CN106861383B - 基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置 - Google Patents

Abstract

基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置，涉及低温等离子体领域，为了解决套管式反应器无法大面积地处理气体、平板式反应器实际应用困难，极板的冷却增加能耗及成本的问题。霓虹灯调压器对市电进行转换并为多级介质阻挡放电等离子体发生装置提供高压电源，第一VOCs缓冲室流出的气体流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置，多级介质阻挡放电等离子体发生装置流出的气体流入第二VOCs缓冲室，副产物处理装置去除第二VOCs缓冲室流出气体中的臭氧，温差发电装置将多级介质阻挡放电等离子体发生装置产生的热量转换为电能。本发明适用于处理VOCs。

Description

基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置

技术领域

本发明涉及低温等离子体领域。

背景技术

在我国，VOCs(Volatile Organic Compounds)，是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10Pa具有相应挥发性的全部有机化合物。科学研究表明，当室内空气中VOCs浓度过高时很容易引起急性中毒，轻者会出现头痛、头晕、咳嗽、恶心、呕吐等症状，重者会出现肝中毒并很快出现昏迷症状，甚至还可能有生命危险。

随着我国工业化进程的不断深入，空气质量问题日益影响到人们的日常生活。优良的空气质量作为人类生活必不可少的要求，在近几年得到了人们越来越多的重视。但是由于各种加工厂中溶剂、粘胶剂、油漆、皮革等有机物仍在操作车间大量使用，使得很多企业的室内工作环境以及外排气体都存在着挥发性有机物的污染问题。因此，VOCs作为其中重要的污染成分，成为现今人们热衷的处理对象。

传统挥发性有机物的净化方法包括吸附法、冷凝法和直接燃烧法等，但由于VOCs具有成分复杂、种类繁多的特点，这些方法往往易产生二次污染物且易受到挥发性有机污染物浓度和温度的限制。因此，研发新型有效的VOCs处理技术，进而提高VOCs处理效率具有重要意义。

低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态，当外加电压达到气体的放电电压时，气体被击穿，进而产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。近年来，等离子体科学与技术研究的不断深入促进了等离子体技术在气体处理领域的蓬勃发展。众多研究结果表明，放电等离子体技术可以有效地氧化分解成分复杂的挥发性有机物，具有应用范围广、降解效果好等显著特点。放电等离子体方法作为一种新型的VOCs处理技术，主要是利用高能高活性的粒子(高能电子、臭氧、紫外线等)，与VOCs分子发生复杂的物理化学反应，破坏其结构，使其最终降解成为CO2和H2O等小分子无害物。

现阶段可用于气体处理的等离子体发生装置种类繁多。产生低温等离子体的常用方法有辉光放电，电晕放电，介质阻挡放电，大气压辉光放电等。辉光放电受低气压的限制，工业应用难于连续化生产且应用成本高昂，因而无法广泛应用于工业制造中；电晕放电需要足够高的电压以增加电晕部位的电场，一般工作条件下，既不容易获得稳定的电晕放电，也易产生局部的电弧放电，最终影响处理效果；大气压辉光放电运行时需要提供真空环境、设备投资大、操作复杂。

为了克服上述方法的不足，采用介质阻挡放电技术获得低温等离子体是一种较为理想的方法。介质层对此类放电主要有三个作用：一是限制微放电中带电粒子的运动，使微放电成为一个个短促的脉冲；二是让微放电均匀稳定地分布在整个面状电极之间，防止火花放电。三是将金属电极通过介质层与废气进行隔离，确保电极不被腐蚀。相比之下，介质阻挡放电能够在大气压下产生大体积，高能量密度的低温等离子体，而且不需要真空设备，具有明显的优越性。

国内申请号为201110082007.9的发明公开了一种等离子体催化协同治理VOCs的反应器，包括筒体，筒体为石英玻璃管，石英玻璃管的外壁面包裹金属导电物，金属导电物接交流高压电源作为介质阻挡放电的外电极；筒体内部正中间设置不锈钢管，不锈钢管接地作为介质阻挡放电的内电极；不锈钢管管壁开孔，并连接外部气源；石英玻璃管和不锈钢管之间形成放电气隙，放电气隙内填充吸附剂和催化剂；筒体的一端为进气口端，另一端为出气口端，进气口端和出气口端分别设有气流均布板。该专利的反应器复合了等离子体氧化、吸附和催化功能，能够发挥氧化、吸附和催化三者之间的协同作用，大大改善VOCs的降解，提高VOCs降解的碳化率，并有效抑制有害副产物的生成。

国内申请号为201620065693.7的实用新型公开的一种双介质阻挡放电气体异味治理装置，至少包括一块排级式等离子体放电盘，排级式等离子放电盘位于风道内，待处理废气随风从放电盘流过。放电盘包含盘架和等离子管，盘架两端设有金属架板，架板上设有若干排通孔，对应通孔处装有等离子管。等离子管包括电极放电管和接地电极放电管，两种管子按排交替放置。该气体异味处理装置，采用了平板放电处理的改进类型，等离子管与气体充分接触，放点均匀，处理高效。

国内申请号为201610232828.9的发明公开了一种多级等离子体空气净化器，由风机、壳体、过滤层、多级介质阻挡放电反应器、臭氧分解催化剂构成，其中，多级介质阻挡放电反应器和臭氧分解催化剂为装置的核心部件。净化原理为：含挥发性有机物(VOCs)的空气经过滤层除去颗粒物后，VOCs被多级介质阻挡放电反应器氧化降解为二氧化碳和水，介质阻挡放电反应器产生的臭氧和未被完全分解的有机物被臭氧分解催化剂分解，最终室内空气质量达到净化要求。

总的来说，目前介质阻挡放电产生等离子体的方式主要有套管式和平板式，但是两者都存在一些问题。套管式反应器是目前使用较为广泛的反应器结构，但是套管式反应器为了达到较好的放电效果，内外套管的净间距一般小于10mm，因而气阻较大，极大地影响了气体的流通量，无法大面积地处理气体；而平板式反应器由于电极与介质层的衔接问题以及沿面放电的问题，使得实际应用较为困难；同时两者的共同问题是极板的发热问题，放电极板在长时间的工作过程中会放出大量的热量，而常规的冷却方法又增加了系统的能耗，提高了系统的运行成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决套管式反应器无法大面积地处理气体、平板式反应器实际应用困难，极板的冷却增加能耗及成本的问题，从而提供基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置。

本发明所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置，包括霓虹灯调压器、第一VOCs缓冲室、气流控制装置、多级介质阻挡放电等离子体发生装置、温差发电装置、电器控制器、第二VOCs缓冲室、第一VOCs浓度传感器、第二VOCs浓度传感器和副产物处理装置；

霓虹灯调压器对市电进行转换并为多级介质阻挡放电等离子体发生装置提供高压电源，第一VOCs缓冲室用于盛装待处理的VOCs，第一VOCs浓度传感器置于第一VOCs缓冲室内，第一VOCs缓冲室流出的气体流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置，且流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置的气流速度由气流控制装置调节控制，多级介质阻挡放电等离子体发生装置流出的气体流入第二VOCs缓冲室，副产物处理装置去除第二VOCs缓冲室流出气体中的臭氧，第二VOCs浓度传感器置于第二VOCs缓冲室内，温差发电装置将多级介质阻挡放电等离子体发生装置产生的热量转换为电能，为第一VOCs浓度传感器、第二VOCs浓度传感器和电器控制器供电，电器控制器根据第二VOCs浓度传感器输出的VOCs浓度给气流控制装置下达调节指令，控制流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置的气流速度。

优选的是，所述多级介质阻挡放电等离子体发生装置包括至少一组放电单元；

每组放电单元包括矩形铜板、矩形铜网、两个陶瓷介质片、垫片和TiO₂-γAl₂O₃催化剂；

两个陶瓷介质片相对平行放置，在两个陶瓷介质片相背的表面上分别开一个凹槽，并分别嵌入矩形铜板和矩形铜网，两个陶瓷介质片相对的表面通过两端设置的垫片形成的封闭空间，该封闭空间内均匀分布有TiO₂-γAl₂O₃催化剂，该封闭空间的一端设有进气口，另一端设有出气口，两个陶瓷介质片之间非进出气口处采用玻璃密封，矩形铜板和矩形铜网的四周均浇注聚四氟乙烯；

矩形铜板与霓虹灯调压器的低压端电气相连并接地，矩形铜网与霓虹灯调压器的高压端电气相连。

优选的是，所述温差发电装置包括温差发电片、导热硅脂层、散热器和升压稳压模块；

温差发电片的冷端设有一层导热硅脂层，导热硅脂层上固定有散热器，温差发电片的热端与矩形铜板未与陶瓷介质片接触的面紧密接触，温差发电片输出的电压经升压稳压模块后输出。

优选的是，所述气流控制装置包括导流块、气流调节器、均流板、轴流风机和不锈钢过滤网；

第一VOCs缓冲室的进气口处由外向内依次设有不锈钢过滤网和轴流风机，第一VOCs缓冲室腔内设置均流板，第一VOCs缓冲室的出气口由内向外依次设置气流调节器和导流块，导流块上开有若干个人字形通道，人字形通道的少通道侧为入口侧，多通道侧为出口侧，出口侧的每一个通道与每一组放电单元的进气口导通。

优选的是，所述副产物处理装置包括进气管道、不锈钢壳体、聚氨酯过滤海绵、臭氧催化剂、挡流板、水槽、出气管道和出气阀门；

进气管道的一端与第二VOCs缓冲室的出气口连通，另一端与不锈钢壳体的下部导通，不锈钢壳体的上部设有出气管道，出气管道上设有出气阀门，不锈钢壳体的上部和下部之间固定有多层聚氨酯过滤海绵，聚氨酯过滤海绵内均匀分布有臭氧催化剂，相邻两层聚氨酯过滤海绵之间交错排布有挡流板，不锈钢壳体的底部设有水槽。

优选的是，所述电器控制器根据VOCs浓度差控制通过控制轴流风机转速来控制由气流控制装置流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置的气流速度。

优选的是，等离子体发生装置还包括两组数码管；两组数码管均与电器控制器相连，两组数码管分别用于显示第一VOCs浓度传感器、第二VOCs浓度传感器测得的VOCs浓度等级。

本发明的有益效果：(1)反应速度快，气体通过多级介质阻挡放电等离子体发生装置的速度可以达到3-15米/秒；(2)应用范围广，不受气温和污染物成分的影响；(3)能量利用率高，针对接地极板的热浪费现象，通过温差发电装置将极板余热转换为电能，在很大程度上提高了能量的利用率；(4)可控性强、工作效率高，通过对处理后的VOCs的浓度检测来调节气流速度，使得装置的处理效果和自动化水平大大提升；(5)易于集成，更加符合较大规模工程应用的需求。

附图说明

图1是具体实施方式一所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置的结构框图；

图2是具体实施方式二中的多级介质阻挡放电等离子体发生装置的结构示意图；

图3是具体实施方式三中的温差发电装置的结构示意图；其中，5-6是机架，5-5是螺栓；

图4是具体实施方式四中的气流控制装置的结构示意图；

图5是具体实施方式四中的均流板的横向剖视图；

图6是具体实施方式四中的不锈钢过滤网的横向剖视图；

图7是具体实施方式五中的副产物处理装置的结构示意图；

图8是具体实施方式六中的电器控制器的电路连接示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置，包括霓虹灯调压器1、第一VOCs缓冲室2、气流控制装置3、多级介质阻挡放电等离子体发生装置4、温差发电装置5、电器控制器6、第二VOCs缓冲室7、第一VOCs浓度传感器8、第二VOCs浓度传感器9和副产物处理装置10；

霓虹灯调压器1对市电进行转换并为多级介质阻挡放电等离子体发生装置4提供高压电源，第一VOCs缓冲室2用于盛装待处理的VOCs，第一VOCs浓度传感器8置于第一VOCs缓冲室2内，第一VOCs缓冲室2流出的气体流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置4，且流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置4的气流速度由气流控制装置3调节控制，多级介质阻挡放电等离子体发生装置4流出的气体流入第二VOCs缓冲室7，副产物处理装置10去除第二VOCs缓冲室7流出气体中的臭氧，第二VOCs浓度传感器9置于第二VOCs缓冲室7内，温差发电装置5将多级介质阻挡放电等离子体发生装置4产生的热量转换为电能，为第一VOCs浓度传感器8、第二VOCs浓度传感器9和电器控制器6供电，电器控制器6根据第二VOCs浓度传感器9输出的VOCs浓度给气流控制装置3下达调节指令，控制流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置4的气流速度。

工作时，首先启动轴流风机，将外界的VOCs抽入第一VOCs缓冲室(实验条件下，用气囊直接给缓冲室供气)，待处理的VOCs通过气流控制装置均匀、稳定地进入多级介质阻挡放电等离子体发生装置。在高能电子、臭氧、紫外线等高能高活性物质的作用下，VOCs被分解为CO₂和H₂O等小分子物质。同时由于在等离子体发生过程中，多级介质阻挡放电等离子体发生装置4的接地放电极板(功率电极)温度较高，温差发电装置利用极板与空气间的温差进行发电。电器控制器根据采集到的VOCs浓度数据通过负反馈调节气流控制装置3控制气体流量，从而保证VOCs处理的高效性。最后，处理后的VOCs经过尾气处理模块可去除副产物臭氧，使得尾气达到排放标准。

具体实施方式二：结合图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置作进一步说明，本实施方式中，多级介质阻挡放电等离子体发生装置4包括至少一组放电单元4A；

每组放电单元包括矩形铜板4-1、矩形铜网4-2、两个陶瓷介质片4-3、垫片4-4和TiO₂-γAl₂O₃催化剂；

两个陶瓷介质片4-3相对平行放置，在两个陶瓷介质片4-3相背的表面上分别开一个凹槽，并分别嵌入矩形铜板4-1和矩形铜网4-2，两个陶瓷介质片4-3相对的表面通过两端设置的垫片4-4形成的封闭空间，该封闭空间内均匀分布有TiO₂-γAl₂O₃催化剂，该封闭空间的一端设有进气口，另一端设有出气口，两个陶瓷介质片4-3之间非进出气口处采用玻璃密封，矩形铜板4-1和矩形铜网4-2的四周均浇注聚四氟乙烯4-5；

矩形铜板4-1与霓虹灯调压器1的低压端电气相连并接地，矩形铜网4-2与霓虹灯调压器1的高压端电气相连。

霓虹灯调压器，将市电转换为6000V高压交流电，低压端与高压端分别与矩形铜板和矩形铜网连接；

矩形铜板，长110mm，宽55mm，厚0.3mm，通过金属导线与霓虹灯调压器低压端相连并接地，作为功率电极用；

矩形铜网，长110mm，宽55mm，厚0.3mm，通过金属导线与霓虹灯调压器高压端相连，作为功率电极用；

陶瓷介质片，呈矩形，长130mm，宽80mm，高1.5mm，在其一面的中部开有长110mm，宽55mm，深0.1mm的凹槽，凹槽与陶瓷介质片长边和宽边的距离分别为10mm，12.5mm，用于放置铜电极。与相邻的薄铜板和铜网紧密连接，使得陶瓷介质片之间形成2mm的介质阻挡放电空间；

TiO₂-γAl₂O₃催化剂，将制备好的TiO₂-γAl₂O₃催化剂加工成球状，均匀夹持在介质阻挡放电空间，可与等离子体方法协同作用处理VOCs；

垫片：呈L形，高2mm，带粘性，用于保持位于介质阻挡放电空间的两陶瓷介质片的间距，同时可将介质阻挡放电空间的宽度侧密封；

电极引出线，焊接在电极边缘。

为了有效避免沿面放电，在矩形铜板和矩形铜网的四周均浇注聚四氟乙烯。金属铜电极通过陶瓷介质片与VOCs隔离，确保电极不被腐蚀。通过加入TiO2-γAl2O3催化剂，提高了等离子体方法对VOCs的处理效果。通过设计带凹槽的陶瓷介质片和在电极四周浇注绝缘材料，有效避免了沿面放电问题。可以通过采用单个放电单元，或多个放电单元并联操作，处理VOCs，以满足实际需要。

具体实施方式三：结合图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置作进一步说明，本实施方式中，温差发电装置5包括温差发电片5-1、导热硅脂层5-2、散热器5-3和升压稳压模块5-4；

温差发电片5-1的冷端设有一层导热硅脂层5-2，导热硅脂层5-2上固定有散热器5-3，温差发电片5-1的热端与矩形铜板4-1未与陶瓷介质片4-3接触的面紧密接触，温差发电片5-1输出的电压经升压稳压模块5-4后输出。

温差发电片，型号为TGM-241-1.4-1.5，可利用接地的矩形铜板极板在工作过程中与外界空气之间存在的较大温差对外发电；

导热硅脂层，型号为T-50A，可减少热量在传输过程中的热阻；

散热器选用带AVC的8cm风扇的AMD铜芯散热器，使得温差发电片的冷端保持在较低温度；

升压稳压模块5-4，采取非隔离升压电路(boost电路)，输入电压1-5V，输出电压5.1-5.2V，转换效率最高可达96％(输入电压越高，效率越高)，输出波纹30mv(MAX)，20M带宽。

所述温差发电片的热端与矩形铜板4-1未与陶瓷介质片4-3接触的面紧密接触，冷端均匀附着导热硅脂，导热硅脂上安装散热器，通过螺栓5-5将温差发电装置固定在机架5-6上。

具体实施方式四：结合图4至6具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置作进一步说明，本实施方式中，气流控制装置3包括导流块3-1、气流调节器3-2、均流板3-3、轴流风机3-4和不锈钢过滤网3-5；

第一VOCs缓冲室2的进气口处由外向内依次设有不锈钢过滤网3-5和轴流风机3-4，第一VOCs缓冲室2腔内设置均流板3-3，第一VOCs缓冲室2的出气口由内向外依次设置气流调节器3-2和导流块3-1，导流块3-1上开有若干个人字形通道，人字形通道的少通道侧为入口侧，多通道侧为出口侧，出口侧的每一个通道与每一组放电单元4A的进气口导通。

导流块以聚四氟乙烯为原料，内部开有直径为1.5mm的双人型通道，多开通道侧内凹深度10mm；

均流板以有机玻璃为原料，其上开有等间距的直径1mm的细圆孔，使得来自第一VOCs缓冲室的待处理VOCs稳定、均匀地流入导流块；

连接用的导管为直径1.5mm的聚四氟乙烯管；

不锈钢过滤网筛孔尺寸为0.5mm，用于去除待处理VOCs中的大颗粒杂质；

气流调节器位于导流块与均流板之间，用于手动调节气体流量。

导流块多通道侧与延伸到多级介质阻挡放电等离子体发生装置内部的导管连接，少通道侧通过导管与第一VOCs缓冲室2的出气口连接，气流调节器3-2设置在导管上。同时，导流块通过内凹部分在外部与整个多级介质阻挡放电等离子体发生装置啮合。

具体实施方式五：结合图7具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置作进一步说明，本实施方式中，副产物处理装置10包括进气管道10-1、不锈钢壳体10-2、聚氨酯过滤海绵10-3、臭氧催化剂10-4、挡流板10-5、水槽10-6、出气管道10-7和出气阀门10-8；

进气管道10-1的一端与第二VOCs缓冲室7的出气口连通，另一端与不锈钢壳体10-2的下部导通，不锈钢壳体10-2的上部设有出气管道10-7，出气管道10-7上设有出气阀门10-8，不锈钢壳体10-2的上部和下部之间固定有多层聚氨酯过滤海绵10-3，聚氨酯过滤海绵10-3内均匀分布有臭氧催化剂10-4，相邻两层聚氨酯过滤海绵10-3之间交错排布有挡流板10-5，不锈钢壳体10-2的底部设有水槽10-6。

进气管道：孔径5mm；

不锈钢壳体，边长15cm，提供催化臭氧分解的空间；

聚氨酯过滤海绵，规格为15cm×15cm×2cm，用于固定臭氧催化剂颗粒；

挡流板以不锈钢为原料，规格为12.5cm×15cm×5mm，交错排布在聚氨酯过滤海绵间隙，可延长催化臭氧的时间；

水槽，规格为10cm×10cm×1cm，位于副产物处理装置底部，可降低从进气管道进入的气体的温度以及不锈钢壳体内的相对湿度；

出气管道，孔径2mm；

出气阀门，与出气管道连接，可控制外排气体的流量。

相邻两层的聚氨酯过滤海绵间隔为5mm，分布在不锈钢壳体内部，与不锈钢壳体上下两底面的距离分别为1cm和3cm；臭氧催化剂均匀分布在聚氨酯过滤海绵内部；所述挡流板交错插入由聚氨酯过滤海绵形成的间隔。

具体实施方式六：结合图8具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式五所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置作进一步说明，本实施方式中，电器控制器6根据VOCs浓度差控制通过控制轴流风机3-4转速来控制由气流控制装置3流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置4的气流速度。还包括两组数码管11；两组数码管11均与电器控制器6相连，分别用于显示第一VOCs浓度传感器8、第二VOCs浓度传感器9测得的VOCs浓度等级。

采用KQM2801A模块对空气中污染气体(有机化合挥发气体、生活烟雾等)进行检测，通过对传感器浓度信号处理并输出污染等级(浓度小于2PPM则显示0级；浓度在2～8PPM之间则显示1级；浓度在8～15PPM之间则显示2级；浓度大于15PPM则显示3级)，实现对空气质量的检测功能。同时本电器控制器能实现洁净空气基准自动校正，为保持电器控制器的高灵敏性，以及减少传感器漂移影响，电器控制器会自动根据算法来更新洁净空气基准值，并且保存在存储器中。上述技术属于现有技术。

轴流风机：采用直流无刷散热风扇，用于自动控制气流速度；

电器控制器采用51单片机最小系统实现，当51单片机最小系统接受到两个VOCs气体浓度传感器传回的数据后，控制两个8位共阴数码管进行浓度等级的显示，左侧数码管显示第一VOCs缓冲室的VOCs气体浓度等级，右侧数码管显示第二VOCs缓冲室7的VOCs气体浓度等级，同时51单片机根据第二VOCs缓冲室7的VOCs气体浓度等级来调节轴流风机3-4转速(当气体浓度等级大于1时，则减少PWM占空比，降低风速；当气体浓度等级小于1时，则增加PWM占空比，加大风速)，从而保证气体处理的高效性。

升压稳压模块输入端正极接温差发电片红线，输入端负极接温差发电片的黑线，升压稳压模块输出端正极接51单片机VCC，输出端负极接51单片机GND。轴流风机的两接线端子接在51单片机的P1.0口后的功率放大电路的输出端口，由单片机P1.0口输出高低电平控制轴流风机。第一VOCs浓度传感器的信号端口分别接在单片机P1.1,P1.2口，传输高低电平，单片机根据传输的高低电平判断浓度水平；第二VOCs浓度传感器信号端口分别接在单片机P1.3,P1.4口，传输高低电平，单片机根据传输的高低电平判断浓度水平。两组数码管为阴数码管分别接在51单片机P0和P2口，显示浓度水平。(P1.0是STC89C52单片机左上角第一个引脚，P1.1是STC89C52单片机左上角第二个引脚，P1.2是STC89C52单片机左上角第三个引脚，P1.3是STC89C52单片机左上角第四个引脚，P1.4是STC89C52单片机左上角第五个引脚，P0是STC89C52左上角的8个引脚，P2是右下角从下向上数8个引脚。)

在高压交流电源的作用下，陶瓷介质片之间将产生高密度的低温等离子体，一方面，其中的有效成分(高能电子、臭氧、紫外线等)与TiO₂-γAl₂O₃催化剂协同作用，对在两个陶瓷介质片4-3之间的空间内的待处理VOCs进行处理；另一方面，接地矩形铜板在工作过程中会产生大量热量，温差发电装置利用矩形铜板的高温实现功率输出，驱动第一VOCs浓度传感器8、第二VOCs浓度传感器9和电器控制器6。处理后的VOCs再依次通过第二VOCs缓冲室7、副产物处理装置10，副产物处理装置可去除处理后的VOCs中残留的臭氧，使得最终的待排已处理废气达到排放标准。在整个工作过程中，VOCs浓度传感器置于前后两个缓冲室内，对处理后的VOCs浓度进行实时监测，基于51单片机的电器控制器可以将传感器采集到数据进行数码管显示，并根据处理效果，通过负反馈调节轴流风机转速。

与申请号为201110082007.9的装置相比，本发明采用的是平板式多极介质阻挡放电，在进气位置使用导流块、均流板使气流平稳、均匀地流入反应区。在此基础上，利用极板余热发电，有效的提高了装置的能量利用率，并增加副产物处理装置去除处理完成后的VOCs中的O3。

申请号为201620065693.7的装置处理废气时产生的大量余热被浪费，而且排级式等离子体放电盘增大了反应装置的占地空间。本发明的平板放电类型为高低压电极交替耦合层叠式放电，气体处理效果更好。

与申请号201610232828.9的装置相比，本发明在放电形式上采用的是板式介质阻挡放电模式，气体处理效果更好，在此基础上新增了温差发电装置。同时，在后续臭氧处理上，通过增加挡流板可有效防止气体回流。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (6)

1.基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置，包括霓虹灯调压器(1)、第一VOCs缓冲室(2)、气流控制装置(3)、多级介质阻挡放电等离子体发生装置(4)、温差发电装置(5)、电器控制器(6)、第二VOCs缓冲室(7)、第一VOCs浓度传感器(8)、第二VOCs浓度传感器(9)和副产物处理装置(10)；

霓虹灯调压器(1)对市电进行转换并为多级介质阻挡放电等离子体发生装置(4)提供高压电源，第一VOCs缓冲室(2)用于盛装待处理的VOCs，第一VOCs浓度传感器(8)置于第一VOCs缓冲室(2)内，第一VOCs缓冲室(2)流出的气体流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置(4)，且流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置(4)的气流速度由气流控制装置(3)调节控制，多级介质阻挡放电等离子体发生装置(4)流出的气体流入第二VOCs缓冲室(7)，副产物处理装置(10)去除第二VOCs缓冲室(7)流出气体中的臭氧，第二VOCs浓度传感器(9)置于第二VOCs缓冲室(7)内，温差发电装置(5)将多级介质阻挡放电等离子体发生装置(4)产生的热量转换为电能，为第一VOCs浓度传感器(8)、第二VOCs浓度传感器(9)和电器控制器(6)供电，电器控制器(6)根据第二VOCs浓度传感器(9)输出的VOCs浓度给气流控制装置(3)下达调节指令，控制流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置(4)的气流速度；

其特征在于，所述多级介质阻挡放电等离子体发生装置(4)包括至少一组放电单元(4A)；

每组放电单元包括矩形铜板(4-1)、矩形铜网(4-2)、两个陶瓷介质片(4-3)、垫片(4-4)和TiO₂-γAl₂O₃催化剂；

两个陶瓷介质片(4-3)相对平行放置，在两个陶瓷介质片(4-3)相背的表面上分别开一个凹槽，并分别嵌入矩形铜板(4-1)和矩形铜网(4-2)，两个陶瓷介质片(4-3)相对的表面通过两端设置的垫片(4-4)形成的封闭空间，该封闭空间内均匀分布有TiO₂-γAl₂O₃催化剂，该封闭空间的一端设有进气口，另一端设有出气口，两个陶瓷介质片(4-3)之间非进出气口处采用玻璃密封，矩形铜板(4-1)和矩形铜网(4-2)的四周均浇注聚四氟乙烯(4-5)；

矩形铜板(4-1)与霓虹灯调压器(1)的低压端电气相连并接地，矩形铜网(4-2)与霓虹灯调压器(1)的高压端电气相连。

2.根据权利要求1所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置，其特征在于，所述温差发电装置(5)包括温差发电片(5-1)、导热硅脂层(5-2)、散热器(5-3)和升压稳压模块(5-4)；

温差发电片(5-1)的冷端设有一层导热硅脂层(5-2)，导热硅脂层(5-2)上固定有散热器(5-3)，温差发电片(5-1)的热端与矩形铜板(4-1)未与陶瓷介质片(4-3)接触的面紧密接触，温差发电片(5-1)输出的电压经升压稳压模块(5-4)后输出。

3.根据权利要求1所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置，其特征在于，所述气流控制装置(3)包括导流块(3-1)、气流调节器(3-2)、均流板(3-3)、轴流风机(3-4)和不锈钢过滤网(3-5)；

第一VOCs缓冲室(2)的进气口处由外向内依次设有不锈钢过滤网(3-5)和轴流风机(3-4)，第一VOCs缓冲室(2)腔内设置均流板(3-3)，第一VOCs缓冲室(2)的出气口由内向外依次设置气流调节器(3-2)和导流块(3-1)，导流块(3-1)上开有若干个人字形通道，人字形通道的少通道侧为入口侧，多通道侧为出口侧，出口侧的每一个通道与每一组放电单元(4A)的进气口导通。

4.根据权利要求1或3所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置，其特征在于，所述副产物处理装置(10)包括进气管道(10-1)、不锈钢壳体(10-2)、聚氨酯过滤海绵(10-3)、臭氧催化剂(10-4)、挡流板(10-5)、水槽(10-6)、出气管道(10-7)和出气阀门(10-8)；

进气管道(10-1)的一端与第二VOCs缓冲室(7)的出气口连通，另一端与不锈钢壳体(10-2)的下部导通，不锈钢壳体(10-2)的上部设有出气管道(10-7)，出气管道(10-7)上设有出气阀门(10-8)，不锈钢壳体(10-2)的上部和下部之间固定有多层聚氨酯过滤海绵(10-3)，聚氨酯过滤海绵(10-3)内均匀分布有臭氧催化剂(10-4)，相邻两层聚氨酯过滤海绵(10-3)之间交错排布有挡流板(10-5)，不锈钢壳体(10-2)的底部设有水槽(10-6)。

5.根据权利要求3所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置，其特征在于，所述电器控制器(6)根据VOCs浓度差控制通过控制轴流风机(3-4)转速来控制由气流控制装置(3)流入多级介质阻挡放电等离子体发生装置(4)的气流速度。

6.根据权利要求5所述的基于多级介质阻挡放电的节能型VOCs处理装置，其特征在于，该等离子体发生装置还包括两组数码管(11)；两组数码管(11)均与电器控制器(6)相连，两组数码管(11)分别用于显示第一VOCs浓度传感器(8)、第二VOCs浓度传感器(9)测得的VOCs浓度等级。