线与二氧化钛协同催化反应增强处理效果，有较好的应用前景。

[0003] 水下介质阻挡放电需要产生均匀而密集的气泡，其主要原因有以下两点：(1)水下放电(特别是介质阻挡放电)非常困难；(2)提高放电活性物质与水中有毒害物质作用的效率。

[0004] 水下均匀而密集气泡群的产生方法有以下两种方法：

[0005] (1)降低放电难度的物理控制方法：降低系统介电常数；曝气+人工殖核网；调速电机带动搅拌器件产生密集气泡；

[0006] (2)反应速率(化学反应动力学)的物理应参数控制方法：系统粘滞系数；多相催化。

[0007] 现有水下放电反应器大多采用针-针、针-板、多针-板或多针-多针结构，通常直接在水使用高压脉冲激励，产生电晕或电弧放电，主要应用于研究水下放电特性。这些水下放电反应器存在放电困难、放电区域小、处理效率低和成本高等缺点，不适合应用于处理大流量的废水。

发明内容

[0008] 针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种能够处理大流量废水的电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，放电简单，放电区域大，处理效率高，成本低。

[0009] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

[0010] 本发明的电机调控水下密集气泡介质阻挡放电反应器，包括底座、安装在底座上的壳体、储水箱、泵组件、阀门组件、高压脉冲电源、可与PC机进行数据通信的数据采集及控制单元、用于产生水下密集气泡两相流的机械搅拌装置、安装在壳体上用于检测放电区域放电光谱的光谱检测器和用于检测液面高度的液位传感器；机械搅拌装置包括设置在壳体底部的调速电机、设置在壳体内的搅拌器和与调速电机输入端相连接用于控制调速电机的调速驱动器，所述调速电机的转轴穿过壳体与搅拌器相连接，搅拌器在调速电机的带动下搅动反应器内的气液混合相流体，产生密集气泡；壳体的下方设有反应器进气口及反应器进水口，壳体的上方设有反应器出水口及反应器出气口；壳体内设有正负极成对排列并以阵列式分层放置的介质阻挡放电电极阵列、设置在介质阻挡放电电极上下层负载催化剂的冲孔网板和位于介质阻挡放电电极阵列下方的曝气装置，所述介质阻挡放 电电极阵列与高压脉冲电源相连接；液位传感器、光谱检测器与数据采集及控制单元的输入端相连接，所述数据采集及控制单元的输出端连接泵组件、阀门组件、高压脉冲电源和调速驱动器，所述泵组件及阀门组件在数据采集及控制单元的控制下，实现水处理通道的选择和气体的循环。

[0011] 上述搅拌器包括与调速电机的转轴相连接的转盘和均匀分布在转盘上的多个搅拌叶片，所述搅拌叶片上设有突起。

[0012] 上述反应器出水口安装有气液分离器；所述阀门组件包括设置在干净水源出水管上的第一阀门、设置在储水箱出水管上的第二阀门、设置在进气管道上的第三阀门、设置在储水箱进水管上的第四阀门和设置在单次处理水出水管上的第五阀门；所述泵组件包括气泵和液压泵；所述干净水源出水管的另一端、储水箱出水管的另一端均与反应器进水口相连接，所述液压泵安装在反应器进水口处；所述储水箱进水管的另一端和单次处理水出水管的另一端均与气液分离器出水口相连接；所述进气管道一端与反应器进气口相连接，另一端与反应器出气口及气液分离器出气口相连接，所述气泵安装在反应器进气口处。

[0013] 上述反应器进水口处还设有液体流量计，所述反应器进气口处还设有气体流量计。

[0014] 上述光谱检测器具体采用的是石英玻璃管或者发光光谱仪，所述石英玻璃管的底部紧贴放电区域，所述发光光谱仪的光纤探头伸入壳体内部。

[0015] 上述介质阻挡放电电极阵列每层由10～30对介质阻挡放电电极构成，层数为1～10层。

[0016] 上述介质阻挡放电电极包括作为绝缘介质的石英玻璃管和插在石英玻璃管内作为导电电极的不锈钢棒，在所述不锈钢棒与石英玻璃管之间的间隙中填充有金属粉或者高真空硅脂。

[0017] 上述石英玻璃管的外径为4.0-6.0mm、内径为2.0-4.0mm，所述不锈钢棒的直径为2.0-4.0mm。

[0018] 上述冲孔网板具体采用的是涂敷TiO2薄膜的冲孔钛板，所述冲孔钛板上均匀分布多个孔洞；所述冲孔钛板的厚度为1.5-3.0mm，所述TiO2薄膜的厚度为50-200nm；每个孔洞的孔径为0.5-3.0mm，相邻两个孔洞中心间距为1.0-6.0mm。

[0019] 上述壳体的两侧设有绝缘支架，所述底座和绝缘支架采用的是聚四氟乙烯板材制作。

[0020] 本发明采用调速电机带动搅拌叶片高速旋转，在水中建立密集气泡群，降低放电难度，并使用高压脉冲或交流电源激励介质阻挡放电电极阵列，在密集气泡群中产生放电；同时，可调控的机械扰动系统，提升气液两相流间的扩散和传质，有效提高扩散反应速率，适合处理大流量的水；综合利用放电产生的紫外线和臭氧，与机械搅拌共同构建水下多相催化反应系统，有效降低反应活化能，协同提高废水降解的活化反应速率。

附图说明

[0021] 图1为水下密集气泡介质阻挡放电协同催化废水处理原理示意图；

[0022] 图2为本发明的反应器结构示意图(图中A表示的是放电区，B表示的是空化泡群)；

[0023] 图3为双介质DBD电极结构；

[0024] 图4为单介质DBD电极结构；

[0025] 图5为搅拌器结构示意图；

[0026] 图6为本发明的反应器原理框图；

[0027] 图7为本发明的气液分离室结构示意图；

[0028] 图8为反应器级联处理废水的示意图；

[0029] 图9为负载TiO2薄膜的冲孔网板结构示意图；

[0030] 图10为变频功率调制信号频率变化、波形及其输出功率密度图；

[0031] 图11为高压脉冲电源逆变器的变频调制工作波形图；

[0032] 图12为水下密集气泡DBD反应器的简图；

[0033] 图13为图12的等效电路；

[0034] 图14为谐振式DBD驱动与匹配电路结构图；

[0035] 图中各标号：底座1、壳体2、储水箱3、气泵4-1、液压泵4-2、第一阀门5-1、第二阀门5-2、第三阀门5-3、第四阀门5-4、第五阀门5-5、高压脉冲电源6、数据采集及控制单元7、调速电机8-1、搅拌器8-2、调速驱动器8-3、光谱检测器9、液位传感器10、反应器进气口11-1、反应器进水口11-2、反应器出气口11-3、反应器出水口11-4、介质阻挡放电电极阵列12、石英玻璃管12-1、不锈钢棒12-2、冲孔网板13、孔洞13-1、曝气装置14、气液分离器15、气液分离器出水口15-1、气液分离器出气口15-2、液体流量计16-1、气体流量计16-2、绝缘支架17。

具体实施方式

[0036] 为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

[0037] 参见图1，本发明涉及的水下密集气泡和介质阻挡放电的产生，以及DBD发光UV谱线与催化剂(TiO2)联用后，其活性物质(OH、O、O3、H2O2)的产生与相互转化，活性物质(主要是OH)与有机物(Org.)发生降解反应的机制。

[0038] 运用快速旋转的机械叶片扰动含气流体，在水中动态产生和筛选气泡尺寸和密度，为水下介质阻挡放电创造条件。在水下密集气泡中产生介质阻挡放电并处理流动的废水，充分利用介质阻挡放电产生的UV与TiO2联合构成催化反应系统，在旋转叶片扰动作用下，为流体提供流速，同时增强流体扩散和催化反应，达到有效提升水下密集气泡介质阻挡放电降解废水效率的目的。

[0039] 本发明构建水下密集气泡气液两相流，有效降低了水下放电难度；可调控的机械扰动系统，提升了水下放电反应系统的扩散速率，有效提升水处理效率，适合处理大流量的水；构建二氧化钛、紫外、臭氧和机械扰动协同的反应系统，进一步提升水处理效率。

[0040] 参见图2，本发明的反应器由调速电机8-1、搅拌器8-2、曝气装置14、负载催化剂的冲孔网板13、介质阻挡放电电极阵列12、光谱检测器9(安装在光学观测窗9-1内，其上设有防尘盖9-2)、绝缘支架17、底座1、密封胶圈8-4、反应器进水口11-2、反应器进气口11-1、反应器出水口11-4、反应器出气口11-3和液位传感器等10。其中，介质阻挡放电电极为正负极成对排列以阵列式分层放置，并夹在两层负载催化剂的冲孔网板13之间；调速电机8-1安装在反应器的底部，电机转轴透过反应器的不锈钢底板与搅拌器8-2连接，搅拌器8-2在调速电机8-1的带动下搅动反应器内的气液混合相流体，产生密集气泡；光学观测窗9-1，采用一段封闭的石英管，插入反应器内，石英管的底部紧贴放电区域，可将发光光谱仪的光纤探头深入光学观测窗检测放电光谱；液位传感器10用于 检测液面高度，只有当液面高度达到预定高度后才能开启激励电源开始处理；反应器的底座1和绝缘支架17使用聚四氟乙烯板材制作；反应器进水口11-4和反应器进气口11-1位于反应器的下方，反应器出气口11-3和反应器出水口11-4位于反应器的上方，与电机转轴连接的搅拌器8-2位于曝气装置14的下方，气相和液相在搅拌器的作用下形成含有密集气泡的气液两相流，在反应器内部自下而上流动，经放电和催化处理后从反应器的上端出气口和出水口排出。

[0041] 介质阻挡放电电极采用外径为4.0-6.0mm、内径为2.0-4.0mm的石英玻璃管12-1作为绝缘介质，采用直径为2.0-4.0mm(误差-0.05mm)的不锈钢棒12-2作为导电电极，将不锈钢棒12-2插入石英玻璃管12-1内，并使用金属粉(纯银导电粉或银铜导电粉)或高真空硅脂(如长城7501)填充电极与石英管内壁的间隙；每层DBD由10-30对电极构成，层数为1-10层，单个反应器的DBD总电容不超过500uF，等效电阻(气液两相流体电阻电阻)大于2kΩ，激励电压25-40kV。

[0042] 参见图3是双介质的DBD电极结构，双介质DBD电极呈正负交错的成对排列，石英层间距(放电间隙)为0.5-2.5mm(误差±0.05mm)，两组电极分别接电源的高压输出端(HV)和地线(GND)并与被处理的水形成良好的接触；参见图4是单介质DBD电极结构，带介质的电极与不带介质的不锈钢呈交错成对排列，石英层间距(放电间隙)为0.5-2.5mm(误差±0.05mm)。带介质层的电极接电源输的高压输出端(HV)，不带介质层的电极接地线(GND)并与被处理的水形成良好的接触。

[0043] 为了在反应器内部获得均匀而密集的气泡，将搅拌器8-2安装在放电反应器底部，在搅拌器8-2的上方安装曝气装置14，搅拌器(参见图5)由3-4个搅拌叶片8-2-2均匀焊接在与电机转轴连接的转盘8-2-1上，形成螺旋桨结构。搅拌叶片8-2-2的后边沿带有突起8-2-2-1，有助于搅拌叶片旋转时产生气液两相微湍流，在曝气装置14和冲孔网板13的联合作用下形成水下密集气泡群，促进气液两相之间的相互扩散和流体传质。螺旋桨结构的搅拌叶片8-2-2工作时，促进气液两相从反应器的底部向顶部流动，在放电区域获得处理。

[0044] 参见图6，高压脉冲电源6与反应器的介质阻挡放电电极阵列12连接，调速驱动器8-3与反应器底部的调速电机8-1连接，阀门组件(第一阀门5-1、第二阀门5-2、第三阀门5-
3、第四阀门5-4、第五阀门5-5)在数据采集与控制单元的控制下，实现水处理通道的选择，未经过处理的水从第一阀门VR1进入，在液压泵4-1的输送下进入反应器，气体在气泵4-2的输送下从反应器的底部进入，需要重复处理的水，经过反应器处理后的水通过气液分离器
15后，从第四阀门5-4送入储水箱3。需要单次处理的水，在经过气液分离器15后不进入储水箱3，从第五阀门5-5流出；水和气体的流量，分别通过液体流量计16-1和气体流量计16-2获取；光探测器9用于检测放电区域的放光光谱，其特定波长的光谱相对强度数据由数据采集与控制单元获取。

[0045] 参见图7，气液分离器采用不锈钢材料制作，其包括不锈钢壳15-5，其内部为气液分离室15-4，从反应器出水口流出的气液两相流从气液分离器的气液入口15-3进入，在气液分离室分离成气相和液相，液体水从出水口15-1流出。气体从顶部的出气口15-2流出，并与反应器顶部出气口15-2流出的气体汇聚后，通过第三阀门V3和气泵M2组成的通道进入反应器循环使用。

[0046] 参见图8，将n个DBD反应器级联处理水。为了有利于被处理的水在重力下从前一反应器顺利流入后一个反应器，具体安装方式为：第1个反应器安装在较高位置，第2个反应器比第1个略低，……，第n个反应器比第n-1个略低。 数据采集与控制单元对高压脉冲电源、调速电机驱动器、水质分析器A/B、液位传感器SL、pH值调整A/B、阀门组件、气泵、液泵、气源等单元的工作状态进行控制，实现水处理数据的实时采集与运行状态的自动调控功能。

[0047] 级联处理流程描述：数据采集与控制单元7开启液泵M1、阀门V1、阀门V2、阀门VR1和阀门VG，关闭阀门VR2-VRn，未处理的水经过滤器F1、水质分析仪A、pH值调整A、流量计FL进入反应器1，气源通过气体流量计FG和单向阀VS进入反应器1-n，开启第一调速驱动器和第一高压脉冲电源处理反应器内水。当第一反应器的液位传感器SL检测到上升的水时，开启第二调速驱动器和第二高压脉冲电源，进一步处理从第一反应器进入第二反应器的水。按照第一反应器和第二反应器的液位传感器检测水位信号和电源开启模式，依次启动后一级反应器的高压脉冲电源的，直到反应器n的电源启动工作；经过级联反应器处理的水，从第n级反应器的出水口进入气液分离器，经气液分离器分离后的气体与反应器出气口流出的气体汇合，分离后的水经过第三阀门V3水质分析器B和pH值调整器B进入储水箱。经过储水箱3内部过滤器过滤后的清洁水，可经过阀门V4流出；如果需要循环处理，则打开阀门V5(关闭阀门V1和V4)，储水箱内的水经过液泵M1的输送再次进入反应器1-n进行处理。

[0048] 当需要排干净反应器1-n内的残留水时，打开阀门VR1-VRn和V7，关闭阀门V6，反应器1-n的水自然流出。当需要反向冲洗储水箱时，打开阀门VR1-VRn和V8，关闭阀门V3、V4、V6和V7，启动液泵M1反向抽取反应器1-n内残留的水，通过过滤器F2向储水箱反向输送高流速的水，实现储水箱的反向冲洗功能，冲洗后的水从V8排出。

[0049] 阀门组件VR1-VRn和V1-V7使用不锈钢材料的液体电磁阀(使用Gems公司的D2017/18/19系列高压双向电磁阀和F系列的C203/4系列高流量电磁阀)，阀门VS为单向气阀(H91X卡套止回阀和H93X卡套止回阀等)，阀门VG为可调流量的双向气阀(使用T40系列手动调节阀或使用T26电子式电动调节阀、ZDLY电子式电动小流量调节阀等)，流量计使用Gems公司的FS-600系列热扩散流量传感器或类似功能的其它传感器，压力计使用Gems公司的1200/
1600/2200/2600系列的工业压力变送器或类似功能的其它传感器。

[0050] 参见图9，所示的气泡核与催化孔网，促进水下密集气泡的产生和提升水处理反应的效率。使用涂敷TiO2薄膜的冲孔网板13作为气泡殖核与催化反应网，其上设有多个孔洞13-1，其孔径0.5-3.0mm，孔中心间距1.0-6.0mm，板厚1.5-3.0mm，孔洞13-1垂直穿过板材并均匀分布，负载TiO2薄膜厚度为50-200nm。其作用是：一方面，板上密集分布的孔洞结构有利于在机械叶片搅拌下获得足够多的气泡，便于在气液混合相中产生均匀的DBD等离子体；
另一方面，充分应用水下密集气泡DBD的紫外光谱，与孔网上涂覆的TiO2催化膜形成多项催化反应系统，与放电产生的臭氧、紫外线等协同作用，提升水中有毒害物质清除的效率。

[0051] 负载TiO2薄膜的钛孔板制作工艺，用浸渍提拉法按在钛冲孔网板上均匀涂敷并烧结形成厚度分别为50-200nm的TiO2薄膜。其具体做法是，将冲孔网板浸入钛酸丁酯(Ti(OC4H9)4)酒精溶液中并慢速向上提拉，溶液在冲孔网板上水解生成钛酸薄膜。然后再将冲孔网板放在350～400℃的炉内焙烧脱水2小时，形成TiO2薄膜；或者直接使用粒径为20-200nm，比表面积≥30m2/g的TiO2水基浆料(七色光科技)，涂覆Ti孔网形成TiO2浆料膜，再将冲孔网板放在350～400℃的炉内焙烧脱水1.5-2.0小时，形成固化的TiO2薄膜。

[0052] 水下密集气泡DBD的高压脉冲电源，使用如图10所示的变频功率密度波形调整图10所示的高压脉冲电源逆变器的工作波形。图10中，A为扫频调制信号fsm的频率变化曲线，B为扫频调制信号波形及其周期变化示意图，C为经扫频信号调制后的脉冲电源输出的近似正弦的低频功率波。

[0053] 图10中用于调制功率密度的变频扫描式信号B，定义其中心频率为fc，最小调制频率为fmin，最大调制频率为fmax，扫频半宽Δ＝(fmax-fmin)/2＝fc-fmin＝fmax-fc，扫频频率步进为δ。则调制信号B从最小值fmin开始，需要调整 次后才能达到最大值fmax，调整第i次的频率fi表达式为：

[0054]

[0055] 设变频调制信号B的占空比D均为0.5，则完成一个完整的fmin-fc-fmax-fc-fmin功率调制周期(Tm)的调整次数N的表达式为：

[0056]

[0057] 如果每个调制频率点fi工作ai≥1个周期，则扫频功率调制周期(Tm)的表达式为:

[0058]

[0059] 脉冲电源的输出功率采用功率密度调制方式控制，如图11所示。

[0060] 水下密集气泡DBD反应器正常工作时，其等效电路如图12和图13所示，图中Cd为石英介质的等效电容，Cg为放电区域的等效电容(与气液两相流的参数有关)，Rd为介质的动态电容(由石英材料的压电特性决定，可忽略)，Rg为放电区域的等效电阻(与溶液电导率和气液两相流的参数有关。为了计算方便，使用Cr替代Cd和Cg构成的串联电容，用Rr替代Rd和Rg构成的串联电阻。在本发明中，为了降低放电难度，应该保持Cr的值小于500uF，Rr的值大于2kΩ。

[0061] 图14是激励图12和图13所示的水下密集气泡DBD反应器的谐振式脉冲电源。使用图11所示的4路PWM波(电气端口LH与RH的驱动信号同相，电气端口LL与RL的驱动信号同相，LH与LL的驱动信号反相)驱动由Q1-Q4构 成的全桥电路工作，将AHV端的DC300-500V的直流高压逆变为高频交流，再通过多级脉冲变压器PT1-PTn的倍压后送给C0、C1、C2、MS1、MS2和LAD构成的磁脉冲压缩电路，磁脉冲压缩的输出端连接DBD反应器。

[0062] 图14所示的高压谐振式高压脉冲电源主体电路中，变压器PT1-PTn初级并联电感与磁开关电感LS串联后与电容Cp形成谐振电路，其谐振频率与图10所示的电源频率fH相等。MS1、MS2和LAD的饱和电感值Ls1、Ls2和Ls3与电容C0、C1、C2和Cr共同构成T型谐振匹配网，在本发明的电路中，取电容C0＝C1＝C2，C0+C1+C2≥Cr；第一级磁开关MS1的未饱和电感L1usa.、饱和电感L1sat和脉冲变压器PT的次级电感Lpts之间，应满足L1usa.≥Lpts≥L1sat。谐振式全桥逆变磁脉冲高压电源的工作过程描述如下：

[0063] 当Q1和Q2导通(Q2和Q4关闭)的正半周期，电流从AHV经过Cp、PT1-PTn的初级线圈和LS流向地线，LS从未饱和过度到饱和状态时，初级谐振电路的高压施加到变压器PT1-PTn的初级线圈，在变压器的次级产生高压，对C0充电，并有电流流过MS1。当MS1达到磁饱和时，C0存储的电能向C1充电，依次类推促使MS2达到磁饱和并向C2充电，直到MS1、MS2和LAD均达到磁饱和时，经过压缩的高压脉冲信号向反应器的等效电容Cr充电。此时，MS1、MS2和LAD的饱和电感值Ls1、Ls2和Ls3与电容C0、C1、C2和Cr共同构成T型谐振匹配网，在CR两端产生高压高频谐振，并促使反应器内的气液两相流产生正击穿放电；

[0064] 当Q2和Q4导通(Q1和Q2关闭)的负半周期，电流从AHV经过LS、PT1-PTn的初级线圈和Cp流向地线，反向电流促使LS反向磁复位，并再次从未饱和过度到饱和状态，初级谐振电路的高压再次施加到变压器PT1-PTn的初级线圈，在变压器的次级产生负电压，对C0-C2和Cr反向充电，并有电流反向流过MS1-MS2和LAD并促使它们反向磁复位。当MS1达到反向磁饱和时，C1存储的电能向C0充电，依次类推直到MS1、MS2和LAD均达到磁饱和时，反应器的等效电容Cr向整个匹配电路网络释放能量。此时，MS1、MS2和LAD的饱和电感值Ls1、Ls2和Ls3与电容C0、C1、C2和Cr共同构成T型谐振匹配网，并促使反应器内的气液两相流产生负击穿放电。

[0065] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。