CN1131371C - 由电子帘和粒子帘净化的无阻力内燃机废气净化器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种内燃机废气净化器，采用电子帘和粒子帘净化技术对废气进行净化，这种新的净化方法，速度快，效率高，且没有阻力消耗，能长期保持高的净化效率。使用于各种内燃机的废气净化，尤其适用于各类柴油发动机的废气净化。

Description

由电子帘和粒子帘净化的无阻力内燃机废气净化器

本发明涉及内燃机废气净化装置，尤其涉及柴油发动机的废气净化。属于内燃机废气净化技术领域。

内燃机作为动力源应用广泛，但其排放的废气均含有污染物，尤其是柴油发动机，虽具有马力大、节能、安全等诸多优点，广泛应用在动力拖动，载重车辆，渡轮等需要大功率的地方，但柴油发动机排出来的废气既黑又臭，污染特别严重，对周围生态环境有较大影响，应予彻底治理。目前国内外内燃机废气净化的在用技术，主要是采用铂、铑、钯等稀有金属作为催化剂，镀布于多孔载体表面，形成催化过滤层的催化过滤器。当废气通过催化过滤器时去除废气中的有害物质。

有关文献记载的净化内燃机废气的其他已知方法有：

利用高压电场，使废气中的悬浮颗粒物分别带上相反电荷，再经相互吸引成较大的团粒而分离出废气中的颗粒物。

在发射极和收集极之间形成一个较强的电晕区域，使废气电离，利用废气离子与废气中的杂质颗粒，相互碰撞成较大颗粒而沉淀废气中的颗粒物，然后再经活性炭过滤。

在CN1206450A中，使用多级发射极和收集极装置，用高电压来电离和分离颗粒物。并用电晕将从金属丝网收集极中截获的颗粒物烧耗。以及用紫外线产生臭氧，用臭氧加深废气中已存在的NO_x的氧化。然后将其溶解于由半导体致冷二极管凝结的水中，去除废气中的氮氧化物NO_x.。

以上已知的内燃机废气净化技术中存在下列缺陷：

在用技术催化过滤器中存在的不足之处是：

当废气通过这种有机械阻挡层的催化过滤器时，有一定的流通阻力，随着废气中的悬浮颗粒物使净化器内通气的微孔逐渐变小时，阻力也相应上升，但废气流通阻力会使发动机的效率下降。

当废气通过这种净化器时，废气中的悬浮颗粒物会逐渐附着在催化剂表面而妨害废气与催化剂的有效接触，从而使废气中有害气体的净化效率逐渐降低。

平均净化效率不高，尤其净化柴油发动机的废气，存在一定困难，所以实用中往往需要与前置处理(以减少污染的产生为目的的燃前装置)措施配套使用，并需定期更换净化器的芯子或采用二次燃烧的方法，烧去影响发动机效率和净化效率的颗粒物。但燃烧颗粒物会增加能耗。

在其他已知的内燃机废气净化技术中，也存在阻碍废气畅通的阻力，原因是废气净化中的颗粒物收集装置，设置在废气通道的横截面上，就不可避免地会出现废气流通阻力和通孔的堵塞问题，于是，为降低堵塞，又进行了各种努力，使装置复杂，且能耗增加。

有的已知技术中，在去除废气中氮氧化物时要生成硝酸类物质，该类物质有腐蚀性，易生成酸雾，阳光下会重新分解出氮的氧化物，造成二次污染。

由于已知内燃机废气净化技术，尚未克服种种缺陷，尤其是净化效率不高，以致目前世界各大城市仍摆脱不了汽车和船舶等内燃机排放出来的有害废气的困扰。因此发明一种性能优异的高效率内燃机废气净化器，是提高城市大气质量的必需。

本发明旨在提供一种没有机械阻挡层，不会堵塞，无净化阻力且有高效率的内燃机废气净化器，供各种内燃机，尤其是污染特别严重的各类柴油发动机作净化废气用。

本发明旨在提供一种可大幅度降低内燃机废气污染及节省废气净化能耗和运行费用的内燃机废气净化器，尤其是柴油发动机废气净化器。

本发明的技术方案及具体装置是：

首先将废气中原已存在的离子能释放，使废气呈电中性。同时除去废气中的一部分悬浮颗粒物。

在高温高压下产生的内燃机废气成离子状态，在进入净化器前，废气中仍存在较大的离子能，对中性物体有吸附力。为提高下一步骤中的净化效率，对废气进行中性化处理，并除去部分悬浮颗粒物。

使废气呈电中性和去除废气中部分悬浮颗粒物的机理与装置

设置一个由导电金属制成的并接地接零使其对地呈电中性的预处理室(2)和缓冲室(3)，使废气进入后依靠其自有吸附力与中性的金属筒壁(8)接触，于是离子失去电性，离子能获得释放，废气即成为电中性。在释放离子能的同时，一部分颗粒物会粘附在筒壁(8)上，借助机械刮刷器不断刮刷清洁筒壁，可持续收集废气中的一部分悬浮颗粒物。这些经刮刷收集的颗粒物已揉合成较大的团粒，随着废气流共同通过预处理室(2)和缓冲室(3)中环筒壁布置的许多小孔而进入第1净化室(4)，由于沉淀和后续气流的推动作用，最终进入筒底部的聚尘袋(14)中完成在线除尘。小孔的总面积与进气口(1)的横截面积相当，其直径取Φ7左右，这样，对气流既无多大阻力，又可粘附较多颗粒物。缓冲室(3)有较大容积，除能释放废气中一部分尚未中性化的离子能外，主要用来缓冲废气的气压脉动性，以产生柔性无阻力的消声效果。缓冲室中的废气，通过许多Φ7左右的小孔冲向第1净化室(4)，使进入净化室(4)中的废气产生较大的扰动，并借助电子帘(6)给部分颗粒物荷电，使颗粒物在第1净化室(4)内获得初步净化。

其次是设置无机械阻挡的电子帘，让已呈电中性的废气，垂直穿过电子帘，使废气中的悬浮颗粒物荷上同种的电荷，并通过不妨碍气流畅通的平行于废气流的收集板，实现无阻力分离和收集废气中悬浮颗粒物。

令已经预处理过的中性废气，垂直穿过一个由直流电子(或离子)流在空间构成的电子(或离子)帘(6)，使废气中所有悬浮颗粒物(包括液粒)均带上同种的电荷。颗粒物粒径(粗略分类)大的荷电量大，粒径小的荷电量小，这样各种悬浮颗粒物均变成了大小离子团。利用离子对中性物体有电场力的原理，在废气急速流通的情况下，废气中的大小悬浮颗粒物仍能快速地飞向作为颗粒物收集板已接地接零的中性筒壁(8)而分离出来，并加以收集和清除。

           净化废气中悬浮颗粒物的机理与装置

电子帘是由一个或数个装在轴上的，具有环形且有许多个尖齿状尖端的放电端子(5)，与金属筒壁(8)之间，在环形空间(6)内形成大量密集的电子流所构成。放电端子(5)的各个尖端与对应的周围金属筒壁等距，且与金属筒体之间有良好的绝缘。放电端子(5)上加有直流电压，电压大小视端子(5)与筒壁(8)之间的距离而定，一般为几千伏到几万伏，可由车、船上直流电压变换而得，正负电压均可使用。筒壁(8)接地接零使其对地呈电中性。当废气中的悬浮颗粒物垂直穿过电子帘(6)因荷电而成为大小离子团时，即能在第2净化室(7)中作为颗粒物收集板的金属筒壁(8)上，大量收集到各种颗粒物。借助机械刮刷器，不断刮刷清洁粘附在筒壁(8)上的积尘，将积尘揉合成较大的团粒并落到筒的底部，再由后续气流将其推入到位于筒底部的聚尘袋(14)中，完成在线除尘。聚尘袋(14)可徒手装卸，便于保养时清除污物。各净化室的构造，例如第2净化室(7)的构造仅仅是在金属筒中腾出一段空间，使流经该段空间的所有荷电颗粒物，均能被该空间内的筒壁所收集，实现无阻力分离和收集废气中悬浮颗粒物。

最后是设置无机械阻挡的粒子帘，使已被清除悬浮颗粒物的废气，垂直穿过粒子帘，使废气中的有害化合物气体，在粒子激发下直接分解或重新组成无害物质。

令悬浮颗粒物已被清除的废气，再垂直穿过一个由任何一种高速粒子流在空间构成的高速粒子帘(10)，使废气中的有害化合物气体分子中的各个原子，因受高速粒子的轰击，使其在不同轨道上运行的某些电子，受激发获得能量而产生能级跃迁。这样在高温高压下，依靠各原子中几对最外层共用电子对键合产生的有害化合物气体分子，因其分子中各原子最外层电子数受激发和跃迁而发生瞬间的变化，从而使原来的键合作用瓦解。即构成有害化合物气体分子的各个原子之间的共价键被破坏，于是有害气体在常温下被分解成各个无害的单质分子(例如二个有害的二氧化氮分子，被分解成一个无害的氮分子和二个无害的氧分子)，或在常温下重新组成其他无害化合物。

            净化废气中有害气体的机理与装置

粒子充满世界，能在空间运动且具有合适能量的较小粒子，如紫外线、x射线中的光子流，α射线中的核子流，β射线中的电子流均可用来净化有害气体，对内燃机废气中的有害气体量而言，采用由较高直流电压尖端放电产生的高速粒子(电子)流来净化，是一种比较简单而有效的办法。(9)是一个或数个装在轴上的具有环形且有许多个尖齿状尖端的放电端子，放电端子的各个尖端与对应的周围金属筒壁(8)等距，且与金属筒体之间有良好的绝缘。放电端子(9)上加有较高的直流电压，该电压可由车、船上直流电压变换而得。正负电压均可使用。金属筒壁(8)接地接零使其对地呈电中性。逐步调高加在放电端子(9)上的电压，使放电端子(9)与金属筒壁(8)之间，在环形空间内形成大量密集的高速粒子(电子)流而构成粒子帘(10)，继续调高电压，直至在粒子帘(10)中出现明显可见的紫外端可见光(原子受到一定能量的高速粒子激发后能够产生紫外线及多种频率的可见光)，这样，当废气通过粒子帘时其中的有害气体因受粒子的激发作用即可获得大幅度的净化。

在设置粒子帘的同时，利用电子有粒子性和电性的双重特性，再设置一个第3净化室(11)，以便在第3净化室(11)的筒壁(8)上能够捕集到从第2净化室逃逸出来的几乎难以目测到的微小扬尘与油雾，借助机械刮刷器，不断刮刷清洁第3净化室(11)相应位置上的金属筒壁(8)上的油、尘污染物，将污物刮刷到筒的底部而进入聚尘袋(14)中，完成在线除污。

以上三个装置是在一个金属圆筒内实现的，各步净化处理过程也是连续不断进行的。这样通过以上三个装置的处理，内燃机废气中的固、液、气三相中的有害物质均可获得大幅度的净化。本发明与已有技术相比具有下列优点：

采用电子帘和粒子帘净化，具有高的净化速度和净化效率，其中对柴油车废气烟度测试表明，烟度净化的效率可达97％以上，即净化前后烟度大小的比值可达33倍以上，废气垂直穿过电子帘和粒子帘时几乎没有阻力，可节省由废气流通阻力引起的能耗。

由于悬浮颗粒物收集板是平行于废气通道的筒壁，不阻碍废气的流通，所以收集颗粒物时不会增加废气流通的阻力，也不存在微孔堵塞的问题，可节省由收集颗粒物阻力引起的和为降低堵塞而支付的能耗。

有缓冲废气气压脉动的功能，所以兼有无阻消声的效果，可节省原有消声器中阻力消耗的能量。

由于对作为颗粒物收集板的筒壁，用机械刮刷进行在线除尘除污，使净化器在长期使用中能保持高的净化效率不变。

用粒子激发的方法，在常温下通过分解重组来净化废气中的各种有害气体，可避免产生二次污染。

长期使用中，仅需清倒聚尘袋中的污物，聚尘袋可徒手装卸，反复使用。以上各项优点能够产生高质量的环保效果，并可节省净化废气的能耗和运行费用。

以下是附图说明：

说明书附图所表示的是载重汽车用柴油发动机废气净化器简图。

图中：

1——进气口。引入待净化的内燃机废气。

2——预处理室。对废气进行中性化处理。

3——缓冲室。主要是缓冲废气的气压脉动性。

4——第1净化室。用来收集悬浮颗粒物。

5——构成电子帘的放电端子。

6——电子帘。在环形空间内充满大量密集的电子流，用来

     使悬浮颗粒物荷电。

7——第2净化室。用来收集悬浮颗粒物。

8——共用的接地接零中性金属筒壁，兼作颗粒物收集板。

9——构成粒子帘的放电端子。

10——粒子帘。环形空间内充满大量密集的粒子流，用来净

      化有害气体。

11——第3净化室。用来收集微小扬尘与油雾。

12——排气口。净化后的清洁气体排放口。

13——筒底部缺口。

14——聚尘袋。

结合附图和实施例系统说明净化过程

本发明的实施方式以载重汽车用柴油发动机的废气净化器为例，结合附图说明如下：

附图是载重汽车用柴油发动机的废气净化器简图。从发动机排气管排出来的废气经过进气口(1)进入具有圆柱状空间并接地接零的废气预处理室(2)，预处理室(2)的圆筒形中性金属筒壁(8)上有许多通孔和废气缓冲室(3)相通。废气在预处理室内，通过与接地接零的中性筒壁(8)和通孔的接触，离子失去电性，原有离子能获得释放，使废气呈电中性。同时一部分粘附在筒壁(8)上的颗粒物，经机械刮刷器(图中未画出)不断刮刷，揉合成较大的团粒，这些被收集的团粒，随同后续废气一起通过预处理室(2)和缓冲室(3)上许多Φ7左右的小孔而进入第1净化室(4)，由于沉淀和后续气流的推动作用，最终落入聚尘袋(14)中。废气通过这一过程处理，完成了使废气呈电中性和去除废气中部分悬浮颗粒物的任务。

缓冲室(3)具有环状的空间，其容积比预处理室(2)大，主要起到缓冲废气的气压脉动性和变换废气流向的作用。废气由预处理室(2)进入缓冲室(3)后，再经左边多排作环状布置的Φ7左右的小孔喷入第1净化室(4)，喷入第1净化室(4)中的废气，因相互冲撞而有较大的扰动，这时，废气虽未穿过由放电端子(5)与金属筒壁(8)之间的电子帘(6)，但废气中的一部分悬浮颗粒物也能因扰动而从电子帘中获得一定量的电荷，并被筒壁(8)收集，借助机械刮刷，使粘附在筒壁(8)上的颗粒物揉合成较大团粒，并落到筒的底部，依靠后续废气的推动而进入聚尘袋(14)中。废气通过这一过程的处理，使废气兼有柔性无阻的消声效果，并实现颗粒物的初步净化。

当废气穿过电子帘(6)而进入第2净化室(7)时，因废气中所有悬浮颗粒物均因荷电而成为大小离子团，所以除极少数颗粒物因二次扬尘而重新混入废气中外，都飞向中性的金属筒壁(8)而实现无阻力分离和收集，借助机械刮刷，使粘附在筒壁(8)上的颗粒物经刮刷揉合成较大团粒并落到筒的底部，依靠后续废气的推动而进入聚尘袋(14)中，至此，废气中的原有悬浮颗粒物几乎被完全清除。

悬浮颗粒物已被清除的废气，再从第2净化室(7)穿过高速粒子帘(10)时，废气中的有害气体分子，因受高速粒子的激发而受到分解或重组，转变成了无害物质，于是有害气体被净化。由于高速粒子帘中使用的粒子是兼具电性的电子，所以在第3净化室(11)的筒壁上，能继续捕集到从第2净化室(7)逃逸出来的微小扬尘与油雾，借助机械刮刷，被不断清除下来的油尘污物，落到筒的底部缺口(13)处的聚尘袋(14)内。聚尘袋(14)基本不漏气。至此废气净化结束，净化后的清洁气体从排气口(12)排向大气。

Claims (2)

1、一种气流阻力小，无机械阻挡，不会堵塞且有高净化效率的内燃机废气净化器，其特征是：

(a)由导电金属制成并接地接零的净化器内进气端部位，设有使废气变成电中性的预处理室(2)和缓冲室(3)，二者之间有许多Φ7左右的小孔相通，小孔的总面积与进气口(1)的横截面积相当，借助机械刮刷器，不断刮刷清洁接地接零中性的金属筒壁(8)，当废气进入预处理室(2)和缓冲室(3)时，原有带电离子即依靠其自有的吸附力，与中性的金属筒壁(8)接触而失去电性，使废气变成电中性；

(b)由导电金属制成并接地接零的净化器内，与废气流相垂直的截面上，设有使中性废气中悬浮颗粒物荷电的电子帘(6)，电子帘是由与金属筒体有良好绝缘的放电端子(5)，和对应的金属筒壁(8)之间所形成的环形空间内，充满密集的电子流所构成，放电端子(5)具有环形且有多个尖齿状尖端放电端子，各个尖端与对应的金属筒壁(8)之间的距离相等，当中性废气垂直穿过电子帘(6)时，使其中的悬浮颗粒物荷电；

(c)利用净化器中接地接零中性的金属筒四周内壁(8)兼作颗粒物收集板，该收集板平行于悬浮颗粒物已荷电的废气流，依靠荷电颗粒物对中性收集板有电场力，实现无阻力分离和收集悬浮颗粒物，借助机械刮刷器不断刮刷清洁收集板，将收集到的颗粒物揉合成团并落到筒的底部；

(d)由导电金属制成并接地接零的净化器内，与废气流相垂直的截面上，设有使有害气体分解重组的粒子帘(10)，粒子帘是由与金属筒体有良好绝缘的放电端子(9)，和对应的金属筒壁(8)之间所形成的环形空间内，充满密集的粒子(电子)流所构成，放电端子(9)具有环形且有多个尖齿状尖端放电端子，各个尖端与对应的金属筒壁(8)之间的距离相等，当已被清除悬浮颗粒物的废气垂直穿过粒子帘(10)时，因受粒子的激发，使其中的有害气体分解或重组成无害物质。

2、根据权利要求1所述的，一种气流阻力小，无机械阻挡，不会堵塞且有高净化效率的内燃机废气净化器，其中在净化器内，排气口(12)附近的筒底部有一个缺口(13)，在缺口(13)之下安装一个易于装卸的聚尘袋(14)，接纳并储存从缺口(13)处落下的团状颗粒物。