[发明专利]多级非热等离子体设备和用于处理流体流的方法

说明书

技术领域

本公开涉及流体流的处理，并且具体涉及诸如含有各种污物（contaminant）、污染物（pollutant）或其它不期望组分的空气的流体流的处理。

背景技术

在工业、商业、民用或其它实际应用情况中，流体流中通常存在要被处理的许多污物、污染物或其它不希望有的组分。流体流例如可以是含有各种化合物的空气流，所述化合物例如是任意组合和浓度的可能有气味或者没有气味的易挥发有机化合物（VOC）。流体流可以另外或可替代地包括被称为颗粒物（PM_xx）的悬浮的细小有机颗粒，其中xx表示颗粒的平均粒径。例如，PM₁₀表示直径平均为10微米的颗粒，并且PM₁₀以前是科学家们、卫生官员和管理者早期关注的对象。现在PM2.5越来越受到关注。据估计，在美国，PM污染每年造成22000-52000例死亡（2000年），在欧洲，每年造成200000例死亡。人们认为PM2.5中许多都是由吸烟或柴油燃料燃烧引起的。细小的有机颗粒也可能含有气雾滴。流体流可能有其它污物或污染物。污物或污染物可由多种过程例如生产、制造甚至烹饪引起。

这些流体流中有一些已使用各种技术进行处理。例如，处理可包括各种氧化或还原技术，或焚烧。此外，包括有机气雾滴的细小的有机颗粒可被焚烧。

已经采用的一种技术是将流体流暴露到非热等离子体（即主要通过高压而不是热产生的等离子体）。采用非热等离子体的一种此类处理途径在美国专利8,105,546中有描述。

尽管许多处理途径在商业上可行，但期望获得高能效和/或比通过传统途径能获得的对污物或污染物更彻底的分裂或破坏。还期望有一种可升级的系统来适应大量的各种应用，并可配置以解决各种偶然事故。

发明内容

本文中描述的是用于处理例如含污物或污染物的空气的流体流的结构和方法，所述污物或污染物例如是可以有气味或无气味的易挥发有机化合物（VOC）和/或悬浮的细小有机颗粒，包括直径近似在2.5微米或更小范围的颗粒，诸如烟。此类污物或污染物可能是例如通过商业和/或工业材料处理产生的排放物。此类污物或污染物可能源于食物制备，例如由可位于居民区附近的餐馆或厨房产生。

所述结构和方法采用具有针对特定化合物的频率的非热等离子体。不受理论限制，这在化合物的分子中引起振动频率，从而有利地造成离解为安全或更简单的形式。

为了提高能效并彻底破坏，处理系统可使用沿待处理的流体流动流的流动路径串联设置的多个级处理。每一级可包括产生相应的非热等离子体场的结构，并且每一级可被控制以获得相应非热等离子体场的选择物理特征。每一级产生的非热等离子体例如可以具有相应的频率、功率密度和/或波形。这些物理特征被选择并被控制以针对流体流中的特定污物或污染物。

由于单个非热等离子体场可处理的能量和空气体积有物理局限性，可以使用并行的流动路径，每一流动路径具有其自已的一组沿相应流动路径串联设置的级。这可以使比用单个串联布局可处理的更大体积的流体（例如空气）被处理。这还可有利地提供在给定流动路径一个或多个部件失效、被维修或不可用时用于处理的替代路径。

因此，处理系统可包括多个并行流动路径，每一个具有沿各自的相应流动路径串联设置的多个级。流体可行进通过第一级以暴露于第一非热等离子体，然后通过第二级以暴露于第二非热等离子体。流体可行进通过后面的（例如第三）级以暴露于后续的（例如第三）非热等离子体。任意数目的串联设置的级都可用来获得对于正在处理的空气或气体的理想效果。并行路径或并行非热等离子体场的总数可以是待被处理的体积和／或体积中的污物或污染物水平的函数。任意给定级处的所有并行的非热等离子体场都可以相同特征（例如，频率、功率密度、波形）操作。串联的每个连续的级可在与其它级不同的相应频率、功率密度和／或波形下操作。连续的级被调整以激发目标化合物的分子振动，使得如果离解是预想效果，则目标化合物优先离解，或者如果期望激活则优选激活不同反应。功率密度可为充分扩散的，以便只产生气态电离物质，或可为充分强的，以就地通过非热等离子体场和有源微电弧放电来焚烧空中悬浮的有机颗粒。非热等离子体还可焚烧燃烧的气雾滴，如气雾油。功率密度可根据需要在颗粒破坏和VOC破坏的高设置和可以低功率密度设置转换目标VOC的低设置之间精细调节。