3.1 Mơ hình xử lý khí thải bằng cơng nghệ Plasma phi nhiệt nhiệt
3.1.1 Mơ hình chung
Hình 3.1 Sơ đồ khối mơ hình điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng cơng nghệ Plasma phi nhiệt.
(a)Mơ hình cơ bản của động cơ, (b)Hệ thống điều khiển xử
lý khí thải bằng cơng nghệ Plasma.
(1 Buồng Plasma, (2)Mạch điều khiển, (3)Cảm biến Oxy, (4)Bộ chuyển đổi xúc tác, (5)Đường ống nạp, (6) Đường ống thải, (7)Buồng đốt động cơ, (8) Khí thải ra ngồi mơi
27
Sơ đồ hình 3.1 mơ tả ngun lý hoạt động của mơ hình điều khiển hệ thống xử lý khí thải bằng cơng nghệ plasma. Khí thải trên đƣờng ống thải (6) sẽ đi qua cảm biến oxy(3), dựa vào nồng độ oxy của khí thải, cảm biến oxy sẽ nhận biết đƣợc thành phần tỷ lệ hịa khí đƣa vào đƣờng ống nạp (5) là bao nhiêu ( nghèo nhiên liệu hay giàu nhiên liệu), và xác trạng thái hoạt động của động cơ. Tín hiệu từ cảm biến oxy sẽ đƣợc gửi về mạch điều khiển (2) ở dạng điện áp. Do vi xử lý trên mạch điều khiển (2) không nhận biết đƣợc trực tiếp nồng độ các chất độc hại (HC, CO, NOX,…) nên ta chỉ dựa vào tín hiệu điện áp của cảm biến oxy gửi về để xác định trạng thái hoạt động của động cơ.
Dựa vào chế độ hoạt động của động cơ, ta xác định đƣợc nồng độ các chất độc hại có trong khí thải bằng q trình đo đạc thực nghiệm khí thải. Và từ đây ta có thể làm cho vi xử lý trong mạch điều khiển (2) nhận biết đƣợc nồng độ khí thải thơng qua tín hiệu của cảm biến oxy.
Từ tín hiệu đầu vào ở dạng điện áp, mạch điều khiển (2) sẽ phát tín hiệu đầu ra để điều khiển cƣờng độ xử lý của buồn plasma đối với từng chế độ hoạt động của động cơ. Buồng plasma sẽ hoạt động kết hợp với bộ chuyển đổi xúc tác trên ô tô. Và tùy theo trạng thái hoạt động của ô tô, cũng nhƣ cách thức làm việc của bộ chuyển đổi xúc mà buồng plasma sẽ hoạt động ở cƣờng độ xử lý cao hoặc thấp hoặc có thể ngừng hoạt động.
28
3.1.2 Cấu tạo thiết bị xử lý khí thải bằng cơng nghệ plasma [22]
Các bộ phận chính của thiết bị bao gồm: Buồng plasma, bộ nguồn cao áp một chiều, van điều khiển lƣu lƣợng, các công tắc điều khiển, ampe kế và quạt làm mát.
Hình 3.2 Cấu tạo thiết bị xử lý khí thải bằng cơng nghệ plasma[22]
29
1 – Biến áp tự ngẫu; 2 – Biến áp chuyển đổi điện áp 220/110V;
3 – Cầu Diod; 4 – Biến thế tăng áp; 5 – Bộ phát xung. Để đảm bảo dịng phóng điện tạo mơi trƣờng plasma ổn định, nguồn cao áp thiết kế theo kiểu xung tần số cao từ (15 ÷ 16) kHz đƣợc đƣa vào cuộn sơ cấp của biến thế, đầu ra thứ cấp đƣợc nắn thành một chiều bằng diode và san độ mấp mô bằng cuộn kháng, công suất P = 150W, điện áp đầu ra một chiều tối đa U = 30 kV có khả năng điều chỉnh mịn. Thiết bị này đƣợc bán sẵn trên thị trƣờng và làm việc rất ổn định.
Hình 3.5 Vùng plasma được tạo ra từ ống thạch anh[22]
3.1.3 Nguyên lý làm việc của thiết bị xử lý khí thải bằng cơng nghệ plasma
Trong môi trƣờng plasma, các chất trên dƣới tác động của các hạt electron chuyển động tự do sẽ xảy ra các phản ứng nhƣ sau [23]:
- e + O2 → e + O* + O* - e + N2 → e + N* + N*
30 - e + H2O → e + H + OH - e + CO2 → e + O + CO
Các phân tử thiết lập thành trạng thái nguyên tử kích thích. Từ đó, sẽ xảy ra các phản ứng hóa học phức tạp giữa các nguyên tử với nguyên tử, nguyên tử với phân tử trong môi trƣờng plasma. Các diễn biến chính bên trong lị phản ứng plasma có thể tóm tắt nhƣ sau [24]: - O2 + O* → O3 - NO + O3 → NO2 + O2 - NO + O* → NO2 - NO2 + N* → N2O + O - NO2 + N* → N2 + O2 - NO + OH → HNO2 - NO2 + OH → HNO3 - NO + H2O → NO2 + OH - Plasma + NO + HC + O2 → NO2 + HC-products - M* + CO2 → M + CO+ + O + e Với M*: H2O* hoặc OH*.
Thiết bị đƣợc vận hành đơn giản, dễ sử dụng. Tùy thuộc vào loại khí cần sử lý, ta điều chỉnh cƣờng độ dịng điện để tạo ra vùng plasma mạnh hay yếu để xử lý hiệu quả.
31