устройство зажигания, двигатель внутреннего сгорания, свеча зажигания, плазменное оборудование, устройство для разложения отработавшего газа, озонообразующее/стерилизующее/дезинфицирующее устройство и устройство для устранения запахов

Формула изобретения

1. Устройство зажигания, содержащее:

средство регулирования диэлектрической проницаемости для регулирования диэлектрической проницаемости смеси в зоне сгорания/реакции посредством введения воды и/или отработавшего газа, образованного в зоне сгорания/реакции, в зону сгорания/реакции, где выполняется сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси, при этом смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя находится в тепловом двигателе или плазменном оборудовании;

средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в зону сгорания/реакции для повышения температуры смеси в зоне сгорания/реакции и осуществления плазменного разряда в зоне сгорания/реакции для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и увеличивается скорость распространения пламени; и

средство зажигания для воспламенения смеси в зоне сгорания/реакции посредством осуществления разряда;

при этом средство регулирования диэлектрической проницаемости обеспечивает регулирование диэлектрической проницаемости смеси перед осуществлением сгорания смеси/реакции в смеси в зоне сгорания/реакции для обеспечения возможности резонанса резонансной частоты смеси в зоне сгорания/реакции с частотой сверхвысокочастотной волны, излучаемой средством излучения сверхвысокочастотных волн.

2. Устройство зажигания, содержащее:

средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в зону сгорания/реакции для повышения температуры смеси в зоне сгорания/реакции и осуществления плазменного разряда в зоне сгорания/реакции для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и увеличивается скорость распространения пламени;

средство зажигания для воспламенения смеси в зоне сгорания/реакции посредством осуществления разряда и

средство управления для управления средством излучения сверхвысокочастотных волн и средством зажигания,

при этом средство управления обеспечивает управление средством излучения сверхвысокочастотных волн и средством зажигания так, чтобы обеспечить повторение цикла, который представляет собой процесс, посредством которого средство излучения сверхвысокочастотных волн излучает сверхвысокочастотную волну в зону сгорания/реакции для повышения температуры смеси в зоне сгорания/реакции и создает плазменный разряд в зоне сгорания/реакции для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и увеличивается скорость распространения пламени, а средство зажигания обеспечивает воспламенение смеси посредством использования разряда; и затем средство излучения сверхвысокочастотных волн обеспечивает создание плазменного разряда в зоне сгорания/реакции посредством излучения сверхвысокочастотной волны в зону сгорания/реакции для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются, скорость распространения пламени увеличивается и ускоряется сгорание смеси/реакция в смеси в зоне сгорания/реакции.

3. Устройство по п.1 или 2, дополнительно содержащее антенну для излучения сверхвысокочастотных волн, служащую в качестве средства излучения сверхвысокочастотных волн, и блок зажигания/разрядный блок, служащий в качестве средства зажигания,

при этом антенна для излучения сверхвысокочастотных волн и блок зажигания/разрядный блок предусмотрены в изоляторе, выполненном как одно целое.

4. Устройство по п.1 или 2, в котором сверхвысокочастотная волна, излучаемая средством излучения сверхвысокочастотных волн, представляет собой одну или более регулируемых прерывистых волн.

5. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:

камеру сгорания/реакционную камеру, включающую в себя цилиндр и поршень, в которую подается смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя и в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси; и

средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в камеру сгорания/реакционную камеру для повышения температуры смеси в камере сгорания/реакционной камере и для создания плазменного разряда в камере сгорания/реакционной камере для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и скорость распространения пламени увеличивается,

при этом вогнутые участки для предотвращения прохождения сверхвысокочастотной волны образованы на наружной периферийной поверхности поршня, входящей в контакт с внутренней стенкой цилиндра.

6. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:

камеру сгорания/реакционную камеру, включающую в себя цилиндр и поршень, в которую подается смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя и в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси;

клапан для открытия и закрытия впускного канала и выпускного канала, выполненных в камере сгорания/реакционной камере; и

средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в камеру сгорания/реакционную камеру для повышения температуры смеси в камере сгорания/реакционной камере и для создания плазменного разряда в камере сгорания/реакционной камере для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и скорость распространения пламени увеличивается,

при этом структура для фокусировки сверхвысокочастотной волны на одной или более нижних поверхностях клапана образована на поверхностях клапана, обращенных к камере сгорания/реакционной камере.

7. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:

камеру сгорания/реакционную камеру, включающую в себя цилиндр и поршень, в которую подается смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя и в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси;

средство зажигания для воспламенения смеси в камере сгорания/реакционной камере посредством осуществления разряда и

магнит, установленный на периферии средства зажигания или периферии цилиндра,

при этом магнитное поле, созданное магнитом, обеспечивает возможность того, что электрическое поле иона или плазмы, образованной в камере сгорания/реакционной камере, будет иметь направление поршня, так что ион или плазма, образованная сгоревшим/прореагировавшим газом в зоне пламени/реакции или на последующей стадии в зоне пламени/реакции, ускоряется до наружной периферийной стороны цилиндра.

8. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:

камеру сгорания/реакционную камеру, включающую в себя цилиндр и поршень, в которую подается смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя и в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси;

средство зажигания для воспламенения смеси в камере сгорания/реакционной камере посредством осуществления разряда и

средство регулирования напряжения для регулирования напряжения, подаваемого к средству зажигания,

при этом средство регулирования напряжения, подаваемого к средству зажигания, обеспечивает разряд с энергией, меньшей энергии искры зажигания, для несгоревшей/непрореагировавшей смеси в камере сгорания/реакционной камере для возбуждения плазмы в смеси и/или обеспечивает разряд для сгоревшей/прореагировавшей смеси для возбуждения плазмы в смеси.

9. Двигатель внутреннего сгорания, содержащий:

камеру сгорания/реакционную камеру, включающую в себя цилиндр и поршень, в которую подается смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя и в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси;

средство самовоспламенения для автоматического воспламенения смеси посредством введения смеси реакционноспособного газа и газообразного окислителя под высоким давлением для сжатия смеси реакционноспособного газа и газообразного окислителя и повышения температуры;

средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в камеру сгорания/реакционную камеру и

средство управления для управления средством самовоспламенения и средством излучения сверхвысокочастотных волн,

при этом средство управления обеспечивает управление средством самовоспламенения и средством излучения сверхвысокочастотных волн так, чтобы обеспечить повторение цикла, который представляет собой процесс, посредством которого средство излучения сверхвысокочастотных волн излучает сверхвысокочастотную волну в камеру сгорания/реакционную камеру так, что большое количество гидроксильных (ОН) радикалов и озона (О₃) образуется из влаги смеси в камере сгорания/реакционной камере и, следовательно, обеспечивает окисление и вступает в химическую реакцию, а средство самовоспламенения обеспечивает воспламенение смеси, так что сгорание смеси в камере сгорания/реакционной камере ускоряется за счет большого количества гидроксильных (ОН) радикалов и озона (O₃).

10. Двигатель по п.5 или 9, дополнительно содержащий измерительные датчики для измерения плотностей O₂, NO_x, СО и сажи из газа, выпускаемого из камеры сгорания/реакционной камеры, в которой выполняются сгорание/реакция или плазменная реакция в смеси реакционноспособного газа и газообразного окислителя выполняются.

11. Свеча зажигания, содержащая:

антенну для излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в зону сгорания/реакции, в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси, при этом смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя находится в тепловом двигателе или плазменном оборудовании; и

блок зажигания/разрядный блок для воспламенения смеси в зоне сгорания/реакции,

при этом антенна для излучения сверхвысокочастотной волны и блок зажигания/разрядный блок предусмотрены в изоляторе, выполненном как одно целое.

12. Плазменное оборудование, содержащее:

генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заданного диапазона сверхвысокочастотных волн;

резонатор сверхвысокочастотных волн, предназначенный для обеспечения резонанса в заданном диапазоне сверхвысокочастотных волн; и

средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор сверхвысокочастотных волн,

при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн представляет собой антенну для излучения сверхвысокочастотных волн, имеющую такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в зоне возбуждения плазмы, образованной сверхвысокочастотной волной.

13. Оборудование по п.12, дополнительно содержащее средство зажигания плазмы, которое создает частичный разряд в газе в резонаторе сверхвысокочастотных волн и, следовательно, возбуждает плазму в газе.

14. Оборудование по п.13, дополнительно содержащее средство управления для управления средством излучения сверхвысокочастотных волн и средством зажигания плазмы и измерительное устройство для измерения количества образованных ОН-радикалов и О₃ или интенсивности выделения ОН-радикалов и O₃, образованных посредством возбуждения плазмы,

при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн и/или средство зажигания плазмы обеспечивают обработку результата, полученного измерительным устройством, в реальном времени для передачи результирующей величины средству управления.

15. Оборудование по п.13 или 14, в котором средство излучения сверхвысокочастотных волн включает в себя блок зажигания/разрядный блок, служащий в качестве средства излучения сверхвысокочастотных волн и средства зажигания плазмы, причем

средство излучения сверхвысокочастотных волн и блок зажигания/разрядный блок предусмотрены в изоляторе, выполненном как одно целое.

16. Оборудование по п.12, в котором магнетрон для бытовых электроприборов, имеющий частоту колебаний, составляющую 2,45 ГГц, используется в качестве генератора сверхвысокочастотных волн.

17. Оборудование по п.13, в котором в средстве зажигания плазмы используется барьерный разряд, который обеспечивает введение изоляционного материала, такого как диэлектрическое тело, между электродами, коронный разряд, который образует неоднородное электрическое поле, и импульсный разряд, который обеспечивает приложение короткого импульса напряжения с продолжительностью менее 1 мкс.

18. Оборудование по п.12, дополнительно содержащее средство передачи сверхвысокочастотных волн.

19. Оборудование по п.18, в котором средство передачи сверхвысокочастотных волн представляет собой коаксиальный кабель.

20. Оборудование по п.18, в котором средство передачи сверхвысокочастотных волн представляет собой волновод.

21. Оборудование по п.15, дополнительно содержащее коаксиальный кабель для передачи сверхвысокочастотной волны, направленный ответвитель для разветвления, изоляции и связи сверхвысокочастотных волн и регулятор для регулирования полного сопротивления всех систем передачи.

22. Устройство для разложения отработавшего газа, содержащее: генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заданного диапазона сверхвысокочастотных волн;

резонатор сверхвысокочастотных волн для обеспечения резонанса в заранее заданном диапазоне сверхвысокочастотных волн и

средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор сверхвысокочастотных волн,

при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн представляет собой антенну для излучения сверхвысокочастотных волн, которая расположена на наружной периферии проточного канала для отработавшего газа в периферийном направлении отработавшего газа и которая имеет такие форму и размер, чтобы обеспечить создание однородного сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны на участке проточного канала зоной возбуждения плазмы, образованной сверхвысокочастотной волной.

23. Устройство по п.22, дополнительно содержащее полый или сплошной металлический стержень или пластину для образования сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны вдоль центральной оси проточного канала, в котором проходит отработавший газ.

24. Устройство по п.22 или 23, дополнительно содержащее средство зажигания плазмы, которое создает частичный разряд в газе в резонаторе сверхвысокочастотных волн и, следовательно, возбуждает плазму в газе.

25. Устройство по п.24, в котором средство зажигания плазмы реализовано посредством дугового разряда между электродами, расположенными в периферийном направлении проточного канала, в котором проходит отработавший газ, и противоположными друг другу в аксиальном направлении.

26. Устройство по п.22, дополнительно содержащее средство передачи сверхвысокочастотных волн.

27. Устройство по п.26, в котором средство передачи сверхвысокочастотных волн представляет собой коаксиальный кабель.

28. Устройство по п.26, в котором средство распространения передачи сверхвысокочастотных волн представляет собой волновод.

29. Озонообразующее/стерилизующее/дезинфицирующее устройство, содержащее:

генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заданного диапазона сверхвысокочастотных волн для зоны озонообразования;

резонатор сверхвысокочастотных волн, расположенный в зоне озонообразования для обеспечения резонанса в заданном диапазоне сверхвысокочастотных волн; и

средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор сверхвысокочастотных волн,

при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн представляет собой антенну для излучения сверхвысокочастотных волн, имеющую такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в зоне озонообразования, образованной сверхвысокочастотной волной.

30. Устройство по п.29, дополнительно содержащее средство зажигания плазмы, которое создает частичный разряд в газе в резонаторе сверхвысокочастотных волн для возбуждения плазмы в газе,

при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн представляет собой антенну для излучения сверхвысокочастотных волн, имеющую такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в зоне озонообразования, образованной средством зажигания плазмы.

31. Устройство по п.29 или 30, в котором газ в резонаторе сверхвысокочастотных волн представляет собой воздух, который находится под давлением не ниже атмосферного.

32. Устройство по п.29 или 30, в котором газ в резонаторе сверхвысокочастотных волн представляет собой пар, который находится под давлением не ниже атмосферного.

33. Устройство для устранения запахов, содержащее:

генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заданного диапазона сверхвысокочастотных волн;

резонатор сверхвысокочастотных волн для обеспечения резонанса в заданном диапазоне сверхвысокочастотных волн и

средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор сверхвысокочастотных волн,

при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн представляет собой антенну для излучения сверхвысокочастотных волн, имеющую такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в пространстве устранения запахов в резонаторе сверхвысокочастотных волн, образованном сверхвысокочастотной волной.

34. Устройство по п.33, дополнительно содержащее устройство для циркуляции и систему циркуляции для обеспечения циркуляции газа и жидкости для устранения запахов в резонаторе сверхвысокочастотных волн.

Описание изобретения к патенту

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСЯТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к устройству зажигания, используемому в тепловом двигателе, таком как поршневой двигатель с кривошипно-шатунным механизмом, роторный двигатель, реактивный двигатель и газотурбинный двигатель, или в плазменном оборудовании.

Настоящее изобретение относится к двигателю внутреннего сгорания, для которого соответственно применяется устройство зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение относится к свече зажигания, которая соответственно применяется для устройства зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение относится к плазменному оборудованию, которое используется в сфере принятия мер, противодействующих загрязнению окружающей среды (на предприятии и в конце производственного цикла), таких как уменьшение и снижение опасных текучих отходов (CO₂, NO_x и несгоревшего углеводорода), летучих органических соединений, взвешенных твердых частиц, сажи и тому подобного или обработка и повторное использование гудрона (смолы), осадка и стоков, и в области медицины/санитарии, такой как использование технологий стерилизации, пастеризации и очистки.

Настоящее изобретение относится к устройству для разложения отработавшего (выхлопного) газа, для которого соответственно применяется плазменное оборудование в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение относится к озонообразующему/стерилизующему/дезинфицирующему устройству и устройству для устранения запахов, для которого соответственно применяется плазменное оборудование в соответствии с настоящим изобретением.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Раньше зажигание смеси в двигателе внутреннего сгорания, таком как поршневой двигатель с кривошипно-шатунным механизмом и роторный двигатель, выполнялось с помощью свечи зажигания для осуществления искрового разряда. Тем не менее, было предложено устройство зажигания, которое выполняет зажигание посредством использования электромагнитной волны с частотой несколько гигагерц (ГГц), которая представляет собой сверхвысокочастотную волну, независимо от искрового разряда, поскольку электромагнитные помехи, которые имеют место вследствие искрового разряда, вызывают некорректную работу электронного устройства, установленного на транспортном средстве.

Например, устройства зажигания, в которых микроволновод выполнен с возможностью соединения его с камерой сгорания/реакционной камерой (в цилиндре) и разрядный электрод для создания сверхвысокочастотного разряда, предусмотрен в камере сгорания/реакционной камере, раскрыты в патентных документах 1-4.

В устройстве зажигания сверхвысокочастотные импульсы, созданные устройством для создания сверхвысокочастотных волн (магнетроном), передаются посредством микроволновода во внутреннее пространство камеры сгорания/реакционной камеры, а сверхвысокочастотный коронный разряд создается разрядным электродом для воспламенения смеси в камере сгорания/реакционной камере.

Например, в соответствии с патентным документом 5 раскрыт бензиновый двигатель внутреннего сгорания, в котором генератор высокочастотного электрического поля (магнетрон) предусмотрен в камере сгорания/реакционной камере (в цилиндре), так что генератор высокочастотного электрического поля образует высокочастотное электрическое поле в камере сгорания во время стадии хода сжатия в двигателе для осуществления диэлектрического нагрева, воспламенения и сжигания смеси в камере сгорания.

В обычном плазменном оборудовании, используемом в технологиях, обеспечивающих противодействие загрязнению окружающей среды, как правило, высокотемпературная термически равновесная плазма создается посредством увеличения подвода энергии в плазму, созданную посредством осуществления разряда при низком давлении, для нагрева опасных текучих отходов, химических веществ, взвешенных твердых частиц, сажи и тому подобного до высокой температуры с тем, чтобы вызвать их окисление и разложение.

Недавно был исследован способ (возбуждение плазмы по типу коаксиального резонатора) возбуждения атмосферной термически неравновесной плазмы посредством сверхвысокочастотного разряда. Возбужденная плазма представляет собой реакционноспособную плазму, в которой температура электронов составляет десятки тысяч градусов и температура газа находится в интервале от нормальной температуры до 1000°С. Кроме того, плазменное оборудование для стерилизации/дезинфекции/устранения запахов, используемое в области медицины/санитарии, было создано посредством использования эффекта сильной химической реакции OH-радикала, O₃ (озона) и тому подобного, созданных посредством плазмы (Innovation Japan 2005; http://ccr.ccr.tokushima-u.ac.jp/topic/050927-01.pdf).

Плазменное оборудование, в котором используется сверхвысокочастотная волна, обеспечивает возможность возбуждения газа с давлением, близким к атмосферному давлению, посредством сверхвысокочастотной волны с тем, чтобы образовать газ в состоянии плазмы.

Например, сверхвысокочастотное плазменное оборудование раскрыто в патентных документах 6 и 7. В сверхвысокочастотном плазменном оборудовании неметаллическая труба для образования канала для потока газа расположена вдоль центра центрального проводника, и газы, вводимые под давлением с одного конца, возбуждаются под действием сверхвысокочастотной волны в зазоре, в котором неметаллическая труба не закрыта центральным проводником, и тогда возбуждается плазма (возбуждение плазмы по типу коаксиального резонатора) и выходит из другого конца.

[Патентный документ 1] JP-А-57-186067

[Патентный документ 2] JP-А-3-31579

[Патентный документ 3] JP-А-2000-230426

[Патентный документ 4] JP-А-2001-73920

[Патентный документ 5] JP-А-2000-274249

[Патентный документ 6] JP-А-2001-035692

[Патентный документ 7] JP-А-2004-172044

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Тем не менее, в последние годы существует необходимость в уменьшении удельного расхода топлива в тепловом двигателе, таком как поршневой двигатель с кривошипно-шатунным механизмом, роторный двигатель, реактивный двигатель и газотурбинный двигатель, или в плазменном оборудовании. Для уменьшения удельного расхода топлива может быть предложено уменьшение отношения количества топлива к количеству воздуха в топливной смеси и выполнение сгорания/реакции в бедной смеси. Тем не менее, когда отношение количества топлива к количеству воздуха в топливной смеси обычного двигателя внутреннего сгорания и тому подобного уменьшается, снижается стабильность сгорания/реакции, например, цикл сжигания будет неустойчивым. В результате возникают проблемы, такие как снижение эффективной мощности двигателя.

Соответственно для уменьшения удельного расхода топлива в тепловом двигателе или плазменном оборудовании необходимо осуществить устойчивое и высокоэффективное сгорание/реакцию даже в том случае, когда отношение количества топлива к количеству воздуха в топливной смеси уменьшено и осуществляется сгорание бедной смеси/реакция в бедной смеси.

Устройство зажигания, в котором используется вышеупомянутый сверхвысокочастотный коронный разряд, вряд ли может быть использовано на практике, поскольку невозможно ожидать уменьшения удельного расхода топлива и устойчивости сгорания/реакции по сравнению со способом зажигания, при котором используется обычный искровой разряд.

Кроме того, в бензиновом двигателе внутреннего сгорания, в котором используется вышеупомянутый генератор высокочастотного электрического поля, магнетрон установлен непосредственно на двигателе, так что возникают различные проблемы с точки зрения долговечности, виброустойчивости, ограничений пространства для установки, температуры окружающей среды (то есть температура двигателя повышается) и предотвращения неправильного срабатывания системы управления вследствие прохождения сверхвысокочастотных волн. По этой причине бензиновый двигатель внутреннего сгорания данного типа вряд ли может быть использован на практике.

Следовательно, настоящее изобретение создано с учетом вышеупомянутых проблем, и его целью является разработка устройства зажигания, способного обеспечить увеличение эффективной мощности, улучшение очистки отработавшего газа и снижение удельного расхода топлива посредством осуществления устойчивого и высокоэффективного сгорания/реакции даже в том случае, когда отношение количества топлива к количеству воздуха в топливной смеси уменьшается и сгорание/реакция выполняется для бедной смеси в тепловом двигателе, таком как поршневой двигатель с кривошипно-шатунным механизмом, роторный двигатель, реактивный двигатель и газотурбинный двигатель, или в плазменном оборудовании.

Кроме того, цель настоящего изобретения заключается в разработке двигателя внутреннего сгорания, способного решить различные проблемы с точки зрения долговечности, виброустойчивости, ограничений пространства для установки и температуры окружающей среды (то есть температура двигателя повышается) и неправильного срабатывания системы управления вследствие прохождения сверхвысокочастотных волн, имеющего место, когда магнетрон установлен непосредственно на двигателе в бензиновом двигателе внутреннего сгорания.

Цель настоящего изобретения заключается в разработке двигателя внутреннего сгорания, для которого вышеупомянутое устройство зажигания в соответствии с изобретением соответственно применяется. Кроме того, цель настоящего изобретения заключается в разработке свечи зажигания, соответственно применяемой в вышеупомянутом устройстве зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

Кроме того, в обычном способе возбуждения плазмы большое количество энергии расходуется для непрерывного возбуждения высокотемпературной плазмы, само устройство является очень дорогим (3000000 иен или более), эксплуатационные расходы являются сравнительно большими, и транспортировка затруднена, поскольку само устройство имеет большие размеры. Кроме того, научные исследования и разработки технологии, в которой используется атмосферная термически неравновесная плазма, только начались. Вышеупомянутый разряд между центральными проводниками используется для зажигания посредством плазмы, но большая выходная мощность (в диапазоне от нескольких сотен Вт до 5 кВт или около этого) по-прежнему необходима для непрерывного возбуждения устойчивой плазмы. В настоящее время в области технологий, обеспечивающих противодействие загрязнению окружающей среды, и прикладных технологий для медицины/санитарии, в которых используется плазменное оборудование, требуется низкая цена в качестве характеристики продукта, представляющего собой подобную технологию, обеспечивающую противодействие загрязнению. Например, цена составляет 300000 иен или менее за единицу, и расходы на электроэнергию составляют приблизительно 30000 иен в месяц для малогабаритного устройства для обработки летучих органических соединений, обрабатывающего менее 1 тонны в год (Министерство экономики, 2004; задача разработки технологий, снижающих опасность химических материалов).

Плазма в соответствии с настоящим изобретением представляет собой микроволновую плазму, образованную воздухом, находящимся при низкой температуре/атмосферном давлении. В плазме вредные текучие отходы, химические вещества, взвешенные твердые частицы, сажа и тому подобное не нагреваются до высокой температуры, а окисляются и вступают в химическую реакцию с продуктами, созданными плазмой (OH-радикалом и озоном (O₃)), так что уменьшается количество и содержание опасных текучих отходов и тому подобного, и происходит их обезвреживание. Плазма имеет новизну и эффективность, полностью отличающие ее от обычной технологии, в которой используется высокотемпературная плазма. В прошлом большое количество энергии и устройство большого размера требовались для возбуждения плазмы для обезвреживания опасных текучих отходов. Кроме того, было мало недорогих и малогабаритных устройств, способных легко возбуждать плазму в воздухе, находящемся под атмосферным давлением, и образовывать большое число радикалов.

По этой причине настоящее изобретение было создано с учетом вышеупомянутых обстоятельств, и его цель заключается в разработке недорогого и малогабаритного плазменного оборудования, способного обеспечить легкое возбуждение плазмы в воздухе, находящемся под атмосферным давлением, и образование большого количества радикалов.

Другая цель настоящего изобретения заключается в разработке плазменного оборудования, выполненного с возможностью применения его не только в технологиях, обеспечивающих противодействие загрязнению окружающей среды и используемых в конце производственного цикла, но и в технологиях, обеспечивающих противодействие загрязнению окружающей среды на предприятии. Кроме того, цель настоящего изобретения заключается в разработке соответствующего плазменного оборудования, способного обеспечить выполнение устойчивого и высокоэффективного сгорания в различных камерах сгорания, так что процесс сгорания улучшается (обеспечивается экономия энергии за счет объемного воспламенения и увеличения предела воспламеняемости бедной топливной смеси благодаря химическому окислению и реакции с сильнодействующими OH-радикалами), и количество и содержание опасных текучих отходов уменьшаются посредством разложения и полного сгорания несгоревшего топлива без снижения эффективной выходной мощности.

Еще одна цель настоящего изобретения заключается в разработке эффективного устройства разложения отработавшего газа, озонообразующего/стерилизующего/дезинфицирующего устройства и устройства для устранения запахов посредством образования большого количества OH-радикалов и O₃, которое постоянно работает при низких затратах.

Для решения вышеупомянутых проблем и достижения вышеуказанной цели устройство зажигания в соответствии с настоящим изобретением имеет любую из следующих конфигураций.

[Конфигурация 1]

В соответствии с одним аспектом изобретения предложено устройство зажигания, включающее в себя средство регулирования диэлектрической проницаемости для регулирования диэлектрической проницаемости смеси в зоне сгорания/реакции посредством введения воды и/или отработавшего газа, образованного в зоне сгорания/реакции, в зону сгорания/реакции, где выполняется сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси, при этом смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя находится в тепловом двигателе или плазменном оборудовании; средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в зону сгорания/реакции для повышения температуры смеси в зоне сгорания/реакции и осуществления плазменного разряда в зоне сгорания/реакции для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и увеличивается скорость распространения пламени; средство зажигания для воспламенения смеси в зоне сгорания/реакции посредством осуществления разряда и средство излучения сверхвысокочастотных волн для осуществления разряда в смеси в зоне сгорания/реакции для повышения концентрации радикалов при сгорании/реакции или в плазменном газе, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и увеличивается скорость распространения пламени, при этом средство регулирования диэлектрической проницаемости обеспечивает регулирование диэлектрической проницаемости смеси перед осуществлением сгорания смеси/реакции в смеси в зоне сгорания/реакции для обеспечения резонанса резонансной частоты смеси в зоне сгорания/реакции с частотой сверхвысокочастотной волны, излучаемой средством излучения сверхвысокочастотных волн.

[Конфигурация 2]

В соответствии с другим аспектом изобретения предложено устройство зажигания, включающее в себя средство регулирования диэлектрической проницаемости для регулирования диэлектрической проницаемости смеси в зоне сгорания/реакции посредством введения воды и/или отработавшего газа, образованного в зоне сгорания/реакции, в зону сгорания/реакции, где выполняется сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси, при этом смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя находится в тепловом двигателе или плазменном оборудовании; средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в зону сгорания/реакции для повышения температуры смеси в зоне сгорания/реакции и осуществления плазменного разряда в зоне сгорания/реакции для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и увеличивается скорость распространения пламени; средство зажигания для воспламенения смеси в зоне сгорания/реакции посредством осуществления разряда; средство излучения сверхвысокочастотных волн для осуществления плазменного разряда в зоне сгорания/реакции для повышения концентрации радикалов в зоне сгорания/реакции, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и увеличивается скорость распространения пламени; и средство управления для управления средством излучения сверхвысокочастотных волн и средством зажигания, при этом средство управления управляет средством излучения сверхвысокочастотных волн и средством зажигания так, чтобы обеспечить повторение цикла, который представляет собой процесс, посредством которого средство излучения сверхвысокочастотных волн излучает сверхвысокочастотную волну в зону сгорания/реакции для повышения температуры смеси в зоне сгорания/реакции и создает плазменный разряд в зоне сгорания/реакции для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и увеличивается скорость распространения пламени; средство зажигания обеспечивает воспламенение смеси посредством использования разряда; и затем средство излучения сверхвысокочастотных волн создает плазменный разряд в зоне сгорания/реакции посредством излучения сверхвысокочастотной волны в зону сгорания/реакции для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются, скорость распространения пламени увеличивается и ускоряется сгорание смеси/реакция в смеси в зоне сгорания/реакции.

[Конфигурация 3]

В устройстве зажигания в соответствии с конфигурацией 1 или 2 дополнительно могут быть предусмотрены антенна для излучения сверхвысокочастотных волн, служащая в качестве средства излучения сверхвысокочастотных волн, и блок зажигания/разрядный блок, служащий в качестве средства зажигания, при этом антенна для излучения сверхвысокочастотных волн и блок зажигания/разрядный блок предусмотрены в изоляторе, выполненном как одно целое.

[Конфигурация 4]

В устройстве зажигания в соответствии с любой из конфигураций 1-3 сверхвысокочастотная волна, излучаемая средством излучения сверхвысокочастотных волн, может представлять собой одну или более регулируемых прерывистых волн.

Двигатель внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением имеет любую из следующих конфигураций.

[Конфигурация 5]

В соответствии с одним аспектом изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя камеру сгорания/реакционную камеру, включающую в себя цилиндр и поршень, в которую подается смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя и в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси; и средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в камеру сгорания/реакционную камеру для повышения температуры смеси в камере сгорания/реакционной камере и для создания плазменного разряда в камере сгорания/реакционной камере для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и скорость распространения пламени увеличивается, при этом вогнутый элемент для предотвращения прохождения сверхвысокочастотной волны образован на наружной периферийной поверхности поршня, входящей в контакт с внутренней стенкой цилиндра.

[Конфигурация 6]

В соответствии с другим аспектом изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя камеру сгорания/реакционную камеру, включающую в себя цилиндр и поршень, в которую подается смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя и в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси; клапан для открытия и закрытия впускного канала и выпускного канала, выполненных в камере сгорания/реакционной камере; и средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в камеру сгорания/реакционную камеру для повышения температуры смеси в камере сгорания/реакционной камере и для создания плазменного разряда в камере сгорания/реакционной камере для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и скорость распространения пламени увеличивается, при этом структура для фокусировки сверхвысокочастотной волны на одной или более нижних поверхностях клапана образована на поверхности клапана, обращенной к камере сгорания/реакционной камере.

[Конфигурация 7]

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя камеру сгорания/реакционную камеру, включающую в себя цилиндр и поршень, в которую подается смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя и в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси; средство зажигания для воспламенения смеси в камере сгорания/реакционной камере посредством осуществления разряда и магнит, установленный на периферии средства зажигания или периферии цилиндра, при этом магнитное поле, созданное магнитом, обеспечивает возможность того, что электрическое поле иона или плазмы, образованной [возбужденной] в камере сгорания/реакционной камере, будет иметь направление поршня, так что ион или плазма, образованная сгоревшим/прореагировавшим газом в зоне пламени/реакции или на последующей стадии в зоне пламени/реакции, ускоряются до наружной периферийной стороны цилиндра.

В двигателе внутреннего сгорания характеристики зажигания посредством использования плазмы, образованной посредством сверхвысокочастотной волны на поверхности пламени и на последующей стадии, улучшаются, и обеспечивается увеличение скорости распространения пламени.

[Конфигурация 8]

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя камеру сгорания/реакционную камеру, включающую в себя цилиндр и поршень, в которую подается смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя и в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси; средство зажигания для воспламенения смеси в камере сгорания/реакционной камере посредством осуществления разряда и средство регулирования напряжения для регулирования напряжения, подаваемого к средству зажигания, при этом средство регулирования напряжения, регулирующее напряжение, подаваемое к средству зажигания, обеспечивает разряд с энергией, которая меньше энергии искры зажигания для несгоревшей/непрореагировавшей смеси в камере сгорания/реакционной камере, для возбуждения плазмы в смеси и/или инициирования разряда для сгоревшей/прореагировавшей смеси для возбуждения плазмы в смеси.

В двигателе внутреннего сгорания существует возможность образования плазмы как до, так и после зажигания посредством применения обычной свечи зажигания без использования сверхвысокочастотной волны. То есть в том случае, когда в двигателе внутреннего сгорания напряжение, подаваемое к средству зажигания, представляет собой прерывистую волну и его амплитуда и продолжительность регулируются, существует возможность обеспечения образования устойчивого пламени и увеличения скорости распространения пламени при различных состояниях, обусловленных разными нагрузками, концентрациями смеси, частотами вращения, установкой опережения зажигания и тому подобным.

[Конфигурация 9]

В соответствии с еще одним аспектом изобретения предложен двигатель внутреннего сгорания, включающий в себя камеру сгорания/реакционную камеру, включающую в себя цилиндр и поршень, в которую подается смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя и в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси; средство самовоспламенения для автоматического воспламенения смеси посредством введения смеси реакционноспособного газа и газообразного окислителя под высоким давлением для сжатия смеси реакционноспособного газа и газообразного окислителя и повышения температуры; средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в камеру сгорания/реакционную камеру; и средство управления для управления средством самовоспламенения и средством излучения сверхвысокочастотных волн, при этом средство управления обеспечивает управление средством самовоспламенения и средством излучения сверхвысокочастотных волн так, чтобы обеспечить повторение цикла, который представляет собой процесс, посредством которого средство излучения сверхвысокочастотных волн излучает сверхвысокочастотную волну в камеру сгорания/реакционную камеру так, что большое количество гидроксильных (OH) радикалов и озона (O₃) образуется из влаги смеси в камере сгорания/реакционной камере и, следовательно, обеспечивает окисление и вступает в химическую реакцию; а средство самовоспламенения обеспечивает воспламенение смеси, так что сгорание смеси в камере сгорания/реакционной камере ускоряется за счет большого количества гидроксильных (ОН) радикалов и озона (O₃).

[Конфигурация 10]

В двигателе внутреннего сгорания в соответствии с конфигурацией 5 или 9 могут быть дополнительно предусмотрены измерительные датчики для измерения плотностей O₂, NO_x, CO и сажи из газа, выпускаемого из камеры сгорания/реакционной камеры, при этом сгорание смеси/реакция в смеси или плазменная реакция в смеси реакционноспособного газа и газообразного окислителя выполняются в камере сгорания/реакционной камере. В результате существует возможность выполнения регулирования процесса сгорания таким образом, что характеристики состояния сгорания измеряются в реальном времени для уменьшения количества отработавшего газа.

Свеча зажигания в соответствии с настоящим изобретением имеет следующую конфигурацию.

[Конфигурация 11]

В соответствии с одним аспектом изобретения предложена свеча зажигания, включающая в себя антенну для излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в зону сгорания/реакции, в которой выполняются сгорание смеси/реакция в смеси, при этом смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя находится в тепловом двигателе или плазменном оборудовании; и блок зажигания/разрядный блок для воспламенения смеси в зоне сгорания/реакции, при этом антенна для излучения сверхвысокочастотной волны и блок зажигания/разрядный блок предусмотрены в изоляторе, выполненном как одно целое.

Плазменное оборудование в соответствии с настоящим изобретением имеет следующую конфигурацию.

[Конфигурация 12]

В соответствии с одним аспектом изобретения предложено плазменное оборудование, включающее в себя генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заданного диапазона сверхвысокочастотных волн; резонатор сверхвысокочастотных волн для обеспечения резонанса в заданном диапазоне сверхвысокочастотных волн; и средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор сверхвысокочастотных волн, при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн представляет собой антенну для излучения сверхвысокочастотных волн, имеющую такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в зоне возбуждения плазмы, образованной посредством сверхвысокочастотной волны.

[Конфигурация 13]

В плазменном оборудовании в соответствии с конфигурацией 13 может быть дополнительно предусмотрено средство зажигания плазмы, которое создает частичный разряд в газе в резонаторе сверхвысокочастотных волн и, следовательно, возбуждает плазму в газе.

[Конфигурация 14]

В плазменном оборудовании в соответствии с конфигурацией 13 могут быть дополнительно предусмотрены средство управления для управления средством излучения сверхвысокочастотных волн и средством зажигания плазмы и измерительное устройство для измерения количества образованных OH-радикалов и O₃ или интенсивности выделения OH-радикалов и O ₃, образованных посредством возбуждения плазмы, при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн и/или средство зажигания плазмы обеспечивают обработку результата, полученного измерительным устройством, в реальном времени для передачи результирующей величины средству управления.

[Конфигурация 15]

В плазменном оборудовании в соответствии с конфигурацией 13 или 14 средство излучения сверхвысокочастотных волн может включать в себя блок зажигания/разрядный блок, служащий в качестве средства излучения сверхвысокочастотных волн и средства зажигания плазмы, причем средство излучения сверхвысокочастотных волн и блок зажигания/разрядный блок могут быть предусмотрены в изоляторе, выполненном как одно целое.

[Конфигурация 16]

В плазменном оборудовании в соответствии с любой из конфигураций 12 - 15 магнетрон для бытовых электроприборов, имеющий частоту колебаний, составляющую 2,45 ГГц, может быть использован в качестве генератора сверхвысокочастотных волн.

[Конфигурация 17]

В плазменном оборудовании в соответствии с любой из конфигураций 13-15 в средстве зажигания плазмы может использоваться барьерный разряд, который обеспечивает введение изоляционного материала, такого как диэлектрическое тело, между электродами, коронный разряд, который образует неоднородное электрическое поле, и импульсный разряд, который обеспечивает приложение короткого импульса напряжения с продолжительностью менее 1 мкс.

[Конфигурация 18]

В плазменном оборудовании в соответствии с конфигурациями 12, 13, 15 или 16 может быть дополнительно предусмотрено средство передачи сверхвысокочастотных волн.

[Конфигурация 19]

В плазменном оборудовании в соответствии с конфигурацией 18 средство передачи сверхвысокочастотных волн может представлять собой коаксиальный кабель.

[Конфигурация 20]

В плазменном оборудовании в соответствии с конфигурацией 18 средство передачи сверхвысокочастотных волн может представлять собой волновод.

[Конфигурация 21]

В плазменном оборудовании в соответствии с любой из конфигураций 15-17 могут быть дополнительно предусмотрены коаксиальный кабель для передачи сверхвысокочастотной волны, направленный ответвитель для разветвления, изоляции и связи сверхвысокочастотных волн и регулятор для регулирования полного сопротивления всех систем передачи.

Устройство для разложения отработавшего газа в соответствии с настоящим изобретением имеет следующую конфигурацию.

[Конфигурация 22]

В соответствии с одним аспектом изобретения предложено устройство для деструкции отработавшего газа, включающее в себя генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заданного диапазона сверхвысокочастотных волн; резонатор сверхвысокочастотных волн для обеспечения резонанса в заданном диапазоне сверхвысокочастотных волн и средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор сверхвысокочастотных волн, при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн представляет собой антенну для излучения сверхвысокочастотных волн, которая расположена на наружной периферии проточного канала для отработавшего газа в периферийном направлении отработавшего газа и которая имеет такие форму и размер для обеспечения создания однородного сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны на участке проточного канала зоной возбуждения плазмы, образованной посредством сверхвысокочастотной волны.

[Конфигурация 23]

В устройстве для разложения отработавшего газа в соответствии с конфигурацией 22 может быть дополнительно предусмотрен полый или сплошной металлический стержень или пластина для образования сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны вдоль центральной оси проточного канала, в котором проходит отработавший газ.

[Конфигурация 24]

В устройстве для разложения отработавшего газа в соответствии с конфигурацией 22 или 23 может быть дополнительно предусмотрено средство зажигания плазмы, которое создает частичный разряд в газе в резонаторе сверхвысокочастотных волн и, следовательно, возбуждает плазму в газе.

[Конфигурация 25]

В устройстве для разложения отработавшего газа в соответствии с конфигурацией 24 средство зажигания плазмы может быть реализовано посредством дугового разряда между электродами, расположенными в периферийном направлении проточного канала, в котором проходит отработавший газ, и противоположными друг другу в аксиальном направлении.

[Конфигурация 26]

В устройстве для разложения отработавшего газа в соответствии с любой из конфигураций 22-25 может быть дополнительно предусмотрено средство передачи сверхвысокочастотных волн.

[Конфигурация 27]

В устройстве для разложения отработавшего газа в соответствии с конфигурацией 26 средство передачи сверхвысокочастотных волн может представлять собой коаксиальный кабель.

[Конфигурация 28]

В устройстве для разложения отработавшего газа в соответствии с конфигурацией 26 средство передачи сверхвысокочастотных волн может представлять собой волновод.

Озонообразующее/стерилизующее/дезинфицирующее устройство в соответствии с настоящим изобретением имеет следующую конфигурацию.

[Конфигурация 29]

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предложено озонообразующее/стерилизующее/дезинфицирующее устройство, включающее в себя генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заданного диапазона сверхвысокочастотных волн для зоны озонообразования; резонатор сверхвысокочастотных волн, расположенный в зоне озонообразования для обеспечения резонанса в заданном диапазоне сверхвысокочастотных волн, и средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор сверхвысокочастотных волн, при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн представляет собой антенну для излучения сверхвысокочастотных волн, имеющую такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в зоне озонообразования, образованной посредством сверхвысокочастотной волны.

[Конфигурация 30]

В озонообразующем/стерилизующем/дезинфицирующем устройстве в соответствии с конфигурацией 29 может быть дополнительно предусмотрено средство зажигания плазмы, которое создает частичный разряд в газе в резонаторе сверхвысокочастотных волн и, следовательно, возбуждает плазму в газе, при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн представляет собой антенну для излучения сверхвысокочастотных волн, имеющую такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в зоне озонообразования, образованной посредством средства зажигания плазмы.

[Конфигурация 31]

В озонообразующем/стерилизующем/дезинфицирующем устройстве в соответствии с конфигурацией 29 или 30 газ в резонаторе сверхвысокочастотных волн может представлять собой воздух, который находится под атмосферным или более высоким давлением.

[Конфигурация 32]

В озонообразующем/стерилизующем/дезинфицирующем устройстве в соответствии с конфигурацией 29 или 30 газ в резонаторе сверхвысокочастотных волн может представлять собой пар, который находится под атмосферным или более высоким давлением.

Устройство для устранения запахов в соответствии с настоящим изобретением имеет следующую конфигурацию.

[Конфигурация 33]

В соответствии с одним аспектом изобретения предложено устройство для устранения запахов, включающее в себя генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заданного диапазона сверхвысокочастотных волн; резонатор сверхвысокочастотных волн для обеспечения резонанса в заданном диапазоне сверхвысокочастотных волн и средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор сверхвысокочастотных волн, при этом средство излучения сверхвысокочастотных волн представляет собой антенну для излучения сверхвысокочастотных волн, имеющую такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в пространстве устранения запахов в резонаторе сверхвысокочастотных волн, образованном посредством сверхвысокочастотной волны.

[Конфигурация 34]

В устройстве для устранения запахов в соответствии с конфигурацией 33 могут быть дополнительно предусмотрены устройство для циркуляции и система циркуляции для обеспечения циркуляции газа и жидкости для устранения запахов в СВЧ-резонаторе.

В устройстве зажигания, имеющем конфигурацию 1, средство регулирования диэлектрической проницаемости обеспечивает регулирование диэлектрической проницаемости смеси в зоне сгорания/реакции для обеспечения резонанса резонансной частоты смеси в зоне сгорания/реакции с частотой сверхвысокочастотной волны, излучаемой средством излучения сверхвысокочастотных волн. В результате существует возможность эффективного повышения температуры смеси, когда сверхвысокочастотная волна излучается средством излучения сверхвысокочастотных волн.

В устройстве зажигания, имеющем конфигурацию 2, средство излучения сверхвысокочастотных волн излучает сверхвысокочастотную волну в зону сгорания/реакции для повышения температуры смеси в зоне сгорания/реакции и, следовательно, обеспечивает плазменный разряд в зоне сгорания/реакции для повышения концентрации радикалов, так что характеристики зажигания от пламенного запала улучшаются и увеличивается скорость распространения пламени; средство зажигания воспламеняет смесь; и затем средство излучения сверхвысокочастотных волн излучает сверхвысокочастотную волну в зону сгорания/реакции для ускорения сгорания смеси/реакции в смеси. В результате существует возможность осуществления устойчивого и высокоэффективного сгорания/реакции даже в том случае, когда отношение количества топлива к количеству воздуха в топливной смеси уменьшено и осуществляется сгорание/реакция в бедной смеси или неоднородной смеси.

В устройстве зажигания, имеющем конфигурацию 3, антенна для излучения сверхвысокочастотных волн, служащая в качестве средства излучения сверхвысокочастотных волн, и блок зажигания/разрядный блок, служащий в качестве средства зажигания, предусмотрены в изоляторе, выполненном как одно целое. В результате антенна для излучения сверхвысокочастотных волн и блок зажигания/разрядный блок сходны с обычной свечой зажигания.

В устройстве зажигания, имеющем конфигурацию 4, сверхвысокочастотная волна, излучаемая средством излучения сверхвысокочастотных волн, представляет собой одну или более управляемых прерывистых волн. В результате существует возможность осуществления разряда в нескольких местах. Кроме того, существует возможность мгновенного возбуждения плазмы посредством использования сверхвысокочастотной волны без увеличения энергопотребления.

В двигателе внутреннего сгорания, имеющем конфигурацию 5, вогнутый участок для предотвращения прохождения сверхвысокочастотной волны, образован на наружной периферийной поверхности поршня, входящей в контакт с внутренней стенкой цилиндра. В результате существует возможность предотвращения прохождения сверхвысокочастотной волны даже в том случае, когда используется вышеупомянутое устройство зажигания.

В двигателе внутреннего сгорания, имеющем конфигурацию 6, структура (структура, имеющая длину, составляющую 1/4 от длины волны, используемой в качестве электрической длины) для фокусировки сверхвысокочастотной волны на одной или более нижних поверхностях клапана, образована на поверхности клапана, обращенной к камере сгорания/реакционной камере. В результате существует возможность осуществления излучения энергии, такого как разряд, в зону сгорания/реакции за счет резонанса сверхвысокочастотной волны, подаваемой к клапану, посредством использования вышеупомянутого устройства зажигания.

В двигателе внутреннего сгорания, имеющем конфигурацию 7, магнитное поле, созданное магнитом, обеспечивает возможность того, что электрическое поле иона или плазмы, образованной в камере сгорания/реакционной камере, будет иметь направление поршня, так что ион или плазма, образованная сгоревшим/прореагировавшим газом в зоне пламени/реакции или на последующей стадии в зоне пламени/реакции, ускоряются до наружной периферийной стороны цилиндра. В результате существует возможность улучшения характеристик зажигания от пламенного запала и ускорения распространения пламени посредством использования плазмы, возбужденной посредством сверхвысокочастотной волны на поверхности пламени и на последующей стадии.

В двигателе внутреннего сгорания, имеющем конфигурацию 8, средство регулирования напряжения, регулирующее напряжение, подаваемое к средству зажигания, обеспечивает разряд с энергией, меньшей энергии искры зажигания для несгоревшей/непрореагировавшей смеси в камере сгорания/реакционной камере, для возбуждения плазмы в смеси и/или обеспечивает разряд для сгоревшей/прореагировавшей смеси для возбуждения плазмы в смеси. В результате существует возможность возбуждения плазмы как до, так и после зажигания посредством применения обычной свечи зажигания без использования сверхвысокочастотной волны.

То есть в том случае, когда в двигателе внутреннего сгорания напряжение, подаваемое к средству зажигания, представляет собой прерывистую волну и его амплитуда и продолжительность регулируются, существует возможность обеспечения образования устойчивого пламени и увеличения скорости распространения пламени при различных состояниях, обусловленных разными нагрузками, концентрациями смеси, частотами вращения, установкой опережения зажигания и тому подобным.

В двигателе внутреннего сгорания, имеющем конфигурацию 9, сверхвысокочастотная волна излучается в зону сгорания/реакции до того, как смесь будет автоматически воспламенена посредством введения смеси реакционноспособного газа и газообразного окислителя под высоким давлением в зону сгорания/реакции для сжатия смеси и повышения температуры. В результате существует возможность возбуждения низкотемпературной плазмы посредством использования самовоспламенения. Таким образом, большое количество OH-радикалов и озона (O₃) может непрерывно образовываться из влаги в смеси посредством возбуждения низкотемпературной плазмы. В результате существует возможность ускорения сгорания смеси в зоне сгорания/реакции.

В двигателе внутреннего сгорания, имеющем конфигурацию 10, предусмотрены измерительные датчики для измерения плотностей O₂, NO_x, CO и сажи из газа, выпускаемого из камеры сгорания/реакционной камеры, при этом может быть осуществлен мониторинг состояния сгорания/реакции в камере сгорания/реакционной камере. В результате существует возможность отображения результирующей величины для улучшения/регулирования сгорания посредством использования сверхвысокочастотной волны.

В свече зажигания, имеющей конфигурацию 11, антенна для излучения сверхвысокочастотной волны и блок зажигания/разрядный блок предусмотрены в изоляторе, выполненном как одно целое. В результате существует возможность выполнения вышеупомянутого устройства зажигания посредством использования свечи зажигания, совместимой с плазменными источниками, такой как обычная свеча зажигания, запальная свеча и тому подобное.

В плазменном оборудовании, имеющем конфигурацию 12, предусмотрены генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заданного диапазона сверхвысокочастотных волн; резонатор сверхвысокочастотных волн для обеспечения резонанса сверхвысокочастотной волны в заданном диапазоне; и средство излучения сверхвысокочастотных волн (антенна для излучения сверхвысокочастотных волн) для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор сверхвысокочастотных волн. В результате существует возможность эффективного возбуждения низкотемпературной плазмы посредством создания ее с помощью антенны для излучения сверхвысокочастотных волн, имеющей такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в зоне возбуждения плазмы.

В плазменном оборудовании, имеющем конфигурацию 13, предусмотрено средство зажигания плазмы, которое создает частичный разряд в газе в резонаторе и, следовательно, возбуждает плазму в газе. В результате существует возможность эффективного возбуждения низкотемпературной плазмы посредством создания ее с помощью антенны для излучения сверхвысокочастотных волн, имеющей такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в зоне возбуждения плазмы.

В плазменном оборудовании, имеющем конфигурацию 14, предусмотрены средство управления для управления средством излучения сверхвысокочастотных волн и средством зажигания плазмы, и измерительное устройство для измерения количества образованных OH-радикалов и O₃ или интенсивности выделения OH-радикалов и O₃, образованных посредством возбуждения плазмы. В результате существует возможность электрического регулирования количества образованных OH-радикалов и O₃ посредством обработки результата, полученного измерительным устройством, в реальном времени для обеспечения результирующей величины для управления средством излучения сверхвысокочастотных волн и/или средством зажигания плазмы.

В плазменном оборудовании, имеющем конфигурацию 15, антенна для излучения сверхвысокочастотных волн и блок зажигания/разрядный блок предусмотрены в изоляторе, выполненном как одно целое. В результате существует возможность выполнения плазменного оборудования, которое является недорогим и компактным по размеру, которым легко манипулировать и которое является очень легко приспосабливаемым.

В плазменном оборудовании, имеющем конфигурацию 16, используется магнетрон для бытовых электроприборов, в котором частота колебаний составляет 2,45 ГГц. В результате существует возможность выполнения плазменного оборудования, которое является недорогим, легкодоступным, простым в ремонте/легко заменяемым и свободным от правового регулирования при использовании.

В плазменном оборудовании, имеющем конфигурацию 17, средство зажигания плазмы может обеспечить достижение того же эффекта, какой достигается при использовании любого из барьерного разряда, который обеспечивает введение изоляционного материала, такого как диэлектрическое тело, между электродами, коронного разряда, который образует неоднородное электрическое поле, или импульсного разряда, который обеспечивает приложение короткого импульса напряжения с продолжительностью менее 1 мкс. В результате существует возможность выполнения плазменного оборудования, которое является легко приспосабливаемым независимо от условий применения.

В плазменном оборудовании, имеющем конфигурацию 18, предусмотрено средство передачи сверхвысокочастотных волн. В результате существует возможность обеспечения гибкости при установке генератора при одновременном обеспечении того же эффекта.

В плазменном оборудовании, имеющем конфигурацию 19, гибкий коаксиальный кабель используется в качестве средства передачи сверхвысокочастотных волн. В результате отсутствуют какие-либо ограничения для установки генератора сверхвысокочастотных волн при одновременном сохранении того же эффекта, так что существует возможность выполнения гибкого приспосабливаемого плазменного оборудования.

В плазменном оборудовании, имеющем конфигурацию 20, средство передачи сверхвысокочастотных волн представляет собой волновод. В результате существует возможность осуществления более эффективного распространения, чем при использовании коаксиального кабеля.

В плазменном оборудовании, имеющем конфигурацию 21, предусмотрены коаксиальный кабель для передачи сверхвысокочастотной волны; направленный ответвитель для разветвления, изоляции и связи сверхвысокочастотных волн; и регулятор (шлейф) для регулирования полного сопротивления всех систем передачи. В результате существует возможность оптимального выполнения регулирования в состоянии, когда повышается эффективность передачи сверхвысокочастотной волны в системах передачи. Кроме того, генератор сверхвысокочастотных волн и место возбуждения плазмы могут находиться на расстоянии друг от друга. В результате существует возможность использования больших допустимых пределов при проектировании системы в соответствии с местом применения.

В устройстве для разложения отработавшего газа, имеющем конфигурацию 22, предусмотрены генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заданного диапазона сверхвысокочастотных волн; резонатор сверхвысокочастотных волн (резонатор) для обеспечения резонанса сверхвысокочастотной волны в заданном диапазоне; и средство излучения сверхвысокочастотных волн (антенна для излучения сверхвысокочастотных волн) для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор, причем средство излучения сверхвысокочастотных волн расположено на наружной периферии проточного канала для отработавшего газа в периферийном направлении отработавшего газа и имеет такие форму и размер для обеспечения создания однородного сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны на участке проточного канала зоной возбуждения плазмы, образованной посредством сверхвысокочастотной волны. В результате существует возможность обработки большого объема отработавшего газа.

В устройстве для разложения отработавшего газа, имеющем конфигурацию 23, предусмотрен полый или сплошной металлический стержень или пластина для образования сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны вдоль центральной оси проточного канала (потока), в котором проходит отработавший газ. В результате существует возможность возбуждения низкотемпературной плазмы, которая является однородной и плотной на всем участке проточного канала, в котором проходит отработавший газ, и вдоль направления потока.

В устройстве для разложения отработавшего газа, имеющем конфигурацию 24, предусмотрено средство зажигания плазмы, которое создает частичный разряд в газе в резонаторе и, следовательно, возбуждает плазму в газе. В результате существует возможность эффективного осуществления разложения отработавшего газа посредством возбуждения плазмы при низком энергопотреблении посредством сверхвысокочастотной волны в резонаторе.

В устройстве для разложения отработавшего газа, имеющем конфигурацию 25, средство зажигания плазмы реализовано посредством дугового разряда между электродами, расположенными в периферийном направлении проточного канала, в котором проходит отработавший газ, и противоположными друг другу в аксиальном направлении (потока). В результате существует возможность возбуждения плазмы, которая является однородной в сечении проточного канала на произвольном участке в аксиальном направлении.

В устройстве для разложения отработавшего газа, имеющем конфигурацию 26, предусмотрено средство передачи сверхвысокочастотных волн. В результате существует возможность установки плазменного оборудования неавтономно независимо от места установки генератора сверхвысокочастотных волн, что устраняет ограничения при установке.

В устройстве для разложения отработавшего газа, имеющем конфигурацию 27, средство передачи сверхвысокочастотных волн представляет собой коаксиальный кабель. В результате существует возможность установки плазменного оборудования неавтономно независимо от места установки генератора сверхвысокочастотных волн, что устраняет необходимость в пространстве для передачи в середине системы и конструктивные ограничения для установки.

В устройстве для разложения отработавшего газа, имеющем конфигурацию 28, средство передачи сверхвысокочастотных волн представляет собой волновод. В результате существует возможность выполнения передачи более эффективно по сравнению с передачей при использовании коаксиального кабеля.

В озонообразующем/стерилизующем/дезинфицирующем устройстве, имеющем конфигурацию 29, предусмотрены генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заданного диапазона сверхвысокочастотных волн для зоны озонообразования; резонатор сверхвысокочастотных волн (резонатор), расположенный в зоне озонообразования для обеспечения резонанса сверхвысокочастотной волны в заданном диапазоне; и средство излучения сверхвысокочастотных волн (антенна для излучения сверхвысокочастотных волн) для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор и антенна для излучения сверхвысокочастотных волн имеет такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в зоне озонообразования. В результате существует возможность образования сильного потока озона.

В озонообразующем/стерилизующем/дезинфицирующем устройстве, имеющем конфигурацию 30, предусмотрено средство зажигания плазмы, которое создает частичный разряд в газе в резонаторе и, следовательно, возбуждает плазму в газе, и антенна для излучения сверхвысокочастотных волн имеет такие форму и размер, которые обеспечивают образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в зоне озонообразования, образованной посредством средства зажигания плазмы. В результате существует возможность образования сильного потока озона посредством возбуждения плазмы при низком энергопотреблении посредством сверхвысокочастотной волны в резонаторе.

В озонообразующем/стерилизующем/дезинфицирующем устройстве, имеющем конфигурацию 31, газ в резонаторе представляет собой воздух, который находится под атмосферным или более высоким давлением. В результате существует возможность легкого образования озона в большом количестве при низких затратах без какой-либо специальной конструкции.

В озонообразующем/стерилизующем/дезинфицирующем устройстве, имеющем конфигурацию 32, газ, используемый в резонаторе, представляет собой пар, который находится под атмосферным или более высоким давлением. В результате также существует возможность выполнения образования озона в большом количестве при низких затратах и легко без какой-либо специальной конструкции.

В устройстве для устранения запахов, имеющем конфигурацию 33, предусмотрены генератор сверхвысокочастотных волн для генерирования заранее заданного диапазона сверхвысокочастотных волн; резонатор сверхвысокочастотных волн (резонатор) для обеспечения резонанса сверхвысокочастотной волны в заданном диапазоне; и средство излучения сверхвысокочастотных волн (антенна для излучения сверхвысокочастотных волн) для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор, и антенна для излучения сверхвысокочастотных волн имеет такие форму и размер, чтобы обеспечить образование сильного электрического поля сверхвысокочастотной волны в зоне устранения запахов в резонаторе, образованной посредством сверхвысокочастотной волны. В результате существует возможность усиления эффекта устранения запахов посредством образования большого количества озона.

В устройстве для устранения запахов, имеющем конфигурацию 34, в резонаторе предусмотрены устройство для циркуляции и система циркуляции для обеспечения циркуляции газа и жидкости для устранения запахов. В результате существует возможность создания устройства для устранения запахов, в котором эффект устранения запахов будет дополнительно усилен.

То есть в соответствии с настоящим изобретением предложено устройство зажигания, способное обеспечить стабилизацию зажигания, увеличение скорости сгорания, ускорение сгорания неоднородной смеси и уменьшение удельного расхода топлива посредством осуществления устойчивого и высокоэффективного сгорания/реакции даже в том случае, когда отношение количества топлива к количеству воздуха в топливной смеси уменьшено и сгорание/реакция в бедной смеси выполняется в тепловом двигателе, таком как поршневой двигатель с кривошипно-шатунным механизмом, роторный двигатель, реактивный двигатель и газотурбинный двигатель, или в плазменном оборудовании.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением предложен двигатель внутреннего сгорания, в котором соответственно применяется устройство зажигания в соответствии с настоящим изобретением. Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением предложена свеча зажигания, соответственно применяемая для устройства зажигания в соответствии с настоящим изобретением. Свеча зажигания может быть использована в качестве устройства зажигания в двигателе внутреннего сгорания, а также в устройстве для осуществления сгорания/реакции. Соответственно, существует возможность способствовать стабилизации пламени, уменьшению потребления топлива и повышению эффективности сгорания/реакции.

Кроме того, в соответствии с настоящим изобретением предложено недорогое и компактное устройство, которое обеспечивает легкое возбуждение плазмы при атмосферном давлении и образование большого количества OH-радикалов и O₃. Устройство может быть применено для технологического устройства, предназначенного для уменьшения и снижения содержания опасных текучих отходов (CO₂ , NO_x и несгоревшего углеводорода), летучих органических соединений, взвешенных твердых частиц, сажи и тому подобного. Кроме того, устройство может быть применено для плазменного оборудования, устройства для разложения отработавшего газа, устройства для обработки опасных материалов, озонообразующего/стерилизующего/дезинфицирующего устройства и устройства для устранения запахов, используемых в области принятия мер, противодействующих загрязнению окружающей среды (на предприятии и в конце производственного цикла), например, при применении для электрического пылеуловителя и устройства для обработки и повторного использования гудрона (смолы), осадка и стоков, и в области медицины/санитарии, такой как использование технологий стерилизации, пастеризации и очистки.

Кроме того, устройство может быть применено не только в технологиях, обеспечивающих противодействие загрязнению окружающей среды и используемых в конце производственного цикла, но и в технологиях, обеспечивающих противодействие загрязнению окружающей среды на предприятии. Существует возможность создания соответствующего плазменного оборудования, способного обеспечить стабильное и высокоэффективное сгорание в различных камерах сгорания, таких как используемые в газовой турбине, печи, мусоросжигательной печи и пиролитической печи, так что процесс сгорания улучшается (обеспечивается экономия энергии за счет увеличения предела воспламеняемости бедной топливной смеси), и количество и содержание опасных текучих отходов уменьшаются посредством разложения и полного сгорания несгоревшего топлива без снижения эффективной выходной мощности.

Существует возможность создания озонообразующего/стерилизующего/дезинфицирующего устройства и устройства для устранения запахов, легко образующих большое количество O₃ при низких затратах, с обеспечением высокой эффективности и энергосбережения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 представляет собой график, показывающий зависимость между температурой и диэлектрической проницаемостью смеси в двигателе внутреннего сгорания, для которого применяется устройство зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 представляет собой график, показывающий длительность импульса сверхвысокочастотной волны в устройстве зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 представляет собой вид сбоку, показывающий конфигурацию камеры сгорания/реакционной камеры в двигателе внутреннего сгорания.

Фиг.4 представляет собой график, показывающий длительность импульса и выходную мощность сверхвысокочастотной волны при четырехступенчатом многоискровом зажигании в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.5 представляет собой сечения, показывающие конфигурацию свечи зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.6 представляет собой вид сбоку, показывающий конфигурацию свечи зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.7 представляет собой вид сбоку и виды в плане сверху, показывающие конфигурацию основной части двигателя внутреннего сгорания в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.8 представляет собой сечения, показывающие конфигурацию основной части двигателя внутреннего сгорания в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.9 представляет собой виды сбоку, показывающие другой пример конфигурации двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.10 представляет собой сечения, показывающие другой пример конфигурации двигателя внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.11 представляет собой вид сбоку, показывающий конфигурацию основной части плазменного оборудования в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.12 представляет собой вид сбоку, показывающий конфигурацию основной части плазменного оборудования в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Кроме того, фиг.12 представляет собой вид сбоку, показывающий конфигурацию основной части устройства для разложения отработавшего газа в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.13 представляет собой вид сбоку, показывающий конфигурацию основной части плазменного оборудования в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.14 представляет собой вид сбоку, показывающий конфигурацию основной части плазменного оборудования в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения. Кроме того, фиг.14 представляет собой вид сбоку, показывающий конфигурацию основной части устройства для разложения отработавшего газа в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.

ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

1: АНТЕННА ДЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ВОЛН

2: БЛОК ЗАЖИГАНИЯ/РАЗРЯДНЫЙ БЛОК

3: КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ

4: ЗАЗЕМЛЯЮЩИЙ ВЫВОД

5: АНОДНЫЙ ВЫВОД

6: ЦИЛИНДР

7: ПОРШЕНЬ

8: КАМЕРА СГОРАНИЯ/РЕАКЦИОННАЯ КАМЕРА

9: ВОГНУТЫЙ УЧАСТОК

10: ВПУСКНОЙ КАНАЛ

11: ВЫПУСКНОЙ КАНАЛ

12: КЛАПАН

13: ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА

14: ШТОК

15: МАГНИТ

16: ИЗОЛЯЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

17: ГЕНЕРАТОР СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ВОЛН

18: РЕЗОНАТОР СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ВОЛН (РЕЗОНАТОР)

19: СРЕДСТВО ИЗЛУЧЕНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ВОЛН (АНТЕННА ДЛЯ ИЗЛУЧЕНИЯ СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ВОЛН)

20: СРЕДСТВО ЗАЖИГАНИЯ ПЛАЗМЫ

21: ЗОНА ВОЗБУЖДЕНИЯ ПЛАЗМЫ

22: ТЕКУЧАЯ СРЕДА В РЕЗОНАТОРЕ

23: ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

24: СРЕДСТВО УПРАВЛЕНИЯ

25: КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ

ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В дальнейшем варианты осуществления изобретения будут описаны со ссылкой на чертежи.

[Первый вариант осуществления устройства зажигания]

В тепловом двигателе или плазменном оборудовании предусмотрена смесь реакционноспособного газа и газообразного окислителя. В зоне сгорания/реакции, в которой обеспечивается сгорание смеси/реакция в смеси, например, в камере сгорания/реакционной камере двигателя, при повышении температуры смеси или осуществлении воспламенения посредством сверхвысокочастотной волны необходимо эффективно передавать требуемую энергию к камере сгорания/реакционной камере для повышения температуры или зажигания. Поэтому предпочтительно, чтобы резонансная частота, определяемая формой камеры сгорания/реакционной камеры, диэлектрическая проницаемость ( ) смеси и тому подобное соответствовали частоте сверхвысокочастотной волны. С другой стороны, в качестве магнетрона, используемого для генерирования сверхвысокочастотной волны, может быть использован ряд магнетронов, которые имеют частоту колебаний, составляющую 2,45 ГГц, и обеспечивают возможность резонанса молекул воды, и уже изготавливаются и используются для бытовых электроприборов. Кроме того, что касается магнетрона, используемого для рыболокатора (рыбоискателя) и радара, то в промышленном масштабе используются магнетроны, которые имеют значительно более высокую частоту.

Если существует возможность обеспечения соответствия резонансной частоты камеры сгорания/реакционной камеры частоте, составляющей, например, 2,45 ГГц, то можно использовать магнетроны с частотой 2,45 ГГц, распространяемые в больших количествах и имеющие невысокую цену. Это желательно, поскольку это позволяет изготовить устройство легко и с невысокими затратами.

Тем не менее, поскольку форма камеры сгорания/реакционной камеры зависит от внутренней формы цилиндра и формы поршня, которые определяются различными факторами, отличными от резонансной частоты, трудно выполнить форму, которая позволяет обеспечить постоянную резонансную частоту во всех двигателях.

Таким образом, в устройстве зажигания в соответствии с настоящим изобретением диэлектрическую проницаемость ( ) смеси регулируют посредством введения воды и/или отработавшего газа в камеру сгорания/реакционную камеру с тем, чтобы резонансная частота смеси в камере сгорания/реакционной камере соответствовала частоте сверхвысокочастотной волны.

То есть устройство зажигания включает в себя средство регулирования диэлектрической проницаемости. Средство регулирования диэлектрической проницаемости обеспечивает регулирование диэлектрической проницаемости смеси в зоне сгорания/реакции посредством введения воды и/или отработавшего газа, который выпускается из зоны сгорания/реакции, в зону сгорания/реакции (в камеру сгорания/реакционную камеру или тому подобное), в которой осуществляется сгорание смеси/реакция в смеси реакционноспособного газа и газообразного окислителя, которая находится в тепловом двигателе или в плазменном оборудовании.

Изменение диэлектрической проницаемости ( ) смеси в камере сгорания/реакционной камере зависит от изменения отношения количества воздуха к количеству топлива (величины A/F), обусловленного изменением количества бензина, который нагнетается в камеру сгорания/реакционную камеру. Как показано на фиг.1, изменение диэлектрической проницаемости ( ) смеси также может быть вызвано введением воды (пара) в камеру сгорания/реакционную камеру независимо от смеси. Таким образом, диэлектрическую проницаемость смеси в камере сгорания/реакционной камере можно регулировать с помощью средства регулирования диэлектрической проницаемости посредством введения воды в камеру сгорания/реакционную камеру. Процесс введения воды в камеру сгорания/реакционную камеру может быть выполнен таким образом, что воду, хранящуюся в баке, направляют в камеру сгорания/реакционную камеру, например, посредством насоса.

Кроме того, процесс повторного введения отработавшего газа, который выпускается из камеры сгорания/реакционной камеры, в камеру сгорания/реакционную камеру называется «возвратом отработавшего газа». Поскольку возврат отработавшего газа выполняется традиционно, известный механизм может быть использован в качестве специального механизма для повторного введения отработавшего газа в камеру сгорания/реакционную камеру.

Средство регулирования диэлектрической проницаемости обеспечивает регулирование количества пара или температуры в камере сгорания/реакционной камере посредством введения воды и/или отработавшего газа в камеру сгорания/реакционную камеру, так что осуществляется регулирование диэлектрической проницаемости ( ) смеси. Кроме того, средство регулирования диэлектрической проницаемости обеспечивает регулирование резонансной частоты смеси в камере сгорания/реакционной камере так, чтобы она соответствовала частоте сверхвысокочастотной волны, которая излучается средством излучения сверхвысокочастотных волн, описанным ниже.

Устройство зажигания включает в себя средство излучения сверхвысокочастотных волн для излучения сверхвысокочастотной волны в зону сгорания/реакции для повышения температуры смеси в зоне сгорания/реакции. Обычный магнетрон, который имеет частоту колебаний, составляющую 2,45 ГГц, может быть использован в качестве средства излучения сверхвысокочастотных волн. Магнетрон, который имеет частоту колебаний, составляющую 2,45 ГГц, используется в так называемой микроволновой печи и, таким образом, изготавливается и распространяется в больших количествах. С другой стороны, средство излучения сверхвысокочастотных волн не ограничено магнетроном, но также может быть использован передатчик или тому подобное с высокочастотным диапазоном, используемый в мобильном телефоне или тому подобном. В данном случае существует возможность выполнения устройства, которое имеет меньший размер и является портативным. Кроме того, предпочтительно, чтобы средство излучения сверхвысокочастотных волн излучало сверхвысокочастотную волну в виде импульса с микросекундной длительностью или одной или нескольких волн прерывистого излучения. Когда сверхвысокочастотная волна излучается периодически, существует возможность возбуждения плазмы посредством использования сверхвысокочастотной волны, имеющей мгновенную высокую мощность, без увеличения энергопотребления.

Кроме того, форму колебаний сверхвысокочастотной волны можно регулировать посредством обеспечения оптимального сочетания импульса, прерывистого излучения и непрерывного излучения для объекта, для которого применяется настоящее изобретение.

Кроме того, непрерывную продолжительность (длительность импульса) прерывистой сверхвысокочастотной волны можно оптимизировать соответственно посредством теплового двигателя или плазменного оборудования. Например, как показано на фиг.2, при использовании механизма микроволновой печи с инвертором существует возможность излучения сверхвысокочастотной волны с длительностью импульса, составляющей от 3 мкс до 18 мкс в течение времени, составляющего приблизительно 16 мкс. Кроме того, амплитуду и период сверхвысокочастотной волны можно задавать произвольным образом.

В подобном устройстве зажигания сверхвысокочастотная волна, генерированная средством излучения сверхвысокочастотных волн, образована с возможностью передачи ее в камеру сгорания/реакционную камеру посредством коаксиального кабеля.

Кроме того, устройство зажигания включает в себя средство зажигания для воспламенения смеси в камере сгорания/реакционной смеси. Может быть использовано средство зажигания, которое включает в себя блок зажигания/разрядный блок, такой как свеча зажигания, которая обычно используется в бензиновом двигателе, или запальная свеча, которая обычно используется в дизельном двигателе.

В устройстве зажигания в качестве средства зажигания также может быть использовано средство излучения сверхвысокочастотных волн, используемое в качестве средства зажигания, без использования свечи зажигания или запальной свечи. Кроме того, в качестве средства зажигания для простого возбуждения плазмы посредством сверхвысокочастотной волны электроны могут термически подаваться в него, например, посредством лазерного луча, пламени запальника или горелки или тому подобного, нагревателя или металлической детали с высокой температурой.

В устройстве зажигания средство регулирования диэлектрической проницаемости обеспечивает регулирование диэлектрической проницаемости ( ) смеси до осуществления сгорания смеси/реакции в смеси в камере сгорания/реакционной камере так, чтобы резонансная частота смеси в камере сгорания/реакционной камере соответствовала частоте сверхвысокочастотной волны, излучаемой средством излучения сверхвысокочастотных волн. В данном состоянии, когда сверхвысокочастотная волна излучается средством излучения сверхвысокочастотных волн, происходит резонанс во всей камере сгорания/реакционной камере, и, следовательно, температура смеси в камере сгорания/реакционной камере эффективно повышается, так что воспламенение происходит легко.

Когда температура смеси в камере сгорания/реакционной камере повышается, средство зажигания осуществляет воспламенение, и, таким образом, сгорание/реакция удовлетворительным образом осуществляется в смеси. При зажигании, так называемом объемном воспламенении, «точечное» воспламенение в локальной зоне или многоступенчатое зажигание могут осуществляться посредством использования резонанса за счет сверхвысокочастотной волны. То есть устройство зажигания представляет собой систему, способную возбуждать плазму посредством использования сверхвысокочастотной волны перед зажиганием, в момент зажигания и после зажигания.

Кроме того, задержка зажигания должна быть принята во внимание при установке опережения зажигания. Таким образом, предпочтительно, чтобы зажигание выполнялось в заданный момент времени до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки и, тем самым, объем камеры сгорания/реакционной камеры будет сжат в максимальной степени. Концентрация топлива (отношение количества воздуха к количеству топлива) и установка опережения зажигания могут быть оптимизированы посредством соответственно теплового двигателя или плазменного оборудования, в результате чего получают максимальную эффективную выходную мощность.

Посредством устройства зажигания можно обеспечить точное регулирование диэлектрической проницаемости смеси посредством оптимизации количеств воды, подвергнутого рециркуляции отработавшего газа, топлива и тому подобного, вводимых в камеру сгорания/реакционную камеру. Кроме того, оптимизация может быть выполнена надлежащим образом с учетом концентрации кислорода, температуры смеси, концентрации остаточного газа и тому подобного в камере сгорания/реакционной камере.

Соответственно, по сравнению с обычным устройством зажигания, используемым в тепловом двигателе или плазменном оборудовании, устройство зажигания может обеспечить устойчивое сгорание/реакцию даже в том случае, когда отношение количества топлива к количеству воздуха в смеси является низким и концентрация смеси является неоднородной.

Кроме того, устройство зажигания может быть применено для реактивного двигателя или тому подобного, который не имеет замкнутой камеры сгорания/реакционной камеры в качестве зоны сгорания/реакции. В реактивном двигателе и тому подобном впуск, смешивание, сгорание/реакция и выпуск выполняются последовательно в непрерывных пространствах двигателя. Тем не менее, как описано выше, устройство зажигания обеспечивает регулирование диэлектрической проницаемости смеси, излучение сверхвысокочастотной волны и осуществление зажигания непрерывно или периодически в зоне, в которой выполняется операция сгорания/реакция.

Кроме того, в устройстве зажигания средство излучения сверхвысокочастотных волн не ограничено магнетроном, имеющим частоту колебаний, составляющую 2,45 ГГц, но может использоваться магнетрон с частотой колебаний, соответствующей резонансной частоте молекулы углеводорода, молекулы углерода, молекулы водорода или тому подобного в топливе. В данном случае отсутствует необходимость во введении воды в зону сгорания/реакции.

[Второй вариант осуществления устройства зажигания]

Устройство зажигания в соответствии со вторым вариантом осуществления включает в себя средство излучения сверхвысокочастотных волн и средство зажигания таким же образом, как устройство зажигания в соответствии с вышеупомянутым первым вариантом осуществления. Кроме того, устройство зажигания включает в себя средство управления для управления средством излучения сверхвысокочастотных волн и средством зажигания.

Средство управления управляет средством излучения сверхвысокочастотных волн и средством зажигания и неоднократно выполняет следующий цикл. Цикл включает в себя повышение температуры смеси в камере 8 сгорания/реакционной камере 8 или образование радикалов посредством излучения сверхвысокочастотной волны в камеру 8 сгорания/реакционную камеру 8 средством излучения сверхвысокочастотных волн, как показано на фиг.3, последующее выполнение воспламенения смеси посредством средства зажигания, далее ускорение сгорания смеси/реакции в смеси в камере сгорания/реакционной камере посредством излучения сверхвысокочастотной волны в камеру сгорания/реакционную камеру средством излучения сверхвысокочастотных волн.

То есть при данном устройстве зажигания обеспечивается регулирование момента генерирования и подачи энергии (подводимой энергии) сверхвысокочастотной волны, в результате чего реализуется цикл сгорания/реакции, предусматривающий повышение температуры, образование радикалов, зажигание и ускорение распространения пламени в смеси. В этом случае вода и/или отработавший газ могут быть введены в смесь перед сгоранием/реакцией так же, как в вышеупомянутом первом варианте осуществления.

Кроме того, при данном устройстве зажигания, например, может быть осуществлено четырехступенчатое многоискровое зажигание. На первой ступени сверхвысокочастотная волна излучается в смесь перед зажиганием для повышения температуры воды в смеси. На второй ступени сверхвысокочастотная волна излучается в смесь перед зажиганием для создания плазменного разряда в зоне сгорания/реакции, в результате чего увеличивается концентрация радикалов. На первой и второй ступенях характеристики зажигания (воспламенения) улучшаются, в результате чего обеспечивается возможность легкого осуществления зажигания. На третьей ступени зажигание выполняется посредством осуществления разряда в смеси в зоне сгорания/реакции. В этот момент зажигание может осуществляться посредством использования обычной свечи зажигания. На четвертой ступени сверхвысокочастотная волна излучается в смесь после зажигания для создания плазменного разряда в зоне сгорания/реакции, в результате чего повышается концентрация радикалов, или сверхвысокочастотная волна излучается так, чтобы обеспечить генерирование стационарной волны посредством использования сверхвысокочастотной волны, в результате чего ускоряется распространение пламени.

Кроме того, как показано фиг.4, длительность импульса и выходная мощность (подводимая энергия) сверхвысокочастотной волны при четырехступенчатом многоискровом зажигании могут быть заданы такими, чтобы получить максимальную эффективную выходную мощность посредством оптимизации выходной мощности и длительности импульса сверхвысокочастотной волны для каждой ступени в тепловом двигателе или плазменном оборудовании. Кроме того, повышение температуры смеси, образование радикалов, таких как OH-радикалы, зажигание и ускорение распространения пламени могут осуществляться посредством излучения сверхвысокочастотных волн путем регулирования выходной мощности сверхвысокочастотной волны и амплитуды и периода прерывистой волны.

При данном устройстве зажигания операция сгорания/реакция ускоряются, как описано выше, так что осуществляется эффективное сгорание бедной смеси/реакция в бедной смеси, для которой невозможно было выполнить сгорание/реакцию посредством обычного устройства зажигания, в результате чего снижается удельный расход топлива/реагента, уменьшается размер камеры сгорания/реакционной камеры, повышается выходная мощность и улучшается очистка отработавшего газа при состоянии стабильной эффективной выходной мощности. Кроме того, поскольку при данном устройстве зажигания предотвращаются неполное сгорание/реакция и осуществляется полное сгорание/реакция, существует возможность подавления возникновения загрязняющих воздух веществ, что способствует охране окружающей среды.

[Вариант осуществления свечи зажигания]

Как показано на фиг.5А, свеча зажигания в соответствии с настоящим изобретением включает в себя антенну 1 для излучения сверхвысокочастотных волн, служащую в качестве средства излучения сверхвысокочастотных волн, и блок 2 зажигания/разрядный блок 2, служащий в качестве средства зажигания. Антенна для излучения сверхвысокочастотных волн и блок зажигания/разрядный блок предусмотрены в изоляторе, выполненном как одно целое. Свеча зажигания совместима со свечой зажигания и запальной свечой, обычно используемыми в обычном бензиновом двигателе и обычном дизельном двигателе, тем самым образующими вышеупомянутое устройство зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

При данной свече зажигания сверхвысокочастотная волна передается из магнетрона (не показан) к антенне 1 для излучения сверхвысокочастотных волн посредством коаксиального кабеля 3. Кроме того, данная свеча зажигания включает в себя цилиндрический заземляющий вывод 4, окружающий антенну 1 для излучения сверхвысокочастотных волн. Блок 2 зажигания/разрядный блок 2 образован между концом анодного вывода 5, к которому подается напряжение от источника питания (не показан), и концом цилиндрического заземляющего вывода 4.

Как показано на фиг.5В, свеча зажигания может быть выполнена с такой конфигурацией, что антенна 1 для излучения сверхвысокочастотных волн будет выполнена с цилиндрической формой для размещения анодного вывода 5. В данном случае заземляющий вывод 4 должен быть стержнеобразным и должен быть расположен снаружи антенны 1 для излучения сверхвысокочастотных волн. В данном случае блок 2 зажигания/разрядный блок 2 образован между концами анодного вывода 5 и заземляющего вывода 4.

В свече зажигания, подобной показанной на фиг.6, антенна 1 для излучения сверхвысокочастотных волн и блок 2 зажигания/разрядный блок 2 выполнены как одно целое с тем, чтобы они были сходными с традиционной и обычной свечой зажигания. Кроме того, в свече зажигания возможны искра (электрический разряд), служащая в качестве средства зажигания, и излучение сверхвысокочастотных волн, служащее в качестве средства излучения сверхвысокочастотных волн, в результате чего обеспечивается выполнение вышеупомянутого устройства зажигания с простой конструкцией. Кроме того, свечи зажигания, показанные на фиг.5 и 6, имеют конструкцию, при которой возможно четырехступенчатое многоискровое зажигание в соответствии со вторым вариантом осуществления вышеупомянутого устройства зажигания.

[Первый вариант осуществления двигателя внутреннего сгорания]

Как показано на фиг.7, двигатель внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением образован цилиндром 6 и поршнем 7. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя камеру 8 сгорания/реакционную камеру 8, в которую подается смесь топлива и воздуха и в которой выполняется сгорание смеси/реакция в смеси. Кроме того, двигатель внутреннего сгорания включает в себя антенну 1 для излучения сверхвысокочастотных волн, служащую в качестве устройства зажигания в соответствии с вышеупомянутым вариантом осуществления. В двигателе внутреннего сгорания вогнутые участки 9 для предотвращения прохождения сверхвысокочастотной волны образованы на наружной периферийной поверхности поршня 7, находящейся в скользящем контакте с внутренней стенкой цилиндра 6.

Вогнутые участки 9 представляют собой промежуточные кольцевые канавки, окружающие наружную периферийную поверхность столбчатого поршня 7. Когда интервал между внутренней стенкой цилиндра 6 и поршнем обозначен D, длина сверхвысокочастотной волны обозначена , значения ширины (значения ширины канавок) L вогнутых участков 9 предпочтительно находятся в диапазоне от не менее 8D до не более /8. Кроме того, значения глубины (глубины канавок) вогнутых участков 9 заданы равными /4.

Как показано на фиг.7А, вогнутые участки 9 охватывают приблизительно 80% от всей длины окружности (360 градусов) наружной периферийной поверхности поршня 7, в результате чего предотвращается прохождение сверхвысокочастотной волны из цилиндра 6 в том случае, когда имеет место длина невозмущенной сверхвысокочастотной волны. Кроме того, как показано на фиг.7В, вогнутые участки 9 обеспечивают возможность прохода сверхвысокочастотной волны, когда имеет место длина возмущенной сверхвысокочастотной волны, и, таким образом, сверхвысокочастотная волна при определенной частоте избирательно улавливается, в результате чего стабилизируется внутреннее пространство камеры.

[Второй вариант осуществления двигателя внутреннего сгорания]

Как показано на фиг.8, двигатель внутреннего сгорания в соответствии с настоящим изобретением включает в себя цилиндр и поршень. Двигатель внутреннего сгорания включает в себя камеру 8 сгорания/реакционную камеру 8, в которую подается смесь топлива и воздуха и в которой выполняется сгорание смеси/реакция в смеси, и клапаны 12 для открытия и закрытия впускного канала 10 и выпускного канала 11, предусмотренных для камеры 8 сгорания/реакционной камеры 8. Кроме того, двигатель внутреннего сгорания включает в себя средство излучения сверхвысокочастотных волн, служащее в качестве устройства зажигания в соответствии с вышеупомянутым вариантом осуществления. Как описано выше, средство излучения сверхвысокочастотных волн излучает сверхвысокочастотную волну в камеру 8 сгорания/реакционную камеру 8, в результате чего, по меньшей мере, повышается температура смеси в камере 8 сгорания/реакционной камере 8.

Кроме того, в двигателе внутреннего сгорания периодические структуры 13 (например, ободной остов, перемычка и гофр) образованы на поверхностях клапанов 12, обращенных к камере 8 сгорания/реакционной камере 8. Периодические структуры 13 обеспечивают резонанс со сверхвысокочастотной волной и фокусировку сверхвысокочастотной волны на одной или более нижних поверхностях клапанов 12, то есть для стороны камеры сгорания двигателя. Периодические структуры 13 представляют собой выступы, выполненные с такой же формой, как резонатор в магнетроне, из нитрида и тому подобного. Кроме того, вогнутые участки между выступами, образующими периодические структуры 13, заполнены изоляционным материалом, таким как керамический материал, а поверхности клапанов 12, обращенные к камере 8 сгорания /реакционной камере 8, имеют плоскую форму.

В двигателе внутреннего сгорания сверхвысокочастотная волна передается из магнетрона к поверхностям клапанов 12, обращенным к камере 8 сгорания/реакционной камере 8, посредством штоков 14 клапанов 12. Затем сверхвысокочастотная волна резонирует в периодических структурах 13 клапанов 12, тем самым обеспечивается ее превращение в токи. Соответственно, при передаче сверхвысокочастотной волны к периодическим структурам 13 клапанов 12 искры возникают в периодических структурах 13. То есть в двигателе внутреннего сгорания воспламенение смеси посредством искр может быть осуществлено без использования свечей зажигания. Кроме того, предпочтительно, чтобы диаметр штоков 14 клапанов 12 составлял 8 мм или менее для предотвращения прохождения сверхвысокочастотной волны.

Поскольку необязательно, чтобы в двигателе внутреннего сгорания была предусмотрена обычная свеча зажигания, обеспечивается больше места. Таким образом, может быть обеспечено увеличение размера впускного канала 10 и выпускного канала 11, в результате чего повышается эффективность (степень полноты) сгорания/реакции. Кроме того, в двигателе внутреннего сгорания многоискровое зажигание может быть осуществлено на по существу всей поверхности каждого клапана 12, обращенной к камере 8 сгорания/реакционной камере 8, в результате чего осуществляется устойчивое сгорание/реакция.

Кроме того, в двигателе внутреннего сгорания не вся энергия сверхвысокочастотной волны расходуется на искру. Существует возможность регулирования соотношения между энергией, расходуемой на искру, создаваемую сверхвысокочастотной волной, и энергией, служащей в качестве сверхвысокочастотной волны, излучаемой в камеру 8 сгорания/реакционную камеру 8, посредством оптимизации выходной мощности, длительности импульса и тому подобных характеристик сверхвысокочастотной волны. Следовательно, существует возможность выполнения устройства зажигания с такой конфигурацией, как описанное выше.

Кроме того, в двигателе внутреннего сгорания, подобном показанному на фиг.9, магнитное поле и электрическое поле создаются посредством обеспечения наличия магнита 15 вблизи штока 14 клапана 12, к которому передается сверхвысокочастотная волна. Следовательно, существует возможность ускорения сгорания/реакции посредством возбуждения плазмы и ускорения распространения пламени.

Кроме того, в двигателе внутреннего сгорания, подобном показанному на фиг.10, предпочтительно, чтобы периодические конструктивные элементы 13 (выступ из нитрида и тому подобного, имеющий такую же форму, как резонатор в магнетроне), обеспечивающие резонанс при сверхвысокочастотной волне, были предусмотрены на внутренней стенке камеры 8 сгорания/реакционной камеры 8, и сверхвысокочастотная волна генерируется в периодических структурах 13 посредством подачи тока к периодическим структурами 13.

[Первый вариант осуществления плазменного оборудования]

Как показано на фиг.11, плазменное оборудование в соответствии с настоящим изобретением включает в себя генератор 17 сверхвысокочастотных волн, резонатор сверхвысокочастотных волн (резонатор) 18, резонирующий при заранее заданном диапазоне сверхвысокочастотных волн, средство 19 излучения сверхвысокочастотных волн (антенну для излучения сверхвысокочастотных волн) для излучения сверхвысокочастотной волны в резонатор и средство 20 зажигания плазмы для осуществления частичного электрического разряда в газе в резонаторе для возбуждения плазмы в газе. Антенна 19 для излучения сверхвысокочастотных волн образует сильное электрическое поле сверхвысокочастотной волны в зоне 21 возбуждения плазмы посредством использования средства 20 зажигания плазмы.

Термически неравновесная плазма в зоне высокого давления (атмосферного давления или 0,2 МПа, или более) возбуждается в текучей среде 22 в резонаторе (резонаторе) сверхвысокочастотных волн для окисления, осуществления химической реакции и обезвреживания опасных текучих отходов, химических веществ, взвешенных твердых частиц, сажи и тому подобного посредством использования продуктов, образующихся в результате возбуждения плазмы (OH-радикалов и озона (O₃)). Исключительное преимущество атмосферной термически неравновесной плазмы заключается в том, что скорость срабатывания (время реакции) и степень преобразования материалов можно регулировать, по существу, независимо от температуры и давления, поскольку избегают ограничения, связанного с термохимическим равновесием. Таким образом, существует высокая степень свободы при проектировании реактора, в котором происходит реакция при возбужденной плазме. Таким образом, реактор может быть выполнен легким, компактным и быстродействующим. Атмосферная термически неравновесная плазма может быть использована, например, для прямого синтеза метанола из метана, конверсии природного газа с водяным паром, образования ацетилена, сжижения природного газа и тому подобного.

В данном случае давление возбужденной плазмы устанавливается на уровне давления в магистрали для обрабатываемой текучей среды обезвреженных опасных текучих отходов, химических веществ, взвешенных твердых частиц, сажи и тому подобного. Кроме того, подвергнутое обработке количество определяется скоростью потока в магистрали.

В этой связи автор изобретения выполнил различные фундаментальные исследования для возбуждения плазмы в зоне высокого давления. Результаты исследований показали, что поддержание стабильной плазмы возможно посредством зажигания материала плазмы каким-либо образом и подвода энергии к нему. По этой причине средство 20 зажигания плазмы обеспечивает зажигание термически неравновесной плазмы посредством использования любого из барьерного разряда, который обеспечивает введение изоляционного материала, такого как диэлектрическое тело, между электродами, коронного разряда, который образует неоднородное электрическое поле, и импульсного разряда, который обеспечивает приложение короткого импульса напряжения с продолжительностью менее 1 мкс. Например, плазма частично зажигается посредством использования электрического разряда свечи зажигания для бензинового транспортного средства или запальной свечи. Для распространения возбужденной плазмы сильное электрическое поле образуется в зоне 21 образования плазмы вблизи места электрического разряда свечи зажигания или запальной свечи посредством использования сверхвысокочастотной волны, переданной из СВЧ-передатчика 1. Соответственно, энергия сверхвысокочастотной волны поглощается термически неравновесной плазмой, в результате чего плазма распространяется (объемное зажигание). При таком процессе количество OH-радикалов, которые обеспечивают осуществление химической реакции, и озона O ₃, обладающего значительной окислительной способностью, значительно увеличивается на порядки в сотни раз. Реакция ускоряется за счет добавления воды, которая представляет собой источник OH-радикалов и O₃. Кроме того, для ускорения реакции целесообразно подать сверхвысокочастотную волну с частотой 1 ГГц или более, при которой молекулы воды резонируют. В качестве магнетрона для генерирования сверхвысокочастотной волны желательно использовать магнетрон, который уже изготавливается для бытовых электроприборов (например, магнетрон для микроволновой печи, имеющий частоту колебаний, составляющую 2,45 ГГц) в больших количествах по всему миру, принимая во внимание устройство, которое можно изготавливать легко и с низкими затратами.

Кроме того, в зависимости от обрабатываемых объектов, таких как опасное вещество и тому подобное, средство излучения сверхвысокочастотных волн не ограничено магнетроном, имеющим частоту колебаний, составляющую 2,45 ГГц, но можно использовать магнетрон с частотой колебаний, соответствующей резонансной частоте молекулы углеводорода, молекулы углерода, молекулы водорода и тому подобного в топливе. В данном случае отсутствует необходимость введения воды в зону сгорания.

[Второй вариант осуществления плазменного оборудования]

Как показано на фиг.12, плазменное оборудование в соответствии с настоящим изобретением включает в себя генератор 17 сверхвысокочастотных волн, резонатор 18 сверхвысокочастотных волн (резонатор), резонирующий в заданном диапазоне сверхвысокочастотных волн, средство 19 излучения сверхвысокочастотных волн (антенну для излучения сверхвысокочастотных волн) для излучения сверхвысокочастотной волны в зону 21 возбуждения плазмы в резонаторе, средство 20 зажигания плазмы для создания частичного электрического разряда в газе 22 в резонаторе для возбуждения плазмы в газе, измерительное устройство 23 для измерения количества образованных OH-радикалов и O₃ или интенсивности выделения OH-радикалов и O ₃, образованных посредством возбуждения плазмы, и средство 24 управления для регулирования подводимой энергии/конфигурации средства излучения сверхвысокочастотных волн и средства зажигания плазмы. Стрелки на фиг.12 показывают направление течения текучей среды 25, которая подвергается обработке или сжиганию посредством плазмы.

Как описано в первом варианте осуществления, датчик OH-радикалов и датчик O₃ измерительного устройства 23, предусмотренные на стороне выпуска, осуществляют определение в реальном времени количества образованных OH-радикалов и O ₃ или интенсивности выделения OH-радикалов и O₃ в текучей среде, которая подвергается обезвреживанию или окислению посредством возбуждения плазмы и вступает в химическую реакцию с OH-радикалами. На основе результата вычислений исходя из данных измерений осуществляется регулирование средства 19 излучения сверхвысокочастотных волн и средства 20 зажигания плазмы до заданных величин в определенном диапазоне регулирования, в результате чего обеспечивается регулирование количества обрабатываемого опасного вещества и тому подобного, проходящего через плазменное оборудование.

[Третий вариант осуществления плазменного оборудования]

Как показано на фиг.13, плазменное оборудование в соответствии с настоящим изобретением выполнено с меньшим и менее дорогим средством 19 излучения сверхвысокочастотных волн в соответствии с первым вариантом осуществления или вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Это реализовано посредством установки антенны 19 в обычных свечах зажигания или запальных свечах. В данном случае конец антенны 19 разветвлен так, что он окружает блок зажигания/разрядный блок, в результате чего образуется сильное электрическое поле.

[Четвертый вариант осуществления плазменного оборудования]

Как показано на фиг.14, плазменное оборудование в соответствии с настоящим изобретением включает в себя коаксиальный кабель 26 для передачи сверхвысокочастотной волны, направленный ответвитель 27 для разветвления, изоляции и связи сверхвысокочастотных волн и регулятор (шлейф) 28 для регулирования полного сопротивления всех систем передачи в соответствии с первым - третьим вариантами осуществления настоящего изобретения. Например, когда настоящее изобретение применяется для двигателя транспортного средства, генератор 17 сверхвысокочастотных волн установлен не в двигателе, подвергаемом воздействию сильной вибрации, а в месте, в котором вибрация и температура не изменяются, так что долговечность и надежность генератора 17 сверхвысокочастотных волн увеличиваются. Кроме того, посредством выполнения направленного ответвителя существует возможность выполнения устройства, обеспечивающего «разветвление» энергии от генератора сверхвысокочастотных волн в множество мест в камере сгорания или неавтономном реакторе (в месте, в котором опасные вещества и тому подобное обезвреживаются посредством плазмы) для выполнения равномерного процесса.

[Пятый вариант осуществления плазменного оборудования]

Как показано на фиг.13, плазменное оборудование в соответствии с настоящим изобретением включает в себя коаксиальный кабель 26 для передачи сверхвысокочастотной волны, направленный ответвитель 27 для разветвления, изоляции и связи сверхвысокочастотных волн и регулятор (шлейф) 28 для регулирования полного сопротивления всех систем передачи в соответствии с первым - третьим вариантами осуществления настоящего изобретения. Например, когда настоящее изобретение применяется для двигателя транспортного средства, генератор 17 сверхвысокочастотных волн установлен не в двигателе, подвергаемом воздействию сильной вибрации, а в месте, в котором вибрация и температура не изменяются, так что долговечность и надежность генератора 17 сверхвысокочастотных волн увеличиваются. Кроме того, посредством выполнения направленного ответвителя существует возможность выполнения устройства, обеспечивающего «разветвление» энергии от генератора сверхвысокочастотных волн в множество мест в камере сгорания или неавтономном реакторе (в месте, в котором опасные вещества и тому подобное обезвреживаются посредством плазмы) для выполнения равномерного процесса.

[Первый вариант осуществления устройства для деструкции отработавшего газа]

Базовая конфигурация устройства для разложения отработавшего газа в соответствии с настоящим изобретением такая же, как конфигурация плазменного оборудования на фиг.12 или 14. Как показано на фиг.12 или 14, устройство для разложения отработавшего газа включает в себя генератор 17 сверхвысокочастотных волн, резонатор 18 сверхвысокочастотных волн (резонатор), резонирующий при заданном диапазоне сверхвысокочастотных волн, средство 19 излучения сверхвысокочастотных волн (антенну для излучения сверхвысокочастотных волн) для излучения сверхвысокочастотной волны в зону возбуждения плазмы в резонаторе, средство 20 зажигания плазмы для создания частичного электрического разряда в газе 22 в резонаторе для образования плазмы в газе, измерительное устройство 23 для измерения количества образованных OH-радикалов и O₃ или интенсивности выделения OH-радикалов и O₃, образованных посредством возбуждения плазмы, и средство 24 управления для регулирования подводимой энергии/конфигурации средства излучения сверхвысокочастотных волн и средства зажигания плазмы. Стрелки на чертеже показывают направление течения потока 25 отработавшего газа, который подвергается обработке или сжиганию посредством плазмы.

Как описано в вышеупомянутом первом варианте осуществления, отработавшие газы (газообразные продукты сгорания), такие как несгоревший газ, сажа, NO_x и тому подобное в камере сгорания/реакционной камере, подвергаются обезвреживанию с преобразованием в устойчивый и безвредный оксид и соединение углерода, такие как NO₂ и CO₂, посредством разрушения и окисления углерод-углеродной связи и углерод-водородной связи за счет сильной окислительной способности озона и OH-радикалов, сопровождаемых возбуждением плазмы и химической реакцией с OH-радикалами. Датчик OH-радикалов и датчик O₃ измерительного устройства 23, предусмотренные на стороне выпуска, измеряют в реальном времени количество образованных OH-радикалов и O₃ или интенсивность выделения OH-радикалов и O₃. На основе результата вычислений исходя из данных измерений осуществляется регулирование средства 19 излучения сверхвысокочастотных волн и средства 20 зажигания плазмы до заданных величин в определенном диапазоне регулирования, в результате чего обеспечивается возможность регулирования количества обрабатываемого опасного вещества и тому подобного, проходящего через плазменное оборудование.

[Пример использования озонообразующего/ стерилизующего/дезинфицирующего устройства и устройства для устранения запахов]

Например, при применении настоящего изобретения для реактивного двигателя для летательного аппарата устройство по настоящему изобретению устанавливают вблизи конуса реактивного сопла реактивного двигателя, и, таким образом, пар высокого давления, содержащий влагу, может быть преобразован в большое количество OH-радикалов и O₃ посредством использования термически неравновесной плазмы, образованной в устройстве по настоящему изобретению. Атмосфера была загрязнена отработавшими газами летательного аппарата, но существует возможность разложения отработавшего газа в безвредный газ посредством большого количества OH-радикалов и O₃, которые имеют сильную окислительную способность. Кроме того, существует возможность образования большого количества O₃ для восстановления озонового слоя в стратосфере, который был разрушен фреонами и тому подобным.

Кроме того, существует возможность ускорения сгорания сжатой топливной смеси путем использования сильной реакции радикалов посредством установки устройства по настоящему изобретению у камеры сгорания, расположенной у задней ступени компрессора высокого давления в реактивном двигателе. Соответственно, можно способствовать охране окружающей среды посредством выпуска чистого отработавшего газа вместо отработавшего газа, загрязняющего атмосферу. Датчик OH-радикалов и датчик O ₃ измерительного устройства 23, предусмотренные на стороне выпуска, измеряют в реальном времени количество образованных OH-радикалов и O₃ или интенсивность выделения OH-радикалов и O₃. На основе результата вычислений исходя из данных измерений осуществляется регулирование средства излучения сверхвысокочастотных волн и средства зажигания плазмы до заданных величин в определенном диапазоне регулирования, в результате чего существует возможность регулирования количества обрабатываемого опасного вещества и тому подобного посредством регулирования сгорания в камере сгорания.

[Пример применения двигателя внутреннего сгорания и плазменного оборудования в соответствии с настоящим изобретением]

Даже в том случае, когда биогаз, газообразный непромышленный метан, очень низкокалорийный газ и тому подобное используются в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания и плазменном оборудовании в соответствии с настоящим изобретением, химическая реакция может быть ускорена посредством использования сильной окислительной способности OH-радикалов и O₃, образованных посредством возбуждения плазмы. Следовательно, теперь существует возможность сжигания данных газов в обычном газовом двигателе без использования дополнительных газов. Кроме того, существует возможность повышения эффективной выходной мощности, эффективности выработки электроэнергии и тому подобного.

[Пример использования плазменного оборудования в соответствии с настоящим изобретением]

Большое количество спектрального света может быть образовано из N₂, содержащегося в воздухе, посредством использования плазменного оборудования в соответствии с настоящим изобретением в воздухе, находящемся под атмосферным давлением. Когда спектр фокусируется и затем «извлекается» посредством волокна и тому подобного, существует возможность создания недорогого и компактного источника спектра N₂ и источника импульсов вместо дорогого, обычного лазерного генератора.

[Пример использования озонообразующего/ стерилизующего/дезинфицирующего устройства и устройства для устранения запахов в соответствии с настоящим изобретением]

Когда устройство в соответствии с настоящим изобретением устанавливают в углу здания, находящегося на строительной площадке, и затем приводят в действие в состоянии, когда здание закрыто, вещества, вызывающие синдром «нездорового дома», устраняются, различные запахи красок, пастообразных клеев, антисептиков и тому подобного дезодорируются, и бактерии, вирусы и аллергические вещества устраняются посредством стерилизации и дезинфекции. В данном случае существует возможность выпуска обеззараженного воздуха после обработки посредством установки устройства в соответствии с настоящим изобретением у задней ступени простого вытяжного вентилятора, расположенного на строительной площадке. В качестве альтернативы, посредством встраивания устройства по настоящему изобретению в очиститель, который представляет собой обычный бытовой электроприбор, существует возможность разложения вредных веществ на поверхности очищаемых объектов посредством OH-радикалов и O₃, образованных в устройстве по настоящему изобретению во время очистки. Несмотря на то, что архитектурное сооружение (коммунальное сооружение, здание, гимнастический зал, аудитория, торговый пассаж и так далее) описано в качестве объекта, существует возможность достижения большей части того же эффекта посредством применения настоящего изобретения для стерилизации, дезодорации и дезинфекции объекта, который имеет произвольное замкнутое пространство, такого как транспортное средство, поезд, помещение для груза, самолет, корабль, подводная лодка или резервуар. Кроме того, когда H₂O (влагу) добавляют в данное устройство во время возбуждения плазмы, образуется больше OH-радикалов и тому подобного, в результате чего эффект усиливается.

Кроме того, устройство по настоящему изобретению может быть применено для очистки воздуха и предотвращения отравления угарным газом в случае пожара в сооружениях, таких как коммунальное сооружение, здание, гимнастический зал, аудитория, торговый пассаж и туннель, что способствует спасению жизней, например, за счет детоксификации, при которой угарный газ превращается в диоксид углерода (углекислый газ), и удаления дыма.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

Настоящее изобретение может быть использовано в качестве устройства зажигания, используемого в тепловом двигателе, таком как поршневой двигатель с кривошипно-шатунным механизмом, роторный двигатель, реактивный двигатель и газотурбинный двигатель, или, например, в плазменном оборудовании.

Настоящее изобретение может быть использовано для двигателя внутреннего сгорания, для которого соответственно применяется устройство зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение может быть использовано для свечи зажигания, которая соответственно применяется для устройства зажигания в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение может быть использовано для плазменного оборудования, используемого в сфере принятия мер, противодействующих загрязнению окружающей среды (на предприятии и в конце производственного цикла), таких как уменьшение и снижение содержания опасных текучих отходов (CO₂, NO_x и несгоревшего углеводорода), летучих органических соединений, взвешенных твердых частиц, сажи и тому подобного или обработка и повторное использование гудрона (смолы), осадка и стоков, и в области медицины/санитарии, такой как использование технологий стерилизации, пастеризации и очистки.

Изобретение может быть использовано для устройства для разложения отработавшего газа, для которого соответственно применяется плазменное оборудование в соответствии с настоящим изобретением.

Настоящее изобретение может быть использовано для озонообразующего/стерилизующего/дезинфицирующего устройства и устройства для устранения запахов, для которого соответственно применяется плазменное оборудование в соответствии с настоящим изобретением.