CN207393291U - 基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及尾气净化处理技术领域，尤其是涉及基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其具有套筒，该套筒具有进气端、排气端及连接进气端和排气端的内部排气通道；套筒内设有侧流式热反应器、二次空气供给装置、直流式热反应器、金属蜂窝载体催化器、尿素干粉热解模块和等离子净化模块；尿素干粉热解模块将粉末状尿素热解成NH₃和CO₂并间歇性喷入套筒的排气通道；等离子净化模块营造等离子体反应环境，使有害排放物分子经过等离子体定向链式化学反应，重新组合形成无毒害的气体分子。本实用新型结构简单可靠，能全面净化柴油机尾气中的固体微粒、HC、CO、NOx，净化效果良好，可广泛作为各种柴油机的尾气处理净化装置。

Description

基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置

技术领域

本实用新型涉及尾气净化处理技术领域，尤其是涉及柴油车尾气净化装置。

背景技术

目前柴油车以其热效率高、燃油经济性好、低速转矩大、使用寿命长和维护成本低等特点广泛应用于社会各工业领域。但是，随着柴油车保有量的逐年增加，由其造成的大气污染问题日益严重。柴油发动机排放出来的尾气如何处理，一直是车辆工程以及环境工程所关注的问题。柴油机尾气除了排放废热之外，还包含有大量固体微粒、HC( 碳氢化合物)、CO、NOx( 各类氮氧化合物)，对大气污染严重。

为了避免柴油机的尾气污染大气，现在的车辆配件中普遍都包含了尾气净化器。现有柴油机尾气净化器基本上都采用催化剂净化的模式，其重点在于在净化器中装有含催化剂的陶瓷催化转化器或金属催化转化器，通孔一般采用蜂窝式，利用氧化性催化剂将尾气中的HC和CO成分进行催化氧化，生成H₂O和CO₂；或者，在尾气通入催化转化器前，让其先经过热反应器，使其在成分、温度的均匀性方面得到改善，然后再氧化排气当中的HC和CO，并保持整个过程的高温以利于后续的催化转化处理。通常热反应器分为直流式、侧流式和回流式三种。然而多数柴油机尾气净化器，只能进行单一净化，不能对尾气进行多效的全面净化处理。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，全面净化柴油机排放的尾气中的固体微粒、HC、CO、NOx，复合式净化处理，减少污染。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其具有套筒，该套筒具有进气端、排气端及连接进气端和排气端的内部排气通道；套筒内设有侧流式热反应器、二次空气供给装置、直流式热反应器、金属蜂窝载体催化器、尿素干粉热解模块和等离子净化模块；侧流式热反应器对套筒的进气端输入的尾气净化除去部分HC和CO；金属蜂窝载体催化器设置在套筒的排气端，金属蜂窝载体催化器增加有害尾气成分的活性，使其在较低的温度条件下发生氧化还原反应而被除去。所述二次空气供给装置是将排气再循环技术和二次空气供给技术结合在一起的文丘里管式二次空气供给装置，套筒的周壁上设有配合二次空气供给装置工作的进气孔。直流式热反应器设有若干块具有吸附能力的导流板，导流板由振动马达驱动而达到自身的共振；所述尿素干粉热解模块将粉末状尿素热解成NH₃和CO₂并间歇性喷入套筒的排气通道；等离子净化模块营造等离子体反应环境，使有害排放物分子经过等离子体定向链式化学反应，重新组合形成无毒害的气体分子。

上述方案进一步是：所述等离子净化模块外接24V直流电源并采用1万伏斩波升压器进行升压，24V直流电源来自于柴油车使用的24V 蓄电池电源。

上述方案进一步是：所述尿素干粉热解模块具有便于尿素干粉置放的添加盒及将粉末状尿素热解成NH₃和CO₂的气化室，添加盒与气化室之间通过可通断的电磁阀连接，气化室具有喷射开关，喷射开关连接到套筒的排气通道。

上述方案进一步是：所述直流式热反应器的导流板均沿排气流动的方向水平设置，且每一个水平面上均只有一块导流板，每块导流板上开有若干个吸附孔，每块导流板末端均与驱动杆连接；驱动杆与振动马达相连，振动马达驱动驱动杆做上下运动，从而使导流板在驱动杆的作用下达到自身的共振以震落吸附在其表面的碳烟微粒，振动马达外接24V直流电源，24V直流电源来自于柴油车使用的24V 蓄电池电源。

上述方案进一步是：所述导流板中部均装有自净发热器，自净发热器的一端均与驱动杆相连，驱动杆作为导流板上自净发热器的正极使用，由驱动杆接入外部电源到自净发热器。

上述方案进一步是：所述导流板设计为长方形，长度在150-200mm 之间，末端有50mm 以上的非开孔端，在导流板其他开孔端处设有孔径在1-3mm 之间的吸附孔；所述吸附孔按阵列分布，顺着排气流动的方向孔与孔之间的间距逐渐增大。

上述方案进一步是：所述振动马达的振动频率可调，且振动频率和导流板的固有频率相同。

上述方案进一步是：所述等离子净化模块设置在套筒的进气孔的后面，实现二次空气供给装置输入二次等离子空气进入套筒的排气通道。

上述方案进一步是：所述等离子净化模块依照排气方向设置在尿素干粉热解模块和直流式热反应器之间，等离子净化模块的整体呈管状，套筒内输入的尾气依次经过侧流式热反应器、二次空气供给装置、尿素干粉热解模块、等离子净化模块直流式热反应器、金属蜂窝载体催化器进行净化处理。

采用上述方案，本实用新型具有如下有益效果：

1、采用侧流式热反应器、二次空气供给装置、直流式热反应器、催化转化器、尿素干粉热解模块和等离子净化模块对柴油车排气中的CO、HC、NOx、碳烟微粒等多种有害气体成分进行协调净化处理，达到全面高效的复合式净化处理，而非市面上单一排气净化装置可比拟。

2、设计了3个净化碳烟微粒的模块，分别是侧流式热反应器、直流式热反应器和催化转化器，比现有单一孔径的微粒捕集器（捕集器致命的弱点就是微粒捕集后造成捕集能力下降，再生困难）效果更佳，而且可兼顾不同粒径碳烟微粒的捕获，同时本产品设计创新了捕集碳烟微粒的再生措施，使其使用寿命更长、捕集能力容易再生，因此实用性更强。

3、在直流式热反应器中采用设有吸附孔的导流板和与其连接的驱动杆来协调工作，在振动马达驱动驱动杆做上下运动时，驱动杆带动导流板达到自身的共振而震落吸附在其表面的碳烟微粒，使得导流板在柴油车起动后能快速恢复其工作性能。另外，在直流式热反应器中导流板设置了自净发热器，自净发热器同样会在柴油车起动后快速恢复导流板吸附碳烟微粒的性能。

4、本实用新型还将二次空气供给装置设计成将排气再循环技术和二次空气供给技术结合在一起的文丘里管式二次空气供给装置，使得部分进入的尾气由于背压增大而留在发动机气缸里参加下一循环的燃烧，使缸内EGR( 排气再循环) 率可根据柴油机负荷自行调节达到其最佳性能，有利于大量降低NOx的排放。

5、本实用新型结构简单可靠，能全面净化柴油机尾气中的固体微粒、HC、CO、NOx，净化效果良好，可广泛作为各种柴油机的尾气处理净化装置。

附图说明：

附图1为本实用新型较佳实施例结构示意图；

附图2为图1实施例的尿素干粉热解模块结构示意图；

附图3为图1实施例的等离子净化模块结构示意图。

具体实施方式：

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

参阅图1、2、3所示，为本实用新型较佳实施例结构示意图，本实用新型有关一种基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其具有套筒1，该套筒1具有进气端11、排气端12及连接进气端11和排气端12的内部排气通道。套筒1的进气端11通过法兰盘固定连接到柴油车的排气管上，排气端12设有后端盖给予保护及稳固套筒1内的部件。套筒1内设有侧流式热反应器2、二次空气供给装置3、直流式热反应器4、金属蜂窝载体催化器5、尿素干粉热解模块7和等离子净化模块8；侧流式热反应器2对套筒1的进气端11输入的尾气净化除去部分HC和CO。金属蜂窝载体催化器5设置在套筒1的排气端12，金属蜂窝载体催化器5增加有害尾气成分的活性，使其在较低的温度条件下发生氧化还原反应而被除去。所述二次空气供给装置3是将排气再循环技术和二次空气供给技术结合在一起的文丘里管式二次空气供给装置，套筒1的周壁上设有配合二次空气供给装置3工作的进气孔13, 进气孔13根据需要在套筒一周上均匀设置。直流式热反应器4设有若干块具有吸附能力的导流板43，导流板43由振动马达41驱动而达到自身的共振。所述尿素干粉热解模块7将粉末状尿素热解成NH₃和CO₂并间歇性喷入套筒1的排气通道，对尾气进行还原，使其生成N₂和O₂ 等无害气体。等离子净化模块8营造等离子体反应环境，使有害排放物分子经过等离子体定向链式化学反应，重新组合形成无毒害的气体分子。由此实现对柴油车排气中的CO、HC、NOx、碳烟微粒等多种有害气体成分进行协调净化处理，达到全面高效的复合式净化处理。

图1、3所示，本实施例的等离子净化模块8外接24V直流电源并采用1万伏斩波升压器81进行升压，24V直流电源来自于柴油车使用的24V 蓄电池电源，使用方便，且整体结构简单、合理，由于不受电源位置的限制可方便地安装在各种柴油车的排气管路中。等离子净化技术，其主要理论依据是利用介质阻挡方式产生非平衡等离子体，电离气体产生大量反应活跃的电子、离子、分子和氧化性很强的自由基体，与柴油机尾气中有害成分产生化学反应。当柴油机尾气经过等离子体反应区域时，在高能电子的作用下，有害排放物分子处于活化状态，经过等离子体定向链式化学反应，化学键断裂，经重新组合形成无毒害的气体分子，其主要化学反应如下：

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本实施例的等离子净化模块8可以设置在套筒1的进气孔13的后面，（如图1所示），实现二次空气供给装置3输入二次等离子空气进入套筒1的排气通道。当然，所述等离子净化模块8也可依照排气方向设置在尿素干粉热解模块7和直流式热反应器4之间，等离子净化模块8的整体呈管状，套筒1内输入的尾气依次经过侧流式热反应器2、二次空气供给装置3、尿素干粉热解模块7、等离子净化模块8直流式热反应器4、金属蜂窝载体催化器5进行净化处理。

图1、2所示，本实施例中，所述尿素干粉热解模块7具有便于尿素干粉置放的添加盒71及将粉末状尿素热解成NH₃和CO₂的气化室72，添加盒71与气化室72之间通过可通断的电磁阀连接，气化室72具有喷射开关721，该喷射开关721连接到套筒1的排气通道。图2所示，添加盒71与气化室72之间有第一电磁阀73和第二电磁阀74串联连接，并在第一电磁阀73和第二电磁阀74之间的管道中设置负压系统，该负压系统具有吹气电磁阀75和抽负压电磁阀76。所述喷射开关721是一气压阀门开关，在压力超过预紧力就打开喷射，否则常闭。具体工作流程如下：①初始状态：抽负压电磁阀76打开，管路系统无压力；②启动发动机：第一电磁阀73打开，在放入一定量尿素粉末后关闭，同时抽负压电磁阀76延时关闭；打开第二电磁阀74，同时打开吹气电磁阀75，将粉末状尿素吹入气化室72后延时数秒后关闭；③发动机运转后稳态：高温的尾气加热气化室72，将粉末状尿素热解成NH₃和CO₂，在压力传感器77监测下，当气压达到一定压力后开始从喷射开关721间歇性喷入；④随着发动机运转：当气化室气压降低至一定压力时，第二电磁阀74、抽负压电磁阀76打开，系统抽负压，压力降至一定值，此第二电磁阀74和抽负压电磁阀76关闭，第一电磁阀73打开，释放一定量粉末尿素，以后步骤至②重复整个流程；第一电磁阀73和第二电磁阀74的打开由压力传感器77给予工作信号。上述电磁阀和传感器均设置直流电压24V，24V直流电源来自于柴油车使用的24V蓄电池电源，使用方便。尿素干粉热解模块7间歇性将热解粉末状尿素所得的NH₃和CO₂喷入套筒1的排气通道，对尾气进行还原，使其生成N₂和O₂等无害气体。

图1所示，本实施例中，所述直流式热反应器4的导流板43均沿排气流动的方向水平设置，且每一个水平面上均只有一块导流板，每块导流板43上开有若干个吸附孔，每块导流板43末端均与驱动杆42连接；驱动杆42与振动马达41相连，振动马达41驱动驱动杆42做上下运动，从而使导流板在驱动杆的作用下达到自身的共振以震落吸附在其表面的碳烟微粒，振动马达41外接24V直流电源。所述导流板43中部均装有自净发热器，自净发热器的一端均与驱动杆42相连，驱动杆42作为导流板上自净发热器的正极使用，由驱动杆42接入外部电源到自净发热器。所述导流板43设计为长方形，长度在150-200mm 之间，优选长度是180mm，末端有50mm 以上的非开孔端，在导流板其他开孔端处设有孔径在1-3mm 之间的吸附孔；所述吸附孔按阵列分布，顺着排气流动的方向孔与孔之间的间距逐渐增大。采用该结构可使导流板与尾气有更大的接触面积，且随着尾气中碳烟微粒浓度的减少，导流板上的吸附孔也越来越稀疏，从而可减少柴油车的排气阻力，这样设计既可提高柴油车的充气效率又能降低导流板的加工复杂度。另外，在导流板末端拟留有一定距离的非开孔端，目的是为尾气进入之后的金属蜂窝状催化过滤器提供气体整流作用。所述振动马达41的振动频率可调，且振动频率和导流板43的固有频率相同。自适应可控式再生措施，使其使用寿命更长、捕集能力容易再生，因此实用性更强。在使用过程中，柴油车点火开关一旦接通蓄电池24V电源，自净发热器的继电器会通电2-3S，其瞬间便可达到高温，使吸附在导流板吸附孔中的碳烟微粒受高温作用而燃烧，从而可以清除碳烟微粒，恢复吸附能力。为了更好的吸附碳烟微粒，导流板应使用具有吸附碳烟微粒的耐热型材料加工而成的，如活性氧化铝，纳米氧化铝材料等。

本实施例的二次空气供给装置3设计成将排气再循环技术和二次空气供给技术结合在一起的文丘里管式二次空气供给装置，使得部分进入的尾气由于背压增大而留在发动机气缸里参加下一循环的燃烧，使缸内EGR( 排气再循环) 率可根据柴油机负荷自行调节达到其最佳性能，有利于大量降低NOx的排放。

本实用新型工作如下：首先，含有大量碳烟微粒的柴油车尾气经排气管直接进到本实用新型中，本实用新型的侧流式热反应器2将对流经的尾气进行初次净化：通过侧流式热反应器2上的侧流孔将粒径较大的碳烟微粒滤掉除去，粒径较小的微粒也随着高温条件下的热降解而大部分除去，同时，侧流式热反应器2还可氧化除去排气中部分的HC和CO。其次，经过初次净化的尾气进入EGR和二次空气供给装置3，此装置根据流体动力学特性，将排气再循环技术和二次空气供给技术结合在一起，设计了文丘里喉管式二次空气供给装置。该装置一方面可吸入供后面直流式热反应器4使用的二次空气，另一方面又能将部分尾气滞留在发动机气缸里用于下一循环的燃烧，达到内部排气再循环的效果。然后，尾气在尿素干粉热解模块7和等离子净化模块8的进一步净化，处理多种有害气体，使之达标排放。接着，尾气进入直流式热反应器4，其中平行设置的导流板43可对经过EGR和二次空气供给装置后的排气进行整流，使其均匀的进入金属蜂窝载体催化器5，最大限度的利用蜂窝载体上催化剂的流通面积，增加催化器的排气净化作用。同时通过导流板43上设置的吸附孔可以将排气中的碳烟微粒吸附而除去，然后在下一次开车前振动马达41驱动驱动杆42做上下运动时，驱动杆42带动导流板达到自身的共振，从而震落吸附在其表面的碳烟微粒，使得导流板在柴油车起动后能快速恢复其工作性能。另外导流板43上还安装有自净发热器，自净发热器在下一次开车前通电2-3S的时间内达到高温从而协助清除导流板上吸附的碳烟微粒，使本项目的排气净化装置净化碳烟微粒的性能恢复如初。最后，尾气传送至金属蜂窝载体催化器，该催化器能在较大温度范围内增加有害尾气成分的活性，使其在较低的温度条件下发生氧化还原反应而被除去，且尾气中的HC和CO还能作为还原剂来还原NOx，从而起到既氧化HC和CO又还原NOx的作用。另外，该催化器还能氧化排放微粒物中大部分可溶性有机物和其他一些有毒有机物，使多种有害气体能同时被除去。

以上结合实施方式对本实用新型做了详细说明，只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限定本实用新型的保护范围，故凡根据本实用新型精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其特征在于：具有套筒（1），该套筒（1）具有进气端（11）、排气端（12）及连接进气端（11）和排气端（12）的内部排气通道；套筒（1）内设有侧流式热反应器（2）、二次空气供给装置（3）、直流式热反应器（4）、金属蜂窝载体催化器（5）、尿素干粉热解模块（7）和等离子净化模块（8）；侧流式热反应器（2）对套筒（1）的进气端（11）输入的尾气净化除去部分HC和CO；金属蜂窝载体催化器（5）设置在套筒（1）的排气端（12），金属蜂窝载体催化器（5）增加有害尾气成分的活性，使其在较低的温度条件下发生氧化还原反应而被除去；所述二次空气供给装置（3）是将排气再循环技术和二次空气供给技术结合在一起的文丘里管式二次空气供给装置，套筒（1）的周壁上设有配合二次空气供给装置（3）工作的进气孔（13）；直流式热反应器（4）设有若干块具有吸附能力的导流板（43），导流板（43）由振动马达（41）驱动而达到自身的共振；所述尿素干粉热解模块（7）将粉末状尿素热解成NH₃和CO₂并间歇性喷入套筒（1）的排气通道；等离子净化模块（8）营造等离子体反应环境，使有害排放物分子经过等离子体定向链式化学反应，重新组合形成无毒害的气体分子。

2.根据权利要求1所述的基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其特征在于：所述等离子净化模块（8）外接24V直流电源并采用1万伏斩波升压器（81）进行升压。

3.根据权利要求1所述的基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其特征在于：所述尿素干粉热解模块（7）具有便于尿素干粉置放的添加盒（71）及将粉末状尿素热解成NH₃和CO₂的气化室（72），添加盒（71）与气化室（72）之间通过可通断的电磁阀连接，气化室（72）具有喷射开关（721），喷射开关（721）连接到套筒（1）的排气通道。

4.根据权利要求1所述的基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其特征在于：所述直流式热反应器（4）的导流板（43）均沿排气流动的方向水平设置，且每一个水平面上均只有一块导流板，每块导流板（43）上开有若干个吸附孔，每块导流板（43）末端均与驱动杆（42）连接；驱动杆（42）与振动马达（41）相连，振动马达（41）驱动驱动杆（42）做上下运动，从而使导流板在驱动杆的作用下达到自身的共振以震落吸附在其表面的碳烟微粒，振动马达（41）外接24V直流电源。

5.根据权利要求4所述的基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其特征在于：所述导流板（43）中部均装有自净发热器，自净发热器的一端均与驱动杆（42）相连，驱动杆（42）作为导流板上自净发热器的正极使用，由驱动杆（42）接入外部电源到自净发热器。

6.根据权利要求1或4或5所述的基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其特征在于：所述导流板（43）设计为长方形，长度在150-200mm 之间，末端有50mm 以上的非开孔端，在导流板其他开孔端处设有孔径在1-3mm 之间的吸附孔；所述吸附孔按阵列分布，顺着排气流动的方向孔与孔之间的间距逐渐增大。

7.根据权利要求1或4所述的基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其特征在于：所述振动马达（41）的振动频率可调，且振动频率和导流板（43）的固有频率相同。

8.根据权利要求1或2所述的基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其特征在于：所述等离子净化模块（8）设置在套筒（1）的进气孔（13）的后面，实现二次空气供给装置（3）输入二次等离子空气进入套筒（1）的排气通道。

9.根据权利要求1或2所述的基于尿素热解和等离子技术的柴油车尾气净化装置，其特征在于：所述等离子净化模块（8）依照排气方向设置在尿素干粉热解模块（7）和直流式热反应器（4）之间，等离子净化模块（8）的整体呈管状，套筒（1）内输入的尾气依次经过侧流式热反应器（2）、二次空气供给装置（3）、尿素干粉热解模块（7）、等离子净化模块（8）直流式热反应器（4）、金属蜂窝载体催化器（5）进行净化处理。