CN105649719A - 一种用于汽车排气管的防霾净化装置结构 - Google Patents

Abstract

一种用于汽车排气管的防霾净化装置结构，可直接安装于汽车尾气管，包括集气罐、带防溢槽的异型管和气-固、液-固两个净化支路。气-固净化支路由固体介质过滤器、干燥器、气相滑动弧放电反应器组成。液-固净化支路由沉降分离器、黏合器、气-液两相滑动弧放电反应器（包括冷凝器和喷雾辅助设备）。本发明设计的滑动弧放电反应器特殊罩型结构和喷嘴的合理选用，保证了快速起弧和尾气中污染物在反应器中的停留时间，实现了汽车尾气污染物的充分降解。该净化装置结构采用一种灵活可靠的非平衡等离子体放电方式，等离子体生成量较大，可在常压条件下进行，几乎不受环境因素影响。整体装置结构便于安装与控制，尾气净化处理效果稳定。

Description

一种用于汽车排气管的防霾净化装置结构

技术领域

本发明涉及一种用于汽车排气管的防霾净化装置结构，其特征是直接安装于汽车排气管，采用滑动弧放电等离子处理技术实现对尾气中固、液、气三相污染物进行处理的净化装置结构，属于汽车环保净化技术领域。

背景技术

随着经济的发展和人们对生活质量要求的提高，空气污染问题已经成为倍受关注的全球性问题。国内频繁发生的大范围雾霾事件对空气污染的治理技术和净化装置结构提出了更高的要求。在国内汽车保有量处于逐年增长的趋势下，作为空气污染物重要来源之一的汽车尾气，其净化装置的开发与应用对空气污染物的减排起到了关键的作用。

汽车尾气中含有200多种有害物质，其中一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物以及由0.1~40pm的多孔性炭粒构成并可黏附二氧化硫和苯系物质等细小颗粒是产生雾霾的主要污染物。

目前，现有的汽车尾气净化处理装置在技术上大体分为五种类型。

一是尾气回燃技术。该技术现有装置目前已有应用，尽管只能在一定程度上减少一氧化碳和某些类型碳氢化合物的不完全燃烧，但氮氧化物和细小的固体颗粒得不到良好的处理，而且尾气回燃也会产生车体的动力问题。

二是单纯利用液态或固体介质吸附或过滤的尾气净化处理技术。该技术现有装置对细小的污染物质吸附、过滤净化效果不佳，而且存在受污染的液态介质未能得到净化处理产生二次污染或者固体介质需经常更新以保证净化效果的问题。

三是气、液两相分离，气相采用多元化学催化转化处理，液相采用活性碳吸附的尾气净化处理技术。该技术现有装置在不同的反应条件下，其转化效果不可控制，而且存在催化剂老化及更新问题。液相采用的活性碳处理技术，吸附净化效果较低。

四是利用光催化转化原理实现尾气净化的处理技术。该技术虽然具有有机物质及部分无机物质的处理能力，且不产生二次污染，但不同污染物反应特定光频率的问题、催化剂纳米粒子的团聚问题或者纳米涂层的干扰问题以及催化剂的活性问题是否真正实现对汽车尾气中多种污染物质的有效处理还有待考证。

五是以电晕放电方式产生负离子实现尾气净化的处理技术。该技术现有装置目前未能考虑对由0.1~40pm的多孔性炭粒构成并可黏附二氧化硫和苯等物质固体颗粒的有效去除，而且电晕放电虽然可在常压下利用非对称电极放电产生负离子体，但产生量受限。

综上所述，第三种技术现有装置虽然对多相态污染物综合处理进行了考量，但各相态处理技术相对单一或不稳定。第四、五种技术理念相对先进，但现有技术和装置仍受限较多。

发明内容

针对汽车尾气中所含污染物多种类、多相态以及细小颗粒不易去除的特点，本发明提供一种用于汽车排气管的多相污染物净化处理的防霾装置结构，以综合解决现有技术装置存在的技术单一、技术效果多因素受限等问题，对汽车尾气中的气、液、固三相污染物实现全方位的净化处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明对汽车尾气主要污染物（一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物以及可黏附于细小颗粒的二氧化硫和苯系物质等）采用滑动弧放电产生等离子体的净化处理技术。汽车尾气经集气罐在异型管（带防溢槽）中实现初次过滤，分离成气-固、液-固污染物两条净化支路。气-固污染物净化支路依次由固体介质过滤器、干燥器、气相滑动弧放电反应器组成，配有气体压缩器及管路连接件；液-固净化支路由沉降分离器、黏合器、气-液两相滑动弧放电反应器（包括冷凝器和喷雾辅助设备）和循环管路组成，净化产品返回上述异型管防溢槽保证净化水循环利用。

一种可安装在汽车尾气排放管中路，通过简单管件即可与尾气排放管相连，并可固定于汽车底盘的绝缘箱式结构，箱体在对应于内部黏合器出口胶结物投放口处的位置上设有活动小舱门。

上述整个净化装置结构箱体外壳选材以经济、耐用为原则，内衬绝缘材料。内部主要部件进口、出口均为螺纹连接，方便安装和拆卸，也便于调整箱体的外型尺寸。连接处配密封垫以防止泄漏。

上述集气罐及流量控制器，用以控制汽车尾气的流动速度。

上述异型管可以对尾气中能够溶于水的污染物以及粒径相对较大的颗粒物质实现截留。异型管有一个进气口、两个出口。进气口与待处理的汽车尾气排放管相连接，两个出口分别为异型管终端的气体流出口(与异型管下游的防溢槽进气口相连）和位于异型管底部的液体出流口（与气-液两相滑动弧放电反应器上游的沉降分离器进液口相连）。异型管进气管段与终端出气管段不等长，出气口高于进气口，并与异型管下游部件防溢槽相连接。异型管安装有液位控制器，管内水位达到低限和高限时，分别开启和关闭防溢槽与异型管间阀门。

上述防溢槽（配有液位限位器）位于异型管终端的气体流出口下游，用以储存气体波动产生的异型管溢出液，同时储存气-液两相滑动弧放电反应器净化后液态水。防溢槽设有三个进口。其中，进气口（气流中可能含有溢出液体）一个，进气口与异型管终端出气口相连。进液口两个，一个进液口与汽车自带水箱连接，防溢槽液位限位器控制水箱通向防溢槽管路间的单向阀门，达到或低于低限时，阀门开启。另一个进液口与气-液两相滑动弧放电反应器冷凝器出口相连。

上述固体介质过滤器位于防溢槽下游，是内部装有过滤介质的箱体或卧式罐体结构，实现对尾气中细小颗粒物质的进一步截留。介质可以采用能够过滤细小粉尘或油状颗粒物质的防尘过滤棉，也可以采用复合型过滤材料。

上述干燥器位于固体介质过滤器下游，用以干燥过滤器流出的气体，为下游气相滑动弧放电反应器提供干燥性气源。

上述气相滑动弧放电反应器为“菌”型结构，内衬绝缘层，位于干燥器下游，对尾气中未溶于水的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物以及可能从多孔性炭粒等固体颗粒脱除下来的二氧化硫和苯系污染物进行降解处理。反应器两端分别为进气口和出气口。进气口外部与干燥器出流管相连，进气口内部与反应器底部绝缘底座的压缩气体喷嘴相连；反应器出气口位于“菌盖”型集气罩顶部，出气为净化后可直接排放气体。滑动弧放电反应器采用2个刀型电极，两电极最窄间隙为3~4mm。两刀型电极间，压缩气体喷嘴装配于绝缘底座上，较大冲力的柱状气流推动起弧端向下游移动。两刀型电极的尖端处，正对喷嘴的位置是“菌芯”型档板，面积约占刀型电极尖端空间的2/5~3/5，用以增加气体在反应器中的停留时间。“菌杆”型反应器罩对应档板位置处，全周方向均匀分布出气嘴，反应后净化气体通过出气嘴在集气罩内汇集并从罩面顶部出气口排出。

上述沉降分离器位于异型管下游，配有液位控制器。一个进液口，与异型管底部的液体出流口相连。被洗涤下来的粒径相对较大的固体颗粒以及含有溶解性污染物的液体在沉降分离器通过时间控制器及液位控制器得以分离。时间控制器周期性开启分离器出液口阀门，将含有溶解性污染物的液体引入气-液两相滑动弧放电反应器进口。当分离器中液位降至上层出液口下部边缘时，沉降分离器的液位控制器控制开启分离器出液口阀门，固体颗粒及少部分低位水从沉降器底部出口流出并进入黏合器。

上述黏合器位于沉降分离器下游，有两个进口和一个出料口。进口分别是位于黏合器的上方的进液口和位于粘合器下方的胶结物投放口。出料口位于粘合器的下方，与胶结物投放口同侧，两者对应整个净化装置结构箱体的活动小舱门。少量液体中的细小颗粒在胶结物的作用下粘合在一起，并定期从出料口通过箱体舱门取出。

上述气-液两相滑动弧放电反应器位于沉降分离器下游，为钢性“火山口”型泡罩结构，内衬绝缘层，对分离器上层出液口流出的含有溶解性污染物的液体进行降解处理。反应器进液口、载气口和出气口各一个，位于反应器同侧。进液口外部与分离器上层出液口管段相连，进液口内部与反应器绝缘底托中心位置处的雾化喷嘴相连。载气口与气相滑动弧放电反应器下游储气罐出气口相连。绝缘底托全周方向均匀分布出气嘴，反应后净化气体通过出气嘴在集气罩内汇集并从反应器出气口排出进入冷凝器，冷凝后经循环泵及循环管路与防溢槽进液口相连。滑动弧放电反应器采用2个刀型电极，两电极最窄间隙为3~4mm。两刀型电极间，雾化喷嘴装配于绝缘底托上，气雾推动起弧端向下游移动。上述泡罩，其“火山口”处面积约占刀型电极尖端空间的2/5~3/5，可增加气雾在反应器中的停留时间。

与现有汽车尾气净化装置相比，本发明对尾气中的固、液、气三相污染物进行了综合处理，通过气-固和液-固两个净化支路解决了汽车尾气中一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、细小颗粒以及可能从多孔性炭粒等固体颗粒脱除下来的二氧化硫和苯系污染物的降解处理。滑动弧放电方式产生等离子体的净化处理技术是以一种灵活可靠的非平衡等离子体放电方式，等离子体生成量较大，可在常压条件下进行，几乎不受环境因素影响。由于尾气中粒径较大的颗粒物质先经由异型管，因此固体介质过滤器的负荷相对减轻，空隙堵塞问题及过滤介质更换的问题相对得以改善。整套装置结构便于安装与控制，尾气净化处理效果稳定，可操作性强，极具技术推广及应用前景。

附图说明

图1是汽车排气管的防霾净化装置结构示意图。

图2是图1中气相滑动弧放电反应器结构示意图。

图3是图2中A-A剖面示意图。

图4是图1中气-液两相滑动弧放电反应器结构示意图。

图5是图4中B-B剖面示意图。

图6是图1中防溢槽结构示意图。

图中：1.集气罐，2.异型管，3.防溢槽，4.固体介质过滤器，5.干燥器，6.气体压缩器，7.气相滑动弧放电反应器，8.沉降分离器，9.气-液两相滑动弧放电反应器，10.冷凝器，11.储气罐，12.黏合器，13.汽车尾气管，14.净化后气体排放管，15.汽车水箱，16.流量控制器，17.异型管液位控制器，18.防溢槽液位控制器，19.循环泵，20.沉降分离器液位控制器，21.下层时间控制器，22.上层时间控制器，23.压力控制器，24.变径，301.进气口，302.净化液进口，303.水箱水进口，304.出气口，701.绝缘底板，702.电极，703.起弧端，704.“菌芯”型档板，705.“菌盖”型集气罩，706.“菌杆”型反应器罩，707.压缩气体喷嘴，708.出气嘴，709.反应器出气口，901.绝缘底托，902.电极，903.起弧端，904.“火山口”型泡罩，905.集气罩，906.雾化喷嘴，907.出气嘴，908.反应器出气口，909.载气口。

具体实施方式

本发明实施例中采用的净化装置结构整个箱体外型可以为任何规则或不规则形状，其中各主要部件可通过连接管件改变布置方位以适应车体空间。

本发明实施例中采用的净化装置结构整个箱体外壳材质可为聚四氟乙烯或环氧树脂等绝缘材料。

本发明实施例中的固体介质过滤器结构可以是箱体或卧式罐体。

本发明的实施例：

一种用于汽车排气管的防霾净化装置结构示意图如附图1所示。汽车尾气管（13）与集气罐（1）相连，由集气罐（1）下游的流量控制器（16）控制气体流量进入带防溢槽（3）的异型管（2）的进气口（301）。汽车尾气通过异型管（2）中水的初次洗涤和过滤，经防溢槽（3），尾气中的污染物经由气-固、液-固两个净化支路进行处理，防溢槽结构示意图如附图6所示。尾气进入两个净化支路前的具体操作为：汽车发动时,所有电路开始工作。所有液位控制器控制相应阀门，保证相应部件水位达到工作要求（净化装置结构首次运行时，异型管液位控制器（17)启动，控制汽车水箱（15）与防溢槽（3）间阀门，使汽车水箱（15）中的水通过水箱水进口（303）进入防溢槽（3）并流入异型管（2）至水位高限，此时异型管液位控制器(17)关闭防溢槽与异型管间阀门停止供水。当防溢槽（3）水位达高限时，防溢槽液位控制器（18）控制关闭汽车水箱（15）与防溢槽（3）间阀门。

气-固净化支路如附图1所示，主要净化部件连接顺序依次为固体介质过滤器（4）、干燥器（5）、气体压缩器（6）以及气相滑动弧放电反应器（7），气相滑动弧放电反应器结构图如附图2和附图3所示。尾气中未能溶于异型管（2）中水的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、被气流携带的细小固体颗粒以及可能黏附在固体颗粒空隙中的二氧化硫、苯系物等污染物（包含细小颗粒和小液滴的气流）从出气口（304）出来进入气-固净化支路。该净化支路具体操作为：尾气首先经干燥器（5）干燥水分，然后进入固体介质过滤器（4）对气流中的固体颗粒物质进一步截留过滤，再经气体压缩器（6）由气相滑动弧放电反应器（7）压缩气体喷嘴（707）喷入反应器中。高速气流推动电极（702）间的起弧端（703）向下游移动，产生大量等离子体。进入反应器中的一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、二氧化物、苯系物等通过反应降解，本发明中的气相滑动弧放电反应器特殊的“菌芯”型档板（704）延长了尾气中污染物质在气相滑动弧放电反应器（7）中的停留时间，避免了反应出现“短路”导致污染物未经处理直接外排的问题。净化后的气体通过位于“菌杆”型反应器罩（706）和“菌芯”型档板（704）之间的出气嘴（708）进入反应器“菌盖”型集气罩（705），并通过反应器出气口（709）进入下游储气罐（11）或通过净化后气体排放管（14）加以排放。

液-固净化支路如附图1所示，由沉降分离器（8）、黏合器（12）、气-液两相滑动弧放电反应器（9）、储气罐（11）以及冷凝器（10）组成。该支路细分两个处理方向，一个是异型管（2）底部出液口连接沉降分离器（8），沉降分离器（8）下层出液口连接黏合器（12）。另一个是异型管（2）底部出液口连接沉降分离器（8），沉降分离器（8）上层出液口连接气-液两相滑动弧放电反应器（9），反应器出气口（908）连接冷凝器（10）。储气罐（11）通过载气口（909）为气-液两相滑动弧放电反应器（9）提供载气。气-液两相滑动弧放电反应器结构图如附图4和附图5所示。尾气中被异型管（2）中水截留下来一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、可能黏附在固体颗粒空隙中的二氧化硫、苯系物以及粒径相对较大的固体颗粒进入液-固净化支路。该净化支路具体操作为：沉降分离器（8）将液体中粒径相对较大的固体颗粒最大程度地分离出来，由沉降分离器液位控制器（20）、下层时间控制器（21）控制进入黏合器（12）中进行胶结固化排出。去除固体颗粒的液体在储气罐气体载入气-液两相滑动弧放电反应器（9）的条件下通过雾化喷嘴（906）进入气-液两相滑动弧放电反应器（9）中，高速气雾推动电极（902）间的起弧端（903）向下游移动，产生大量等离子体。进入气-液两相滑动弧放电反应器（9）中的污染物通过反应加以降解，本发明中的气-液两相滑动弧放电反应器（9）特殊“火山口”型泡罩（904）延长了尾气中的污染物质在反应器中的停留时间，避免了反应出现“短路”导致污染物未经处理直接外排的问题。净化后的气体通过位于绝缘底托（901）处的出气嘴（907）进入集气罩（905）并通过反应器出气口（908）进入冷凝器（10）冷凝，冷凝出液通过循环泵（19）、净化液进口（302）进入防溢槽（3）。

以上所述内容仅为本发明设计思路下的基本说明，凡是依据本发明的技术方案和装置结构所做的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于汽车排气管的防霾净化装置结构，包括集气罐、带防溢槽的异型管和气-固、液-固两个净化支路，气-固污染物净化支路由固体介质过滤器、干燥器、气相滑动弧放电反应器组成，液-固净化支路由沉降分离器、黏合器、气-液两相滑动弧放电反应器（包括冷凝器和喷雾辅助设备），其特征是：气-固和液-固两个净化支路对汽车尾气中固、液、气三相污染物进行了全方位的处理。

2.根据权利要求1所述的一种用于汽车排气管的防霾净化装置结构，所述的整体外型结构，其特征是：净化装置结构中各主要部件全部可灵活拆卸和组装，可通过改变各主要部件间连接件的规格和布置形式来调整净化装置结构的外形以适应车体空间。

3.根据权利要求1所述的一种用于汽车排气管的防霾净化装置结构，所述的带防溢槽的异型管，其特征是：异型管有一个进气口和两个出口；进气口与待处理的汽车尾气管相连接，两个出口分别为异型管终端的气体流出口和位于异型管底部的液体出流口；异型管进气管段与终端出气管段不等长，并与异型管下游部件防溢槽相连接；异型管具有液位控制功能，可根据管内水位控制阀门启停；防溢槽可存储并回流液体。

4.根据权利要求1所述的一种用于汽车排气管的防霾净化装置结构，所述的气相滑动弧放电反应器，其特征是：特殊的“菌”型结构；绝缘底板上的压缩气体喷嘴可产生较大冲力的柱状气流推动起弧端向下游移动；正对喷嘴的位置是“菌芯”型档板，面积约占刀型电极尖端空间的2/5~3/5；“菌杆”型反应器罩上，对应“菌芯”型档板位置处，全周方向均匀分布的出气嘴和“菌盖”型集气罩有利于净化后气体的汇集和排出。

5.根据权利要求1所述的一种用于汽车排气管的防霾净化装置结构，所述的黏合器，其特征是：位于沉降分离器下游；有位于黏合器上方的进液口和位于粘合器下方的胶结物投放口；有粘合器下方的一个出料口，与胶结物投放口同侧，两者对应整个净化装置结构箱体的活动小舱门；少量液体中的细小颗粒可以在胶结物的作用下发生粘合，并可定期从出料口通过箱体舱门取出。

6.根据权利要求1所述的一种用于汽车排气管的防霾净化装置结构，所述的气-液两相滑动弧放电反应器，其特征是：特殊的“火山口”泡罩型结构；绝缘底托上的雾化喷嘴产生的高速气雾推动起弧端向下游移动；反应器进气口和出气口同侧设计；泡罩的“火山口”处面积约占刀型电极尖端空间的2/5~3/5；绝缘底托全周方向均匀分布出气嘴；冷凝器出液为净化后液体，返回防溢槽实现整个净化装置结构的液体循环使用。