CN100360770C - 防治机动车尾气污染的集成动量交换器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防治机动车尾气污染的集成动量交换器，其特征是由若干级集成交换器平行设置连接而成，每级交换器内设置数量相等的，经在一个机械加工平面上高度集成的喷射接收管、扩散管及负孔构成，并在第1级至第4级之间设有平行安装的三条喷射接收管的增压管，从第7级至第9级之间设有平行安装的三条扩散管的调压管，首级交换器的一端直接与机动车发动机的排气口相联接，另一端与2级以次联接至气体整流装置与末端尾气排放口联接；本发明达到治标又治本的除污效果，还可替代现用机动车的排气和消音系统，是根治机动车尾气污染的最佳装置和方法。

Description

防治机动车尾气污染的集成动量交换器

所属技术领域

本发明涉及大气污染的防治装置，特别是防治机动车尾气污染的集成动量交换器。

背景技术

现有技术中，并于防治机动车尾气造成的大气污染，于1998年推出了氢动一号样车(用氢为动力的燃料电池汽车)。该车的运用原理是水电解反应的逆反应，通过氢气(H₂)和氧气(O₂)混合并在受控条件下反应，生成唯一的产物：水和电能，驱动汽车行驶，最大行驶里程可达400公里，每小时最高速度可达140公里。但是，氢动一号燃料电池车的推广应用困难重重，首先受到改造和销售价格过高的限制。另外，在液态氢的储存和运输方面危险性大，日前尚许多技术环节需要完善克服。废旧电池堆的再处理技术不成熟，存在着二次污染。再者是电喷加装三元催化净化器。这种现有技术是中国政府目前大力推行的治理机动车尾气排放的重用手段。所谓的三元催化净化器实际上是一个外部净化装置，它由铂、铑、钯三种金属元素构成，制成蜂窝状的吸收结构，当机动车发动机高速运行时，温度上升至700～800℃时，三元素产生化学反应，可有效吸收净化汽车尾气，降低汽车尾气中CO、HC、NO_X的含量，从而达到国家规定的排放标准。由于三元催化净化器仅是一个外部净化部件，它的正常运作受汽车发动机准确控制空燃比和燃油雾化好坏与否影响极大。如果电喷装置出现故障，像氧传感器，控制开关、补气阀出现损坏，则三元催化净化器就会很快报废，失去功能。同时，三元催化净化器的蜂窝状结构极易出现堵塞，达到饱和状态，失去净化效用，应经常更换新的净化器，从而，增加了消费者的负担(一般正常使用周期在90天之内)。三元催化净化器仅仅起到降低机动车尾气中CO、HC、NO_X的排放浓度，自身并不能达到彻底根除机动车尾气污染的目的，治标不治本。还有天然气汽车。将在用的汽油车改装成以天然气为燃料的机动车，由于受加气站网点建设和改造成本的限制，目前仅在北京、上海、广州少数几个大城市的公共汽车，出租车上进行改装使用。天然气作燃料的机动车可有效的降低尾气排放中CO、HC、NO_X的含量，减少污染。不足之处在于：影响机动车的动力性能，加装气体时危险性高；安全性降低，配套及服务设施不建全，推广范围受到限制；改装费用高。

使用各类油料添加剂。使用油料添加剂是政府早期强制执行的一种方法。为了提高机动车发动机的燃烧效率，减少尾气中污染物的排放量，政府鼓励机动车拥有者使用油料添加剂。使用油料添加剂后，添加剂与燃油产生化学反应，能有效改善和提高发动机的燃烧效率，降低因不完全燃烧而产生的黑烟排放。由于各类油料添加剂均属于化学制剂，易对环境产生二次污染，不利于生态环境的保护，所以，在国际上已受到限制使用，属于接近淘汰的不良产品。

早期发明的集成动量交换器能较好的解决机动车尾气中一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)的污染，但于氮氧化物(NO_X)的处理效果不太理想。

综上所述，现有技术存在着下列不完善之处：治标不治本。仅仅能达到有限制的控制排放，不能从根本上彻底治理机动车尾气污染，尽管排放数量上有所减少，但不能根除，对大气环境的污染依然存在。二次污染。用一个方面去掩盖另一个方面。重视了降低机动车尾气污染，忽视了可能产生的新污染源。例如，过多的使用化学制剂的油料添加剂，可对生态环境产生过度污染。电动汽车的研制，可引发蓄电池生产企业的扩张，势必对环境造成严重危害，因为现行的各类蓄电池均使用了有生态危害的物质，如硫酸、强碱、铅、锡、锌、钠等。另外，蓄电池在充电和放电时还会释放出有毒气体，对大气的污染不容忽视。同时，随着电动汽车的普及，大量的废旧电池的再处理也是一大难题，如果处理不当，人类将受到灾难性的破坏。性能和效果不稳定。目前，推广使用的加装电喷装置和三元催化净化器，据调查了解，使用者均反应使用过程中性能和效果不稳定，安装一个三元催化净化器需花费7500元～8500元人民币，仅能有效使用三个月，最短者仅有一个月左右。技术不成熟，改装成本高。上述种种现有技术，在技术的可行性上尚未成熟，有许多技术环节需进行深层次的研究。环节的限制，加大了生产和销售成本。如纳米电动汽车的销售价格达到80000美元左右。巨大的经济支出，影响了消费者的信心，阻碍了消费市场的形成。

治理效果不完善。早期发明的集成动量交换器，虽然对机动车尾气排放污染特一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)具有良好的治理效果。但对氮氢化物(NO_X)的治理效果不完善。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足而提供一种治标又治本，又使其治理效果更加完善彻底，简易实用的防治机动车尾气污染的集成动量交换器。

本发明的目的是这样实现的：一种防治机动车尾气污染的集成动量交换器由平行设置连接的若干级集成交换器组成集成动量交换器(级数的确定，由机动车发动机尾气的排量大小而决定)，每级交换器由数量相等的、经在一个机械加工平面上高度集成的喷射接收管、扩散管及负孔构成，集成动量交换器的第1级至第4级之间设有平行安装的三条喷射接收管的增压管19，在第7级与第9级之间设有平行安装的三条扩散管的调压管20，集成动量交换器的首级交换器的一端直接与机动车发动机的排气口17相联接，另一端与2级交换器联接，2级交换器与3级交换器联接，3级交换器以后，按顺序3级接4级，4级接5级，5级接6级，6级接降噪段18；降噪段18接7级，7级接8级，8级接9级，9级接10级以后，按顺序10级接11级，11级接12级，12级接13级，13级交换器接降噪段14，降噪段14接气体整流装置15，气体整流装置15接末端尾气排放口16。

——所述1-3级交换器内置数十个至数百个形似喷嘴21的数量相等的喷射接收管和扩散管及负孔。

——所述4-5级交换器内置数十个至数百个形似喷嘴22的数量相等的喷射接收管和扩散管及负孔。

——所述6-13级交换器内置数十个至数百个形似喷嘴23的数量相等的喷射接收管和扩散管及负孔。

集成动量交换器由若干级集成交换装置平行组成，每级交换装置均由不同数量的。经高度集成处理后的接收管和扩散管及负孔构成。它本身没有动力源，而靠内燃机排出的气体作为工作动力，经过喷咀高速喷出而获得产生动量交换的真空效应。气流经过喷咀时，由于喷咀的截面积逐渐缩小，气流获得加速，这一股喷射流体在气室中流动呈自由流体状态，它与周围的气体产生动量交换后，形成极其强烈的卷吸作用，使气室产生真空。自由射流的喷射距离很短，喷射后立即进入喷射接收管，在喷射接收管内有一颈缩段，射流在这一段受固体壁限制，不能继续扩散，只要固体壁管恰到好处，能量损失就较小，从而保持射流一束流体特性向前流动，这样就可以保证喷咀喷射的气体有足够的能量进行动量交换。气流经过接收管颈缩段后，进行扩压段气流按照一定张角扩散，由于动量交换和能量损失，速度逐渐降低，压力不断增高，为进入第2级集成交换器的动量交换积累能量。因为这一强烈交换动态是在密闭环境下进行。第一级集成动量交换器吸取外界大气氧气，并在气室内剧烈燃烧，将不完全燃烧物及有害物质燃烧分解，并将剩余燃烧废气送入第2级集成动量交换器，以净化后的气源作为能量再交换，直至多级后的能量交换完毕，从而使整个通道形成卷吸效应场，达到吸气的结果，所以内燃机不但不排气，而是往管道吸气。首级动量交换器直接同机动车发动机的排气口相联接，是整个交换器的核心部分。首级动量交换器直接同机动车发动机的气口相联接，是整个交换器的核心部分。首级动量交换器由集成的吸收管和扩散管组成，直接承受发动机在不同运转速度下所爆发出来的巨大能量，将未经完全燃烧的尾气接受下来，这时吸收管抽吸进新鲜空气，在交换装置内形成具有实用价值的真空度(负压)，在动量交换器内形成剧烈的动量交换，使未经完全燃烧的污染物质进行再次循环燃烧(其燃烧温度高达700℃以上)，而后再经扩散管将首级动量交换器内的殘留污染物传送至下1级动量交换装置。2级动量交换器同样由经过高度集成处理的吸收管和扩散管组成(其数量和形状可根据不同的车辆需求而自行设定)。2级动量交换装置接受来自首级动量交换装置传送过来的剩余能量和殘留污染物质，在新鲜空气的助燃下，再次消耗掉一部份污染物质，然后再将剩余的能量和不完全燃烧物质经扩散管传送至下一级动量交换器[值得注意的是，2级动量交换器在进行动量交换的过程中，不得对首级动量交换装置所产生的真空度(负压)有任何影响，不然，将会关系到下一级动量交换的质量和效果]。

本发明与现有技术相比，最大的特点在于：

1)为确保自首级动量交换装置而后的[任何一级动量交换装置都具有动量交换的质量和效果，可将首级动量交换装置而形成的高负压以一个特制的专用管道传至最后一级的动量交换装置(称之为喷射接收管的增压管和扩散管的调压管)]。从而使每一级的动量交换器都具有较高的，有实际实用价值的真空度(负压)，使发动机的热燃烧效率得到最大限度的提升，将发动机尾气排放出的可燃气体一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)充份再燃烧，达到消除污染的作用。

2)对于机动车尾气中危害最大最难处理的氮氧化物(NO_X)，本发明采用下列两种方法来实现；在每次集成动量交换器的制作中，增加负孔，以达到将未完全处理的氮氧化物(NO_X)再次拉回到前一级动量交换器内，反复进行处理，确保不将带有污染物的尾气排出动量交换器外。采用普通金属(例如铜、铝、不锈钢等)作催化介质，代替铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rn)等贵重金属。从而将发动机燃烧过程生成的氮氧化物(NO_X)还原脱氧，消除氮氧化物对大气环境的破坏。

这样，经过若干级动量交换装置的处理后，使机动车尾气在动量交换器内得到充份的交换处理，最后形成在机动车尾气动量交换器的末端，不再有任何气体排出，并产生一种内吸的现象。从而，真正使机动车尾气得到根本的治理，不再有任何污染物排向大气。经试验检测证明，经过机动车尾气动量交换器处理后的发动机联接口内，没有任何积碳殘留物存在，这说明，机动车尾气动量交换器可将机动车排放出的污染物质经多级动量交换，循环燃烧处理后，全部燃烧贻尽，不但没有排气现象，反而产生吸气的作用，从而确保没有污染物排出。真正达到了完全意义上的“零排放”，是迄今为止根治机动车尾气污染的最好、最有效的方法。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2为1-3级交换器内的吸收管和扩张管剖面图，

图3为4-5级交换器内的接收管和扩张管剖面图，

图4为6-13级交换器内的接收管和扩张管剖面图。

具体实施方式

集成动量交换器由若干级集成交换器组成。除第一级主交换器直接同机动车发动机排气口相联接外，其余各级通过联接通道由螺纹紧固联接成一个整体。

集成动量交换器加工材料易得，可用耐高温、不起皮的不锈钢制成，也可耐腐蚀的铝合金材料制成，为降低成本，还可用普通钢材加工制成。加工方法可采用机床切削、钻床钻孔而完成。为适应大批量加工需要，还可用精密压铸的方法获得。

集成动量交换器的实用尺寸，可根据发动机的排气量而定，因大、小而宜。一般来讲，每级集成交换器的外形尺寸直径在85mm～250mm之间，厚度在15mm～25mm之间。机动车发动机排气量越大，则集成动量交换器的外形尺寸(直径)则越大。每级集成交换器由数十至数百个不同口径的喷射接收管和扩散管及负孔构成。喷射接收管扩散管的口径尺寸随机动车发动机排气量和集成交换器的外形尺寸而决定，一般在2mm～8mm之间。且喷射接收管和扩散管的数量是对等的。喷射接收管和扩散管的加工可由钻床获得。

Claims (4)

1.一种防治机动车尾气污染的集成动量交换器，其特征是由平行设置连接的若干级集成交换器组成集成动量交换器(级数的确定，由机动车发动机尾气排量大小而决定)，每级交换器由数量相等的、经在一个机械加工平面上高度集成的喷射接收管、扩散管和负孔构成，集成动量交换器的第1级至第4级之间设有平行安装的三条喷射接收管的增压管(19)，在第7级与第9级之间设有平行安装的三条扩散管的调压管(20)，集成动量交换器的首级交换器的一端直接与机动车发动机的排气口(17)相联接，另一端与2级交换器联接，2级交换器与3级交换器联接，3级交换器以后，按顺序3级接4级，4级接5级，5级接6级，6级接降噪段(18)；降噪段(18)接7级，7级接8级，8级接9级，9级接10级以后，按顺序10级接11级，11级接12级，12级接13级，13级交换器接降噪段(14)，降噪段(14)接气体整流装置(15)，气体整流装置(15)接末端尾气排放口(16)。

2.根据权利要求1所述的交换器，其特征在于在1-3级交换器内置数十个至数百个形似喷嘴(21)的数量相等的喷射接收管和扩散管及负孔。

3.根据权利要求1所述的交换器，其特征在于在4-5级交换器内置数十个至数百个形似喷嘴(22)的数量相等的喷射接收管和扩散管及负孔。

4.根据权利要求1所述的交换器，其特征在于在6-13级交换器内置数十个至数百个形似喷嘴(23)的数量相等的喷射接收管和扩散管及负孔。

Images