專利名稱：防治機(jī)動(dòng)車尾氣污染的集成動(dòng)量交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大氣污染的防治裝置，特別是防治機(jī)動(dòng)車尾氣污染的集成動(dòng)量交換器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，并于防治機(jī)動(dòng)車尾氣造成的大氣污染，于1998年推出了氫動(dòng)一號(hào)樣車(用氫為動(dòng)力的燃料電池汽車)。該車的運(yùn)用原理是水電解反應(yīng)的逆反應(yīng)，通過(guò)氫氣(H2)和氧氣(O2)混合并在受控條件下反應(yīng)，生成唯一的產(chǎn)物水和電能，驅(qū)動(dòng)汽車行駛，最大行駛里程可達(dá)400公里，每小時(shí)最高速度可達(dá)140公里。但是，氫動(dòng)一號(hào)燃料電池車的推廣應(yīng)用困難重重，首先受到改造和銷售價(jià)格過(guò)高的限制。另外，在液態(tài)氫的儲(chǔ)存和運(yùn)輸方面危險(xiǎn)性大，日前尚許多技術(shù)環(huán)節(jié)需要完善克服。廢舊電池堆的再處理技術(shù)不成熟，存在著二次污染。再者是電噴加裝三元催化凈化器。這種現(xiàn)有技術(shù)是中國(guó)政府目前大力推行的治理機(jī)動(dòng)車尾氣排放的重用手段。所謂的三元催化凈化器實(shí)際上是一個(gè)外部?jī)艋b置，它由鉑、銠、鈀三種金屬元素構(gòu)成，制成蜂窩狀的吸收結(jié)構(gòu)，當(dāng)機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，溫度上升至700～800℃時(shí)，三元素產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，可有效吸收凈化汽車尾氣，降低汽車尾氣中CO、HC、NOX的含量，從而達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。由于三元催化凈化器僅是一個(gè)外部?jī)艋考?，它的正常運(yùn)作受汽車發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)確控制空燃比和燃油霧化好壞與否影響極大。如果電噴裝置出現(xiàn)故障，像氧傳感器，控制開(kāi)關(guān)、補(bǔ)氣閥出現(xiàn)損壞，則三元催化凈化器就會(huì)很快報(bào)廢，失去功能。同時(shí)，三元催化凈化器的蜂窩狀結(jié)構(gòu)極易出現(xiàn)堵塞，達(dá)到飽和狀態(tài)，失去凈化效用，應(yīng)經(jīng)常更換新的凈化器，從而，增加了消費(fèi)者的負(fù)擔(dān)(一般正常使用周期在90天之內(nèi))。三元催化凈化器僅僅起到降低機(jī)動(dòng)車尾氣中CO、HC、NOX的排放濃度，自身并不能達(dá)到徹底根除機(jī)動(dòng)車尾氣污染的目的，治標(biāo)不治本。還有天然氣汽車。將在用的汽油車改裝成以天然氣為燃料的機(jī)動(dòng)車，由于受加氣站網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)和改造成本的限制，目前僅在北京、上海、廣州少數(shù)幾個(gè)大城市的公共汽車，出租車上進(jìn)行改裝使用。天然氣作燃料的機(jī)動(dòng)車可有效的降低尾氣排放中CO、HC、NOX的含量，減少污染。不足之處在于影響機(jī)動(dòng)車的動(dòng)力性能，加裝氣體時(shí)危險(xiǎn)性高；安全性降低，配套及服務(wù)設(shè)施不建全，推廣范圍受到限制；改裝費(fèi)用高。
使用各類油料添加劑。使用油料添加劑是政府早期強(qiáng)制執(zhí)行的一種方法。為了提高機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，減少尾氣中污染物的排放量，政府鼓勵(lì)機(jī)動(dòng)車擁有者使用油料添加劑。使用油料添加劑后，添加劑與燃油產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，能有效改善和提高發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，降低因不完全燃燒而產(chǎn)生的黑煙排放。由于各類油料添加劑均屬于化學(xué)制劑，易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染，不利于生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，所以，在國(guó)際上已受到限制使用，屬于接近淘汰的不良產(chǎn)品。
早期發(fā)明的集成動(dòng)量交換器能較好的解決機(jī)動(dòng)車尾氣中一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)的污染，但于氮氧化物(NOX)的處理效果不太理想。
綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)存在著下列不完善之處治標(biāo)不治本。僅僅能達(dá)到有限制的控制排放，不能從根本上徹底治理機(jī)動(dòng)車尾氣污染，盡管排放數(shù)量上有所減少，但不能根除，對(duì)大氣環(huán)境的污染依然存在。二次污染。用一個(gè)方面去掩蓋另一個(gè)方面。重視了降低機(jī)動(dòng)車尾氣污染，忽視了可能產(chǎn)生的新污染源。例如，過(guò)多的使用化學(xué)制劑的油料添加劑，可對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生過(guò)度污染。電動(dòng)汽車的研制，可引發(fā)蓄電池生產(chǎn)企業(yè)的擴(kuò)張，勢(shì)必對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害，因?yàn)楝F(xiàn)行的各類蓄電池均使用了有生態(tài)危害的物質(zhì)，如硫酸、強(qiáng)堿、鉛、錫、鋅、鈉等。另外，蓄電池在充電和放電時(shí)還會(huì)釋放出有毒氣體，對(duì)大氣的污染不容忽視。同時(shí)，隨著電動(dòng)汽車的普及，大量的廢舊電池的再處理也是一大難題，如果處理不當(dāng)，人類將受到災(zāi)難性的破壞。性能和效果不穩(wěn)定。目前，推廣使用的加裝電噴裝置和三元催化凈化器，據(jù)調(diào)查了解，使用者均反應(yīng)使用過(guò)程中性能和效果不穩(wěn)定，安裝一個(gè)三元催化凈化器需花費(fèi)7500元～8500元人民幣，僅能有效使用三個(gè)月，最短者僅有一個(gè)月左右。技術(shù)不成熟，改裝成本高。上述種種現(xiàn)有技術(shù)，在技術(shù)的可行性上尚未成熟，有許多技術(shù)環(huán)節(jié)需進(jìn)行深層次的研究。環(huán)節(jié)的限制，加大了生產(chǎn)和銷售成本。如納米電動(dòng)汽車的銷售價(jià)格達(dá)到80000美元左右。巨大的經(jīng)濟(jì)支出，影響了消費(fèi)者的信心，阻礙了消費(fèi)市場(chǎng)的形成。
治理效果不完善。早期發(fā)明的集成動(dòng)量交換器，雖然對(duì)機(jī)動(dòng)車尾氣排放污染特一氧化碳(CO)、碳?xì)浠衔?HC)具有良好的治理效果。但對(duì)氮?dú)浠?NOX)的治理效果不完善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種治標(biāo)又治本，又使其治理效果更加完善徹底，簡(jiǎn)易實(shí)用的防治機(jī)動(dòng)車尾氣污染的集成動(dòng)量交換器。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種防治機(jī)動(dòng)車尾氣污染的集成動(dòng)量交換器由平行設(shè)置連接的若干級(jí)集成交換器組成集成動(dòng)量交換器(級(jí)數(shù)的確定，由機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的排量大小而決定)，每級(jí)交換器由數(shù)量相等的、經(jīng)在一個(gè)機(jī)械加工平面上高度集成的噴射接收管、擴(kuò)散管及負(fù)孔構(gòu)成，集成動(dòng)量交換器的第1級(jí)至第4級(jí)之間設(shè)有平行安裝的三條噴射接收管的增壓管19，在第7級(jí)與第9級(jí)之間設(shè)有平行安裝的三條擴(kuò)散管的調(diào)壓管20，集成動(dòng)量交換器的首級(jí)交換器的一端直接與機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口17相聯(lián)接，另一端與2級(jí)交換器聯(lián)接，2級(jí)交換器與3級(jí)交換器聯(lián)接，3級(jí)交換器以后，按順序3級(jí)接4級(jí)，4級(jí)接5級(jí)，5.級(jí)接6級(jí)，6級(jí)接降噪段18；降噪段18接7級(jí)，7級(jí)接8級(jí)，8級(jí)接9級(jí)，9級(jí)接10級(jí)以后，按順序10級(jí)接11級(jí)，11級(jí)接12級(jí)，12級(jí)接13級(jí)，13級(jí)交換器接降噪段14，降噪段14接氣體整流裝置15，氣體整流裝置15接末端尾氣排放口16。
——所述1-3級(jí)交換器內(nèi)置數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)形似噴嘴21的數(shù)量相等的噴射接收管和擴(kuò)散管及負(fù)孔。
——所述4-5級(jí)交換器內(nèi)置數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)形似噴嘴22的數(shù)量相等的噴射接收管和擴(kuò)散管及負(fù)孔。
——所述6-13級(jí)交換器內(nèi)置數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)形似噴嘴23的數(shù)量相等的噴射接收管和擴(kuò)散管及負(fù)孔。
集成動(dòng)量交換器由若干級(jí)集成交換裝置平行組成，每級(jí)交換裝置均由不同數(shù)量的。經(jīng)高度集成處理后的接收管和擴(kuò)散管及負(fù)孔構(gòu)成。它本身沒(méi)有動(dòng)力源，而靠?jī)?nèi)燃機(jī)排出的氣體作為工作動(dòng)力，經(jīng)過(guò)噴咀高速噴出而獲得產(chǎn)生動(dòng)量交換的真空效應(yīng)。氣流經(jīng)過(guò)噴咀時(shí)，由噴咀的截面積逐漸縮小，氣流獲得加速，這一股噴射流體在氣室中流動(dòng)呈自由流體狀態(tài)，它與周圍的氣體產(chǎn)生動(dòng)量交換后，形成極其強(qiáng)烈的卷吸作用，使氣室產(chǎn)生真空。自由射流的噴射距離很短，噴射后立即進(jìn)入噴射接收管，在噴射接收管內(nèi)有一頸縮段，射流在這一段受固體壁限制，不能繼續(xù)擴(kuò)散，只要固體壁管恰到好處，能量損失就較小，從而保持射流一束流體特性向前流動(dòng)，這樣就可以保證噴咀噴射的氣體有足夠的能量進(jìn)行動(dòng)量交換。氣流經(jīng)過(guò)接收管頸縮段后，進(jìn)行擴(kuò)壓段氣流按照一定張角擴(kuò)散，由于動(dòng)量交換和能量損失，速度逐漸降低，壓力不斷增高，為進(jìn)入第1級(jí)集成交換器的動(dòng)量交換積累能量。因?yàn)檫@一強(qiáng)烈交換動(dòng)態(tài)是在密閉環(huán)境下進(jìn)行。第一級(jí)集成動(dòng)量交換器吸取外界大氣氧氣，并在氣室內(nèi)劇烈燃燒，將不完全燃燒物及有害物質(zhì)燃燒分解，并將剩余燃燒廢氣送入第2級(jí)集成動(dòng)量交換器，以凈化后的氣源作為能量再交換，直至多級(jí)后的能量交換完畢，從而使整個(gè)通道形成卷吸效應(yīng)場(chǎng)，達(dá)到吸氣的結(jié)果，所以內(nèi)燃機(jī)不但不排氣，而是往管道吸氣。首級(jí)動(dòng)量交換器直接同機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口相聯(lián)接，是整個(gè)交換器的核心部分。首級(jí)動(dòng)量交換器直接同機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣口相聯(lián)接，是整個(gè)交換器的核心部分。首級(jí)動(dòng)量交換器由集成的吸收管和擴(kuò)散管組成，直接承受發(fā)動(dòng)機(jī)在不同運(yùn)轉(zhuǎn)速度下所爆發(fā)出來(lái)的巨大能量，交將未經(jīng)完全燃燒的尾氣接受下來(lái)，這時(shí)吸收管抽吸進(jìn)新鮮空氣，在交換裝置內(nèi)形成具有實(shí)用價(jià)值的真空度(負(fù)壓)，在動(dòng)量交換器內(nèi)形成劇烈的動(dòng)量交換，使未經(jīng)完全燃燒的污染物質(zhì)進(jìn)行再次循環(huán)燃燒(其燃燒溫度高達(dá)700℃以上)，而后再經(jīng)擴(kuò)散管將首級(jí)動(dòng)量交換器內(nèi)的殘留污染物傳送至下1級(jí)動(dòng)量交換裝置。2級(jí)動(dòng)量交換器同樣由經(jīng)過(guò)高度集成處理的吸收管和擴(kuò)散管組成(其數(shù)量和形狀可根據(jù)不同的車輛需求而自行設(shè)定)。2級(jí)動(dòng)量交換裝置接受來(lái)自首級(jí)動(dòng)量交換裝置傳送過(guò)來(lái)的剩余能量和殘留污染物質(zhì)，在新鮮空氣的助燃下，再次消耗掉一部份污染物質(zhì)，然后再將剩余的能量和不完全燃燒物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散管傳送至下一級(jí)動(dòng)量交換器[值得注意的是，2級(jí)動(dòng)量交換器在進(jìn)行動(dòng)量交換的過(guò)程中，不得對(duì)首級(jí)動(dòng)量交換裝置所產(chǎn)生的真空度(負(fù)壓)有任何影響，不然，將會(huì)關(guān)系到下一級(jí)動(dòng)量交換的質(zhì)量和效果]。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，最大的特點(diǎn)在于1)為確保自首級(jí)動(dòng)量交換裝置而后的[任何一級(jí)動(dòng)量交換裝置都具有動(dòng)量交換的質(zhì)量和效果，可將首級(jí)動(dòng)量交換裝置而形成的高負(fù)壓以一個(gè)特制的專用管道傳至最后一級(jí)的動(dòng)量交換裝置(稱之為噴射接收管的增壓管和擴(kuò)散管的調(diào)壓管)]。從而使每一級(jí)的動(dòng)量交換器都具有較高的，有實(shí)際實(shí)用價(jià)值的真空度(負(fù)壓)，使發(fā)動(dòng)機(jī)的熱燃燒效率得到最大限度的提升，將發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放出的可燃?xì)怏w一氧化碳(CO)和碳?xì)浠衔?HC)充份再燃燒，達(dá)到消除污染的作用。
2)對(duì)于機(jī)動(dòng)車尾氣中危害最大最難處理的氮氧化物(NOX)，本發(fā)明采用下列兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)；在每次集成動(dòng)量交換器的制作中，增加負(fù)孔，以達(dá)到將來(lái)完全處理的氮氧化物(NOX)再次拉回到前一級(jí)動(dòng)量交換器內(nèi)，反復(fù)進(jìn)行處理，確保不將帶有污染物的尾氣排出動(dòng)量交換器外。采用普通金屬(例如銅、鋁、不銹鋼等)作催化介質(zhì)，代替鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rn)等貴重金屬。從而將發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒過(guò)程生成的氮氧化物(NOX)還原脫氧，消除氮氧化物對(duì)大氣環(huán)境的破壞。
這樣，經(jīng)過(guò)若干級(jí)動(dòng)量交換裝置的處理后，使機(jī)動(dòng)車尾氣在動(dòng)量交換器內(nèi)得到充份的交換處理，最后形成在機(jī)動(dòng)車尾氣動(dòng)量交換器的末端，不再有任何氣體排出，并產(chǎn)生一種內(nèi)吸的現(xiàn)象。從而，真正使機(jī)動(dòng)車尾氣得到根本的治理，不再有任何污染物排向大氣。經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)證明，經(jīng)過(guò)機(jī)動(dòng)車尾氣動(dòng)量交換器處理后的發(fā)動(dòng)機(jī)聯(lián)接口內(nèi)，沒(méi)有任何積碳?xì)埩粑锎嬖?，這說(shuō)明，機(jī)動(dòng)車尾氣動(dòng)量交換器可將機(jī)動(dòng)車排放出的污染物質(zhì)經(jīng)多級(jí)動(dòng)量交換，循環(huán)燃燒處理后，全部燃燒貽盡，不但沒(méi)有排氣現(xiàn)象，反而產(chǎn)生吸氣的作用，從而確保沒(méi)有污染物排出。真正達(dá)到了完全意義上的“零排放”，是迄今為止根治機(jī)動(dòng)車尾氣污染的最好、最有效的方法。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
在圖1中，1-13為1級(jí)-13級(jí)交換器，14為降噪段，15為氣體整流裝置，16為集成動(dòng)量交換器的末端排放口，17機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口，18為降噪段，19為噴射接收管的增壓管，20為擴(kuò)散管的調(diào)壓管。
圖2是本發(fā)明交換器內(nèi)接收管和擴(kuò)張管的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
其中21為1-3級(jí)交換器內(nèi)的吸收管和擴(kuò)張管剖面圖，22為4-5級(jí)交換器內(nèi)的接收管和擴(kuò)張管剖面圖，23為6-13級(jí)交換器內(nèi)的接收管和擴(kuò)張管剖面圖。
具體實(shí)施例方式
集成動(dòng)量交換器由若干級(jí)集成交換器組成。除第一級(jí)主交換器直接同機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口相聯(lián)接外，其余各級(jí)通過(guò)聯(lián)接通道由螺紋緊固聯(lián)接成一個(gè)整體。
集成動(dòng)量交換器加工材料易得，可用耐高溫、不起皮的不銹鋼制成，也可耐腐蝕的鋁合金材料制成，為降低成本，還可用普通鋼材加工制成。加工方法可采用機(jī)床切削、鉆床鉆孔而完成。為適應(yīng)大批量加工需要，還可用精密壓鑄的方法獲得。
集成動(dòng)量交換器的實(shí)用尺寸，可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣量而定，因大、小而宜。一般來(lái)講，每級(jí)集成交換器的外形尺寸直徑在85mm～250mm之間，厚度在15mm～25mm之間。機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量越大，則集成動(dòng)量交換器的外形尺寸(直徑)則越大。每級(jí)集成交換器由數(shù)十至數(shù)百個(gè)不同口徑的噴射接收管和擴(kuò)散管及負(fù)孔構(gòu)成。噴射接收管擴(kuò)散管的口徑尺寸隨機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣量和集成交換器的外形尺寸而決定，一般在2mm～8mm之間。且噴射接收管和擴(kuò)散管的數(shù)量是對(duì)等的。噴射接收管和擴(kuò)散管的加工可由鉆床獲得。
權(quán)利要求
1.一種防治機(jī)動(dòng)車尾氣污染的集成動(dòng)量交換器，其特征是由平行設(shè)置連接的若干級(jí)集成交換器組成集成動(dòng)量交換器(級(jí)數(shù)的確定，由機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排量大小而決定)，每級(jí)交換器由數(shù)量相等的、經(jīng)在一個(gè)機(jī)械加工平面上高度集成的噴射接收管、擴(kuò)散管和負(fù)孔構(gòu)成，集成動(dòng)量交換器的第1級(jí)至第4級(jí)之間設(shè)有平行安裝的三條噴射接收管的增壓管(19)，在第7級(jí)與第9級(jí)之間設(shè)有平行安裝的三條擴(kuò)散管的調(diào)壓管(20)，集成動(dòng)量交換器的首級(jí)交換器的一端直接與機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口(17)相聯(lián)接，另一端與2級(jí)交換器聯(lián)接，2級(jí)交換器與3級(jí)交換器聯(lián)接，3級(jí)交換器以后，按順序3級(jí)接4級(jí)，4級(jí)接5級(jí)，5級(jí)接6級(jí)，6級(jí)接降噪段(18)；降噪段(18)接7級(jí)，7級(jí)接8級(jí)，8級(jí)接9級(jí)，9級(jí)接10級(jí)以后，按順序10級(jí)接11級(jí)，11級(jí)接12級(jí)，12級(jí)接13級(jí)，13級(jí)交換器接降噪段(14)，降噪段(14)接氣體整流裝置(15)，氣體整流裝置(15)接末端尾氣排放口(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換器，其特征在于在1-3級(jí)交換器內(nèi)置數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)形似噴嘴21的數(shù)量相等的噴射接收管和擴(kuò)散管及負(fù)孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換器，其特征在于在4-5級(jí)交換器內(nèi)置數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)形似噴嘴22的數(shù)量相等的噴射接收管和擴(kuò)散管及負(fù)孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換器，其特征在于在6-13級(jí)交換器內(nèi)置數(shù)十個(gè)至數(shù)百個(gè)形似噴嘴23的數(shù)量相等的噴射接收管和擴(kuò)散管及負(fù)孔。
全文摘要
本發(fā)明提供一種防治機(jī)動(dòng)車尾氣污染的集成動(dòng)量交換器，其特征是由若干級(jí)集成交換器平行設(shè)置連接而成，每級(jí)交換器內(nèi)設(shè)置數(shù)量相等的，經(jīng)在一個(gè)機(jī)械加工平面上高度集成的噴射接收管、擴(kuò)散管及負(fù)孔構(gòu)成，并在第1級(jí)至第4級(jí)之間設(shè)有平行安裝的三條噴射接收管的增壓管，從第7級(jí)至第9級(jí)之間設(shè)有平行安裝的三條擴(kuò)散管的調(diào)壓管，首級(jí)交換器的一端直接與機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣口相聯(lián)接，另一端與2級(jí)以次聯(lián)接至氣體整流裝置與末端尾氣排放口聯(lián)接；本發(fā)明達(dá)到治標(biāo)又治本的除污效果，還可替代現(xiàn)用機(jī)動(dòng)車的排氣和消音系統(tǒng)，是根治機(jī)動(dòng)車尾氣污染的最佳裝置和方法。
文檔編號(hào)F01N3/30GK1529042SQ03146969
公開(kāi)日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月27日
發(fā)明者張?jiān)９? 焦新民, 張忠強(qiáng) 申請(qǐng)人:張?jiān)９? 焦新民, 張忠強(qiáng)