等離子設備、廢氣降解裝置、臭氧發生/消毒/殺菌裝置及除臭裝置的制造方法
【專利說明】等離子設備、廢氣降解裝置、臭氧發生/消毒/殺菌裝置及除臭裝置
[0001]本申請是申請人為創想科學技術工程株式會社、國際申請日為2006年10月4日、申請號為200680050081.X(國際申請號為PCT/JP2006/319850)、發明名稱為“點火裝置、內燃機、點火塞、等離子設備、廢氣降解裝置、臭氧發生/消毒/殺菌裝置，以及除臭裝置”的發明專利申請的分案申請(申請號為201210281441.4)的分案申請。
技術領域
[0002]本發明涉及用于熱力發動機或等離子設備中的點火裝置，熱力發動機諸如往復式發動機、旋轉式發動機、噴氣發動機和燃氣渦輪機。
[0003]本發明涉及根據本發明的點火裝置所適用的內燃機。
[0004]本發明涉及適用于根據本發明的點火裝置的點火塞。
[0005]本發明涉及等離子設備，其用于環境(設備內的和設備外的)防范對策領域，諸如減少和降低有害排放物(CO2、NOdP未燒盡的碳氫化合物)、揮發性的有機化合物(VOC)、懸浮顆粒物質(PM)、煙塵等，或焦油、煤泥和排出物的處理和再使用，以及醫學/衛生領域，諸如消毒、巴斯德殺菌和清潔技術等。
[0006]本發明涉及根據本發明的等離子設備所適用的廢氣降解裝置。
[0007]本發明涉及根據本發明的等離子設備所適用的臭氧發生/消毒/殺菌裝置和除臭
目.ο
【背景技術】
[0008]過去，在諸如往復式發動機和旋轉式發動機之類的內燃機內，用點火塞實施火花放電來完成混合氣體的點燃。然而，已有人提出使用幾千兆赫(GHz)頻率的電磁波來執行點火的點火裝置，它是與火花放電無關的微波，由于火花放電發生的電磁噪音會造成安裝在車輛上的電子裝置誤操作。
[0009]例如，專利文件I至4揭示了各種點火裝置，其中，微波導構造成連接到燃燒/反應室(氣缸內)，而使微波放電的放電電極設置在燃燒/反應室內。
[0010]在點火裝置內，由微波發生單元(磁電管)產生的微波脈沖通過微波導傳輸到燃燒/反應室內，而放電電極產生微波電暈放電來點燃燃燒/反應室內的混合物。
[0011]例如，根據專利文件5，揭示了一種汽油內燃機，其中，高頻電場發生器(磁電管)設置在燃燒/反應室(氣缸內)內，于是，在發動機壓縮沖程過程中，高頻電場發生器在燃燒室內形成高頻電場而實施介質加熱、點火和燃燒起燃燒室內的混合物。
[0012]在環境防范對策技術中使用的傳統等離子設備中，一般地，通過增加輸入到由放電發生的等離子內的能量，產生高溫的熱平衡等離子，從而在低壓力下將有害排放物、化學物質、懸浮顆粒物質、煙塵等加熱到高溫來氧化和降解它們。
[0013]近來，已經在研宄一種微波放電產生大氣的熱非平衡等離子方法(同軸諧振型等離子發生器)O所發生的等離子是反應性等離子，其中，電子的溫度是上萬度，而氣體溫度在高達1000°C的正常溫度范圍之內。此外，使用由等離子發生的OH原子團、O3(臭氧)等的強化學反應，已經開發出在醫療/衛生領域用來消毒/殺菌/除臭的等離子設備(Innovat1nJapan (日本創新)2005 ；http://ccr.ccr.tokushima-u.ac.jp/topic/050927-01, pdf) 0
[0014]使用微波的等離子設備允許氣體壓力接近于大氣壓力，以便在微波激勵下產生等離子氣體。
[0015]例如，專利文件6和7揭示了一種微波等離子設備。在該微波等離子設備中，用作氣體流動通道的非金屬管沿中心導體的中心布置，在非金屬管未被中心導體覆蓋的間隙處，微波激勵從管一端注入的氣體，然后，誘發出等離子(同軸諧振型等離子發生器)并從另一端排出。
[0016]〔專利文件I〕JP-A-57 - 186067
[0017]〔專利文件2〕JP-A-3 - 31579
[0018]〔專利文件3〕JP-A-2000 - 230426
[0019]〔專利文件4〕JP-A-2001 一 73920
[0020]〔專利文件5〕JP-A-2000 一 274249
[0021]〔專利文件6〕JP-A-2001 一 035692
[0022]〔專利文件7〕JP-A-2004 一 172044
【發明內容】
[0023]然而，近年來，在諸如往復式發動機、旋轉式發動機、噴氣發動機和燃氣渦輪機之類的熱力發動機，或等離子設備中要求改進燃耗率。為了改進燃耗率，可以建議降低混合物的燃料比和實施貧混合物的燃燒/反應。然而，當傳統內燃機的混合物燃料比降低時，也削弱了燃燒/反應的穩定性，例如，其循環發生波動。其結果，發生了諸如輸出降低的問題。
[0024]因此，為了改進熱力發動機或等離子設備中的燃耗率，即使在混合物的燃料比減小以及執行貧混合物的燃燒/反應時，也有必要實施穩定和高效的燃燒/反應。
[0025]與使用傳統火花放電的點火方法相比，由于不能期望得到燃耗率改進和燃燒/反應的穩定性，所以，使用上述微波電暈放電的點火裝置很難投入實際使用。
[0026]此外，在使用上述高頻電場發生器的汽油內燃機中，磁電管直接安裝在發動機上，于是，由于微波泄漏在以下諸方面出現了各種各樣問題:耐用、抗振、安裝空間的局限、周圍溫度(即，發動機溫度上升)，以及控制系統的故障預防等。基于此原因，該種類型的汽油內燃機很難投入實際使用。
[0027]因此，鑒于上述諸多問題提出了本發明，其目的是提供一種點火裝置，即使在混合物的燃料比減小以及在諸如往復式發動機、旋轉式發動機、噴氣發動機和燃氣渦輪機之類的熱力發動機或等離子設備中執行貧混合物的燃燒/反應時，所述點火裝置通過實施穩定和高效的燃燒/反應也能夠實現輸出提高、廢氣清潔以及燃耗率的改進。
[0028]此外，本發明的一個目的是提供一種能解決如下各種問題的內燃機，當磁電管直接安裝在汽油內燃機時，由于微波泄漏造成以下諸方面的問題:耐用、抗振、安裝空間的局限、周圍溫度(即，發動機溫度上升)，以及控制系統的故障等。
[0029]本發明的一個目的是提供上述根據本發明的點火裝置所適用的內燃機。此外，本發明的一個目的是提供上述根據本發明的點火裝置所適用的點火塞。
[0030]此外，在傳統的等離子發生方法中，為了連續地發生高溫的等離子，消耗了大量能量，裝置本身非常昂貴(3，000，000日元或以上)，運行成本相當高，以及因裝置本身體積大而運輸困難。而且，使用大氣的熱非平衡等離子的研宄和技術開發還剛起步。上述中心導體之間的放電用于等離子點火，但仍需要大輸出(約幾百瓦(W)至5kW的范圍內)來連續地發生穩定的等離子。目前，在環境防范對策技術和使用等離子設備用于醫學/衛生領域的應用技術領域內，對于如此防范對策技術的產品性能，要求其價格低廉。例如，對于每年處理不到I噸的小型VOC處理裝置，每個價格為300,000日元或不到，電費每月約30,000日元(Ministry of Economy,2004 ；chemical material risk reduct1n technologyobjective (經濟省，2004 ;化學材料危險減排技術目的))。
[0031]根據本發明的等離子是低溫度/大氣壓力空氣的微波等離子。在等離子中，危險的排放物、化學物質、懸浮顆粒物質、煙塵等不加熱到高溫，但被等離子(0H原子團和臭氧
(O3))產生的產物氧化和進行化學反應，于是，危險有害的排放物等減少、還原和解毒。與傳統的使用高溫等離子的技術不同，該等離子總體上具有不同的新穎性和有效性。在過去，需要大量能量和大型裝置來產生解毒有害排放物所需的等離子。此外，還沒有能容易地在大氣壓力的空氣中誘發出等離子和產生大量原子團的低價和小型的裝置。
[0032]為此原因，鑒于上述情況提出了本發明，其目的是提供能容易地在大氣壓力的空氣中誘發出等離子和產生大量原子團的低價和小型的等離子設備。
[0033]本發明的另一個目的是提供不僅能適用于設備外的防范對策技術而且適用于設備內的防范對策技術的等離子設備。此外，本發明的一個目的是提供合適的等離子設備，其能在各種燃燒器中執行穩定和高效的燃燒，以改進燃燒過程(通過體積點火和由于強OH原子團的化學氧化和反應擴大貧燃料燃燒極限來節約能量)，且通過分解和完全燃燒未燒盡燃料來減少和還原有害排放物而不降低功率的輸出。
[0034]本發明的還有另一目的是通過產生大量成本低持續活性的OH原子團和O3來提供有效的廢氣降解裝置、臭氧發生/消毒/殺菌裝置，以及除臭裝置。
[0035]為了解決上述問題和實現上述目的，根據本發明的點火裝置包括以下結構中的任何一種。
[0036]〔結構I〕
[0037]根據本發明的一方面，提供一種點火裝置，該點火裝置包括介電常數控制裝置，用于通過將水和/或從實施混合物的燃燒/反應或等離子反應的燃燒/反應域產生的廢氣引入到燃燒/反應域內，來控制燃燒/反應域內混合物的介電常數，反應氣體和氧化氣體的混合物存在于熱力發動機或等離子設備中；微波輻射裝置，用于將微波輻射到燃燒/反應域內以提高燃燒/反應域內混合物的溫度，并在燃燒/反應域內實施等離子放電以提高原子團濃度，這樣，火焰點火特性得到提高且火焰傳播速度得到提高；點燃裝置，用于通過放電使燃燒/反應域內混合物點燃；以及微波輻射裝置，用于在燃燒/反應域內的混合物中放電以提高燃燒/反應或等離子氣體中原子團的濃度，使得火焰點火特性得到提高且火焰傳播速度得到提高，其中，在混合物的燃燒/反應在燃燒/反應域內實施之前，介電常數控制裝置控制混合物的介電常數，以使燃燒/反應域內混合物的諧振頻率隨從微波輻射裝置輻射出的微波頻率發生諧振。
[0038]〔結構2〕
[0039]根據本發明的另一方面，提供一種點火裝置，該點火裝置包括介電常數控制裝置，用于通過將水和/或從實施混合物的燃燒/反應或等離子反應的燃燒/反應域產生的廢氣引入到燃燒/反應域內，來控制燃燒/反應域內混合物的介電常數，反應氣體和氧化氣體混合物存在于熱力發動機或等離子設備中；微波輻射裝置，用于將微波輻射到燃燒/反應域內以提高燃燒/反應域內混合物的溫度，并在燃燒/反應域內實施等離子放電以提高原子團濃度，這樣，火焰點火特性得到提高且火焰傳播速度得到提高；點燃裝置，用于通過放電使燃燒/反應域內混合物點燃；微波輻射裝置，用于在燃燒/反應域內實施等離子放電以提高燃燒/反應域中原子團的濃度，使得火焰點火特性得到提高且火焰傳播速度得到提高；以及用于控制微波輻射裝置和點火裝置的控制裝置；其中，微波輻射裝置和點火裝置受控制裝置控制，以便重復循環，該循環是這樣一過程，其中，微波輻射裝置將微波輻射到燃燒/反應域內以提高燃燒/反應域內混合物的溫度并在燃燒/反應域內放電以提高原子團的濃度，這樣，火焰點火特性得到提高且火焰傳播速度得到提高；點燃裝置使用放電來點燃混合