等离子体发生装置和用于等离子体发生装置的控制方法与流程

本发明涉及等离子体技术领域，具体地涉及一种等离子体发生装置和用于等离子体发生装置的控制方法。

背景技术：

等离子体是由大量处在非束缚状态的带电粒子组成且具有宏观空间和时间尺度的物质体系，是一种具有高活性且整体呈现电中性的物质形态，可广泛用于处理各种废气、废水、固废、危化品等场合，也可用于材料处理、精细化工等领域。为了更好地控制处理过程的安全性和效率，等离子体发生器的可调可控对于等离子体在诸多领域的推广应用极为重要。只有实现了等离子体的可靠调节与控制，才能根据实际需要有针对性地调整等离子体的均匀性、电子温度与密度、能量密度、活性粒子种类与密度等参数，增强积极作用，抑制负面影响。然而，由于等离子体诊断方法及对等离子体机理理解的局限，目前尚缺乏系统、科学的控制方法和理论。

本申请发明人发现现有的等离子体发生器在结构设计和电源配置等方面都是固定的，仅适用于处理单一组分和恒定浓度的介质。

技术实现要素：

本发明实施例的目的是提供一种等离子体发生装置和用于等离子体发生装置的控制方法。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种等离子体发生装置，所述装置包括：反应器，所述反应器内设置有多个等离子体发生器，分析模块，与所述多个等离子体发生器相连接，用于对已处理物料的成分进行分析；以及控制模块，与所述分析模块相连接，用于根据所述已处理物料的分析结果递增处于开启状态的等离子体发生器的数量，并且每次在新增处于开启状态的等离子体发生器时，根据所述已处理物料的分析结果调整所述新增处于开启状态的等离子体发生器的电源的参数和载气参数。

可选的，在所述等离子体发生器未全部处于开启状态时，所述控制模块还用于根据所述已处理物料的分析结果调整处于开启状态的等离子体发生器在所述多个等离子体发生器中的位置，以使得多个处于开启状态的等离子体发生器之间具有不同的间距。

可选的，所述装置包括与所述多个等离子体发生器对应的多个电源，所述控制模块还用于根据所述已处理物料的分析结果调整与所述处于开启状态的等离子体发生器对应的电源的参数，所述电源的参数包括以下中的一者或多者：电压峰值、频率、占空比和电压波形。

可选的，所述装置还包括：载气管道，所述载气管道通过多个阀门与所述反应器连接，所述多个阀门与所述多个等离子体发生器一一对应，所述控制模块根据所述已处理物料的分析结果控制所述阀门的开度以调节进入所述反应器内部的载气量。

可选的，所述分析模块还用于对待处理物料的成分进行分析；所述控制模块用于根据所述待处理物料的分析结果控制所述反应器的开启和关闭。

相应的，本发明实施例还提供一种用于等离子体发生装置的控制方法，所述方法包括：对经过反应器后的已处理物料的成分进行分析；以及

根据所述已处理物料的分析结果递增调整处于开启状态的等离子体发生器的数量，并且每次在新增处于开启状态的等离子体发生器时，根据所述已处理物料的分析结果调整所述新增处于开启状态的等离子体发生器的电源的参数和载气参数。

可选的，所述方法还包括：在所述等离子体发生器未全部处于开启状态时，根据所述已处理物料的分析结果调整处于开启状态的等离子体发生器在所述多个等离子体发生器中的位置，以使得多个处于开启状态的等离子体发生器之间具有不同的间距。

可选的，所述方法还包括：根据所述已处理物料的分析结果调整与所述处于开启状态的等离子体发生器对应的电源的参数，所述电源的参数包括以下中的一者或多者：电压峰值、频率、占空比、电压波形。

可选的，所述方法还包括：根据所述已处理物料的分析结果控制与所述多个等离子体发生器相连接的一个或多个阀门的开度以调节进入所述反应器内部的载气量。

可选的，所述方法还包括：对待处理物料的成分进行分析；以及根据所述待处理物料的分析结果控制所述反应器的开启和关闭。

上述技术方案，通过设置多个等离子体发生器以及电源参数和载气参数的可调，可以使得等离子体发生装置处理组分复杂和浓度波动大的介质，使其具有更好的处理效果和实用性。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的等离子体发生装置的结构框图；

图2是本发明实施例提供的等离子体发生装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的用于等离子体发生装置的控制方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的有关处理气体介质的等离子体发生装置的调整方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是本发明实施例提供的等离子体发生装置的结构框图。如图1所示，本发明实施例公开了一种等离子体发生装置，其包括互相连接的反应器110、分析模块120和控制模块130。反应器110内设置有多个等离子体发生器，用于对进入反应器110内的待处理物料进行处理，经过反应器110处理后的已处理物料会经过分析模块120，分析模块120对所述已处理物料进行分析，并将分析结果传送至控制模块130，控制模块130根据接收的已处理物料的分析结果调整有关等离子体发生装置的参数，例如调整处于开启状态的等离子体发生器数量、用于为反应器供电的电源的参数，或者载气参数等等。

其中，上述待处理物料可以为废气、废水或固废。相应的，所述分析模块120可以为气体分析仪、液体检测仪或者固体探测器等设备。

可选的，上述反应器110内的等离子体发生器的数量是任意的，可以由本领域技术人员根据实际情况自行设定。此外，不同的等离子体发生器可以选用不同放电结构形式，例如包括但不限于同轴放电、沿面放电、电晕放电等等，在不同的等离子体发生器选用同一种放电结构形式时，不同的等离子体发生器的放电间距、放电区域长度也可是相同或者不同的。

可选的，本发明实施例提供的等离子体发生装置可以由一个总电源为等离子体发生装置内的多个等离子体发生器进行供电，也可以由多个电源为多个等离子体发生器，即所述电源可以与等离子体发生器一一对应，也可以设置为一个电源为部分等离子体发生器供电。其中，上述电源参数可以包括以下中的一者或多者：电压峰值、频率、占空比和电压波形。

可选的，上述载气参数包括进入等离子体发生器的载气的量和载气的种类，在进入等离子体发生器的载气的量相同时，在载气中的蒸汽和其它组分的比例不同，还可以调节等离子体发生器内的湿度。

本发明该实施例还提供一种载气参数调节方法。具体的，等离子体发生装置内部有载气管道，设置所述载气管道通过多个阀门与反应器相连接，并且所述多个阀门与所述反应器内部的多个等离子体发生器一一对应，控制模块还可以根据已处理物料的分析结果控制多个阀门的开度以调节进入反应器内部的载气量。

现以一详细的实施例来介绍本发明实施例提供的技术方案。在等离子体发生装置工作之前，等离子体发生装置内的全部等离子体发生器全部处于关闭状态；在待处理物料进入等离子体发生装置内部时，先开启多个等离子体发生器中的一个对待处理物料进行处理并输出经过处理后的物料；根据对所述处理后的物料的分析结果调整上述已处于开启状态的等离子体发生器的电源参数和载气参数，并对已处理物料进行实时分析，如果已处于开启状态的等离子体发生器的电源参数和载气参数均以调节至最佳参数，但是物料的处理结果仍不能达到设定要求，则再开启一个等离子体发生器，根据已处理物料的分析结果调整新开启的等离子体发生器的电源参数和载气参数，如果新增的等离子体发生器的电源参数和载气参数以调整至最佳参数，但是物料的处理结果仍不能达到设定要求时，重复上述过程，逐渐开启新的等离子体发生器，并逐一调节新增的等离子体发生器的电源参数和载气参数，直至已处理物料的分析结果能够达到设定要求。

其中，对于不同的待处理物料来说，在达到最优处理效果时，相同的等离子体发生器对应的相同的参数的参数值可能会有偏差。但是一般情况下，开启全部的等离子体发生器并且每个等离子体发生器的电源参数和载气参数均调节至最佳状态，认为此时的等离子体发生装置的处理效果最佳，即此时已经达到了等离子体发生装置最大处理能力。为了能够进一步优化等离子体发生装置，还可以在此基础上考虑能耗问题，即通过调节与等离子体发生装置相关的参数，以实现在能耗最低的情况下能够达到最佳的处理效果。有关能耗和处理效果之间的调节关系可以由工作人员根据待处理物料的成分自行设定，本发明实施例提供的技术方案对此不进行限制。

此外，除了可以调节上述已经指出的电源参数和载气参数以外，在未开启全部的等离子体发生器时，还可以调节出去开启状态的等离子体发生器之间的间距参数，以使得等离子体发生装置对待处理物料的处理效果和整体能耗能够得到进一步的改善。

具体的，如果反应器内的多个等离子体发生器能够通过机械结构调整位置的话，可以使得控制模块根据已处理物料的分析结果控制机械结构动作以调整处于开启状态的等离子体发生器在反应器内的位置，以实现调节处于开启状态的多个等离子体发生器之间的间距，从而达到改善物料处理效果的目的。

如果反应器内的多个等离子体发生器不能通过机械结构调整位置，则可以由控制模块根据已处理物料的分析结果调整处于开启状态的等离子体发生器在多个等离子体发生器中的位置，以使得多个处于开启状态的等离子体发生器之间具有不同的间距。例如，反应器内部有8个按照位置顺序编号的等离子体发生器，控制模块根据已处理物料的实时分析结果确定需要开启3个等离子体发生器，则可以控制开启的等离子体发生器的编号分别为1，3，5，或者是1，3，7，其余的等离子体发生器处于关闭状态，即可实现调整多个处于开启状态的等离子体发生器的之间的间距的目的。

进一步的，除了考虑到等离子体发生装置的处理效果和能耗等方面，还需要考虑使用等离子体发生装置时的安全问题，在此基础上，本发明实施例还提供了一种等离子体发生装置，所述等离子体发生装置的分析模块除了对已处理物料进行分析以外，还需要对未进入反应器的待处理物料的成分进行分析，控制模块则根据待处理物料的分析结果确定当前是否需要开启反应器中的等离子体发生器以对待处理物料进行处理，以及根据待处理物料的分析结果确定等离子体发生装置在当前工作环境中是否有爆炸的危险，如果有爆炸的危险，则关闭反应器。

可选的，可以通过以下方法确定等离子体发生装置在当前工作环境中是否有爆炸的危险：分析待处理物料的组分，根据待处理物料中的不同组分之间的比例以及不同组分各自的浓度，确定是否有爆炸危险。在确定等离子体发生装置在当前工作环境中有爆炸的危险时，控制模块除了关闭反应器以外，还可以通过报警器和指示灯等设备发出示警信号以提示工作人员当前待处理物料中的易燃易爆组分浓度过高，需要对其进行初步处理。

此外，通过分析模块对待处理物料进行分析，确定待处理物料中的组分分和各个组分的浓度以后，可以以此为依据选定合适的载气或者载气中的不同组分的比例，例如可以选择蒸汽、氧气、氮气和氩气等。

本发明实施例提供的等离子体发生装置，采用了多个等离子体发生器，并且还能根据已处理物料的分析结果调整等离子体发生器及与其相关的参数，能够灵活适应待处理介质的复杂性和多样性，具有很强的实用性、处理效率和整体处理效果。

现以处理气体为例示例性的解释本发明实施例提供的等离子体发生装置。

图2是本发明实施例提供的等离子体发生装置的结构示意图，如图2所示，所述等离子体发生装置主要由反应器1、进气管道2、出气管道3、载气管道4、驱动电源5、等离子体发生器6、阀门7、进气分析仪8、出气分析仪9和控制模块10组成。驱动电源5为对应的等离子体发生器6提供放电能量(即图2中示出的驱动电源与等离子体发生器是一一对应的关系)，通过调节阀门7的开度则可以改变进入反应器1的载气的量(图2中示出的阀门与等离子体发生器也是一一对应的关系)。一个驱动电源5、一个等离子体发生器6和一个阀门7组成一层反应单元，反应器1内可以布置若干层反应单元。驱动电源5具备输出高压直流、交流、脉冲等多种电压波形的功能，且每层驱动电源5的电压峰值、频率、占空比等参数独立可调。反应器1内所有层的等离子体发生器6既可以采用同一种结构型式，也可分层采用不同结构形式等离子体发生器。每层等离子体发生器6对应的载气阀门7独立可控，根据处理气体不同载气可以选择蒸汽、氧气、氮气、氩气等。

在反应器1运行时，待处理气体通过进气管道2进入反应器1内部，逐级通过等离子体发生器6进行反应、分解，处理后的气体通过出气管道3排出。进气分析仪8和出气分析仪9分别将进气和出气的组分、浓度等数据传输至控制模块10，控制模块10分析处理效果及整体能效，处理效果和能效达不到设定要求时，首先发出控制命令分别调节每层驱动电源5的输出参数，使处理效果及整体能效达到此条件下的极值；第二步，控制系统10分析处理效果及整体能效，仍不能达到设定要求时，控制系统10发出控制命令分别调控在每层的阀门7，改变等离子体发生器6的环境条件，使处理效果及整体能效进一步改善；第三步，控制系统10分析处理效果及整体能效，仍不能达到设定要求时，控制系统10发出控制命令分别调节等离子体发生器层的间距参数，使处理效果及整体效能进一步改进，并以此作为反应器1能处理的最大能力。

此外，还可以调节输送至反应器1中的载气的蒸汽的比例，以改变反应器1中的等离子体发生器6的环境湿度，从而达到提高处理效率的目的。

可选的，在开展分层调控时，可以按照调控驱动电源、载气参数、发生器内部的结构参数的优先顺序进行改变。

相比于现有的等离子体发生器只能是用于处理单一组分和恒定浓度的介质来说，本发明实施例提供的等离子体发生装置还可以是用于处理复杂组分和浓度波动大的介质，通过反应器内部环境、单元参数和等离子体发生器的间距相互配合调控，可以显著提升反应器整体处理效果和适用性。

图3是本发明实施例提供的用于等离子体发生装置的控制方法的流程示意图。如图3所示，所述方法包括：对经过反应器后的已处理物料的成分进行分析；以及根据已处理物料分析结果调整等离子体发生装置。

其中，所述根据已处理物料分析结果调整等离子体发生装置包括：逐渐增加处于开启状态的等离子体发生器，并且每次在新增处于开启状态的等离子体发生器时，根据已处理物料的实时分析结果调整处于新增处于开启状态的等离子体发生器的电源参数和载气参数。

具体的，有关处理气体介质的等离子体发生装置的调整方法的流程示意图如图4所示。首先，需要对进气进行分析，如果进气中的易燃易爆组分的浓度过大，则认定当前使用环境不安全，不能开启反应器，如果进气分析的分析结果符合要求，则开启一个等离子体反应器，并对出气进行分析，如果出气分析结果符合要求，则控制反应器维持在当前状态并持续工作，如果不符合要求，则调节该等离子体发生器对应的电源的参数，并判断出气结果是否符合要求，如符合要求，则控制反应器维持在当前状态并持续工作，如不符合要求，则调节进入反应器内部的载气参数，并判断分析结果是否符合要求，如符合要求，则控制反应器维持在当前状态并持续工作，如不符合要求，在已开启至少两个等离子体发生器的情况下，调节处于开启状态的等离子体发生器的间距，并判断出气分析结果是否符合要求，如符合要求，则控制反应器维持在当前状态并持续工作，如不符合要求，可以控制反应器停止工作，或者则控制反应器维持在当前状态持续工作，并输出当前出气分析结果仍不能达到要求的信号。

在执行上述方法的过程中，如果当前开启的等离子体发生器对应的电源参数和载气参数调节完毕后的出气分析结果仍不能满足要求，则可以新增等离子体发生器，并重复执行上述操作，一般认为等离子体发生器全部开启时的处理效果最好。

可选的，电源参数可以包括以下中的一者或多者：电压峰值、频率、占空比、电压波形。

本发明实施例提供的用于等离子体发生装置的控制方法的具体工作原理及益处与上述本发明实施例提供的等离子体发生装置的具体工作原理及益处相似，这里将不再赘述。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。