CN108554631B - 基于介质阻挡放电的同轴多级ntp发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器，包括壳体、交错布置的NTP放电模块及套管。NTP放电模块采用复合结构：涂覆绝缘导热硅胶的高压电极嵌套在石英套管外侧，每一层高压电极分别用导线与外部电路连接，其放电电压、占空比均随着模块级数的增加而逐渐减小。石英套管内侧为低压电极，两者留有放电间隙。嵌套有高压电极的石英套管和低压电极由水冷通道连接，进而使高压电极与石英管和低压电极三者成为一个独立的悬臂结构。本发明使得反应气体在NTP发生器中减缓流动速度，稳定了气体压力，延长了气体的反应时间，提高了转化效率。交错布置的NTP放电模块使反应气体在经过介质阻挡放电区域后都可以及时进行冷却，抑制NTP活性物质的热解。
Description
技术领域
本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，尤其涉及一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器。
背景技术
作为一种区别于汽油机的内燃机，柴油机经济性更好，热效率高，具有广泛的运用，遍布工业、农业和日常生活的每一个角落。然而，柴油车巨大的保有量也带来诸多环境问题，其排放物中的一氧化碳(CO)、碳氢(HC)、氮氧化物(NOx)和颗粒物(Particulatematter，PM)都会对环境造成巨大的破坏。因此，对柴油机排放物的控制势在必行。
柴油机颗粒物捕集器(Diesel particulate filter,DPF)是目前降低PM最常用的机外净化技术之一，DPF对PM的整体捕集效率可达90％以上。但在DPF捕集的过程中，PM会大量积聚，导致DPF阻塞，进而使排气背压升高，增加油耗。因此，必须适时对DPF进行再生。
低温等离子体技术(Non-thermal plasma，NTP)是一种新型的排气净化技术。NTP发生器通过对空气进行高压放电，产生O3、NO2等强氧化性的活性物质。利用O3、NO2等活性物质的强氧化性与DPF内沉积的PM发生复杂的化学反应，可在远低于PM起燃温度的情况下实现PM的氧化分解，达到去除PM的效果。
目前设计的NTP发生器多适用于空气净化、低温灭菌，以及静态模拟气体净化试验。在实际应用中如何延长反应气在NTP发生器中的滞留时间，增加转换效率并且解决NTP活性物质热解等问题，进而在柴油机DPF再生领域成功应用该技术，还需进一步研究。
发明内容
本发明根据现有技术中反应气体在常规NTP发生器中滞留时间短、转化效率低及生成的NTP活性物质热解等问题，提出了一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器，目的在于本发明的结构可以减缓了反应气体的流动速度，稳定了气体压力，延长了气体的反应时间，提高转化率，并且可以对反应气冷却，抑制NTP活性物质热解。
本发明所采用的技术方案如下：
一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器，包括壳体、放电模块及套管；所述放电模块为石英管外圈嵌套高压电极，石英管内圈相隔一段间隙处设有低压电极，三者同轴放置，放电模块的一端通过竖直放置的隔板一使石英管与低压电极之间的间隙形成一个空腔，为气体流道，放电模块另一端的低压电极直接连接壳体，并与低压电极接地导线相连，高压电极与石英管通过一节安装隔板与壳体相连；两个放电模块之间等距设置一组套管；
所述每一组套管有两层，距离中心轴近的为内层套管，离中心轴远的为外层套管，内层套管与外层套管的一端直接与壳体连接，另一端通过隔板二将内层套管与外层套管之间连接，使内层套管、外层套管与隔板二之间形成一个空腔为气体流道；隔板二另一侧与放电模块的安装隔板之间形成水冷通道。
所述高压电极外部涂覆硅胶；
所述石英管内圈与低压电极之间的间隙距离为2mm；
所述放电模块有3级，距离中心轴线等距分布，由中心轴线向外分别为第一级放电模块、第二级放电模块、第三极放电模块；放电模块级数越高，所施加的电压越低。
所述放每一级电模块中的高压电极通过导线连接外部电路，低压电极通过导线接地，放电模块级数越高，所施加的电压越低；
所述套管有2组，分别等距嵌装在第一级放电模块与第二级放电模块之间，第二级放电模块与第三极放电模块之间；
所述壳体为圆柱形结构，两端分别设有直径较小的进气部件与进水部件，每一级放电模块的高压电极与内层套管之间以及低压电极与外层套管为冷却水通道，通过水冷通道形成完整的冷却水流道；每一组套管间的气体流道与每一级放电模块内的气体流道通过进气口形成完整的反应气体流道。在气体流道以及冷却水流道的末端的壳体上设置有排水部件和排气部件。所述壳体、套管及隔板均为四氟乙烯材料，直接粘接在壳体内部。
本发明的有益效果：
交错布置的NTP放电模块可以减缓反应气体的流动速度，稳定了气体压力，延长了气体在反应区内的滞留时间。并且，每一层放电模块中高压电极的放电特性可以单独控制，提高了放电效率。反应气体在经过放电后，均可以得到相应的冷却，抑制NTP活性物质热解。
附图说明
图1基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器的结构示意图；
图2基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器A-A面剖视图；
图3基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器B-B面剖视图；
图4基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器C-C面剖视图；
图5基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器进气口面剖视图；
图6基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器放电模块横截面图；
图7基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器第一级放电模块剖视图；
图中，1-进气部件，2-一级高压电极导线，3-二级高压电极导线，4-三级高压电极导线，5-高压电极，6-石英套管，7-介质阻挡放电区，8-低压电极，9-排水部件，10-排气部件，11-低压电极接地导线，12-进水部件，13-冷却水通道，14-高压电极水冷通道，15-低压电极水冷通道，16-外层套管，17-内层套管，18-壳体，19-挡板，20-进气口，21-安装隔板，22-隔板一，23-隔板二。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1，本发明为一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器，主要由壳体18、放电模块及套管；本发明中的壳体18采用四氟乙烯材料，在壳体的同轴设置两个直径较小的圆柱形分别为进气部件1与进水部件12，反应气体从进气部件1进入；冷却水从另一端的进水部件12水平进入腔体，在壳体18进水部件12同侧在设置有一个排水部件9和2个排气部件。
如图2、3、4、6、7，放电模块由为石英管6外圈嵌套高压电极5，石英管内圈相隔2mm处设有低压电极8，三者同轴放置；放电模块的一端通过隔板一22使石英管6与低压电极8之间的间隙形成一个空腔，该空腔为介质阻挡放电区7，即气体的流动通道；放电模块的另一端的低压电极8直接连接壳体1，高压电极5与石英管6通过安装隔板21与壳体18相连，安装隔板21呈“┌”型，安装隔板21的水平端直接粘接在壳体内部，竖直端与高压电极5连接，内部为气体的通道；放电模块设有3级，由中心轴线向外等距分布，依次为第一级放电模块、第二级放电模块、第三极放电模块；每一级放电模块中的高压电极5分别通过一级高压电极导线2、二级高压电极导线3、三级高压电极导线连接外部电路，再由低压电极8上的低压电极接地导线11分别引出接地。
由于反应气经过放电会产生带电粒子，进而提高了气体的带电粒子浓度，使反应气更容易发生放电反应。故由第一级放电模块、第二级放电模块、第三极放电模块对应接入的电压逐渐降低，进而提高各级高压电极5的放电效率。另外，高压电极5外部涂覆绝缘导热硅胶，可在水冷过程中带走热量并且防止漏电。
两个放电模块之间等距设置一组套管，每一组套管有两层，距离中心轴近的为内层套管17，离中心轴远的为外层套管16，内层套管17与外层套管16一端与壳体18连接，另一端通过隔板二23将内层套管17与外层套管16之间连接，使内层套管17、外层套管16与隔板二23一侧之间形成一个空腔为气体流道，隔板二23另一侧与放电模块的安装隔板21之间形成水冷通道。
每一级放电模块的高压电极5与内层套管17之间以及低压电极8与外层套管16为冷却水通道，通过水冷通道形成完整的冷却水流道；每一组套管间的气体流道与每一级放电模块内的气体流道通过进气口20形成完整的反应气体流道。
本发明中设有两组套管，每一组套管等距设置于两个放电模块之间；将第一级放电模块与第二级放电模块、第二级放电模块与第三极放电模块之间分隔开，内层套管17与第一级放电模块的高压电极5相邻，外层套管16与第二级放电模块的低压电极8相邻，两层套管的隔板端外侧为水冷通道，在外层套管16左侧设有档板19，使反应气路与水路分隔开。该种结构在工作过程中使反应气在NTP发生器中往返，使其运动速度减缓，增加了反应气在发生器中的滞留时间。
为了更清楚的解释本发明的技术方案，下面结合本发明的工作过程作进一步解释：
如图4、5，在本发明中的设计中，本发明中的气体从壳体18左侧的进气部件1进入，通过进气口20进入第一级放电模块的间隙中，即阻挡放电区7进行反应，通过“┌”型安装隔板21所形成的腔体后，气体通过进气口20再进入内层套管17和外层套管16所组成的间隙，向左移动再次通过进气口20进入第二级放电模块的间隙中，以此类推直到进入第三级放电模块的间隙中，最终从排气部件10排出，由于两套管外部由冷却水流通，经过了放电区的温度较高的反应气可以迅速冷却，避免反应生成的NTP活性物质发生热解。
如图1、2，冷却水由壳体1右侧的进水部件12流入，通过放电模块末端的冷却水通道进入第一级放电模块高压电极5与内层套管17之间的冷却水通道，向右移动至第二级放电模块低压电极8与外层套管16之间的冷却水通道，以此类推，最终进入壳体1与第三级放电模块高压电极5之间的冷却水通道后从右端上侧的排水部件9排出。实现对各部件模块进行冷却，此种结构使冷却水可以直接接触高压电极5与低压电极8，增加了冷却效果。
综上所述，本发明通过对放电模块之间的气体流道以及水冷通道呈往复迷宫式，且分别形成两条完整的冷却水流道和气体流道，既可以实现在反应过程中减缓了反应气体的流动速度，稳定了气体压力，又可以延长了气体的反应时间，提高转化率。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器,其特征在于，包括壳体(18)、放电模块及套管；所述放电模块为石英管(6)外圈嵌套高压电极(5)，石英管内圈相隔一段间隙处设有低压电极(8)，三者同轴放置；放电模块的一端通过隔板一(22)使石英管(6)与低压电极(8)之间的间隙形成一个空腔，为气体流道；放电模块的另一端的低压电极(8)直接连接壳体(18)，高压电极(5)与石英管(6)通过安装隔板(21)与壳体(18)相连；两个放电模块之间等距设置一组套管；
所述每一组套管有两层，距离中心轴近的为内层套管(17)，离中心轴远的为外层套管(16)，内层套管(17)与外层套管(16)的一端直接与壳体连接，另一端通过隔板二(23)将内层套管(17)与外层套管(16)之间连接，使内层套管(17)、外层套管(16)与隔板二(23)一侧之间形成一个空腔，为气体流道；隔板二(23)另一侧与放电模块的安装隔板(21)之间形成水冷通道；所述放电模块有3级，距离中心轴线等距分布，由中心轴线向外分别为第一级放电模块、第二级放电模块、第三极放电模块；
所述套管有2组，分别等距嵌装在第一级放电模块与第二级放电模块之间、第二级放电模块与第三极放电模块之间。
2.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器，其特征在于，所述高压电极(5)外部涂覆硅胶。
3.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器，其特征在于，所述石英管(6)内圈与低压电极(8)之间的间隙距离为2mm。
4.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器，其特征在于，所述放电模块中的高压电极通过导线连接外部电路，低压电极通过导线接地，放电模块级数越高，所施加的电压越低。
5.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器，其特征在于，每一级放电模块的高压电极(5)与内层套管(17)之间以及低压电极(8)与外层套管(16)为冷却水通道，通过水冷通道形成完整的冷却水流道；每一组套管间的气体流道与每一级放电模块内的气体流道通过进气口(20)形成完整的反应气体流道。
6.根据权利要求5所述的一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器，其特征在于，在气体流道以及冷却水流道的末端的壳体(18)上设置有排水部件(9)和排气部件(10)。
7.根据权利要求1所述的一种基于介质阻挡放电的同轴多级NTP发生器，其特征在于，所述壳体(18)、套管及隔板均为四氟乙烯材料。
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