專利名稱：用射流和紅外諧振分解廢氣的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢氣處理領(lǐng)域，尤其是涉及一種用射流和紅外諧振分解廢氣的裝置及方法。

背景技術(shù)：
目前，工業(yè)廢氣、汽車廢氣等對全球環(huán)境的污染日益嚴(yán)重，節(jié)能降排成為當(dāng)今時代保護(hù)環(huán)境的重要課題，也是人類社會得以持續(xù)發(fā)展的重要保障。對于廢氣處理問題，國內(nèi)外常用的是熱催化方法、光催化方法，21世紀(jì)初又開創(chuàng)了微生物降解的方法、超聲強(qiáng)化高效氧化降解的方法等。但是，這些方法所能處理的污染物的量遠(yuǎn)小于污染物的排放量或產(chǎn)生量，其處理污染物的速度也遠(yuǎn)小于污染物產(chǎn)生的速度，其處理成本也很高。因此，仍有待研究和開發(fā)廢氣處理量更大、處理效率更高、處理成本更低的新裝置和新方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用射流和紅外諧振分解廢氣的裝置，該裝置的設(shè)計(jì)原理新穎，對廢氣的分解速度快，處理效率更高，處理量更大，應(yīng)用成本更低。
本發(fā)明所述的用射流和紅外諧振分解廢氣的裝置，包括進(jìn)氣口，加壓至P≥0.5Mpa和加溫至T≥500℃的廢氣通過該進(jìn)氣口流入；金屬腔，用于接收經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入的廢氣；排氣口，供處理后的廢氣流出；以及至少一條回流循環(huán)氣管，其一端設(shè)置在所述金屬腔與所述排氣口之間，另一端連接到所述金屬腔上設(shè)有的氣孔；其中，所述的進(jìn)氣口內(nèi)裝有射流管，該射流管插入所述的金屬腔內(nèi)；所述的金屬腔內(nèi)裝有接收腔，接收經(jīng)所述射流管噴射進(jìn)入的廢氣并產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng)；所述的排氣口內(nèi)裝有消聲器，以阻擋廢氣從排氣口過快排出并起消聲作用；所述金屬腔的材質(zhì)具有能與腔內(nèi)廢氣分子固有頻譜ωo匹配諧振的熱輻射紅外波譜ω。
本發(fā)明還提供了一種用射流和紅外諧振分解廢氣的方法。
本發(fā)明所述的一種用射流和紅外諧振分解廢氣的方法，包括以下步驟 A.將待處理的廢氣加壓至P≥0.5Mpa，并加熱至T≥500℃； B.將上述廢氣從進(jìn)氣口通過射流管進(jìn)入一金屬腔，產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng)，金屬腔壁受到廢氣的熱激發(fā)而輻射紅外波，所述金屬腔的材質(zhì)具有能與腔內(nèi)廢氣分子固有頻譜ωo匹配諧振的熱輻射紅外波譜ω； C.上述廢氣流向排氣口時，在消聲器處受阻，在射流負(fù)壓引導(dǎo)下進(jìn)入回流循環(huán)氣管，通過該管回流到所述金屬腔，與噴射進(jìn)入所述金屬腔的廢氣射流撞擊而形成紊流，該紊流沖擊受激諧振的廢氣分子使其單向分解。
本發(fā)明所述的用射流和紅外諧振分解廢氣的裝置及方法，是基于以下原理來設(shè)計(jì)的 第一是射流負(fù)壓效應(yīng)，本裝置利用流體噴射原理在金屬腔內(nèi)獲得真空，在該裝置中，有不同壓力的兩股流體；壓力較高的一股稱為工作流體，它以很高的速度從噴嘴射出進(jìn)入噴射器的接收腔，并在接收腔把壓力較低的流體介質(zhì)吸走，被吸走的流體叫做引射流體，這兩股流體相互混合，伴隨著能量交換，以形成一股具有新的壓力的混合流體。
第二是紅外輻射激發(fā)和紅外諧振分解廢氣分子的原理，它決定了紅外諧振腔設(shè)計(jì)、工作流體和引射流體的循環(huán)作用，金屬腔壁材質(zhì)固有頻率ω和廢氣分子固有頻率ω0的匹配共振，使振動能超過分子束縛鍵能，從而實(shí)現(xiàn)廢氣分子的分解，在循環(huán)沖擊中增大了分解的概率，降低了氣體分子分解后復(fù)合的可能性。
因此，本發(fā)明利用廢氣自身所形成的射流，不但產(chǎn)生負(fù)壓，而且引發(fā)氣流循環(huán)，該高溫射流還引發(fā)紅外輻射，是紅外諧振之源。具體而言，將具有一定壓力和溫度(例如P≥0.5Mpa和T≥500℃)的廢氣，或?qū)U氣加壓至P≥0.5Mpa及加溫至T≥500℃，然后通過射流裝置噴射進(jìn)金屬腔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng)，腔壁受500℃以上的熱激發(fā)，輻射紅外波，設(shè)計(jì)腔材熱輻射紅外波譜ω與腔內(nèi)廢氣分子固有頻譜ωo匹配，便可以實(shí)現(xiàn)諧振激發(fā)狀態(tài)，受激廢氣在腔內(nèi)負(fù)壓推動下形成循環(huán)回流，又與入射的射流碰撞，出現(xiàn)紊流循環(huán)沖擊，破壞激發(fā)態(tài)松馳結(jié)合的分子鍵能，把廢氣分子分解且不可能逆向復(fù)合，從而大量分解廢氣，變成無害的氣體或者單質(zhì)排出。
因此，本發(fā)明所述的用射流和紅外諧振分解廢氣的裝置及方法，對于廢氣的分解速度快，處理效率更高，處理量更大，應(yīng)用成本更低。
本發(fā)明所述的裝置及方法可用于分解工業(yè)廢氣，例如安裝在工業(yè)鍋爐的廢氣出口，也可用于分解汽車尾氣，例如安裝在汽車尾氣出口，還可以單獨(dú)用于廢氣的集中處理。



圖1為本發(fā)明所述的用射流和紅外諧振分解廢氣的裝置的示意圖，圖中箭頭所示為廢氣流動的方向。

具體實(shí)施例方式 本發(fā)明所述的用射流和紅外諧振分解廢氣的裝置，如圖1所示，包括進(jìn)氣口1，加壓至P≥0.5Mpa和加溫至T≥500℃的廢氣通過該進(jìn)氣口1流入；金屬腔2，用于接收經(jīng)進(jìn)氣口1進(jìn)入的廢氣；排氣口3，供處理后的廢氣流出；以及至少一條回流循環(huán)氣管4(圖中顯示為兩條，分別為bCD回流循環(huán)氣管和bHE回流循環(huán)氣管)，其一端設(shè)置在所述金屬腔2與所述排氣口3之間，另一端連接到所述金屬腔2上設(shè)有的氣孔；其中，所述的進(jìn)氣口1內(nèi)裝有射流管5，該射流管5插入所述的金屬腔2內(nèi)；所述的金屬腔2內(nèi)裝有接收腔6，接收經(jīng)所述射流管5噴射進(jìn)入的廢氣并產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng)；所述的排氣口3內(nèi)裝有消聲器7，以阻擋廢氣從排氣口3過快排出并起消聲作用；所述金屬腔2的材質(zhì)具有能與腔內(nèi)廢氣分子固有頻譜ωo匹配諧振的熱輻射紅外波譜ω。
本發(fā)明所述的一種用射流和紅外諧振分解廢氣的方法，如圖1所示，順著圖中箭頭所示的廢氣流動的方向，該方法包括以下步驟 A.將待處理的廢氣加壓至P≥0.5Mpa，并加熱至T≥500℃； B.將上述廢氣從進(jìn)氣口1通過射流管5進(jìn)入一金屬腔2，產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng)，金屬腔壁受到廢氣的熱激發(fā)而輻射紅外波，所述金屬腔2的材質(zhì)具有能與腔內(nèi)廢氣分子固有頻譜ωo匹配諧振的熱輻射紅外波譜ω； C.上述廢氣流向排氣口3時，在消聲器7處受阻，在射流負(fù)壓引導(dǎo)下進(jìn)入回流循環(huán)氣管4，通過該管回流到所述金屬腔2，與噴射進(jìn)入所述金屬腔2的廢氣射流撞擊而形成紊流，該紊流沖擊受激諧振的廢氣分子使其單向分解。
本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，廢氣中主要含有NO2、SO2和CO氣體。以下選擇常見的汽車尾氣為例，金屬腔選擇不銹鋼材質(zhì)，該不銹鋼金屬腔具有與汽車尾氣中NO2、SO2和CO氣體分子固有頻譜ωo匹配諧振的熱輻射紅外波譜ω，進(jìn)行詳細(xì)地分析。
具有壓力P、溫度T的廢氣從進(jìn)氣口1通過射流管5射入金屬腔2內(nèi)，該廢氣的速度可以從柏努力方程估算 若P＝5kg/cm2＝0.5Mpa； 這個速度足以產(chǎn)生射流負(fù)壓效應(yīng)。排氣口3因裝有消聲器，氣流受阻，在負(fù)壓推動下，出口氣流發(fā)生分流，沿路徑bCD和bHE即圖中左右兩條回流循環(huán)氣管4返回金屬腔2，與入射空腔的射流撞擊形成紊流。這時腔壁已被廢氣射流加熱，腔壁分子受熱激發(fā)振動，二次輻射電滋波充滿空腔。以腔體材質(zhì)是不銹鋼為例，二次輻射的分子振動頻率ω是可以按照物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論估算的，廢氣分子固有頻率ωo也可以同樣估算，如表一所示 表一汽車尾氣進(jìn)入不銹鋼空腔的頻譜分布
現(xiàn)在分析腔內(nèi)熱激發(fā)ω的紅外波與廢氣分子固有頻率ω0的諧振狀態(tài)不銹鋼金屬腔在500℃的熱激發(fā)下，Cγ-0鍵→Fe-0鍵都會發(fā)生分子偶極子振動，振動的頻率相應(yīng)的波長如表一所示，輻射的紅外波具有電場

充滿整個金屬腔，腔內(nèi)充滿廢氣分子做為場介質(zhì)，滿足Maxwell方程
廢氣分子在上述場的作用下，發(fā)生偶極子強(qiáng)迫振動，滿足動力方程
解出方程(3)得偶極子振動位移矢量 相應(yīng)的極化向量 從式(4)、(5)可以看出，當(dāng)ω＝ωo時會有最大振幅

知

這便是共振狀態(tài)。從表一的波長分布，可以明確看出，不銹鋼金屬腔熱輻射的波長λ，相重合廢氣分子固有波長λo，這種諧振狀態(tài)是可以實(shí)現(xiàn)的。在共振狀態(tài)下的廢氣分子，其鍵能連結(jié)是松馳的，當(dāng)它們回流到空腔，遭受射流、紊流的反復(fù)撞擊，必然擺脫鍵能的束縛，分解成更簡單的分子，這也可以從下面的理論估算出來 例如NO2、N-0的鍵能
NO2在腔壁紅外輻射的激勵下，其受迫振動的動能
其中 mNO2是NO2的分子質(zhì)量，從克分子量理論可以計(jì)算出來




因此，該振動能量EK大于分子束縛鍵能。
結(jié)論在紅外諧振中，廢氣分子的束縛鍵能被諧振能克服，在射流紊流的沖擊下，廢氣分子自行分解且不可能復(fù)合。
同理可以計(jì)算廢氣SO2和CO在金屬腔內(nèi)受激分解的原因 例如SO2廢氣、每個分子有兩個S-O鍵、每個S-O鍵能
廢氣SO2在金屬腔內(nèi)受激振動的動能
其中mso2是SO2的克分子重量


是SO2分子振動位移速度

所以
可見SO2分子在金屬腔受激振動動能EK遠(yuǎn)大于分子束縛鍵能，在腔內(nèi)紊流的沖擊下只可能單向分解。
再例如廢氣CO其C-O鍵能
廢氣CO在金屬腔內(nèi)受激振動的動能
其中CO的分子質(zhì)量
CO的分子振動速度



CO廢氣在受激振動的動能EK大于分子鍵束縛能，在紊流沖擊下必單向分解。
權(quán)利要求
1、一種用射流和紅外諧振分解廢氣的裝置，其特征在于包括
進(jìn)氣口，加壓至P≥0.5Mpa和加溫至T≥500℃的廢氣通過該進(jìn)氣口流入；
金屬腔，用于接收經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入的廢氣；
排氣口，供處理后的廢氣流出；以及
至少一條回流循環(huán)氣管，其一端設(shè)置在所述金屬腔與所述排氣口之間，另一端連接到所述金屬腔上設(shè)有的氣孔；
其中，所述的進(jìn)氣口內(nèi)裝有射流管，該射流管插入所述的金屬腔內(nèi)；
所述的金屬腔內(nèi)裝有接收腔，接收經(jīng)所述射流管噴射進(jìn)入的廢氣并產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng)；
所述的排氣口內(nèi)裝有消聲器，以阻擋廢氣從排氣口過快排出并起消聲作用；
所述金屬腔的材質(zhì)具有能與腔內(nèi)廢氣分子固有頻譜ωo匹配諧振的熱輻射紅外波譜ω。
2、一種用射流和紅外諧振分解廢氣的方法，其特征在于，包括以下步驟
A.將待處理的廢氣加壓至P≥0.5Mpa，并加熱至T≥500℃；
B.將上述廢氣從進(jìn)氣口通過射流管進(jìn)入一金屬腔，產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng)，金屬腔壁受到廢氣的熱激發(fā)而輻射紅外波，所述金屬腔的材質(zhì)具有能與腔內(nèi)廢氣分子固有頻譜ωo匹配諧振的熱輻射紅外波譜ω；
C.上述廢氣流向排氣口時，在消聲器處受阻，在射流負(fù)壓引導(dǎo)下進(jìn)入回流循環(huán)氣管，通過該管回流到所述金屬腔，與噴射進(jìn)入所述金屬腔的廢氣射流撞擊而形成紊流，該紊流沖擊受激諧振的廢氣分子使其單向分解。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用射流和紅外諧振分解廢氣的裝置及方法。本發(fā)明所述裝置包括進(jìn)氣口，廢氣通過該進(jìn)氣口流入；金屬腔，用于接收經(jīng)進(jìn)氣口進(jìn)入的廢氣；排氣口，供處理后的廢氣流出；以及至少一條回流循環(huán)氣管，其一端設(shè)置在所述金屬腔與所述排氣口之間，另一端連接到所述金屬腔上設(shè)有的氣孔；其中，所述的進(jìn)氣口內(nèi)裝有射流管，該射流管插入所述的金屬腔內(nèi)；所述的金屬腔內(nèi)裝有接收腔，接收經(jīng)所述射流管噴射進(jìn)入的廢氣并產(chǎn)生負(fù)壓效應(yīng)；所述的排氣口內(nèi)裝有消聲器，以阻擋廢氣從排氣口過快排出并起消聲作用；所述金屬腔的材質(zhì)具有能與腔內(nèi)廢氣分子固有頻譜ωo匹配諧振的熱輻射紅外波譜ω。本發(fā)明對廢氣的分解速度快，處理效率高，處理量大，成本低。
文檔編號F01N3/24GK101306310SQ20081002589
公開日2008年11月19日 申請日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者曾慶衿 申請人:曾慶衿