CN206625882U - 一种汽车尾气净化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种汽车尾气净化装置，包括绝缘壳体（1）、位于壳体内层的绝缘介质（2）、装置整体外接电源（3）和设置于绝缘壳体（1）中部的等离子体反应区（9），所述的绝缘壳体（1）为柱状空心腔体，腔体内依次包括尾气进入区（6）、静电吸附区（7）、1号缓冲区（8）、等离子体反应区（9）、2号缓冲区（11）和尾气排放区（12），所述的等离子体反应区（9）包括两个串联的等离子反应器，所述等离子反应器包括空心管状电介质放电管（19）和缠绕在放电管（19）外侧的螺旋电极。本实用新型结构简单、设计合理，汽车尾气净化率高，适用范围广，实用性强。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种汽车尾气净化装置，具体涉及一种利用等离子体驱动、二氧化钛纳米光催化反应以及静电吸附对汽车尾气进行净化处理的装置。
背景技术
等离子体就是由大量正负带电粒子和中性粒子组成的一种电离气体，是继固态、液态、气态之后的物质第四态。等离子体的产生形式可分为介质阻挡放电、电晕放电、表面放电、重叠放电、填充床放电，其中电晕放电等离子体是应用最广泛的一种等离子体，广泛应用于环境、材料等领域。
纳米光催化技术是从20世纪70年代逐步发展起来的一门新兴环保技术。纳米光催化技术能有效降解多种对环境有害的污染物，使污染物转化为CO2，H2O及其它无机小分子物质。目前所采用的纳米光催化剂大多数属于宽禁带的n型半导体化合物，其中TiO2应用最为广泛，TiO2是一种多晶型的化合物，在自然界中有三种结晶形态：金红石型、锐钛型和板钛型，以锐钛型的TiO2光催化活性最高。锐钛型TiO2的禁带宽度为3.2eV，当它吸收了波长小于或等于387nm的光子后，价带中的电子就会被激发到导带，形成带负电的高活性电子ecb-，同时在价带上产生带正电的空穴hvb+。该光生空穴有很强的得电子能力，具有强氧化性，可在污水与废气领域净化污染物。
利用静电发生器产生的静电施加在要吸附的物体上，物体立即带上静电并吸附在物体上，使原来不平整如四周向上翘起不平的物体如无织布、纸等加上静电后能平整地吸附在金属板、木板等上以便进行下一步的操作，这种方法在钢材生产、木材生产和模具行业等中有广泛的应用。利用静电发生器对物体施加静电以产生吸附作用在其它行业也有很多应用，使用时可以根据情况调节静电发生器的输出的高低来调节吸附力的大小。
虽然等离子体与TiO2以及静电吸附各自都有废气净化的能力，但是它们各自的使用条件专一性较强（如：TiO2光催化材料需在紫外光的条件下；TiO2光催化需有有效电源的供电），使得它们各自较难高效的独立应用于汽车尾气的净化中。
申请号为201310385796的专利“一种电晕放电等离子体与纳米光催化材料协同净化汽车尾气的反应器”提供了一种应用于汽车尾气净化的装置，该装置存在如下问题：线管式等介质阻挡离子体反应器中心电极的位置不易确定，在汽车尾气管中加入中心电极，势必对尾气排放起阻挡作用，且随汽车颠簸，中心电极会逐渐偏移原位置，引起等离子装置的破坏；且汽车尾气烟尘容易在电极附近聚集，降低等离子反应器的效率。
因此有必要提供一种能综合利用等离子体驱动、二氧化钛纳米光催化反应以及静电吸附对汽车尾气进行净化处理的装置。
实用新型内容
针对现有技术存在的问题，本实用新型为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
一种汽车尾气净化装置，包括绝缘壳体1、位于壳体内层的绝缘介质2、装置整体外接电源3和设置于绝缘壳体1中部的等离子体反应区9，其特征在于：所述的绝缘壳体1为柱状空心腔体，腔体内依次包括尾气进入区6、静电吸附区7、1号缓冲区8、等离子体反应区9、2号缓冲区11和尾气排放区12，所述的等离子体反应区9包括两个串联的等离子反应器，所述等离子反应器包括空心管状电介质放电管19和缠绕在放电管19外侧的螺旋电极，缠绕在两个放电管外壁的螺旋电极分别为1号螺旋电极20和2号螺旋电极21，所述绝缘壳体1上对应等离子体反应区9的位置设有高压交流电极和2号接地电极10，该交流电极外端通过导线和逆变器与车载电源3连接，交流电极内端分流连接1号螺旋电极20和2号螺旋电极21末一端，1号螺旋电极20和2号螺旋电极21另一端共同连接2号接地电极10，所述的两个放电管19通过绝缘连接器22连接。
所述的逆变器为串联设置的两个逆变器，分别为一级逆变器23和二级逆变器24，通过将低电压的汽车直流电源3升压逆变，转化为满足等离子体反应区需要的交流高压电流。
所述的放电管19为具有一定锥度的锥台形空心金属管状结构，两个放电管首尾相对串联放置，通过缠绕在放电管外部的螺旋电极形成一个串联螺旋梯度放电等离子反应器，以满足恶劣工况下的汽车尾气排放净化需求。
所述放电管19内壁为涂覆有二氧化钛的透明板13，两个放电管19内竖向平行等距设置若干涂有二氧化钛的塑料点阵网格14，其中二氧化钛均为纳米级别，在等离子反应区内等离子体放电产生的能量激发二氧化钛发生二氧化钛纳米光催化反应，对尾气污染物进一步净化。
所述的尾气进入区6和尾气排放区12均为锥形管状结构，两端头分别设置有进气口连接法兰16和出气口连接法兰17，用于与汽车上排气管连接固定。
所述的尾气进入区6上方设有散热装置15，所述的散热装置15为内置风扇结构，使得进入净化装置内的尾气先经过尾气进入区初步散热降温后再通往后方。
所述绝缘壳体1上对应静电吸附区7的位置设有高压直流电极4和1号接地电极5，所述的高压直流电极4一端通过整流器18和逆变器与电源3连接，一端延伸至绝缘壳体内部，通过两级逆变将车体低压直流电源3转变为高压交流电，再经过整流器转化为高压直流电后输送到高压直流电极4，所述的1号接地电极5一端接地一端延伸到绝缘壳体内部，高压直流电极4与1号接地电极5之间形成电压差，形成静电吸附区7对尾气中部分杂质进行静电吸附除杂处理。
所述的绝缘介质2为陶瓷绝缘材料。
所述的高压直流电极4、1号接地电极5和2号接地电极10采用针-孔结构电极，所述1号螺旋电极20、2号螺旋电极21和高压直流电极4为多针黄铜材质，导电性强，所述的1号接地电极5和2号接地电极10为圆形多孔不锈钢材质，耐腐蚀性强。
所述的1号螺旋电极20和2号螺旋电极21采用线状、扁平带状或薄膜电极，所述1号螺旋电极20和2号螺旋电极21在任何一个横截面均为两两相对设置，在高压交流电作用下，使得等离子产生的方向性好，集中均匀且能量高。
本实用新型具有如下优点：
本实用新型结构简单、设计合理，汽车尾气净化率高，适用范围广，市场前景广。
本实用新型可根据尾气工况的实际要求，将等离子反应区前后两节放电管外螺旋电极设计为不同的绕线匝数，通过调整绕线的密度来调节等离子反应器产生合适的等离子浓度，更好的实现对汽车尾气的净化效果；
本实用新型等离子产生的方向性好，集中均匀且能量高；除了介质阻挡放电之外，还可以根据工作参数的不同，产生不同的放电形式；可以调节放电范围内的等离子浓度，放电的能量强度，放电均匀性和等离子的浓度变化等。
本实用新型采用串级螺旋梯度放电等离子反应器，而不是线管式等介质阻挡离子体反应器，不会出现中心电极的位置不易确定、随汽车颠簸中心电极位置易偏移、尾气烟尘在电极附近聚集带来的反应器效率降低等问题。
附图说明
图1是本实用新型外部整体结构示意图；
图2是本实用新型内部剖视示意图；
图3是本实用新型的等离子反应区的主视结构示意图；
图4是本实用新型的等离子反应区的侧视结构示意图；
其中：1-绝缘壳体、2-绝缘介质、3-电源、4-高压直流电极、5-1号接地电极，6-尾气进入区、7-静电吸附区、8-1号缓冲区、9-等离子体反应区、10-2号接地电极、11-2号缓冲区、12-尾气排放区、13-透光板、14-点阵网格，15-散热降温装置、16-进气口连接法兰、17-出气口连接法兰、18-整流器、19-放电管、20-1号螺旋电极、21-2号螺旋电极、22-绝缘连接器、23-一级逆变器、24-二级逆变器。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明，如图1-4所示，一种汽车尾气净化装置，包括绝缘壳体1、位于壳体内层的绝缘介质2、装置整体外接电源3和设置于绝缘壳体1中部的等离子体反应区9，其特征在于：所述的绝缘壳体1为柱状空心腔体，腔体内依次包括尾气进入区6、静电吸附区7、1号缓冲区8、等离子体反应区9、2号缓冲区11和尾气排放区12，所述的等离子体反应区9包括两个串联的等离子反应器，所述等离子反应器包括空心管状电介质放电管19和缠绕在放电管19外侧的螺旋电极，缠绕在两个放电管外壁的螺旋电极分别为1号螺旋电极20和2号螺旋电极21，所述绝缘壳体1上对应等离子体反应区9的位置设有高压交流电极和2号接地电极10，该交流电极外端通过导线和逆变器与车载电源3连接，交流电极内端分流连接1号螺旋电极20和2号螺旋电极21末一端，1号螺旋电极20和2号螺旋电极21另一端共同连接2号接地电极10，所述的两个放电管19通过绝缘连接器22连接，绝缘连接器22两端分别套合在两个放电管相对端部，使得两个放电管之间为绝缘材质过渡。
所述的逆变器为串联设置的两个逆变器，分别为一级逆变器23和二级逆变器24，通过将低电压的汽车直流电源3升压逆变，转化为满足等离子体反应区需要的交流高压电流。
所述的放电管19为具有一定锥度的锥台形空心金属管状结构，两个放电管首尾相对串联放置，通过缠绕在放电管外部的螺旋电极形成一个串联螺旋梯度放电等离子反应器，以满足恶劣工况下的汽车尾气排放净化需求。
所述放电管19内壁为涂覆有二氧化钛的透明板13，两个放电管19内竖向平行等距设置若干涂有二氧化钛的塑料点阵网格14，其中二氧化钛均为纳米级别，在等离子反应区内等离子体放电产生的能量激发二氧化钛发生二氧化钛纳米光催化反应，对尾气污染物进一步净化。
所述的尾气进入区6和尾气排放区12均为锥形管状结构，两端头分别设置有进气口连接法兰16和出气口连接法兰17，用于与汽车上排气管连接固定。
所述的尾气进入区6上方设有散热装置15，所述的散热装置15为内置风扇结构，使得进入净化装置内的尾气先经过尾气进入区初步散热降温后再通往后方。
所述绝缘壳体1上对应静电吸附区7的位置设有高压直流电极4和1号接地电极5，所述的高压直流电极4一端通过整流器18和逆变器与电源3连接，一端延伸至绝缘壳体内部，通过两级逆变将车体低压直流电源3转变为高压交流电，再经过整流器转化为高压直流电后输送到高压直流电极4，所述的1号接地电极5一端接地一端延伸到绝缘壳体内部，高压直流电极4与1号接地电极5之间形成电压差，形成静电吸附区7对尾气中部分杂质进行静电吸附除杂处理。
所述的绝缘介质2为陶瓷绝缘材料。
所述的高压直流电极4、1号接地电极5和2号接地电极10采用针-孔结构电极，所述1号螺旋电极20、2号螺旋电极21和高压直流电极4为多针黄铜材质，导电性强，所述的1号接地电极5和2号接地电极10为圆形多孔不锈钢材质，耐腐蚀性强。
所述的1号螺旋电极20和2号螺旋电极21采用线状、扁平带状或薄膜电极，所述1号螺旋电极20和2号螺旋电极21在任何一个横截面均为两两相对设置，在高压交流电作用下，使得等离子产生的方向性好，集中均匀且能量高。
本实用新型可根据尾气处理情况的实际要求，将等离子反应区9前后两节设计为具有不同的绕线匝数，通过绕线的密度来调节等离子反应器产生合适的等离子浓度；根据不同的情况，可以选择前后两节采用同一个电源模块，也可以选择采用多个电源模块来供电的方式，从而解决等离子反应器依据实时工况自动调整浓度问题，更好的实现对汽车尾气的净化效果；
本实用新型中的车载电源3电压和频率可以根据实际需要进行调整，使等离子体，二氧化钛光纳米催化反应，静电吸附与汽车尾气充分反应；
本实用新型中等离子体反应区9的空心管状电介质放电管19内部的点阵网格数可以根据实际需要进行改变，提高光催化效果；
本实用新型中1号螺旋电极20和2号螺旋电极21紧密的缠绕在金属材质的放电管19的外表面上，在腔体中没有任何电极的情况下发生介质阻挡放电；除了介质阻挡放电之外，还可以根据工作参数的不同，产生不同的放电形式；调节电源3电压强弱可以增强或者减弱放电强度，可以调节放电范围内的等离子浓度；调节经过逆变以后的电压频率可影响电场变化的速度，从而影响放电的强度和均匀度；调节1号螺旋电极20和2号螺旋电极21之间的间隙，可以改变放电的能量强度和放电均匀性；改变放电管两端的直径差，可以改变放电梯度的变化快慢，从而影响等离子的浓度变化；
本实用新型中的一种汽车尾气净化装置的使用步骤如下：
步骤一：在两个螺旋电极和2号接地电极10之间施加交流电源，两个螺旋电极一侧和电源3之间通过一级逆变器23和二级逆变器24的两级逆变方式相连接，产生的高电压和频率可以根据实际需要进行调整，使等离子体，二氧化钛光纳米催化反应，静电吸附与汽车尾气充分反应；在高压直流电极4和1号接地电极5之间施加直流电源，将1号接地电极5接地；
步骤二：将汽车尾气引入锥形尾气进入区6，尾气进入区6对汽车尾气进行散热降温处理后，平稳引入静电吸附区7，进行高压静电吸附除尘，初步吸附处理带电颗粒物；
步骤三：高压静电吸附除尘以后的尾气通过1号缓冲区8缓冲准备进入等离子体反应区9；
步骤四：尾气进入等离子体反应区9，通过1号螺旋电极20和2号螺旋电极21，2号接地电极10与绝缘介质2组成的介质阻挡放电装置处理尾气中的NOX气体，等离子体的紫外光和可见光作为光源使二氧化钛发挥催化作用，尾气经过涂有二氧化钛的点阵网格14充分接触催化去除COX等气体，并且对尾气中的颗粒物进行进一步的吸附处理剩余的带电颗粒物；
步骤五：净化后的汽车尾气经过2号缓冲区12通过尾气排放区12达标排放。
本实用新型的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变形而不脱离本实用新型的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围内，则本实用新型的意图也包含这些改动和变形在内。
Claims (10)
1.一种汽车尾气净化装置，包括绝缘壳体(1)、位于壳体内层的绝缘介质(2)、装置整体外接电源(3)和设置于绝缘壳体(1)中部的等离子体反应区(9)，其特征在于：所述的绝缘壳体(1)为柱状空心腔体，腔体内依次包括尾气进入区(6)、静电吸附区(7)、1号缓冲区(8)、等离子体反应区(9)、2号缓冲区(11)和尾气排放区(12)，所述的等离子体反应区(9)包括两个串联的等离子反应器，所述等离子反应器包括空心管状电介质放电管(19)和缠绕在放电管(19)外侧的螺旋电极，缠绕在两个放电管外壁的螺旋电极分别为1号螺旋电极(20)和2号螺旋电极(21)，所述绝缘壳体(1)上对应等离子体反应区(9)的位置设有高压交流电极和2号接地电极(10)，该交流电极外端通过导线和逆变器与车载电源(3)连接，交流电极内端分流连接1号螺旋电极(20)和2号螺旋电极(21)末一端，1号螺旋电极(20)和2号螺旋电极(21)另一端共同连接2号接地电极(10)，所述的两个放电管(19)通过绝缘连接器(22)连接。
2.如权利要求1所述的一种汽车尾气净化装置，其特征在于：所述的逆变器为串联设置的两个逆变器，分别为一级逆变器(23)和二级逆变器(24)，通过将低电压的汽车直流电源(3)升压逆变，转化为满足等离子体反应区需要的交流高压电流。
3.如权利要求1所述的一种汽车尾气净化装置，其特征在于：所述的放电管(19)为具有一定锥度的锥台形空心金属管状结构，两个放电管首尾相对串联放置，通过缠绕在放电管外部的螺旋电极形成一个串联螺旋梯度放电等离子反应器，以满足恶劣工况下的汽车尾气排放净化需求。
4.如权利要求1所述的一种汽车尾气净化装置，其特征在于：所述放电管(19)内壁为涂覆有二氧化钛的透明板(13)，两个放电管(19)内竖向平行等距设置若干涂有二氧化钛的塑料点阵网格(14)，其中二氧化钛均为纳米级别，在等离子反应区内等离子体放电产生的能量激发二氧化钛发生二氧化钛纳米光催化反应，对尾气污染物进一步净化。
5.如权利要求1所述的一种汽车尾气净化装置，其特征在于：所述的尾气进入区(6)和尾气排放区(12)均为锥形管状结构，两端头分别设置有进气口连接法兰(16)和出气口连接法兰(17)，用于与汽车上排气管连接固定。
6.如权利要求1所述的一种汽车尾气净化装置，其特征在于：所述的尾气进入区(6)上方设有散热装置(15)，所述的散热装置(15)为内置风扇结构，使得进入净化装置内的尾气先经过尾气进入区初步散热降温后再通往后方。
7.如权利要求1所述的一种汽车尾气净化装置，其特征在于：所述绝缘壳体(1)上对应静电吸附区(7)的位置设有高压直流电极(4)和1号接地电极(5)，所述的高压直流电极(4)一端通过整流器(18)和逆变器与电源(3)连接，一端延伸至绝缘壳体内部，通过两级逆变将车体低压直流电源(3)转变为高压交流电，再经过整流器转化为高压直流电后输送到高压直流电极(4)，所述的1号接地电极(5)一端接地一端延伸到绝缘壳体内部，高压直流电极(4)与1号接地电极(5)之间形成电压差，形成静电吸附区(7)对尾气中部分杂质进行静电吸附除杂处理。
8.如权利要求1所述的一种汽车尾气净化装置，其特征在于：所述的绝缘介质(2)为陶瓷绝缘材料。
9.如权利要求1所述的一种汽车尾气净化装置，其特征在于：所述的高压直流电极(4)、1号接地电极(5)和2号接地电极(10)采用针-孔结构电极，所述1号螺旋电极(20)、2号螺旋电极(21)和高压直流电极(4)为多针黄铜材质，导电性强，所述的1号接地电极(5)和2号接地电极(10)为圆形多孔不锈钢材质，耐腐蚀性强。
10.如权利要求1所述的一种汽车尾气净化装置，其特征在于：所述的1号螺旋电极(20)和2号螺旋电极(21)采用线状、扁平带状或薄膜电极，所述1号螺旋电极(20)和2号螺旋电极(21)在任何一个横截面均为两两相对设置，在高压交流电作用下，使得等离子产生的方向性好，集中均匀且能量高。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20171110 Termination date: 20180330 |