CN113756923A - 一种旋转式排气装置及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋转式排气装置及其应用，其中旋转式排气装置，包括排气内管，所述排气内管一端设置进气管，另一端设有第一出气结构或封闭挡板，所述排气内管内部靠近进气管的一端设置气体排向改变装置，并将旋转式排气装置应用至消声器、颗粒捕集器、催化器上，本发明采用旋转式排气法新技术，能彻底解决机动车的排放噪音问题、排放堵塞问题、排放污染问题，是改革机动车排放领域技术新的突破、新的发展，填补国内外空白的技术，是改变车辆排污治理的新方向、新革命，开创了汽车发展新历史、开辟了汽车理论的新篇章。提高现有技术的经济效益和社会效益。

Description

一种旋转式排气装置及其应用
技术领域
本发明涉及尾气处理领域，具体涉及一种旋转式排气装置及其应用。
背景技术
随着工业文明和城市发展有了巨大的进步，空气污染已成为全世界城市居民生活中一个无法逃避的现实，给人类和环境带来巨大灾难，近年来，我国随着在用汽车辆的不断增加，汽车排放已经成为空气污染的重要来源，排放产生的PM10等颗粒物较高、排放产生的NOx远远高于欧美。据统计，目前全国机动车保有量达到3.8亿辆，其中载货汽车3000万辆，占机动车总量的7.9％，保有量全球第一。国内机动车人均占有率为不到每4人一辆车，在一些大中型城市人均占有率将更高。汽车是污染物排放总量的主要贡献者，其排放的CO、HC、NOx和PM超过90％。2018年，全国机动车四项污染物排放总量初步核算为4065.3万吨。其中，一氧化碳(CO)3089.4万吨，碳氢化合物(HC)368.8万吨，氮氧化物(NOx)562.9万吨，颗粒物(PM)44.2万吨。汽车是机动车大气污染排放的主要贡献者，其排放的CO、NOx和PM超过90％，HC超过80％。按车型分类，货车排放的NOx和PM明显高于客车，其中重型货车是主要贡献者；客车CO和HC排放量明显高于货车。按燃料分类，柴油车排放的NOx接近汽车排放总量的70％，PM超过90％；汽油车CO和HC排放量较高，CO超过汽车排放总量的80％，HC超过70％。占汽车保有量7.9％的柴油货车，排放了60.0％的NOx和84.6％的PM，是机动车污染防治的重中之重。
随着大气污染治理对机动车排放要求越来越高，在过去是由单一作功后的废气，经排气支管由排气消声器排出。而现在对汽油车就是加装三元催化器来解决排污问题，对污染严重的大型柴油运输货车，只有加装后处理系统颗粒埔集器DPF和催化器SCR，经过对废气的处理，才能符合排放要求。据专家分析，目前排气系统将带来至少百分之二十的污染物排放降幅，因此要打赢蓝天保卫战，除加强尾气排放维修治理外，应加快推进汽车排气新技术的研究开发才是根本的出路。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种旋转式排气装置，包括排气内管，所述排气内管一端设置进气管，另一端设有第一出气结构或封闭挡板，所述排气内管内部靠近进气管的一端设置气体排向改变装置。
优选地，所述气体排向改变装置包括数条螺旋设置的环绕导流管，所述环绕导流管靠近进气管的一端连接直线导流管。
优选地，所述环绕导流管外壁与排气内管内壁相接。
优选地，所述气体排向改变装置包括向远离进气管端设置风叶，所述风叶转动设置于风叶支架上，所述风叶支架连接于排气内管内壁上。
优选地，所述风叶的数量为一个或间隔设置的多个。
本申请还公开了一种使用旋转式排气装置的消声器，采用权利要求1-5所述的旋转式排气装置，排气内管远离进气管的一端设置第一出气结构，所述排气内管外依次间隔设置排气中间管、排气外管，所述排气外管远离进气管的一端设置第一出气管，所述排气中间管靠近进气管的一端设置第二出气结构。
优选地，所述第二出气结构、第二出气结构分别为贯穿设置于排气中间管、排气内管上的若干出气孔。
本申请还公开了一种使用旋转式排气装置的颗粒捕集器，采用权利要求1-5所述的旋转式排气装置，排气内管远离进气管的一端设置封闭挡板，所述排气内管外间隔设置外壳，所述外壳远离进气管的一端设置第二出气管，其中排气内管包括由内向外设置的蜂窝过滤器、金属纤维过滤网。
优选地，所述排气内管为倒桶型结构，由进气管进入的气体依次通过蜂窝过滤器、金属纤维过滤网排向外壳内，所述第二出气管的端面积远小于蜂窝过滤器、金属纤维过滤网的表面积。
本申请还公开了一种使用旋转式排气装置的催化器，采用权利要求1-5所述的旋转式排气装置，在排气内管远离进气管的一端设置催化器，所述催化器远离排气内管的一端设置第三出口气，所述排气内管的进气管上设置尿素喷管，所述尿素喷管进口端通过尿素泵连接尿素罐，所述尿素喷管出口端与进气管平行设置并面向气体排向改变装置方向设置。
采用以上方案后，本发明具有如下优点：1、本发明采用环绕式旋转排气装置，利用环绕式导流管改变尾气排放的方向，由原来的直线运动转变为螺旋式旋转运动，使尾气排放时的压力、流速、热能，迅速集中变为旋转方式释放，通过气体与排气系统内壁碰撞而发生的吸附、反射，尾气经过系统时，能量迅速衰竭，达到降低噪音、降低温度、减少压力等目的；
2、本发明采用风叶式旋转排气装置，利用风叶转动改变尾气排放的方向，由原来的直线运动转变离心式旋转运动，用尾气排放的速度能量，通过风叶不同角度改变尾气排放的旋转方向、速度越大，单位时间内离心力也就越大，尾气甩出去的力度也就越大，也就增加了颗粒物的吸附作用，同时容易形成气流磨，增加了雾化强度，加快了化学反应的速度，对尾气排放治理起到巨大作用，根据情况不同可同时使用，同时使用效果会更好。
3、本发明采用旋转式排气法新技术，能彻底解决机动车的排放噪音问题、排放堵塞问题、排放污染问题，是改革机动车排放领域技术新的突破、新的发展，填补国内外空白的技术，是改变车辆排污治理的新方向、新革命，开创了汽车发展新历史、开辟了汽车理论的新篇章。提高现有技术的经济效益和社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解的是，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例一的结构示意图。
图2是本发明实施例二的结构示意图。
图3是本发明实施例三的结构示意图。
图4是本发明实施例四的结构示意图。
图5是本发明实施例五的结构示意图。
图6是本发明实施例六的结构示意图。
图7是本发明实施例七的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，“多个”代表至少2个。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
结合附图1，本实施例公开一种旋转式排气装置，包括排气内管1，排气内管1一端设置进气管2，另一端设有第一出气结构3或封闭挡板4，排气内管1内部靠近进气管2的一端设置气体排向改变装置5；本实施例中的气体排向改变装置5包括数条螺旋设置的环绕导流管5.1，环绕导流管5.1靠近进气管2的一端连接直线导流管5.3；环绕导流管5.2外壁与排气内管1内壁相接。
本实施例利用环绕式导流管改变尾气排放的方向，使其由原来的直线运动转变为螺旋式旋转运动，使尾气排放时的压力、流速、热能，迅速集中变为旋转方式释放，通过气体与排气系统内壁碰撞而发生的吸附、反射，尾气经过系统时，能量迅速衰竭，达到降低噪音、降低温度、减少压力等目的。
实施例二
结合附图2，与实施例一相比，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例中气体排向改变装置5包括向远离进气管端设置风叶5.3，风叶5.3转动设置于风叶支架5.4上，风叶支架5.4连接于排气内管1内壁上，风叶支架为米字架或十字架等结构，避免对气体流动造成影响；风叶5.3的数量为一个或间隔设置的多个。
本实施例利用风叶转动改变尾气排放的方向，使其由原来的直线运动转变离心式旋转运动，用尾气排放的速度能量，通过风叶不同角度改变尾气排放的旋转方向、速度越大，单位时间内离心力也就越大，尾气甩出去的力度也就越大，也就增加了颗粒物的吸附作用，同时容易形成气流磨，增加了雾化强度，加快了化学反应的速度，对尾气排放治理起到巨大作用。
实施例三
结合附图3，本实施公开一种使用旋转式排气装置的消声器，其采用实施例一的旋转式排气装置，即气体排向改变装置5采用数条螺旋设置的环绕导流管5.1的方式，并且排气内管1远离进气管2的一端设置第一出气结构3，排气内管1外依次间隔设置排气中间管6、排气外管7，排气外管7远离进气管2的一端设置第一出气管8，排气中间管6靠近进气管2的一端设置第二出气结构9；第二出气结构3、第二出气结构9分别为贯穿设置于排气中间管6、排气内管3上的若干出气孔。
本实施例中，汽车尾气从排气管进入排气消声器进气管，然后进入紧贴排气内管的环绕导流管，由环绕导流管的螺旋方向旋转排出，到右端由排气内管端部的第一出气结构上的圆孔进入排气中间管，流至中间管的左端再经中间管上端部的第二出气结构的圆孔进入排气外管，最终流到排气消声器的排气管排出。
本实施例中的环绕式导流管，紧贴排气消声器内管螺旋环绕，利用了流动力学原理等，改变了尾气流动的运行方向，即尾气由直线运行变为旋转运行，其可以设置较多导管，前面导管排出的气体也可以对后面导管排出的气体形成低压而带动后面导管排出气体旋转，旋状的气流形成推力和旋转力，在这个过程中，气流几经转换流动方向和扩大容积，使气流的速度、压力、温度迅速下降，排气能量衰竭，加上声音方向的不断改变，增加了折射反射的频率，降低了排气的噪音。
实施例四
结合附图4，与实施例三相比，本实施例与实施例三的区别在于：本实施例消声器中采用实施例二的旋转式排气装置，即气体排向改变装置5采用向远离进气管端设置的风叶5.3的方式。
本实施例中采用风叶式排气法，利用了空气动力学原理等，利用风叶转动改变尾气排放的方向，尾气由原来的直线运动转变为离心式旋转运动，用尾气排放的速度能量，通过风叶不同角度改变尾气排放的旋转方向，力度越大，单位时间内离心力也就越大，在这个过程中，气流几经转换流动方向和扩大容积，使气流的速度、压力、温度迅速下降，排气能量衰竭，加上声音方向的不断改变，增加了折射反射的频率，降低了排气的噪音。
实施例五
结合附图5，与实施例三相比，本实施例与实施例三的区别在于：本实施例消声器中采用的旋转式排气装置结合了实施例一与实施例二，即将环绕导流管、风叶同时设置，根据情况不同可同时使用，同时使用效果会更好。
本实施例中将实施例一与实施例二中的两个方法同时使用，汽车尾气从排气管排出，进入排气消声器进气管，进入紧贴内管的环绕导流管，由环绕导流管的螺旋方向旋转排出，在内管内，再通过气体压力使风叶转动，风叶带动气流旋转，由右端内管上的排气结构进入中间管，流至中间管的左端再经中间管上的排气结构圆孔进入外壳，流到排气消声器排气口排出。
因为单一的环绕式排气法使气体旋转速度能量和风叶式排气法速度能量没有可比性，但是环绕式排气法比风叶式排气法更能耐高温，因此，在结构允许的情况下，同时使用两种排气结构，增增加气体处理效果。
实施例六
结合附图6，本实施公开了一种使用旋转式排气装置的颗粒捕集器，其采用实施例二的旋转式排气装置，即气体排向改变装置5采用向远离进气管端设置的风叶5.3的方式，且排气内管1远离进气管2的一端设置封闭挡板4，排气内管1外间隔设置外壳10，外壳10远离进气管2的一端设置第二出气管11，其中排气内管1包括由内向外设置的蜂窝过滤器1.1、金属纤维过滤网1.2；排气内管1为倒桶型结构，蜂窝过滤器1.1、金属纤维过滤网1.2组成排气内管1的侧壁，由进气管2进入的气体通过排气内管1侧壁排出，即依次蜂窝过滤器1.1、金属纤维过滤网1.2表面排向外壳内，所述排气内管1的侧壁面积远大于其封闭挡板4端的端面积；现有的颗粒捕集器DPF为实心圆柱过滤体，其一端进气后从另一端排出，但其排出端面较小，容易堵塞，与此对比，本实施例是从排气内管侧表面排气，排气面积大大增加，排气畅通，不易堵塞，解决DPF堵塞，造成动力下降，污染严重的问题。
本实施例中，汽车尾气从排气消声器排出，进入颗粒捕集器DPF的进气管，在蜂窝陶瓷等高孔隙率材料制成“倒放桶式”圆柱过滤载体内管，也就是空心圆柱过滤载体，并在内管安装风叶，右端有挡板全封闭，用来改变排气方向；通过尾气压力使风叶转动，带动气流旋转，通过过滤载体向圆柱表面到金属纤维过滤网排出，进入外壳，流到DPF排气管排出。
实施例七
结合附图7，本实施例公开了一种使用旋转式排气装置的催化器，其采用实施例二的旋转式排气装置，即气体排向改变装置5采用向远离进气管端设置的风叶5.3的方式，在排气内管1远离进气管的一端设置催化器12，催化器12远离排气内管1的一端设置第三出口气13，排气内管1的进气管上设置尿素喷管14，尿素喷管14进口端通过尿素泵15连接尿素罐16，尿素喷管14出口端与进气管2平行设置并面向气体排向改变装置5方向设置。
本实施例中，汽车尾气从捕集器DPF排出，进入催化器SCR进气管时与尿素喷管喷出的尿素液混合，在尾气的作用下，带动内管的风叶转动，是混合更加充分，通过SCR催化器，化学反应更块更彻底，最后尾气通过SCR排气口排出。
柴油机所产生的微粒(PM)和氮氧化物(NOx)是排放中两种最主要的污染物。SCR系统(催化器)是柴油车尾气排放NOx的一项处理工艺，也就是净化氮氧化物，即在催化剂的作用下，喷入还原剂氨或尿素，把尾气中的NOx还原成N2和H2O(NOx+NH3→N2+H2O)。该技术是广泛柴油车的尾气处理器，通过化学反应尽量在催化器内控制颗粒物PM的产生，SCR将是未来国内柴油机排放升级的主要技术方向。
通过在DPF、SCR系统内使用旋转式排气法，改变尾气排放的方向，由原来的直线运动转变为螺旋运动。使尾气排放时的压力、流速、热能，迅速集中变为旋转方式释放，通过气体在系统内发生的颗粒物的吸附反射，能量迅速衰竭，达到降低噪音、降低温度、减少压力等目的。同时容易形成气流磨，增加了雾化强度，尾气排放治理起到巨大作用。
从交通部门获悉：2021年5月中国全国机动车保有量达到3.8亿辆，驾驶人达4.65亿人，2021年第一季度中国新注册登记机动车996万辆，创同期历史新高。2018年以来我国汽车产销量确实发生了变化，但总体上还符合产业发展规律，产业长期稳定向好的态势没有改变。
2020年载货汽车保有量达2997万辆，占汽车总量的10.90％。2020年三季度，新注册登记载货汽车达109万辆，与去年同期相比增加34.4万辆，增长46.11％，再创历史新高。2019年末全国拥有水上运输船舶13.16万艘.
生态环境部资料显示：2018年，全国机动车四项污染物排放总量初步核算为4065.3万吨。其中，一氧化碳(CO)3089.4万吨，碳氢化合物(HC)368.8万吨，氮氧化物(NOx)562.9万吨，颗粒物(PM)44.2万吨。是机动车污染防治的重中之重。非道路移动机械的NOx和PM的排放量已接近机动车，冒黑烟现象十分严重，也是大气污染的主要来源，迫切需要加快遏制污染排放，而对大量在用非道路柴油机械实施有效监管，迫切需要在排放性能上加以研究改造。
根据以上数据分析，全国机动车保有量达3.8亿辆，仅机动车按增长数量计算，机动车四项污染物排放总量为4200万吨，用新技术新产品彻底改变排放与治理技术势在必行。如采用旋转式排气法消音器，一个消音器按1000元估算，更换一次产值为3800亿；按专家测算今年汽车产量为0.4亿辆，全部采用旋转式排气法消音器，其产值为400亿；在用的大型柴油运输车辆0.3亿辆、其排放后处理设备DPF捕集器、SCR系统(催化器)中按旋转式排气法生产设备，按每台设备10000元计算，两个后处理系统更换一次产值为6000亿元。采用旋转式排气法新技术能彻底改变排放与治理效果，按目前概算应该有10000亿元的产值，经济效益十分可观。加上非道路柴油机械，自备柴油发电机组，运输船舶等经济效益会更好。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋转式排气装置，其特征在于，包括排气内管，所述排气内管一端设置进气管，另一端设有第一出气结构或封闭挡板，所述排气内管内部靠近进气管的一端设置气体排向改变装置。
2.根据权利要求1所述的一种旋转式排气装置，其特征在于，所述气体排向改变装置包括数条螺旋设置的环绕导流管，所述环绕导流管靠近进气管的一端连接直线导流管。
3.根据权利要求2所述的一种旋转式排气装置，其特征在于，所述环绕导流管外壁与排气内管内壁相接。
4.根据权利要求1所述的一种旋转式排气装置，其特征在于，所述气体排向改变装置包括向远离进气管端设置风叶，所述风叶转动设置于风叶支架上，所述风叶支架连接于排气内管内壁上。
5.根据权利要求4所述的一种旋转式排气装置，其特征在于，所述风叶的数量为一个或间隔设置的多个。
6.一种使用旋转式排气装置的消声器，其特征在于，采用权利要求1-5所述的旋转式排气装置，排气内管远离进气管的一端设置第一出气结构，所述排气内管外依次间隔设置排气中间管、排气外管，所述排气外管远离进气管的一端设置第一出气管，所述排气中间管靠近进气管的一端设置第二出气结构。
7.根据权利要求6所述的一种旋转式排气装置，其特征在于，所述第二出气结构、第二出气结构分别为贯穿设置于排气中间管、排气内管上的若干出气孔。
8.一种使用旋转式排气装置的颗粒捕集器，其特征在于，采用权利要求1-5所述的旋转式排气装置，排气内管远离进气管的一端设置封闭挡板，所述排气内管外间隔设置外壳，所述外壳远离进气管的一端设置第二出气管，其中排气内管包括由内向外设置的蜂窝过滤器、金属纤维过滤网。
9.根据权利要求8所述的一种旋转式排气装置，其特征在于，所述排气内管为倒桶型结构，所述蜂窝过滤器、金属纤维过滤网组成排气内管的侧壁，由进气管进入的气体通过排气内管侧壁排出，即依次蜂窝过滤器、金属纤维过滤网表面排向外壳内，所述排气内管的侧壁面积远大于其封闭挡板端的端面积。
10.一种使用旋转式排气装置的催化器，其特征在于，采用权利要求1-5所述的旋转式排气装置，在排气内管远离进气管的一端设置催化器，所述催化器远离排气内管的一端设置第三出口气，所述排气内管的进气管上设置尿素喷管，所述尿素喷管进口端通过尿素泵连接尿素罐，所述尿素喷管出口端与进气管平行设置并面向气体排向改变装置方向设置。
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