CN107120160A - 基于高压静电除尘原理的尾气净化装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置及其应用，包括壳体，壳体的一端与排气管连接，另一端设置有排气出口，壳体两端之间依次设置有催化剂式净化层、弹性元件、多对电极集尘机构和挡块；多对电极集尘机构包括多对电极，所述多对电极经过升压模块控制，吸附经过催化剂式净化层的颗粒；挡块上端设置有电机驱动挡块运动，压缩、释放弹性元件，使其运动，构成弹性阵子，振动清除多对电极集尘机构上的颗粒。本发明具有结构简单的优点。

Description

基于高压静电除尘原理的尾气净化装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置及其应用。

背景技术

目前，汽车尾气已经成为城市空气污染的“元凶”，在一些城市中，汽车尾气污染已经占空气污染源的80％。汽车尾气污染物主要包括：一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、二氧化硫、烟尘微粒等，而其中的烟尘颗粒又是PM2.5的重要来源。所以，为了改善空气质量，为了人类健康，迫切需要更加高效的汽车尾气净化处理装置。

目前，汽车尾气净化装置有多种形式，如现在普遍使用的三元催化剂净化器，还有多元催化剂净化器等，但这些装置仍有缺陷，三元催化剂净化器以及多元催化剂净化器，虽然对碳氢化合物及一氧化碳和氮氧化合物的吸收起到一定作用，但对其它烟尘微粒吸收作用甚微，导致PM2.5以及PM10的排放得不到控制；而且催化剂的使用寿命短，成本高，且其中的活性重金属对人体有毒。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置及其应用，本发明侧重于汽车尾气中烟尘颗粒的净化处理，使用高压静电除尘装置对细颗粒物进行吸收，与催化剂式净化装置协同工作，对尾气进行二次净化，大幅度降低汽车尾气中的颗粒物的排放量，同时也进一步减少了有害气体含量，对尾气处理更加高效，有利于空气质量的改善。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置，包括壳体，壳体的一端与排气管连接，另一端设置有排气出口，壳体两端之间依次设置有催化剂式净化层、弹性元件、多对电极集尘机构和挡块；

所述多对电极集尘机构包括多对电极，所述多对电极经过升压模块控制，吸附经过催化剂式净化层的颗粒；

所述挡块上端设置有电机驱动挡块运动，压缩、释放弹性元件，使其运动，构成弹性阵子，振动清除多对电极集尘机构上的颗粒。

进一步的，所述催化剂式净化层包括多层催化层，吸附碳氢化合物及一氧化碳和氮氧化合物。

进一步的，所述壳体内部对应于多对电极集尘机构下侧的位置设置有存尘室，以存储振动清除下来的颗粒。

所述存尘室为具有一凹面存储结构的半圆柱壳体，连接有驱动电机，当进行清灰时，圆柱存储结构向上，电机上的灰尘落入存尘室内，当清灰完毕后，驱动电机使其翻转，凹面存储结构转到下面，防止汽车尾气吹动存尘室内灰尘排除车外造成污染。

进一步的，所述电机通过偏心轴压动挡块，进而使其压动弹性元件运动。

所述弹性元件为弹簧。

进一步的，所述升压模块包括自激推挽变流电路、高频变压器和整流模块，将车载直流电源变为高频交流，高频交流经高频变压器升压变为高压交流，高压交流再经过整流模块得到所需的高压直流。

进一步的，所述多对电极集尘机构包括多对电极板，且每个电极板的正极板板面光滑，负极板板面粗糙，构成极不均匀电场。

优选的，所述负极板板面形成尖端结构。

进一步的，多对电极板相互交叉、电压递减。

一种汽车，具有上述尾气净化装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明利用高压电使电极产生电晕放电,放出自由电子和离子,使尘粒荷电,而荷电颗粒受到电场力的作用向集尘极运动并被收集,实现气固分离，具有除尘效率高、阻力低、耗能少；能够高效收集大流量气体和高温或腐蚀性气体中的粉尘；自动化程度高及维修容易等优点；

(2)本装置简单小巧，占用空间少，能方便的应用于汽车尾气的处理，利用脉冲放电的等离子体，在高效除尘的同时去除气体污染物，日常维护费用低，因为易耗件和传动件少，耗电量低；

(3)借助于现在电力电子技术的发展，实现由12V车载直流电源到高压直流也较为简单。并且该装置结构简单，不需要昂贵的器件，本发明具有较大的推广应用空间。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是本发明结构示意图；

图2(a)、图2(b)是本发明的装置结构图；

图3是本发明的变流电路主体电路图；

图4是本发明的实际的变流电路示意图；

图5(a)是本发明的正极电极板示意图；

图5(b)是本发明的负极电极板示意图。

其中：1、排气管入口，2、排气管壳体，3、电源插口，4、单片机控制系统，5、升压模块，6、第一步进电机，7、偏心轮，8、排气管出口，9、第一催化层，10、第二催化层，11、第二步进电机，12、存尘室，13、弹簧，14、多对电机，15、挡块。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在无法有效去除颗粒污染物，造成PM2.5污染的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置，包括壳体，壳体的一端与排气管连接，另一端设置有排气出口，壳体两端之间依次设置有催化剂式净化层、弹性元件、多对电极集尘机构和挡块；

多对电极集尘机构包括四对电极，四对电极经过升压模块控制，吸附经过催化剂式净化层的颗粒；四对电极相互交叉，电压递减，保证除尘效率。

挡块上端设置有电机驱动挡块运动，压缩、释放弹性元件，使其运动，构成弹性阵子，振动清除多对电极集尘机构上的颗粒。

第一步进电机带动偏心轮转动，压动挡块，导致弹簧压缩，随着电机的继续运动，系统构成弹簧振子，通过振动清除四对电极上的灰尘。

如图2(a)、图2(b)所示，存尘室为半圆柱壳体，当弹簧电机清灰结构作用是圆柱存储结构向上，电机上的灰尘落入存尘室内，当清灰完毕后，第二步进电机旋转180°，半圆柱凹面存储结构转到下面，防止汽车尾气吹动存尘室内灰尘排除车外造成污染。

变流电路实现由12V车载直流电源到静电除尘所需的20kV高压直流的电源的转换，其主要过程为12V经ZVS式自激推挽变流电路变为高频交流，高频交流经高频变压器升压变为高压交流，高压交流再整流得到所需的高压直流。集尘电极部分主要完成尾气中颗粒物的收集，是强电场集中的地方。集尘电极由4对电极板构成，正极板板面光滑，负极板板面粗糙，可构成极不均匀电场。

变流电路主体实际上是一个带有ZVS的双管自激式推挽变流电路，将输入的12V直流变换为高频交流，以供高频升压变压器初级。电路工作原理如下：

图3为该电路拓扑图，当电源电压作用于V+，电流开始同时通过两侧的初级并施加到MOS的漏极(D)上。电压会同时出现在MOS的门极(G)上并开始将MOS开启。因为没有任何两个元件是完全一样的，一个MOS比另一个开的快一些，更多的电流将流过这个MOS。

通过导通侧初级绕组的电流将另一侧MOS的门极电压拉低并开始关断它。图中电容和初级的电感发生LC谐振并使电压按正弦规律变化。如果没有这个电容，通过MOS的电流会一直增大，直到变压器饱和甚至MOS管烧毁。假设Q1首先开启。当Z点电压跟着LC谐振的半个周期上升到峰值再回掉时，Y点电压会接近0。随着Z点电压下降到0，Q1的门极(G)电压消失，Q1关闭。同时Q2开启，此时Y点电压开始上升。

Q2的导通把Z点电压拉低到接近地，这可以确保Q1完全关断。Q2完成LC振荡的半周后会重复同样的过程，此振荡器继续循环工作。为了防止本电路从电源拉取巨大的峰值电流而损坏，增加了L1在变压器抽头处和V+之间作为缓冲。

由于MOS管工作条件要求比较高，容易损坏，比如当栅源电压高于30V时，MOS管将被击穿而损坏，因此需要增加MOS管的保护电路，实际的变流电路如图4所示。

其中470欧电阻用来限制MOS门极(G)的电流，防止损坏。10K电阻用于确保MOS可靠关断。稳压二极管将MOS的门极(G)的电压限制在选用的稳压二极管(12V)的击穿电压之内。

高频变压器直接选用成品高压包，由于其内部自带有高压硅堆，所以可以省去整流部分。其初级线圈直接作为变流电路的电感，将其中的高频交流升压至大约20KV。

由于静电场的极性效应，负极性极不均匀电场电晕起始电压较低，击穿电压较高，所以集尘电场设计为负极性极不均匀电场，即正极板板面光滑，负极板板面形成尖端。设计图如图5(a)、图5(b)所示。

静电除尘器是一种高效的除尘设备,其原理是利用高压电使电极产生电晕放电,放出自由电子和离子,使尘粒荷电,而荷电颗粒受到电场力的作用向集尘极运动并被收集,实现气固分离。静电除尘器具有很多优点,例如除尘效率高、阻力低、耗能少；能够高效收集大流量气体和高温或腐蚀性气体中的粉尘；自动化程度高及维修容易等。

本发明的创新之处为弥补了现有汽车尾气处理中对烟尘颗粒净化不足的缺点，同时该作品为基于高压静电除尘原理装置的一种小型化设计。该作品借鉴工业静电除尘原理，原理简单，尾气颗粒净化效果好。借助于现在电力电子技术的发展，实现由12V车载直流电源到高压直流也较为简单。并且该装置结构简单，不需要昂贵的器件，所以有非常大的推广应用空间。

高压静电除尘在工业上的应用近于完备，在生活中的应用却鲜有耳闻。装置简单小巧，占用空间少，能方便的应用于汽车尾气的处理。利用脉冲放电的等离子体，在高效除尘的同时去除气体污染物。同其他种类的除尘器相比，电除尘器具有除尘效率高，可达99％以上。日常维护费用低，因为易耗件和传动件少，耗电量低。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置，其特征是：包括壳体，壳体的一端与排气管连接，另一端设置有排气出口，壳体两端之间依次设置有催化剂式净化层、弹性元件、多对电极集尘机构和挡块；

所述多对电极集尘机构包括多对电极，所述多对电极经过升压模块控制，吸附经过催化剂式净化层的颗粒；

所述挡块上端设置有电机驱动挡块运动，压缩、释放弹性元件，使其运动，构成弹性阵子，振动清除多对电极集尘机构上的颗粒。

2.如权利要求1所述的一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置，其特征是：所述催化剂式净化层包括多层催化层，吸附碳氢化合物及一氧化碳和氮氧化合物。

3.如权利要求1所述的一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置，其特征是：所述壳体内部对应于多对电极集尘机构下侧的位置设置有存尘室，以存储振动清除下来的颗粒。

4.如权利要求1所述的一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置，其特征是：所述存尘室为具有一凹面存储结构的半圆柱壳体，连接有驱动电机，当进行清灰时，圆柱存储结构向上，电机上的灰尘落入存尘室内，当清灰完毕后，驱动电机使其翻转，凹面存储结构转到下面，防止汽车尾气吹动存尘室内灰尘排除车外造成污染。

5.如权利要求1所述的一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置，其特征是：所述电机通过偏心轴压动挡块，进而使其压动弹性元件运动。

6.如权利要求1所述的一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置，其特征是：所述升压模块包括自激推挽变流电路、高频变压器和整流模块，将车载直流电源变为高频交流，高频交流经高频变压器升压变为高压交流，高压交流再经过整流模块得到所需的高压直流。

7.如权利要求1所述的一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置，其特征是：所述多对电极集尘机构包括多对电极板，且每个电极板的正极板板面光滑，负极板板面粗糙，构成极不均匀电场。

8.如权利要求7所述的一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置，其特征是：所述负极板板面形成尖端结构。

9.如权利要求1所述的一种基于高压静电除尘原理的尾气净化装置，其特征是：多对电极板相互交叉、电压递减。

10.一种汽车，其特征是：具有如权利要求1-9中任一项所述的尾气净化装置。