CN110072323A - 一种优化散热的ntp发生器 - Google Patents

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施蕴曦
樊润林
崔应欣
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Abstract

本发明公开了一种优化散热的NTP发生器，涉及柴油机尾气后处理技术领域，包括散热套，所述散热套为中空结构，且散热套两端通过端盖密封，散热套内依次套装设置有高压电极、石英管和低压电极；且高压电极与散热套之间有一定的间隙，高压电极与石英管之间接触，石英管与低压电极之间有一定的间隙，低压电极为中空结构，液体可在低压电极与安装在散热管两端的端盖之间内流通。本发明可抑制活性物质热解，提高NTP发生器活性物质的产出效率，并且缩小NTP发生器的体积，提高装置集成度。

Description

一种优化散热的NTP发生器
技术领域
本发明属于柴油机尾气后处理技术领域，尤其涉及到一种优化散热的NTP发生器，处理柴油机有害排放的低温等离子体发生器。
背景技术
与汽油机相比，柴油机具有动力性好、热效率高以及经济性好等优点，普遍应用于工农业生产以及交通运输等领域。然而，随着柴油机使用的增多，其排气污染问题日益严重。柴油机排气中含有一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、氮氧化合物(NOx)以及颗粒物(Particulate matter,PM)等有害物质，对环境以及人体健康都具有严重危害。因此，对柴油机排放物进行控制势在必行。
柴油机颗粒捕集器(Diesel particulate filter,DPF)是目前降低PM排放最有效的柴油机排气后处理技术之一，对PM的整体捕集效率可达90％以上。DPF工作一段时间后，PM会在过滤通道内大量积聚，导致DPF内部堵塞，进而使排气背压升高，增加柴油机的燃油消耗。因此，必须适时地对DPF进行再生。
低温等离子技术(Non-thermal plasma，NTP)是一种新型有效的排气净化技术。NTP发生器可以通过对空气放电激发，产出O3、NO2等具有强氧化性的活性物质。利用O3、NO2等活性物质与沉积在DPF中的PM发生复杂的化学反应，可实现在较低的起燃温度下对PM进行氧化分解，达到去除PM的效果。
NTP发生器在工作过程中会因电极发热而造成功率损耗，若不能较好处理发热电极的散热问题，电极表面温度会迅速升高，从而使活性气体因高温而发生分解。目前设计的NTP发生器多使用水冷或是水冷和空冷相结合的散热方式，其通常需要在NTP发生器上附加安装空气泵、水泵以及水箱，不利于NTP发生器的集成、携带和快捷安装，且增加了生产制造成本。
发明内容
为实现上述目的至少其中之一，可通过对NTP发生器进行散热优化，采用新型高集成的NTP发生器结构，不仅可以减少活性气体损失，提高活性物质的产出效率，还可降低制造成本、提高装置集成度。
本发明是通过如下技术方案得以实现的：
一种优化散热的NTP发生器，包括散热套，所述散热套为中空结构，且散热套两端通过端盖密封，散热套内依次套装设置有高压电极、石英管和低压电极；且高压电极与散热套之间有一定的间隙，高压电极与石英管之间接触，石英管与低压电极之间有一定的间隙，低压电极为中空结构，液体可在低压电极与安装在散热管两端的端盖之间内流通。
进一步的，所述端盖内开设有阶梯孔，且端盖伸入散热套的端内安装有连接管，连接管为中空的凸字形结构，两个连接管分别支撑石英管的一端，高压电极与连接管端部接触。
进一步的，所述散热套两端通过内螺纹与端盖的密封端连接。
进一步的，所述散热管周向设置有散热肋片。
进一步的，所述高压电极为金属网结构。
进一步的，所述金属网结构涂抹导电胶绕在石英管的表面。
本发明的有益效果是，在NTP发生器的高低压电极和散热套之间填充变压器油，通过变压器油、散热套将热量传导至外部空气中。在此基础上，将电极偏心布置在散热套内已优化变压器油的流场，加强传热效果，使得电极在放电后可得到充分冷却，抑制NTP活性物质的热解。集成散热介质的NTP发生器具有较小的体积，已于便携和安装，并且变压器器油具有较强的绝缘性，能够有效抑制电弧，提高了NTP发生器的安全性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是优化散热的NTP发生器的结构示意图，其中(a)为整体结构示意图；
(b)为发生器安装后水平位置的截面示意图；(c)发生器竖直位置的截面示意图。
图2是连接管的结构示意图。
图3是端盖的结构示意图，其中(3a)为端盖整体结构示意图；(3b)为图3a的A-A剖视图；(3c)为3a的C-C剖视图。
图4为充液的NTP发生器截面剖视图。
图中，100散热套，200连接管，300端盖，400低压电极，500石英管，600金属网，101散热翅片，102散热套密封端，201连接管密封端，202连接管胶接端，301出油口，302气道口，303第一端盖密封端，304第二端盖密封端，305第三端盖密封端，306出油槽。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施实例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
结合附图1至4，一种优化散热的NTP发生器，包括散热套100，所述散热套100为中空结构，且散热套100两端通过端盖330密封，散热套100内依次套装设置有高压电极600、石英管500和低压电极400；且高压电极600与散热套100之间有一定的间隙，高压电极600与石英管500之间接触，石英管500与低压电极400之间有一定的间隙，低压电极400为中空结构，液体可在低压电极400与安装在散热管100两端的端盖300之间内流通。其中，所述端盖300内开设有阶梯孔，且端盖300伸入散热套100的端内安装有连接管200，连接管200为中空的凸字形结构，两个连接管200分别支撑石英管500的一端，高压电极600与连接管200端部接触。所述散热套100两端通过内螺纹与端盖300的密封端303连接。所述散热管100周向设置有散热肋片101。所述高压电极600为金属网结构。所述金属网结构涂抹导电胶绕在石英管500的表面。为强化变压器油的自然对流，高压电极600、低压电极400装配在散热套100内部轴线偏下的位置，并保持各组件的轴线在竖直平面上平行。由于石英管500直接连入端盖300无法保证气密性，故采用了连接管200将石英管500的两端连入端盖300，各连接部分采取相应措施以保证气密性。
利用流体自然对流规律，分析并优化NTP发生器内变压器油的流场，从而合理地设计高压电极600、低压电极400同轴设置在散热套100内，且两者均设置在散热套100偏心位置，强化变压器油的自然对流。NTP发生器的发热功率约为30W，所产生的热量按体积均匀分布在高压电极600和低压电极400上，并由变压器油将热量输送到散热套100由散热套100将热量传入NTP外部气体中。根据数值仿真计算，高压电极600、低压电极400放置于散热套100内部偏下位置可以强化变压器油的对流换热，在不对散热翅片101风冷的情况下可将电极的温度降至50℃以下，对散热翅片101风冷后，可将高压电极600、低压电极400温度降至40℃以下，完全可以避免电极间空隙内活性气体的热解。另外，变压器油具有良好的绝缘灭弧作用，将高压电极600、低压电极400浸没在变压器油中可防止电流泄露，提高NTP发生器的使用安全性能。通过变压器油的自然对流将NTP发生器高压电极600、低压电极400产生的热量输送至散热套100，再通过散热套100的空气自然对流或是强制对流散热，从而对高压电极600、低压电极400形成有效散热，避免活性物质的热解。因此，本发明可抑制活性物质热解，提高NTP发生器产出效率，并且缩小NTP发生器的体积，提高装置集成度。
本发明基于强化对流传热原理控制电极的温度，保持气体反应区域的温度防止气体放电产生的活性气体因温度过高而热解，从而在相同的放电功率下提高活性气体的产出效率。本发明散热套100为中空结构，两端使用内螺纹与端盖300密封端303连接，其侧面周向布置散热翅片101，优选地，散热套100选用铝合金材料，所述散热翅片厚度为1.5mm，高度为20mm，在散热器100侧面轴向布置60片。石英管500作为NTP发生器的阻挡介质，其外表面包裹高压电极600，高压电极600为不锈钢网状的金属网，两端分别与连接管200密封胶接。金属网适当涂抹导电胶紧密缠绕在石英管500的表面，并使用金属扎带束紧，保持金属网厚度均匀约为，优选地，金属网厚度为2mm。连接管200的胶封端201内壁均匀涂抹环氧树脂密封胶，以填充胶接端201套入石英管500的间隙，保证两者的连接的结构强度和气密性。连接管200的连接端202使用外细牙螺纹与端盖300的第二密封端304的内细牙螺纹密封连接。低压电极400两端使用细牙螺纹与端盖300的第二密封端305连接。优选地，低压电极400与石英管500之间间隙为2mm。低压电极400与石英管500之间间隙与端盖300的出气口302相连构成NTP发生器的气体流动区域。NTP发生器两端均布置出气口302，一端的出气口作为进气口，为发生器提供空气源，另一端为出气口，经放电反应后的活性气体由此流出。散热套100与石英管500、连接管200之间的间隙经过端盖300的出油槽306与出油口301相通，内部填充变压器油，以构成NTP发生器的变压器油流动区域。NTP发生器的导电线分别从低压电极400内表面和金属网600外表面分别经NTP两端的出油口301引出，与外界电源相连。出油口301使用密封件密封。
端盖300的连接螺纹在与其余部件连接时先涂抹无机硅胶，以保证连接处的气密性。所述端盖300为耐高温抗氧化塑料材质，结构为圆柱形，一端完全封闭，一端加工不同深度以及直径的圆柱或圆环孔道，分别用于变压器油和气体的流动，且互不干涉。所述端盖300的外表面设置变压器油加注口和气体出入口，每个端盖300均有一个变压器油加注孔和一个气体出入口，二者在端盖300表面正交布置。所述变压器油加注口与低压电极400内部以及散热套100与石英管500之间的变压器油填充空间相连通，以便加注变压器油。除此之外，所述变压器油加注孔还作为高压电极600低压电极400电源连接线的引出口，电源连接线与加注孔使用密封件密封。所述气体出入口用于输入空气以及输出活性气体，并通过端盖300的内部孔道与石英管500和低压电极400之间放电间隙相通。所述各螺纹连接处在安装连接时均需涂抹高温密封硅胶，以加强连接处的密封效果。
优选地，本发明的安装顺序为：首先，将连接管200一端胶接到石英管500上；接着，将金属网裹到石英管500外表面；再将分别将两根导线一端分别焊接到金属网600外表面和低压电极400内表面，两根导线的另一端引到不同的出油口301附近；接着，依次将低压电极400、连接管200、散热套100的同一端安装到端盖300，固定位置后再将量一端连接到端盖上；最后，将导线引出，将一个出油口301密封，从另一个出油口301往NTP发生器内部，变压器油充满后将出油口301密封。
所述散热套为圆柱薄壁筒状，在圆柱侧面布有散热肋片以加强传热，并在圆柱的两端面设置螺纹连接端以便于密封连接。优选地，所述散热肋片采用直角肋的形式，肋片厚度为1.5mm，高度为20mm，散热套周向布置60片散热翅片。所述螺纹连接端为圆柱筒状，一端与散热套底端封闭面连接，定位在端面圆心偏下，另一端外表面攻细牙螺纹。优选地，螺纹连接端外径为40mm，厚度为2mm。
所述金属网为不锈钢材料，作为发生器的高压电极600，紧密缠绕在石英管500外表面。优选地，缠绕厚度为2mm。为保证高压电极600与石英管500紧密接触，缠绕时在金属网上适量涂抹导电胶，并使用金属轧带将金属网与石英管500束紧。所述低压电极400为不锈钢管，两端攻有细牙螺纹，并同轴套入石英管500内。优选地，低压电极400与石英管500间距为2mm。
所述连接管200为耐高温耐腐蚀的塑料材质，其一端与石英管500端面使用环氧树脂密封胶接，一端在内表面攻有细牙螺纹。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种优化散热的NTP发生器，其特征在于，包括散热套(100)，所述散热套(100)为中空结构，且散热套(100)两端通过端盖(300)密封，散热套(100)内依次套装设置有高压电极(600)、石英管(500)和低压电极(400)；且高压电极(600)与散热套(100)之间有一定的间隙，高压电极(600)与石英管(500)之间接触，石英管(500)与低压电极(400)之间有一定的间隙，低压电极(400)为中空结构，液体可在低压电极(400)与安装在散热管(100)两端的端盖(300)之间流通。
2.根据权利要求1所述的优化散热的NTP发生器，其特征在于，所述端盖(300)内开设有阶梯孔，且端盖(300)伸入散热套(100)的端内安装有连接管(200)，连接管(200)为中空的凸字形结构，两个连接管(200)分别支撑石英管(500)的一端，高压电极(600)与连接管(200)端部接触。
3.根据权利要求1所述的优化散热的NTP发生器，其特征在于，所述散热套(100)两端通过内螺纹与端盖(300)的密封端(303)连接。
4.根据权利要求1所述的优化散热的NTP发生器，其特征在于，所述散热管(100)周向设置有散热肋片(101)。
5.根据权利要求1所述的优化散热的NTP发生器，其特征在于，所述高压电极(600)为金属网结构。
6.根据权利要求5所述的优化散热的NTP发生器，其特征在于，所述金属网结构涂抹导电胶绕在石英管(500)的表面。
7.根据权利要求1所述的优化散热的NTP发生器，其特征在于，所述高压电极(600)与低压电极(400)同轴。
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