防治機動車尾氣汙染的集成動量交換器的製作方法
2023-06-02 23:29:41
專利名稱：防治機動車尾氣汙染的集成動量交換器的製作方法
技術領域：
本發明涉及大氣汙染的防治裝置，特別是防治機動車尾氣汙染的集成動量交換器。
背景技術：
現有技術中，並於防治機動車尾氣造成的大氣汙染，於1998年推出了氫動一號樣車(用氫為動力的燃料電池汽車)。該車的運用原理是水電解反應的逆反應，通過氫氣(H2)和氧氣(O2)混合併在受控條件下反應，生成唯一的產物水和電能，驅動汽車行駛，最大行駛裡程可達400公裡，每小時最高速度可達140公裡。但是，氫動一號燃料電池車的推廣應用困難重重，首先受到改造和銷售價格過高的限制。另外，在液態氫的儲存和運輸方面危險性大，日前尚許多技術環節需要完善克服。廢舊電池堆的再處理技術不成熟，存在著二次汙染。再者是電噴加裝三元催化淨化器。這種現有技術是中國政府目前大力推行的治理機動車尾氣排放的重用手段。所謂的三元催化淨化器實際上是一個外部淨化裝置，它由鉑、銠、鈀三種金屬元素構成，製成蜂窩狀的吸收結構，當機動車發動機高速運行時，溫度上升至700～800℃時，三元素產生化學反應，可有效吸收淨化汽車尾氣，降低汽車尾氣中CO、HC、NOX的含量，從而達到國家規定的排放標準。由於三元催化淨化器僅是一個外部淨化部件，它的正常運作受汽車發動機準確控制空燃比和燃油霧化好壞與否影響極大。如果電噴裝置出現故障，像氧傳感器，控制開關、補氣閥出現損壞，則三元催化淨化器就會很快報廢，失去功能。同時，三元催化淨化器的蜂窩狀結構極易出現堵塞，達到飽和狀態，失去淨化效用，應經常更換新的淨化器，從而，增加了消費者的負擔(一般正常使用周期在90天之內)。三元催化淨化器僅僅起到降低機動車尾氣中CO、HC、NOX的排放濃度，自身並不能達到徹底根除機動車尾氣汙染的目的，治標不治本。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動車，由於受加氣站網點建設和改造成本的限制，目前僅在北京、上海、廣州少數幾個大城市的公共汽車，計程車上進行改裝使用。天然氣作燃料的機動車可有效的降低尾氣排放中CO、HC、NOX的含量，減少汙染。不足之處在於影響機動車的動力性能，加裝氣體時危險性高；安全性降低，配套及服務設施不建全，推廣範圍受到限制；改裝費用高。
使用各類油料添加劑。使用油料添加劑是政府早期強制執行的一種方法。為了提高機動車發動機的燃燒效率，減少尾氣中汙染物的排放量，政府鼓勵機動車擁有者使用油料添加劑。使用油料添加劑後，添加劑與燃油產生化學反應，能有效改善和提高發動機的燃燒效率，降低因不完全燃燒而產生的黑煙排放。由於各類油料添加劑均屬於化學製劑，易對環境產生二次汙染，不利於生態環境的保護，所以，在國際上已受到限制使用，屬於接近淘汰的不良產品。
早期發明的集成動量交換器能較好的解決機動車尾氣中一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)的汙染，但於氮氧化物(NOX)的處理效果不太理想。
綜上所述，現有技術存在著下列不完善之處治標不治本。僅僅能達到有限制的控制排放，不能從根本上徹底治理機動車尾氣汙染，儘管排放數量上有所減少，但不能根除，對大氣環境的汙染依然存在。二次汙染。用一個方面去掩蓋另一個方面。重視了降低機動車尾氣汙染，忽視了可能產生的新汙染源。例如，過多的使用化學製劑的油料添加劑，可對生態環境產生過度汙染。電動汽車的研製，可引發蓄電池生產企業的擴張，勢必對環境造成嚴重危害，因為現行的各類蓄電池均使用了有生態危害的物質，如硫酸、強鹼、鉛、錫、鋅、鈉等。另外，蓄電池在充電和放電時還會釋放出有毒氣體，對大氣的汙染不容忽視。同時，隨著電動汽車的普及，大量的廢舊電池的再處理也是一大難題，如果處理不當，人類將受到災難性的破壞。性能和效果不穩定。目前，推廣使用的加裝電噴裝置和三元催化淨化器，據調查了解，使用者均反應使用過程中性能和效果不穩定，安裝一個三元催化淨化器需花費7500元～8500元人民幣，僅能有效使用三個月，最短者僅有一個月左右。技術不成熟，改裝成本高。上述種種現有技術，在技術的可行性上尚未成熟，有許多技術環節需進行深層次的研究。環節的限制，加大了生產和銷售成本。如納米電動汽車的銷售價格達到80000美元左右。巨大的經濟支出，影響了消費者的信心，阻礙了消費市場的形成。
治理效果不完善。早期發明的集成動量交換器，雖然對機動車尾氣排放汙染特一氧化碳(CO)、碳氫化合物(HC)具有良好的治理效果。但對氮氫化物(NOX)的治理效果不完善。
發明內容
本發明的目的旨在克服現有技術的不足而提供一種治標又治本，又使其治理效果更加完善徹底，簡易實用的防治機動車尾氣汙染的集成動量交換器。
本發明的目的是這樣實現的一種防治機動車尾氣汙染的集成動量交換器由平行設置連接的若干級集成交換器組成集成動量交換器(級數的確定，由機動車發動機尾氣的排量大小而決定)，每級交換器由數量相等的、經在一個機械加工平面上高度集成的噴射接收管、擴散管及負孔構成，集成動量交換器的第1級至第4級之間設有平行安裝的三條噴射接收管的增壓管19，在第7級與第9級之間設有平行安裝的三條擴散管的調壓管20，集成動量交換器的首級交換器的一端直接與機動車發動機的排氣口17相聯接，另一端與2級交換器聯接，2級交換器與3級交換器聯接，3級交換器以後，按順序3級接4級，4級接5級，5.級接6級，6級接降噪段18；降噪段18接7級，7級接8級，8級接9級，9級接10級以後，按順序10級接11級，11級接12級，12級接13級，13級交換器接降噪段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級交換器內置數十個至數百個形似噴嘴21的數量相等的噴射接收管和擴散管及負孔。
——所述4-5級交換器內置數十個至數百個形似噴嘴22的數量相等的噴射接收管和擴散管及負孔。
——所述6-13級交換器內置數十個至數百個形似噴嘴23的數量相等的噴射接收管和擴散管及負孔。
集成動量交換器由若干級集成交換裝置平行組成，每級交換裝置均由不同數量的。經高度集成處理後的接收管和擴散管及負孔構成。它本身沒有動力源，而靠內燃機排出的氣體作為工作動力，經過噴咀高速噴出而獲得產生動量交換的真空效應。氣流經過噴咀時，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呈自由流體狀態，它與周圍的氣體產生動量交換後，形成極其強烈的卷吸作用，使氣室產生真空。自由射流的噴射距離很短，噴射後立即進入噴射接收管，在噴射接收管內有一頸縮段，射流在這一段受固體壁限制，不能繼續擴散，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，這樣就可以保證噴咀噴射的氣體有足夠的能量進行動量交換。氣流經過接收管頸縮段後，進行擴壓段氣流按照一定張角擴散，由於動量交換和能量損失，速度逐漸降低，壓力不斷增高，為進入第1級集成交換器的動量交換積累能量。因為這一強烈交換動態是在密閉環境下進行。第一級集成動量交換器吸取外界大氣氧氣，並在氣室內劇烈燃燒，將不完全燃燒物及有害物質燃燒分解，並將剩餘燃燒廢氣送入第2級集成動量交換器，以淨化後的氣源作為能量再交換，直至多級後的能量交換完畢，從而使整個通道形成卷吸效應場，達到吸氣的結果，所以內燃機不但不排氣，而是往管道吸氣。首級動量交換器直接同機動車發動機的排氣口相聯接，是整個交換器的核心部分。首級動量交換器直接同機動車發動機的氣口相聯接，是整個交換器的核心部分。首級動量交換器由集成的吸收管和擴散管組成，直接承受發動機在不同運轉速度下所爆發出來的巨大能量，交將未經完全燃燒的尾氣接受下來，這時吸收管抽吸進新鮮空氣，在交換裝置內形成具有實用價值的真空度(負壓)，在動量交換器內形成劇烈的動量交換，使未經完全燃燒的汙染物質進行再次循環燃燒(其燃燒溫度高達700℃以上)，而後再經擴散管將首級動量交換器內的殘留汙染物傳送至下1級動量交換裝置。2級動量交換器同樣由經過高度集成處理的吸收管和擴散管組成(其數量和形狀可根據不同的車輛需求而自行設定)。2級動量交換裝置接受來自首級動量交換裝置傳送過來的剩餘能量和殘留汙染物質，在新鮮空氣的助燃下，再次消耗掉一部份汙染物質，然後再將剩餘的能量和不完全燃燒物質經擴散管傳送至下一級動量交換器[值得注意的是，2級動量交換器在進行動量交換的過程中，不得對首級動量交換裝置所產生的真空度(負壓)有任何影響，不然，將會關係到下一級動量交換的質量和效果]。
本發明與現有技術相比，最大的特點在於1)為確保自首級動量交換裝置而後的[任何一級動量交換裝置都具有動量交換的質量和效果，可將首級動量交換裝置而形成的高負壓以一個特製的專用管道傳至最後一級的動量交換裝置(稱之為噴射接收管的增壓管和擴散管的調壓管)]。從而使每一級的動量交換器都具有較高的，有實際實用價值的真空度(負壓)，使發動機的熱燃燒效率得到最大限度的提升，將發動機尾氣排放出的可燃氣體一氧化碳(CO)和碳氫化合物(HC)充份再燃燒，達到消除汙染的作用。
2)對於機動車尾氣中危害最大最難處理的氮氧化物(NOX)，本發明採用下列兩種方法來實現；在每次集成動量交換器的製作中，增加負孔，以達到將來完全處理的氮氧化物(NOX)再次拉回到前一級動量交換器內，反覆進行處理，確保不將帶有汙染物的尾氣排出動量交換器外。採用普通金屬(例如銅、鋁、不鏽鋼等)作催化介質，代替鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rn)等貴重金屬。從而將發動機燃燒過程生成的氮氧化物(NOX)還原脫氧，消除氮氧化物對大氣環境的破壞。
這樣，經過若干級動量交換裝置的處理後，使機動車尾氣在動量交換器內得到充份的交換處理，最後形成在機動車尾氣動量交換器的末端，不再有任何氣體排出，並產生一種內吸的現象。從而，真正使機動車尾氣得到根本的治理，不再有任何汙染物排向大氣。經試驗檢測證明，經過機動車尾氣動量交換器處理後的發動機聯接口內，沒有任何積碳殘留物存在，這說明，機動車尾氣動量交換器可將機動車排放出的汙染物質經多級動量交換，循環燃燒處理後，全部燃燒貽盡，不但沒有排氣現象，反而產生吸氣的作用，從而確保沒有汙染物排出。真正達到了完全意義上的「零排放」，是迄今為止根治機動車尾氣汙染的最好、最有效的方法。
圖1是本發明的結構示意圖。
在圖1中，1-13為1級-13級交換器，14為降噪段，15為氣體整流裝置，16為集成動量交換器的末端排放口，17機動車發動機的排氣口，18為降噪段，19為噴射接收管的增壓管，20為擴散管的調壓管。
圖2是本發明交換器內接收管和擴張管的結構剖面示意圖。
其中21為1-3級交換器內的吸收管和擴張管剖面圖，22為4-5級交換器內的接收管和擴張管剖面圖，23為6-13級交換器內的接收管和擴張管剖面圖。
具體實施例方式
集成動量交換器由若干級集成交換器組成。除第一級主交換器直接同機動車發動機排氣口相聯接外，其餘各級通過聯接通道由螺紋緊固聯接成一個整體。
集成動量交換器加工材料易得，可用耐高溫、不起皮的不鏽鋼製成，也可耐腐蝕的鋁合金材料製成，為降低成本，還可用普通鋼材加工製成。加工方法可採用工具機切削、鑽床鑽孔而完成。為適應大批量加工需要，還可用精密壓鑄的方法獲得。
集成動量交換器的實用尺寸，可根據發動機的排氣量而定，因大、小而宜。一般來講，每級集成交換器的外形尺寸直徑在85mm～250mm之間，厚度在15mm～25mm之間。機動車發動機排氣量越大，則集成動量交換器的外形尺寸(直徑)則越大。每級集成交換器由數十至數百個不同口徑的噴射接收管和擴散管及負孔構成。噴射接收管擴散管的口徑尺寸隨機動車發動機排氣量和集成交換器的外形尺寸而決定，一般在2mm～8mm之間。且噴射接收管和擴散管的數量是對等的。噴射接收管和擴散管的加工可由鑽床獲得。
權利要求
1.一種防治機動車尾氣汙染的集成動量交換器，其特徵是由平行設置連接的若干級集成交換器組成集成動量交換器(級數的確定，由機動車發動機尾氣排量大小而決定)，每級交換器由數量相等的、經在一個機械加工平面上高度集成的噴射接收管、擴散管和負孔構成，集成動量交換器的第1級至第4級之間設有平行安裝的三條噴射接收管的增壓管(19)，在第7級與第9級之間設有平行安裝的三條擴散管的調壓管(20)，集成動量交換器的首級交換器的一端直接與機動車發動機的排氣口(17)相聯接，另一端與2級交換器聯接，2級交換器與3級交換器聯接，3級交換器以後，按順序3級接4級，4級接5級，5級接6級，6級接降噪段(18)；降噪段(18)接7級，7級接8級，8級接9級，9級接10級以後，按順序10級接11級，11級接12級，12級接13級，13級交換器接降噪段(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.根據權利要求1所述的交換器，其特徵在於在1-3級交換器內置數十個至數百個形似噴嘴21的數量相等的噴射接收管和擴散管及負孔。
3.根據權利要求1所述的交換器，其特徵在於在4-5級交換器內置數十個至數百個形似噴嘴22的數量相等的噴射接收管和擴散管及負孔。
4.根據權利要求1所述的交換器，其特徵在於在6-13級交換器內置數十個至數百個形似噴嘴23的數量相等的噴射接收管和擴散管及負孔。
全文摘要
本發明提供一種防治機動車尾氣汙染的集成動量交換器，其特徵是由若干級集成交換器平行設置連接而成，每級交換器內設置數量相等的，經在一個機械加工平面上高度集成的噴射接收管、擴散管及負孔構成，並在第1級至第4級之間設有平行安裝的三條噴射接收管的增壓管，從第7級至第9級之間設有平行安裝的三條擴散管的調壓管，首級交換器的一端直接與機動車發動機的排氣口相聯接，另一端與2級以次聯接至氣體整流裝置與末端尾氣排放口聯接；本發明達到治標又治本的除汙效果，還可替代現用機動車的排氣和消音系統，是根治機動車尾氣汙染的最佳裝置和方法。
文檔編號F01N3/30GK1529042SQ03146969
公開日2004年9月15日 申請日期2003年9月27日 優先權日2003年9月27日
發明者張裕光, 焦新民, 張忠強 申請人:張裕光, 焦新民, 張忠強