用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备的制作方法

1.本公开涉及一种用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备，更具体地，涉及这样一种基于非热等离子体的废气微粒物质减少设备，其用于防止在杆与腔室之间发生电弧现象，抑制电弧现象的持续存在，并降低一个或多个电源装置的疲劳和电弧现象发生的概率，同时维持高效率的颗粒物减少效率。


背景技术：

2.本部分提供与本公开相关的背景信息，该背景信息不一定构成现有技术。
3.以诸如汽油、lpg柴油等化石燃料为燃料的内燃机是造成环境污染的主要原因，其影响整个环境以及人类健康和生活。
4.一氧化碳(co)、氮氧化物(no
x
)、二氧化硫(so2)、非甲烷碳氢化合物(nmhc)和颗粒物(pm)是由于诸如汽油或柴油发动机之类内燃机的不完全燃烧而产生的。
5.尽管有几十年的法规，但即使在排放控制严格的国家，诸如材料之类的污染物仍以超过法规标准的数量持续排放到环境中。
6.而且，即使是目前，也难以获得针对该标准的可靠技术。
7.一种极大可能减少内燃机排放(尤其是颗粒物排放)的技术利用非热等离子体(ntp)提高燃烧效率，并减少废气污染物的排放。
8.在燃烧效率的研究中，据报道ntp可用于更容易且完全地将大的有机燃料分子分成更小的分子，例如，美国专利公报2004/0185396、2005/0019714和2008/0314734中公开的。
9.同时，在另一项研究中，据报道ntp可用于直接减少废气污染物的排放。
10.例如，许多关于ntp的研究涉及用于减少no
x
排放的系统，例如，公开的美国专利注册号6,482,368和6,852,200。
11.同时，其他系统使用ntp减少颗粒物(pm)。例如，公开了美国专利注册号5,263,317和美国专利公报2007/0045101。
12.使用ntp的一般的废气颗粒物减少设备包括作为主要部件的腔室和发射器。废气流入作为管状体的腔室中，并且发射器布置在该腔室内。腔室和发射器被施加高电压，从而发生放电现象以发射电子。高速发射的电子与废气中所含的颗粒物碰撞，并且碰撞的颗粒物产生混合有电子、离子和中性粒子的等离子体。
13.施加至腔室和发射器的高电压需要无泄漏地施加到腔室和发射器。当高电压泄漏时，发射器与腔室之间的电压降低，从而使等离子体效率迅速降低。
14.特别地，当杆和腔室之间发生电弧现象时，发射器中的放电现象减弱，从而ntp产生效率迅速降低。此外，由于不必要的电弧现象，可能对腔室和杆的表面产生损坏。另外，由于上述问题，效率降低，并产生损坏，并且另外，产生高电压的电源装置存在疲劳不断增加的问题。


技术实现要素：

15.技术问题
16.本公开的一个目的是提供这样一种基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备，其用于通过设置用于使杆与腔室相互绝缘的电弧防止单元来防止在杆和腔室之间发生电弧现象。
17.本公开的另一目的是提供一种用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备，该设备能够通过提供用于控制电源装置产生供发生非热等离子体现象的最低电压的控制单元来抑制电弧现象的持续情况。
18.本公开的又一目的在于提供一种用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备，该设备通过提供多重等离子体产生单元、多重电压施加单元和电源装置，能够降低一个或多个电源装置的疲劳和电弧现象发生概率，甚至同时以高效率维持颗粒物减少效率。
19.技术方案
20.本部分提供了本公开内容的一般概述，并不是对其全部范围或所有特征的全面公开。
21.根据本公开的多个方面的任一方面，提供一种用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备，该废气颗粒物减少设备包括：腔室，所述腔室是管状体，废气在所述管状体中流动，并且所述腔室与接地电源连接；电源装置，所述电源装置布置在所述腔室外，并且包括用于产生稳态电压的电压产生单元，在所述稳态电压下产生最大效率的非热等离子体现象；发射器，所述发射器布置在所述腔室内，并且通过对所述发射器施加所述稳态电压而在所述腔室之间产生非热等离子体；杆，所述杆通过电连接所述电压产生单元和所述发射器，将所述稳态电压施加到所述发射器；以及电弧防止单元，所述电弧防止单元通过在所述杆和所述腔室之间提供绝缘，防止所述杆和所述腔室之间发生电弧现象。
22.在根据本公开的另一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述电弧防止单元可以由绝缘材料制成，并且可以是供所述杆布置在其中的杆隔离装置。
23.在根据本公开的又一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述杆隔离装置可以是绝缘涂层构件，其涂覆所述杆的外表面以使所述杆的内部和外部绝缘。
24.在根据本公开的另一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述杆隔离装置可以包括其中的杆，设置为绝缘体，并且可以是直线或曲线柱，该柱的截面形状是多边形、圆形、椭圆形和具有倒圆顶点的多边形中的至少一种。
25.在根据本公开的另一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述电弧防止单元可以由绝缘材料制成，并且可以布置在所述腔室的内表面或外表面上，或布置在穿过所述腔室形成的腔室窗口中。
26.在根据本公开的又一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述电弧防止单元可以是绝缘膜，其涂覆在所述腔室的所述内表面上以包括所述杆在所述腔室的所述内表面上的正交投影。
27.在根据本公开的又一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒
物减少设备中，所述电弧防止单元可以是绝缘管，其布置成与所述腔室的所述内表面紧密接触，以包括所述杆在所述腔室的所述内表面上的纵向投影。
28.在根据本公开的多个方面的另一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述腔室可以设置有包括所述发射器在所述腔室的所述内表面上的正交投影的长度，并且所述电弧防止单元可以设置有由绝缘材料制成的绝缘管，并且所述腔室可以插入并布置在所述电弧防止单元中，但布置在所述腔室的所述内表面的面对所述发射器的位置。
29.在根据本公开的多个方面的又一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述电源装置可以包括控制所述电压产生单元的控制单元，并且所述控制单元可以控制所述电压产生单元以电弧抑制模式操作，该电弧抑制模式通过产生最低电压来缓解电弧发生，在该最低电压下，所述发射器和所述腔室之间发生非热等离子体现象。
30.在根据本公开的多个方面的又一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述电源装置可以进一步包括电弧感测装置，该电弧感测装置感测所述电弧现象以产生电弧发生信号，并且所述控制单元可以根据所述电弧发生信号控制所述电压产生单元以所述电弧抑制模式操作。
31.根据本公开的多个方面的另一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备可以进一步包括：等离子体产生单元，所述等离子体产生单元由所述杆和所述发射器构成；多重等离子体产生单元，在所述多重等离子体产生单元中布置有多个等离子体产生单元；以及多重电压施加单元，所述多重电压施加单元控制施加到构成所述多重等离子体产生单元的所述多个等离子体产生单元的电压的大小。
32.在根据本公开的多个方面的又一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，可以设置有多个电源装置，并且所述多个电源装置可以设置成使所述电源装置和所述等离子体产生单元逐个地彼此电连接或者一个电源装置和所述多个等离子体产生单元彼此电连接。
33.在根据本公开的多个方面的又一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述多重电压施加单元的一侧可以与一个电源装置连接，并且其另一侧可以与所述多重等离子体产生单元连接。
34.在根据本公开的多个方面的又一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述多重电压施加单元可以与所述电源装置的一侧连接，并且所述多重等离子体产生单元可以与所述电源装置的另一侧连接。
35.在根据本公开的多个方面的又一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述多重电压施加单元可以进一步包括电压转换单元，其从所述电源装置接收所述稳态电压以将所述电压转换成所述最低电压。
36.在根据本公开的多个方面的又一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述电弧防止单元的表面可以涂覆有光催化剂，以通过与从所述非热等离子体发射的紫外线反应来干扰所述废气中包括的细小烟尘的吸附。
37.在根据本公开的多个方面的又一方面的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，所述电弧防止单元的表面可以涂覆有抗化学改性涂层剂，以防
止所述电弧防止单元因与所述废气中的污染物发生化学反应而被改性。
38.有益效果
39.根据本公开，能够通过提供用于使杆和室彼此绝缘的电弧防止单元来防止在杆和室之间发生电弧现象。
40.根据本公开，能够通过提供用于控制电压产生单元以产生供发生非热等离子体现象的最低电压的控制单元来抑制电弧现象的持续情况。
41.根据本公开，能够通过提供多重等离子体产生单元和多重电压施加单元，降低一个或多个电源装置的疲劳和电弧现象发生概率，甚至同时以高效率维持颗粒物减少效率。
附图说明
42.图1是示出根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备的实施方式的图。
43.图2至图5是放大图1的杆和杆隔离装置的图。
44.图6至图9是示出根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中的杆隔离装置的另一变型的图。
45.图10至图17是示出根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中的腔室内表面隔离装置的各种变型的图。
46.图18和图19是示出根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备的又一实施方式的绝缘管的图。
47.图20至图25是示出根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中的电弧防止单元的又一变型的图。
48.图26是示出包括根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备的电弧感测装置和控制单元的实施方式的图。
49.图27至图30是示出包括根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备的多重电压施加单元的各种实施方式的图。
具体实施方式
50.下文中，将参考附图详细描述根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备的具体实施方式。
51.然而，本公开的内在技术思想不能限于下面将描述的实施方式，并且下面将描述的实施方式可以覆盖本领域技术人员通过基于本公开的内在技术思想的替换或变化能够易于提出的范围。
52.此外，由于选择下面使用的术语是为了便于描述，因此这些术语不限于字典含义，应适当地解释为与本公开的技术思想一致的含义，以便掌握本公开的内在技术思想。
53.图1是示出根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备的实施方式的图，以及图2至图5是放大图1的杆和杆隔离装置的图。此外，图6至图9是示出根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中的杆隔离装置的变型的图。
54.参考图1，根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减
少设备包括腔室10、电源装置20、发射器30、杆40和电弧防止单元51。
55.腔室10是管状体，废气在其中流动，并且该腔室与接地电源连接。
56.电源装置20布置在腔室10外，并包括产生稳态电压的电压产生单元21。稳态电压是产生非热等离子体现象的最大效率的电压。
57.在颗粒物减少效率方面，优选的是，稳态电压具有负值(
‑
)，并以直流电压施加。
58.发射器30布置在腔室10内，并被施加稳态电压，以在发射器和腔室10之间产生非热等离子体。
59.优选的是，发射器30位于腔室10的竖直截面的中心，并与腔室10的纵向方向平行布置。这是因为它能有效地在腔室10内产生均匀的非热等离子体。
60.杆40将电源装置20和发射器30电连接，以将稳态电压施加到发射器30。
61.电弧防止单元51将杆40和腔室10彼此隔离，以防止杆40和腔室10之间发生电弧现象。
62.即，根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备将杆40和腔室10彼此电隔离，以抑制和防止它们之间的放电现象。
63.参考图1至图9，在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，电弧防止单元51由绝缘材料制成，并且是杆隔离装置，杆40布置在其中。
64.杆隔离装置优选由诸如石英玻璃之类的材料制成。
65.这包括一种情况，即在其中布置杆40的杆隔离装置的内表面与杆之间存在间距。
66.在这种情况下，即使杆40是由容易弯曲的软质材料制成，或具有较薄的厚度，也有被插入杆隔离装置中的装配优势。
67.杆隔离装置覆盖杆40，以使杆40和腔室10彼此绝缘，从而增加放电路径上的电阻。
68.参考图2至图5，在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，杆隔离装置可以是绝缘涂层构件，其涂覆杆40的外表面以使其内外部分绝缘。
69.另外，参考图6至图9，在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，杆隔离装置被设置为绝缘体，并且是具有各种截面形状的直线或曲线柱，杆40布置在其中。截面形状优选是多边形、圆形、椭圆形和具有倒圆顶点的多边形中的至少一种。
70.同时，在包括杆隔离装置的电弧防止单元的表面上，可以涂覆与从非热等离子体发射的紫外线反应的光催化剂。该光催化剂可以防止废气中含有的细小烟尘吸附在电弧防止单元的表面上。
71.细小烟尘是各种材料的混合物，并且其功能就像吸附表面上的避雷针一样，诱发电弧现象或增加电弧发生的频率。
72.涂覆有光催化剂的电弧防止单元使得借助光催化剂的电弧防止功能得以持续维持。
73.此外，在电弧防止单元51的表面上，可以涂覆有抗化学改性涂层剂，以防止电弧防止单元51的绝缘体由于与废气中的污染物发生化学反应而被改性。
74.抗化学改性涂层剂可以根据绝缘体变更，并使绝缘体能够永久使用。
75.图10至图17是示出根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中的电弧防止单元51的各种变型的图。
76.首先，参考图10至图13，在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，电弧防止单元51可以是布置成与腔室10的内表面紧密接触的绝缘管。
77.在本实施方式中，腔室10和电弧防止单元51可以是包括圆形或椭圆形截面的闭合曲线，或者是多边形。
78.参考图14至图17，在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，电弧防止单元51可以是涂覆在腔室10的内表面上的绝缘膜。
79.同时，在本实施方式中，电弧防止单元51可以通过加倍应用上述的杆隔离装置来使电弧防止效果最大化。
80.图18和图19是示出根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备的又一实施方式的绝缘管的图。
81.参考图18和图19，在用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，腔室10设置有包括发射器30在腔室10的内表面上的正交投影的长度，电弧防止单元51设置有由绝缘材料制成的绝缘管，并且腔室10插入并布置到电弧防止单元51中，但布置在腔室10内表面的面对发射器30的位置。
82.因此，发射器30和腔室10以最短距离布置，以增加放电可能性，而杆40与腔室10间隔开，以减少电弧现象。
83.图20至图25是示出根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中的电弧防止单元的又一变型的图。
84.参考图20和图21，在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，电弧防止单元51由绝缘材料制成，并布置成屏蔽穿过腔室10形成的腔室窗口。
85.在本实施方式中，电弧防止单元51形成为包括杆40的正交投影。腔室窗口可以形成在腔室10的整个或部分圆周上。
86.当腔室窗口形成在腔室10的部分圆周上时，有效地防止了杆40的一侧与电弧防止单元51联接的电弧。
87.参考图22至图25，在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，电弧防止单元51设置在至少包括多边形或圆形的平板中，与图20和图21不同。因此，降低了制造电弧防止单元51的成本。
88.图26是描述一个实施方式的图，该实施方式包括根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中的电弧感测装置和控制单元。
89.参考图26，在根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，电源装置20包括控制单元22，该控制单元控制电压产生单元21的操作。此外，控制单元22具有控制电压产生单元21以电弧抑制模式操作的功能。
90.抑制电弧模式是电压产生单元21的各种操作模式之一。在电弧抑制模式状态下，电压产生单元21产生最低电压或最低电压与稳态电压之间的电压，在稳态电压下，发射器30和腔室10之间发生非热等离子体现象。
91.即，降低施加到腔室10的电压的大小，以防止电弧发生或减轻或消除预先发生的电弧。
92.控制单元22可以控制电压产生单元21定期或不定期地以电弧抑制模式操作。因此，能够通过选择性地定期或不定期地产生稳态电压和最低电压之间的电压或最低电压和稳态电压之间的电压来提前预防电弧现象。
93.此外，参考图26，在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，电源装置20进一步包括电弧感测装置23，其感测电弧现象以产生电弧发生信号。此时，控制单元22根据电弧发生信号控制电压产生单元21以电弧抑制模式操作。
94.此外，电弧感测装置23实时测量施加在杆40或发射器30与腔室10之间的电压或电流，并分析电压或电流随时间的变化以感测电弧现象。
95.当发射器30和腔室10之间稳定地维持非热等离子体产生状态时，其间的电压或电流的时间变化可以被稳定地维持。
96.另一方面，当电弧现象发生时，发射器30和腔室10之间会出现非周期性的瞬时电压降和电流的迅速上升。
97.电弧感测装置23实时感测瞬时电压降和电流的迅速上升，以产生电弧发生信号。
98.因此，电弧感测装置23和控制单元22可以有机地操作，以防止电弧现象的持续情况。
99.具体地，控制单元在电流迅速上升之前感测到参考值或更高的电流，确定电弧状态，并降低从电源装置20供应的电压和电流的设定值，以防止电弧的持续存在。
100.当电弧的缓解或抑制被确认后，再恢复从电源装置20供应的电压和电流的设定值。
101.控制单元22可以分析电弧发生信号的单位时间内的频率，以产生电弧发生的估计信息。当电弧现象没有发生时，控制单元22基于电弧发生估计信息定期或不定期地预先执行电弧抑制模式，以防止电弧发生。
102.图27至图30是示出包括根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备的多重电压施加单元的各种实施方式的图。
103.参考图27至图30，在根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，设置有多个电源装置20，设置有由杆40和发射器30组成的多个等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f，并且可以进一步包括多重等离子体产生单元70和多重电压施加单元60。
104.多重等离子体产生单元70是指多个等离子体产生单元。
105.多重电压施加单元60根据电弧现象的发生或预先输入的用户指令，以不同方式控制施加到多个等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f的电压大小。
106.参考图27至图30，多个等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f中的每一者均分别利用多个等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f为颗粒物减少功能服务。
107.因此，对多个等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f中的每一者均施加不同大小的电压，从而在维持颗粒物减少功能的同时减少电源装置20的疲劳，并通过防止过热现象延长其寿命。
108.多重电压施加单元60可以布置在电源装置20的前端，以控制电源装置20。另选地，多重电压施加单元60可以布置在电源装置20的后端，以控制从电源装置20产生的稳态电压。
109.参考图27和图28，设置有多个电源装置20，并且可以设置成使电源装置20和等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f逐个地彼此电连接，或者一个电源装置20和多个等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f彼此电连接。
110.参考图28，在用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，一个电源装置20可以向至少一个或多个等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f施加稳态电压或最低电压。
111.在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，可以以最低数量提供电源装置20。
112.参考图29和图30，在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，多重电压施加单元60的一侧与一个电源装置20连接，其另一侧与多个等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f连接。
113.在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，多重电压施加单元60接收从电源装置20产生的稳态电压，以便将稳态电压施加到多个等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f。
114.根据本实施方式，多重电压施加单元60选择性地将稳态电压和最低电压施加到多个等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f。
115.根据本实施方式的电源装置20可以包括图26中示出的控制单元22，以产生稳态电压和最低电压。此时，多重电压施加单元60可以选择性地将以时间序列产生的稳态电压和最低电压分别施加到多个等离子体产生单元70a、70b、70c、70d、70e和70f。
116.另选地，根据本实施方式的多重电压施加单元60可以进一步包括电压转换单元61，该电压转换单元接收稳态电压，以将电压转换为最低电压。
117.另外，参考图29和30，在根据本实施方式的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备中，多重电压施加单元60可以布置在电源装置20的内部或外部。
118.在根据本公开的用于防止电弧现象的基于非热等离子体的废气颗粒物减少设备的又一实施方式中，电源装置20供应恒定电压的直流电，以适合腔室10的直径，从而最平稳地连续产生等离子体，借此使废气中污染物的减少效率最大化。
119.因此，稳态电压和最低电压是根据腔室10的直径确定的。
120.下面的表1示出了根据腔室10的直径发生非热等离子体现象的最低电压以及使废气中的颗粒物的减少效率最大化的稳态电压的范围。
121.[表1]
[0122]
[0123][0124]
此时，发射器30由具有良好导电性的导体制成，并且发射器30的外表面可以设置成适于等离子体发散的尖端形状。此外，腔室10由具有良好导电性的导体制成，优选不锈钢、铜和铝。
[0125]
如在表1中看到的，在从电源装置20供应的电压中，纹波优选维持在1％以内，这是一种非脉冲直流电。