CN120659655A - 介质阻挡体放电装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于去除气体成分的介质阻挡体放电DBD装置。所述DBD装置包括：第一电极和第二电极，在所述第一电极和所述第二电极之间具有介质阻挡体，在使用中能够在所述第一电极和所述第二电极之间建立电场；以及气体流动路径，在所述第一电极和所述第二电极之间通过，所述电极中的至少一个具有沿着所述气体流动路径定位的一个或多个放电节点。沿着气体流动路径定位至少一个放电节点的每个位置是电离区域，并且具有在各自的电离区域的下游的相邻复合区域。

Description

介质阻挡体放电装置

技术领域

本公开涉及用于使用介质阻挡体放电来减少气体中成分的量的装置和方法。通常，这通过管理温度和/或电离参数来实现。

背景技术

人们越来越关注使用化石燃料和其他过程带来的污染物排放，这导致空气质量差、环境损害和对人类健康的损害。这导致对空气质量和排放法规的关注增加，并且需要提供消除或降低排放到大气中的污染物的浓度的手段。

烃代表了一种期望最小化或消除向大气中的释放的污染物。特别地，期望使甲烷(CH4，CH₄)排放最小化，因为甲烷是强效的温室气体，因此由于其对全球温度升高的贡献而受到关注。

具有甲烷作为其主要组分的液化天然气(LNG)作为石油和轻油的替代燃料已经引起了关注，并且已经用作例如在船上为发动机提供动力的燃料。从空气质量的角度来看，LNG燃料与传统(船用)燃料相比具有许多优点。由于气体的硫含量低或不存在硫含量，二氧化硫(SO2，SO₂)的排放低。低硫含量和不存在燃料芳烃也有助于低颗粒形成水平。此外，最广泛使用的船用LNG发动机具有比传统船用柴油发动机显著更少的氮氧化物(NOx，NO_x)排放。

自从21世纪开始，使用LNG作为船用燃料已经显著增加。然而，目前生产的许多LNG发动机具有未燃烧的甲烷流经发动机并与废气一起排出的问题。这被称为“动机具有未。因此，由于甲烷泄漏对环境、气候和人类健康的影响，期望在释放到大气中的上游从LNG发动机排气中去除甲烷。

发动机制造商正在开发减少来自LNG发动机的甲烷泄漏。这已经是适度成功的，但是似乎存在通过发动机设计措施减少逃逸的限制。因此，需要其他后发动机方法来消除甲烷泄漏。

通常，使用如铂、钯或铑的催化剂在高温下或通过吸附方法从气体中除去烃(包括甲烷)。甲烷是相对稳定的分子，因此在基于贵金属的催化剂上通常需要至少400摄氏度(℃)的温度来氧化。存在使用具有高负载的铂和钯的催化剂在低于400℃的温度下从废气中除去甲烷的装置。然而，基于钯的催化剂对SO2敏感，并且在排气流中SO2的浓度非常低时失活。废气中高浓度的CO2和H2O也限制了(甲烷)氧化催化剂的活性。因此，仍然需要克服基于贵金属的催化剂材料的限制的甲烷逃逸去除方法。

用于处理来自化石燃料燃烧设施(例如发电站)和城市固体废物燃烧焚化炉的烟道排放物的无催化剂技术是电子束烟道气处理(EBFGT)。EBFGT以低能量成本从烟道气体(即，穿过排气烟道的气体)去除硫氧化物(SOx、SO_x)和NOx。这通过用氨(NH3，NH₃))转化为可用作农业肥料的非有毒硫酸铵-硝酸盐来实现。该技术涉及加湿烟道气通过电子束反应器，在电子束反应器中高能电子轰击氮气、水和氧气以产生与硫氧化物和氮氧化物反应形成硫酸和硝酸的强试剂。

在EBFGT中，电子束反应器由一组电子束加速器形成，特别是由双栅格四极电极枪形成，在该双栅格四极电极枪中阴极壳体位于真空壳体中。自由电子在压力比大气压力低大约12个数量级的超清洁环境(称为超高真空)中产生。然后，电子被加速并被传送通过铝或钛膜，该铝或钛膜将超高真空环境与污染物气体流动的烟道分离。穿过铝膜的电子与气体分子碰撞并开始去除污染物的化学链式反应。

由于电子加速器的安装，这种EBFGT系统的实现需要非常大的资本成本。电子加速器还需要频繁的维护和极端的安全要求，这在安装反应器的位置是不期望的或不可能的。此外，为了冗余的目的，必须实现多个加速器。对超高真空的需要增加了费用并且可能导致加速器故障。另外，将该技术用于移动应用是不期望的，因为保护至少免受X射线发射和电离辐射所需的辐射屏蔽很沉重。

因此，EBFGT的使用不是基于催化剂的甲烷逃逸去除的理想替代。因此，需要一种能够有利地氧化燃料(例如LNG)的未燃烧成分(例如甲烷)的废气净化的实用装置。

已知介质阻挡体放电(Dielectric Barrier Discharge，DBD)装置可用于去除气体的不需要的组分。这些电极通常采用平行板电极或同轴圆筒或棒状电极的形式，其中介质阻挡体(dielectric barrier)位于电极之间。当在电极之间施加强度高于气体击穿阈值的电场时，通过电极之间的电放电形成等离子体。等离子体的产生驱动气体中的反应以去除各种组分。

一直以来的意图是在DBD装置内提供均匀分布的放电以实现均匀的等离子体密度，从而允许在电极之间的整个体积中驱动化学反应。由于使电场聚焦的电极中的甚至轻微的缺陷对放电的分布造成破坏并且对等离子体密度的均匀性造成负面影响，这种意图难以令人满意地实现。这限制了DBD在将气体的不需要的组分去除到合适的效率水平方面的价值。

发明内容

根据第一方面，提供了一种用于(即适合于)去除气体成分的介质阻挡体放电装置，包括：第一电极和第二电极，在第一电极和第二电极之间具有介质阻挡体，在使用中在第一电极和第二电极之间能够建立电场；以及在第一电极和第二电极之间通过的气体流动路径，至少一个电极具有沿着气体流动路径定位的一个或多个放电节点，沿着气体流动路径定位至少一个放电节点的每个位置是电离区域并且具有在各自的电离区域的下游的相邻复合区域。

代替寻求进一步改善等离子体密度的均匀性，根据第一方面的DBD装置增强了部分电离气体中的活性物质的浓度。通过提高活性物质的浓度，提高了气体成分的去除效率。因此，在将相同或类似量的能量用于具有均匀电场的标准DBD装置时，与使用已知DBD装置可实现的相比，从气体中去除更大量的成分。

旨在响应于第一电极和第二电极之间的电场的存在，能够在一个或多个放电节点(以及由此至少一个电极)和另一个电极之间建立电放电。由于第一电极和第二电极以及介质阻挡体的布置，该放电能够在一个或多个放电节点(以及由此至少一个电极)与介质阻挡体之间建立。这种放电(也称为电放电)通常产生电子。已知在气体中放电期间产生的这种电子与该气体相互作用以产生活性物质。这些活性物质通常是自由基和离子(以及通过背景气体分子的电子碰撞电离、激发和电离的附加电子)的形式。这些活性物质使气体的成分氧化、还原或分解，气体的成分包括可能存在于气体中的污染物分子，例如CH4、SOx和NOx。

在已知的放电装置中，存在均匀(即，均质)体积分布的电放电，其产生具有通常在1与10电子伏特(eV)之间的能量分布的电子。与此相比，根据第一方面的DBD装置是“分级”介质阻挡体放电装置的形式。这是因为它提供了一个或多个放电节点形式的一个或多个位置，并且因此提供了沿着使用中发生放电的长度的多个级，以及放电发生的概率较低的中间位置。

可以提供其他形式的分级DBD装置，并且因此，在其最一般的情况下，提供了分级DBD装置。这种分级DBD装置可以排除上面关于第一方面提到的一个或多个特征。这可以在仍然提供在沿着气体或另一种流体在使用中能够通过的路径的一个或多个位置处产生放电的能力的同时实现。因此，这将提供根据第一方面的DBD装置的上述优点。

术语“放电”是指某种形式的电放电，例如产生等离子体的放电。通常，这意味着在施加的电场中通过诸如气体的介质释放和传输电能。从一个位置移动到另一个位置或在两个点之间移动的细丝形式的电子流通常实现这一点。电子流通常是呈细丝形式的瞬态电子流。由此，旨在表示电放电期间微放电或细丝中的电子流在每个单独的放电点火事件仅持续短时间。当然，如果保持合适的条件，则随时间推移可能存在许多细丝。电放电允许在施加的电场中通过气体输电。

通过使用“复合区域”，其旨在表示存在发生在电离区域中的电离减少的区域。这可能是由于在电离区域中产生的离子的离子复合或在电离区域中产生的等离子体的等离子体耗散。这可以通过等离子体或离子与其自身/本身和/或存在的其他物质(例如与气体成分)的反应来实现。

电放电可以用于通过将CH4转化为一种或多种其他物质来去除CH4。已发现在分级放电期间产生的高能电子从含有CH4的气体中去除CH4。这提供了一种增强的工艺，通过该工艺能够通过已知技术从气体中去除CH4。该方法减少了处理后气体中存在的CH4的量。在移除开始之前，CH4可以最多为10,000ppmv、最多为5,000ppmv、最多为2,500ppmv或最多为2,000ppmv，并且可以最多为100ppmv或1,250ppmv。

任何形式的电放电可以适合于从气体中去除CH4，诸如脉冲、电晕、电子束、射频、微波、紫外光辐射放电、电刷、辉光、电弧、静电、部分放电、线流器(streamer)、真空电弧、汤森放电(Townsend)、电子的场发射、或气体中的放电、引线(或火花)、圣摩尔之火(St.Elmo’s fire)或闪电。然而，通常，电放电可以是阻挡电放电。我们已经发现，阻挡放电能够用于减少气体中的CH4含量，从而允许其用于减少来自空气和/或点源(例如废气)的CH4。电介质的存在不允许电弧或火花发生(即，在电极之间产生持续电流的放电)。取而代之，它仅允许发生微放电，其通常仅持续几微秒。这提供了必要的能量和组分以有助于能够分解CH4的化学反应路径，同时限制了提供持续放电所需的功率量。

每个放电节点可以包括或可以是各个电极的凹部、凹部边缘、边缘、拐角、尖端、点或纹理化处理部分。通常，每个放电节点是来自各自的电极的至少一个凸起，诸如多个凸起，各自的电极(每个凸起具有)朝向另一个电极取向的至少一个部件。通过放电节点是(或包括)一个凸起(或多个凸起)，电极之间的距离减小，从而降低了用于发生放电的电场的场强要求。这因此减小了电气部件的压力，使得它们不太可能失效并延长了其寿命。此外，每个凸起提供电场中的不对称性，这促进了该点处的电击穿。这通常是因为每个凸起可以渐缩到点或尖端或具有到点或尖端的锥形部。

可以最多有12个凸起，凸起的数量可以是3的倍数，并且通常可以有6个凸起。当每个放电节点具有多个凸起时，除了至少一个凸起的上述优点之外，多个凸起具有与下面关于第二方面阐述的那些相对应的优点。

短语“朝向另一个电极”旨在表示，如果第一电极具有至少一个凸起，则凸起被定向为具有朝向第二电极的部件。相应地，如果第二电极具有至少一个凸起，则凸起被定向为具有朝向第一电极的部件。

至少一个凸起可以是来自第一电极和/或第二电极的凸起。

可以存在(仅)单个放电节点。然而，通常，一个或多个放电节点是沿着气体流动路径定位的多个放电节点。我们已经发现，随着放电节点的数量增加，气体成分的去除量增加。限制因素可以是放电节点位于其上的电极的长度。因此，至少一个电极可以具有沿着电极的放电长度定位的放电节点，放电长度是当电场强度等于或高于阈值强度时在使用中要建立放电的电极的长度。

每个复合区域可以将各自的电离区域与下游电离区域(或与电极端)分开。

放电节点的分布可以是均匀的、不对称的、对称的、聚束/分组的或随机的。我们已经发现，均匀分布(即，相邻放电节点之间存在一致的间隔)提供了合适的气体成分去除。无论分布如何，通常，相邻的放电节点彼此分开的距离对应于至少一个凸起的高度的至少60％和/或至少一个凸起的高度的至多150％。

间隔可以是至少一个凸起的高度的至少80％，或者可以是至少一个凸起的高度的至少85％。此外或替代地，间隔可以最多为至少一个凸起的高度的130％，最多为至少一个凸起的高度的110％或最多为90％。

就凸起的高度而言，其旨在表示从电极处的凸起的基部到凸起的相对端部的距离。

我们已经发现，通过在这些标准内提供放电节点的这种间隔，增强了气体成分的去除。

第一电极和介质阻挡体的近端侧可以分开第一距离。另外或替代地，第二电极可将介质阻挡体的远端侧邻接到第一电极。

每个凸起可以具有在第一距离的10％和50％之间的高度。每个凸起的高度可以是第一距离的至少11％、第一距离的至少12％或第一距离的至少13％。每个凸起的高度可以最多为第一距离的45％或最多为第一距离的40％。

每个凸起的高度影响在沿着气体流动路径通过的气体上提供放电和背压所需的场强。我们已经发现，具有在所陈述的范围内的高度的每个凸起提供了沿着气体流动路径的背压和场强之间的最佳平衡，通过限制施加到它们的压力并最小化从一定量的气体中去除成分所需的装置的数量来保护电子设备。

每个放电节点可以采取任何合适的形式。通常，每个放电节点是用于(即，适合于)在介质阻挡体放电装置中使用的电场增强的结构。

这里的术语“结构”旨在表示选定的形式，例如有意和/或可重复的、预定的或特定的形式。这旨在代替简单地以相同(在制造公差内)形式不可重复或仅产生随机形式的形式，诸如粗糙表面，在该粗糙表面上自然地或通过使用例如砂纸提供粗糙度或纹理。这意味着，在一些情况下，作为结构的放电节点是放电节点的更具体的形式。在一些形式中，放电节点可以简单地是如下的点、区域、区、特征、部分、位置或元件：对于放电的发生更优选，或者在其处更可靠/可重复地发生放电，或者仅相对于不存在放电节点的地方发生放电。在这种形式中，这可以是天然的或可以已经制备。

该结构可以包括：包括至少一个尖端的环，该尖端沿着穿过该环的中心的第一径向轴线延伸，其中在使用中，该环围绕放电装置的第一电极布置，在该结构与放电装置的相对电极之间存在间隙，该至少一个尖端限制该结构与相对电极之间的最小间隙，从而增加当在第一电极与相对电极之间施加电场时在尖端处发生电击穿的概率。

独立于第一方面，根据第二方面，提供了一种用于(即，适合于)在介质阻挡体放电装置中使用的电场增强的结构，该结构包括：包括至少一个尖端的环，该尖端沿着穿过环的中心的第一径向轴线延伸，其中，在使用中，该环围绕放电装置的第一电极布置，在该结构与放电装置的相对电极之间存在间隙，该至少一个尖端限制该结构与相对电极之间的最小间隙，从而增加当在第一电极与相对电极之间施加电场时在尖端处发生电击穿的概率。

无论是作为第一方面的一部分还是作为第二方面的一部分提供用于电场增强的结构，所提供的用于电场增强的结构在增加放电装置(例如，介质放电装置)从排气中去除污染物的速率方面提供了各种益处。在使用中，以在相对电极与结构之间形成间隙的方式围绕第一电极布置环，并且进而布置该结构。结构的存在在施加在第一电极和相对电极之间的电场中引入不对称性。相对于常规放电装置，这导致结构附近的活性物质浓度更高。因此，该结构在使用中促进通过放电装置的气体的氧化。具体地，径向延伸的尖端减小了尖端位置处的结构和相对电极之间的间隙。这将施加的电场集中在尖端处。这增加了尖端处活性物质的产生，因此尖端附近的气体更可能被氧化。

此外，由于尖端的固有几何形状，即，由于尖端通常终止于尖锐点，因此当污染物在通过使用中的放电装置时，尖端有助于形成等离子体流。

已经观察到，在使用中，包括这种结构的放电装置与没有该结构的类似装置相比以更高的效率去除污染物。

所有这些益处都是在不需要提供任何额外能量的情况下实现的。也就是说，通常施加到常规放电装置的电场可以施加到具有提供改进的污染物去除效率的结构的分级装置。

此外，不一定需要催化剂的存在来实现改进的污染物去除速率。如果使用催化剂，这将仍然提供进一步的改进，但是不需要催化剂。如果实施使用催化剂的选项，则与放电相结合。这将有助于现有的从例如船舶和其他车辆中的燃烧发动机、发电厂和焚烧炉净化气体(诸如空气和烟道排放物)的能力。

在另一可选示例中，电场增强结构还包括沿着第二径向轴线从环的中心延伸到环的外部的通道，其中第二径向轴线不与第一径向轴线对准。

在一些可选示例中，通道的宽度可以是1毫米(mm)。

通道的存在有助于容易地安装和移除第一电极周围的结构。这有效地使得更容易更换结构，例如，如果结构出现故障。通道的宽度还为结构提供了膨胀和收缩的空间，例如，由于在使用中被流过放电装置的气体加热。这进一步提高了结构的可靠性。

在一些示例中，环具有主体，并且至少一个尖端连接到该主体。

在一些有利的示例中，主体可以具有3.6mm的径向厚度。

环的径向厚度增加了结构的结构完整性。例如，该结构不太可能弯曲变形。

径向厚度为3.6mm的环提供了结构强度与确保结构不过大之间的最佳折衷。

如前述权利要求中任一项所述的电场增强结构，其中至少一个尖端包括在一点处相交的两个侧面，在这两个侧面之间形成第一角度以形成尖端。

另外，第一角度可以是69度。

这在使用中对于污染物去除(例如甲烷)是最佳的。此外，该角度确保尖端具有最低水平的结构完整性。具有至少69度的第一角度的尖端比更尖锐的尖端更不易断裂。所指定的第一角度还可以允许以高水平的准确度和精度容易且可重复地制造尖端。

在有利示例中，电场增强结构的至少一个尖端包括多个尖端，多个尖端中的每个尖端布置在环的外边缘上。

多个尖端可以进一步改善使用中的污染物去除速率。也就是说，多个尖端提供了用于发生气体电击穿的附加位点。这意味着与结构具有单个尖端的情况相比，可以处理更多的气体。

在一些另外的示例中，多个尖端可以各自沿着不与第二径向轴线对准的各个径向轴线延伸。

这实际上意味着多个尖端中的每个尖端沿着不同的径向方向延伸。这意味着尖端将在一定程度上分布在环的外边缘上。因此，尖端的影响不太可能彼此重叠，并且因此尖端彼此互补。也就是说，在使用中，尖端各自遇到流过放电装置的气体的不同部分。

此外，在一些示例中，多个尖端均匀地分布在环的外边缘上是有利的。

尖端的均匀分布进一步改善了使用中污染物去除的效率。通过需要多个均匀分布的尖端，确保了在使用中流过放电装置的气体的每个部分都有一定机会被处理。

注意，通过均匀分布，旨在表示尖端围绕环的材料均匀分布，而不是整个360度的结构。例如，通道可以在环中提供破缺。

在一些示例中，多个尖端可以包括3个尖端。

在其他示例中，多个尖端可以包括21个尖端。

特定数量的尖端在使用中可以有效地去除污染物。

在某些有利示例中，多个尖端通常可以包括6个尖端。

多个尖端也可以由6个尖端(即仅6个尖端)组成。

已经发现具有6个尖端的结构对于从流过使用中的放电装置的气体中去除污染物(例如甲烷)是最佳的。

第二径向轴线可以在通道的任一侧上的两个相邻尖端之间平分第二角度，第一角度在两个尖端的相邻侧之间进行测量。

根据权利要求11所述的电场增强结构，其中第二角度为135.6度。

这进一步指定了结构的构造。通道平分两个相邻的通道，因此旨在布置在两个相邻尖端的中间。这可以进一步增加通道对于容易更换结构的有用性。

在一些可选示例中，多个尖端中除通道的任一侧上的两个相邻尖端之外的相邻尖端可以分开第三角度，该第三角度在相邻尖端的相邻侧之间进行测量，优选地其中第三角度为127.6度。

因此，进一步指定结构的构造。多个尖端的上述布置对于在使用中去除诸如甲烷的污染物可能特别有效。尖端之间的指定角度还可以提高结构完整性，并确保可以高精度地重复制造尖端。

在某些有用的示例中，结构的轴向厚度可以是1mm。

结构的轴向厚度确保结构的结构完整性不容易受损。1mm的最小轴向厚度使得更难以将结构弯曲变形。

第一电极和第二电极的布置可以是多种布置中的任一种，诸如第一电极和第二电极各自都是板的平行板布置，这些板至少部分地彼此对准并且至少具有彼此平行的部件。替代地，第一电极和第二电极以平行的纵向轴线同心地布置，第二电极至少部分地围绕第一电极定位。在一些形式中，同心布置可使得第一电极和第二电极中的每个电极的纵向轴线同轴。我们已经发现，通过提供同心布置，沿着电极的长度存在更均匀的放电分布，导致更均匀的热分布和驱动反应，以在施加电场的整个区域中(例如在放电长度中)更一致地去除气体成分。

“至少部分地围绕”意指在至少或仅一个平面中，第二电极部分地或完全地环绕第一电极。通常，第二电极完全地(即，彻底地)位于第一电极周围，由此意指第二电极在至少一个平面中(并且通常仅在单个平面中，该平面可垂直于第一电极和/或第二电极的纵向轴线)完全地环绕第一电极。

介质阻挡体可以是电极中的一个电极上的涂层，或者可以独立于第一电极和/或第二电极(即，与第一电极和/或第二电极之间具有间隔或间隙)定位。通常，介质阻挡体与第一电极和第二电极同心地布置，并且具有平行于第一电极和第二电极中的每个电极的纵向轴线(即，轴)的纵向轴线，第二电极安装在介质阻挡体到第一电极的远端侧上，并且围绕其圆周至少部分地环绕介质阻挡体。这使第二电极所需的结构刚度最小化，并为DBD装置提供简化了装置的构造和制造的结构。

第二电极可以围绕介质阻挡体的整个圆周通过，从而围绕介质阻挡体的圆周完全环绕介质阻挡体。

介质阻挡体可以具有在约0.1毫米(mm)到10mm之间的厚度，诸如约2mm。

介质阻挡体可以是云母、石英、熔融二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、钛酸钡、熔融二氧化硅、二氧化钛硅酸盐、氮化硅、氧化铪、聚合物或陶瓷中的一种或多种。在这种情况下，通过短语“……中的一个或多个”，旨在表示当使用这些中的两个或更多个时两种或更多种指定材料的组合。

通常，介质阻挡体是(玻璃)石英。这是因为石英容易获得，成本低，可以大量处理，并且可以具有对热应力的高抗性。介质阻挡体可以可选地是云母。云母的有益之处在于它具有比其他电介质材料(例如玻璃)稍高的介电常数。

第二电极可以是箔，例如固体片的接地箔。这允许针对第二电极材料使用最少并且复杂性最小。替代地，第二电极可以是较厚的片、网、棒、涂层、铸造或模制配件。我们已经发现，涂层对于长期使用是不可靠的，并且网状物相对于等离子体处理具有低效率。当第二电极位于或安装在介质阻挡体上时，可以施加作为箔的第二电极。

通常，第二电极是钢，例如不锈钢，例如SS 316L。替代地，第二电极可以是铝。这些材料中的每一种允许第二电极是导电的。

第二电极可以通过一个或多个恒力弹簧保持在介质阻挡体上的位置。这允许简单的设计并且避免刺穿所需的电极(并且因此可以形成电极的箔)。可以替代地提供替代的固定件，诸如粘合剂、粘结或涂层。

可以有五个恒力弹簧。虽然可以有更多或更少的恒力弹簧，但是如果有更多，这使得弹簧的总重量过重，并且使得装置难以制造。如果存在较小的恒力弹簧，则第二电极可随时间移动或移位。

在第二电极的轴向端和介质阻挡体的轴向端之间可以存在间隔。换句话说，第二电极的每个端部可以具有从介质阻挡体的相应端部的轴向偏移。这有助于通过提供在DBD装置的端部区域不太可能发生放电的区域来最小化电压蠕变。

在放电节点或每个放电节点与介质阻挡体的近侧轴向端部之间可以存在轴向偏移。出于相同的原因，这也使电压蠕变最小化。

第二电极和/或每个放电节点的端部与介质阻挡体的相应轴向端部之间的轴向偏移可以是介质阻挡体的轴向长度的至少4％，诸如介质阻挡体的轴向长度的至少5％、介质阻挡体的轴向长度的6％和/或介质阻挡体的轴向长度的7％。

第一电极通常是棒，但可以是片材、箔，例如接地箔、网、涂层、铸造或模制配件。棒的直径可以在5mm到10mm之间，例如8mm。通常，第一电极是钢，例如不锈钢，例如SS 316L。作为所陈述的材料和所陈述的直径的棒的第一电极的组合将第一电极的弯曲半径限制在装置在一定长度(诸如约800mm或更长的长度)上的机械公差内。这意味着第一电极在使用中将不会弯曲，从而避免由于第一电极的弯曲引起的施加电场的改变而破坏不希望的放电集中。

介质阻挡体可以是具有从圆筒的端部偏移的向外部取向的套环的圆筒，第二电极的端部在使用中邻接该套环。向外部取向的套环防止第二电极穿过套环，从而在套环在重力作用下位于电极下方进行取向的情况下(帮助)阻止电极相对于介质阻挡体滑动。

“向外部取向”意指面向外或向外取向，诸如在圆筒的外表面上。在第二电极被安装在介质阻挡体的相对于第一电极的位置的远侧表面上的布置中，向外部取向的套环位于介质阻挡体的相同远侧上。短语“从圆筒的端部偏移”旨在表示套环位于圆筒的端部附近，但从圆筒的端部留有空间，例如在与圆筒的端部的距离最多为圆筒长度的10％、8％或7％的位置处。

第一电极可以与第二电极和介质阻挡体保持分开。这可以通过连接器来实现，连接器提供到介质阻挡体和第二电极的绝缘连接，连接器位于介质阻挡体和穿过连接器的气体流动路径的相对端处。这将第一电极悬挂在其与第二电极之间的空间中，从而将沿着第一电极的长度的接合保持为最小。这也允许第一电极位于第二电极和介质阻挡体的中心。

连接器可以各自包括在每个连接器的辋和毂之间延伸的三个辐条。这是结构上最稳固的构造，同时使气体沿着气体流动路径的通过最大化。虽然可以使用更少的辐条，但是使用例如两个辐条已经被发现由于辐条中发生的振动导致结构故障而不太有利。

这些连接器，在本文中也称为“端杯”，可以是任何合适的(例如绝缘)材料。通常，它们是氧化铝，例如绿色氧化铝。

每个连接器可以被模制、挤压或机加工。通常，每个连接器被机加工，然后烧结。然后可以对每个连接器的全部或部分表面进行上釉。绿色氧化铝是烧结前材料的状态，由氧化铝砂与允许机械加工的粘合剂组成。粘合剂通常在烧结后被烧掉。由氧化铝制成允许每个连接器的热膨胀类似或匹配电介质电池的热膨胀。

每个连接器可以具有在1mm和5mm之间的最小厚度，诸如2mm。这是大小与易碎性的平衡。在2mm的最小厚度下，每个连接器将变得太脆弱。

第一电极和至少一个连接器之间的接合由弹簧提供。弹簧允许第一电极的热膨胀和收缩，同时保持装置的结构完整性。弹簧可以是压缩弹簧，但也可以是拉伸弹簧。

第一电极可以在使用中被布置为阴极，并且第二电极被布置为阳极。第一电极和第二电极可以是相对于彼此的阴极-阳极对。因此，第一电极可以是不同阴极-阳极对中的阳极，和/或第二电极可以是另外的阴极-阳极对中的阴极。作为阳极的第二电极使放电向内通过，这更安全并且减少了装置的屏蔽需求。

气体可以是来自任何本地、远程、周围、环境或人造源的空气或气体。虽然气体可以是来自任何来源的任何气体，或者可以简单地是本地可获得的气体，例如空气，但是气体通常可以是废气。气体可以是来自发动机的气体。

附加地或替代地，气体可以是包含CH4的气体。这允许使用电放电来减少来自例如船舶和其他车辆中的内燃机、发电厂和焚烧炉的废气(诸如烟道排放物)中和空气中的CH4。

代替气体流动路径，可以提供流体流动路径，通常为气体提供流动路径，但是可以为另一种类型的流体(例如液体)提供流动路径。

第一电极和第二电极可以是用于提供允许在其间建立电场的电极的任何合适的材料。通常，电极可以由导电金属制成。

每个放电节点可以是任何形式的适当尺寸的结构。通常，每个放电节点提供点，诸如被成形为形成点、尖结构或到点的锥形，诸如例如锥形或三角形。这增强了形成点的顶峰或顶点处的电场，从而与使用平坦或钝的几何形状而不是这种尖锐的几何形状时相比，增加了在该位置处发生放电的概率。

可以存在连接到第一电极和第二电极中的每个电极并且在使用中被布置为在第一电极和第二电极之间建立电场的电源。

电源还可以被布置为向在使用中存在于第一电极和第二电极之间的流体提供可调节量的有功功率。短语“有功功率”旨在表示在施加电压的周期(例如，T0)上平均的提供给DBD装置的瞬时功率(p(t))，其中该周期通常是从激励的开始或电源窗口的开始到下一个电源窗口的开始的时段。有功功率(P)可以如式1所示计算：

其中“t”是时间，并且“t0”是激励开始时或电源窗口开始时的时间。

就有功功率而言，还旨在表示在第一电极和第二电极之间存在的流体中产生高能电子与该过程中涉及的不希望的损耗的比率。我们旨在提供电能(例如，来自驱动电路)到化学能(例如，在使用期间在电极之间的流体中)的转换。总体上的意图是最小化损耗以具有高能量电子的最大产生速率。

当存在多个放电节点时，放电节点可以连接到第一电极和第二电极中的至少一个和/或介质阻挡体。由此，我们旨在表示至少一个放电节点连接到第一或第二电极或介质阻挡体中的至少一个。这意味着第一和第二电极和/或介质阻挡体中的多于一个可以具有与其连接的一个或多个放电节点。当然，可以存在多个放电节点，每个放电节点连接到第一电极或第二电极或介质阻挡体中的一个，例如所有放电节点仅连接到第一电极或第二电极中的一个或仅连接到介质阻挡体；或者第一电极和第二电极中的一个或两者和/或介质阻挡体与一个或多个放电节点连接。意图是，当放电节点连接到电极或介质阻挡体时，该放电节点仅连接到各自的电极或电介质部分，而不是还连接到一个或另一个电极或电介质部分(当连接到电极时)。

电源可以通过任何合适的方式维持有功功率，诸如通过从某种形式的DC电源提供设定量的恒定功率供应，或者通过以预定频率以正弦波形提供恒定或调制的AC电源或连续功率供应。

电源可以是WO 2022/106622中详述的驱动电路，其通过引用并入本文。这可以是用于(即，适合于)介质阻挡体放电装置的驱动电路，该驱动电路包括：电源，该电源在使用中能够连接在介质放电间隙两端，该介质放电间隙提供电容；以及当连接时电源与介质放电间隙之间的电感，从而在使用中建立谐振槽电路，其中在使用中以脉冲串的形式并且仅在脉冲串期间向槽电路提供功率，每个脉冲串的脉冲频率在使用中能够调谐到槽电路的谐振频率，由每个脉冲串提供的功率对槽电路进行充电并将槽电路维持到(在介质放电间隙处)发生放电点火的阈值，每个脉冲串的放电点火事件(诸如在任何一个脉冲串的周期期间发生的放电点火事件)基于驱动电路在使用中被布置为禁止每个脉冲串在最大数量已经发生之后向谐振槽电路传输功率而被限制为最大数量。

通过向谐振槽电路提供功率的脉冲串，存储在谐振槽电路中的能量的量在每个脉冲串的持续时间内增加，也称为对谐振槽电路“充电”。当间隙两端的电势差达到阈值(Vth)时，介质阻挡体放电在介质放电间隙两端发生。通过将脉冲串的脉冲频率(通过该脉冲频率，旨在表示脉冲串内的各个脉冲之间的周期或脉冲的循环周期的倒数)调谐到槽电路的谐振频率，充电过程导致电势差的幅度的快速增加。这在例如小于十个循环内将电势差幅度增加到阈值，以达到发生介质阻挡体放电的阈值(其也可以被称为“点火阈值”)。

通过使用所描述的驱动电路来提供对由电流施加的压力的限制。通过借助于谐振槽电路电压增益在脉冲串期间的循环(即，各个脉冲)内发生的达到阈值的电势差的累积，使用这种装置实现对电流施加的压力的限制，从而导致驱动电路中的功率损耗降低。在传统的脉冲等离子体系统中，通过使用单个脉冲来提供等离子体放电，需要高升压变压器，导致更高的电流，从而提高了初级绕组侧的由电流引起的压力。

此外，在不需要过电流检测的情况下保护电源免于短路。这是由于谐振槽电路的电感提供足够的阻抗以在电源的输出端子(例如，由于介质阻挡体处的短路故障)短路时限制电流。

另外，通过限制放电点火事件的数量，减少了仅加热或产生较少的反应物质的能量耗散。实际上，我们已经发现，通过实施谐振AC和有限脉冲激励的这种混合，能够提供有效的污染物减少，同时还具有高功率转换效率。

因此，总的来说，通过使用所描述的驱动电路，实现了DBD装置中具有高效率的功率传输(由于谐振操作)，同时还限制了由电流引起的压力并防止短路，以便保护电路部件。

第一电极和第二电极之间的间隔可以提供介质放电间隙。介质放电间隙旨在作为DBD装置的电极之间的间隙。当在第一电极与第二电极之间建立电场时，这通常由于间隙而提供电容，其中另一电容由介质阻挡体提供。当然，当电源连接在放电间隙两端时，由于该间隙的边缘/侧面由电极提供，因此旨在电源以允许电源向电极提供电流并且在电极两端建立电势差的方式连接(即，电连接)到至少电极。在各种示例中，电源仍然可以通过连接到与形成包括电源和介质放电间隙的闭合电路的电极连接的导线或布线，而连接到介质放电间隙两端。

由谐振槽电路供应的功率的循环周期旨在指代电流和/或电压(仅)通过由频率确定的单个振荡循环所花费的时间段。换句话说，这旨在是电流和/或电压(仅)通过单个波长所花费的时间。

在介质放电间隙处存在介质阻挡体通常不允许发生电弧或火花(即，在电极之间产生持续电流的放电)。取而代之，它通常仅允许发生微放电，其通常仅持续几微秒。这提供了必要的能量和组分，以有助于化学反应路径来分解放电所通过的介质中的化合物，同时限制提供持续放电所需的功率量。

由电源引起的放电的过程可以被认为是在达到点火阈值之前最初没有发生放电。这意味着放电间隙中(例如电极之间)的气体没有被电离，并且没有放电，并且特别相关的是，没有向气体输送功率。然而，一旦达到阈值，就发生放电，这可以被称为“放电点火事件”。这由单个点(诸如限定放电间隙的一侧的电极的表面上的某种形式的放电节点)导致形成瞬态细丝(每个表示微放电)。每个细丝的寿命(即，存在相应细丝的时间段)为大约几十纳秒。仅在这些瞬态微放电的寿命期间，在放电间隙中形成高能电子。当被施加的电场加速时，电子获得动能。然后，电子通过碰撞传递该能量，该碰撞可以是弹性的(动能守恒)或非弹性的(传递到分子和反应的内部能量)。由产生的高能电子传递的能量能够引发污染物分解，因为能级足以引发化学反应。

将放电间隙无限期地保持在电压阈值导致DBD装置的介质放电间隙的介质阻挡体和电极的表面上的电荷累积。这可以通过使用脉冲来避免。由于由脉冲提供的交替极性，脉冲可以被认为将放电间隙处的瞬时电压保持在点火阈值的时间量限制为几微秒量级的时间段。这意味着瞬态细丝仅能够在这段时间内产生。因此，可发生微放电的时间段可被认为限于放电间隙处的瞬时电压保持在点火阈值的时间量，并且那些瞬态细丝的总和可被认为是“宏观放电”或“放电事件”。

因此，术语“放电点火事件”旨在是宏观放电或放电事件的开始；或者换句话说，能够发生瞬态细丝形式的微放电的时段的开始，即达到阈值时。该阈值通常是电压阈值，例如介质放电间隙处的电压阈值，介质放电间隙例如是界定间隙的电极与电极/电介质层之间的电势差(例如，电压变化或差异ΔV)的形式。严格地说，实际上，我们是指电场阈值，其中电压阈值由电场强度和电极间距确定。

在使用中能够调谐到槽电路的谐振频率(也能够被称为“谐振频率”)的脉冲串的脉冲频率旨在表示脉冲频率可以被调谐到能够被认为是谐振频率的多个频率中的一个或多个。这些包括理论谐振频率(即，当不考虑真实世界影响时将被计算为谐振频率的频率)，或实际适用的谐振频率，诸如考虑真实世界影响的频率，真实世界影响可以包括布线和/或其他部件中的电感和/或电阻、阻尼或阻抗中的一个或多个。因此，如下面进一步详述的，零电压开关频率。

放电点火事件的最大数量通常可以在一个到五个事件之间，例如在一个到三个事件之间，包括(仅)一个事件、两个事件或三个事件。通过限制如此少的放电事件，我们已经发现这产生最节能和最有效的污染物分解。这是由于因放电点火事件而发生的能量传递，该放电点火事件限制了向放电间隙中的介质的传递，从而引导更高比例的能量以引起介质中的化合物的分解。

驱动电路还可以包括相位计，该相位计与槽电路通信并且被布置为在使用中识别(诸如通过监测)在每个脉冲串期间提供给槽电路的功率的相移，该相移对应于放电点火事件的发生，并且其中驱动电路还可以被布置为在使用中基于自每个放电点火事件以来各个脉冲串中的脉冲数量来确定何时发生了最大数量的放电点火事件。

我们已经发现，这种相移表示放电的开始，并且因此，可以识别从该点发生的放电点火事件的数量(诸如通过计数或知道从该点开始的脉冲串中的脉冲的数量)。这意味着可以确定何时已经达到最大数量的放电点火事件以停止进一步的放电点火事件发生。通过监测例如谐振槽电路的输入处的电压-电流相移(诸如在H桥端子处测量的电压-电流相移，其相关性在下文进一步详述)，可以检测第一放电点火事件。在谐振槽电路的充电期间(例如，快速电压累积)，通常存在接近零相移(在谐振时激发)。然而，一旦作为放电点火事件的一部分点燃等离子体，由于由“点燃的”放电间隙施加的电容的增加，通常存在谐振频率的偏移。当被监测时，可以通过监测相移来立即检测该谐振频率偏移。

如上所述的这种相位计(例如，相位检测单元)可以由控制器、处理器、微处理器或微控制器或能够监测至少两个信号的相位的另一这种设备提供。

作为相位监测或使用相位计的附加或替代，每个脉冲串可以具有预调谐或优化的脉冲数(即，脉冲串内的脉冲数)。通常可以计算或建模将需要多少脉冲来对谐振槽电路充电，并且通常每个脉冲(仅)存在单个放电点火事件，或者至少可以计算每个脉冲将引起多少放电点火事件。这允许将脉冲串中的脉冲数量设置为至少所需的放电点火事件的最大数量加上对槽电路充电所需的脉冲数量。如果使用这种方法，则当然可以在各个脉冲串中包括另外的脉冲，诸如当使用脉冲对谐振槽电路放电时。如果使用这种方法，这些也可以包括在计算每个脉冲串需要多少个脉冲中。

驱动电路还可以包括连接在电源两端的储能装置，该储能装置被布置为在使用中在每个脉冲串之后(或在已经发生最大数量的放电点火事件之后)接受和存储从槽电路释放的功率(即，从槽电路排放的功率)。这提供了用于存储/收回驱动电路内的功率的手段，否则该功率将由于谐振槽电路中的能量耗散而损失。这减少了脉冲串之间的能量损失，并允许存储的能量有助于形成下一个高压脉冲串，从而提高效率。

能量或电能回收能够通过被动或主动手段来实现。通常，使用主动装置，诸如通常被布置为在使用中在已经发生最大数量的放电点火事件之后将脉冲串(中的脉冲)的相位移位180度(°)的驱动电路。当用于能量回收的被动装置(以及可能的任何其他主动装置)不可能时，诸如由于使用松散耦合的空芯变压器，通过实现该机制，能够实现能量回收。这由此允许仍然实现从能量回收可实现的效率增益。对于与脉冲串中用于将谐振槽电路充电到阈值的脉冲数量相同数量的脉冲，相移可以被设置为适当位置，尽管可以对不同数量的脉冲施加相移。这在对谐振槽电路充电和放电时保持类似的功率流。

驱动电路还可以包括在电源和槽电路之间的逆变器，该逆变器被布置为在使用中调制从电源到槽电路的供电。这允许由驱动电路内的部件而不是由驱动电路的任何输入来确定提供给谐振槽电路的功率的特性和性质。与这由在电路输入处提供的功率来确定时相比，这提供了要进行的大量定制和改变。

逆变器可以是任何合适类型的逆变器。通常，逆变器是H桥或半桥。这提供了用于提供逆变器功能的简单机制，同时还允许对来自逆变器的输出进行直接和容易的控制，以在每个脉冲串结束时实现存储在槽电路中的能量的被动和/或主动回收。

当使用H桥或半桥时，在桥式逆变器中使用的开关可以是任何合适的开关，诸如机械开关或功率晶体管开关。通常，逆变器的每个开关可以是硅或碳化硅(金属氧化物半导体场效应晶体管，MOSFET)开关、硅绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关或氮化镓功率晶体管(FET)开关。硅MOSFET开关通常具有约650V的阻断电压；碳化硅(SiC)MOSFET开关通常具有约1.2kV的阻断电压；硅IGBT开关通常具有约650V或约1.2kV的阻断电压；并且氮化镓FET开关通常具有约650V的阻断电压。还可以使用具有串联连接的若干低压装置的多级桥支路，以实现高(更高)阻断电压桥支路。然而，通常需要一种机制来确保开关之间均等地共享电压，这使得事物复杂且不太牢靠。这就是为什么在根据第一方面的驱动电路中通常使用2电平H桥的原因。在逆变器中使用上述开关还允许部件保持简单。通常使用宽带隙(WBG)半导体，例如SiC和GaN，因为它们的性能优于Si基功率半导体。

提供给谐振槽电路的脉冲频率(如果作为脉冲串提供的，例如是电压波形的频率，)可以恰好是谐振槽的谐振频率，例如一阶谐波的频率(即基频或固有频率)，或者在谐振频率附近，例如在谐振频率的范围内。如果使用较高阶谐波，则由于谐振槽电路通常具有低通特性，因此比第一阶谐波更高阶的谐波被衰减或阻尼。这就是为什么即使激励通常以方波提供，介质放电间隙两端的所得电流和电压也几乎是完美的正弦。

当使用诸如H桥或半桥逆变器的使用开关的逆变器时，每个脉冲串的脉冲频率可以是零电压开关(ZVS)频率。这通常略高于槽电路的精确谐振频率，诸如高于精确谐振频率约5％至约10％，并且不超过约10％，这取决于驱动电路的质量(Q)因子。这减少了由开关动作引起的损耗并减少了由开关动作引起的电磁干扰(EMI)，从而使逆变器更有效并减少了由逆变器产生的噪声。

驱动电路还可以包括变压器，变压器的次级绕组形成谐振槽电路的一部分，变压器是升压变压器。这通过提高电压输入电平，降低了谐振槽电路中实现介质阻挡体放电电压电平(即V_th)所需的最小电压增益。另外，变压器的使用减少了接地电流(在DBD装置的电极与任何周围金属外壳之间的寄生电容中流动的电流)，从而减少了EMI。虽然变压器可以位于驱动电路内，其中初级绕组而不是次级绕组形成谐振槽电路的一部分，但是在次级绕组形成谐振槽电路的一部分的布置中，变压器的千伏安培(kVA)额定值能够降低。在这种情况下，可以补偿DBD装置的无功功率。

当使用变压器时，驱动电路可以被布置为在使用中在每个脉冲串之后使初级变压器绕组短路。当从槽电路回收/收回能量时，通常在回收能量之后，例如在经过各自的脉冲串之后，施加初级绕组的短路。使初级绕组短路减少了由于构成谐振槽电路的部件而可能发生的振铃。当使用逆变器时，变压器初级绕组的短路可以在使用中通过接通逆变器的低侧或高侧来实现。这避免了在驱动电路中包括另外的部件的需要，从而限制了部件数量。

谐振槽电路的电感可以由一个或多个部件提供或贡献，并且可以由驱动电路内的部件之间的布线或电缆中的电感提供。电感的至少一部分(诸如电感的一些或全部)可以由变压器提供。这使用变压器的通常不期望的特性，从而允许该特性用作对驱动电路的功能的贡献。由变压器提供的任何电感可以是变压器的漏电感(也称为杂散电感)。在一些情况下，这可以允许谐振槽电路不需要还包括电感器作为特定部件。

如下面更详细地阐述的，变压器可以是空芯变压器。当使用空芯变压器时，这可能在绕组之间具有最多为60％的磁耦合。使用空芯变压器(诸如在绕组之间具有60％磁耦合的空芯变压器)增强了变压器能够提供的电感，从而减少了对谐振槽电路具有任何另外电感的需要。另外，当使用空芯变压器时，可以通过调整初级绕组(也称为发射线圈)和次级绕组(也称为接收线圈)之间的距离来调谐谐振电感，从而调谐谐振槽电路的谐振频率。这减少了如已知在现有系统中执行的将附加电容器放置到驱动电路中的需要，从而减少了部件数量。由于在使用空芯变压器时发生的平面感应功率传输，这是可以实现的。允许实现空芯变压器的其他布置也是可能的。

与其他变压器(即，非空芯或实心芯变压器)相比，空芯变压器绕组具有低耦合。这允许变压器的次级(即，高电压)侧在没有从初级侧施加电压时(诸如当所有开关关断并且体二极管不导通时)自由振荡。上面详述的用于主动能量回收的装置(即，一些脉冲的180°相移)消除了这些振荡，并且避免了使用空芯变压器时的功率损耗。

变压器可具有约1:1至约1:10(诸如约1:5)的初级变压器绕组与次级变压器绕组的升压比。通过应用这种布置，以下式成立(式2)，其通常不用于已知系统：

其中V_dc是由DC链路电源提供的电压，n是变压器的匝数比(即，N₁/N₂，对应于初级绕组的数量除以次级绕组的数量)，并且V_th是DBD装置的点火电压或放电阈值。如下一段所述，这减少了增益需求。

对于约20kV的DBD装置中的介质阻挡体放电点火电压阈值，这意味着当驱动电路的输入电压约为800V时，约1:5的升压比需要约5倍的最小谐振槽电路电压增益。这实现了变压器升压和谐振槽电路电压增益之间的优化平衡，与主要依赖于高升压变压器(1:20或更高)以获得所需放电电压电平的常规脉冲功率和谐振转换器系统相比，显著降低了驱动电路的电流压力。

在达到放电阈值之前，在谐振槽电路中存在最小阻尼。这是因为在充电期间在谐振槽上没有负载(诸如到放电间隙中的介质的功率传输)。作为与已知谐振系统的比较，在这样的系统中，通常总是存在负载，因为存在产生负载的连续或延长的放电。

根据第一方面的驱动电路的谐振槽电路上缺乏负载，导致与已知系统相比非常高的电压增益(诸如Q值大于50的增益)。与已知的系统不同，谐振槽电路的可实现的电压增益不取决于负载(如上所述，通常对应于当发生电介质放电时传递到气体的功率)。取而代之，它(仅)取决于谐振槽电路的寄生电阻(诸如由磁性元件和电极的电阻产生的寄生电阻)。

此外，由于缺乏负载，这允许更快速的充电，并且脉冲串的脉冲频率尽可能接近槽电路的真实谐振频率(诸如不考虑通常在现实中存在的阻尼效应的理论谐振频率)。这是因为阻尼量如此之低，以至于当设置脉冲频率时需要考虑最小的阻尼。这增强了能量传递能力，使得驱动电路更有效。

当存在变压器时，变压器升压匝数比(即，为变压器升压匝数比设置的规格)所需的尺寸也仅取决于谐振槽电路的寄生电阻。如果也存在要考虑的负载，则变压器升压匝数比的尺寸也将需要考虑这一点。这允许将来自变压器的损耗保持在最小，从而与需要考虑负载时相比，减少了使用变压器对驱动电路的效率的影响。

作为提供电感的变压器的替代或补充，电感的至少一部分(诸如电感的一些或全部)可以由电感器提供。这提供了被设计为提供要使用的电感的部件，从而优化了驱动电路。在电感部分或全部由电感器和变压器提供的情况下，每个都对电源和介质放电间隙之间的电感有贡献，从而对谐振槽电路的电感有贡献。

当提供单独的变压器和电感器时，存在驱动电路的若干可能布置。一种布置是将电感器连接到谐振槽电路的输入端(诸如逆变器的输出端)，这又连接到变压器的初级绕组；然后变压器的次级绕组连接到介质放电间隙两端。另一种布置是将谐振槽电路的输入连接到变压器的初级绕组；次级绕组连接到电感器，电感器与介质放电间隙串联连接。在这些布置中的每一个中，变压器的泄漏或杂散电感对于谐振槽电路的谐振电感值(即，电感)有贡献。自然地，如果谐振槽电路被放置在变压器之后，则变压器的kVA额定值降低，因为电介质放电装置的振荡无功功率没有通过变压器。

另一种布置是将谐振槽电路的输入连接到变压器的初级绕组；并且变压器的次级绕组连接到介质放电间隙两端。在这种布置中，由于没有提供单独的电感器部件，因此变压器的泄漏或杂散电感将需要足够大以在期望的谐振频率下补偿介质放电间隙上的负载。这可以通过在绕组之间具有非常低的耦合的变压器来实现，如下面更详细地提及的空芯变压器(即，没有磁芯)的情况。

该设备还可以包括连接到驱动电路的控制器，该控制器被布置为用于基于提供给控制器的输入来调整供应给驱动电路的槽电路的功率。这允许修改在使用中提供给谐振槽电路的功率，从而提供当系统内的参数在使用期间改变时进行改变的能力，从而导致系统内的特性偏移。例如，在电极之间通过的流体的变化可能导致谐振槽电路的电容的变化，从而改变谐振频率。然后可以使用控制器来调整在脉冲串期间提供给谐振槽电路的脉冲频率。

控制器可以被布置为在使用中调整/调制脉冲频率(诸如电压波形或电流波形的频率)和/或脉冲串频率(诸如脉冲串的频率，即脉冲串发生的频率，其也能够被称为脉冲串重复频率)和/或每个脉冲串中的脉冲数量和/或脉冲串的数量(诸如一系列电脉冲串中的数量)。这提供了宽范围的调整，可以做出调整以允许所提供的功率被定制以在系统的使用期间提供最佳的介质阻挡体放电发生。

提供给控制器的输入可以包括一个或多个相关参数。通常，输入包括驱动电路的输出处(诸如反相器的输出处)的电压和电流。这允许计算供应的电压和电流与脉冲串平均相位之间的相位角。这可以用于优化在脉冲串期间提供的脉冲频率。因此，控制器可以被布置为在使用中确定(通过其我们旨在表示“计算”)电压和电流之间的相位差。这当然可以由另外的部件确定。

如上所述，该相位差还可以用于检测介质阻挡体放电的发生的开始。检测到这一点可以允许在限定数量的放电点火事件之后，在脉冲串从提供能量转变为例如能量回收时识别它。同样如上所述，在放电间隙中发生介质阻挡体放电增加了有效电容。这导致谐振频率的减小，并且因此导致给定驱动频率(诸如脉冲串的脉冲频率)的能够测量的相位差的增加。鉴于此，可以看出，驱动电路的相位计和控制器可以是彼此相同的部件。替代地，控制器和相位计可以彼此通信，或者控制器可以结合相位计，例如相位计是控制器的部件。

如上所述，驱动电路可以包括在电源和驱动电路的谐振槽电路之间的逆变器。在这种情况下，可以从逆变器的输出提供电压和电流。由于使用逆变器能够实现的较高频率，这允许提供给谐振槽电路的输出的控制水平比在AC电源简单地连接到谐振槽电路来供电的情况下能够实现的控制水平更精细(即，更精确)。另外，使用逆变器能够实现的较高AC频率能够提供较短的介质阻挡体放电。与使用标准AC电源来维持通过限制放电点火事件的数量而实现的效率增益相比，这允许更简单地限制放电点火事件的最大数量和更快的控制。

控制器还可以连接到介质阻挡体放电装置，输入包括在使用中通过装置的流体的一个或多个特性。这允许在寻求优化系统的性能时考虑流体的特性。

根据第三方面，提供了一种用于提供介质阻挡体放电的系统，其中，该系统包括：多个根据第一方面或第二方面的介质阻挡体放电装置，并且包括根据上述驱动电路的特征的任意组合的驱动电路；以及连接到每个驱动电路的控制器，该控制器被布置为用于基于提供给控制器的输入来调节供应给每个驱动电路的槽电路的功率。这允许系统按比例缩放以适应通过其的各种体积的流体，例如通过待清洁的排气的各种尺寸的发动机。此外，这还提供了上述控制器的优点。

控制器可以仅是单个控制器。无论存在单个控制器(连接到所有驱动电路)还是多个控制器(每个控制器连接到各自的驱动电路)，控制器或每个控制器都可以提供上述控制器的特征的任何组合。例如，控制器可以被布置为在使用中调整脉冲频率、和/或脉冲串重复频率、和/或脉冲串的数量、和/或脉冲串中的脉冲的数量；输入可以包括每个驱动电路的输出处的电压和电流；当每个驱动电路包括电源和槽电路之间的逆变器时，逆变器可以被布置为在使用中调制从电源到槽电路的供电，并且其中电压和电流从逆变器的输出提供；控制器可以被布置为在使用中确定电压和电流之间的相位差；控制器还可以连接到每个介质阻挡体放电装置，输入包括在使用中通过设备的流体的一个或多个特性；和/或只有单个电源被布置为在使用中为所有驱动电路供电。

根据另一方面，可以提供一种控制根据第一方面、根据第二方面或作为根据第三方面的系统的一部分的介质阻挡体放电装置中的介质阻挡体放电的方法，该方法包括：利用一系列电脉冲串向谐振槽提供功率，每个脉冲串的脉冲频率被调谐到槽电路的谐振频率，谐振槽连接到电介质放电装置中的第一电极和第二电极之间的间隙两端，槽电路的电容由电介质放电装置提供，由每个脉冲串提供的功率对槽电路进行充电并将槽电路维持到发生放电点火的阈值；通过在已经发生最大数量的放电点火事件之后禁止每个脉冲串将功率传输到谐振槽来提供每个脉冲串的最大数量的放电点火事件；以及禁止在脉冲串之间向槽电路传输功率。

术语“禁止”旨在表示被动地或主动地禁止向槽电路传输电能，例如分别通过不提供电能可以传递到槽电路的路径或通过将路径转移到替代电路。

如上所述，放电点火事件的最大数量可以在1(一)到5(五)个事件之间。

该方法还可以包括识别在每个脉冲串期间提供给槽电路的功率的相移，该相移对应于放电点火事件的发生；以及基于自各个放电点火事件以来脉冲串中的脉冲数量来确定何时发生了最大数量的放电点火事件。这提供了避免超过最大事件数量的准确手段。

每个电脉冲串可以是电压脉冲串。由此，我们旨在表示电脉冲串可以由电压脉冲串提供，例如可以用作谐振槽电路的激励波形并且可以在谐振槽电路中感应电流波形的电压波形。

该方法还可以包括调制脉冲频率、和/或脉冲串的频率、和/或一系列电脉冲串中的脉冲串的数量、和/或每个脉冲串中的脉冲的数量。值得注意的是，功率频率能够通过调制功率或功率的组成(诸如电压和/或电流)来调制。功率的频率是对功率有贡献的电压波形的频率(脉冲频率旨在表示的频率)的两倍，这通常是供电系统的情况。如果电压和电流各自是正弦波形，则功率将是正弦波形的平方(即，Sin^2)，并且频谱分解将显示两倍于激励(即，电压)频率的基频。

调制可以基于提供给谐振槽电路的功率的特性的相位差和/或流经装置的流体的一个或多个特性。

可以经由变压器向谐振槽电路供电，该方法还包括使变压器初级绕组在重复的脉冲串之间短路。这防止(即，减轻)变压器的磁化电感与DBD电抗器的电容之间的不希望的振荡。

提供给谐振槽电路的每个脉冲串的脉冲频率可以通过在电源和谐振槽电路之间的电路中开关动作来设置。

对于每个脉冲串，在已经发生最大数量的放电点火事件之后，谐振槽电路可以被放电(即，耗尽)。这可以通过主动回收或被动回收来实现。在这种情况下，该方法还可以包括存储通过放电从谐振槽电路传递出的能量。以这种方式回收能量显著提高了该方法的能量效率。

在一个脉冲串的结束时间与下一个脉冲串的开始之间通常存在时间差。换句话说，在一个脉冲串的结束和下一个脉冲串的开始之间通常可能存在没有脉冲的时间段，这允许将一个脉冲串与下一个脉冲串区分开，并避免连续脉冲串之间的任何并发部分或重叠。

第一电极和/或第二电极可以是用于提供允许在其间建立电场的电极的任何合适的材料。通常，电极可以由导电金属制成。

如上所述，介质阻挡体可以连接到第二电极和/或每个放电节点可以连接到第一电极。这允许将介质阻挡体和放电节点施加到各自的电极是独立的。这避免了将介质阻挡体施加到电极和将放电节点施加到电极的工艺分别损坏放电节点或介质阻挡体的可能性。因此，这简化了制造设备的过程并降低了制造中的故障率。

介质阻挡体可以提供其连接到的电极或每个电极的至少一部分的覆盖形式。介质阻挡体可以是介质阻挡体连接到的电极或每个电极的表面的至少一部分上的涂层。例如，介质阻挡体可以涂覆其所连接的电极或每个电极的整个表面。

通过将介质阻挡体连接到至少一个电极，我们旨在表示介质阻挡体连接到的每个电极独立于每个其他介质阻挡体和电极连接到介质阻挡体。这意味着可以存在多个介质阻挡体。每个介质阻挡体可以仅连接到单个电极。

每个放电节点可以是提供点的任何形式的适当尺寸的结构。

根据第四方面，提供了一种介质阻挡体放电装置，该装置在160℃和500℃之间的温度下操作。

这能够通过使用没有本文公开的特定特征的任何形式的介质阻挡体放电装置来实现。通常，根据第二方面的装置可以是包括一对电极(或第一电极和第二电极)以及在该对电极之间通过的气体流动路径的装置，在该对电极之间具有介质阻挡体，在使用中在该对电极之间能够建立电场。

DBD装置可以在至少180℃的温度下操作。

DBD装置可以在最多为(例如，至多)450℃的温度下操作。

当然，根据第一方面的介质阻挡体放电装置也可以是根据第四方面的装置，反之亦然，作为根据第三方面的系统的一部分。因此，根据第一方面的装置可以在160℃和500℃之间的温度下操作。换句话说，根据第一方面的装置可以布置成在使用中在160摄氏度(℃)和500℃之间的温度下操作。

根据第五方面，提供了一种去除气体成分的方法。该方法包括使具有最多10,000ppmv甲烷的气体沿着第一电极和第二电极之间的气体流动路径通过，其中第一电极和第二电极之间具有介质阻挡体；以及在第一电极和第二电极之间建立电场，至少一个电极具有沿着气体流动路径定位的一个或多个放电节点，沿着气体流动路径定位至少一个放电节点的每个位置是电离区域并且具有在各自电离区域的下游的相邻复合区域。通过建立电场，在一个或多个放电节点处发生放电，从而产生电离并由此形成活性物质/等离子体。包括甲烷的气体成分与活性物质/等离子体反应，从而在复合区域中引起复合并从气体中去除污染物。该方法可以使用根据第三方面的系统的第一、第二和/或第四方面的装置来实现。

根据第六方面，可以提供根据第一方面的装置从气体中去除甲烷的用途。根据第七方面，可以提供根据第一方面的装置从气体中去除甲烷的用途，其中所述气体最多含有10,000ppmv的甲烷。

如上所述，在第五、第六和/或第七方面中的每一个中提及的气体可以最多含有5,000ppmv、2,500ppmv、2,000ppmv的甲烷，并且可以是至少100ppmv或至少1,250ppmv。

附图说明

下面参考附图详细描述示例设备和方法，其中：

图1A、图1B和图1C示出了现有技术的DBD装置和相应的等离子体密度图，以及示出了与根据现有技术的污染物浓度相比的活性物质浓度的图；

图2A、图2B和图2C示出了第一示例DBD装置和相应的等离子体密度图，以及示出了与污染物浓度相比的活性物质浓度；

图3示出了第一示例DBD装置的示意图；

图4示出了第一示例DBD装置沿着图3中的平面A-A的截面图；

图5示出了第一示例DBD装置的部件的示意图；

图6示出了第一示例DBD装置沿着图3和图4中的平面B-B的截面图；

图7示出了第一示例DBD装置的另一部件的示意图；

图8示出了针对不同放电节点形式的功率和比能量输入(SEI)相对于CH4的变化的示例图；

图9示出了针对不同的第二电极和介质阻挡体参数的功率相对于CH4去除效率的示例曲线图；

图10示出了针对放电节点的不同变体的功率相对于CH4去除效率的示例曲线图；

图11示出了针对放电节点的不同变体的功率相对于CH4去除和SEI相对于CH4去除的示例曲线图；

图12示出了针对不同电极参数的功率相对于CH4去除效率的示例曲线图；

图13A和图13B示出了针对不同环境和电极参数的功率相对于CH4去除的示例曲线图；

图14示出了第二示例DBD装置；

图15示出了第二示例DBD装置的替代实施方式；

图16示出了第二示例DBD装置的替代实施方式的示例高压电极；

图17示出了示例高压电极的间隙间距和棒宽度相对于SO2的减小的示例曲线图；

图18示出了根据现有技术装置的脉冲串中的电压和电流的示例图；

图19示出了说明示例介质阻挡体放电装置中的电子辐照和介质阻挡体放电净化技术的原理的示意图；

图20示出了在示例电路中施加的电压、电流和功率的示例曲线图；

图21示出了将所施加的间隙电压与输出电压进行比较的电压相对于时间的示例曲线图以及具有输出电流相对于时间的放大部分的对应曲线图；

图22示出了示例电路；

图23示出了另一示例电路；

图24示出了另一示例电路；

图25示出了操作示例电路的示例方法；

图26示出了随时间变化的开关序列和随时间变化的所得电压的示例曲线图；

图27示出了针对功率传输速率的随时间变化的电压的示例曲线图；

图28示出了用于示例电路的示例控制器；

图29示出了在示例脉冲串期间随时间变化的电压和电流的另一示例曲线图；

图30示出了另一示例控制器；

图31a和图31b示出了随时间变化的开关序列以及随时间变化的所得电压的示例曲线图；

图32示出了在没有能量回收的情况下谐振槽电路输入电压和电流以及所得DBD装置电压相对于时间的示例曲线图；以及

图33示出了具有能量回收的谐振槽电路输入电压和电流以及所得DBD装置电压相对于时间的示例曲线图。

具体实施方式

本文描述的各个方面允许去除气体的一种或多种污染物或成分。这通过在DBD装置中使用介质阻挡体放电来实现。

在已知的放电装置中，存在产生具有通常在1电子伏特(eV)与10eV之间的能量分布的电子的均匀(即，均质)体积分布的电放电。已知在气体中放电期间产生的电子与气体相互作用以产生自由基和离子形式的活性物质(以及通过背景气体分子的电子碰撞电离、激发和电离而产生的附加电子)。这些活性物质(自由基和离子)使气体中存在的诸如甲烷的分子(在某些情况下是污染物)氧化、还原或分解。

这种已知的放电装置的示例是图1A中总体上以100示出的DBD装置。这示出了已知的均匀分布的放电装置。

图1A所示的装置100包括第一电极101、相对的第二电极105和介质阻挡体102。在使用中，在第一电极和第二电极之间施加电场。在正确的情况下，在第一电极和第二电极之间发生放电。电场和放电的存在在第一电极和介质阻挡体之间产生(非热、低温)等离子体103。

如图1B的图表104所示，等离子体均匀地分布在整个装置100中。曲线图上的线106表示装置整个长度的等离子体密度，其中等离子体密度从与装置的上游端对准的第一位置108到与装置的下游端对准的第二位置110处于相同水平。

就这样实现的结果来说，图1C示出了图表115，其提供了装置100中的(在左Y轴上测量的)活性物质的浓度的表示。图1C中活性物质的浓度由实线109指示，并且例如(在右Y轴上测量的)污染物的浓度由虚线107指示。活性物质的浓度被示出为直到与第一位置108对准的第一定位X₁为止是可忽略不计的。在装置的使用期间，在定位X₁处，活性物质的浓度升高到第一浓度，该第一浓度在装置中直至第二位置110的整个其余部分中是恒定的。对于污染物的浓度，从图1C可以看出，浓度从第一浓度N₀开始，并且在第一定位X1的上游保持恒定。活性污染物的浓度然后线性下降到第二位置处的最小浓度N_min。这种下降是由当气体通过装置时含有污染物的气体与等离子体的相互作用引起的。因此，可以理解，在使用中，已知的放电装置100沿其长度去除污染物。

相比之下，作为根据本文公开的方面的装置的示范，图2示出了在图2A中总体上以200示出的分级DBD装置的对应细节。分级DBD装置具有与图1A所示的DBD装置100相同布置的第一电极201、相对的第二电极205和介质阻挡体202。

图2A所示的示例性分级DBD装置还具有电场增强结构形式的多个放电节点204。放电节点沿着第一电极201的长度以相邻节点之间的间隔布置。在图2A所示的示例中，放电节点被示出为沿着第一电极均匀地间隔开。在其他示例中，间距可以不同和/或可以不均匀。

类似于图1A的DBD装置100，在使用中，在第一电极201和第二电极205之间的分级DBD装置200中施加电场。在正确的情况下，在第一电极和第二电极之间发生放电。电场和放电的存在在第一电极和介质阻挡体202之间产生(非热、低温)等离子体203。

图2B示出了图2A的分级DBD装置200中的等离子体密度分布的说明性图表206。图表中的实线207示出了沿着分级DBD装置的长度的等离子体密度，并且虚线208示出了分级放电装置中的平均等离子体密度。

在图2B中，实线207具有三个峰。三个峰中的每个峰的中心与放电节点204中的每个节点的中心线212、213、214对准。这表明等离子体203高度集中在每个放电节点周围。在放电节点之间(以及放电节点与分级DBD装置200的端部之间)的区域中，等离子体仅以低电平存在。

图表206示出了等离子体203的密度在每个放电节点中心线212、213、214的上游和下游的短距离处具有阶跃变化。实际上，代替阶跃变化，等离子体密度可能是平滑的或弯曲的分布，该分布的中心和/或峰值与放电节点204的中心线对准。无论如何，如虚线208所示，这提供了与图1A所示的DBD装置100的平均等离子体密度大致相同的平均等离子体密度。

等离子体203的密度沿着分级DBD装置200的长度的波动影响沿着分级DBD装置的长度的活性物质的浓度和例如污染物的组分的浓度。图2C示出了说明图2A所示的分级DBD装置中的(在左Y轴上测量的)活性物质的浓度和(在右Y轴上测量的)污染物的浓度的图表209。

在图2C中，实线210表示活性物质的浓度，虚线211表示污染物的浓度。可以看出，活性物质的浓度在每个放电节点204的中心线212、213、214附近达到峰值。在图2C所示的示例中，活性物质浓度的每个尖峰的峰值与各个放电节点的中心线对准。在其他示例中，该峰在各自的中心线的稍微上游或稍微下游。

图2C的图表209中的实线210和虚线211示出了污染物的浓度从某个初始浓度P₀开始并且是恒定的，直到到达第一放电节点204，与等离子体密度的峰值一致。污染物的浓度然后急剧衰减(在该示例中以线性方式)。当到达沿着分级DBD装置200的长度的第二放电节点时，等离子体密度再次达到峰值，使活性物质的浓度再次升高。此时，污染物的浓度继续降低，但由于浓度已经低于初始浓度而以较不陡峭的速率降低。在通过第三放电节点时，等离子体密度和活性物质浓度的增加导致污染物浓度的进一步降低，但以更平缓的速率(即，不太陡峭、不太急剧的衰减)。这种衰减持续到污染物的浓度达到其最低P_min水平。

已经观察到，从分级DBD装置(例如图2A中所示的示例性分级DBD装置)去除污染物的速率大于从常规放电装置(例如图1A的已知DBD装置100)去除污染物的速率。这从以下事实显而易见：利用放电节点204，去除污染物的速率大于常规装置的速率。此外，污染物的浓度P_min低于常规装置所能达到的浓度N_min。

其原因是，已知气体中活性物质浓度的提高会提高气体中污染物的去除效率。此外，仅在沿着分级DBD装置200的长度的周期性点处产生放电允许电离区域(即，其中产生活性物质)和复合区域(即，其中活性物质与污染物反应，或者换句话说，在电离区域中产生的物质彼此反应或与其他存在的气体组分反应，从而降低(剩余)电离的量)。重复的电离区域可被视为使分级放电装置中的活性物质的浓度“补足”或“再生”。在没有这些分级电离区域的情况下，如在已知的放电装置中所建立的均匀产生的活性物质的浓度相比之下可以更低。这是因为活性物质可能遭受非特异性反应或热降解。因此，在放电装置中重新建立高浓度的活性物质有利于污染物去除效率。

鉴于我们已经开发的这种分级DBD装置概念，我们进一步开发了一种产生大量高能电子、原子和自由基以从气体中去除污染物分子的方法。这使用已经发现从气体中去除污染物分子的放电技术来实现，污染物分子包括但不限于颗粒物质、SOx、NOx、CO2、汞(Hg)、挥发性有机化合物(VOC)和碳氢化合物(HC)。

作为一般概述，已经开发了用于从气体中去除CH4的放电的装置和方法。去除气体成分的相同能力也适用于其他气体成分，诸如SOx和CO2。将含有有害或污染物气体(例如CH4)的气流引入设备中。该设备设置有多个电极(通常为阳极和阴极对)。电极由气体空间和介质阻挡体隔开。

在本文提及阴极和阳极的情况下，旨在提及空气或气体间隙两端彼此相对的两个电极，而没有其他中间电极。

在电极之间存在电场的情况下，当气体在电极之间通过时，气体立即电离以形成高能电子、原子和自由基。以CH4为例，当气流从设备一端的气体入口通过该放电反应区(即电极对之间)时，气体中存在的一部分CH4转化为一氧化碳(CO)和水(H2O、H₂O)。由于电极之间建立的电场，这是可以实现的。

一旦在电极对之间通过，气流就通过设置在设备的相对端处的出口排放到气体入口。在设备之后的气体的组成含有原始CH4的一部分以及CO和H2O。

在使用分级放电时，能够将高压交流电施加到通常由气体空间和介质阻挡体或绝缘体分开的电极。其他类型的放电装置包括但不限于脉冲、电晕和电子束放电以及射频、微波和紫外光辐射源。在可用的放电装置中，至少并不知道高温、分级阻挡放电以及许多其他命名的能量源被用于从空气或之前的CH4的点源(诸如来自发动机和工业工厂的烟道气或废气)中移除CH4。这些参数可用于这些用途是令人惊讶和出乎意料的。

使用介质阻挡体允许提供足够的能量以将CH4转化为CO和H2O。电介质材料被施加在阴极和阳极中的一个或两者的整个表面上。在各种实例中，电介质部分使用石英作为电介质材料，但也可使用其它材料，例如氧化铝。

在一些示例中，阳极是金属网格。当阳极是金属网格时，在各种示例中，电介质部分被涂覆到网格上，以便保持网状结构。换句话说，电介质涂层设置有与网格中的孔对准的孔。

存在这样的示例，其中阳极和阴极是彼此面对的平板，在它们之间具有电介质材料(诸如涂覆在每个阳极上)。在这些示例中的一些示例中，板能够安装在直立(诸如竖直)位置以防止被颗粒物质堵塞。成排的板由机械结构支撑，并且由绝缘体从壳体的顶部悬挂，使得板的平面能够平行于板所在的壳体内的烟道气的流动方向。以这种方式，在装置两端的压降最小的情况下通过放电来处理最大量的烟道气。在一些示例中，多排板机械地紧固在一起，一排在另一排的顶部上，以形成基本上从壳体的顶部到底部的堆叠。

尽管在一些示例中平板阳极和阴极配置可以是优选的布置，但是不同的布置也是可能的。此类布置包括圆柱形阴极电极和平板阳极电极，以及以圆柱形阳极电极的中部为中心的圆柱形阴极电极。在各种这些示例布置中，阴极电极和阳极电极具有相同的构造(例如，一组电极在其上具有一个或多个电场增强结构，而另一组电极在其上具有电介质部分)。

在一些示例中，使用同轴管式反应器布置。在使用同轴管式反应器布置的若干示例中，一个电极由导电管提供，中心电极沿着导电管的中心纵向轴线固定在内部，并且电介质材料在管内设置在它们之间。在各种示例中，管以管束的形式来布置。

当存在多个管或管束时，彼此堆叠并且并排堆叠的束的实际数量通常是根据要使用设备的系统的要求而做出的工程决策。在这些示例中的一些示例中，多个同轴电极管通常使用矩形结构以彼此间隔开的关系固定。各种示例包括沿着管的中心纵向轴线固定在同轴电极内部的线电极。尽管使用了术语“线”，但是这些电极可以替代地是小于管的内径的棒或其他形状的材料。

同轴反应器在平板电极上具有改进的介质阻挡体放电性能。这是因为在同轴反应器中在整个放电区域内建立阻挡放电通常比平板反应器更容易。另外，平板反应器的顶部和底部之间的温度梯度通常提供不均匀的反应，这降低了反应器效率。这是因为在平板反应器中，放电导致板的顶部比底部更热，并且中间比侧面更热。另一方面，一旦温度和功率要求达到特定反应器几何形状的阈值，同轴反应器就倾向于在整个管中更均匀地“点燃”(即产生放电)。这使得反应更加均匀。其结果是更多的气体暴露于阻挡放电，意味着更多的气体被处理。

在通过设备之前，可以对气体进行预处理。例如，气体可以穿过静电除尘器以去除颗粒材料。气体也可以被冷却，例如使用热交换器或通过喷射或雾化冷水或另一种液体或溶液通过它。

图3和图4示出了根据本文公开的方面的示例设备，通常以400示出。这提供了同轴反应器形式的分级DBD装置。

示例性分级DBD装置400包括第一电极304和第二电极310，第二电极310具有介质阻挡体311和导电材料312。在图3和图4所示的示例中，介质阻挡体是圆筒，具体地，在该示例中，是在相对端处开口的笔直的中空圆筒。这在介质阻挡体内提供了腔室30。在使用中，气体或气流能够进入和/或通过圆筒。在其他示例中，圆筒可以是不同的形状并且可以是非笔直的和/或至少部分地填充。

导电材料312设置在介质阻挡体圆筒311的一部分的外部周围。在一些示例中，这围绕圆筒的整个圆周提供。在其他示例中，导电材料能够仅围绕圆筒的圆周的一部分提供。

在一些示例中，导电材料312沿着介质阻挡体圆筒311的整个长度延伸。然而，在图3和图4所示的示例中，导电材料仅沿着介质阻挡体圆筒的长度的一部分定位。该部分大约在圆筒的中间。

对于各种示例，导电材料312是介质阻挡体圆筒311上的涂层。因此，这旨在不可移除地附接到圆筒。在图3和图4所示的示例中，导电材料312是可分离的部件。为了将导电材料保持在适当位置，多个(在图3和图4中所示的示例的情况下，五个)环形式的恒力弹簧403位于导电材料周围，其中一个恒力弹簧位于导电材料的每个端部处，并且其他的恒力弹簧沿着导电材料的长度均匀分布。

在图3和图4所示的示例中，第一电极304是细长棒。在该示例中，棒具有圆形横截面，并且穿过介质阻挡体圆筒311的腔室30定位。这意味着第一电极和导电材料312中的每一个的至少一部分沿着圆筒的长度对准。

第一电极304具有沿其长度的至少一部分布置的多个放电节点300。在图3和图4中所示的实例中，放电节点沿着第一电极的与导电材料312对准的长度部分布置。

除了第一电极304、相关联的放电节点300、介质阻挡体圆筒311、导电层312和恒力弹簧403之外，图3和图4所示的示例性分级DBD装置还包括端杯401。存在与圆筒的每个端部配合的端杯。在图3和图4所示的示例中，端杯也是圆形的，每个杯的边缘42的内部围绕圆筒的外部相配合。

如下面关于图7更详细地阐述的，在每个端杯401的边缘42和毂43之间，存在通道41。通道旨在允许气体流过端杯。

端杯401被包括用于提供将第一电极304相对于介质阻挡体圆筒311和导电材料312保持在适当位置的部件。这通过第一电极位于每个端杯的毂43处来实现。毂位于每个端杯的中心。因此，第一电极通过端杯保持在圆筒的中心。这导致第一电极、圆筒和导电材料中的每一个的纵向轴线对准，并且实际上是同轴的。

在图3和图4所示的示例中，第一电极304的一端与一个端杯401直接接触。在图3和图4中，第一电极的该端部被示出延伸超过端杯。在其他示例中，第一电极的端部与该端杯对准或位于该端杯处。无论第一电极的该端部和端部杯的相对放置如何，在一些示例中，接触是固定接触，其中电极的该端部由端部杯保持在预定位置。

在第一电极304的相对端，存在与另一端杯401的连接。代替第一电极和端杯之间的直接接触，通过间接接触提供第一电极的该端部处的连接。这是由于压缩弹簧402连接在第一电极和端杯之间。在其他示例中使用其他类型的弹簧。

连接第一电极304的一端和一个端杯的压缩弹簧402允许第一电极的长度由于例如热膨胀而相对于介质阻挡体圆筒的长度而改变。这降低了一个或两个端杯由于第一电极的热膨胀而被拉离圆筒的可能性。

在图3和图4所示的示例中，存在形成介质阻挡体圆筒311的一部分的套环31。该套环位于导电材料312的端部附近。这样，套环从圆筒的近端偏移。套环提供从圆筒径向向外凸起并且具有比圆筒的其余部分更大的外径的环。

在一些示例中，套环31位于介质阻挡体圆筒311的与设置压缩弹簧402的端部相对的端部处。在各种示例中，如图3和图4所示，套环位于从其最靠近的圆筒的端部发生轴向偏移的位置处。

在若干示例中，分级DBD装置400以直立取向布置，其中第一电极304的长度与竖直或直立轴线对准。在一些这样的示例中，套环31位于介质阻挡体圆筒311的下端。示例性分级DBD装置通过使下端穿过板或格栅中的圆孔而保持在预定位置。在这些示例中，套环抵靠在板上，从而阻止分级的DBD装置在重力作用下通过孔的移动。在各种示例中，分级DBD装置的相对端通过类似的孔放置，以帮助固定分级DBD装置的位置。在使用中，多个分级DBD装置能够彼此相邻地布置以形成分级DBD装置盒。

在直立取向上，套环31提供导电材料312和至少一个恒力弹簧403能够抵靠的表面。这也有助于将导电材料保持在预定位置。

分级DBD装置400能够连接到电源，例如WO 2022/106622中公开的驱动电路，包括WO 2022/106622的权利要求或附图5至图7中的任何一个中具体公开的驱动电路。当连接到电源时，第一电极304和第二电极310中的一个是高压电极，而另一个是低压电极。在各种示例中，第一电极是高压电极，并且第二电极是低压电极。如下面更详细地阐述的，在合适的情况下在电极之间发生放电。该放电旨在仅发生在沿着第一电极的一部分布置的放电节点300处。

如图4所示，在各种示例中，在放电节点沿着其定位的部分的每个端部处的最末端放电节点300与介质阻挡体圆筒311的最靠近各自的放电节点的端部之间提供爬电距离4。这样设置是为了最小化该区域中的放电，从而限制这会导致的短路。

转到示例放电节点的细节，示例放电节点在图5中以电场增强结构的形式总体上以300示出。该示例性电场增强结构包括环301和至少一个尖端302。应当理解，尽管图5中示出了六个尖端，但是该结构仅需要一个尖端来操作。

在使用中，环301围绕第一电极304布置。这可以通过允许电场增强结构300变形以牢固地装配在第一电极周围的槽或通道303来实现。围绕第一电极布置环的其他方式是可能的。例如，第一电极可以与该结构成一体。这种结构可以例如通过切割或铣削材料来形成。

可以看出，至少一个尖端302沿着穿过结构300的中心的径向轴线延伸。在使用中，并且如下所述，尖端限制了结构和相对的电极之间的最小距离。也就是说，尖端有效地产生了相对的电极与结构之间的距离小于没有尖端时的距离的区域。实际上，这可以通过使用圆柱形相对电极来实现。

在一些示例中，诸如图中所示的示例，放电节点300包括布置在环301的(径向)外边缘上的多个尖端302。多个尖端可以以任何合适的方式分布在外环上。然而，多个尖端302中的每一个沿着各个径向轴线延伸可能是有利的。由此，我们旨在表示每个尖端302在唯一的径向方向上延伸(由180度旋转分开的径向方向仍然被认为是彼此唯一的)。通常，没有尖端302将会沿着与通道303相同的径向轴线延伸，因为通道303在环301的材料中产生破缺。

图5所示的示例性放电节点的多个尖端302均匀地分布在环301的外边缘上。由此，我们旨在表示多个尖端302均匀地分布在环的外边缘的材料上。因此，这可以排除通道303。尖端302的均匀分布对于确保通过放电装置的尽可能多的气体具有被处理的机会是有效的。换句话说，均匀分布的尖端可以克服由尖端拥挤在一起引起的问题。

如上所述，在各种示例中，通道303允许结构300在使用中装配在第一电极上，并且抵消可能由于热膨胀或收缩而出现的问题。通道沿着第二径向轴线从环301的中心延伸到环301的外部。第二径向轴线与至少一个尖端302不对准。当结构300包括多个尖端时，通道303不与任何尖端各自的轴线对准。也就是说，通道303不与任何尖端重叠。

在一些示例中，通道303具有1mm的宽度，并且通常，通道303具有0.8mm的宽度。关于环301，在各种示例中，环301具有主体，至少一个尖端302连接到该主体。因此，在多尖端的情况下，每个尖端将连接到主体。主体具有径向厚度，其在若干示例中为3.6mm。在其他示例中，环301的主体的径向厚度是3.56mm或3.46mm，或者是在3.46mm和3.56mm之间的范围内的任何值。

此外，环的表面可以是连续的。由此，我们旨在表示形成环的材料是实心的，在轴向方向上没有任何间隙穿过环。为了完整起见，在结构包括通道的示例中，通道与环分离并且不形成环的实心表面的一部分。

主体的径向厚度也可以表示为从环301的中心到环的外边缘的半径的百分比。在一些示例中，主体的径向厚度占从环的中心到环的外边缘的半径的55％至65％之间。更具体的范围是主体的径向厚度在环的半径的60.2％至62.2％之间。

在各种示例中，环301的内径为7.9mm，诸如7.90mm，并且在一些示例中，具有负0.1mm的公差，诸如0.10mm。在多个示例中，结合主体的径向厚度，主体的外径为11.5mm，例如11.46mm。

在一些示例中，每个尖端302在每个尖端的点处将环的外径延伸到18.0mm，诸如18.00mm。这意味着每个尖端通常在其在环的主体上的点和其径向最近点之间的径向方向上具有6.5mm的高度，例如6.54mm。这些大小可在实例之间变化，但通常这些尺寸的比率或类似比率可继续适用。

从图5所示的示例可以看出，至少一个尖端，并且通常多于一个尖端，诸如所有尖端，包括在一点处相交的两个(通常是直的)侧面。在一些示例中，该点是尖锐点。点的锐度可以根据两侧相交的角度来理解。在各种示例中，至少一个尖端302的两侧以68.9度(°)的第一角度(在图5中标记为A)(诸如以68.89°的角度)相交。

已经讨论了多个尖端在中和污染物方面可能特别有效。在一些示例中，多个尖端是六个尖端。6个尖端可以是均匀分布的，如上所述。

通过陈述多个尖端是6个尖端，这可能意味着多个尖端包括6个尖端。也就是说，存在至少6个尖端。

然而，设想了其中多个尖端由6个尖端组成的其他示例。也就是说，结构300的环301可以具有恰好6个尖端、仅6个尖端或只有6个尖端。

在放电节点300包括多个尖端和通道303的示例中，则第二径向轴线(即，通道303沿其延伸的轴线)平分在通道303的任一侧上的两个相邻尖端的相邻侧之间测量的第二角度。在图3中标记为B的第二角度在两个相邻尖端的两个相邻侧面之间测量。在各种示例中，第二角度是135.6°，诸如135.63°。

在放电节点300包括多个尖端302的情况下，除了已经讨论的第二角度之外，在相邻尖端之间测量的第三角度在一些示例中为127.6°，诸如127.55°。这在图5中示出为角度C。

在一些示例中，诸如图5所示，相邻尖端305之间的空间是圆形的。这可以帮助避免产生额外的击穿位点。在多个示例中，相邻尖端之间的该区域305具有曲率半径，并且曲率半径为0.5mm。在各种示例中，出于相同的原因，通道303之间的空间也是圆形的。

放电节点300还具有沿轴向方向的厚度。在一些示例中，轴向厚度为1mm，诸如1.0mm。确定结构的轴向厚度的竞争因素是结构完整性和制造成本。1mm厚的结构满足结构完整性的要求，而不会导致过多的制造成本。此外，这允许针对分级DBD装置400中可用的空间最大化放电节点的数量。

转到图6，示出了电场增强结构形式的示例放电节点300以及第一电极304和相对的第二电极310。环301围绕第一电极304布置，并且第一电极304具有圆形横截面。如上所述，介质阻挡体圆筒311提供由导电材料312围绕的支撑。

图4示出了至少一个尖端302的存在限制了放电节点300和相对电极310之间的最小间隙。可以看出，尖端的端部与相对电极310之间的最小距离1(也在图4中标识)小于相对电极310与放电节点上没有尖端的位置之间的最大距离2。

在一些示例中，作为尖端302的尖锐点与相对电极310之间的间隙的最小距离1的尺寸为8mm。

现在考虑端杯，其中一个在图7中总体上以401示出。如上所述，其具有缘42和毂43。毂通过辐条44保持在轮辋中心的预定位置。

在图7所示的示例中，存在三个辐条。虽然在其他示例中可能存在不同数量的辐条，但是我们已经发现，三个辐条在为通道41提供最大可能空间(即，最小化面积阻塞)、鉴于端杯在使用中可能经历的振动而在结构上合理与最小化所使用的材料量之间提供平衡。

三个辐条44围绕缘42和毂43均匀地展开。这允许载荷均匀地分布在辐条之间。

为了允许第一电极304穿过毂43，在各种示例中，毂在其中具有孔(诸如通孔)。在一些示例中，一个端杯中的孔是盲孔。该孔通常具有8.1mm的直径，例如8.10mm。

在若干示例中，端杯具有18mm的深度(相对面之间的距离)，诸如18.0mm或18.00mm。一个面具有由缘42的薄部分环绕的凹部。凹部具有约8mm的深度，诸如8.0mm或8.00mm。凹部被设置为端杯的一部分，当组装分级DBD装置400时，介质阻挡体圆筒311的端部能够定位到该部分中。

在一些示例中，端杯由绿色氧化铝制成。使用这种材料是因为它在一定程度上是电绝缘的，并且具有与介质阻挡体圆筒311类似的热膨胀系数。

端杯401通常被机加工。然而，这些可以通过一些其他方式制造。

在各种示例中，介质阻挡体是石英玻璃，其通常是透明的。在一些示例中，第一电极304是不锈钢，诸如316L不锈钢。在若干示例中，导电材料312是箔，诸如机加工箔。这可以是铝箔或不锈钢箔。如果导电材料作为不锈钢提供，则这通常是316L不锈钢。一些示例性电场增强结构300是不锈钢，例如316L不锈钢。恒力弹簧是镍铬基合金，例如例如X750(以及包含Al、C、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Nb、Ni、S、Si和Ti的合金)。

在一些示例中，第一电极304为约875mm长并且具有约8mm的直径。第一电极304的材料和尺寸以及第一电极如何由端杯401保持，意味着第一电极的弯曲半径在其长度上保持在公差内。在各种示例中，该公差是导致棒与直线的最大偏差高达1mm的弯曲。

存在这样的示例，其中介质阻挡体圆筒311为约800mm长并且具有约38mm的外径，其中提供腔室30的壁的内径为约34mm。在各种示例中，套环31具有靠近圆筒的最近端的一侧，该侧位于距圆筒的最近端约45mm处。套环的相对侧距圆筒的最近端大约51mm。

通常，导电材料312为约690mm长。在一些示例中，这是接地箔，已经发现其比网状材料或涂层更可靠。仅使用五个恒力弹簧作为可由制造这些弹簧的材料制造的材料与附加重量的额外材料、以及将导电材料保持在预定位置(例如抵靠介质阻挡体圆筒311)的能力之间的平衡。

如上所述，放电节点300通常具有约18mm的最大直径，在一些示例中，其提供从每个电场增强结构的最近点到介质阻挡体圆筒的约8mm的最小距离1。如下所述，我们已经发现，放电节点间隔距离3(如图4所示，作为两个相邻放电节点之间的距离)为约15mm，诸如15.0mm或15.00mm是最佳的。

如上所述的爬电距离4在约50mm和60mm之间，例如58mm(包括58.0mm或58.00mm)或51mm(包括51.0mm和51.00mm)。爬电距离对于两端可以是不同的，例如一端为58mm，另一端为51mm。

转向分级DBD装置400的使用和功能，旨在使气体通过分级DBD装置。在第一电极304和导电材料312之间施加电场时，目的是去除通过分级DBD装置的气体的成分。这通过在第一电极和导电材料之间提供等于或高于阈值强度的电场和/或提供等于或高于阈值的电势差以引发介质阻挡体放电来实现。在一些示例中，通过提供脉冲信号(诸如WO 2022/106622中公开的脉冲功率)来实现阈值，并且如下文更详细地阐述。一旦达到阈值，一个或多个放电节点使得仅在装置中的这些分级点中的一个或多个分级点处产生放电。

引起放电的特定阈值由所实现的分级DBD装置400的特定几何形状和尺寸确定。然而，通过具有分级DBD装置，其中由放电节点300提供分级，放电集中在放电节点处，这意味着放电仅沿着装置间隔地产生。其原因在于，放电节点通过提供电场被增强的位置而导致电场的不均匀性，从而降低了启动放电所需的功率。换句话说，放电节点产生放电的异质体积分布。这导致装置中这些周期性点处的峰值等离子体密度。这提供了电离区域。

如上所述，在电离区域中产生等离子体。在电离区域与相邻电离区域之间，其中没有放电节点300与另一电离区域相邻，例如在第一电极301的沿其布置放电节点的部分的端部处，存在复合区域。

当气体通过分级DBD装置400时，电离区域中的等离子体中的活性物质导致气体中的成分分解。这些反应在复合区域中继续，其中等离子体也在复合区域的长度上复合。

由于放电节点300从第一电极301的表面径向向外凸起到腔室30中，因此它们沿着介质阻挡体圆筒311提供部分阻塞。这在气体中引起背压，从而减慢气体的流动。然而，我们已经发现，通过应用放电节点外径、尖端形状和布置与圆筒内径的比率，在背压和气体成分去除之间达到最佳平衡。

我们已经针对其他类似配置测试了根据本文公开的方面的分级DBD装置的性能。该测试的结果在图8至图13中示出。使用来自具有多种污染物的以LNG为燃料的发动机的废气的重复组成，进行多次测试。

组合物包括大约：

甲烷(CH4)：1500ppmv

二氧化硫(SO2)：20ppmv

一氧化碳(CO)：185ppmv

氮氧化物(NOx)：165ppmv

二氧化碳(CO2)：4％-体积

氧气(O2)：14％-体积

水蒸气(H2O)：10％-体积

氮气(N2)：剩余平衡以提供100％

该组成虽然代表来自以LNG为燃料的发动机的排气，但具有显著较低的甲烷浓度(由于其在ppmv范围内，例如高达10,000ppmv、高达5,000ppmv、2,500ppmv或2,000ppmv)。这意味着不期望或甚至不尝试使用已知的技术和系统来去除如此低的起始水平的甲烷。然而，首先考虑图8，这提供了图表600，其示出了使用WO 2022/106622中公开的电源作为电源在具有不同配置的放电装置中实现的甲烷减排。该电源还用于生成稍后曲线图的数据，并且除非另有说明，否则在生成图8中的每个曲线图600的结果时使用相同的设置和条件，示出了与上述第一电极的不同配置的甲烷减排相对于功率和比能量输入(SEI)的变化相关的三个数据集。在图8所示的曲线图中，由十字标记的线601示出了当第一电极形成为直径为16mm的棒时甲烷减排如何随功率变化。应当注意，这是如上面关于图4所讨论的第一电极的直径的典型尺寸的两倍，然而，第一电极和相对电极之间的间隙的尺寸与具有电场增强结构的电极的配置中的相同。

线603示出了当放电装置设置有10个放电节点时甲烷减排如何变化，每个放电节点具有6个尖端，如上文关于图5所述。可以看出，通过在相同的功率和SEI下具有更高的甲烷减排，电场增强结构优于具有16mm直径的棒。

图表600展示了电场增强结构可以优于替代配置的概念的证明。这是因为通过应用这种布置，作为要去除的重要组分的甲烷可以从气体组合物中被有效地去除。

使用与上述相同的气体混合和电源参数，还测试了介质阻挡体圆筒311的不同直径。使用具有12个尖端的放电节点来维持放电节点300与圆筒的内径之间的距离。

图9示出了图表900，其示出了与甲烷去除效率相对于功率的变化有关的四个数据集。四个数据集是介质阻挡体圆筒的38mm(标记为“A”)、42mm(标记为“B”)、46mm(标记为“C”)和50mm(标记为“D”)的不同外径(OD)。从图中可以看出，在30W和更低的功率下，所有圆筒尺寸都类似地工作。在该功率范围内，OD 38mm圆筒表现得比所研究的其他直径略好。然而，在大于30W的功率下，这种轻微增强的性能下降，OD 38mm圆筒的性能明显差于所测试的其他OD直径。

考虑到每个放电节点300上的尖端数量，图10示出了图表700。在图10中示出具有不同数量的尖端的放电节点的变体的甲烷去除效率。将与图9所示结果的测试相同的气体混合和电源参数用于图10所示结果的测试。

图10示出了甲烷减排效率如何针对具有不同数量的尖端、随着放电节点的功率而变化的图表700。特别地，测试了具有6、9、16和19个尖端的放电节点。值得注意的是，从约50W并且更明显地从100W，6尖端变体优于所有其他变体。6尖端变体在约120W下表现出特别高的效率，实现约60％的甲烷去除效率，这比次最有效的变体高约5％。在50W以下，除了9尖端变体以外，放电节点的所有变体具有相对类似的性能，9尖端变体在约40W下下降到其他尖端的性能以下。

总之，图10表明，在所测试的大多数操作功率下，放电节点的尖端数量对甲烷减排的效率提供很小的差异，但是在80W和120W之间的功率下，6尖端变体优于所有其他变体。

基于图10中所示的6尖端变体的结果，预期在该变体中提出每个线流器的更高等离子体能量以触发更高的甲烷去除效率。为了测试这一点，使用与上述相同的气体混合物和与上述关于图8相同的电源参数，将6尖端变体与3尖端变体进行比较。

该测试的结果示于图11的图表800中。图表800示出了对于具有6个尖端的结构和具有3个尖端的结构，甲烷减排性能如何随功率变化。可以看出，由线801表示的6尖端变体在0瓦和100瓦之间优于由线802表示的3尖端变体。在100瓦特和160瓦特之间，它们表现大致相同，并且在160瓦特至200瓦特之间，3尖端变体优于6尖端变体。

图表800示出了增加所形成的线流的能量不一定影响甲烷去除。因此，对于6尖端镖形星，甲烷去除量较高。此外，我们发现在测试期间施加的条件下，尖端的锐度对性能没有显著影响。

除了评估每个放电节点上的尖端的最佳数量之外，还考虑了设定长度上的放电节点的数量和间隔。首先考虑放电节点在设定长度上的间隔，放电节点布置在第一电极304上，相邻放电节点之间的距离为8mm、16mm和32mm。放电节点布置在224mm的电极长度上。

使用放电节点的6尖端变体。图12示出了图表1200，其示出了在功率相对于甲烷去除效率方面的这种评估的结果。具有8mm间隔的放电节点由线1202表示，具有16mm间隔的放电节点由线1204表示，并且具有32mm间隔的放电节点由线1206表示。通常，从图12可以看出，16mm和8mm的间隔是最有效的。然而，由于图12的图表1200中的所有点上的标准偏差小于5％，因此通过改变放电节点之间的距离在性能上没有明显的差异。然而，注意到，放电节点之间16mm的距离导致稍微更高的甲烷去除和较少含氮产物(NOx和N2O)的产生。在不同的电源参数和330C处重复这些评估，并且观察到类似的趋势，确认放电节点间隔距离与温度或电源参数之间没有相互作用。

布置有放电节点的区域的体积和气体停留时间被预期为两个重要的参数，这两个参数预期会影响用于甲烷去除的活性物质的寿命和数量。这在气体流速显著高的更大规模中特别相关，并且气体停留时间的作用至关重要。为了模拟较大尺度的条件，我们减少了放电节点的数量，以在电离区中具有较低的气体停留时间，并研究其对甲烷去除的影响。在一些示例中，这在两个不同的温度(200℃和330℃)下被评估以覆盖设备可以在其中操作的温度范围，并且结果在图13A和13B中的图表1300和1301中示出。

图13A和13B中的图表1300和1301以百分比和ppm示出了功率相对于甲烷去除效率的关系。这些图示出了评估设置的四种变体的结果。在每个图表中，线1310、1311用于一个放电节点，线1320、1321用于两个放电节点，线1330、1331用于五个放电节点，线1340、1341用于十个放电节点。每次评估使用相同的电源参数运行，并且图13A的图表显示了在330℃处进行的运行的结果，图13B的图表显示了使用具有6个尖端的放电节点在220℃处进行的运行的结果。

在图13A和图13B中的图表1300、1301中的每个点的标准偏差小于5％的情况下，这些显示甲烷去除高度取决于温度并且稍微取决于放电节点的数量。较高的温度在所有放电节点数量上在低于30W的功率下触发几乎双重甲烷去除。一般而言，较大数量的放电节点略微改善了330℃处的甲烷去除，但不影响200℃处的性能，除了与单个镖形星相关。图表揭示了需要进一步研究的异常行为。然而，可能的解释是在单个放电节点的尖端上形成高能等离子体流。关于标准行为，在330℃处，在高于20W的功率下，甲烷去除在所有放电节点数量上通常是平坦的，其中去除效率在0W和20W之间增加。该图表还示出，在整个功率范围内，放电节点的数量越大，效率越高。在200℃处，在所评估的大约80W功率范围内将所有单个放电节点布置的去除效率分组在一起。该去除效率通常是线性的，并且在0W和80W之间具有向上梯度。200℃处的单个放电节点具有更陡的梯度，并且在单个放电节点与其他数量的放电节点之间的效率差大于约20％的差异处达到峰值，其中单个放电节点的去除效率高于55％，并且其他放电节点数量的去除效率小于35％。

根据所进行的评估，最佳条件允许分级DBD装置在低功率下操作，同时在甲烷去除方面仍然有效。这些条件是约330℃的气体温度、每个放电节点六个尖端以及在可用长度上尽可能多的放电节点。

这些是不使用任何催化剂的最佳条件。在一些示例中，分级DBD装置与催化剂一起使用。催化剂可以相对于分级DBD装置或在分级DBD装置内采取各种位置。例如，催化剂可以位于分级DBD装置的上游(“等离子体前”)、分级DBD装置的下游(“等离子体后”)或分级DBD装置内(“等离子体内”)。当催化剂位于分级DBD装置内时，催化剂可以位于电离区域和/或复合区域中。

据认为，通过将分级DBD装置与催化剂一起使用，实现了进一步的改进。例如，降低建立放电所需的功率和电压，同时允许从气体中去除CH4。此外，当分级DBD装置与催化剂一起使用时，总效率提高。

分级DBD装置与各种不同的催化剂相容，并且熟悉合适的催化剂。这些可以包括诸如钴、铑、铱、镍(诸如氧化镍)、铜、钯、铂、银、金、锰、铝、钒(诸如氧化钒)、铬(诸如三氧化铬)、锌(诸如氧化锌)、钛(诸如二氧化钛)和钨(诸如三氧化钨)中的一种或多种的成分。催化剂可以是包含CuO和MnO或Al2O3和CuZnO的复合材料。

通常，如果使用或存在，催化剂是钯或铂，因为这些表现出甲烷去除的特定效率。

图2至图7总体上讨论了同轴分级DBD装置。其原理也适用于其他形式的分级DBD装置。这些原理的一种这样的形式适用于基于板的分级DBD装置。图14至17总体上涉及这种基于板的分级DBD装置。

图14中1400处总体示出的是基于板的分级DBD装置。这具有由室1406分开的第一板电极1402和第二板电极1404。腔室提供气体流动路径1408，气体在使用中能够沿着气体流动路径1408通过。

介质阻挡体1410位于第二平板电极1404上，在第二平板电极的腔室侧上。第一电极具有沿着气体流动路径1408的长度以规则间隔隔开的放电节点1412。这些通常是阵列中的(微)针。

在使用中，在图14所示的示例中，第一电极1402被布置为高压电极，并且第二电极1404被布置为对应的低压电极。在合适的条件下，当在电极之间建立电场时，发生介质阻挡体放电。由于放电节点的定位，在放电节点处生成电离区域1414，并且存在与每个电离区域相邻的复合区域。

图14所示的示例的分级DBD装置1400能够以与上述示例如何连接到电源类似的方式连接到电源。这通常是在电极之间建立电场并提供发生放电的适当条件的情况。

图15示出了第二示例性基于板的分级DBD装置1500。代替具有如图14的示例中所示的两个电极，这具有位于两个第二板电极1504之间的第一板电极1502。第一板电极与第二板电极分离，在第一板电极与第二板电极之间提供腔室，通过该腔室提供气体流动路径1506。

在图15所示的示例中，第二电极1504具有位于堆叠中的第一电介质层1508和第二电介质层1509，该堆叠位于各个第二电极和第一电极1502之间。第一电极具有布置在其上的放电节点1510。

在使用中，第二示例性的基于板的分级DBD装置1500能够被提供来自如上所述的电源的电能，以便在高压电极和低压电极之间建立电场。在图15所示的示例中，这些分别由第一板电极1502和第二板电极1504提供。在合适的条件下，能够在电极之间建立介质阻挡体放电。这创建了产生放电的电离区域和其间的复合区域，以允许建立具有活性物质的等离子体并使该等离子体复合。当气体沿着图14和图15的示例性基于板的分级DBD装置1400、1500的气体流动路径1408、1506通过时，与上述示例一样，由于反应由存在的活性物质驱动，气体的成分从气体中去除。这些示例能够实现与上面关于同轴分级DBD装置阐述的那些相同的一般效果。

图16示出了用于基于板的分级DBD装置(例如关于图14和图15描述的那些基于板的分级DBD装置)的示例高压电极1600。该电极具有梯状形状，其中侧轨1602在电极的整个长度上延伸，并且棒1604沿着电极的长度以规则的间隔间隔开并且附接到侧轨。在一些示例中，放电节点被包括在棒上，并且在其他示例中，棒提供放电节点。

我们已经发现，条1604在平行于电极1600的长度的方向上的宽度和条之间的间距影响通过在基于板的分级DBD装置中使用电极而可以从气体中去除的成分的量。这可以从图17中看出，图17示出了图表1700，其指示条之间的间距和条宽度相对于从通过分级DBD装置的气体中以ppm为单位的SO2降低的量度，其中的分级DBD装置包括满足所示参数的电极。

从图17可以看出，最小化棒宽度至约2mm优化了用于气体成分去除的棒宽度。约15mm的另外的棒间距也优化了棒间距。通过组合，这去除最多的SO2，相比于2mm条宽度和10mm条间距的次最佳的条宽度与条间距组合多去除SO2超过2.5％。图17中示出了其他组合，其中条宽度(bw)和条间距(bs)为1mm bw、30mm bs；2mm bw、30mm bs；15mm bw、10mm bs；5mm bw、10mm bs；以及5mm bw、5mm bs。在最大和最小成分去除之间，成分去除量从最小到最大去除增加了25％。使用长度为33cm且宽度为3.3cm的电极和施加的18.4千伏(kV)的电势差进行该测试，以在电极和低压电极之间建立电场。

出于识别的目的，由于最初包括在图17中的颜色，曲线图上的各个条分别由字母“A”至“G”标识，这些字母相对于曲线图右侧的刻度标识。

关于提供脉冲信号，例如WO 2022/106622中公开的脉冲功率，在一些示例中并且如上所述，当使用上述分级DBD装置时，能够使用脉冲系统。这旨在点燃装置中的电极之间的介质阻挡体放电。

用于工业规模DBD系统的高压脉冲功率设备通常采用具有400V至1000V峰值输出脉冲电压的低压脉冲发生单元和具有1:20至1:40匝数比的后续升压变压器，以满足所需的介质阻挡体放电电压水平。

图18中示出了具有常规高压脉冲发生器的单个脉冲的特征电压和电流波形。这示出了现有技术的使用用于对大型DBD装置进行充电的高电压脉冲调制器系统产生的单个脉冲的两个曲线图，一个是电压相对于时间的变化，另一个是电流相对于时间的变化。

可以看到电压曲线图从0V开始，然后脉冲在大约1微秒(μs)内升高到大约22kV的峰值。然后，电压在大约另外1.5μs的过程中从峰值下降到约12kV的水平。然后，电压的降低在大约21μs内减慢到线性降低到0V。

从峰值的下降是由DBD装置和变压器寄生之间的自然谐振引起的。谐振导致振荡开始，可以看到这是在从峰值的下降中发生的。然后通过脉冲停止来停止谐振，从而切断所提供的电压。因此，从该点开始，发生线性放电。如果脉冲没有停止，则循环波形将是可见的。

对应的电流图示出了在约0.5μs内电流从0A增加到约90A的峰值。然后，这在约1μs内下降到约-40A(负40A)，并且在约另外的1μs内回到0A。

电流的变化发生在电压通过其峰值并回到12kV所花费的相同时间段内。介质阻挡体放电大约在电压达到其峰值的点处开始，并且在电压从峰值返回到12kV时结束。从该点回到0V的线性斜率是由于在介质阻挡体放电发生之后脉冲生成单元中来自存储在DBD装置的电容中的能量的能量耗散。

如上所述，由于从DBD装置中的有功功率与视在功率的比率确定的低功率因数PF，即重复循环反应器处的电压所需的大量无功功率和实际传输到等离子体的相对少量的有功功率对实现高功率传输效率提出了基本挑战。

作为示例，根据式3，具有5nF的等效电容和20kV点火电压的DBD装置，为了实现至少1μs的电压上升时间，需要100A的充电/放电电流。如果使用1:20升压变压器，则需要2kA峰值输入电流，并且必须在通过变压器之前由各种电子部件和脉冲发生单元处理。

为了克服其负面方面，我们已经开发了下面详细阐述的示例装置、系统和方法。此类装置能够用于净化废气，诸如上文或以引用方式并入本文的GB 2593786中公开的设备。该装置利用具有一个或多个电场增强结构(诸如亚宏观特征)和电介质部分的功能化电极。电场增强结构暴露于电场，导致来自电场增强结构的电子的场发射以及电介质和相对电极之间的介质阻挡体放电。然后将待净化的气体暴露于那些电子。

短语“功能化电极”旨在表示在其上具有一种或多种结构(例如涂层)的电极，该一种或多种结构具有除了充当电极(即作为阳极和/或阴极)之外的功能方面。

作为说明性示例，图19示意性地示出了该电子照射和介质阻挡体放电净化技术的原理。两个电极(阳极10110和阴极10120)被定位成使得它们彼此面对。在该示例中，电介质部分10125位于阳极上。此电介质部分在阳极的整个表面上提供涂层。

图19中的示例还包括位于阳极10110和阴极10120之间的电场增强结构10130。在该示例中，电场增强结构电连接到阴极。

在一些示例中，电场增强结构是上述电场增强结构或其一部分。电场增强结构还可以包括(其他)亚宏观特征或者是(其他)亚宏观特征的形式，诸如微针、微针阵列和/或一个或多个CNT。这些能够以与下面描述的电场增强结构如何起作用相同或相似的方式起作用和操作。

在使用中，当在阳极10110和阴极10120之间建立电势差时，电场增强结构10130和/或其他亚宏观特征场响应于阳极10110和阴极10120之间的电场的存在而发射电子(e-，e^-)。阳极和阴极之间的电场还引起电介质部分10125和阴极10120之间的介质阻挡体放电(以介质阻挡体放电的形式)。

电极耦合到外壳，以便将电介质部分10125和电场增强结构10130定位在含有待净化的气体(g)的容器10140附近，使得容器的内部可暴露于场发射电子和电介质阻挡体放电。

对于紧凑的布置，阳极10110和/或阴极10120可以附接到容器(例如烟道)的内部，使得电介质部分10125、电场增强结构10130和阴极的表面中的每一个延伸到烟道中，并且介质阻挡体放电和电子穿过烟道的横截面。然而，可以设想许多其他布置。例如，电介质部分和/或电场增强结构和阴极的表面可以位于容器的外部但靠近容器，在容器侧具有允许电子进入的窗口(孔)和介质阻挡体放电能够开始/终止的表面。例如，可以选择这样的布置，以使设备更容易改装到现有的烟道，或者便于维护设备的电介质部分和/或电场增强结构部分。阴极和壳体不需要定位在同一位置。

例如在工业环境中，使用电场增强结构阵列而不是单独的电场增强结构可能更实际。提供多组阳极-电介质-阴极-电场增强结构装置也可能是有益的。这种更大规模的布置可以在烟道中，并且还可以设想具有多组阳极-电介质-阴极-单电场增强结构，或者其中存在单组阳极-电介质-阴极-电场增强结构阵列。

当使用DBD装置时，诸如实现图19中所示的设备的DBD装置，我们已经开发了实现具有变化幅度的高频正弦波形(类似于小波类型波形)的方法。在各种示例中，通过将电感器与提供电容的DBD装置串联连接来生成小波。这形成串联谐振电路，也称为串联谐振槽电路(tank)，其能够在谐振频率下被激励。当使用双极电压脉冲在谐振频率下重复激励几个循环时，这允许DBD装置以高电压转换速率被激励，同时显著减小电流压力，并且降低由功率电子设备处理的峰值功率。因此，在谐振槽电路中实现的电压增益为DBD装置提供高点火电压电平，而不是使用具有高匝数比的脉冲变压器来提供电压增益。因此，谐振槽电路的相关属性是可实现的电压增益和补偿DBD装置的无功功率的能力。

施加若干连续的双极电压脉冲以形成脉冲串允许施加低功率损耗(由下面提到的高效率证明)和更高的脉冲重复频率，并且因此平均功率传输的能力在使用单个脉冲的系统上显著增加。作为示例，通过应用该过程，脉冲重复频率能够在这样的系统上增加至少十倍。这可结合使用碳化硅半导体技术来实现，如下面更详细描述的。

脉冲串的重复频率受到功率电子设备的最大工作温度的限制。通常，脉冲功率转换器设计利用缓慢的热响应。这意味着如果在常规脉冲系统中使用高脉冲重复频率，则耗散的峰值功率将太大而不能保持在功率电子设备的更安全的操作温度内。这在本文描述的示例中通过使用下面描述的脉冲串调制来避免。另外，这通过限制从单个脉冲串产生的放电点火事件的最大数量并且然后具有允许在下一个脉冲串之前发生冷却的周期来避免。

通过实现如关于本文阐述的示例所描述的若干连续双极电压脉冲的脉冲串，即使放电点火事件的数量被限制在一到五之间，这也是在以非常高的效率(诸如约90％效率或更高)提供能量传递的同时实现的。

如图20所示，连续的双极电压脉冲的使用产生了在DBD装置处引发的三种操作模式。在图20中在0μs和时间A之间发生的第一模式是谐振电路的充电。这建立了DBD装置中电极之间的电势差。如上所述，这是通过以谐振槽电路的谐振频率施加连续的双极电压脉冲来实现的。

在图20所示的曲线图中，这可以被视为在一致频率下的正弦波，其幅度对于电压和电流都稳定增加。这导致整流正弦波的瞬时功率水平(作为矩形电压和正弦电感器电流的乘积)具有稳定增加的幅度。图20所示的示例中的模式的持续时间是大约2.5个电压循环、2.5个电流循环和5个功率循环(一个功率循环是从零到峰值再回到零的转变)。在该示例中，电流波形领先电压波形约90°。

在图20的示例曲线图中，第二模式发生在时间A和时间B之间。当电压达到引起DBD的电极之间的介质阻挡体放电的点火或击穿电压(V_th)时，达到该模式。这向等离子体输送功率，并且应该仅持续几个放电循环以实现最有效的污染物减少。在此模式期间，由于谐振槽电路在谐振频率下的持续激励，电压振幅保持高于V_th电平。在曲线图中可以看出，电压和电流以具有一致频率的正弦波继续。波的振幅在该时段的持续时间内略微变化(增加到模式持续时间的大约半途点，然后开始减小)。

图20中所示的示例是基于具有大约3.0nF的电容的DBD装置。电压在约±24kV(正负24kV)处具有峰值，并且电流为±80A。在其他示例中，电容约为1.0nF，但也可以约为45.0nF或更高。

电压和电流幅度模式对于瞬时功率是相同的，瞬时功率仍然是整流正弦波。在图20所示的示例中，峰值瞬时功率为约180千瓦(kW)。

第二模式的持续时间为约1.5个电压循环、约1.5个电流循环和约3个功率循环。

在第一和第二模式期间，通过向谐振槽电路提供功率来激励谐振槽电路。在第三模式期间，激励停止，并且谐振槽电路通过泄放(draining)而放电。在一些示例中，通过从槽电路回收能量来主动地对槽电路进行放电。被动放电也是可能的。

由于停止激励并且提供放电路径，在第三模式中，电压、电流和功率减小到零。在图20中的示例曲线图中，从时间B以后示出了第三模式。如在第一和第二模式中，电压和电流遵循具有一致频率的正弦波形。功率继续是整流的正弦波。在电压的约2.5个循环和电流的约2.5个循环的时段内，电压和电流的振幅朝零减小。

图20所示的功率图与谐振槽电路被动放电的示例一致。这可以通过瞬时功率被反转以便成为整流正弦波来看出，但是峰值是负值而不是如在第一和第二模式中的正值。功率的振幅在约五个循环内减小到零。

这三种模式形成通过激励谐振槽实现的脉冲串形式的小波脉冲功率过程。使用该过程实现的功率传输的持续时间由将该激励脉冲串提供给谐振槽电路的时间长度确定。这仅是激励脉冲串的一个参数，其由实现脉冲串的电路来确定。图22、图23和图24示出了能够用于实现一个或多个脉冲串的示例电路。

施加到谐振槽电路的激励的示例在下面的图29中示出。如该图中可见，在各种示例中，激励采取方波电压波形的形式，该波形包括一起形成脉冲串的多个连续的单独脉冲。这在谐振槽电路中感应出正弦电流(图29所示的电流波形)，并在图20所示的DBD装置处提供波形。

虽然图29没有示出介质阻挡体放电阈值，或者具体地包括分隔第一、第二和第三模式的标记，但是在这些图中可以看到第三模式开始的位置。在图29中的时间D处，可以看出，电压波形在最大正值处具有峰值，该峰值具有比波形中的其他峰值更短的持续时间。这由于从第二模式到第三模式的转变而发生。此时，激励停止，意味着不再主动向谐振槽电路和DBD装置提供电压。

取决于在该阶段采取的动作，诸如使用主动能量回收还是被动能量回收，这导致电压波形中的相移。在用于产生图29的模拟中使用被动能量回收，因此，所施加的波形的变化是由H桥二极管中的电流续流引起的。在一些示例中应用的替代主动能量回收手段是使得功率被耗尽的180度相移。下面连同提供H桥的示例逆变器一起更详细地描述这些过程。

在各种示例中，在根据本文公开的方面的示例中，在最大数量的放电点火事件之后应用到第三模式的转变。多个示例将放电点火事件的最大数量限制为仅单个放电点火事件，或者限制为高达约五个放电点火事件。当仅单个放电点火事件被用作最大数量时，或者在以较大的最大数量的最后放电点火事件之后，直接在最大数量的放电点火事件已经发生之后(诸如紧接在其之后)发生第三模式转变。

就施加到DBD装置的示例激励如何转化为放电而言，这通过图21中所示的曲线来证明。这示出了上部曲线图和下部曲线图。上部曲线图是电压相对于时间的曲线图，并且下部曲线图是电流相对于时间的曲线图。

图21的上部曲线图示出了实线和虚线。实线是正弦波的形式，其在时间零处最小。在该示例中，该线对应于施加到DBD装置两端的电压。虚线是正弦波的形式，其最大和最小峰值被截断为平顶(plateau)。与施加的电压曲线一样，这在时间零处最小，并且在该示例中，对应于放电间隙两端的电压。

间隙电压的幅度小于所施加的电压幅度。随着施加的电压向正转变，间隙电压增加。在所施加电压的循环的约八分之一之后，间隙电压变为正。就在所述循环的第二八分之一结束之前，间隙电压的幅度达到阈值。在图21中，这发生在时间α。在图21中，保持该平顶直到施加的电压在时间γ达到最大值。在时间γ，该过程自身重复，但极性反转，并且只要所施加的电压继续，就继续在正方向和负方向上的移动之间切换。

与上述第一、第二和第三模式相比，间隙电压的上升对应于例如在第二模式期间的第一电压下降之后的第二模式期间的电压上升。由此可以理解，放电能够在该时段期间发生，并且因此，间隙电压曲线中的平顶是由于达到阈值电压。

图21的电流曲线图示出由间隙电压引发的间隙处的电流。在时间零处，这具有近似零的幅度。这以正弦波的形式增加。如果间隙电压未达到阈值电压(诸如如果图21的曲线图表示第一模式或第三模式期间的电压和电流)，则如图21中的电流曲线图中的虚线所示，正弦波将不间断地进行。然而，在时间α，由于已经达到阈值电压，点火发生。这导致放电间隙中的介质的电离和放电开始。

从时间α，间隙电流快速增加到时间β处的峰值，其对应于所施加电压的零交叉点。由于时间α几乎在所施加的电压循环的四分之一循环的末尾，因此相对于电流曲线的循环，这是非常短的时间段。然后，从时间β开始，电流以正弦方式在时间γ减小到零，此时它返回到其原始形式和幅度范围。该循环与间隙电压和施加的电压并行地继续。

由此可以看出，电流的幅度简单地增加到放大水平。

图21的主电流图示出了时间α和时间γ之间的连续曲线。如上所述，这是放电发生的时间。因此，该时段能够被认为是宏观放电时段，并且时间α是放电点火事件发生的时间。然而，如图21的电流图的放大部分所示，电流曲线不具有连续的形式。取而代之，曲线由许多电流尖峰组成，这些电流尖峰非常接近，以至于它们使得曲线看起来是连续的。每个尖峰表示微放电或瞬态细丝(filament)，其从电极之一上的单个点(诸如从图19所示的电极10120上的电场增强结构10130)开始。正是这些细丝中的每个细丝提供了在相对的电极(一个电极10110当然在其上具有电介质层10125，如图19所示)之间的导致电流尖峰的连接，因为细丝提供放电间隙之间的电流路径。由于这些微放电使间隙中的介质电离并将高能电子传递到介质中，因此存在足够的能量来驱动化学反应，例如使介质中的污染物分解的化学反应。

在图22、图23和图24中的每个图中以10001总体示出的是用于提供介质阻挡体放电的示例系统的电路图。该系统包括DBD装置10010，也称为DBD反应器。

DBD反应器10010在图22、图23和图24中的每个图像中由模型表示。该模型是具有在使用中提供电压V_th的功率输入(也称为电源)的二极管桥。DBD装置的电极在模型中被示为连接在二极管桥两端。

电极(具体地，电极之间的间隙，其可以被称为“介质放电间隙”)和安装到电极中一个电极的介质阻挡体在图22、图23和图24中由电容器10012表示。这是因为当表示为电路时，间隙和介质阻挡体提供给系统的电学功能是电容。

由介质放电间隙提供的电容被示出为直接连接在二极管桥两端。由介质阻挡体本身提供的电容被示出为在一端连接到与由间隙提供的电容并联的二极管桥。由介质阻挡体提供的电容的另一端不连接到二极管桥。这替代地连接到驱动电路，该驱动电路被布置成驱动电极之间的间隙两端的介质阻挡体放电。

虽然由图22、图23和图24中的模型表示，但是DBD装置10010的电容主要由介质放电间隙中的介质(通常是气体，例如空气)的电容确定。这通常是由于介质的介电常数为约1并且电介质材料显著高于1，例如在约3和6之间(当在约20摄氏度和约1kHz下测量时)。由于介质和电介质串联连接，因此占主导地位的电容较小，因此，由于这些相对介电常数，DBD装置的有效电容由介质控制。

此外，间隙中的介质的电容的贡献是近似恒定的，并且不取决于间隙中的介质的成分的温度。因此，该“气隙”电容近似恒定，因为如下面更详细地解释的，在根据本文公开的方面的示例中使用的脉冲串将放电点火事件的数量限制到该电容发生最小变化的程度。然而，对于已知的谐振系统不是如此。这是由于放电的扩展性质导致介质的电容偏移，或者介质具有不同的性质，诸如当使用表面介质阻挡体放电装置时。

驱动电路在图22、图23和图24中分别以10020、10020'和10020”示出。驱动电路具有连接到逆变器10030的电源10022。在这些图的示例中，电源由DC电源提供。在所示的示例中，这是DC链路电压源V_dc。

在图22和图23所示的示例中，逆变器10030具有连接在其两端的电路回路。该电路回路具有到DBD装置10010的电极的连接，该连接串联连接在由介质放电间隙和介质阻挡体提供的电容两端。这使逆变器两端连接的电路回路闭合。

图24所示的示例中，逆变器10030具有连接在其两端的变压器10050。在这种布置中，变压器的初级侧10052连接在逆变器两端。变压器的次级侧10054具有到DBD装置10010的电极的连接，该连接串联连接在由介质放电间隙和介质阻挡体提供的电容两端。

在图22、图23和图24中的每个图的示例中，DBD装置10010的电容两端的连接以及连接该电容两端的能力使得驱动电路10020是与DBD装置分离的电路，并且在一些示例中是可分离的电路。

在图22和图23所示的示例中，当驱动电路10020、10020'如上所述连接到DBD装置10010时，在逆变器10030与由介质放电间隙和介质阻挡体提供的电容器10012之间形成谐振槽电路10040。在该示例中，谐振槽电路的电感由与电容串联连接的电感器10042提供。一些电感也将由谐振槽电路的布线提供。逆变器为谐振槽电路提供电源。

在图24所示的示例中，当驱动电路10020”如上所述连接到DBD装置10010时，在变压器10050与由介质放电间隙和介质阻挡体提供的电容10012之间形成谐振槽电路10040。谐振槽电路的电感由电感器10042提供，电感器10042与变压器的次级侧10054串联连接，并且电容与图24中由附图标记10056处的电感器L_σ表示的变压器的杂散/漏电感相结合。这在图24中被示为在来自逆变器10030的输出和到变压器的初级侧10052的输入之间与变压器串联连接。

图24的示例中所示的变压器10050还具有在图中由附图标记10058处的电感器L_m表示的磁化感应，电感器L_m与变压器的初级侧10052并联连接。

除了基于变压器10050中的匝数比提供电压和电流的阶跃变化之外，变压器还提供电流隔离。这抑制了从逆变器10030到谐振槽电路的变压器两端的电磁干扰。常规磁芯变压器能够用于各种示例中。在其他示例中，能够使用空芯变压器(Air-Core Transformer，ACT)。与常规(即磁芯)变压器相比，ACT可以在绕组之间具有非常低的耦合(例如40％，而不是通常在磁芯变压器中的98％)。这导致比在常规变压器中更高的漏电感。然而，这在一些示例中是期望的，因为它允许驱动电路作为整体的若干期望功能被并入单个部件中，即用于安全和EMI抑制的电流隔离(因为变压器提供噪声阻挡)、升压和谐振电感(如下面更详细讨论的)。这些功能也能够由常规变压器提供，但在一些示例中延伸较少。

更详细地转向逆变器10030，在图22和图24所示的示例中，逆变器由H桥提供。H桥具有提供两个高侧开关S₁₊和S₂₊以及两个低侧开关S_1-和S_2-的四个开关10032。在图23所示的示例中，逆变器由半桥提供。这具有两个开关10032和两个电容器10034，其中开关提供一个高侧开关S₁₊和一个低侧开关S_1-。

在图22至图24所示的示例中，逆变器10030的开关10032由晶体管提供。这些是这些图中所示的示例中的碳化硅MOSFET。在其他示例中，每个开关能够由MOSFET来提供，诸如n型MOSFET、硅MOSFET；或者由其他类型的电子开关来提供，诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)(诸如硅IGBT)、结型场效应晶体管(IFET)、双极结型晶体管(BJT)或高电子迁移率晶体管(HEMT)(诸如氮化镓(GaN)HEMT)。

在图22和24所示的示例中，电容器10024与逆变器10030和电压源10022并联连接。这为驱动电路10020提供了DC链路电容。在图23所示的示例中，该电容由半桥逆变器的电容器10034提供。

如图25所示，该系统用于向谐振槽电路提供电脉冲串，并在脉冲串之后禁止向谐振槽电路输电。还存在调制功率特性的步骤，以便在提供另一脉冲串之前修改脉冲串，并且在放电点火事件之后从谐振槽电路回收能量并存储能量。虽然存在能量回收不包括在该过程中的示例，但是通常能量回收包括在该过程中。然而，调制功率特性的步骤是可选的。下面更详细地阐述该过程的细节以及功率调制和能量回收过程的进一步细节。

在系统10001的使用期间，供应给DBD装置10010的功率需要至少达到介质阻挡体放电电压电平(V_th)。这是为了刺激放电间隙两端的介质阻挡体放电所需要的。图22、图23和图24中所示的用于DBD装置的模型电路示出了当达到V_th时装置接受功率和间隙两端的电压钳位的能力。这些图中所示的DBD电压源吸收的功率由乘积V_th和谐振槽电路中施加的电流(当二极管导通时)给出。因此，当间隙两端的电压超过V_th时，DBD装置的模型电路中的对应的一对二极管导通，并且功率被传输到图中描绘的(模型)V_th电压源，表示到等离子体的功率传输。在该模型中，每当发生介质阻挡体放电时，间隙两端的电压被钳位到V_th。

提供介质阻挡体放电电压的功率由驱动电路10020作为脉冲串提供。由脉冲串提供的功率以大约800V的水平从DC链路电压源10022汲取。这被供给到逆变器10030。在其他示例中，当使用碳化硅MOSFET时，由DC链路电压源提供的电压高达900V，并且当使用1.7kV额定碳化硅晶体管时，可以更高，诸如1.2kV至1.3kV。

为了启动脉冲串，当使用图22所示的示例中的系统时，当从DC链路电压源10022汲取功率时，H桥然后用于激励谐振槽电路10040。在该示例中，这是通过H桥在脉冲串的前两种模式的持续时间内输出100％占空比方波电压来实现的(如上面关于图20所阐述的)。

H桥的开关10032被布置成以如下的开关频率提供输出，该开关频率被调谐成以谐振槽电路的谐振频率来激励谐振槽电路10040。这使得H桥仅处理实际功率。为了最小化开关损耗，略高于谐振频率的操作对于实现开关的ZVS是可行的。

如上面关于图20所阐述的，一旦谐振槽电路10040中的电压电平达到V_th，谐振槽电路10040的激励就引起介质阻挡体放电。这将功率传递到DBD装置10010中的电极之间的等离子体中。

当脉冲串的第二模式结束时，开关10032断开。当使用如在图22至24中所示的示例中的晶体管时，这通过断开除了晶体管体二极管(或外部反向并联的二极管)之外的晶体管来实现，这些晶体管体二极管保持激活，或者通过使逆变器10030两端的桥电压(v_FB)相移180度(°)来实现，以便分别被动地或主动地回收存储在谐振槽电路10040中的剩余能量。

回收的能量被传递到DC链路电容器10024(当使用图23中所示的示例驱动电路10020'代替图22中所示的示例驱动电路10020或图24中所示的示例驱动电路10020”时，这对应于逆变器10030的电容器10034)。这通过经由前一段中描述的被动或主动回收的功率流的反转来实现。这允许该能量有助于用于下一脉冲串的能量。

如上所述，通过在第二模式结束时(即，当要结束介质阻挡体放电时)简单地断开逆变器10030中的晶体管来实现被动的电能回收。由于电路在H桥或半桥中的布置，这去除了通过晶体管的所有电路路径，并留下了通过晶体管体二极管的路径(如图22、图23和图24所示，其提供了晶体管两端的连接)。如图22、图23和图24所示的谐振槽电路相对于二极管的连接允许能量在晶体管被断开时流过二极管并进入DC链路电容器10024、10034。

取而代之，通过利用晶体管在第二模式下在逆变器10030的输出中提供从输出的相位的180°相移来实现主动的电能回收。代替如在主动的电能回收期间发生的允许能量流入DC链路电容器10024、10034，这将能量驱动到DC链路电容器中。

谐振槽电路的品质因数(Q)等于介质放电间隙两端的电压(v_dbd)与谐振频率下的电桥电压的电压增益(即，Q＝v_dbd/v_FB)(没有变压器或单位匝数比，这将使品质因数为Q＝v_dbd/(v_FB/n)，其中n是变压器的匝数比；使用变压器时的总增益也将根据变压器升压加上谐振增益来确定)。谐振槽电路的有效电压增益由向电路提供阻尼的连接DBD装置的电极的导线和磁性部件的寄生电阻所施加的功率损耗来确定。与使用谐振转换器的已知系统不同，在根据本文公开的方面的示例中，有效电压增益不是由输送到等离子体的实际功率确定的，因为在谐振槽电路的充电期间没有发生放电。为此，Q的实际值大于40允许来自800V DC链路输入电压的高于30kV的介质阻挡体放电电压，而不明确需要升压变压器。

因此，可以理解的是，一旦功率被DBD装置中的放电点火事件的开始吸收，较低的电压增益就可能由于这种阻尼和Q值偏移而引起自淬灭效应。然而，由于仅需要来自每个脉冲串的几个放电点火事件(诸如在一个到大约五个放电点火事件之间)，并且由于在谐振槽中存在足够的动量(存储的能量远大于由放电吸收的能量)，这不会对根据本文公开的方面的示例施加任何实际挑战。另一方面，已知的谐振转换器被配置用于由等离子体的连续功率吸收产生的相对低的电压增益，并且因此需要高的升压变压器匝数比，并且被设计为具有高的升压变压器匝数比。

介质放电间隙两端的电压由介质放电间隙的电容确定。这由电介质的电容和间隙本身的电容组成。在图22、图23和图24的示例中，电介质的电容(C_diel)通常远大于间隙的电容(C_gap)。例如，C_diel通常比C_gap大至少十倍。这还给出了间隙(V_gap)两端的电压与电介质(V_diel)两端的电压的至少10的电压比。

可以使用图23所示的示例的驱动电路10020'以对应的方式应用回收能量的过程。当使用图24所示的示例的驱动电路10020”时，可以使用与能够应用于图22所示的示例的驱动电路10020相同的过程。

由DC链路电源提供的功率是在脉冲串重复间隔上平均提供给驱动电路的功率。在谐振槽电路充电期间在DC链路电容器和谐振槽电路之间交换的能量、在介质阻挡体放电期间的电能传输以及谐振槽电路放电通常导致DC侧电容器两端的电压纹波。通过介质阻挡体放电将功率传递到等离子体的间隔也促使产生DC链路电压纹波。

在图24所示的示例中，变压器10050提供约1:1到1:10之间的升压比。常规脉冲功率电路的这种较低的升压比(其示例升压比在上面阐述)允许限制通过变压器的初级侧10052的电流。当使用1:1的比率时，这仅提供电流隔离，而不是当使用较高的升压比(诸如1:10的升压比)时提供电流隔离和电压升高。

在图24的驱动电路10020”中使用的电感器10042可以位于变压器10050的初级侧或次级侧。然而，通过将电感器定位在次级侧(并且因此高压侧)上，如上所述，能够降低变压器的kVA额定值。然后可以直接补偿DBD装置10010的无功功率。在这种无功负载匹配条件下，只有有功功率被变压器处理。

由变压器10050施加的电流隔离减少了接地电流，接地电流是在DBD装置10010的电极与任何周围金属外壳之间的寄生电容中流动的电流。这有助于满足电磁兼容性(EMC)限制。

每个小波脉冲串的持续时间确定介质阻挡体放电点火事件的数量。从图26可以看出，对于给定的V_dc，激励周期的数量n_p(即频率循环)定义了小波脉冲串的有效持续时间，以及在谐振槽中达到V_th的情况下介质阻挡体放电点火事件的数量。因此，这决定了每个脉冲串转移到等离子体的能量的量。

通过将电桥支路开关频率从谐振频率移开来调整实际功率。这可以通过将开关频率增加到谐振频率以上或将开关频率降低到谐振频率以下来实现。这导致v_FB和桥电流i_FB之间的相移，从而降低了传递到DBD反应器的有功功率。

通过采用这种方法，降低了高电压增益，并且无功功率的处理增加。为了维持高电压增益并最小化无功功率的处理，取而代之，根据本公开的各方面，逆变器10030能够被布置为在使用中提供接近谐振频率的激励。这通过保持v_FB和i_FB之间的相移接近于零来实现。通过改变小波脉冲串的重复频率(即，小波脉冲串被用于激励谐振槽电路以引起介质阻挡体放电的频率)来调整平均功率。这允许实现非常高的部分负载效率，因为谐振槽电路总是在其谐振下操作，因此几乎没有无功功率的处理。

如上所述，脉冲串的长度是可变的。在图26中可以看到一个持续时间的脉冲串。图26中所示的脉冲串是短脉冲串，诸如由于其产生两个和四个之间的放电点火事件而能够与根据本文公开的方面的示例一起使用的脉冲串。

在图26中，脉冲串由诸如图22或图24所示的示例驱动电路生成。在该图中所示的两个曲线图中，一个曲线图示出了H桥逆变器10030内的开关10032的状态。这些开关处于关断状态(“0”状态)或导通状态(“1”状态)。通过成对地操作这些开关，在DBD装置处能够产生图的下部曲线图中所示的波图案。

开关对是与S_2-开关配对的S₁₊开关和与S₂₊开关配对的S_1-开关。在脉冲串的前两种模式期间，每对的开关(即，各个开关对内的两个开关)同相操作，使得每个开关处于与该对的另一个开关相同的状态。在脉冲串的前两个模式中，开关对进行异相操作，这意味着当一对开关处于一个状态时，另一对开关处于另一状态。

与逆变器的常规情况一样，在开关S₁₊和S_1-从一个状态切换到相反状态之间存在“死区时间”或“互锁时间”。该死区时间是两个开关都断开的时间段。该时间段通常是几百纳秒。该时间段被提供为安全间隔，以避免DC链路电源意外短路，因为这将导致系统内的灾难性故障。

通过使开关对S₁₊和S_2-处于导通状态并且开关对S_1-和S₂₊处于关断状态，这导致正电压增加。通过使状态反转，因此使开关对S₁₊和S_2-处于断开状态并且开关对S_1-和S₂₊处于导通状态，这导致负电压增加。通过交替这种布置，产生如图26的下部曲线图所示的正弦波形，其中波形的频率由每个开关对处于导通状态和关断状态的时间长度确定。

在图26中，每个开关对操作七个通断循环，其中S₁₊和S_2-对是处于导通状态的第一对。这产生持续时间为约40μs且电压为至少V_th的脉冲串持续约1.75个循环。当开关对开关循环停止时，脉冲串的第三模式发生，直到电压返回到0V。另外，在图26所示的脉冲串中，每个脉冲串的第一模式和第三模式具有大致相同的持续时间。

图27示出了用于改变传递到等离子体的功率量的机制。如上所述，用于改变传送到等离子体的功率量的另一机制是改变脉冲串的频率(即，每单位时间的脉冲串的数量)。这被称为重复频率(f_r)。在图27的三个曲线图中示出了三个不同的功率传输水平。

图27中的每个曲线图示出了大约200μs的时间段。在低功率传输速率下，诸如在图27的底部曲线图中，可以存在一个脉冲串，从而限定约5kHz的f_r(相当于200μs的倒数)，其中每个脉冲串具有约40μs的持续时间。在图27中的该曲线图上方的曲线图中，f_r为约10kHz(相当于100μs的倒数)，脉冲串持续时间为约40μs。该第二曲线图提供中等功率传输速率。(非常)高的功率传输速率由图27顶部的曲线图(第三曲线图)例示。在该第三曲线图中，f_r为约18kHz(相当于55μs的倒数)，脉冲串持续时间为约40μs。在这三个曲线图中的每一个中，由于每个脉冲串的电压幅度的增加然后减小是能够确定的，因此脉冲串是能够彼此区分的。对于每个脉冲串，当电压增加到至少V_th时，发生介质阻挡体放电。然后，随着电压降低到V_th以下，介质阻挡体放电停止。

系统10001内的参数可以随时间和/或在使用期间变化。例如，反应器的有效电容受工艺参数(例如温度、湿度、气体流速和其它性质)的影响。因此，结合DBD反应器10010和驱动电路10020、10020’、10020”使用用于监测和响应的反馈机制。这是以如在图28中总体上以10200示出的控制器的形式提供的，该控制器在使用中连接到驱动电路。

根据各种示例，控制器能够调节输送到DBD反应器10010的平均功率。这可以通过改变脉冲串中的脉冲数量和/或脉冲重复频率(即脉冲串内的脉冲的重复频率)和/或脉冲串重复频率来实现。在一些示例中，控制器能够跟踪谐振槽电路的谐振频率。如所指出的，共振频率可以由于通过反应器的流体的条件而改变，并且当功率被传递到气体时也改变。固有频率也可以是阻尼或无阻尼固有频率，其影响可以与所跟踪的频率进行比较的任何频率。在一些示例中，能够在脉冲串的持续时间内调整谐振槽电路的输入的频率，例如在脉冲串的每个单独脉冲之后更新频率。谐振槽电路的输入的频率也能够在脉冲串内保持恒定，并且仅在连续的脉冲串之间进行调整。

下面阐述使用控制器10200的示例监测和响应过程。控制器10200具有相位检测单元10210。相位检测单元连接到逆变器10030的输出。这允许相位检测单元测量v_FB和vi_FB，从而通过监测这些参数来获得反馈。根据这些测量结果，相位检测单元能够计算相位角然后，该单元可以在脉冲串的n_p个激励时段上对相位角进行平均，以提供脉冲串平均相位的输出。

在一些示例中，通过检测电流i_FB的过零(ZC)相对于电压v_FB的点从负切换到正的点(诸如时间)来实现的测量。虽然可以将ZC用于相对于电流的电压，但是由于电压是由控制器10200确定的逆变器10030中的开关动作产生的，因此可能不需要这种电压ZC测量，因为它可以被重建。存在与此以及电流ZC的使用密切相关的其它方法，其可直接用作反馈手段。因此，诸如本文所述的相位控制方法能够但不需要依赖于ZC检测。

如图29所示，能够从由方波表示的v_FB的零交叉点的时间X处的开始时间与电流i_FB的时间Y处的零交叉点的时间的差计算。图29中由时间C和时间D之间的时间窗口指示的脉冲串平均窗口(<·>_w)是相位角被平均的时间段。从时间C到时间D的时间段开始于脉冲串开始的开始处(即，当谐振槽电路的激励开始时)。该时间段延伸通过谐振槽电路充电的时间段直至达到点火电压振幅(V_th)的点(即，当介质阻挡体放电开始时)，从而允许发生功率传输。该时间段在激励停止时结束。

停止激励以便停止发生放电点火事件。这将放电点火事件的数量限制为期望的放电点火事件的最大数量。在一些示例中，停止激励的点是基于脉冲串中的脉冲数量与脉冲串期间的激励时段的预设脉冲数量的比较来确定的。然而，在多个其他示例中，代替基于多个脉冲布置进行操作，使用检测何时发生放电点火事件的布置。检测到第一次(以及可能的后续放电点火事件)发生允许在随后的时段内发生的放电点火事件的数量是已知的、计算的或预测的，并且是一次。这允许在已经达到最大数量的放电点火事件时停止激励，无论是一个、两个、三个、四个、五个还是另一数量的放电点火事件。

为了检测何时发生放电点火事件，发生相移的检测。在各种示例中，这是对瞬时相位的检测，而不是如关于图28在上面和下面阐述的，在调制脉冲串中的脉冲的频率以跟踪谐振频率时通常使用的平均相位。该检测到的相移是在H桥端子处测量的电压-电流相移。在谐振槽电路的充电期间，端子处的电压和电流之间存在接近于零的相位差。然而，一旦放电点火事件发生(即，等离子体点火)，由于由“被点火的”DBD装置施加的电容的增加，谐振频率存在偏移。可以通过监测对应的相移来立即检测该谐振频率偏移。

在多个示例中，能够使用控制器10200(诸如通过使用相位检测单元10210)来进行该监测。如上所述，在这样的示例中，这连接到逆变器端子。

在最大数量的放电点火事件是一个放电点火事件的示例中，一旦检测到第一放电点火事件，就停止激励。在放电点火事件的最大数量较高(诸如高达约五个)的示例中，能够通过对后续脉冲的数量进行计数并使每个脉冲等于例如一个放电点火事件来停止激励。可替代地，通过继续监测相位并通过放电点火事件对逆变器端子处的电压-电流相位的影响来识别每个放电点火事件何时发生，能够实现识别进一步的放电点火事件。

在各种示例中，相位检测单元10210由模拟电路提供。在其他示例中，相位检测单元使用现场可编程门阵列(FPGA)数字地实现。

使用相位检测单元10210的FPGA或另一(这样的)数字实现，能够实现比使用模拟电路时更大的灵活性，这样的灵活性包括通过升级软件来改变控制器，而不需要设计新的物理电路并在需要升级时替换现有电路。

FPGA或模拟电路的使用还允许在脉冲串中的每个脉冲循环之后通过控制器10200计算和馈送相位角。以图29为例，这样的循环是v_FB方波的单个循环和/或i_FB波的单个循环。这提供了更高性能的系统，因为它允许图28所示并且下面将更详细地提供的PI控制器230确定新的频率设定点，从而允许在脉冲串的持续时间期间对脉冲串进行调整。相反，通过使用脉冲串平均窗口，PI控制器仅可能提供用于调整下一脉冲串的特性的输入，而不是当前正在进行的脉冲串。

一旦计算出控制器10200就将其与相位参考值进行比较。从控制器10200的图28中的10220处所示的过程控制单元提供这源自通过DBD装置10010的气体的性质。图28所示的性质是NOx的量、SOx的量、CH₄的量、湿度百分比(％H₂O)、流速(升/分钟，l/min)和温度(℃)，在该示例中，它们作为输入提供给过程控制单元。这通过监测通过DBD装置的气体的性质和含量来提供进一步的反馈。尽管在图28中未示出，但是也可以包括一定量的一氧化二氮((N₂O)作为过程控制单元的输入。

在该示例中，图28中的过程控制单元10220的量输入(诸如NOx、SOx、CH₄和/或N₂O的量)以百万分率(ppm)提供。在其他示例中能够使用不同的测量单位。

如作为图28中的过程控制单元的输入的“…”符号所示，气体中的其他成分的量也能够被监测并作为输入提供。

预期存在于气体中的一些或每种组成化学品的期望量被提供给过程控制单元10200。这允许将数量输入与每种相关化学品的期望数量进行比较。然后使用数量输入与期望数量和/或数量输入之间的任何差异和/或一个或多个其他气体属性来确定过程控制单元的输出。

在图28所示的示例中，输出包括表示最佳相位角。这通常接近于零(诸如在约0°)处，或者如果施加零电压开关(ZVS)，则相位角为约+5°至约+15°。

和之间的比较的输出是根据所监测的来自逆变器10030的输出而计算的相位角中的误差该误差被输入到补偿器，如图28中的比例积分(PI)控制器230所示。PI控制器基于来计算频率变化(Δf_s)。

能够用于确定的贡献因子是基于相位角以及逆变器输出频率相对于谐振频率如何移动相位角而能够获得的增益。

在根据本文描述的各种示例的驱动系统中，实现的增益因子(简单倍数)通常在约30倍和约50倍之间。这对应于从DC链路电源10022处的约800V输入到介质放电间隙处的介质阻挡体放电阈值的约30kV的增益。这对应于约30至约34分贝(dB)的增益。

控制器10200基于到过程控制单元10120的输入将Δf_s添加到从该单元输出的标称谐振频率前馈项(f_sff)。这提供了频率设定点(f_s*)。

过程控制单元10220还基于单元输入和由过程控制单元进行的处理来输出f_r设定点(f_r*)和n_p设定点(n_p*)。f_s*、f_r*和n_p*由控制器10200提供给调制器单元10240。调制器单元使用这些来生成用于逆变器10030的开关的开关信号，以调制提供给谐振槽电路10040的激励。当逆变器是H桥时，这些开关信号是用于四个开关中的每一个的开关信号(如图28的示例控制器所示)。当逆变器是半桥时，这些开关信号是用于两个开关中的每一个的开关信号。

在示例系统中通常应用的开关频率在约100kHz和约10MHz之间。f_r*通常在约100Hz至50kHz的范围内。在各种示例中，后一参数也是控制器10200操作的速率(即，控制器使用和更新各种参数的速率)。与使用更高的操作速率相比，这降低了控制器的性能要求。

系统10001能够与多种不同尺寸的气流一起使用，例如各种尺寸的发动机和锅炉。因此，存在这样的示例，其中应用上述驱动电路10020、10020'、10020”和控制器10200的排气净化系统或其他系统以模块化方式实现。

在这样的示例中，存在沿着气流串联连接的多个DBD装置10010。通常为每个DBD装置提供驱动电路10020、10020’、10020”。如图30所示，能够实现全局控制器101000。这应用与关于图28描述的控制器10200相同的过程，并且使用相同的部件。从每个驱动电路提供用于相位检测的输入。气体的属性被输入到全局过程控制单元101020中。为每个驱动电路提供调制器单元10240以驱动每个驱动电路的逆变器的开关。因此，提供给图28所示的调制器单元10240的相同类型的各个设定点从全局控制器提供给相应的驱动电路。这提供了对每个驱动电路的定制控制。调制器单元10240的数量由驱动电路的数量确定。因此，数量根据被处理的气流的大小而变化。

当使用多个驱动电路时，存在单个DC电源被布置为向所有驱动电路供电的示例。在其他示例中，每个驱动电路具有其自己的DC电源。在具有单个DC电源的示例中，单个AC/DC整流器能够向每个单独的驱动器供应DC功率，从而提供一个DC链路电源。作为具有其自己的DC电源的每个驱动电路的示例实现，每个驱动电路能够配备有单独的AC/DC整流器和三相AC电压源。在这样的示例中，DBD装置10010通常并联电连接，同时在气流中仍然串联连接(即，沿着气流路径顺序地连接)。

当然，通过具有多个驱动电路，各种示例具有多个DBD装置。由于这些并联布置，这导致系统10001的总电容随着每个DBD装置的电容之和而增加。这允许实现例如高达45.0nF并且可能高达1.0nF的电容。

当使用系统10001来应用使用升压变压器的示例时，诸如在图24所示的示例中，在变压器10050的磁化电感10058和DBD装置10010之间可能发生振铃。

振铃发生在脉冲串之间的定时器间隔中。这可以在图31a中被视为下曲线图中的两个脉冲之间的波。这是由于可以在电路内建立的驻波。

为了最小化振铃，在一些示例中引入“续流”间隔，而不是使所有开关在脉冲串的第二模式的结束与下一脉冲串的开始之间处于关断状态。

这种续流间隔在图31b的上部曲线图中示出。在该曲线图中，可以看出，在图31b的下部曲线图中所示的第一脉冲串的第三模式(即，谐振槽电路放电的模式)结束之后，高侧开关S₁₊和S₂₊被置于导通状态，直到下一个脉冲开始。这使变压器绕组短路(即，施加大约0V的电压)。在系统10001中对此的响应是振铃被最小化/衰减，如通过在图31b的下部曲线图中所示的两个脉冲之间不存在振铃可见，其中在图31a的下部曲线图中所示的两个脉冲之间存在振铃。

续流间隔在谐振槽电路已经被去激励之后(即，在脉冲串发生之后谐振槽电路中的剩余能量已经被转移离开谐振槽电路之后)开始。如上所述，这通过将高侧开关置于导通状态同时使低侧开关S_1-和S_2-处于关断阶段来实现。通过将低侧开关置于导通状态并且将高侧开关置于关断阶段，可以实现相同的结果。

在使用空芯变压器的示例中，当不应用主动能量恢复时，也发生振铃。例如，这可以从图32所示的曲线图中看出。

在图32中，示出了三个曲线图。所有曲线图具有以毫秒为单位的时间作为其x轴。顶部曲线图示出了逆变器端子(即，连接到变压器初级绕组的端子)处的电压V_fb相对于时间的变化。中间曲线图示出了逆变器端子处的对应电流I_fb相对于时间的变化。底部曲线图示出了放电间隙两端的电压相对于时间的变化，该电压由在图的两个其他曲线中所示的电压和电流产生。

图32示出了由逆变器提供的两个脉冲串。第一脉冲串在大约9.00ms开始。以方波波形V_fb激励的形式提供脉冲串(如根据本文公开的方面的示例的典型形式)。脉冲串的启动引起谐振槽电路中的充电，如通过逆变器端子电流和放电间隙电压中的幅度的斜升可以看到的。

一旦谐振槽电路已经充电到阈值电压，就在放电间隙处发生放电点火事件。图32所示的示例中的该阈值约为10kV。

此后不久停止激励，这取决于所需的放电点火事件的最大数量。在图32所示的示例中，该数量在一个和三个放电点火事件之间。从逆变器端子电流曲线图可以最清楚地看到激励停止的时间。这显示了电流幅度从放电点火事件期间的约800A突然下降到下一循环的最大峰值处的约200A。这发生在大约时间9.02ms，其中充电到阈值电压花费直到大约时间9.01ms。

从逆变器端子电压和电流曲线可以看出，下一个脉冲串然后在大约时间9.11ms开始。然而，逆变器端子处的电压和放电间隙可以在图32中被视为继续振荡。实际上，放电间隙处的电压的振幅仅减小到放电阈值的振幅的约一半，因此约5kV。然而，这在第一脉冲串的激励结束与下一脉冲串的开始之间的时段中减小了约1至2kV。

转到图33，这示出了与图32中相同的逆变器端子电压、逆变器端子电流和放电间隙电压相对于时间的变化的三个曲线图。在图33所示的示例中，从逆变器端子曲线图可以看出，脉冲串在时间8.00ms开始。从逆变器端子电流和放电间隙曲线图可以看出，谐振槽电路从该时间充电到大约时间8.01ms。大约在此时达到放电阈值并且发生放电点火事件。

在已经发生最大数量的放电点火事件(其在图33的示例中再次在一个和三个放电点火事件之间)之后，停止激励。这发生在大约时间8.02ms。此时，将180°的相移施加到逆变器端子电压约0.01ms的时间段，直到约时间8.03ms。这将充电后的谐振槽电路中的能量驱动出谐振槽电路。如上所述，在各种示例中，然后储存该能量。从逆变器端子电流图中也可以看出将能量驱动出谐振槽电路，逆变器端子电流图不是示出具有以0A为中心的(变化幅度的)正弦波的电流，而是电流波向负偏移，直到电压相移时段结束。

由于在使用空芯变压器时的这种主动能量恢复，在图33中可以看出，在大约时间8.03ms的相移时段结束与大约时间8.11ms的下一脉冲串开始之间的振铃减少。这种减小在放电间隙处达到约1kV的振幅，并且在逆变器端子处达到约50V。

Claims (61)

1.一种用于去除气体成分的介质阻挡体放电装置，包括：

第一电极和第二电极，在所述第一电极和所述第二电极之间具有介质阻挡体，在使用中，在所述第一电极和所述第二电极之间能够建立电场；以及

气体流动路径，所述气体流动路径在所述第一电极和所述第二电极之间通过，所述电极中的至少一个具有沿着所述气体流动路径定位的一个或多个放电节点，沿着所述气体流动路径定位至少一个放电节点的每个位置是电离区域并且具有在各自的电离区域的下游的相邻复合区域。

2.根据权利要求1所述的介质阻挡体放电装置，其中，每个放电节点是来自各自的电极的至少一个凸起，其中至少一个部件朝向另一电极取向。

3.根据权利要求2所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述至少一个凸起是来自各个电极的多个凸起，每个放电节点的每个凸起至少具有朝向另一电极取向的部件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述一个或多个放电节点是沿着所述气体流动路径定位的多个放电节点。

5.根据权利要求2和权利要求4、或权利要求3和权利要求4所述的介质阻挡体放电装置，其中，相邻的放电节点彼此分开的距离对应于所述至少一个凸起的高度的至少60％并且所述至少一个凸起的高度的至多150％。

6.根据权利要求2和权利要求4、权利要求3和权利要求4、或权利要求5所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述第一电极与介质阻挡体的近端侧分开第一距离，并且所述第二电极将所述介质阻挡体的远端侧邻接到所述第一电极，并且每个凸起具有在所述第一距离的10％和50％之间的高度。

7.根据权利要求2、权利要求2和权利要求4、权利要求3和权利要求4或权利要求5或权利要求6所述的介质阻挡体放电装置，其中，每个放电节点是用于介质阻挡体放电装置中的电场增强的结构。

8.根据权利要求7所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述结构包括：包括至少一个尖端的环，所述尖端沿着穿过所述环的中心的第一径向轴线延伸，其中在使用中，所述环围绕放电装置的第一电极布置，在所述结构与所述放电装置的相对电极之间存在间隙，所述至少一个尖端限制所述结构与所述相对电极之间的最小间隙，从而增加当在所述第一电极与所述相对电极之间施加电场时在所述尖端处发生电击穿的概率。

9.根据前述权利要求中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述第一电极和所述第二电极以平行的纵向轴线同心地布置，所述第二电极至少部分地位于所述第一电极周围。

10.根据权利要求9所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述介质阻挡体与所述第一电极和所述第二电极同心地布置，并且所述介质阻挡体具有与所述第一电极和所述第二电极的纵向轴线平行的纵向轴线，所述第二电极安装在所述介质阻挡体相对于所述第一电极的远端侧上，并且围绕所述介质阻挡体的圆周至少部分地环绕所述介质阻挡体。

11.根据权利要求10所述的介质阻挡体放电装置，所述第二电极是箔。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述第二电极通过一个或多个恒力弹簧保持在所述介质阻挡体上的位置。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述介质阻挡体是圆筒，所述圆筒具有从所述圆筒的端部偏移的外部定向的套环，所述第二电极的端部在使用中邻接所述套环。

14.根据权利要求9至11中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述第一电极通过连接器与所述第二电极和介质阻挡体保持分开，所述连接器提供到所述介质阻挡体和第二电极的绝缘连接，所述连接器位于所述介质阻挡体的相对端处并且所述气体流动路径穿过所述连接器。

15.根据权利要求12所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述第一电极与至少一个连接器之间的接合由弹簧提供。

16.根据权利要求8至13中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述第一电极在使用中被布置为阴极，并且所述第二电极被布置为阳极。

17.根据前述权利要求中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述装置在使用中被布置为在160℃与500℃之间的温度下操作。

18.根据前述权利要求中任一项所述的介质阻挡体放电装置，还包括驱动电路，所述驱动电路包括：

电源，连接到所述第一电极和所述第二电极，从而连接到介质放电间隙两端，所述介质放电间隙提供电容；以及

所述电源和所述介质放电间隙之间的电感，从而在使用中建立谐振槽电路，其中，

在使用中，在脉冲串中并且仅在脉冲串期间向所述槽电路提供电力，每个脉冲串的脉冲频率在使用中能够调谐到所述槽电路的谐振频率，由每个脉冲串提供的电力对所述槽电路充电并且将所述槽电路维持到放电点火发生的阈值，基于所述驱动电路被布置成在使用中在最大数量已经发生之后禁止每个脉冲串向所述谐振槽电路传输电力，每个脉冲串的放电点火事件被限制到所述最大数量。

19.根据权利要求18所述的介质阻挡体放电装置，其中，放电点火事件的最大数量在1个事件到5个事件之间。

20.根据权利要求18或权利要求19所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述驱动电路还包括相位计，所述相位计与所述槽电路通信并且被布置为在使用中识别在每个脉冲串期间提供给所述槽电路的电力的相移，所述相移对应于放电点火事件的发生，并且其中，所述驱动电路还被布置为：在使用中基于自每个放电点火事件以来各个脉冲串中的脉冲的数量，来确定何时已经发生最大数量的放电点火事件。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述驱动电路还包括储能装置，所述储能装置连接在所述电源两端并且被布置为在使用中接受并储存在每个脉冲串之后从所述槽电路放电的电力。

22.根据权利要求21所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述驱动电路被布置为：在使用中，在最大数量的放电点火事件已经发生之后将脉冲串的相位移位180°。

23.根据权利要求18至22中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述驱动电路还包括在所述电源与所述槽电路之间的逆变器，所述逆变器被布置为在使用中调制从所述电源到所述槽电路的供电。

24.根据权利要求23所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述逆变器是H桥或半桥。

25.根据权利要求24所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述逆变器的每个开关是碳化硅开关。

26.根据权利要求23至25中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，每个脉冲串的脉冲频率是零电压开关频率。

27.根据权利要求18至26中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述驱动电路还包括变压器，所述变压器的次级绕组形成所述谐振槽电路的一部分，所述变压器是升压变压器。

28.根据权利要求27所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述驱动电路被布置为：在使用中，在每个脉冲串之后使所述初级变压器绕组短路。

29.根据从属于权利要求24的情况下的权利要求28所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述初级变压器绕组在使用中通过接通所述逆变器的低侧或高侧而被短路。

30.根据权利要求26至29中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述电感的至少一部分由所述变压器提供。

31.根据权利要求30所述的介质阻挡体放电装置，其中，由所述变压器提供的电感是所述变压器的漏电感。

32.根据权利要求30或权利要求31所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述变压器是空芯变压器。

33.根据权利要求32所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述空芯变压器在绕组之间具有高达60％的磁耦合。

34.根据权利要求27至33中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述变压器具有约1:1至约1:10的初级变压器绕组与次级变压器绕组的升压比。

35.根据权利要求18至34中任一项所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述电感的至少一部分由电感器提供。

36.根据权利要求18至35中任一项所述的介质阻挡体放电装置，还包括连接到所述驱动电路的控制器，所述控制器被布置为：在使用中，基于提供给所述控制器的输入来调整供应给所述驱动电路的所述槽电路的电力。

37.根据权利要求36所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述控制器被布置为：在使用中，调整脉冲频率、和/或脉冲串重复频率、和/或脉冲串的数量、和/或脉冲串中的脉冲的数量。

38.根据权利要求36或权利要求37所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述输入包括所述驱动电路的输出处的电压和电流。

39.根据权利要求38所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述电压和电流是从所述反相器的输出提供的。

40.根据权利要求38或权利要求39所述的介质阻挡体放电装置，其中，所述控制器被布置为在使用中确定所述电压和电流之间的相位差。

41.一种用于提供介质阻挡体放电的系统，其中，所述系统包括：

多个根据权利要求18至35中任一项所述的介质阻挡体放电装置；以及

控制器，所述控制器连接到每个驱动电路，所述控制器被布置为：在使用中，基于提供给所述控制器的输入来调整供应给每个驱动电路的所述槽电路的电力。

42.根据权利要求41所述的系统，其中，所述控制器仅为单个控制器。

43.根据权利要求41或权利要求42所述的系统，其中，所述控制器被布置为：在使用中，调整脉冲频率、和/或脉冲串重复频率、和/或脉冲串的数量、和/或脉冲串中的脉冲的数量。

44.根据权利要求41至43中任一项所述的系统，其中，所述输入包括每个驱动电路的输出处的电压和电流。

45.根据权利要求44所述的系统，其中，每个驱动电路包括在所述电源和所述槽电路之间的逆变器，所述逆变器被布置为：在使用中调制从所述电源到所述槽电路的电力供应，并且其中所述电压和所述电流从所述逆变器的输出提供的。

46.根据权利要求44或权利要求45所述的系统，其中，所述控制器被布置为：在使用中确定所述电压和电流之间的相位差。

47.根据权利要求41至46中任一项所述的系统，其中，所述控制器还连接到每个介质阻挡体放电装置，所述输入包括在使用中穿过所述装置的流体的一个或多个特性。

48.根据权利要求41至47中任一项所述的系统，其中，仅存在单个电源，所述单个电源被布置为在使用中为所有驱动电路提供电源。

49.一种控制介质放电装置中的放电的方法，所述介质放电装置为根据权利要求1至40中任一项所述的介质放电装置，所述方法包括：

利用一系列电脉冲串向谐振槽提供电力，每个脉冲串的脉冲频率被调谐到所述槽电路的谐振频率，所述谐振槽电路连接到介质放电装置中的电极之间的间隙两端，所述槽电路的电容由所述介质放电装置来提供，由每个脉冲串提供的电力对所述槽电路充电并将所述槽电路维持到发生放电点火的阈值；

通过在已经发生最大数量的放电点火事件之后禁止每个脉冲串将电力传输到所述谐振槽电路，来提供每个脉冲串的最大数量的放电点火事件；以及

禁止在脉冲串之间向所述槽电路传输电力。

50.根据权利要求49所述的方法，其中，所述放电点火事件的最大数量在1个事件到5个事件之间。

51.根据权利要求49或权利要求50所述的方法，还包括：

识别在每个脉冲串期间提供给所述槽电路的电力的相移，所述相移对应于放电点火事件的发生；以及

基于自每个相应放电点火事件以来的脉冲数，来确定何时已经发生最大数量的放电点火事件。

52.根据权利要求49至51中任一项所述的方法，其中，每个电脉冲串是电压脉冲串。

53.根据权利要求49至52中任一项所述的方法，还包括调制所述脉冲频率、和/或脉冲串的频率、和/或所述一系列电脉冲串中的脉冲串的数量、和/或每个脉冲串中的脉冲的数量。

54.根据权利要求53所述的方法，其中，所述调制基于提供给所述谐振槽电路的所述电力的属性中的相位差、和/或通过所述装置的流体的一个或多个属性。

55.根据权利要求49至54中任一项所述的方法，其中，经由变压器向所述谐振槽电路提供电力，所述方法还包括使所述变压器初级绕组在脉冲串之间短路。

56.根据权利要求49至55中任一项所述的方法，其中，提供给所述谐振槽电路的每个脉冲串的脉冲频率，通过在电源和所述谐振槽电路之间的电路中进行开关动作来设置。

57.根据权利要求49至56中任一项所述的方法，其中，对于每个脉冲串，在已经发生最大数量的放电点火事件之后对所述谐振槽电路进行放电，所述方法还包括储存通过所述放电从所述谐振槽电路传递出的能量。

58.根据权利要求57所述的方法，其中，通过将由各个脉冲串提供的电力的相位改变180°，来使所述槽电路放电。

59.一种去除气体成分的方法，所述方法包括：

使具有高达10,000ppmv甲烷的气体沿着第一电极与第二电极之间的气体流动路径通过，其中，所述第一电极和所述第二电极之间具有介质阻挡体；

在所述第一电极和所述第二电极之间建立电场，所述电极中的至少一个具有沿着所述气体流动路径定位的一个或多个放电节点，沿着所述气体流动路径定位至少一个放电节点的每个位置是电离区域并且具有在各自的电离区域的下游的相邻复合区域。

60.一种根据权利要求1至17中任一项所述的装置用于从气体中去除甲烷的用途。

61.一种根据权利要求1至17中任一项所述的装置用于从气体中去除甲烷的用途，其中，所述气体含有多达10,000ppmv的甲烷。