CN112206925A

CN112206925A - 一种颗粒物净化装置

Info

Publication number: CN112206925A
Application number: CN201910630457.3A
Authority: CN
Inventors: 王大祥; 唐万福; 奚勇
Original assignee: Shanghai Bixiufu Enterprise Management Co Ltd
Current assignee: Shanghai Bixiufu Enterprise Management Co Ltd
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2021-01-12

Abstract

本发明涉及环保领域，特别是涉及一种颗粒物净化装置。本发明的颗粒物净化装置包含放电极和集尘极，所述集尘极包括两种以上材料不同的集尘极段。本发明的颗粒物净化装置可用于去除污染废气中的颗粒物，尤其适用于机动车污染废气中颗粒物的去除，可方便地用于取代部分或全部排气管，使用方便，用户友好性强。

Description

一种颗粒物净化装置

技术领域

本发明涉及环保领域，特别是涉及一种颗粒物净化装置。

背景技术

颗粒物已成为大多数城市空气污染的主要污染源。颗粒物包括干固态颗粒、液态颗粒(如雾中的细雾滴)、湿颗粒(吸附有液态的物质固态颗粒)以及气溶胶等。粒径小于2.5微米的颗粒PM2.5，在空气中易处于动力学平衡状态，即稳定悬浮于地表，不沉降，从而被吸入体内，造成不可预测的伤害。粒径越小悬浮越稳定，越容易进入下呼吸道乃至肺泡。更细的纳米级别的颗粒甚至能穿透细胞壁而进入人体组织，危害更大。

大气中PM2.5的主要化学组分随地域污染源不同，组份和含量会有所差异，主要包括：有机物质(THC、SOF和VOC等)、元素碳(碳核凝聚体)、硝酸盐、硫酸盐、铵盐、氯盐、重金属氧化物及其他痕量元素等。有机物，尤其是各类芳香烃等有强致癌作用，硝酸盐等各类金属盐及金属氧化物，也基本对人体有害，尤其是重金属盐和氧化物。干碳核本身对人体虽无多大直接伤害，但进入人体组织后，会干扰免疫细胞的正常工作，降低人体免疫功能。工业上PM2.5还会对各类精密仪器和精密器件的正常运行和保养产生影响和损坏。

常见的颗粒物净化技术包括机械过滤、吸附、静电除尘、负离子和等离子体法及静电驻极过滤等。其中静电除尘技术因此易操作，结构简约，效率高、功耗小，且背压很低，倍受关注。

目前对于机动车颗粒物排放污染，现有的常见技术是采用各类壁流式或部分壁流式颗粒捕集技术和装置，用于对颗粒物的捕集。但现有的这类技术和装置，并没有最终解决持续、耐久、稳定、可靠地解决颗粒物的污染问题，静电除尘技术和产品，因此自身的优势，将成为下一代车用以及工业用颗粒物净化装置。

现有颗粒物净化静电装置，基本采用多管、直管或至多层多管结构。截面较大(宽和高方向)，而机动车底盘，尤其是汽油车底盘空间有限，且修改难度较大(涉及法规及重新认证等问题)，给现有的多管和多层结构的静电除颗粒物装置的安装和使用带来了诸多不便，有时可能需要对现有的底盘结构进行改造，增加了推广的难度。同时现有的颗粒物净化静电装置，基本采用单一功能的结构，基本由阴极和阳极(集尘极)构成，而无论是阴极或阳极，也一般都用一种材料，如阴极用钼丝，阳极用不锈钢管。而由于机动车排气中有固体颗粒物、水雾、酸雾、油滴、气容胶、SOF等种形式的颗粒物乃至VOC、CO、NOx等气体，且这些排放的含量、浓度、密度乃至温度和流速都时刻在变化，单种材料的结构没有充分发挥静电除颗粒装置的优势，要实现同时高效净化存在较大的挑战。

本发明针对上述问题，提供一种颗粒物净化静电装置。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种颗粒物净化装置。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种颗粒物净化装置，所述颗粒物净化装置包含放电极和集尘极，所述集尘极至少包括两种以上材料不同的集尘极段。

进一步的，所述净化装置根据排气管走向弯曲成异形弯曲结构。

所述集尘极至少包括两段以上集尘极段。所述集尘极段可以是有源的和/或无源的。

所述集尘极段在无源情况下，独立吸附废气中已带电的颗粒物。

所述集尘极段在有源情况下，可以是间歇性供电，也可以是持续性供电，其供电量可以是全电量供电，也可以是部分电量供电。

构成所述集尘极的集尘极段的材料至少包括两种，也可以是三种、四种、五种、六种或者更多种。

不同种材料的集尘极段，其对颗粒物的净化能力不同。所述集尘极段可以采用带吸附、催化功能的材料做成，从而具备对排气中不同气体污染净化的作用。在一些实施方式中，所述集尘极段的材料可以选自：泡沫金属、百洁布、喷胶棉、驻极体等中的一种或多种。

所述放电极，配合不同材料的集尘极段，也可对对应段的放电极丝进行优选，以进一步发挥不同段的功效；

所述净化装置可进一步包括壳体，所述集尘极设置于所述壳体的内侧面和/或外侧面上。

进一步的，所述净化装置的壳体为多孔材料。

本发明第二方面还公开了前述颗粒物净化装置用于去除废气中颗粒物的用途。

本发明第三方面还公开了一种机动车用排气系统，包括前述颗粒物净化装置。

本发明提供的一种颗粒物净化装置，具有以下有益效果：

1)复合了不同材料和结构的阳极(集尘极)，以及驻极体材料，同时兼具除各类颗粒的功能，相对现有的类似技术和产品，本发明提供的装置更紧凑、多功能化；

2)采用单管或多管，可方便地用于取代部分或全部排气管，成型和制造更方便；

3)异形布置，即指可按原有的排气管的走向，将净化装置做成弯曲形状，而无需对底盘进行任何改变；

4)本发明提供的装置甚至可以在现有的排气管基础上进行改造，适用方便性、用户友好性大大增强。

附图说明

图1显示为本发明中一种颗粒物净化装置结构示意图。

图2显示为多段集尘极段的异形管图

附图标记

1 放电极

2 集尘极

具体实施方式

如图1所示，本发明提供一种颗粒物净化装置，所述颗粒物净化装置包含放电极1和集尘极2，所述集尘极2至少包括两种以上材料不同的集尘极段。

所述放电极1可以对废气中的颗粒物进行加电，所述颗粒物包括但不限于固体颗粒、液滴、附着有液体的固体颗粒、气溶胶、等离子态的固体颗粒或液滴等。

所述集尘极2是指在静电场中通过静电场作用力，收集、捕获已带有电荷或具有极性的颗粒物的电极。

所述放电极1可以独立地对废气中的颗粒物进行加电。所述放电极1可以作为阴极发射负离子，也可以作为阳极发射正离子即接受负离子。当所述放电极1作为阴极发射负离子时，所述集尘极2作为阳极接受负离子；当所述放电极1作为阳极发射正离子即接受负离子时，所述集尘极2作为阴极接受正离子即发射负离子。

所述集尘极2至少包括两段以上集尘极段。例如，可以为两段、三段、四段、五段、六段或者更多段。

所述集尘极段可以是有源的和/或无源的，分别形成有源电场和/或无源电场，以及电除尘和电凝除雾电场。

所述有源，指需要外接高压电源。所述有源电场指需要提供外接高压电源的静电场。外接高压电源可以是足以产生静电场的各种现有高压电源。

所述无源，是指不需要外加电源。所述无源电场是指在不需要外加电源情况下，完全以极化能力建立起来的静电场。

所述电凝除雾电场是指用作除雾作用的静电场，可以是有源电场，也可以是无源电场。

所述集尘极段在无源情况下，独立吸附废气中已带电的颗粒物，从而实现对废气中颗粒物的连续无间断净化，应用领域和应用范围更广。

所述集尘极段所带电荷，可以只带负电荷，也可以只带正电荷，更可以同时带有正电荷及负电荷。

所述集尘极段可以在其表面带电荷，也可以在其本体内带电荷，更可以同时在其表面及本体内均带电荷。

构成所述集尘极2的集尘极段的材料至少包括两种，也可以是三种、四种、五种、六种或者更多种。

不同种材料的集尘极段，其对颗粒物的净化能力不同。所述净化能力的不同可以选自：对固体颗粒物、水雾、油滴、有机可溶性成份(SOF)、酸雾等颗粒物中的一种或多种的净化能力不同。所述集尘极段可以采用带吸附、催化功能的材料做成，从而具备对排气中不同气体污染净化的作用。在一些实施方式中，所述集尘极段的材料可以选自：泡沫金属、百洁布、喷胶棉、驻极体等中的一种或多种。

泡沫金属、百洁布、喷胶棉、驻极体等不同形式的材料对不同颗粒的净化能力并不相同，各具优势。

所述泡沫金属是指含有泡沫气孔的金属材料，对固体颗粒物和水雾的吸附效果更好。

所述百洁布对油滴、有机可溶性成份(SOF)效果更好。

所述喷胶棉对水雾和酸雾效果更好。

所述驻极体材料为可以完全脱离电源而独立提供电场，形成电场力的材料，其对干颗粒吸附效果更好。

所述驻极体材料选自无机化合物或有机化合物中的一种。

例如，所述无机化合物为氧化铝、玻璃纤维、钛酸钡(BaTiO3)、锆钛酸铅(PZT)、氧化锌 (ZnO)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铝(A12O3)和氧化钛(TiO2)等氧化物,以及氮化硅(Si3N4)等等具备驻极性的材料。

例如，所述有机化合物为聚四氟乙烯(PTFE)、氟化乙丙烯共聚物(PFA)、聚全氟乙丙烯(Te flon-FEP)、可溶性聚乙烯(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚碳酸酯、PP、PE、PVC、天然蜡、树脂、松香等具备驻极性能的材料。

在所述集尘极2中，同一材料的集尘极段可以为一段或多段，当同一材料的集尘极段有多段时，较佳的实施方式为，该材料各集尘极段被其他材料的集尘极段隔开。在优选的实施方式中，构成所述集尘极2的集尘极段材料各不相同。

所述集尘极段所带电荷，各集尘极段可以只带负电荷，也可以只带正电荷，或者也可以同时带有正电荷及负电荷。同时带有正电荷及负电荷时，可以是上下两端带不同电荷，也可以是不同侧面带不同电荷。

在一较佳实施方式中，所述集尘极2包括驻极体集尘极段。驻极体集尘极段可以是一段、二段、三段或者更多段。

在一较佳实施例中，所述驻极体集尘极段作为最后一段，优势在于不仅可在电场失效时，短时间或长时间担负颗粒净化作用之外。还有一个重要功能就是可捕捉排气中仍然带电的各类离子，以确保在末端出口排放的气体不再带有任何带电粒子，以免对人体或环境造成潜在的不可知的伤害。

在一较佳实施例中，所述驻极体材料在所述集尘极段中的布置方式选自单层布置或多层布置中的一种。多层布置有利于进一步提高净化效率。

所述多层布置方式为可以为在集尘极段的整个管周由内至外多层排布，或者可以在部分管腔壁侧面多层排布。

所述放电极1，配合不同材料的集尘极段，也可对对应段的放电极丝进行优选，即根据集尘极段对放电极分段。放电极1丝可以选自钢丝、钼丝、钛丝以及钛合金线等金属或合金材料中的一种或几种，以进一步发挥不同段的功效；

本发明所提供的颗粒物净化装置中，废气气流在所述集尘极2与放电极1围成的流道中通过。

所述净化装置可进一步包括壳体，所述集尘极2设置于所述壳体的内侧面和/或外侧面上。

在一较佳实施方式中，所述颗粒物净化装置为管状结构，所述管状结构优选为单管结构。所述管状结构也可以是多管结构。所述多管结构由多个单管组成。当所述颗粒物净化装置为多管结构时，可以是多管单层布置，也可以是多管多层布置。

所述单管结构是指具有单个空心腔体的管状结构。所述单管的横截面包括但不限于圆形、矩形、梯形、三角形。进一步的，所述单管结构根据排气管走向弯曲成异形弯曲结构。采用单管结构的优势在于相比多管或多层多管结构，截面小，无需对现有的安装空间进行改造，可直接取代排气管进行安装，因此更易推广。

所述单管结构中，所述集尘极2呈管状，所述放电极1为棒状，所述放电极1位于所述集尘极2围成的管状结构内。所述单管结构中，放电极1与集尘极2形成静电场。在一较佳实施方式中，所述放电极1设置于所述单管结构的中心轴处。当然，所述放电极1亦可偏离中心轴设置，所述放电极1不应与所述集尘极2接触。所述放电极1可用绝缘柱等具备足够绝缘等级的绝缘体固定支撑在单管结构中。

在所述单管结构中，放电极1从所述单管结构的一端向另一端延伸；在一较佳实施例中，所述放电极1至少从所述单管结构的一端延伸至所述单管结构的中部；在另一较佳实施例中，所述放电极1从所述单管结构的一端延伸至另一端，以对颗粒物充分加电。

在所述单管结构中，所述集尘极段首尾相接构成所述单管结构集尘极2。各集尘极段可以呈管状，单个所述集尘极段的材料均一。

所述净化装置可进一步包括管状壳体，所述集尘极2设置于所述管状壳体的内侧面和/或外侧面上。

进一步的，为了使本发明的净化装置可以根据排气管的走向弯曲形成异形结构。所述净化装置的壳体可分段成型再对接。所用材料为多孔材料，例如可以是金属丝网、金属孔板等。

在一较佳实施例中，如图2所示，所述集尘极由4段构成，所述4段材料分别为泡沫金属、百洁布、喷胶棉、驻极体。所述4段材料分别承提不同功能，泡沫金属对固体颗粒物和水雾的吸附效果更好。百洁布对油滴、有机可溶性成份效果更好。喷胶棉对水雾和酸雾效果更好。驻极体材料干颗粒吸附效果更好。这四段功能材料的耐高温性能也不同，泡沫金属最好，喷胶棉最低。所述放电极只由同一种材料构成。废气经气流入口进入所述颗粒物净化装置后，经过有源电场、无源电场、电除尘和电凝除雾电场将所有带电粒子吸附后，在气流出口被排放。

在另一较佳实施例中，所述集尘极由4段构成，所述4段材料依次为喷胶棉、百洁布、泡沫金属、驻极体。所述4段材料分别承提不同功能。所述放电极对应不同集尘极段分段采用不同材料，对应喷胶棉集尘极段，以钛合金丝为放电极；对应百洁布集尘极段，以钼丝为放电极；对应泡沫金属集尘极段，以带尖刺的304不锈钢丝为放电极；对应驻极体材料集尘极段，可以不使用放电极，即驻极材料独立起吸附、净化颗粒作用，即无源电场。也可以使用上述任何一种放电极配合使用。废气经气流入口进入所述颗粒物净化装置后，依次经过有源电场、无源电场、电除尘和电凝除雾电场将所有带电粒子吸附后，在气流出口被排放。

在另一较佳实施例中，所述集尘极由8段构成，所述8段材料依次为喷胶棉、百洁布、泡沫金属、驻极体、喷胶棉、百洁布、泡沫金属、驻极体。同一种材料的集尘极段重复设置两段，可以保证各种材料将对应的颗粒物吸附完全。第二次重复设置的集尘极段长度可以较短以节约成本。同时，所述放电极可以由一种材料组成，也可以由组成对应不同集尘极段，分段采用不同材料组成。废气经气流入口进入所述颗粒物净化装置后，依次经过有源电场、无源电场、电除尘和电凝除雾电场将所有带电粒子吸附后，在气流出口被排放。

在另一较佳实施例中，壳体的材料为金属丝网，所述集尘极由4段构成，所述4段材料依次为泡沫金属、百洁布、喷胶棉、驻极体，所述驻极体段除布置在管状壳体气流内壁出口端外，同时布置在管状壳体的外壁，透过金属丝网的废气中的干颗粒可以被壳体外壁的驻极体吸附。废气经气流入口进入所述颗粒物净化装置后，依次经过有源电场、无源电场、电除尘和电凝除雾电场将所有带电粒子吸附后，在气流出口被排放。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种颗粒物净化装置，其特征在于，所述颗粒物净化装置包含放电极和集尘极，所述集尘极包括两种以上材料不同的集尘极段。

2.如权利要求1所述的颗粒物净化装置，其特征在于，还包括下列特征中的一项或多项：

a.所述集尘极至少包括两段以上集尘极段；

b.所述集尘极段是有源的和/或无源的；

c.所述集尘极段选自带吸附、催化功能的材料；

d.所述净化装置包括壳体，所述集尘极设置于所述壳体内侧面和/或外侧面上；

e.相邻的集尘极段首尾相接。

3.如权利要求2所述的颗粒物净化装置，所述壳体为多孔材料。

4.如权利要求1所述的颗粒物净化装置，其特征在于，所述集尘极包括三种以上或四种以上材料不同的集尘极段。

5.如权利要求1所述的颗粒物净化装置，其特征在于，所述集尘极段的材料选自：泡沫金属、百洁布、喷胶棉、驻极体中的一种或多种。

6.如权利要求5所述的颗粒物净化装置，其特征在于，所述集尘极段的材料至少包括驻极体。

7.如权利要求6所述的颗粒物净化装置，其特征在于，包括驻极体的集尘极段设于集尘极的气流出口。

8.如权利要求1所述的颗粒物净化装置，所述集尘极段至少包括泡沫金属段、百洁布段、喷胶棉段和驻极体段，驻极体段设置于集尘极的气流出口。

9.如权利要求1所述的颗粒物净化装置，其特征在于，所述放电极对应不同材料的集尘极分段。

10.如权利要求1-9任一权利要求所述的颗粒物净化装置在去除废气中颗粒物的用途。

11.一种机动车用排气系统，包括如权利要求1-9任一所述的颗粒物净化装置。

12.如权利要求11所述的机动车排气系统，其特征在于，所述颗粒物净化装置根据排气管走向形成异形弯曲结构。