專(zhuān)利名稱(chēng)：一種低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車(chē)尾氣凈化裝置，尤其涉及的是一種采用低溫等離 子體凈化汽車(chē)尾氣的尾氣處理裝置，可以用于一般汽車(chē)尾氣處理，減少汽 車(chē)有害氣體排放。
背景技術(shù)：
汽車(chē)是現(xiàn)代工業(yè)文明的一個(gè)標(biāo)志，它的蓬勃興起只不過(guò)100多年的歷 史。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，汽車(chē)數(shù)量的日益增加，2000年未，全世界汽 車(chē)保有量已超過(guò)6億輛。中國(guó)汽車(chē)保有量在2005年達(dá)到3356萬(wàn)輛，2020 年將達(dá)到13103萬(wàn)輛。汽車(chē)排放的廢氣成了世界上許多大城市主要空氣污 染源之一。目前，全世界有IO億多城市人口的健康受到汽車(chē)廢氣造成的空氣污染 的威脅。中國(guó)的汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)比大多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家落后近10年，并且執(zhí) 行情況參差不齊，即使是達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的車(chē)輛，其排放的一氧化碳(CO)數(shù) 量也是歐洲車(chē)輛的2倍左右，碳?xì)浠衔?HC)和氮氧化物排放數(shù)量是歐洲 車(chē)輛的3倍以上。與美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)相比，中國(guó)汽車(chē)CO排放量上限高出56°/0， NOx高出32%, HC則高出3倍以上。有關(guān)資料顯示，我國(guó)各大城市污染 正在從煤煙型污染向汽車(chē)尾氣型污染轉(zhuǎn)化。汽車(chē)尾氣對(duì)環(huán)境的污染給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成了巨大損失。以北京為例，北 京現(xiàn)在每年在大氣治理上要花費(fèi)100億元人民幣，到2008年總共要花費(fèi)近 1000億元人民幣，其中用于機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣治理的有幾百億。如果把全國(guó)的情 況算起來(lái)，那將是一個(gè)天文數(shù)字。同時(shí)，覆蓋在中國(guó)城市上空的以汽車(chē)尾氣為主的煙霧更導(dǎo)致了龐大的醫(yī)療成本。世界銀行發(fā)布的報(bào)告顯示中國(guó)肺病發(fā)病率在過(guò)去30年翻了一
番。因空氣污染導(dǎo)致的醫(yī)療成本增加以及工人生病喪失生產(chǎn)力使得中國(guó)
GDP的5%被抵消掉。
總之，世界范圍內(nèi)汽車(chē)尾氣成為最重要的空氣污染源之一，嚴(yán)重影響 居民的生活和健康，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成了巨大損失，因此，限制和治理汽車(chē) 尾氣已經(jīng)成為十分緊迫的任務(wù)。
為了控制和防治汽車(chē)尾氣污染，世界各國(guó)的科技工作者做了大量的研 究工作，可歸納為三個(gè)發(fā)展階段第一階段強(qiáng)調(diào)機(jī)內(nèi)凈化的初期污控技 術(shù)，如燃油品質(zhì)改善，曲軸箱強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)，燃油蒸發(fā)回收系統(tǒng)，燃燒系 統(tǒng)、供油系統(tǒng)和點(diǎn)火系統(tǒng)的改造，廢氣再循環(huán)，排氣管內(nèi)噴射二次空氣， 高能點(diǎn)火與稀薄燃燒等；第二階段氧化催化技術(shù)，即除了上述的一些行 之有效的方法而外，采取機(jī)外凈化技術(shù)，在汽車(chē)排氣系統(tǒng)上安裝氧化型催 化轉(zhuǎn)化器，用以氧化凈化排氣中的CO和HC等；第三階段氧化還原催 化技術(shù)與電控技術(shù)相結(jié)合，即將電噴技術(shù)與三元催化轉(zhuǎn)化技術(shù)相結(jié)合，同 時(shí)去除汽車(chē)排氣中的HC、 CO和NOx等。
三元催化轉(zhuǎn)化器是目前國(guó)際公認(rèn)的能高效大幅度削減汽油車(chē)排放污染 物的主流技術(shù)。通常應(yīng)用的三元催化轉(zhuǎn)化器，是將催化元素鈀(Pd)、鉑(Pt)、 銠(Rh)等貴金屬(或是這些貴金屬與稀土金屬元素的復(fù)合體)負(fù)載于蜂窩狀 陶瓷載體，制成具有不銹鋼外殼的罐狀物安裝在車(chē)輛排氣管上。當(dāng)車(chē)輛排 放尾氣通過(guò)三元催化轉(zhuǎn)化器時(shí)，由于催化載體具有較大的表面積，將尾氣 中的HC、CO和NOx等污染物通過(guò)氧化還原反應(yīng)轉(zhuǎn)換成N2、H20、C20等 無(wú)害或低害物質(zhì)。
但是，使用三元催化轉(zhuǎn)化器必須使用無(wú)鉛汽油并要求實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)空燃 比可以被精確控制，這使得該類(lèi)型的轉(zhuǎn)化器應(yīng)用受到了限制。此外，使用 催化轉(zhuǎn)化器還存在諸多不足，包括催化劑活性組分貴金屬價(jià)格昂貴，尾氣 可能致使催化劑活性組分中毒失活，工作環(huán)境致使催化轉(zhuǎn)化器的使用壽命普遍較短，這些問(wèn)題目前仍未得到較好解決。隨著人們環(huán)境意識(shí)的日益增 強(qiáng)，汽車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)也將愈來(lái)愈嚴(yán)格，催化轉(zhuǎn)化技術(shù)已不能適應(yīng)未來(lái)高 標(biāo)準(zhǔn)的要求。等離子體被稱(chēng)作除固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之外的第4種物質(zhì)存在形態(tài)，按 粒子的溫度，等離子體可分為熱等離子體和低溫等離子體。熱等離子體處 于熱平衡態(tài)，離子和電子具有相同溫度；低溫等離子體被稱(chēng)為非平衡等離 子體，主要是由氣體放電產(chǎn)生的，放電氣體的電子溫度一般要高達(dá)數(shù)萬(wàn)開(kāi)氏度，而其他粒子的溫度只有300 500K。低溫等離子體具有以下特點(diǎn)1. 等離子體中的電子具有較中性粒子大得多的能量或更高的溫度；2. 帶電粒子的數(shù)密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中性粒子總的數(shù)密度，電離度??；3. 該等離子體為準(zhǔn)電中性的，即正電荷載流子密度總體上等于負(fù)電荷 載流子密度。低溫等離子體的高速電子通過(guò)碰撞作用將其在電場(chǎng)中獲得的能量傳遞 給周?chē)脑踊蚍肿?，使其激發(fā)離解或產(chǎn)生活性基團(tuán)。因此，在低溫等離 子體體系中含有大量的高能電子、離子、激發(fā)態(tài)粒子和具有^f艮強(qiáng)氧化還原 性能的自由基等活性物種。在氣相化學(xué)過(guò)程中，這些活性物種跟尾氣中的 CO、 HC、 NOx、 SOx等污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使之轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害或者低害的 氣體。因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，致力于解決汽車(chē)尾氣排放引起的環(huán)境污染問(wèn)題，為有效去除汽車(chē)尾氣中的有害污染物，減輕汽車(chē)尾氣造成的空氣污染，實(shí)現(xiàn)一種合理可行的低溫等離子體 汽車(chē)尾氣凈化裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案包括一種低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其中，其包括高頻電源，功率放大器，變電器，控制器和放電腔，經(jīng)過(guò)所述高頻電源產(chǎn)生10KHz到lOOKHz 的高頻振蕩信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)所述功率放大器進(jìn)行功率放大后送到所述變 電器產(chǎn)生多路高壓脈沖信號(hào)，并送到放電腔放電產(chǎn)生低溫等離子體；所述 放電腔設(shè)置在汽車(chē)的排氣管中。所述的低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其中，所述放電腔包括至少 一個(gè)放電結(jié)構(gòu)片；該放電結(jié)構(gòu)片包括一支架，該支架呈環(huán)形，連接設(shè)置所 述排氣管內(nèi)壁上；從所述支架向內(nèi)設(shè)置有凸起的多個(gè)徑向電極，以及一中 心電極，設(shè)置各徑向電極中央；所述中央電極和徑向電極分別電連接所述 變電器，用于在所述排放管中產(chǎn)生放電電弧。所述的低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其中，所述電極設(shè)置為徑向 分布在與尾氣氣流方向垂直的截面上。所述的低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其中，所述放電結(jié)構(gòu)片設(shè)置 為多個(gè)，沿所述排氣管間隔預(yù)定距離分布。.所述的低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其中，所述放電結(jié)構(gòu)片之間 的距離設(shè)置為相鄰的中心電極之間存在中心放電電弧。所述的低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其中，所述控制器用于控制 所述電才及的才及性，以及，所迷放電腔中的徑向電弧分布進(jìn)行時(shí)變，以形成 一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的分布運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明所提供的一種低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，由于采用低溫 等離子體處理尾氣中的顆粒物、二氧化硫及氨氧化物等危害物質(zhì)，以及先 進(jìn)電源技術(shù)的引入，與傳統(tǒng)三元催化轉(zhuǎn)化的尾氣處理技術(shù)相比，有害氣體 脫除率不易受空燃比，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)變化的影響，使用壽命長(zhǎng)，并且成 本低廉。


圖1為本發(fā)明低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置的功能框圖；圖2A和圖2B分別為本發(fā)明低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置的放電結(jié) 構(gòu)片示意圖；圖3為本發(fā)明低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置的裝配結(jié)構(gòu)示意圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明l徑向放電電?。?中心電極連接架；3放電結(jié)構(gòu)片的支架； 4中心電極；5徑向電極；6連接結(jié)構(gòu)；7中心放電電??；8電源與控制箱； 9放電結(jié)構(gòu)片；IO汽車(chē)尾氣排放管。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖，將詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，如圖1所示的，包括五個(gè)功 能模塊，包括高頻脈沖電源，功率放大器，變電器，控制器和放電腔，整 個(gè)裝置安裝在汽車(chē)尾氣排放管上，如圖3所示，其中放電腔安裝在汽車(chē)尾 氣排放管中，使汽車(chē)尾氣流過(guò)整個(gè)放電腔，在放電腔電極產(chǎn)生的低溫等離 子體環(huán)境中發(fā)生復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，使得尾氣中的CO、 HC、 NOx、 SOx 等污染物轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害或者低害的氣體，然后從尾氣排放管中排出。本發(fā)明實(shí)施例中的放電腔設(shè)置包含了三個(gè)放電結(jié)構(gòu)片，上面分布有電 極，在控制器的控制下各電極可按照一定規(guī)律放電，形成一個(gè)低溫等離子 體場(chǎng)。由于本發(fā)明采用了先進(jìn)的電源控制技術(shù)，每一個(gè)放電結(jié)構(gòu)片的電極 極性可控，并按照一定的時(shí)序控制，在空間可形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的低溫等離子 體場(chǎng)，這樣就加大了低溫等離子體與尾氣的接觸面積，提高了尾氣凈化效 率。本發(fā)明三個(gè)放電結(jié)構(gòu)片的時(shí)序不同，使得其電極間低溫等離子體場(chǎng)的 轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度不同，這樣汽車(chē)排放的尾氣經(jīng)過(guò)三重反應(yīng)，提高了尾氣凈 化效率。顯然，本發(fā)明所述尾氣排放管中還可以設(shè)置更多個(gè)放電結(jié)構(gòu)片， 并相應(yīng)由所述控制器進(jìn)行控制其放電次序。本發(fā)明實(shí)施例中的三個(gè)放電結(jié)構(gòu)片中，每一放電結(jié)構(gòu)片的中心設(shè)置安裝有電極，相鄰的兩個(gè)放電結(jié)構(gòu)片中心電極在同一時(shí)刻極性相反，從而在 尾氣排放管氣流方向上也能形成一個(gè)低溫等離子體場(chǎng)，進(jìn)一步提高電化學(xué) 反應(yīng)面積，提高了尾氣凈化效率。 '本發(fā)明所述高頻電源輸入可來(lái)自與汽車(chē)直流電壓，在控制器的控制下產(chǎn)生10KHz到lOOKHz的高頻振蕩電壓，此電壓經(jīng)過(guò)功率放大器;^文大之后 送往變電器，所述變電器在控制器的控制下產(chǎn)生各種時(shí)序的高壓電脈沖， 這些電脈沖再被送到放電腔的各個(gè)放電電極，從而在放電腔的電極之間產(chǎn) 生低溫等離子體^:電。如圖2A和圖2B所示的，本發(fā)明的放電結(jié)構(gòu)片示意圖和放電腔結(jié)構(gòu)示 意圖。整個(gè)放電腔由三個(gè)放電結(jié)構(gòu)片9構(gòu)成(并不限于三個(gè)放電結(jié)構(gòu)片， 可以設(shè)置更多)，每個(gè)環(huán)形放電結(jié)構(gòu)片9的上安裝設(shè)置有7個(gè)放電電極4、5, 其中6個(gè)為徑向電極5， l個(gè)為中心電極4，安裝在蘇電結(jié)構(gòu)片9的圓形邊 沿的放電結(jié)構(gòu)片的支架3上；所述中心電極4依靠中心電極連接架2的結(jié) 構(gòu)支撐，安裝在放電結(jié)構(gòu)片9的中心。整個(gè)放電腔設(shè)置在汽車(chē)尾氣排放管中，電源與控制箱8依靠連接結(jié)構(gòu) 6安裝在汽車(chē)尾氣排放管上，在控制電路的控制下，放電電極間由于高壓脈 沖放電產(chǎn)生了放電電弧l、 7分布。 一方面，放電結(jié)構(gòu)片9上的徑向電極5 之間產(chǎn)生徑向放電電弧1，圖2A中的虛線表現(xiàn)了徑向放電電弧1的分布； 另一方面，三個(gè)放電結(jié)構(gòu)片9相鄰的兩個(gè)中心電極4之間也產(chǎn)生中心放電 電弧7分布，如圖3所示。由于放電電極4、 5的極性可控，在電源與控制箱8內(nèi)的控制器電路控 制下，可以形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的放電電弧1、 7分布，從效果上來(lái)看，在一個(gè)放 電結(jié)構(gòu)片9平面內(nèi)，徑向》丈電電弧1可以像電風(fēng)扇一樣轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣，就有 效提高了放電電弧1、 7產(chǎn)生的低溫等離子體與汽車(chē)尾氣的接觸面積，改善 了尾氣凈化效果。所述電源與控制箱8內(nèi)的電路采用了先進(jìn)的電力電子技術(shù)，使得整個(gè)裝置的重量體積減小，可以直接安裝在汽車(chē)尾氣排放管10上。本發(fā)明低溫等 離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置可以整體安裝在尾氣排放管上，只需提供汽車(chē)用直流電源即可。這樣，只需要對(duì)現(xiàn)有車(chē)輛更換一根裝有本發(fā)明技術(shù)的汽車(chē) 尾氣排放管，就可以顯著降低汽車(chē)尾氣中有害氣體的排放，達(dá)到保護(hù)環(huán)境 的目的，其成本低廉，效果好。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)本發(fā)明各較佳實(shí)施例的描述較為具體，并不 能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專(zhuān)利保護(hù)范圍的限制，本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍應(yīng) 以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其特征在于，其包括高頻電源，功率放大器，變電器，控制器和放電腔，經(jīng)過(guò)所述高頻電源產(chǎn)生10KHz到100KHz的高頻振蕩信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)所述功率放大器進(jìn)行功率放大后送到所述變電器產(chǎn)生多路高壓脈沖信號(hào)，并送到放電腔放電產(chǎn)生低溫等離子體；所述放電腔設(shè)置在汽車(chē)的排氣管中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其特征 在于，所述放電腔包括至少一個(gè)放電結(jié)構(gòu)片；該放電結(jié)構(gòu)片包括一支架， 該支架呈環(huán)形，連接設(shè)置所述排氣管內(nèi)壁上；從所述支架向內(nèi)設(shè)置有凸起 的多個(gè)徑向電極，以及一中心電極，設(shè)置各徑向電極中央；所述中央電極 和徑向電極分別電連接所述變電器，用于在所述排放管中產(chǎn)生放電電弧。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其特征 在于，所述電極設(shè)置為徑向分布在與尾氣氣流方向垂直的截面上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其特征 在于，所述》文電結(jié)構(gòu)片設(shè)置為多個(gè)，沿所述排氣管間隔預(yù)定距離分布。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其特征 在于，所述放電結(jié)構(gòu)片之間的距離設(shè)置為相鄰的中心電極之間存在中心放 電電弧。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其特征 在于，所述控制器用于控制所述電極的極性，以及，所述放電腔中的徑向 電弧分布進(jìn)^f于時(shí)變，以形成一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的分布運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置，其包括高頻電源，功率放大器，變電器，控制器和放電腔，經(jīng)過(guò)所述高頻電源產(chǎn)生10KHz到100KHz的高頻振蕩信號(hào)，此信號(hào)經(jīng)過(guò)所述功率放大器進(jìn)行功率放大后送到所述變電器產(chǎn)生多路高壓脈沖信號(hào)，并送到放電腔放電產(chǎn)生低溫等離子體；所述放電腔設(shè)置在汽車(chē)的排氣管中。本發(fā)明低溫等離子體汽車(chē)尾氣凈化裝置由于采用低溫等離子體處理尾氣中的顆粒物、二氧化硫及氨氧化物等危害物質(zhì)，以及先進(jìn)電源技術(shù)的引入，與傳統(tǒng)三元催化轉(zhuǎn)化的尾氣處理技術(shù)相比，有害氣體脫除率不易受空燃比，發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)變化的影響，使用壽命長(zhǎng)，并且成本低廉。
文檔編號(hào)B01D53/92GK101219338SQ20071007727
公開(kāi)日2008年7月16日 申請(qǐng)日期2007年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月27日
發(fā)明者徐國(guó)卿, 徐揚(yáng)生, 雷 鄧 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院