专利名称：气体净化装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体介质的处理方法，特别是涉及减少内燃机废气中的颗粒排放物和其它物质。
伴随着内燃机的发展和使用，产生了一个主要问题，即从这种内燃机中会排放出有害的废气排放物。两种最有害的物质，特别是在使用柴油机的情况下，是颗粒碳和氮氧化物(NOX)。日益严格的排放物控制标准迫使内燃机和汽车制造商寻找更有效的方法来去除这些物质，特别是从内燃机废气排放物中去除这些物质。但是，在实际中，那些改善与内燃机废气排放物上述部分相关的条件的技术会使得其它相关条件恶化。即使这样，还是研究了多种用于收集内燃机废气中的颗粒排放物的系统，特别是研究了与制造这种颗粒排放物收集装置相关的技术，对于所述收集装置来说，当它被颗粒物质充满饱和之后，仍能被再利用。
这种柴油机废气颗粒过滤器的例子可见欧洲专利申请EP0010384；美国专利4,505,107；4,485,622；4,427,418；和4,276,066；EP0244061；EP0112634和EP0132166。
在上述所有情况下，利用简单的物理收集方法将颗粒物质从排出废气中去除，所述收集方法就是使颗粒物质位于多孔(例如陶瓷)过滤体的空隙中，然后再将过滤体加热到使收集到的柴油机废气颗粒燃烧的温度下，以使该过滤体能够再利用。在多数情况下，过滤体是单块的，尽管EP0010384提到了也可采用陶瓷珠、筛网或金属丝网等。美国专利4,427,418公开了陶瓷涂覆的导线或陶瓷纤维的应用形式。
在较宽的范围内，也已知可以采用静电力作用下的带电颗粒沉积方法。但是，在这种情况下，沉积通常需要占用大的平面电极或金属丝网。
还已知可以通过在排出废气必须通过的反应器腔室中建立一个放电环境以从内燃机排出废气中去除污染物。该放电操作会使污染物转化为危害较小的物质，并从反应器腔室排出到大气中。这种装置的实例在GB2274412；欧洲专利申请0366876；OLS DE3708500；和美国专利3,180,083中给出。
但是，在上述系统中，激励放电效应的高压电由距离设备较远的电源产生，在该设备中实现从排出废气中去除污染物。这不仅需要应用暗含着成员安全问题的高压传送系统，而且在采用脉冲直流或交流电压来激励放电效应的情况下，会发生明显的电磁辐射。
本发明的一个目的是提供一种反应器装置，它特别适于减少产生上述问题的内燃机废气排放物。
根据本发明，提供了一种用于处理气体介质的反应器，包括一个反应器床，用于迫使欲被处理的气体介质流经反应器床的装置和一个适于产生和施加一跨过反应器床的电压的电源装置，该电压足以激励流经反应器床的气体介质中的放电效应，其中反应器床和电源装置相邻并直接电气相连，其最好是同轴的，并且最好封闭在一个导电封闭腔室内，所述封闭腔室适于保持在接地电位上。
不仅接地的封闭腔室与反应器床以及电源装置电隔离，而且该封闭腔室用作法拉第笼，以便当采用脉冲的直流或交流电压来激发气体介质时，防止电磁辐射射出。
所述封闭腔室最好由一个将反应器床和电源装置封闭的密封金属腔室构成。
反应器床最好由一个可渗透气体的绝缘材料的制成的圆柱体构成，该圆柱体包含于两个同心的气体可渗透电极之间，两电极中外部的电极接地而内部的电极直接与用于产生所述电压的装置相连。
在本发明的一个特定实施例中，反应腔室适于构成内燃机的排气系统的一部分。
现在将参照附图并借助实施例对本发明进行描述，其中
图1是用于减少内燃机废气排放物的一个反应器的纵向剖视图；图2是用于减少内燃机废气排放物的第二种反应器的纵向剖视图；图3是用于减少内燃机的废气排放物的第三种反应器的纵向剖视图；图4是本发明另一实施例的一部分的纵向剖视图；以及图5是与本发明相结合的电路示意图。
参见附图1，用于处理内燃机排出废气的反应器装置1包括一个反应器床2，所述反应器床2包括由许多小球4构成的床3，所述小球4由陶瓷绝缘材料制成，例如我们以前的专利GB2274412所描述的那样，所述反应器床2位于两个带孔的内部和外部不锈钢电极5和6之间。内部电极5由不锈钢套管7封闭，该套管7与高压电源8直接相连，其能够在50Hz-15kHz的重复频率下产生30kV的脉冲。反应器床2的端部分别被两个陶瓷端板9和10封闭，所述端板9和10也用作支撑板。那个与套管7同样处在反应器床2相同一端的端板9在其圆周方向上具有一组轴向孔11。在电极5和6的端部还有不锈钢环12、13和14，这些环构造成如下形状，即它们能够尽可能地减小位于电极5和6的端部及其相应端板9和10之间的实际弧度。整个装置被装入气密性不锈钢腔室15中。反应器床12的热膨胀被位于支撑件9、10和两个支座17、18之间的膨胀环16吸收，所述支座17、18构成了腔室15的一部分。电源8借助带孔的板或支架19固定在腔室15内。腔室15具有进口和出口喷嘴20和21，通过这两个喷嘴，腔室15能够安装到内燃机排气系统的其余部件上，所述其余部件在图中并未显示。
位于反应器装置1的冷却器端部的电源8包括一个变压器，用于将来自车辆电源的直流输入量22转换成脉冲或者交流形式，并将其在施加给反应器床2的内部电极5之前转变为30kV。当然必须保证电源8的元件能够在内燃机排气系统中存在的相对高的温度下工作。图示气流的方向有助于在它们到达电源8之前降低排出废气的温度。但是，如果电源8能够承担更高的温度，它也可以置于反应器装置1的另一端。
图2表示了本发明的第二实施例，它大致上与参照图1所描述的本发明实施例相似。这两个实施例所共有的那些结构具有相同的标号。在本发明的第二实施例中，在电源8和用于排出废气的侧面入口或出口23之间设置了一个陶瓷热隔离器22。这种布置方式的优点是腔室15的环绕着电源8的一部分可由金属筛网制成，使冷空气能够绕着电源8循环。网孔的尺寸应该足够小，以保证腔室15作为法拉第笼的效能不会降低。
图3表示了本发明的第三实施例，它大致上与参照图1所描述的本发明实施例相似。这两个实施例所共有的那些结构具有相同的标号。在本发明的第三实施例中，带孔的内部和外部电极5和6被直径已显著减小的中央电极301和不带孔的外部电极302所代替。另外，支撑板9和10最好用蜂窝材料制成，它们根据需要具有或者不具有与待从穿过反应器的排出废气中去除的污染物相关的催化特性。经处理的排出废气平行于反应器床2的纵向轴线被强制穿过反应器床2。
象参照图2所描述的本发明实施例那样，可以采用用于排出废气的侧面入口或出口，同时在电源装置8和排出废气之间带有或不带有阻热件。另外，如果需要，接地的外部电极可用金属封闭件15构成。
在所述实施例中，封闭件15的覆盖着电源装置8的那部分用金属制成，但是如果需要，也可以用阻止热传导的聚合材料制成。
图4表示了本发明的另一实施例，它不需要对电源进行保护使其免受穿过反应器1的气体侵蚀。同样地，与本发明前述实施例相同或相似的那些部件具有相同的标号。参见附图，通向反应器腔室1的进口管20穿过电源腔室400并安装在绝缘陶瓷电极支撑件10上。电源腔室400最好由含铁材料制成并焊接到排气管20上，以便在不压迫其内部的情况下帮助支撑排气管20，并且还保持电源8的电磁隔离状态。邻近电极支撑件10设置有一个陶瓷材料制成的隔热件401。另一个隔热件402环绕在排气管10的截面上，所述排气管10位于电源腔室400内部。隔热件401、402例如可经过火焰喷射处理。电源8的壳体403安装在隔热件402上并包括一个高压变压器404。该高压变压器404具有一个磁芯，该磁芯由铁氧体或层压铁材料制成的两个同轴圆柱体405和406构成。磁芯圆柱体405和406的端部或中部能够形成一个气隙，以使次级绕组的传导性优化。高压变压器404的低压初级绕组407能够位于次级绕组408的外侧，以增加高压变压器404的次级绕组407和电源8的金属壳体403之间的绝缘距离。从变压器404输出的高压穿过电极支撑件10中的气密通道进入反应器腔室1，在那里高压施加到内部电极5上。与变压器404之初级绕组407相连的低压源411以及变压器404之初级和次级绕组407、408的接地端引线402分别通过绝缘通道413和414穿过电源壳体8和电源腔室400的壁。
次级绕组408分成了几部分，以减小变压器的次级电容。在所述布置中，仅有高压变压器404位于电源壳体8内，使得当反应器用于减小内燃机废气排放物时，受热的电气元件数目尽可能地少。
但是，如果需要，也可以在电源壳体8中设置高频低压电源信号发生器。这特别适用于这种情况，即反应器用于处理比内燃机排出废气温度低的气体介质，并且也能够减小电磁辐射。
参照图4所述的电源形式能够根据需要用于本发明前述任一实施例中的进口或出口端。
参见图5，如上所述的气体排出反应器的电气元件可以主要表示为一个数值约为几百千欧的阻抗RL和一个与阻抗RL并联的数值约为几百皮法的容抗CL。图示的反应器51与电源52相连，电源52包括一个脉冲直流电源或交流电发生器53、一个功率放大器54和一个升压变压器55。电源52在大约10kHz的频率下产生20kV的输出电压。在这种频率下，经过反应器51的电容电流可以是大于电阻电流十倍的数值。只要考虑反应器51的操作，流经反应器51的电流的阻抗元件就是有效的。为了减小从电源52引出的电容电流大小，并因而减小电源52的尺寸，可变电感56连入电路中且并联于反应器51，而且其值可以调节，直至由它形成的LCR电路以及反应器51的电阻和电容元件RL和CL在电源52的输出频率下共同响应。电感的一般值是大约3亨(Henries)。这一值中至少有一部分能够由电源52的输出变压器55的次级绕组57供给。当LCR电路与电源52的输出量发生共同响应时，从电源52引出的电抗性电流(reactive current)较小，仅留下电阻元件，因此对于给定的电源2来说，该电阻元件能够比其它情况下更大。
所述可调电感仅由变压器55的次级绕组单独形成。电抗性电流将流过变压器55的次级绕组57。不过在共同响应时，将不会在变压器55的初级绕组中看到电抗性电流，这使得电源53所需功率达到最小。
在将该反应器用于车辆尾气处理时，可用车辆发动机驱动交流发生器53，所述发动机的排气系统中装有反应器51。但是，这会产生如下问题，即从发生器53输出的电流的频率取决于发动机速度，而这是不期望的，特别是在希望使反应器51在相结合的变压器次级绕组54和反应器52电路的共响频率下工作时更是如此。
克服这一问题的一种方法是在汽车发动机和发生器53之间设置一个恒速驱动装置。
可采用的恒速驱动装置的第一种形式包括一个被汽车发动机驱动的变量泵，该泵通过一个压力或流量调整系统连接到一个液压马达上，以便不论发动机的速度如何，都以恒定的速度输出驱动发生器53。
恒速驱动装置的第二种形式是包括一个位于发动机和发生器53之间的流体粘性连接件。这种连接件由涡轮构成，所述涡轮的壳体由该系统的一个元件驱动并且涡轮叶片驱动该系统的其它元件。可以通过改变连接件中的流体量或者改变叶片的角度来控制驱动速度。
还可采用液压-机械恒速系统，该系统包括几个驱动器和从动的金属盘，金属盘浸入粘性油池中的深度能够响应于传感器发出的发动机速度信号而产生变化。随着盘的浸入深度增加，它们之间的滑动效果降低，反之亦然。
纯机械调整速度的系统可包括两个弹簧加载的轴向可调整的V形滑轮和皮带。发动机与一个滑轮相连，而发生器53与另一个滑轮相连。与发动机相连的滑轮的直径可以与发动机速度相反地变化。
稍微类似的系统采用两个锥形盘，在其间有两个行星圆锥体。在发动机作用下与其相连的锥形盘的转动会使圆锥体绕驱动装置的主轴线以及自身轴线旋转。这两个旋转速度越接近，与发生器53相连的另一个盘的旋转速度越低。这样就通过控制环保持了输出驱动速度，因为所述控制环可改变行星圆锥体绕其自身轴线的转速。
一种电控速度驱动系统包括一个由汽车电池驱动的直流电马达，该电马达驱动了与发生器53相连的液压马达。
另一种控制速度的驱动系统采用了可变磁场，所述可变磁场横跨两个铁磁盘之间的气隙而产生，所述铁磁盘中的一个与发动机相连，另一个与发生器53相连。
权利要求
1.一种用于处理气体介质的反应器，包括一个反应器床，用于迫使欲被处理的气体介质流经反应器床的装置和一个适于产生和施加一跨过反应器床的电压的电源装置，所述电压足以激励流经反应器床的气体介质中的放电效应，其特征在于，反应器床(2)和电源装置(8)相邻并直接电气相连
2.如权利要求1所述的反应器，其特征在于，所述反应器床(3)和电源装置封闭在一个导电封闭腔室(15)内，所述封闭腔室适于保持在接地电位。
3.如权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，反应器床(2)由一个可渗透气体的绝缘材料所制成的圆柱体(3)构成，该圆柱体包含于两个同心的气体可渗透电极(5，6)之间，两电极中外部的电极(6)接地而内部的电极(5)直接与电源装置(8)相连，并且气体介质被迫使(7，9，10，11)沿径向穿过反应器床(2)。
4.如权利要求1或2所述的反应器，其特征在于，反应器床(2)由一个可渗透气体的绝缘材料所制成的圆柱体构成，该圆柱体包含于两个不可渗透的电极(301，302)之间，两电极中外部的电极(301)接地而内部的电极直接与电源装置(8)相连，并且气体介质被迫使(9，10)沿径向流经反应器床(2)。
5.如权利要求4所述的反应器，其特征在于，反应器床(2)借助于两个气体可渗透的支撑件(9，10)而定位于封闭腔室(15)内，所述支撑件由陶瓷材料制成，该陶瓷材料具有与反应器中欲处理的气体介质成分相关的催化特性。
6.如前述任一项权利要求所述的反应器，其特征在于，包括一个与封闭腔室(15)的内部相通的轴向管道(20)，并且电源装置(8)包含在壳体(403)中，所述壳体具有圆柱形的结构并带有一个轴向孔，管道(20)穿过该孔。
7.如前述任一权利要求所述的反应器，其特征在于，电源装置(8)适于产生一个脉冲或交流输出电压。
8.如前述任一权利要求所述的反应器，其特征在于，包括装置(56)，用以使包括反应床(2)的电路(51)的响应频率基本上与电源装置(8)之输出电压的频率相等。
9.如权利要求8所述的反应器，其特征在于，所述用以使包括反应器床的电路的响应频率基本上与电源装置(8)之输出电压的频率相等的装置是一个与反应器床电路(51)并联的适当电感。
10.如权利要求8或9所述的反应器，其特征在于，电源装置(8)适于在50Hz-15kHz的频率下产生约几十千伏的电压。
11.如前述任一权利要求所述的反应器，其特征在于，它适于(20，21)包含在内燃机的排气系统中。
12.如权利要求11所述的反应器，其特征在于，包括一个升压变压器，一个与变压器初级绕组相连的交流发生器和不管内燃机的转速如何变化均能将交流发生器产生的输出的频率保持在预定值下的装置，其中在该内燃机的排气系统中包含有反应器。
13.如权利要求12所述的反应器系统，其特征在于，交流发生器设置成由发动机通过恒速驱动系统驱动的形式。
14.如权利要求13所述的反应器，其特征在于，所述恒速驱动系统由一个液压驱动装置构成，该液压驱动装置的驱动效率与发动机的转速相反地变化。
15.如权利要求13所述的反应器，其特征在于，所述恒速驱动系统由无级变化的速度传递系统构成，所述速度传递系统的有效齿轮比与发动机的转速相反地变化。
16.如权利要求13所述的反应器，其特征在于，所述恒速驱动系统包括一个电磁离合器，其驱动效率与发动机的转速相反地变化。
全文摘要
一种反应器,特别用于对内燃机排出废气进行等离子处理,其中电源(8)和反应器床(3)直接相连并封闭在一个接地的金属腔室(1)中,所述金属腔室(1)既隔离了高压电源(8),又用作法拉第笼以防止从电源或等离子区发出电磁辐射。
文档编号F01N3/08GK1265174SQ9880750
公开日2000年8月30日 申请日期1998年7月13日 优先权日1997年7月23日
发明者S·I·哈尔, M·因曼, D·雷波尼, D·M·维克斯 申请人:Aea技术公众有限公司