滑动弧等离子体固氮系统

本技术属于农业领域，具体而言，涉及滑动弧等离子体固氮系统。

背景技术：

1、等离子体固氮作为新型的固氮方式，近年来成为国内外的研究热点，针对氧化型等离子体固氮，现有的滑动弧等离子体固氮装置通常包括至少4个气泵、脉冲电源、刀极、气箱等组成结构，工作时利用脉冲电源将电压升高以击穿刀极间隙形成电弧，再由气泵吹弧形成等离子体区域，给氮气和氧气反应生成二氧化氮提供条件，之后对二氧化氮进行吸收实现固氮，但气泵存在寿命短、噪音大等问题。

技术实现思路

1、本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出滑动弧等离子体固氮系统。该系统采用无刷风机代替气泵，具有风速快、风量大、寿命长、成本低、噪音小的优点，能交替进行氮氧化合物的合成和氮氧化合物的固定并实现整个过程的自动化控制，且利用液体固定含氮化合物还易于实现精准施肥。

2、在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了滑动弧等离子体固氮系统。根据本实用新型的实施例，该系统包括：

3、气箱；

4、等离子体反应室，所述等离子体反应室包括两个间隔设置的刀片电极、反应气入口和混合气出口，两个所述刀片电极均具有弧形边，且两个所述刀片电极的弧形边相对设置，两个所述刀片电极设在所述反应气入口处并与高压供电装置相连，所述反应气入口通过第一风管与所述气箱连通，所述混合气出口通过第二风管与所述气箱连通；

5、含氮化合物吸收装置，所述含氮化合物吸收装置包括液体容纳区、含氮化合物入口和尾气出口，所述含氮化合物入口通过第三风管与所述气箱连通，所述第三风管的出风口不高于所述液体容纳区的液位线，所述尾气出口通过第四风管与所述等离子体反应室连通，所述第三风管上设有第一风阀，所述第四风管上设有第二风阀；

6、第一无刷风机，所述第一风管通过所述第一无刷风机与所述反应气入口相连，且所述第一无刷风机的出风口朝向所述等离子体反应室；

7、第二无刷风机，所述第三风管通过所述第二无刷风机与所述气箱相连，且所述第二无刷风机的出风口朝向所述含氮化合物吸收装置；

8、plc控制单元，所述plc控制单元与所述第一风阀、所述第二风阀、所述第一无刷风机、所述第二无刷风机和所述高压供电装置相连，且适于控制所述第一风阀、所述第二风阀、所述第一无刷风机、所述第二无刷风机和所述高压供电装置的开闭，其中：在放电形成等离子体，进行含氮化物合成阶段，所述第一无刷风机和所述高压供电装置开启，所述第二无刷风机、所述第一风阀和所述第二风阀不启动；在含氮化合物吸收阶段，所述第二无刷风机、所述第一风阀和所述第二风阀均开启，所述第一无刷风机和所述高压供电装置不启动。

9、本实用新型上述实施例的滑动弧等离子体固氮系统至少具有以下优点：1、采用无刷风机代替气泵，不仅风速快、风量大，而且寿命长、成本低、噪音小；2、风机个数少，能进一步简化系统结构成本；3、在合成氮氧化合物的过程中，反应气和中间气体可以在气箱和等离子体反应室中多次循环，直至反应气充分反应或达到预期氮氧化合物浓度后再进行氮氧化合物的固定；4、采用该系统可以交替进行氮氧化合物的合成和氮氧化合物的固定，且能实现整个过程的自动化控制；5、在实际操作过程中，可以利用液体（如水、koh溶液或培养液等）来吸收制得的含氮化合物，得到液态氮肥，具体可以将固氮后的液体配合其它肥料，调节ph值之后用于施肥，例如可以用于滴灌种植或水培等，易于实现精准施肥。

10、另外，根据本实用新型上述实施例的滑动弧等离子体固氮系统还可以具有如下附加的技术特征：

11、任选地，滑动弧等离子体固氮系统还包括：搅拌装置和/或整流罩，其中：所述搅拌装置适于使液体容纳区内的液体搅动；所述整流罩的入口端与所述反应气入口密封相连、出口端敞口设置且朝向两个所述刀片电极的间隙，所述出口端的口径小于所述反应气入口的口径，两个所述刀片电极分别与所述整流罩可拆卸相连。

12、任选地，所述搅拌装置包括：无刷电机、联轴器、搅拌杆，所述搅拌杆通过所述联轴器与所述无刷电机相连，所述搅拌杆上设有桨叶，所述桨叶旋转形成的周向区域的至少一部分不高于所述液体容纳区的液位线。

13、任选地，所述整流罩包括变截面区，所述变截面区在沿所述入口端向所述出口端的方向上为渐缩设置。

14、任选地，两个所述刀片电极之间的间隙距离在远离所述整流罩的方向上逐渐变大。

15、任选地，所述整流罩与所述刀片电极之间为绝缘设置。

16、任选地，所述搅拌装置还包括：套管，所述套管套设在所述搅拌杆设有桨叶的区域上并与所述第三风管的出风口相连，且所述套管的上部封闭、下部设有镂空区，所述镂空区位于所述液体容纳区的液位线以下。

17、任选地，所述plc控制单元与所述搅拌装置相连并控制所述搅拌装置的开闭。

18、任选地，所述第三风管与反应气供给风管和尾气风管相连。

19、任选地，所述反应气供给风管设在所述第二无刷风机和所述气箱之间，所述尾气风管设在所述第一风阀和所述第二无刷风机之间。

20、任选地，所述反应气供给风管上设有第三风阀，所述尾气风管上设有第四风阀，所述plc控制单元与所述第三风阀和所述第四风阀相连并控制所述第三风阀和所述第四风阀的开闭。

21、任选地，所述尾气风管与尾气净化装置相连。

22、任选地，所述plc控制单元基于预设时间控制所述第一风阀、所述第二风阀、所述第一无刷风机、所述第二无刷风机和所述高压供电装置的开闭，以及是否对所述液体容纳区进行换液，所述预设时间包括预设的反应时间和预设的含氮化合物吸收时间。

23、任选地，所述气箱或所述等离子体反应室中设有含氮化合物浓度检测装置，所述plc控制单元与所述含氮化合物浓度检测装置相连并基于所述含氮化合物浓度检测装置的检测值，控制所述第一风阀、所述第二风阀、所述第一无刷风机、所述第二无刷风机和所述高压供电装置的开闭。

24、任选地，所述含氮化合物吸收装置设有含氮离子浓度检测单元。

25、任选地，所述plc控制单元与所述含氮离子浓度检测单元相连并基于所述含氮离子浓度检测单元的检测值，控制是否对所述液体容纳区进行换液。

26、本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

技术特征：

1.一种滑动弧等离子体固氮系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的滑动弧等离子体固氮系统，其特征在于，还包括：搅拌装置和/或整流罩，其中：

3.根据权利要求2所述的滑动弧等离子体固氮系统，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：

4.根据权利要求3所述的滑动弧等离子体固氮系统，其特征在于，所述搅拌装置还包括：套管，所述套管套设在所述搅拌杆设有桨叶的区域上并与所述第三风管的出风口相连，且所述套管的上部封闭、下部设有镂空区，所述镂空区位于所述液体容纳区的液位线以下。

5.根据权利要求2~4中任一项所述的滑动弧等离子体固氮系统，其特征在于，所述plc控制单元与所述搅拌装置相连并控制所述搅拌装置的开闭。

6.根据权利要求1~4中任一项所述的滑动弧等离子体固氮系统，其特征在于，所述第三风管与反应气供给风管和尾气风管相连。

7.根据权利要求6所述的滑动弧等离子体固氮系统，其特征在于，满足以下条件中的至少之一：

8.根据权利要求1所述的滑动弧等离子体固氮系统，其特征在于，所述plc控制单元基于预设时间控制所述第一风阀、所述第二风阀、所述第一无刷风机、所述第二无刷风机和所述高压供电装置的开闭，以及是否对所述液体容纳区进行换液，所述预设时间包括预设的反应时间和预设的含氮化合物吸收时间。

9.根据权利要求1或8所述的滑动弧等离子体固氮系统，其特征在于，所述气箱或所述等离子体反应室中设有含氮化合物浓度检测装置，所述plc控制单元与所述含氮化合物浓度检测装置相连并基于所述含氮化合物浓度检测装置的检测值，控制所述第一风阀、所述第二风阀、所述第一无刷风机、所述第二无刷风机和所述高压供电装置的开闭；和/或，

10.根据权利要求9所述的滑动弧等离子体固氮系统，其特征在于，所述plc控制单元与所述含氮离子浓度检测单元相连并基于所述含氮离子浓度检测单元的检测值，控制是否对所述液体容纳区进行换液。

技术总结
本技术公开了滑动弧等离子体固氮系统。该系统包括气箱、等离子体反应室、含氮化合物吸收装置、第一无刷风机、第二无刷风机、PLC控制单元，等离子体反应室中刀片电极与高压供电装置相连，反应气入口和混合气出口分别通过第一、第二风管与气箱连通；含氮化合物吸收装置通过第三风管与气箱连通、通过第四风管与等离子体反应室连通，第三风管出风口不高于其液位线，第三、第四风管上均设有风阀；第一风管通过无刷风机与反应气入口相连，第三风管通过另一无刷风机与气箱相连；PLC控制单元与各风阀、无刷风机和高压供电装置相连并控制其开闭。该系统的风机风速快、风量大、噪音小，能实现氮氧化合物的合成与固定自动化交替进行。

技术研发人员：仲崇山,任云鸿,韩泽阳
受保护的技术使用者：中国农业大学
技术研发日：20230711
技术公布日：2024/1/13