CN105927316B - 一种汽车尾气二次净化装置及其工作过程 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽车尾气二次净化装置及其工作过程，包括排气导管，电源箱，尾气处理液导流腔。排气导管入口处装有气体旋流器，且排气导管通道中装有线管式等离子反应器；尾气处理液导流腔出口处连通有四个切向旋流槽至排气导管出口处。本发明采用了一种线管式等离子反应器，线状中心电极与外层管状电极之间加有高压交流电源，中间空腔中可产生大量分布较为均匀的低温等离子，解决了由于等离子体产生不均匀导致的净化效率低的问题；通过将尾气旋流处理后进入线管式等离子反应器，使旋转气流与空腔中低温等离子充分反应，提高了净化效率；同时尾气处理液经切向旋流槽切向喷入排气管出口处雾化旋转，与尾气充分混合，实现高效的二次净化处理。
Description
技术领域：
本发明涉及一种汽车尾气二次净化装置及其工作过程，其属于汽车环保技术领域。
背景技术：
在世界范围内，汽车尾气已成为最重要的空气污染源之一，其含量最多的有害成分主要为一氧化碳(CO)，氮氧化合物(NOx)，碳氢化合物(HC)和颗粒物(PM)。汽车尾气的排放严重影响了人类的生活和健康，同时危害着城市环境乃至整个自然生态系统，因此限制和治理汽车尾气污染的任务迫在眉睫。
三效催化技术是目前国际上公认的减少汽车尾气排放的主流技术，但是它依然存在着致命的弱点，比如催化剂和汽车不容易匹配、催化剂“中毒”不好解决、必须采用无铅汽油、空燃比要求非常精确等问题。而低温等离子技术能够有效地解决三效催化技术制约机外净化的难题，低温等离子技术具有制造成本低、能耗低、净化效率高、无二次污染的优点。
而现有的低温等离子体反应器也存在一些缺陷：一、汽车尾气与反应器中电极接触导致对电极的腐蚀问题；二、汽车尾气中的烟尘容易在电极上积聚，从而影响等离子产生的效率；三、由于反应器中产生的等离子数量不足，分布不均所造成的净化效率降低的问题。
发明内容：
本发明目的在于提出一种基于旋流变化的低温等离子体汽车尾气二次净化装置及其工作过程，对尾气进行旋流处理后进入一种线管式等离子反应器内充分反应，以克服现有等离子体反应器净化汽车尾气的诸多弊端，同时利用二次处理的方式实现到对汽车尾气的高效净化。
本发明采用如下技术方案：一种汽车尾气二次净化装置，包括气体旋流器、排气导管、线管式等离子反应器、电源箱、尾气处理液导流腔以及切向旋流槽；所述气体旋流器安装于排气导管入口段处，气体旋流器的外壁与排气导管的内壁相接触；所述线管式等离子反应器安装于排气导管通道中，所述线管式等离子反应器的外壁与排气导管的内壁相接触，且线管式等离子反应器的末端与排气导管的底部相接触；所述排气导管的外表面与尾气处理液导流腔相安装于一起，尾气处理液导流腔的入口接供液导管；所述尾气处理液导流腔的出口是一个等厚圆周开口面，连通有四个均匀分布的切向旋流槽，所述切向旋流槽延伸至排气导管出口处。
进一步地，所述气体旋流器包括外旋流叶片、内旋流叶片以及将外旋流叶片和内旋流叶片相间隔开的中间套环，所述外旋流叶片的数量为12片，叶片角度为60°，所述内旋流叶片数量为12片，叶片角度为60°。
进一步地，所述线管式等离子反应器包括线状中心电极和外层管状电极，线状中心电极外附一层第一绝缘层，且外层管状电极内附一层第二绝缘层。
进一步地，所述第一绝缘层和第二绝缘层均采用玻璃钢材质，且从尾气流入端到流出端，第二绝缘层存在由小到大的厚度梯度。
进一步地，所述电源箱中包括一级逆变电路、整流电路、二级逆变电路、升压变压器，与一级逆变电路相连的输入端为12V车载直流电源，与升压变压器相连的电源输出为电压5kV～20kV，频率10kHz～30kHz的高频高压交流电源。
进一步地，所述线状中心电极固定于线管式等离子反应器中心部位，且线状中心电极作为电源连接端，与高频高压交流电源连接。
进一步地，所述切向旋流槽为螺旋线形。
本发明还采用如下技术方案：一种汽车尾气二次净化装置的工作过程，包括如下步骤：
一：当汽车发动机启动时，电源箱中电源工作供电，线管式等离子反应器中接有高频高压交流电源的线状中心电极和外层管状电极放电，由于第二绝缘层存在的厚度梯度，两电极间产生梯度电场，在梯度电场的作用下，第一绝缘层和第二绝缘层之间的空腔内迅速产生大量分布均匀的低温等离子体；
二：发动机运行工作产生的尾气进入排气导管，经过入口段气体旋流器旋流处理后，尾气沿排气导管通道旋转进入线管式等离子反应器；
三：通过离子化的过程，旋转气流中的悬浮颗粒物与有害气体被有效分开，其中，有害气体与等离子体中的活性粒子充分反应，迅速降解为无害成分；悬浮颗粒物随旋转气流排出，在尾气导管的出口出处，经切向旋流槽雾化旋流喷出的尾气处理液与排出的尾气充分混合，悬浮颗粒物被沉降处理，实现了对尾气的二次净化，最终，经二次高效净化的无害气体被排入大气中。
本发明具有如下有益效果：
(1).本发明采用了介质阻挡放电产生等离子的方法，具有大空间内放电均匀和高气压运行稳定的特点。对能量利用效率高、控制性能好、可操作性能高。故对于汽车尾气净化的可行性最高、适用性最强。
(2).本发明采用了一种线管式等离子反应器，线状中心电极与外层管状电极之间加有高频高压交流电源，中间空腔中可产生大量分布较为均匀的低温等离子，解决了由于等离子体产生不均匀导致的净化效率低的问题。这种线管式等离子反应器能够和汽车排气管道配合良好，更适用于汽车尾气处理。
(3).本发明采用了一种线管式等离子反应器，中心线状电极外附有一层第一绝缘层，且外层的管状电极内附有一层第二绝缘层。第一绝缘层和第二绝缘层均采用玻璃钢材质，有极好的耐腐蚀性，避免了汽车尾气对电极的腐蚀，同时也解决了尾气中的烟尘容易在电极上积聚，从而影响等离子产生的效率的问题。除此之外，对于外层管状电极内附的第二绝缘层，从尾气流入端到流出端，该第二绝缘层存在由小到大的厚度梯度，这样使得反应器中间空腔能产生梯度电场，增强了反应器的净化效果。
(4).本发明将尾气通过气体旋流器内外旋流叶片的旋流处理后进入线管式等离子反应器，使旋转气流与空腔中低温等离子充分反应，提高了净化效率；同时，线管式等离子反应器中间腔内的活性放电物质会随着旋转气流运动而更均匀地分布于空间中，使得通道内等离子分布更加均匀。
(5).本发明在排气导管外部装配有尾气处理液导流腔，导流腔入口可接供液导管。尾气处理液经旋流槽切向喷入排气管出口处雾化旋转，与尾气充分混合，实现了对尾气的二次高效净化。
(6).本发明设计了线管式等离子反应器的配套电源，将12V的车载直流电首先经过一级逆变升压整流后转换为相对较高压直流电，再经过二级逆变得到了所需的高压高频交流电源。这样的电源设计方案，使得每次的升压比得到了减少，提高了能量的传递效率和稳定性。
附图说明：
图1是本发明汽车尾气二次净化装置的结构示意图。
图2是本发明线管式等离子反应器的结构示意图。
图3是本发明电源箱高频高压交流电源的电路原理框图。
图4是本发明气体旋流器的结构三维图。
图5是本发明气体旋流器的正视图。
图6为本发明气体旋流器的侧视图。
图7是本发明切向旋流槽的结构三维图。
图8是本发明切向旋流槽的正视图。
图9为本发明切向旋流槽的侧视图。
其中：
1气体旋流器；1-1外旋流叶片；1-2内旋流叶片；1-3中间套环；2排气导管；3线管式等离子反应器；3-1线状中心电极；3-2外层管状电极；3-3第一绝缘层；3-4第二绝缘层；4电源箱；5尾气处理液导流腔；6切向旋流槽。
具体实施方式：
请参照图1至图9所示，本发明汽车尾气二次净化装置包括气体旋流器1、排气导管2、线管式等离子反应器3、电源箱4、尾气处理液导流腔5以及切向旋流槽6；气体旋流器1安装于排气导管2入口段处，该气体旋流器1的外壁与排气导管2的内壁相接触；排气导管2通道中装有线管式等离子反应器3，该线管式等离子反应器3的外壁与排气导管2的内壁相接触，且线管式等离子反应器3的末端与排气导管2的底部相接触。排气导管2的外表面与尾气处理液导流腔5相安装于一起，尾气处理液导流腔5的入口可接供液导管；尾气处理液导流腔5的出口是一个等厚圆周开口面，连通有四个均匀分布的切向旋流槽6，切向旋流槽6为螺旋线形，且切向旋流槽6延伸至排气导管出口处。
气体旋流器1包括外旋流叶片1-1、内旋流叶片1-2以及将外旋流叶片1-1和内旋流叶片1-2相间隔开的中间套环1-3，其中外旋流叶片1-1的数量为12片，叶片角度为60°；内旋流叶片1-2数量为12片，叶片角度为60°。
线管式等离子反应器3通过介质阻挡放电产生等离子体，其包括一个线状中心电极3-1和外层管状电极3-2，线状中心电极3-1外附一层第一绝缘层3-3，且外层管状电极3-2内附一层第二绝缘层3-4。第一绝缘层3-3和第二绝缘层3-4均采用玻璃钢材质，且从尾气流入端到流出端，第二绝缘层3-4存在由小到大的厚度梯度
电源箱4中包括一级逆变电路8、整流电路9、二级逆变电路10、升压变压器11，与一级逆变电路8相连的输入端为12V车载直流电源7，与升压变压器11相连的电源输出12为电压5kV～20kV，频率10kHz～30kHz的高频高压交流电源。
线状中心电极3-1由两个绝缘支架固定于线管式等离子反应器3中心部位，且线状中心电极3-1作为电源连接端，与高频高压交流电源连接。
本发明汽车尾气二次净化装置的工作过程如下：
一：当汽车发动机启动时，电源箱4中电源工作供电。线管式等离子反应器3中接有高频高压交流电源的线状中心电极3-1和外层管状电极3-2放电，由于第二绝缘层3-4存在的厚度梯度，两电极间产生梯度电场，在梯度电场的作用下，第一绝缘层3-3和第二绝缘层3-4之间的空腔内迅速产生大量分布均匀的低温等离子体；
二：发动机运行工作产生的尾气进入排气导管2，经过入口段气体旋流器1旋流处理后，尾气沿排气导管2通道旋转进入线管式等离子反应器3；
三：通过离子化的过程，旋转气流中的悬浮颗粒物(PM)与有害气体被有效分开，其中，有害气体与等离子体中的活性粒子充分反应，迅速降解为无害成分；悬浮颗粒物随旋转气流排出，在尾气导管2的出口出处，经切向旋流槽雾化旋流喷出的尾气处理液与排出的尾气充分混合，悬浮颗粒物被沉降处理，实现了对尾气的二次净化，最终，经二次高效净化的无害气体被排入大气中。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种汽车尾气二次净化装置，其特征在于：包括气体旋流器(1)、排气导管(2)、线管式等离子反应器(3)、电源箱(4)、尾气处理液导流腔(5)以及切向旋流槽(6)；所述气体旋流器(1)安装于排气导管(2)入口段处，气体旋流器(1)的外壁与排气导管(2)的内壁相接触；所述线管式等离子反应器(3)安装于排气导管(2)通道中，所述线管式等离子反应器(3)的外壁与排气导管(2)的内壁相接触，且线管式等离子反应器(3)的末端与排气导管(2)的底部相接触；所述排气导管(2)的外表面与尾气处理液导流腔(5)相安装于一起，尾气处理液导流腔(5)的入口接供液导管；所述尾气处理液导流腔(5)的出口是一个等厚圆周开口面，连通有四个均匀分布的切向旋流槽(6)，所述切向旋流槽(6)延伸至排气导管出口处。
2.如权利要求1所述的汽车尾气二次净化装置，其特征在于：所述气体旋流器(1)包括外旋流叶片(1-1)、内旋流叶片(1-2)以及将外旋流叶片(1-1)和内旋流叶片(1-2)相间隔开的中间套环(1-3)，所述外旋流叶片(1-1)的数量为12片，叶片角度为60°，所述内旋流叶片(1-2)数量为12片，叶片角度为60°。
3.如权利要求2所述的汽车尾气二次净化装置，其特征在于：所述线管式等离子反应器(3)包括线状中心电极(3-1)和外层管状电极(3-2)，线状中心电极(3-1)外附一层第一绝缘层(3-3)，且外层管状电极(3-2)内附一层第二绝缘层(3-4)。
4.如权利要求3所述的汽车尾气二次净化装置，其特征在于：所述第一绝缘层(3-3)和第二绝缘层(3-4)均采用玻璃钢材质，且从尾气流入端到流出端，第二绝缘层(3-4)存在由小到大的厚度梯度。
5.如权利要求4所述的汽车尾气二次净化装置，其特征在于：所述电源箱(4)中包括一级逆变电路(8)、整流电路(9)、二级逆变电路(10)、升压变压器(11)，与一级逆变电路(8)相连的输入端为12V车载直流电源(7)，与升压变压器(11)相连的电源输出(12)为电压5kV～20kV，频率10kHz～30kHz的高频高压交流电源。
6.如权利要求5所述的汽车尾气二次净化装置，其特征在于：所述线状中心电极(3-1)固定于线管式等离子反应器(3)中心部位，且线状中心电极(3-1)作为电源连接端，与高频高压交流电源连接。
7.如权利要求1所述的汽车尾气二次净化装置，其特征在于：所述切向旋流槽(6)为螺旋线形。
8.一种汽车尾气二次净化装置的工作过程，其特征在于：包括如下步骤
一：当汽车发动机启动时，电源箱(4)中电源工作供电，线管式等离子反应器(3)中接有高频高压交流电源的线状中心电极(3-1)和外层管状电极(3-2)放电，由于第二绝缘层(3-4)存在的厚度梯度，两电极间产生梯度电场，在梯度电场的作用下，第一绝缘层(3-3)和第二绝缘层(3-4)之间的空腔内迅速产生大量分布均匀的低温等离子体；
二：发动机运行工作产生的尾气进入排气导管(2)，经过入口段气体旋流器(1)旋流处理后，尾气沿排气导管(2)通道旋转进入线管式等离子反应器(3)；
三：通过离子化的过程，旋转气流中的悬浮颗粒物与有害气体被有效分开，其中，有害气体与等离子体中的活性粒子充分反应，迅速降解为无害成分；悬浮颗粒物随旋转气流排出，在尾气导管(2)的出口出处，经切向旋流槽雾化旋流喷出的尾气处理液与排出的尾气充分混合，悬浮颗粒物被沉降处理，实现了对尾气的二次净化，最终，经二次高效净化的无害气体被排入大气中。
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