CN104689916A - 一种节能净化气体细颗粒物的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种节能净化气体细颗粒物的方法及装置，对工业烟道或者汽车尾气管路排放的废气中PM10以下的细颗粒物进行有效的净化处理。包括利用气流动能的实施方法和利用气流热能的实施方法。利用气流动能的实施方法的装置利用设置在烟道或者汽车烟筒中的风扇带动微型发电机发电，负离子发射器得电工作后利用负氧离子发射板向废气中发射负氧离子；利用气流动能的实施方法的装置利用设置在烟道或者汽车烟筒中热能电池发电，负离子发射器得电工作后利用负氧离子发射板向废气中发射负氧离子，负氧离子中和细颗粒物的正电荷，从而使细颗粒物的表面能产生聚和作用。本发明有效提高了汽车尾气及工业烟尘中细颗粒物的净化效果，减少大气污染。

Description

一种节能净化气体细颗粒物的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种节能净化气体细颗粒物的方法及装置，属于机动车尾气排放管路设计和工业烟尘除尘设计的节能和治理领域。

背景技术

机动车尾气排放的环境污染随着城市车辆保有量的增加而日趋严重，其中雾霾天气与大气中PM2.5的含量息息相关，而PM2.5主要来自工业废气和机动车尾气排放。

现有技术中，机动车尾气治理技术除了改进燃油质量外，主要是通过一下两个方面：

1、利用三元催化技术对尾气中未燃烧充分的有机物化合物进行二次消解；

2、通过过氧传感技术控制燃油和空气的比例使燃烧充分，减少有机化合物的含量。

然而，上述技术也存在一些缺陷，一方面表现在没有对最终产生的细颗粒物进行治理，另一方面由于机动车的长期运行，上述技术设备会出现老化或者效能降低，从而导致细颗粒物增加，影响大气环境质量。

此外，工业烟尘主要通过静电吸附技术对细颗粒物进行收集，然而对于PM10以下的颗粒物，尤其是对于PM2.5颗粒物，由于电风现象的影响，一方面由于设备复杂、耗电量高，从而使得设备投资大和运行费用高；另一方面由于颗粒物收集端的放电问题，收集效果不佳，仍旧存在较大的环境污染问题。

发明内容

针对上述现有技术中汽车尾气及工业烟尘PM10以下颗粒物净化效果不佳的问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种节能净化气体细颗粒物的方法及装置，对工业烟道或者汽车尾气管路排放的废气中PM10以下的细颗粒物进行有效的净化处理。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

本发明所利用的技术原理：

细颗粒物的表面能很高，相互很容易团聚成大颗粒物从而减低表面能，由于PM10以下的细颗粒物本身带有正电荷，由于正电相斥，造成无法聚合；采用负离子发生器向废气中发射负离子，当负离子与细颗粒物接触时，中和掉其正电荷，使细颗粒物容易相互接触而发生团聚作用；

负离子发生器具有产生负电荷的功能，且需求功率很小；废气排出时，气体的流动具有动能，且烟气和机动车尾气具有高温热能，可以驱动微型发电机，微型发电机足够支撑负离子发生器的电能要求。

利用上述技术原理，本发明的节能净化气体细颗粒物的方法：

一种节能净化气体细颗粒物的方法，主要是，

在烟道内安装一利用烟道内的高温烟气进行发电的发电装置，所述发电装置电连接到一负离子发生器并向其供电，在烟道中具有高温烟气外排时，所述负离子发生器的负氧离子发射板将负氧离子喷射到烟道内或/和烟道口，负氧离子中和高温烟气中的细颗粒物的正电荷，从而使PM10以下的细颗粒物的表面能产生聚和作用，形成大颗粒物沉降以利于沉降。

进一步地，所述发电装置为安装在烟道中的风力发电装置，包括风扇、传动机构和微型发电机，所述风扇置于烟道中央处，并通过传动机构将风扇动能传递到外侧的微型发电机，微型发电机向负离子发生器供电，该风能利用的是尾气的动力能。

进一步地，所述发电装置为热能电池，包括金属铂和金属镍，所述热能电池中的两个金属一端连接后连接点焊接在导热体上，其自由端分别构成电池的两个电极，并通过导线电联接到电联接到负离子发生器(3)的电源端口，利用的是高温中的热能。

一种节能净化气体细颗粒物的装置，包括烟道、发电装置、负离子发生器、负氧离子发射板和逆向开关；

在烟道内安装一利用烟道内的高温烟气进行发电的发电装置，所述发电装置的输出端口电连接到一负离子发生器的电源端口，所述负离子发生器的负氧离子发射板安装在烟道内或/和烟道口外侧；

所述逆向开关包括风向标和常闭开关，所述风向标设置成可转动的并安装在烟道外侧，且在风向标的转轴一端连接一常闭开关，作为总开关的所述常闭开关的两个电极串接到负离子发生器的控制电路中。

作为一种较佳的发电方式，所述发电装置为安装在烟道中的风力发电装置，包括风扇、第一传动轴、第二传动轴、换向齿轮和微型发电机，所述风扇通过支架固定在烟道中央处，所述第一传动轴利用所述固定套固定设置在烟道或者汽车烟筒内部中心处且一端连接所述风扇，另一端连接所述换向齿轮，所述风扇由耐高温材料制成，所述换向齿轮为两个啮合的锥形齿轮；所述第二传动轴一端连接所述换向齿轮，另一端连接所述微型发电机的电机轴；所述微型发电机安装在烟道的外侧。

作为第二种发电方式，所述发电装置为热能电池，所述热能电池中的两个金属一端连接后焊点焊接在导热体上，其自由端分别构成电池的两个电极，并通过导线电联接到电联接到负离子发生器的电源端口。

进一步地，所述负氧离子发射板设置在烟道或者汽车烟筒内壁或者外壁上。

进一步地，所述负氧离子发射板发射负氧离子的方向与废气排放方向成一定角度，角度范围在45°～60°。

进一步地，角度优选55°。

进一步地，所述常闭开关包括连接闸和导体杆，其中连接闸包括一大一小的大弧形体和小弧形体，所述导体杆两端的金属触点分别仅仅与大弧形体和小弧形体接触，此为通路状态，通电角度设计为±90度，在所述导体杆中间设有向上延伸的且用于连接风向标的支撑杆；当侧向有风时，导体杆会转动，当大弧形体脱离后就会处于断电状态。

本发明的有益效果是：

1、本发明有效提高了汽车尾气及工业烟尘中细颗粒物的净化效果能有效减少机动车尾气及工业烟尘中PM10以下细颗粒物，尤其是PM2.5在大气中的排放，减少雾霾天气和对人体健康的伤害；

2、本发明中结构简单，负氧离子发射器所需电能完全来源于废气发电，将余热发电、尾气发电和除尘降霾组合到一起使用，解决了现有的技术问题，降低了设备投资和运行成本。

附图说明

图1为利用气流动能的实施方法的第一种示意图；

图2为利用气流动能实的施方法的第二种示意图；

图3为图9中沿D-D方向的剖视结构示意图；

图4为实现本发明的节能净化气体细颗粒物的方法所需装置的第一种实施例结构示意图；

图5为图4中沿A-A方向的局部剖视结构示意图；

图6为图5中沿B-B方向的局部剖视结构示意图；

图7为实现本发明的节能净化气体细颗粒物的方法所需装置的第二种实施例结构示意图；

图8为图7中沿C-C方向的局部剖视结构示意图；

图9为实现本发明的节能净化气体细颗粒物的方法所需装置的第三种实施例结构示意图；

图10为逆向开关工作原理图；

图11为逆向开关工作原理图。

图中：1烟道或者汽车排气筒，11连接座，2微型发电机，21支架，3负离子发生器，31负氧离子发射板，4风扇，41(41′)换向齿轮，411第一传动轴，411′第二传动轴，5逆向开关，51风向标，511支撑杆，52连接闸，521断路节点，522导体杆，6固定套，61固定筋，7轴承端盖，71密封圈，8联轴器，9密封头，91螺母，10接线，101填充陶瓷，12导热体，121金属电极a，122金属电极b，123焊点，13温差发电器，131高温电极，132低温电极，133风冷散热片。

具体实施方式

本发明的节能净化气体细颗粒物的方法：

(一)利用气流动能的实施方法：

机动车尾气在怠速和60km/h时候，可以提供约0.2米/秒流速，供热烟道可以提供0.5米/秒的流速；微型发电机在100转/分钟转速下可以提供6W的功率，而负离子发生器最小的需要3W的功率，可以释放2.5千万/立方厘米浓度的负离子。

如图1和图2所示，在烟道或者管路上安装耐高温材质的风扇，气体的流动驱动风扇，风扇驱动微型发电机，微型发电机通过电缆连接并驱动负离子发生器，负离子发生器利用负氧离子发射板将负氧离子喷射到烟道或者管路中，中和细颗粒物的正电荷，从而使细颗粒物的表面能产生聚和作用，形成大颗粒物沉降而减少细颗粒物在大气中的存在。

(二)利用气流热能的实施方法：

机动车尾气管内尾气温度为600～800℃，工业窑炉、锅炉烟道温度为200～300℃。

如图3所示，在烟道或者管路上安装内安装热能电池，利用烟气的高温，热能电池可以产生电能，所产生的电能启动负离子发生器，负离子发生器利用负氧离子发射板将负氧离子喷射到烟道或者管路中，中和细颗粒物的正电荷，从而使细颗粒物的表面能产生聚和作用，形成大颗粒物沉降而减少细颗粒物在大气中的存在。其中热能电池的原理在于将镍、铂焊接起来形成一个发电单元，然后在镍铂焊接点输入热源，可实现电流输出，是一种热能电池。

下面结合附图，对根据以上两种方法，实现本发明的节能净化气体细颗粒物的方法的具体实施例进行详述。

第一种实施例

本实施例利用了气流动能的实施方法。

如图4至图6所示，实现本发明的节能净化气体细颗粒物的方法的第一种实施例，包括烟道或者汽车排气筒1、微型发电机2、负离子发生器3、负氧离子发射板31、风扇4、换向齿轮41(41′)、第一传动轴411、第二传动轴411′、固定套6和逆向开关5。

其中，风扇4与第一传动轴411一端连接，第一传动轴411利用固定套6固定设置在烟道或者汽车排气筒1内部中心处，第一传动轴411的另一端连接有换向齿轮41，换向齿轮41(41′)为两个啮合的锥形齿轮；第二传动轴411′一端与换向齿轮41′连接，另一端与微型发电机2的电机轴连接；微型发电机2与负离子发生器3电连接，且两者固定设置在烟道或者汽车排气筒1的外壁上；逆向开关5设置在烟道或者汽车排气筒1的外壁下侧，用于控制负离子发生器3的通断电。

这样，风扇4在废气的吹动作用下转动，带动第一传动轴411转动，动力依次经换向齿轮41(41′)和第二传动轴411′传递到微型发电机2的电机轴，带动微型发电机2发电，微型发电机电流输出端口通过导线连接到负离子发生器的供电端口，负离子发生器3得电后通过负氧离子发射板31向废气中发射负氧离子，且负氧离子发现方向与废气排放方向成一定角度。

下面结附图和具体实施例对第一种实施例的结构进行详细描述。

如图5所示，风扇4与第一传动轴411一端连接，为适应废气的高温环境，该风扇4的扇翅为耐高温材料制成，具体实施例中，该耐高温材料优选陶瓷材料。

如图6所示，第一传动轴411利用固定套6固定设置在烟道或者汽车排气筒1内部中心处。具体实施例中，固定套6为圆形管状结构，第一传动轴411利用轴承套置在固定套6内部，固定套6利用若干固定筋61固定设置在烟道或者汽车排气筒1的内壁上。作为一种优选实施方式，如图6所示，为防止固定筋61过多，对废气流动产生阻碍作用，固定筋61优选四个，且四个固定筋61沿固定套6外圆呈90°均匀分布。

如图6所示，第一传动轴411的另一端连接有换向齿轮41，其中，换向齿轮41(41′)为两个啮合的锥形齿轮，可实现动力传递的90度转向；第二传动轴411′一端与换向齿轮41′连接，其另一端与微型发电机2的电机轴连接，这样当风扇4转动时，带动微型发电机2工作进行发电。

具体实施例中，如图5所示，第二传动轴411′与微型发电机2的电机轴利用联轴器8连接；第二传动轴411′利用轴承固定设置在烟道或者汽车排气筒1的连接座11中，轴承端盖7利用螺栓固定连接在固定座11端部，为保证连接处的气密性，轴承端盖7与第二传动轴411′之间设置有密封圈71。

如图4所示，微型发电机2与负离子发生器3固定设置在烟道或者汽车排气筒1的外壁上，两者之间用导线连接，并设置有控制电路通断的逆向开关5，微型发电机2发电时，负离子发生器3得电工作并通过负氧离子发射板31向废气中发射负氧离子。

其中，作为一种优选实施方式，如图4所示，负氧离子发射板31为圆环状结构，设置在烟道或者汽车排气筒1的外壁正下侧，负氧离子的发射方向与废气排放方向成一定角度，该角度范围在45°～60°之间，其中以55°最佳，这种设置方式有助于防止有风天气负离子向排气筒内倒灌负离子。

其中，作为一种优选实施方式，如图4所示，微型发电机2与设置在烟道或者汽车排气筒1外壁上的固定架21通过螺栓连接，从而将微型发电机2固定。

其中，逆向开关5设置在烟道或者汽车排气筒1的外壁下侧或上侧，用于控制负离子发生器3的通断电，主要用于防止汽车在怠速或者遇到大风天气时，在风力的作用下负氧离子被吹到负氧离子发射板31上将其烧坏。

具体实施例中，逆向开关5包括风向标和常闭开关，其中风向标51为三角形片状体，类似于现有气象观测中使用的风向标。常闭开关是控制负离子发生器3工作的电路的一部分，常闭开关闭合且有电源供应的状态下，产生负离子。

为便于理解，如图10和图11所示，对逆向开关5的工作原理作进一步描述，它包括连接闸52和导体杆522，其中连接闸52为两个结构上有细微差别的弧形体，其中的一侧的弧形体的尺寸大于另一侧弧形体的尺寸，导体杆522两端的金属触点的尺寸也不相同，其中与大弧形体接触的触点的尺寸较大，使得该触点仅仅可以完成与大弧形体的接触，同时导体杆另一端的金属触点与小弧形体接触，此为通路状态，例如图11即为通电状态，常闭通路。一般通电角度设计为±90度。风向标51与导体杆522之间连有支撑杆511；当侧向有风时，导体杆会转动，且与大弧形体脱离，然后就会处于断电状态，当导体杆522两端转动到断路开口521处时，两个连接闸52断开，逆向开关是在±90度之外的区域为断开。

当然，还可以将两个断路开口521用绝缘材料填充，采用此种方式时，两个连接闸52及绝缘材料一并形成内圆环形通道，从而导体杆522转动顺畅具有更好的灵敏性。

汽车正常行驶情况下，风向标轴线与烟道轴线始终保持平行，锥尖始终正背对出气口，保持负离子发生器3得电状态。

当汽车在怠速或者遇到大风天气时，风向标在风力作用下发生偏转，例如将风向标转动超过15度时，常闭开关就会断开，负离子发生器3断电停止工作；当汽车正常行驶时，逆向开关5复位，风向标轴线与烟道轴线又会始终保持平行，负离子发生器3重新得电工作。

本实施例是以汽车尾气的处理为例进行说明的，继而所属技术领域的技术人员很容易想到将该结构应用到工业烟气处理中，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

第二种实施例

本实施例也利用了气流动能的实施方法。

为使得负氧离子发射板31发射出的负氧离子与废气充分的接触，避免外界风动的影响，如图7和图8所示，负氧离子发射板31为圆环状结构，设置在烟道或者汽车排气筒1内壁且靠近废气出口处，除此之外，其他结构与第一种实施例中完全相同，在此不做重复叙述。

第三种实施例

本实施例也利用气流热能的实施方法。

如图9和图3所示，实现本发明的节能净化气体细颗粒物的方法的第三种实施例，包括烟道或者汽车排气筒1、负离子发生器3、负氧离子发射板31、导热体12、逆向开关5、密封头9和接线10。

本实施例中发电装置为热能电池，该热能电池中的两个金属电极一端连接后焊点123焊接在导热体12上，其自由端分别构成电池的两个电极，并通过导线电联接到电联接到负离子发生器(3)的电源端口。

具体实施例中，如图3所示，金属电极a 121和金属电极b 122分别为铂丝和镍丝，两者一端连接后的焊点123焊接在导热体12上，导热体12为铜质材料制成；金属电极a 121和金属电极b 122的自由端分别构成热能电池的两个电极，两电极分别连接有接线10，接线10为金属线，他们利用密封头9固定设置在烟道或者汽车排气筒1上。其中，金属电极a 121和金属电极b 122分别为金属铂和金属镍。

如图3所示，密封头9为一端带有环形凸缘的管状结构，接线10利用填充陶瓷101固定在密封头9中，密封头9非凸缘端设置有螺纹，密封头9的非凸缘端由内向外从烟道或者汽车排气筒1上设置的安装座穿出，利用螺母91将密封头9锁紧固定。

逆向开关5设置在烟道或者汽车排气筒1外壁，用于控制负离子发生器3的通断电，其中逆向开关的结构和原理与实施例一中的逆向开关相同，在此不作重复叙述。

导热体12通过焊点123将热能传递给金属电极a 121和金属电极b 122可以产生电能，接线10通过导线与负离子发生器3的电源端进行电连接。负离子发生器3得电后通过负氧离子发射板31向废气中发射负氧离子。

具体实施例中，负氧离子发射板31为圆环状结构，设置在烟道或者汽车排气筒1的外壁且靠近废气出口处，当然，也可以如第二种实施例所述，设置在烟道或者汽车排气筒1的内壁且靠近废气出口处，负氧离子发射方向与废气排放方向成一定角度，角度范围在45°～60°，优选55°。

在本实施例中，温差发电技术属于现有技术，其原理不在赘述。

以上所述结合附图对本发明的优选实施方式和实施例作了详述，但是本发明并不局限于上述实施方式和实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种节能净化气体细颗粒物的方法，其特征是，

在烟道内安装一利用烟道内的高温烟气进行发电的发电装置，所述发电装置电连接到一负离子发生器并向其供电，在烟道中具有高温烟气外排时，所述负离子发生器的负氧离子发射板将负氧离子喷射到烟道内或/和烟道口，负氧离子中和高温烟气中的细颗粒物的正电荷，从而使PM10以下的细颗粒物的表面能产生聚和作用，形成大颗粒物沉降以利于沉降。

2.根据权利要求1所述的一种节能净化气体细颗粒物的方法，其特征是，所述发电装置为安装在烟道中的风力发电装置，包括风扇、传动机构和微型发电机，所述风扇置于烟道中央处，并通过传动机构将风扇动能传递到外侧的微型发电机，微型发电机向负离子发生器供电。

3.根据权利要求1所述的一种节能净化气体细颗粒物的方法，其特征是，所述发电装置为热能电池，包括金属铂和金属镍，所述热能电池中的两个金属一端连接后连接点焊接在导热体上，其自由端分别构成电池的两个电极，并通过导线电联接到电联接到负离子发生器(3)的电源端口。

4.一种节能净化气体细颗粒物的装置，其特征是，包括烟道(1)、发电装置、负离子发生器(3)、负氧离子发射板(31)和逆向开关(5)；

在烟道内安装一利用烟道内的高温烟气进行发电的发电装置，所述发电装置的输出端口电连接到一负离子发生器的电源端口，所述负离子发生器的负氧离子发射板安装在烟道内或/和烟道口外侧；

所述逆向开关包括风向标和常闭开关，所述风向标设置成可转动的并安装在烟道外侧，且在风向标的转轴一端连接一常闭开关，作为总开关的所述常闭开关的两个电极串接到负离子发生器的控制电路中。

5.根据权利要求4所述的一种节能净化气体细颗粒物的装置，其特征是，所述发电装置为安装在烟道中的风力发电装置，包括风扇(4)、第一传动轴(411)、第二传动轴(411′)、换向齿轮(41或41′)和微型发电机(2)，所述风扇(4)通过支架固定在烟道中央处，所述第一传动轴(411)利用所述固定套(6)固定设置在烟道或者汽车烟筒(1)内部中心处且一端连接所述风扇(4)，另一端连接所述换向齿轮(41)，所述风扇(4)由耐高温材料制成，所述换向齿轮(41或41′)为两个啮合的锥形齿轮；所述第二传动轴(411′)一端连接所述换向齿轮(41′)，另一端连接所述微型发电机(2)的电机轴；所述微型发电机(2)安装在烟道的外侧。

6.根据权利要求4所述的一种节能净化气体细颗粒物的装置，其特征是，

所述发电装置为热能电池，包括金属铂和金属镍，所述热能电池中的两个金属一端连接后连接点焊接在导热体上，其自由端分别构成电池的两个电极，并通过导线电联接到电联接到负离子发生器(3)的电源端口。

7.根据权利要求5或6所述的一种节能净化气体细颗粒物的装置，其特征是，所述负氧离子发射板(31)设置在烟道或者汽车烟筒(1)内壁或者外壁上。

8.根据权利要求4所述的一种节能净化气体细颗粒物的装置，其特征是，所述负氧离子发射板(31)发射负氧离子的方向与废气排放方向成一定角度，角度范围在45°～60°。

9.根据权利要求8所述的一种节能净化气体细颗粒物的装置，其特征是，角度优选55°。

10.根据权利要求4所述的一种节能净化气体细颗粒物的装置，其特征是，所述常闭开关包括连接闸(52)和导体杆(522)，其中连接闸(52)包括一大一小的大弧形体和小弧形体，所述导体杆(522)两端的金属触点分别仅仅与大弧形体和小弧形体接触，此为通路状态，通电角度设计为±90度，在所述导体杆(522)中间设有向上延伸的且用于连接风向标(51)的支撑杆(511)；当侧向有风时，导体杆会转动，当大弧形体脱离后就会处于断电状态。