CN108442996A - 一种机动车废气净化分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机动车废气净化分离方法，机动车发动机排出的热废气经过增压设备进行增压后，输送至分离器的进气端；压缩废气喷射进螺旋管涡流室后，气流以高达每分钟一百万转的速度旋转着流向螺旋管颗粒物聚集端出口，一部分气流通过控制阀流出，剩余的气体被阻挡后，在原气流内圈以同样的转速反向旋转，并流向螺旋管净化出气端。在此过程中，两股气流发生热交换，内环气流被冷却，从净化出气端流出净化后的冷气，外环气流则被加热，从颗粒物聚集端流出分离出来的颗粒物。本发明的发动机净化分离方法设计合理，可有效对发动机排出的氮氧化物等废气进行高效率的分离和净化，通过对分离器进行改进，提高了分离转化效率，大大降低了有害物质的排放。

Description

一种机动车废气净化分离方法
技术领域
本发明属于机动车废气处理技术领域，具体涉及一种机动车废气净化分离方法。
背景技术
随着现代工业的快速发展，车辆的急剧增加和废弃物的排放等，大气污染问题越来越严重，也使得人类赖以生存的环境得到严重污染，特别是空气中的PM2.5细颗粒物正在不知不觉的危害到了人类自身的健康。PM2.5细颗粒物主要来源于汽车尾气排放以及工业废气，PM2.5细颗粒物可穿过呼吸道深达肺泡等组织并沉积，进而进入血液循环，最终引起肺癌等各种疾病。而传统的汽车尾气处理装置对于颗粒较大的微粒有较好的过滤作用，而对PM2.5细颗粒物的过滤作用较差，因此不能满足人们的处理需要。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种机动车废气净化分离方法。
技术方案：本发明所述的一种机动车废气净化分离方法包括如下步骤：
(1)机动车发动机排出的热废气经过增压设备进行增压至0.6-0.8Mpa，然后输送至分离器的进气端；
(2)当增压后的废气进入分离器以后，便可从净化出气端得到净化后的废气，且废气温度降低，从颗粒物聚集端收集到颗粒物，且有少量热废气排出；
(3)压缩废气喷射进螺旋管涡流室后，气流以高达每分钟一百万转的速度旋转着流向螺旋管颗粒物聚集端出口，一部分气流通过控制阀流出，剩余的气体被阻挡后，在原气流内圈以同样的转速反向旋转，并流向螺旋管净化出气端；
(4)两股气流中的颗粒物分离聚集的同时发生热交换，内环气流被冷却降温，净化后的冷废气从净化出气端排出；外环气流则被加热升温，聚集的颗粒物和少量废气则从颗粒物聚集端排出；
(5)净化出气端排出的净化废气经过颗粒物传感器检测后，排入大气；颗粒物聚集端排出的颗粒物通过收集器收集处理；
(6)自动控制系统根据油门位移量和处理后空气含颗粒物浓度对增压压力和阀门开度进行控制，达到最佳的处理效率和节能的目的。
进一步的，步骤(6)具体控制过程包括：当自动控制系统检测到油门位移量不为零时，起动增压设备增压，开始检测颗粒物浓度；自动控制系统进一步检测油门位移量A＝A0怠速油位时，增压设备对废气增压至怠速压力值p0,阀门开度关小至怠速设定值；当油门位移量不等于怠速油位，发动机处在正常行驶中，压力控制和阀门开度按一定函数算法匹配油门开度和颗粒物浓度检测值。
进一步的，所述的机动车废气净化分离的装置包括：
机动车发动机、增压设备、分离器、自动控制系统、增压调节器和收集器，所述的机动车发动机废气输出端与增压设备输入端连接，所述增压设备输出端与分离器的进气口连接，所述分离器的出气口分别连接有颗粒物传感器和收集器，所述增压调节器与增压设备连接；所述自动控制系统两路信号输入，两路信号输出，输入的信号为油门的位移量和检测净化出气端的颗粒物浓度转换为0-5V标准电压量；输出为两路为分离器输出电压量控制阀门开度和增压调节器的增压压力；
所述的分离器包括冷端管，通过套管与此冷端管相连接的热端管，设在所述套管内的螺旋发生器，设在所述套管上的进气口，设在所述热端管内的整流器、调节阀和热气出口，所述的螺旋发生器由一端与所述冷端管相连接的主螺旋发生器，套接在此主螺旋发生器另一端的辅螺旋发生器所组成，所述的辅螺旋发生器与所述的热端管相连接，所述的辅螺旋发生器由辅涡流腔室，均匀设在此辅涡流腔室外圆周，且与所述辅涡流腔室的截面圆相切的一组辅喷嘴所组成，所述的辅涡流腔室为喇叭形的扩口腔室，且扩口端朝向热端管。
进一步的，所述机动车发动机包括汽油发动机和柴油发动机。
进一步的，所述机动车发动机输出的废气经空压机增压至0.6-0.8Mpa后输送至分离器的进气端。
进一步的，所述冷端管内设有冷端孔板，此冷端孔板内设有渐扩的冷气出口。
进一步的，所述热端管的外部设有散热片。
进一步的，所述扩口腔室的扩口角度α为5°-80°。
进一步的，所述辅喷嘴为圆锥形渐缩喷嘴，且缩口端与所述的辅涡流腔室相连通，所述辅喷嘴数目为1-7个。
进一步的，所述辅喷嘴与辅涡流腔室的截面圆的夹角β为2°-6°。
有益效果：本发明的发动机净化分离方法设计合理，可有效对发动机排出的氮氧化物等废气进行高效率的分离和净化，通过通过对分离器进行改进，提高了分离转化效率，大大降低了有害物质的排放。
附图说明
图1为本发明的废气净化分离的装置系统结构图；
图2为本发明的分离器结构示意图；
图3为本发明的辅螺旋发生器的结构示意图；
图4为图3的A-A结构剖视图；
图5为增压至0.4Mpa时排出气体中PM2.5\PM10的含量表；
图6为增压至0.5Mpa时排出气体中PM2.5\PM10的含量表；
图7为增压至0.6Mpa时排出气体中PM2.5\PM10的含量表；
图8为增压至0.7Mpa时排出气体中PM2.5\PM10的含量表；
图9为未处理时排出气体中PM2.5\PM10的含量表；
图10为自动控制流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
如图1所示的一种机动车废气净化分离的装置，机动车发动机、增压设备、分离器、自动控制系统、增压调节器和收集器，所述的机动车发动机废气输出端与增压设备输入端连接，所述增压设备输出端与分离器的进气口连接，所述分离器的出气口分别连接有颗粒物传感器和收集器，所述增压调节器与增压设备连接；所述自动控制系统两路信号输入，两路信号输出，输入的信号为油门的位移量和检测净化出气端的颗粒物浓度转换为0-5V标准电压量；输出为两路为分离器输出电压量控制阀门开度和增压调节器的增压压力。
其中，所述的机动车发动机包括汽油发动机和柴油发动机，增压设备采用空压机。
如图2、3和4所示，本发明的分离器结构示意图。包括冷端管1，通过套管2与此冷端管1相连接的热端管3，设在所述套管2内的螺旋发生器，设在所述套管2上的进气口10，设在所述热端管3内的整流器5、调节阀6和热气出口7，所述的螺旋发生器由一端与所述冷端管1相连接的主螺旋发生器9，套接在此主螺旋发生器9另一端的辅螺旋发生器8所组成，所述的辅螺旋发生器8与所述的热端管3相连接，所述的辅螺旋发生器8由辅涡流腔室13，均匀设在此辅涡流腔室13外圆周，且与所述辅涡流腔室13的截面圆相切的一组辅喷嘴14所组成，所述的辅涡流腔室13为喇叭形的扩口腔室，且扩口端朝向热端管3。
压缩气体经进气口10进入螺旋管时，会经由套管2内的气体通道分别进入主螺旋发生器9的喷嘴和辅螺旋发生器8的辅喷嘴14，两股气体分别沿切线进入主螺旋发生器9的圆柱形腔室和辅涡流腔室13，在主螺旋发生器9的腔室形成的气旋在辅涡流腔室13被加强，并经辅涡流腔室13的扩口改变了气旋的角度，增大了螺旋管内部热气与冷气的压差，热气流向热气出口7移动，经由整流器5、调节阀6排出，此时由于冷端出口的压力小于热端出口，一部份气体由气旋中心返回经过辅涡流腔室13和主螺旋发生器9的圆柱形腔室两级能量分离后，由冷气出口12排出，有效增加了能量分离的效率与温差。
所述的冷端管1内设有冷端孔板11，此冷端孔板11内设有渐扩的冷气出口12，气旋内层的冷气经此冷气出口12分离出来。现有技术中，通常将冷气出口12与主螺旋发生器9做成一体形式，不利于更换，在冷端管1内设置冷端孔板11，可根据实际使用需要，将不同孔径的冷端孔板11与不同的螺旋发生器搭配使用，节省原料的同时还增强了螺旋管使用的通用性。
所述的辅喷嘴14为圆锥形渐缩喷嘴，缩口端与所述的辅涡流腔室13相连通，辅喷嘴14与辅涡流腔室13的截面圆的夹角β为2°-6°，数目可以设置为1-7个，扩口腔室的扩口角度α为5°-80°，可以起到辅助能量交换和整流的作用。
所述的热端管3的外部设有散热片4，增大了热端管3的散热面积，使中心部分冷气流的能量尽快以热传导的方式由内层向外层传递，以得到温度更低的冷气流。同时，散热片4的设置避免了由于热端管3温度过高而带来的操作危险性。
所述的主螺旋发生器9的喷嘴最小截面积为主涡流腔室截面积的0.1-0.25倍，形成涡流效果最好。
本发明的分离器，通过在原有主螺旋发生器9的基础上增加了辅螺旋发生器8，使进入主涡流发生器9的气旋在辅螺旋发生器8内被加强，并改变了气旋的角度，增大了螺旋管内部热气与冷气的压差，从而增强了能量分离的效率与温差，达到增强螺旋管的温降与提高制冷系数的目的。经实际测试结果显示，在进气压力为0.6MPa，进气温度为15℃时，可得到到最低温度为-53℃的冷气，其最大温降达到68℃。当耗气量为325L/min时，最大制冷量能达到257W,冷效比达到0.791，制冷能效提高8％以上。
如图10所示，上述一种机动车废气净化分离方法，包括如下步骤：
(1)机动车发动机排出的热废气经过增压设备进行增压至0.6-0.8Mpa，然后输送至分离器的进气端；
(2)当增压后的废气进入分离器以后，便可从净化出气端得到净化后的废气，且废气温度降低，从颗粒物聚集端收集到颗粒物，且有少量热废气排出；
(3)压缩废气喷射进螺旋管涡流室后，气流以高达每分钟一百万转的速度旋转着流向螺旋管颗粒物聚集端出口，一部分气流通过控制阀流出，剩余的气体被阻挡后，在原气流内圈以同样的转速反向旋转，并流向螺旋管净化出气端；
(4)两股气流中的颗粒物分离聚集的同时发生热交换，内环气流被冷却降温，净化后的冷废气从净化出气端排出；外环气流则被加热升温，聚集的颗粒物和少量废气则从颗粒物聚集端排出；
(5)净化出气端排出的净化废气经过颗粒物传感器检测后，排入大气；颗粒物聚集端排出的颗粒物通过收集器收集处理；
(6)自动控制系统根据油门位移量和处理后空气含颗粒物浓度对增压压力和阀门开度进行控制，达到最佳的处理效率和节能的目的。
其中步骤(6)具体控制过程包括：当自动控制系统检测到油门位移量不为零时，起动增压设备增压，开始检测颗粒物浓度；自动控制系统进一步检测油门位移量A＝A0怠速油位时，增压设备对废气增压至怠速压力值p0，阀门开度关小至怠速设定值；当油门位移量不等于怠速油位，发动机处在正常行驶中，压力控制和阀门开度按一定函数算法匹配油门开度和颗粒物浓度检测值。
压力控制和阀门开度计算如下：P＝0.0085X2+0.0317X+0.6783(X为油门位移的百分比)；排气浓度与阀门开度的关系，以排气浓度PM2.5+PM10 1μg/m3为下限，以排气浓度PM2.5+PM10 100μg/m3为上限，构建排气浓度区间；并将该排气浓度区间分成十个梯度；依据该排气浓度区间构成的十个梯度对阀门调节进行梯度式开度调节。
冷气流的温度及流量大小可通过调节螺旋管热气端阀门控制。螺旋管热气端出气比例越高，则螺旋管冷气端气流的温度就越低，流量也相应减少。热气端装有一个小型的可调节阀门，有手动调节旋钮，这样就可以手动调节冷气的温度和气量。螺旋发生器是一个可互换的固定部件，它用于控制压缩空气的容积，并可以按不同的流量和温度范围进行选择。
通过实验，我们发现当废气以不同压力被送入分离器内时，其所得到的分离效果不同：
当只有0.4Mpa的气压时，此时几乎没有分离效果(见图5)；
当压力为0.5Mpa时，PM2.5\PM10浓度降低约20％(见图6)；
当压力为0.6Mpa时PM2.5\PM10浓度降低约40％(见图7)；
当压力为0.7Mpa时，分离效果明显，排出气体中PM2.5\PM10的含量只有分离前的10％左右(见图8)；
未处理的废气PM2.5\PM10含量(见图9)。
本发明的发动机净化分离方法设计合理，可有效对发动机排出的氮氧化物等废气进行高效率的分离和净化，通过通过对分离器进行改进，提高了分离转化效率，大大降低了有害物质的排放。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种机动车废气净化分离方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)机动车发动机排出的热废气经过增压设备进行增压至0.6-0.8Mpa，然后输送至分离器的进气端；
(2)当增压后的废气进入分离器以后，便可从净化出气端得到净化后的废气，且废气温度降低，从颗粒物聚集端收集到颗粒物，且有少量热废气排出；
(3)压缩废气喷射进螺旋管涡流室后，气流以高达每分钟一百万转的速度旋转着流向螺旋管颗粒物聚集端出口，一部分气流通过控制阀流出，剩余的气体被阻挡后，在原气流内圈以同样的转速反向旋转，并流向螺旋管净化出气端；
(4)两股气流中的颗粒物分离聚集的同时发生热交换，内环气流被冷却降温，净化后的冷废气从净化出气端排出；外环气流则被加热升温，聚集的颗粒物和少量废气则从颗粒物聚集端排出；
(5)净化出气端排出的净化废气经过颗粒物传感器检测后，排入大气；颗粒物聚集端排出的颗粒物通过收集器收集处理；
(6)自动控制系统根据油门位移量和处理后空气含颗粒物浓度对增压压力和阀门开度进行控制，达到最佳的处理效率和节能的目的。
2.根据权利要求1所述的一种机动车废气净化分离方法，其特征在于：步骤(6)具体控制过程包括：当自动控制系统检测到油门位移量不为零时，起动增压设备增压，开始检测颗粒物浓度；自动控制系统进一步检测油门位移量A＝A0怠速油位时，增压设备对废气增压至怠速压力值p0,阀门开度关小至怠速设定值；当油门位移量不等于怠速油位，发动机处在正常行驶中，压力控制和阀门开度按一定函数算法匹配油门开度和颗粒物浓度检测值。
3.根据权利要求1所述的一种机动车废气净化分离方法，其特征在于：所述的机动车废气净化分离的装置包括：
机动车发动机、增压设备、分离器、自动控制系统、增压调节器和收集器，所述的机动车发动机废气输出端与增压设备输入端连接，所述增压设备输出端与分离器的进气口连接，所述分离器的出气口分别连接有颗粒物传感器和收集器，所述增压调节器与增压设备连接；所述自动控制系统两路信号输入，两路信号输出，输入的信号为油门的位移量和检测净化出气端的颗粒物浓度转换为0-5V标准电压量；输出为两路为分离器输出电压量控制阀门开度和增压调节器的增压压力；
所述的分离器包括冷端管，通过套管与此冷端管相连接的热端管，设在所述套管内的螺旋发生器，设在所述套管上的进气口，设在所述热端管内的整流器、调节阀和热气出口，所述的螺旋发生器由一端与所述冷端管相连接的主螺旋发生器，套接在此主螺旋发生器另一端的辅螺旋发生器所组成，所述的辅螺旋发生器与所述的热端管相连接，所述的辅螺旋发生器由辅涡流腔室，均匀设在此辅涡流腔室外圆周，且与所述辅涡流腔室的截面圆相切的一组辅喷嘴所组成，所述的辅涡流腔室为喇叭形的扩口腔室，且扩口端朝向热端管。
4.根据权利要求3所述的一种机动车废气净化分离方法，其特征在于：所述机动车发动机包括汽油发动机和柴油发动机。
5.根据权利要求3所述的一种机动车废气净化分离方法，其特征在于：所述机动车发动机输出的废气经空压机增压至6-8kg后输送至分离器的进气端。
6.根据权利要求3所述的一种机动车废气净化分离方法，其特征在于：所述冷端管内设有冷端孔板，此冷端孔板内设有渐扩的冷气出口。
7.根据权利要求3所述的一种机动车废气净化分离方法，其特征在于：所述热端管的外部设有散热片。
8.根据权利要求3所述的一种机动车废气净化分离方法，其特征在于：所述扩口腔室的扩口角度α为5°-80°。
9.根据权利要求3所述的一种机动车废气净化分离方法，其特征在于：所述辅喷嘴为圆锥形渐缩喷嘴，且缩口端与所述的辅涡流腔室相连通，所述辅喷嘴数目为1-7个。
10.根据权利要求3所述的一种机动车废气净化分离方法，其特征在于：所述辅喷嘴与辅涡流腔室的截面圆的夹角β为2°-6°。
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