The subject of this paper is the design of two types of stationary multiphase ac plasma generators, developed for plasma chemical methods of waste destruction and processing (including syngas production). This paper presents plasma generators of average power (up to 50 kW) and high power (up to 500 kW) working on oxidizing media and describes the basic physical processes in the discharge chamber of a multiphase low-temperature (thermal) plasma generator. The presence of diffuse mode of arc burning at ne ∼ 1014–1015 cm−3 and contracted mode ne ⩾ 1016 cm−3 is detected. The external characteristics (dependence of working gas heat content, power in arcs and efficiency on flow rate) based on experimental data are presented. The influence of plasma forming gas variation on electric parameters is demonstrated. The powerful multiphase plasma generator works at atmospheric pressure on oxidizing media (air) in the power range 100–500 kW and the flow rates 10–70 g s−1 with thermal efficiency of 70–90% and electrode lifetime of more than a hundred hours. The thermal efficiency of an average power (up to 50 kW) plasma generator in the range of air flow rate of 2–25 g s−1 is 80–95%, while the electrode lifetime is hundreds of hours. The described multiphase plasma generators allow the working gas heat content to be controlled in a wide range at the outlet (for air—from 1.5 MJ kg−1 up to 12.5 MJ kg−1), which is important for the realization of plasma technologies, including syngas production.
本論文の主題は、廃棄物の破壊・処理（合成ガス製造を含む）のためのプラズマ化学的手法向けに開発された、2種類の定常型多相交流プラズマ発生装置の設計である。本論文では、平均出力（最大50 kW）および高出力（最大500 kW）のプラズマ発生装置を酸化性媒体中で作動させた場合について提示し、多相低温（熱）プラズマ発生装置の放電室における基礎物理過程を記述する。電子密度ne ∼ 10¹⁴–10¹⁵ cm⁻³におけるアーク燃焼の拡散モードと、ne ⩾ 10¹⁶ cm⁻³における収縮モードの存在が確認された。実験データに基づき、外部特性（作動ガスの熱含量、アーク内電力、効率の流量依存性）を示す。作動ガスの組成変化が電気パラメータに及ぼす影響を実証する。高出力多相プラズマ発生装置は、大気圧下で酸化性媒体（空気）中において、出力範囲100–500 kW、流量範囲10–70 g·s⁻¹で作動し、熱効率は70–90%、電極寿命は100時間以上を達成する。平均出力（最大50 kW）のプラズマ発生装置は、空気流量範囲2–25 g·s⁻¹において熱効率80–95%を達成し、電極寿命は100時間以上である。本多相プラズマ発生装置により、出口における作動ガスの熱含量を広範囲（空気の場合、1.5 MJ·kg⁻¹から12.5 MJ·kg⁻¹まで）で制御することが可能となり、これは合成ガス製造を含むプラズマ技術の実現にとって重要である。