CN106150603A - 等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器及净化方法 - Google Patents
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Abstract
等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器及净化方法，属于汽车尾气净化技术领域。本发明是为了解决现有汽车尾气处理技术通用性差，处理效果差的问题。净化器包括尾气净化管、玻璃滑道、正弦高压电极、直流高压电极和接地电极，尾气净化管由首端至末端依次分为尾气引入区、等离子体处理区、过渡区、静电除尘区和尾气排出区，玻璃滑道固定在尾气净化管底面的外表面上，接地电极滑动设置在玻璃滑道上；净化方法在尾气引入区对汽车尾气进行降温处理；再使进入等离子体处理区直至静电除尘区的汽车尾气进行等离子体反应和高压静电除尘；最后使接地电极缓慢移出等离子体处理区，与静电除尘区相对应。本发明用于汽车尾气净化。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器及净化方法，属于汽车尾气净化技术领域。
背景技术
当前世界汽车保有量正在迅速增加，以我国为例，汽车保有量正以13～15％的年增长率迅速增加，截止2014年，中国的汽车总保有量已达1.37亿辆。由于汽车的尾气排放因子高，尾气中的黑烟颗粒物、NOx、CO和HC等已成为主要的大气污染源。根据环保部2014年发布的《京津冀、长三角、珠三角区域及直辖市、省会城市和计划单列市等74个城市2013年度空气质量报告》显示，74个城市的首要污染物是可吸入颗粒物PM2.5，其次是PM10，74个城市都趋向于从传统的煤烟型污染向汽车尾气污染和二次污染相互叠加的复合型污染转移。因此，开展汽车尾气的污染防治成为当前迫在眉睫的环境保护工作。
针对汽车尾气中碳颗粒物和CO、NOx等气体，传统的尾气处理方法采用催化技术来处理尾气中的固定气体成分，达到减低排放的效果；这种催化技术需要针对不同的尾气成分来组织催化剂的种类和含量，其在实际的尾气处理中受到一定的约束。放电等离子体技术通过气体放电来产生大量的高能电子，具有很强的氧化性和化学活性，对CO、NOx等小分子具有较好的处理效果，是一种新兴的尾气处理技术。但是，化学反应是需要一定时间的，而汽车尾气的排放速度较高，特别是要达到实时处理效果时，尾气成分在净化器中停留时间较短，等离子体对大分子的处理能力就会下降，使尾气中大分子碳颗粒物被脱除的效果变差。
发明内容
本发明目的是为了解决现有汽车尾气处理技术通用性差，处理效果差的问题，提供了一种等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器及净化方法。
本发明所述等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器，它包括尾气净化管、玻璃滑道、正弦高压电极、直流高压电极和接地电极，尾气净化管为非金属长方体管，尾气净化管由首端至末端依次分为尾气引入区、等离子体处理区、过渡区、静电除尘区和尾气排出区，尾气引入区设置降温装置；玻璃滑道固定在尾气净化管底面的外表面上，接地电极滑动设置在玻璃滑道上正弦高压电极嵌入在尾气净化管顶面的外表面上，正弦高压电极在尾气净化管上的位置与等离子体处理区相对应，并且正弦高压电极的长度与等离子体处理区的长度相同；直流高压电极嵌入在尾气净化管顶面的外表面上，直流高压电极在尾气净化管上的位置与静电除尘区相对应，并且直流高压电极的长度与静电除尘区的长度相等；接地电极的长度大于或者等于等离子体处理区、过渡区和静电除尘区的总长度，玻璃滑道的长度小于尾气净化管的长度，玻璃滑道的长度使接地电极在向尾气排出区的方向滑动时，至少接地电极的首端进入过渡区；接地电极的首端与尾气净化管的首端相对应。
尾气净化管为石英玻璃管。
所述正弦高压电极连接的电源电压为10kV～30kV，频率为10000Hz～30000Hz。
所述尾气净化管的长为300mm，水平方向宽度为100mm，高度方向两相对表面之间的距离为5mm；玻璃滑道的长为280mm，宽为80mm；玻璃滑道居中固定在尾气净化管底面的外表面上；
接地电极的长为200mm，宽为80mm；
尾气引入区、等离子体处理区、过渡区、静电除尘区和尾气排出区的长度分别为10mm、80mm、40mm、80mm和90mm。
一种基于等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器的汽车尾气净化方法，它包括以下步骤：
步骤一：在正弦高压电极和接地电极之间施加正弦高压电源，该正弦高压电源电压为10kV～30kV，频率为10000Hz～30000Hz；在直流高压电极和接地电极之间施加直流电源，该直流电源电压为5kV；将接地电极接地；
步骤二：使用导气管路将汽车尾气引入尾气引入区，尾气引入区对汽车尾气进行降温处理后，平稳引入等离子体处理区；
步骤三：使接地电极对应于等离子体处理区、过渡区和静电除尘区，使进入等离子体处理区直至静电除尘区的汽车尾气进行等离子体反应和高压静电除尘；
步骤四：在预设定时间间隔后，向尾气排出区方向移动接地电极，使接地电极缓慢移出等离子体处理区，与静电除尘区相对应，由此实现汽车尾气的净化，净化后的汽车尾气经由尾气排出区排出。
本发明的优点：本发明将放电等离子体技术和直流高压静电除尘技术结合起来，通过合理的结构设计，来获取流动的尾气环境中放电等离子体对直流高压静电除尘效果的强化，以实现两者协同处理的效果，提高了对大分子碳颗粒物的实时处理效果。
本发明将等离子体与静电吸附技术相组合，来增强汽车尾气的处理效果。根据汽车的运行状况调节接地电极的位置，能够实现对净化器消耗功率的调整。它将尾气净化区域分为两个部分，等离子体处理区对应于正弦高压电极，静电除尘区对应于直流高压电极，两个尾气处理区可同时对尾气进行处理，由此强化了对大分子碳颗粒物的实时处理效果，具有低能耗、高效率、无污染的优势，实现了净化器消耗功率的连续可调，从而解决了传统净化器功耗大、处理效率低、体积大的缺点，在汽车尾气处理方面有着巨大的发展前景。
本发明将等离子体处理小分子物质的优势和静电吸附技术处理大分子颗粒物的优势相结合，并利用等离子体处理尾气时可以增加尾气荷电比例与荷电量的特点，进一步增加静电吸附区域的吸附效率。它采用两个尾气处理区域共用一个可以滑动的接地电极的方式，实现了对放电功率的连续可调，根据汽车的运行状况调节净化器的放电功率，从而极大地降低了处理装置的能耗。
本发明两个嵌入电极利用玻璃滑道来防止两个高压电极之间产生击穿放电，嵌入式的结构也避免了电极边沿处的尖端直接与空气相接触，防止了尖端放电。采用静电吸附技术处理颗粒物，静电吸附装置不消耗功率，这对于储能十分有限的车载设备来说非常有利。
附图说明
图1是本发明所述等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器的结构示意图；
图2是图1的侧视图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器，其特征在于，它包括尾气净化管1、玻璃滑道2、正弦高压电极3、直流高压电极4和接地电极5，
尾气净化管1为非金属长方体管，尾气净化管1由首端至末端依次分为尾气引入区1-1、等离子体处理区1-2、过渡区1-3、静电除尘区1-4和尾气排出区1-5，尾气引入区1-1设置降温装置；
玻璃滑道2固定在尾气净化管1底面的外表面上，接地电极5滑动设置在玻璃滑道2上；
正弦高压电极3嵌入在尾气净化管1顶面的外表面上，正弦高压电极3在尾气净化管1上的位置与等离子体处理区1-2相对应，并且正弦高压电极3的长度与等离子体处理区1-2的长度相同；
直流高压电极4嵌入在尾气净化管1顶面的外表面上，直流高压电极4在尾气净化管1上的位置与静电除尘区1-4相对应，并且直流高压电极4的长度与静电除尘区1-4的长度相等；
接地电极5的长度大于或者等于等离子体处理区1-2、过渡区1-3和静电除尘区1-4的总长度，玻璃滑道2的长度小于尾气净化管1的长度，玻璃滑道2的长度使接地电极5在向尾气排出区1-5的方向滑动时，至少接地电极5的首端进入过渡区1-3；接地电极5的首端与尾气净化管1的首端相对应。
具体实施方式二：本实施方式对实施方式一作进一步说明，尾气净化管1为石英玻璃管。
具体实施方式三：本实施方式对实施方式一或二作进一步说明，所述正弦高压电极3连接的电源电压为10kV～30kV，频率为10000Hz～30000Hz。
具体实施方式四：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式对实施方式一、二、三或四作进一步说明，所述尾气净化管1的长为300mm，水平方向宽度为100mm，高度方向两相对表面之间的距离为5mm；玻璃滑道2的长为280mm，宽为80mm；玻璃滑道2居中固定在尾气净化管1底面的外表面上；
接地电极5的长为200mm，宽为80mm；
尾气引入区1-1、等离子体处理区1-2、过渡区1-3、静电除尘区1-4和尾气排出区1-5的长度分别为10mm、80mm、40mm、80mm和90mm。
本实施方式中，选择尾气净化管1的厚度为2mm，玻璃滑道2的首端面距离尾气净化管1的首端面10mm，玻璃滑道2的末端面距离尾气净化管1的末端面10mm，汽车尾气由尾气净化管1的首端面进入，末端面排出。
正弦高压电极3和直流高压电极4的长和宽分别为80mm*80mm，其厚度为1mm，直流高压电极4的与正弦高压电极3间隔40mm，直流高压电极4的首端距离尾气净化管1的首端130mm。
具体实施方式五：下面结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式为基于实施方式一至实施方式五其中之一所述等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器的汽车尾气净化方法，它包括以下步骤：
步骤一：在正弦高压电极3和接地电极5之间施加正弦高压电源，该正弦高压电源电压为10kV～30kV，频率为10000Hz～30000Hz；在直流高压电极4和接地电极5之间施加直流电源，该直流电源电压为5kV；将接地电极5接地；
步骤二：使用导气管路将汽车尾气引入尾气引入区1-1，尾气引入区1-1对汽车尾气进行降温处理后，平稳引入等离子体处理区1-2；
步骤三：使接地电极5对应于等离子体处理区1-2、过渡区1-3和静电除尘区1-4，使进入等离子体处理区1-2直至静电除尘区1-4的汽车尾气进行等离子体反应和高压静电除尘；
步骤四：在预设定时间间隔后，向尾气排出区1-5方向移动接地电极5，使接地电极5缓慢移出等离子体处理区1-2，与静电除尘区1-4相对应，由此实现汽车尾气的净化，净化后的汽车尾气经由尾气排出区1-5排出。
当汽车尾气进入等离子体处理区1-2，在正弦高压电极3和接地电极5间进行放电，产生等离子体，处理汽车尾气，并且对尾气中的颗粒物进行进一步的荷电，然后在直流高压电极4和接地电极5间产生强静电场，吸附处理剩余的带电颗粒物。
本实施方式中，将正弦高压电源的某一输出端接正弦高压电极3，将正弦高压电源的另一输出端与正弦高压电源的地极一起接到接地电极5；以直流高压电极4连接电源正极，以接地电极5连接电源负极，再将接地电极5可靠接地。
定义正弦高压电极3与接地电极5的纵向重叠的区域即为A区，A区内会产生低温等离子体，对尾气中的NOx、CO等小分子有害物质进行处理，并对大分子颗粒物进行荷电和一定处理；直流高压电极4和接地电极5纵向重叠的区域即为B区，B区内产生强静电场，对在等离子体区被荷电的大分子颗粒物和原本尾气中就带电荷的颗粒物进行有效吸附处理。
拖动接地电极5，使接地电极5与正弦高压电极3和直流高压电极4的纵向重叠区域都为最大，例如为80mm*80mm，此时净化器以最大净化能力净化汽车尾气；将接地电极5向末端平移，则接地电极5与正弦高压电极3在纵向上重叠部分越来越少，等离子体反应区越来越小，而接地电极5和直流高压电极4的重叠区域一直都为80mm*80mm不变，直到接地电极5与正弦高压电极3在纵向上已无重叠区域，不产生等离子体处理尾气，而高压静电区始终以最大净化能力工作。由此可以根据汽车的运行状况调节等离子体放电区的输出功率，而高压静电区是不消耗功率的，所以通过接地电极5的滑动调节就达到了对净化器输出功率的调节。
所述直流高压电极4和接地电极5之间施加的直流电源为高压脉冲源。
Claims (5)
1.等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器，其特征在于，它包括尾气净化管(1)、玻璃滑道(2)、正弦高压电极(3)、直流高压电极(4)和接地电极(5)，尾气净化管(1)为非金属长方体管，尾气净化管(1)由首端至末端依次分为尾气引入区(1-1)、等离子体处理区(1-2)、过渡区(1-3)、静电除尘区(1-4)和尾气排出区(1-5)，尾气引入区(1-1)设置降温装置,玻璃滑道(2)固定在尾气净化管(1)底面的外表面上，接地电极(5)滑动设置在玻璃滑道(2)上,正弦高压电极(3)嵌入在尾气净化管(1)顶面的外表面上，正弦高压电极(3)在尾气净化管(1)上的位置与等离子体处理区(1-2)相对应，并且正弦高压电极(3)的长度与等离子体处理区(1-2)的长度相同,直流高压电极(4)嵌入在尾气净化管(1)顶面的外表面上，直流高压电极(4)在尾气净化管(1)上的位置与静电除尘区(1-4)相对应，并且直流高压电极(4)的长度与静电除尘区(1-4)的长度相等,接地电极(5)的长度大于或者等于等离子体处理区(1-2)、过渡区(1-3)和静电除尘区(1-4)的总长度，玻璃滑道(2)的长度小于尾气净化管(1)的长度，玻璃滑道(2)的长度使接地电极(5)在向尾气排出区(1-5)的方向滑动时，至少接地电极(5)的首端进入过渡区(1-3),接地电极(5)的首端与尾气净化管(1)的首端相对应。
2.根据权利要求1所述的等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器，其特征在于，尾气净化管(1)为石英玻璃管。
3.根据权利要求1或2所述的等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器，其特征在于，所述正弦高压电极(3)连接的电源电压为10kV～30kV，频率为10000Hz～30000Hz。
4.根据权利要求4所述的等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器，其特征在于，所述尾气净化管(1)的长为300mm，水平方向宽度为100mm，高度方向两相对表面之间的距离为5mm,玻璃滑道(2)的长为280mm，宽为80mm,玻璃滑道(2)居中固定在尾气净化管(1)底面的外表面上。
接地电极(5)的长为200mm，宽为80mm。
尾气引入区(1-1)、等离子体处理区(1-2)、过渡区(1-3)、静电除尘区(1-4)和尾气排出区(1-5)的长度分别为10mm、80mm、40mm、80mm和90mm。
5.一种基于等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器的汽车尾气净化方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一：在正弦高压电极(3)和接地电极(5)之间施加正弦高压电源，该正弦高压电源电压为10kV～30kV，频率为10000Hz～30000Hz；在直流高压电极(4)和接地电极(5)之间施加直流电源，该直流电源电压为5kV；将接地电极(5)接地；
步骤二：使用导气管路将汽车尾气引入尾气引入区(1-1)，尾气引入区(1-1)对汽车尾气进行降温处理后，平稳引入等离子体处理区(1-2)；
步骤三：使接地电极(5)对应于等离子体处理区(1-2)、过渡区(1-3)和静电除尘区(1-4)，使进入等离子体处理区(1-2)直至静电除尘区(1-4)的汽车尾气进行等离子体反应和高压静电除尘；
步骤四：在预设定时间间隔后，向尾气排出区(1-5)方向移动接地电极(5)，使接地电极(5)缓慢移出等离子体处理区(1-2)，与静电除尘区(1-4)相对应，由此实现汽车尾气的净化，净化后的汽车尾气经由尾气排出区(1-5)排出。
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| CN201610630513.XA CN106150603A (zh) | 2016-08-03 | 2016-08-03 | 等离子体与静电吸附耦合的汽车尾气净化器及净化方法 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020083133A1 (zh) * | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 上海必修福企业管理有限公司 | 一种发动机尾气除尘系统和方法 |
| CN111852614A (zh) * | 2019-04-30 | 2020-10-30 | 上海必修福企业管理有限公司 | 一种尾气处理系统和处理方法 |
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2016
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