CN105673139A - 基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理装置，包括电源转换模块、高压脉冲发生器、尾气管、高压电极、接地电极，尾气管的前端设置进气口，尾气管的后端排气口，其特点是，放电反应器置于尾气管内，放电反应器包括：与尾气管内壁套接的接地电极，接地电极为筒式接地电极，在筒式接地电极的内表面设置绝缘层，在筒式接地电极筒的中心设置高压电极，高压电极为圆柱体，所述的高压脉冲发生器输入端与所述的电源转换模块电连接，所述的高压脉冲发生器输出端与所述的高压电极电连接；并提供其处理方法。具有结构合理，等离子体分布均匀，废气处理效率高、效果佳等优点，能够满足汽车尾气处理的要求。

Description

基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及废气处理技术领域，是一种基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理装置及处理方法。

背景技术

随着经济的发展和城市规模不断扩大，作为现代化交通工具的汽车，其数量迅速增加。由于燃料不完全燃烧，汽车尾气中含有大量氮氧化合物(NOx),碳氢化合物(HC)，及一氧化碳(CO)等污染物，其中NOx是形成大气中光化学烟雾和酸雨的主要原因。汽车尾气不仅给生态环境造成了严重的破坏，而且给人类自身带来不可估量的危害。根据我国环境保护部的数据，每年机动车尾气排放造成的污染占大气污染比重超过20%。

汽车尾气排放处理方法大体有两种：一种是改进汽车内燃机结构和燃烧状况；另一种是对排放废气进行后处理净化。对排气后处理方法包括三效催化反应法，等离子体处理等。对于三效催化反应法，催化剂的性能与运行条件密切相关，存在的问题，如汽车刚启动时排气温度低，不能起到催化作用。

放电等离子体技术作为一种新型汽车尾气处理技术已经越来越被人们熟知。等离子体，即被电离的“气体”，其特点是电子温度远远高于重粒子温度，这使得电子具有足够高的能量使反应物分子激发、离解和电离，同时反应体系又得以保持低温。放电等离子体中含有的大量高能电子、离子、激发态粒子其平均能量高于一般气体分子分解、分解电离、分解附着等过程需要的激励能量。这些活性粒子和有害分子NOx,HC,CO等相互碰撞使得尾气中污染物分子的化学键被打开生成一些单原子分子和固体微粒如C等同时产生大量OH,O等自由基。由这些单原子、分子和自由基等组成的活性粒子所引起的化学反应，最终将尾气中的有害物质变成无害物质。

放电等离子体技术应用在汽车尾气处理中，存在一些问题。在现有技术中，一种是采用电晕放电法处理汽车尾气，该方法产生的等离子体密度不高，粒子所带能量较低；另一种是采用直流介质阻挡放电方法产生等离子体，但是电极结构不合理，导致等离子体分布不均匀，废气处理效率低，且直流下介质阻挡放电需要蓄电池输出功率高，造成不必要浪费。上述方法均无法满足汽车尾气处理的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构合理，等离子体分布均匀，废气处理效率高、效果佳的基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理装置；并提供科学合理，适用性高，能够满足汽车尾气处理要求的基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理方法。

为实现上述目的，采用技术方案之一是，一种基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理装置，包括电源转换模块、高压脉冲发生器、尾气管、高压电极、接地电极，尾气管的前端设置进气口，尾气管的后端排气口，放电反应器，其特征是，放电反应器置于尾气管内，放电反应器包括：与尾气管内壁套接的接地电极，接地电极为筒式接地电极，在筒式接地电极的内表面设置绝缘层，在筒式接地电极筒的中心设置高压电极，高压电极为圆柱体，所述的高压脉冲发生器输入端与所述的电源转换模块电连接，所述的高压脉冲发生器输出端与所述的高压电极电连接。

为实现上述目的，采用技术方案之二是，一种基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理方法，它包括以下步骤：

1）汽车发动机启动，产生尾气，同时汽车蓄电池为电源转换模块充电，电源转换模块将直流低电压12V转换为交流电压220V；

2)高压脉冲发生器将电源转换模块输出的交流电压220V进一步转换为脉冲式高电压30kV，并施加到高压电极和接地电极之间；

3)高压电极与接地电极在绝缘层之间发生介质阻挡放电，在放电反应器内产生放电等离子体，放电等离子体从高压电极出发，迅速弥散到整个放电反应器内，放电通道为明亮的细丝状，高能电子从电场中获得的平均能量高于8eV；

4)尾气从尾气管的进气口进入到放电反应器，尾气中的污染粒子与放电等离子体中的活性粒子发生反应，使污染物粒子在放电反应器内分解，并转化为无害物质；

5)经过步骤3)和步骤4)后，放电反应器的等离子体经过接地电极流入汽车蓄电池；

6)经过步骤4)处理后的尾气从尾气管的排气口排出。

本发明的有益效果是：

1.本发明采用同轴的高压电极与接地电极在绝缘层之间发生介质阻挡放电产生等离子体，等离子体从呈圆柱体的高压电极棒电极出发，均匀分布在放电反应器内，完成放电时间不超过4μs，能够实时处理尾气，等离子体中高能电子、离子，自由基等活性粒子与汽车尾气中污染物作用，使污染物分子从尾气管的排气口排出的过程中发生分解，从而降低污染物排放，通过脉冲电压实现的介质阻挡放电，其中高能粒子的平均能量高于传统的直流电压介质阻挡放电，也高于直流电晕放电；

2.本发明采用介质阻挡放电，由于接地电极与尾气管可靠接地，放电等离子体最终流回汽车蓄电池，构成闭合回路。所以放电过程安全性高；

3.本发明的绝缘层采用氧化铝，其质量轻，成本低；

4.本发明可显著降低汽车尾气中有害气体的排放，达到防止大气污染的目的，成本低廉，效果良好；

5.本发明的结构合理，等离子体分布均匀，废气处理效率高、效果佳；

6.本发明的方法科学合理，适用性高，能够满足汽车尾气处理要求。

附图说明

下面结合附图和具体实例对本发明做进一步说明。

图1是本发明的基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理装置结构示意图。

图中：1.电源转换模块；2.高压脉冲发生器；3.进气口；4.高压电极；5.接地电极；6.绝缘层；7.排气口；8.放电反应器；9.汽车蓄电池。

具体实施方式

参照图1，本发明的一种基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理装置，包括：电源转换模块1、高压脉冲发生器2、尾气管、高压电极4、接地电极5，尾气管的前端设置进气口3，尾气管的后端排气口7，所述的放电反应器8置于尾气管内，放电反应器8包括与尾气管内壁套接的接地电极5，接地电极5为筒式接地电极，在筒式接地电极的内表面设置绝缘层6，在筒式接地电极筒的中心设置高压电极4，高压电极4为圆柱体，筒式接地电极和高压电极4的材料均为不锈钢。所述的高压脉冲发生器2输入端与所述的电源转换模块1电连接，所述的高压脉冲发生器2输出端与所述的高压电极4电连接。使用时，电源转换模块1与汽车蓄电池9电连接。所述的绝缘层6的材料为金属氧化物，包括α型氧化铝，均匀覆盖在筒式接地电极的内表面。汽车尾气从尾气管的进气口3进入，经放电反应器8内反应，再从尾气管的排气口7排出。本发明的基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理装置所用的电源转换模块1、高压脉冲发生器2、汽车蓄电池9均为市售产品。

本发明的一种基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理方法的步骤包括：

1）汽车发动机启动，产生尾气，同时汽车蓄电池9为电源转换模块1充电，电源转换模块1将直流低电压12V转换为交流电压220V；

2)高压脉冲发生器2将电源转换模块1输出的交流电压220V进一步转换为脉冲式高电压30kV，并施加到高压电极4和接地电极5之间；

3)高压电极4与接地电极5在绝缘层6之间发生介质阻挡放电，在放电反应器8内产生放电等离子体，放电等离子体从高压电极4出发，迅速弥散到整个放电反应器8内，放电通道为明亮的细丝状，高能电子从电场中获得的平均能量高于8eV；

4)尾气从尾气管的进气口3进入到放电反应器8，尾气中的污染粒子与放电等离子体中的活性粒子发生反应，使污染物粒子在放电反应器8内分解，并转化为无害物质；

5)经过步骤3)和步骤4)后，放电反应器8的等离子体经过接地电极流入汽车蓄电池9；

6)经过步骤4)处理后的尾气从尾气管的排气口7排出。

本发明中所用的特定实施例已对本发明的内容做出了详尽的说明，但不局限于本实施例，本领域技术人员根据本发明的启示所做的任何显而易见的改动，都属于本发明权利保护的范围。

Claims (2)

1.一种基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理装置，包括电源转换模块、高压脉冲发生器、尾气管、高压电极、接地电极，尾气管的前端设置进气口，尾气管的后端排气口，其特征是，放电反应器置于尾气管内，放电反应器包括：与尾气管内壁套接的接地电极，接地电极为筒式接地电极，在筒式接地电极的内表面设置绝缘层，在筒式接地电极筒的中心设置高压电极，高压电极为圆柱体，所述的高压脉冲发生器输入端与所述的电源转换模块电连接，所述的高压脉冲发生器输出端与所述的高压电极电连接。

2.一种基于介质阻挡放电等离子体的汽车尾气处理方法，它包括以下步骤：

1）汽车发动机启动，产生尾气，同时汽车蓄电池为电源转换模块充电，电源转换模块将直流低电压12V转换为交流电压220V；

2)高压脉冲发生器将电源转换模块输出的交流电压220V进一步转换为脉冲式高电压30kV，并施加到高压电极和接地电极之间；

3)高压电极与接地电极在绝缘层之间发生介质阻挡放电，在放电反应器内产生放电等离子体，放电等离子体从高压电极出发，迅速弥散到整个放电反应器内，放电通道为明亮的细丝状，高能电子从电场中获得的平均能量高于8eV；

4)尾气从尾气管的进气口进入到放电反应器，尾气中的污染粒子与放电等离子体中的活性粒子发生反应，使污染物粒子在放电反应器内分解，并转化为无害物质；

5)经过步骤3)和步骤4)后，放电反应器的等离子体经过接地电极流入汽车蓄电池；

6)经过步骤4)处理后的尾气从尾气管的排气口排出。