CN108906325A - 一种城市半封闭隧道汽车尾气清除装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，包括：外壳、颗粒物去除模块、气体污染物去除模块以及风扇模块；外壳为四周封闭的方形筒状结构，其两端分别设有进气口和出气口，在进气口和出气口之间形成通气腔体；颗粒物去除模块设置于通气腔体内进气口处，用于使气流中的颗粒物荷电从而吸附气流中的颗粒物，并通过外壳下方的集尘槽将吸附的颗粒物排出；气体污染物去除模块设置于通气腔体内颗粒物去除模块的后方，并且其入口端与颗粒物去除模块的出口端相连，用于分解气流中的气体污染物；风扇模块设置于通气腔体内排气口处，用于通风形成气流。本发明能够有效清除汽车尾气中的颗粒物和气体污染物。

Description

一种城市半封闭隧道汽车尾气清除装置
技术领域
本发明属于低温等离子除尘领域，更具体地，涉及一种城市半封闭隧道汽车尾气清除装置。
背景技术
城市公路隧道是一段半封闭的环境，隧道内行驶的汽车排出的废气、产生的烟雾及其扬起的灰尘等短时间内难以流通，这是造成隧道内空气质量差的主要原因。汽车尾气中主要有氮氧化合物、臭氧和颗粒物。汽车尾气的大量排放加剧了城市环境的污染程度，并呈现恶化和蔓延的趋势，造成了大区域的雾霾、光化学烟雾、酸雨等环境问题，严重危害人体健康、尾气的排放问题已经引起了各国特别是汽车保有量较大的国家的高度重视。
现有的用于净化城市半封闭隧道内空气的主要方法，是利用机械通风设备将污染物稀释到无害程度，这种方法属于物理稀释，功耗大、净化效率低，而且并没有从根本上清除汽车尾气中的有害成分。
发明内容
针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，其目的在于，在有效清除半封闭隧道内汽车尾气中的颗粒物的同时，有效分解其中的气体污染物，从而从根本上净化半封闭隧道内的空气。
为实现上述目的，本发明提供了一种城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，包括：外壳、颗粒物去除模块、气体污染物去除模块以及风扇模块；外壳为四周封闭的方形筒状结构，其两端分别设有进气口和出气口，在进气口和出气口之间形成通气腔体；外壳的下方设有集尘槽；颗粒物去除模块设置于通气腔体内进气口处，用于使气流中的颗粒物荷电从而吸附气流中的颗粒物，并通过集尘槽将吸附的颗粒物排出；气体污染物去除模块设置于通气腔体内颗粒物去除模块的后方，并且其入口端与颗粒物去除模块的出口端相连，用于分解气流中的气体污染物；风扇模块设置于通气腔体内排气口处，用于通风，从而形成从进气口流向排气口的气流。
进一步地，颗粒物去除模块包括：印制电路板、软排线插座、片状放电电极、两个接地极板以及两个毛刷；两个接地极板正对平行设置，且均平行于气流方向；印制电路板设置于两个接地极板正中间且与每一个接地极板都正对平行；软排线插座以阵列的形式均匀焊接于印制电路板的两面；片状放电电极以阵列的形式排布，其一端插入软排线插座上，使得片状放电电极与印制电路板相连；片状放电电极的另一端为放电端，包括两个圆角；片状放电电极用于在负直流电压的作用下产生电晕放电，从而在印制电路板和两个接地极板之间均形成电场空间，由此使得气流流经电场空间时其中的颗粒物被吸附于两个接地极板上；两个毛刷均呈方形环状，分别罩于两个接地极板上，用于通过周期性自上而下的运动将吸附于两个接地极板上的颗粒物刷入集尘槽中。
更进一步地，片状放电电极的放电端进行了削薄处理，由此使得起晕电场更低，从而降低放电电压，达到节能环保的目的。
更进一步地，片状放电电极在气流方向上交错排布，从而增大放电功率密度，有效提高颗粒物的荷电量，并最终提高颗粒物被吸附的效率。
更进一步地，印制电路板和接地极板之间的距离可调，但在调节过程中，印制电路板和每一个接地极板之间的距离相等，以适用于不同的应用场景。
更进一步地，作用于片状放电电极的负直流电压的电压幅值高于片状放电电极的起晕电压，且低于片状放电电极的击穿电压，以保证放电电极能够产生电晕放电，并且不会被击穿。
更进一步地，两个接地极板以及片状放电电极均由不锈钢制成；不锈钢具有耐极端气候、耐腐蚀的优点，适用于恶劣环境，避免了由于电极生锈而导致电场不均匀，击穿电压降低，放电功率随之降低的情况。
进一步地，气体污染物去除模块包括蜂窝状的活性炭载体，用于分解气流中的气体污染物；由于蜂窝状的活性炭载体具有较大的比表面积、良好的孔结构及丰富的表面基团，同时还具有良好的负载性和还原性，能够保持气流的通常，并且气流流经蜂窝状的活性炭载体时，其中的气体污染物能够被有效的分解。
更进一步地，活性炭载体上涂有由TiO2试剂、MnO2试剂和CuO试剂配比而成的催化试剂，用于提高气流中气体污染物的分解效率。
进一步地，风扇模块由多个相同的风扇组成，且风扇的出风面在同一平面内，以保证风力均匀并扩大风力涉及的范围，从而使得颗粒物的荷电率提高。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
(1)本发明所提供的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，包括颗粒物去除单元和气体污染物去除单元，颗粒物去除单元能够在负直流电压的作用下使气流中的颗粒物荷电从而吸附气流中的颗粒物，并通过集尘槽将吸附的颗粒物排出；气体污染物去除模块能够分解气流中的气体污染物。因此，本发明所提供的装置能够有效清除半封闭隧道内汽车尾气中的颗粒物，并有效分解其中的气体污染物，从而从根本上净化半封闭隧道内的空气。
(2)本发明所提供的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，由片状放电电极产生电晕放电，相比于其他传统电极，放电更稳定，片状放电电极和接地极板之间的电场更加均匀，击穿电压更高，从而使得击穿电压与起晕电压之差更大，可以产生更多的等离子体，使颗粒物能更有效地荷电。
(3)本发明所提供的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，片状放电电极在气流方向上交错排布，能够使得气流的阻力变大，颗粒物与等离子体接触的时间更长，荷电效果更好，从而提高颗粒物的去除效率。
(4)本发明所提供的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，将片状放电电极通过软排线插座设置于印制电路板上，提高了装置的绝缘性，同时由于软排线插座密集地排布在印制电路板上，刀片电极可以根据实际情况进行位置调整，根据不同的情况调整安装位置，提高颗粒物的去除效率。同时印制电路板具有成本低廉、轻便、耐高低温等优点，适合长期用于户外条件下。
(5)本发明所提供的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，气体污染物去除模块包括蜂窝状的活性炭载体，活性炭载体上涂有由TiO2试剂、MnO2试剂和CuO试剂配比而成的催化试剂，其中，CuO试剂的加入能够进一步提高催化试剂对于臭氧的催化性能，从而提高臭氧的清除效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的颗粒物去除模块的结构示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或者结构，其中：
1为电源，2为外壳，3为印制电路板，4为片状放电电极，5为接地极板，6为气体污染物去除模块，7为风扇模块，8为毛刷，9为集尘槽，10为软排线插座，11为颗粒物去除模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明所提供的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，如图1所示，包括：外壳2、颗粒物去除模块11、气体污染物去除模块6以及风扇模块7；外壳2为四周封闭的方形筒状结构，其两端分别设有进气口和出气口，在进气口和出气口之间形成通气腔体；外壳2的下方设有集尘槽9；外壳2的侧面设置有电源1，用于为颗粒物去除模块11提供幅值为0～20kV的负直流电压；
颗粒物去除模块11设置于通气腔体内进气口处，包括：印制电路板3、软排线插座10、片状放电电极4、两个接地极板5以及两个毛刷8；两个接地极板5正对平行设置，且均平行于气流方向；印制电路板3设置于两个接地极板5正中间且与每一个接地极板5都正对平行；软排线插座10以阵列的形式均匀焊接于印制电路板3的两面；印制电路板老化速度慢，质量较轻，可以快速、方便、灵活地进行更换；软排线插座具有厚体积小、连接简单、拆卸方便、易解决电磁屏蔽等优点；片状放电电极4以阵列的形式排布，其一端插入软排线插座上，使得片状放电电极4与印制电路板3相连；片状放电电极4的另一端为放电端，包括两个圆角；片状放电电极4用于在电源1提供的负直流电压的作用下产生电晕放电，从而在印制电路板3和两个接地极板5之间均形成电场空间，由此使得气流流经电场空间时其中的颗粒物被吸附于两个接地极板5上；两个毛刷8均呈方形环状，分别罩于两个接地极板5上，用于通过周期性自上而下的运动将吸附于两个接地极板5上的颗粒物刷入集尘槽9中；
气体污染物去除模块6设置于通气腔体内颗粒物去除模块11的后方，并且其入口端与颗粒物去除模块11的出口端相连，用于分解气流中的气体污染物；气体污染物去除模块6包括尺寸为38cm×40cm，厚度为20cm的蜂窝状的活性炭载体，由于蜂窝状的活性炭载体具有较大的比表面积、良好的孔结构及丰富的表面基团，同时还具有良好的负载性和还原性，能够保持气流的通常，并且气流流经蜂窝状的活性炭载体时，其中的气体污染物能够被有效的分解；活性炭载体上涂有由TiO2试剂、MnO2试剂和CuO试剂按照3:2:5的比例配比而成的催化试剂，用于提高气流中气体污染物的分解效率；其中，TiO2催化剂的粒径分布均匀且分布紧密，对空气中氮氧化物的净化效果良好，降解率高，最终的反应产物为硝酸，大部分硝酸被吸附在活性炭表面，随反应气流放出的硝酸很少；MnO2是对臭氧分解活性最好的活性组分之一，通过加入CuO，能够进一步提高催化剂对臭氧的催化性能；
风扇模块7设置于通气腔体内排气口处，用于通风，从而形成从进气口流向排气口的气流；在本实施例中，风扇模块7由16个小型风扇组成，风扇的出风面在同一平面，避免了使用一台大风扇导致的风力不均匀和风力涉及范围不足问题，使得颗粒物荷电率提高。
在本实施例中，片状放电电极4长为80mm，宽为30mm，圆角为10mm，插入软排线插座10的一端厚度为1mm，片状放电电极4的放电端进行了削薄处理，由此使得起晕电场更低，从而降低放电电压，达到节能环保的目的；印制电路板3的尺寸为380mm×400mm，片状放电电极4在气流方向上交错排布，其中第一列片状放电电极4与印制电路板3上方距离为25mm，第一列片状放电电极4两两纵向间距为39mm，第一列共有10片片状放电电极4；第二列片状放电电极4与印制电路板3上方距离为40mm，第二列片状放电电极4两两纵向间距为39mm，第二列共有9片片状放电电极4；第三列片状放电电极4排布方式与第一列相同；每列间隔距离为50mm；片状放电电极4以这样的形式排布，能够增大放电功率密度，有效提高颗粒物的荷电量，并最终提高颗粒物被吸附的效率；两个接地极板5以及片状放电电极4均由不锈钢制成；不锈钢具有耐极端气候、耐腐蚀的优点，适用于恶劣环境，避免了由于电极生锈而导致电场不均匀，击穿电压降低，放电功率随之降低的情况；印制电路板3和接地极板5之间的距离可调，但在调节过程中，印制电路板3和每一个接地极板5之间的距离相等，以适用于不同的应用场景；毛刷8的长度为380mm，宽度为30mm。
本发明所提供的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置的工作原理如下：利用风扇模块7通风，形成从进气口流向排气口的气流；通过电源1给片状放电电极4提供负直流电压，由于使用了片状电极和板状电极结构，片状放电电极4产生极不均匀电场，最大场强与平均场强相差很大，当外加电压及平均电场还较低时，片状放电电极4曲率半径较小处即圆角处附近空间的局部场强已经很大，达到起晕电压后，从曲率半径较小的圆弧处开始产生电晕放电，电压升高后，电晕放电从片状放电电极4的圆角处蔓延至中间平滑处，形成了明亮的蓝色刷状放电区域，此时产生稳定的电晕放电；电晕放电产生的自由电子和随即形成的负离子因受电场力的驱使由印制电路板3向接地电极5移动，并充满到两级间的绝大部分空间；气流首先流经印制电路板3和接地极板5之间的电场空间，电场空间中的自由电子和负离子都会与气流中的颗粒物碰撞并附着于其上，由此实现了颗粒物的荷电；荷电颗粒物在电场中受库仑力的作用被驱往接地极板5，到达接地极板5后会放出所带电荷并沉积于达接地极板5上；毛刷8周期性地自下而上运动，将沉积于接地极板5上的颗粒物刷入集尘槽9中，从而能够收集颗粒物，避免颗粒物排放到隧道外的空气中；去除气流中的粉尘后，气流随后流经气体污染物去除模块6；气流中的氮氧化物首先在TiO2催化剂表面上发生氧化反应生成NO2，接着被氧化为硝酸HNO3，硝酸HNO3随即被吸附到活性炭载体上，气流中的臭氧在催化剂表面分解并形成氧负离子，由此能够分解汽车尾气中主要的气体污染物。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，其特征在于，包括：外壳(2)、颗粒物去除模块(11)、气体污染物去除模块(6)以及风扇模块(7)；
所述外壳(2)为四周封闭的方形筒状结构，其两端分别设有进气口和出气口，在所述进气口和所述出气口之间形成通气腔体；所述外壳(2)的下方设有集尘槽(9)；
所述颗粒物去除模块(11)设置于所述通气腔体内所述进气口处，用于使气流中的颗粒物荷电从而吸附气流中的颗粒物，并通过所述集尘槽(9)将吸附的颗粒物排出；
所述气体污染物去除模块(6)设置于所述通气腔体内所述颗粒物去除模块(11)的后方，并且其入口端与所述颗粒物去除模块的出口端相连，用于分解气流中的气体污染物；
所述风扇模块(7)设置于所述通气腔体内所述排气口处，用于通风，从而形成从所述进气口流向所述排气口的气流。
2.如权利要求1所述的城市半封闭隧道汽车尾气去除装置，其特征在于，所述颗粒物去除模块(11)包括：印制电路板(3)、软排线插座(10)、片状放电电极(4)、两个接地极板(5)以及两个毛刷(8)；
所述两个接地极板(5)正对平行设置，且均平行于气流方向；所述印制电路板(3)设置于所述两个接地极板(5)正中间且与每一个接地极板都正对平行；所述软排线插座(10)以阵列的形式均匀焊接于所述印制电路板(3)的两面；所述片状放电电极(4)以阵列的形式排布，其一端插入所述软排线插座(10)上，使得所述片状放电电极(4)与所述印制电路板(3)相连；所述片状放电电极(4)的另一端为放电端，包括两个圆角；所述片状放电电极(4)用于在负直流电压的作用下产生电晕放电，从而在所述印制电路板(3)和所述两个接地极板(5)之间均形成电场空间，由此使得气流流经所述电场空间时其中的颗粒物被吸附于所述两个接地极板(5)上；所述两个毛刷(8)均呈方形环状，分别罩于所述两个接地极板(5)上，用于通过周期性自上而下的运动将吸附于所述两个接地极板(5)上的颗粒物刷入所述集尘槽(9)中。
3.如权利要求2所述的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，其特征在于，所述片状放电电极(4)的放电端进行了削薄处理。
4.如权利要求2所述的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，其特征在于，所述片状放电电极(4)在气流方向上交错排布。
5.如权利要求2所述的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，其特征在于，所述印制电路板(3)和所述接地极板(5)之间的距离可调，但在调节过程中，所述印制电路板(3)和每一个接地极板(5)之间的距离相等。
6.如权利要求2所述的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，其特征在于，作用于所述片状放电电压(4)的负直流电压的电压幅值高于所述片状放电电极(4)的起晕电压，且低于所述片状放电电极(4)的击穿电压。
7.如权利要求2所述的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，其特征在于，所述两个接地极板(5)以及所述片状放电电极(4)均由不锈钢制成。
8.如权利要求1或2所述的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，其特征在于，所述气体污染物去除模块(6)包括蜂窝状的活性炭载体，用于分解气流中的气体污染物。
9.如权利要求8所述的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，其特征在于，所述活性炭载体上涂有由TiO2试剂、MnO2试剂和CuO试剂配比而成的催化试剂，用于提高气流中气体污染物的分解效率。
10.如权利要求1或2所述的城市半封闭隧道汽车尾气清除装置，其特征在于，所述风扇模块(7)由多个相同的风扇组成，且风扇的出风面在同一平面内。
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