CN206793327U

CN206793327U - 一种利用低温冷凝技术治理汽车尾气装置

Info

Publication number: CN206793327U
Application number: CN201720655619.5U
Authority: CN
Inventors: 张迪妮
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2017-12-26
Anticipated expiration: 2027-06-07

Abstract

本实用新型专利公开了一种利用低温冷凝技术治理汽车尾气的装置，其特征在于：包括有真空绝热低温罐、高效紧凑型换热器和低温制冷机，所述真空绝热低温罐内放置有高效紧凑型换热器，所述高效紧凑型换热器内设有换热器通道，所述换热器通道的进气口和出气口均位于高效紧凑型换热器的上端部，其进气口通过管道与汽车直接排放尾气的出气口连接，其出气口连接汽车尾气净化后排放管道，所述真空绝热低温罐的底端安装有用于冷凝换热器通道内有害气体的低温制冷机。本实用新型提供的利用低温冷凝技术治理汽车尾气的装置，能够回收汽车尾气中NO₂、CO₂、烷烃、硫化物、铅化物等多种有害气体，对汽车尾气净化处理和环境保护具有重要意义。

Description

一种利用低温冷凝技术治理汽车尾气装置

技术领域：

本实用新型涉及汽车尾气治理领域，尤其涉及采用低温冷凝技术治理汽车尾气、减少汽车尾气有害物排放，属于环境保护技术领域，主要涉及一种利用低温冷凝技术治理汽车尾气的装置。

背景技术：

环境与发展是世界各国普遍关注的焦点问题，保护人类赖以生存的环境成为世界共同关心的问题。随着汽车工业的快速发展，汽车排放的废气造成的环境污染日益成为全球性问题。汽车尾气污染已成为刻不容缓的全球性问题，需要我们共同努力在科技创新、节能减排等方面来治理。

汽车尾气治理是一项综合性工程，如控制汽车数量、提高燃油质量、先进尾气处理技术、推广新能源汽车等。汽车污染的源头在于尾气的排放，对汽车尾气的净化处理能从根源上解决汽车尾气污染问题。因此，汽车尾气净化处理技术是治理大气环境污染的重要研究方向。

目前汽车尾气净化处理技术主要集中在高效催化剂和尾气化学分解上，如开发高效催化剂实现燃料充分燃烧减少汽车尾气有害气体，利用净化液分解汽车尾气有害物质以减少环境污染等。这些汽车尾气净化治理技术发展成熟，难以进一步减少汽车尾气有害气体排放。此外，还提出了采用纳米光催化生态道路降解汽车尾气污染物等治理技术，但投资成本巨大。

实用新型内容：

本实用新型目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种利用低温冷凝技术治理汽车尾气的装置，能够有效降低汽车尾气中有害气体排放量，减少汽车尾气对大气环境的污染。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种利用低温冷凝技术治理汽车尾气装置，其特征在于：包括有真空绝热低温罐、高效紧凑型换热器和低温制冷机，所述真空绝热低温罐内放置有高效紧凑型换热器，所述高效紧凑型换热器内设有换热器通道，所述换热器通道的进气口和出气口均位于高效紧凑型换热器的上端部，其进气口通过管道与汽车直接排放尾气的出气口连接，其出气口连接汽车尾气净化后排放管道，所述真空绝热低温罐的底端安装有用于冷凝换热器通道内有害气体的低温制冷机。

所述的真空绝热低温罐包括外筒、绝热层和真空层；所述绝热层设于外筒内壁上，真空层设于真空绝热低温罐内部。

所述的低温制冷机安装在真空绝热低温罐的外侧，通过制冷机冷头伸入到真空绝热低温罐内部，与冷凝器连接；所述冷凝器设于真空绝热低温罐的内部，与高效紧凑型换热器连接。

所述的冷凝器和制冷机冷头均位于真空绝热低温罐底端的向内凹陷的凹腔中。

所述的真空绝热低温罐设有汽车尾气进气口，通过快接插头与高效紧凑型换热器进气口处的管道直接连接。

所述的换热器通道由换热器热流通道和换热器冷流通道连通组合而成，整体呈U形结构位于高效紧凑型换热器中。

所述的低温制冷机采用斯特林制冷机、热声制冷机或脉管制冷机。

其工作原理是：采用低温制冷循环原理，汽车尾气首先在高效紧凑型换热器通道中的热流通道内被低温制冷机及返回的低温气体降温至200K，高沸点或熔点的有害气体在换热器内被冷凝或液化，未被冷凝和液化的低沸点有害气体沿换热器通道中的冷流通道在热流作用下回到常温，最后排放至大气中。汽车尾气液化或凝固需要的冷量由低温制冷机提供，制冷量直接影响到汽车尾气有害气体排放的减少量。

本实用新型的优点是：

本实用新型原理简单，结构设计合理，采用的真空绝热罐、换热器、低温制冷机等关键设备技术成熟，该方案能够大大降低汽车有害气体排放量，对部分有害气体能够实现零排放，对大气环境污染治理具有重要意义。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

图中1.汽车直接排放尾气，2.汽车净化后排放尾气，3.低温罐与汽车直接排放接口，4.真空绝热低温罐，5.外筒，6.绝热层，7.真空层，10.高效紧凑型换热器，11.换热器热流通道，12.换热器冷流通道，20.低温制冷机，21.低温罐与制冷机安装螺栓，22.制冷机冷头，23.冷凝器，24.冷凝器温度测点，25.制冷机供电。

具体实施方式：

参见附图。

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

下面对本实用新型所提供的一种低温冷凝技术治理汽车尾气的装置进行详细描述。

如图1所示，一种利用低温冷凝技术治理汽车尾气装置，用于回收汽车尾气有害气体，其具体结构包括：真空绝热低温罐4、高效紧凑型换热器10和低温制冷机20；所述真空绝热低温罐4由外筒5、绝热层6和真空层7组成；真空绝热低温罐内装有高效紧凑型换热器10，所述高效紧凑型换热器中设有换热器通道，所述换热器通道由换热器热流通道11和换热器冷流通道12连通组合而成，整体呈U形结构位于高效紧凑型换热器10中，换热器热流通道11与汽车直接排放尾气1出口连接，换热器冷端与冷凝器23连接；低温制冷机20设于低温罐外侧，其冷头22伸入低温罐内部，与冷凝器23连接。

具体地，该低温冷凝技术治理汽车尾气的装置的各部件可以包括以下实施方案：

(1)真空绝热低温罐4的筒壁最好是由外筒5、设于外筒5内壁的绝热层6以及设于低温罐内部的真空层7构成，从而可以有效地避免低温罐内冷凝气体与筒壁漏热。在实际应用中，所述低温容器可以为圆筒或方筒。

(2)低温制冷机20的冷头22可以通过所述真空绝热低温罐4外部伸入到所述低温罐内，并且与冷凝器23连接。在实际应用中，所述的低温制冷机20可以采用斯特林制冷机、脉管制冷机、热声制冷机或其它制冷温度可以达到200K的制冷机。

(3)真空绝热低温罐4与汽车尾气1采用快插接口3，真空绝热低温罐4与低温制冷机20采用螺栓21固定，便于换热器10冷凝饱和后快速更换真空绝热低温罐4。

进一步地，该低温冷凝技术治理汽车尾气的装置的工作原理如下：汽车尾气1首先在换热器热流通道11内被低温制冷机20及返回的低温气体降温至200K，高沸点或熔点的有害气体在换热器10内冷凝或液化。未被冷凝和液化的低沸点有害气体沿换热器冷流通道12在热流作用下回到常温，最后排放至大气2中。汽车尾气液化或凝固需要的冷量由低温制冷机20提供，制冷量直接影响到汽车尾气排放的减少量。

具体治理汽车尾气的分析，汽车尾气是指汽车燃料燃烧后产生的废气，主要包括碳氧化合物(COx)、碳氢化合物(CxHy)、氮氧化合物(NOx)等三大类，此外还包括硫化物、铅化物、固体颗粒物等。对环境污染主要表现为产生温室效应，破坏臭氧层，产生酸雨等现象。对人体的危害主要表现为造成各种疾病，严重损害呼吸系统，并且具有很强的致癌性。根据统计，每千克汽油燃烧后产生的有害气体含量如表1所示，：

表1.每千克汽油燃烧后产生的气体污染物含量

根据汽车尾气成分，查询并列出主要尾气污染物的沸点和熔点，如表2所示：

表2.汽车尾气主要气体污染物沸点和熔点

从表2中可以看出，汽车尾气中除了CO、NO、CH₄、C₂H₆外，其它有害气体沸点均在CO₂沸点以上，完全液化CO₂对制冷机功率和制冷量要求太高。因此，利用200K(-73℃)低温制冷机冷凝回收汽车尾气有害气体，实现汽车尾气净化处理。

方案可行性评估如下：

以销售的92号汽油为例，汽油密度为725g/L，汽车平均油耗取8L/100km。假设汽车行驶平均速度为60km/h计算，正常行驶下汽油消耗量为：

8L/100km×60km/h×725g/L÷3600＝0.97g/s

由此，可以得出汽车正常行驶过程中主要尾气的排放量，如表3所示：

表3.正常行驶中汽车尾气主要污染物含量

注:为便于理论计算，排放量按表1各含量取平均值

从表3中可以看出，汽车尾气中除碳氧化合物，其它的污染物相对含量很低。此外，这些化合物的沸点绝大部分都在CO₂沸点以上。因此，本设计选择CO₂沸点为制冷温区，并根据CO₂液化消耗的热量来评估制冷量。

根据理论计算，单位质量CO₂从常温到液化需要的制冷量约68W。为了减小汽车用电负荷，本方案中选取制冷机额定功率为100W。根据小型制冷机制冷量数据，100W额定功率在200K温度下的制冷量约25W。因此，小型制冷机能够液化的CO₂量为0.3676g/s。

根据表2，当温度达到200K时，二氧化氮、丙烷、丁烷、硫化物、铅化物等均液化或凝固，这些化合物总流量约0.0044g/s(假设丙烷和丁烷含量占碳氢化合物总量的50％)。因此，制冷机实际液化的CO₂量为0.363g/s，约占CO₂总排放量的18％。

根据中国汽车行业每年消耗的汽油总量大约为6000万吨计算，由表1可得，每年汽车尾气部分污染物排放量如表4所示。

表4.每年汽车尾气排放量及低温冷凝技术治理后排放量

注：假定C₃H₈和C₄H₁₀占碳氢化合物50％，NO₂占氮氧化合物5％。

若利用低温冷凝技术治理汽车尾气，则汽车尾气实际排放量及其减少的排放量如表4所示。该方案每年能够减少2172万吨CO₂排放，减少18万吨碳氢化合物，3.6万吨二氧化氮、0.3万吨硫化物和5.1万吨含铅化合物。随着制冷机额定功率的增加，该方案减少的汽车尾气排放量会相应的增加。

综上可见，利用低温冷凝技术治理汽车尾气的装置能够大大降低汽车尾气污染物排放量，对部分有害气体能够实现零排放，对大气环境污染治理具有重要意义。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种利用低温冷凝技术治理汽车尾气装置，其特征在于：包括有真空绝热低温罐、高效紧凑型换热器和低温制冷机，所述真空绝热低温罐内放置有高效紧凑型换热器，所述高效紧凑型换热器内设有换热器通道，所述换热器通道的进气口和出气口均位于高效紧凑型换热器的上端部，其进气口通过管道与汽车直接排放尾气的出气口连接，其出气口连接汽车尾气净化后排放管道，所述真空绝热低温罐的底端安装有用于冷凝换热器通道内有害气体的低温制冷机。

2.根据权利要求1所述的利用低温冷凝技术治理汽车尾气装置，其特征在于：所述的真空绝热低温罐包括外筒、绝热层和真空层；所述绝热层设于外筒内壁上，真空层设于真空绝热低温罐内部。

3.根据权利要求1所述的利用低温冷凝技术治理汽车尾气装置，其特征在于：所述的低温制冷机安装在真空绝热低温罐的外侧，通过制冷机冷头伸入到真空绝热低温罐内部，与冷凝器连接；所述冷凝器设于真空绝热低温罐的内部，与高效紧凑型换热器连接。

4.根据权利要求3所述的利用低温冷凝技术治理汽车尾气装置，其特征在于：所述的冷凝器和制冷机冷头均位于真空绝热低温罐底端的向内凹陷的凹腔中。

5.根据权利要求1所述的利用低温冷凝技术治理汽车尾气装置，其特征在于：所述的真空绝热低温罐设有汽车尾气进气口，通过快接插头与高效紧凑型换热器进气口处的管道直接连接。

6.根据权利要求1所述的利用低温冷凝技术治理汽车尾气装置，其特征在于：所述的换热器通道由换热器热流通道和换热器冷流通道连通组合而成，整体呈U形结构位于高效紧凑型换热器中。

7.根据权利要求1所述的利用低温冷凝技术治理汽车尾气装置，其特征在于：所述的低温制冷机采用斯特林制冷机、热声制冷机或脉管制冷机。