一种汽车尾气净化装置
阅读说明：本技术 一种汽车尾气净化装置 (Automobile exhaust purification device ) 是由 刘二强 武建国 肖革胜 孔令宇 李华英 赵广辉 林金保 于 2021-01-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种汽车尾气净化装置,在其外壳内位于进口端和出口端之间依次安装有500目的不锈钢过滤网板、低温等离子体发生装置、集尘板和La-(0.8)K-(0.2)CoO-3催化反应器。汽车尾气首先通过500目过滤网过滤掉直径大于10μm的固体颗粒,再经过低温等离子体发生装置将空气电离,产生OH、HO-2、O、O-3等强氧化性物质,促进污染物的转化；随后通过集尘板收集附着正离子的固体颗粒物；最后通过La-(0.8)K-(0.2)CoO-3催化反应器处理尾气中的氮氧化物。经过低温等离子体发生器和La-(0.8)K-(0.2)CoO-3催化反应器的共同作用,有效提升尾气中污染物的转化效率,并且提取和收集尾气中的固体颗粒漂浮物,从源头控制雾霾天气。(The invention discloses an automobile exhaust purification device, wherein a 500-mesh stainless steel filter screen plate, a low temperature filter screen plate and the like are sequentially arranged between an inlet end and an outlet end in a shell of the automobile exhaust purification devicePlasma generating device, dust collecting plate and La 0.8 K 0.2 CoO 3 A catalytic reactor. Automobile exhaust is firstly filtered by a 500-mesh filter screen to remove solid particles with the diameter larger than 10 mu m, and then is ionized by a low-temperature plasma generating device to generate OH and HO 2 、O、O 3 The strong oxidizing substances are equal to promote the conversion of pollutants; then collecting solid particles attached with positive ions through a dust collecting plate; finally passing through La 0.8 K 0.2 CoO 3 The catalytic reactor treats nitrogen oxides in the exhaust. Passing through a low-temperature plasma generator and La 0.8 K 0.2 CoO 3 The combined action of catalytic reactor effectively promotes the conversion efficiency of pollutant in the tail gas to extract and collect the solid particle floater in the tail gas, control haze weather from the source.)
技术领域
本发明涉及汽车尾气净化和处理技术领域，特别涉及尾气中的固体颗粒污染物的净化，具体为一种汽车尾气净化装置，利用低温等离子体发生装置促进尾气中的有害物转化为无害物和固体颗粒污染物的沉降，从而有效抑制汽车尾气中的污染物排放到大气环境中，从源头控制雾霾天气的产生。
背景技术
当今，人们正生活在科技快速发展的新兴时代，随着物质生活越来越丰富，汽车也逐渐走进了千家万户，成为人们生活、工作中必不可少的代步工具。汽车作为当今人类所使用的重要的陆运交通工具，正发挥着越来越重要的作用。然而，由此引起的汽车尾气污染也日益严重。汽车尾气的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮化物（NOx）、二氧化硫（SO2）和微粒物质（铅化物、碳烟等）。研究表明：大城市中40%以上的NOx，80%以上的CO和70%以上的HC来自于汽车排放的尾气污染。这些污染物对于人体健康有直接威胁，还会造成酸雨和光化学污染，对于动植物也有巨大的威胁。
汽车在消耗大量资源的同时，其排放的尾气会严重影响人类的身体健康。氮氧、氢氧化合物会使易感人群出现刺激反应，患上眼疾、呼吸道疾病，尾气中的氮氧化合物所含苯并芘是致癌物质，它是一种高散度的颗粒，可在空气中悬浮几昼夜，被人体吸入后，以碰撞、扩散、沉积等方式滞留在呼吸道和肺部等不同部位，人体无法通过正常的代谢过程排出，当积累到临界浓度时便会诱发形成恶性肿瘤。漂浮颗粒物还能直接接触皮肤眼睛，阻塞皮肤毛囊，引发皮肤炎和眼结膜炎，甚至造成结膜损伤。研究人员发现，如果每立方米空气中PM2.5减少3~9微克，每年就可以避免近8000例因心力衰竭导致的住院治疗病例。
低温等离子体又称为非平衡态等离子体，是继固态、液态、气态之后的物质第四态，低温等离子体在废气净化过程中常常由气体放电产生大量的高能电子、离子、激发态的原子以及自由基离子等高活性物质，这些物质轰击有机废气分子，打断其内在化学键，促进其降解生成CO2和H2O，从而达到净化的目的。这一技术突破了传统的仅依靠化学反应及诸多化学反应条件来分解污染物的约束。低温等离子体根据放电形式的不同可分为介质阻挡放电（DBD）、脉冲电晕放电、沿面放电等；根据放电电极结构的不同可以分为针板式、线板式、平板式、线筒式等。“低温等离子体”技术是电子、化学、催化等综合作用下的电化学过程，依靠等离子体在瞬间产生的强大能量电离、裂解有害气体的化学键能，从而破坏废气分子的结构，达到净化废气的目的。该技术显著特点是对污染物兼具物理效应、化学效应和生物效应，而且具有能耗低、效率高、无二次污染等明显特点。其作用机理包含两个方面：一是在产生等离子体的过程中，高频放电所产生的瞬间高能能够使得电子获得巨大能量，通过非弹性碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的污染物分子被激发或电离形成活性基团，当污染物分子获得的能量大于分子键结合能时，污染物分子的分子键断裂，直接分解成单质原子或者由单一原子构成的无害气体分子。等离子体中包含大量高能电子、正负离子、激发态粒子和具有强氧化性的自由基，这些活性粒子和部分废气分子碰撞结合，同时产生大量OH、HO2、O等活性自由基和氧化性极强的O3，能与有害气体分子发生化学反应，生成CO2、H2O、N2等无害产物。二是通过其物理作用达到荷电集尘作用，等离子体中大量的电子与颗粒污染物发生非弹性碰撞并粘附其表面，使其带上负电荷，在库仑力的作用下，颗粒污染物被集尘板所收集。
静电吸附除尘原理：在图6中，利用高压直流在接负极的电晕线和接正极的集尘板间产生不均匀电场，使废气中的气体分子电离，产生大量电子和离子，在库仑力的作用下向集尘板移动，在移动过程中碰到气流中的微小固体颗粒使其荷电，荷电微小固体颗粒在库仑力的作用下与气流分离向极性相反的极板或极线运动，荷电微小固体颗粒物到达极板或极线时由静电力吸附在极板或极线上，通过振打装置使粉尘落入灰斗从而达到尾气净化的目的。
现阶段，市面上所用的汽车尾气净化装置主要是三元催化器，三元催化器工作原理：三元催化器在外面用双层不锈薄钢板制成筒形，双层薄板夹层中装有绝热材料石棉纤维毡，内部在网状隔板中间装有净化剂，通常净化剂都是由载体和催化剂组成。载体一般由三氧化二铝制成，其形状有球形、多棱体形和网状隔板等，净化剂实际上是起催化作用的，也称为催化剂。性能较好的三元催化器所使用的催化剂大多为金属铂（Pt）、铑（Rn）、钯（Pd）等稀有金属，将其中一种喷涂在载体上，就构成了催化剂。当高温的汽车尾气通过净化装置时，三元催化器中的净化剂将增强CO、HC和NOx三种气体的活性，促使其进行一定的氧化—还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的二氧化碳气体；HC化合物在高温下氧化成水（H2O）和二氧化碳（CO2）；NOx还原成氮气（N2）和氧气（O2）。所以，其作用就是让三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。但是，三元催化器净化效率比较低，且不能有效处理汽车尾气中的固体颗粒污染物，导致空气污染严重，雾霾天气出现次数逐渐增多。
发明内容
本发明主要是用于汽车尾气中的固体颗粒物的净化和收集，克服传统的汽车尾气处理系统中的三元催化器净化效果低下和较为单一的问题，提供了一种新型的涉及低温等离子体技术的汽车尾气净化装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种汽车尾气净化装置，包括外壳，所述外壳一端设有进口部、另一端设有出口部，所述出口部安装涡轮；所述外壳内位于进口端和出口端之间依次安装有500目的不锈钢过滤网板、低温等离子体发生装置、集尘板和La0.8K0.2CoO3催化反应器；所述低温等离子体发生装置包括在截面上紧密设置的若干等离子体反应腔，每个等离子体反应腔内同轴设置有电晕管，所述电晕管外壁上均匀分布有若干根铬镍合金材质的针状放电绒毛，所述放电绒毛垂直于电晕管外表面，所有电晕管固定于共同的底座上，所述底座连接电源正极；所述集尘板连接电源负极。
工作时，发动机排出的燃烧废气由进气管流向主壳腔内，主壳腔内包含有500目加厚不锈钢过滤网总成，气体通过过滤网时，可有效过滤废气中包含的直径大于10μm的固体颗粒漂浮物，防止大颗粒的固体污染物进入后续的电子净化单元。过滤掉大颗粒固体污染物的气体在通过低温等离子发生装置时，在由电源所产生的高压高频电场的作用下，反应腔内部产生低温等离子体态。该状态下，反应腔内部充满大量高能电子、离子、激发态原子以及自由基粒子等高活性物质，其中有OH、HO2、O、O3等强氧化性物质，这些活性物质会有效的将汽车尾气中的HC、NOx、PM等有害气体转化为无害的CO2、H2O和硝铵固体盐等。同时，固体颗粒污染物与正离子结合带正电后，趋向阴极表面放电而沉积，从而达到了去除固体颗粒污染物的作用。再次过滤后的气体通过La0.8K0.2CoO3催化剂。La0.8K0.2CoO3是钙钦矿型复合氧化物催化剂，该催化剂对颗粒物、碳氢化合物均有催化作用。该装置中低温等离子体发生装置主要去除尾气中的颗粒污染物，而催化剂为La0.8K0.2CoO3的催化反应器主要侧重于去除氮氧化物，通过实验得出，二者结合的反应系统要明显优于单一的催化剂尾气处理系统，这是由于低温等离子体催化效果使得NO处于活性状态，改变了NO和颗粒物的化学吸附性能，因此二者的协同作用可提高颗粒物的处理效率和NOx的转化效率。
安装和使用：该低温等离子体汽车尾气净化装置直接替换传统的三元催化器，安装于汽车尾气排放系统的合理位置，并接入汽车的电路系统中，为其提供220V交流电作为电源。在使用过程中，只需要在定期保养时打开该装置，清除过滤网上的固体颗粒物即可。
汽车尾气的污染物主要有一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮化物（NOx）、二氧化硫（SO2）和固体颗粒污染物质（铅化物、碳烟等），这些污染物造成了严重的空气污染，也是造成雾霾天气的主要元凶。经过该汽车尾气净化装置中低温等离子体发生器和La0.8K0.2CoO3催化反应器的共同作用，可有效提升尾气中污染物的转化效率，并且提取和收集尾气中的固体颗粒漂浮物，从而从源头控制雾霾天气的产生。
本发明设计合理，具有很好的实际应用价值。
附图说明
图1表示本发明的整体结构示意图。
图2表示图1的俯视图。
图3表示图2的A-A的剖面图。
图4表示低温等离子发生装置的结构示意图。
图5表示本发明的整体结构半剖图。
图6表示静电吸附除尘原理示意图。
图中：1-外壳，101-进口部，102-出口部，2-500目的不锈钢过滤网板，3-低温等离子体发生装置，301-等离子体反应腔，302-电晕管，303-针状放电绒毛，304-底座，4-集尘板，5-La0.8K0.2CoO3催化剂涂层陶瓷蜂窝载体催化反应器，6-涡轮。
图中：601-处理的废气中所含有的固体颗粒污染物，602-荷电后的固体颗粒，603-接直流电源正极的集尘板，604-接直流电源负极的电晕线。
具体实施方式
下面结合附图对发明的具体实施例进行详细说明。
一种汽车尾气净化装置，该装置作为一个整体，包括：不锈钢制金属外壳、500目加厚不锈钢过滤网、低温等离子体发生装置、集尘板、La0.8K0.2CoO3催化反应器和涡轮。废气首先通过500目过滤网过滤掉直径大于10μm的固体颗粒，再经过低温等离子体发生装置将空气电离，产生OH、HO2、O、O3等强氧化性物质，促进污染物的转化；随后通过集尘板收集附着有正离子的固体颗粒物；最后通过La0.8K0.2CoO3催化反应器处理尾气中的氮氧化物
如图1、3所示，外壳1一端设有进口部101、另一端设有出口部102，出口部102安装涡轮6，该涡轮6装配有驱动电机，并通过该电机驱动旋转；外壳1内位于进口端和出口端之间依次安装有500目的不锈钢过滤网板2、低温等离子体发生装置3、集尘板4和La0.8K0.2CoO3催化剂涂层陶瓷蜂窝载体催化反应器5。
如图4所示，低温等离子体发生装置3包含n个且并联设置的等离子体反应腔，n为大于3的自然数；具体结构为，在反应器横截面上紧密设置的若干等离子体反应腔301，等离子体反应腔301截面为正方形，边长为50mm。每个等离子体反应腔301内同轴设置有电晕管302，电晕管302外壁上均匀分布有若干根长铬镍合金材质的针状放电绒毛303，放电绒毛303垂直于电晕管302外表面，所有电晕管302固定于共同的底座304上，底座304连接220V、50HZ交流电源正极。集尘板4连接电源负极。
如图1所示，外壳1的进口部101和出口部120均设有连接法兰。具体使用时，该汽车尾气净化装置直接替换传统的三元催化器，安装于汽车尾气排放系统的合理位置，并接入汽车的电路系统中，为其提供220V交流作为电源。在使用过程中，只需要在定期保养时打开该装置，清除过滤网上的固体颗粒物即可。
工作时，发动机排出的燃烧废气由进气管流向外壳的主壳腔内，主壳腔内包含有500目加厚不锈钢过滤网总成，气体通过过滤网时，可有效过滤废气中包含的直径大于10μm的固体颗粒漂浮物，防止大颗粒的固体污染物进入后续的电子净化单元。过滤掉大颗粒固体污染物的气体在通过低温等离子发生装置时，在由电源所产生的高压高频电场的作用下，反应腔内部产生低温等离子体态。该状态下，反应腔内部充满大量高能电子、离子、激发态原子以及自由基粒子等高活性物质，其中有OH、HO2、O、O3等强氧化性物质，这些活性物质会有效的将汽车尾气中的HC、NOx、PM等有害气体转化为无害的CO2、H2O和硝铵固体盐等。同时，固体颗粒污染物与正离子结合带正电后，趋向阴极表面放电而沉积，从而达到了去除固体颗粒污染物的作用。再次过滤后的气体通过La0.8K0.2CoO3催化反应器。La0.8K0.2CoO3是钙钦矿型复合氧化物催化剂。该催化剂对颗粒物、碳氢化合物均有催化作用。该装置中低温等离子体发生装置主要去除尾气中的颗粒污染物，而催化剂为La0.8K0.2CoO3的催化反应器主要侧重于去除氮氧化物，通过实验得出，二者结合的反应系统要明显优于单一的催化剂尾气处理系统，这是由于低温等离子体催化效果使得NO处于活性状态，改变了NO和颗粒物的化学吸附性能，因此二者的协同作用可提高颗粒物的处理效率和NOx的转化效率。并且，为了防止过多的过滤器件导致尾气的通过性变差而对发动机的运转产生负面影响，在其中加入涡轮，从而加速气流，有效提高尾气的通过性。
如图5所示，500目的不锈钢过滤板2、低温等离子体发生装置3、集尘板4、La0.8K0.2CoO3催化反应器5之间预留有合适的间距。
具体实施时，集尘板4为800目不锈钢过滤网板，并接入电源负极。
具体实施时，外壳1采用1mm厚的不锈钢制作，能够有效防止碰撞损伤和外界环境腐蚀破坏；其中部截面为长300mm、高200mm的矩形，且四个拐角处为半径50mm的圆角。
具体实施时，等离子反应腔包括耐腐蚀金属材料的电晕管和反应腔外壳。反应腔外壳呈边长为50mm的正方形状，电晕管与反应腔外壳同轴，二者之间的空腔为反应腔，使得等离子体反应腔的横截面呈现正方形中间一个圆的结构；在电晕管外壁上，呈均匀分布的若干根长为5mm~10mm的铬镍合金材质的针状放电绒毛，放电绒毛垂直于电晕管外表面；电晕管连接220V交流电源正极，集尘板连接负极。
具体实施时，La0.8K0.2CoO3催化反应器5中La0.8K0.2CoO3催化剂涂层采用陶瓷蜂窝载体，载体内部涂覆高比表面积的氧化铝（AlO3）涂层，其上浸渍活性组分La0.8K0.2CoO3。同时考虑尾气过程过滤后动力减弱，加入涡轮，从而加速气流，有效提高尾气的通过性。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种汽车尾气多功能净化装置