專利名稱：減少來自內(nèi)燃機(jī)的氣體中的分子污染物的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從內(nèi)燃機(jī)的廢氣中去除污染物分子，特別涉及通過對(duì)廢氣施加電火花而分解、氧化和重新化合污染物分子以形成非污染物。
目前使用了凈化腔室，其使用靜電場(chǎng)對(duì)流過該腔室的粒子充電，從而通過磁場(chǎng)作用而將粒子提取出來。盡管這樣的裝置適于去除凝結(jié)在粒子內(nèi)的污染物，該粒子具有足夠受到磁場(chǎng)影響的尺寸，但是這樣的裝置不能去除分子形式的污染物。
Master的US5419123和Master的US5410871專利公開了設(shè)置在具有入口和出口的伸長(zhǎng)腔室內(nèi)的排放控制裝置。電極以屏板形式橫向于腔室長(zhǎng)度設(shè)置，污染物氣體流過該屏板。第二電極與第一電極的屏板隔開，電脈沖施加在兩電極上，引起火花從第二電極跳向該屏板。Masters的火花將電弧路徑內(nèi)的污染物加熱到高溫，引起污染物分裂或重組成非污染物分子。但是由Masters的裝置產(chǎn)生的火花不能到達(dá)流過該裝置的所有氣體。
因此，需要提供一種改進(jìn)的排放控制裝置，該裝置足以減少?gòu)U氣流中的分子污染物，沒有Masters中的限制，而且不需要象已有的催化式排氣凈化器那樣，要求腔室中處于高溫。
從根本上說，本發(fā)明包括一接收廢氣的腔室和用于產(chǎn)生穿過腔室的火花矩陣的部件。最好，通過至少一個(gè)火花產(chǎn)生的強(qiáng)熱會(huì)施加于所有穿過該腔室的廢氣。
為了進(jìn)一步提高上述裝置的效率，可沿腔室長(zhǎng)度連續(xù)設(shè)置多個(gè)第一圓柱形探針，旋轉(zhuǎn)探針延伸通過圓柱形探針的整個(gè)長(zhǎng)度，使得可沿腔室的長(zhǎng)度產(chǎn)生多個(gè)火花。沒有受作用于產(chǎn)生于第一電極對(duì)間的火花的氣體會(huì)因此暴露于連續(xù)電極對(duì)的火花。沒有受作用于足夠熱量以因?yàn)榈谝浑姌O對(duì)之間的火花而分裂或重新化合的污染物分子會(huì)由此受作用于隨后的電極對(duì)火花。穿過腔室出口的氣體會(huì)由此被去除污染物。
優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)描述參照
圖1和圖2，裝置10的第一實(shí)施例具有普通的管形中心體12。其內(nèi)部是具有入口端14和出口端16的圓柱形腔室。具有偏心入口20的端蓋18位于并橫穿入口端14，該入口20中安裝有來自內(nèi)燃機(jī)的管形排氣管22。具有偏心出口26的相同端蓋24橫穿出口端16，由汽車尾部向外延伸的排氣管28安裝于出口26。
管形電絕緣體30中心設(shè)置在中心體12的腔室中。沿絕緣體30的內(nèi)表面呈間隔設(shè)置多個(gè)管形第一電極32、33、34、35。每個(gè)第一電極32、33、34、35上設(shè)有相連的絕緣塞38、39、40、41，這些絕緣塞延伸穿過管形腔室12中的開口，連接電源和每個(gè)電極32、33、34、35的連接電纜44、45、46、47穿過每個(gè)塞38、39、40、41。
具有第一端和第二端的伸長(zhǎng)探針50軸向延伸穿過腔室12，該第一端作為軸頸插入第一端蓋18，第二端作為軸頸插入第二端蓋24，使得探針50延伸穿過隔開的圓柱形第一電極32、33、34、35的軸線。渦輪56安裝在探針50的第一端，使得當(dāng)氣體向排氣管28運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過排氣管22進(jìn)入腔室12的氣體會(huì)帶動(dòng)渦輪56和探針50旋轉(zhuǎn)。探針50的端部與端蓋18、24連接，這三個(gè)部分都由導(dǎo)電金屬制成。因此，當(dāng)裝置10安裝到機(jī)動(dòng)車內(nèi)并使排氣管從電機(jī)伸入入口20時(shí)，探針50會(huì)連接到機(jī)動(dòng)車電系統(tǒng)的地極。
火花銷62、53、64、65由探針50的外表面徑向延伸，其中每一個(gè)火花銷位于每個(gè)管形第一電極32、33、34、35內(nèi)。如圖所示，繞探針50的外圓周面成90度間隔設(shè)置火花銷62、63、64、65。多孔過濾器68位于第二端蓋24附近但與其分隔開，有開口穿過過濾器68，該開口使穿過腔室12的氣體易于穿過過濾器68。
最好，過濾器68由具有關(guān)于碳?xì)浠衔锏拇呋鸦匦缘牟牧蠘?gòu)成，從而使過濾器68促進(jìn)由火花引起的反應(yīng)。例如，硅石-礬土被認(rèn)為是具有這樣降低氮氧化物的催化特性的固體酸。Cu-Cr和鋁氧化物(Al2O3)也具有這樣的特性。
參照?qǐng)D3，連接于圖1所示電極上的電源由具有車架71的機(jī)動(dòng)車的電池70產(chǎn)生。電池70的DC電壓由振蕩器72轉(zhuǎn)換成方形波，來自振蕩器72的輸出傳遞給多個(gè)變壓器76、77、78、79，每個(gè)圓柱形電極32、33、34、35有一個(gè)變壓器如圖1和2所示。變壓器76、77、78、79的出口端接著連接到相關(guān)的電纜44、45、46、47上，用于將輸出脈沖傳遞到腔室12內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，來自變壓器76、77、78、79的輸出脈沖足夠高以致超過每個(gè)火花銷62、63、64、65的遠(yuǎn)端和相應(yīng)第一電極32、33、34、35的內(nèi)表面之間的擊穿電壓，從而在探針和圓柱形電極之間形成一種火花圖形或矩陣。在圖中顯示了火花80。
在發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸中引起燃燒的電火花產(chǎn)生巨大的熱量，從而將火花附近的分子還原成非污染分子。但是原始燃燒的產(chǎn)物常常是污染物的不完全和部分還原的分子?；鸹ㄔ谥睆椒较蛱^大約0.02英寸的路徑，在該路徑內(nèi)的分子被還原成非污染物。在優(yōu)選實(shí)施例中，火花形成矩陣或圖形。穿過腔室12的橫截面，使火花具有不超過0.02英寸的間隙。因此，在矩陣平面任意側(cè)的0.01英寸內(nèi)的氣體至少受到一個(gè)火花塞作用。例如，圓柱形電極具有大約2英寸的外徑，變壓器的峰值電壓輸出應(yīng)該不低于10000伏。而且，脈沖的頻率應(yīng)該至少為1kHz，并且渦輪56應(yīng)使探針50以大約200r.p.m的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，由此每秒在密集矩陣中產(chǎn)生大約三個(gè)火花圖形以穿過腔室。
參照?qǐng)D4，在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，裝置90具有管形金屬體92，金屬體92中形成有腔室。第一端蓋94穿過入口端設(shè)置，第二端蓋96穿過出口端設(shè)置。第一端蓋94的偏心入口適于容納排氣管100的遠(yuǎn)端，第二端蓋96的偏心口適于容納排氣管104。
伸長(zhǎng)的非導(dǎo)電探針106縱向延伸穿過通常為圓柱形腔室的軸線，探針106具有第一端和第二端，第一端作為軸頸安裝在第一端蓋94內(nèi)，第而端作為軸頸安裝在第二端蓋96內(nèi)。在該實(shí)施例中，探針106由連接到齒輪裝置113的電機(jī)112帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，以便以給定速度旋轉(zhuǎn)探針。在第二端蓋110附近的是類似于第一實(shí)施例中的過濾器68的多孔過濾器114。
導(dǎo)電帶116、117、118、119沿探針106的長(zhǎng)度間隔設(shè)置，導(dǎo)電帶最好由銅制成并可覆蓋有金?；鸹ㄤN122、123、124、125分別由每個(gè)帶116、117、118、119延伸。每個(gè)帶具有鄰近相關(guān)銷122、123、124、125的非阻擋部分。
如圖所示，腔室體92具有沿著其長(zhǎng)度的多個(gè)間隔孔127、128、129、130，每個(gè)孔127、128、129、130由每個(gè)帶116、117、118、119的非阻擋部分徑向向外延伸。徑向向內(nèi)延伸的臂134、1 35、136、137延伸穿過每個(gè)孔127、128、129、130。刷140、141、142、143分別位于每個(gè)臂134、135、136、137的遠(yuǎn)端，分別適于形成與導(dǎo)電帶116、117、118、119之一的電接觸。導(dǎo)電電纜147、148、149、150、縱向延伸穿過每個(gè)徑向臂134、135、136、137，使得每個(gè)導(dǎo)電帶和相關(guān)銷122、123、124、125分別通過相關(guān)刷和電纜147、148、149、150連接到圖3所示的變壓器76、77、78、79之一上。
在第二實(shí)施例中，圖3所示的變壓器76、77、78、79的正導(dǎo)線連接電纜147、148、149、150，變壓器的負(fù)導(dǎo)線接地，從而使腔室12本身變成負(fù)極，而每個(gè)火花銷127、128、129、130的遠(yuǎn)端是正極。這與第一實(shí)施例相反，第一實(shí)施例的火花銷62、63、64、65是負(fù)極，而管形電極32、33、34、35是正極。
如圖所示，本發(fā)明的設(shè)計(jì)會(huì)在第一實(shí)施例的火花銷62、63、64、65和圓柱形電極32、33、34、35之間產(chǎn)生一種火花圖形跳躍或在第二實(shí)施例的火花銷122、23、124、135和殼體92之間產(chǎn)生一種火花圖形跳躍。火花產(chǎn)生的熱量會(huì)引起氣體中懸浮的污染物分子分解或重新形成其他非污染物分子。
參照?qǐng)D5，在第三實(shí)施例中，裝置160具有包括類似前述實(shí)施例的入口和出口的伸長(zhǎng)圓柱形導(dǎo)電腔室體162。伸長(zhǎng)導(dǎo)電探針172延伸穿過腔室162的軸線，探針172與腔室體162絕緣，使得探針172和腔室體162形成接觸以供施加的高壓電脈沖穿過。類似于前兩個(gè)實(shí)施例，第三實(shí)施例可以設(shè)計(jì)成具有多個(gè)沿腔室長(zhǎng)度延伸的觸點(diǎn)對(duì)162、172，但是這里只顯示了一個(gè)觸點(diǎn)對(duì)。
多個(gè)線圈形成的電磁鐵200、210、202、201圍繞腔室160的圓周設(shè)置。在該實(shí)施例中，與第二實(shí)施例的情況相同，導(dǎo)電探針172是正極，而導(dǎo)電腔室體162是負(fù)極。磁鐵200、201、202、203形成由磁力線206表示的磁場(chǎng)。
由四個(gè)線圈200、201、202、203形成的磁場(chǎng)由可包括微處理器的控制電路208控制。通過控制磁場(chǎng)206，可以控制由探針172產(chǎn)生的火花的方向。特別是，磁場(chǎng)可以繞探針172旋轉(zhuǎn)，由此在探針172和腔室體162之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)火花圖形。
本發(fā)明要求產(chǎn)生的火花圖形使每個(gè)火花穿過腔室內(nèi)部而到達(dá)其外壁，從而使該火花圖形形成一使所有廢氣流過的兩維矩陣。在前面三個(gè)實(shí)施例中，通過使火花徑向指向中心探針或離開中心探針而形成該矩陣。
參照?qǐng)D6，火花矩陣形成于矩形圖而不是角圖，在該實(shí)施例中，腔室220具有分別平行相對(duì)的內(nèi)側(cè)壁222、224和上下壁226、228，上和下壁226、228和側(cè)壁222都由絕緣體230覆蓋。多個(gè)觸點(diǎn)235延伸穿過絕緣側(cè)壁222，圖中顯示了其中四個(gè)。每個(gè)觸點(diǎn)235依此通過開關(guān)電路240連接類似于關(guān)于上面圖3描述的電脈沖源241。金屬導(dǎo)電腔室220在242處接地，以便在觸點(diǎn)235和相對(duì)壁224之間跳過矩形矩陣的火花244。
內(nèi)燃機(jī)廢氣中的常見分子污染物是碳?xì)浠衔铩⒁谎趸?、氮氧化物和一氧化氮。由于施加火花，一氧化碳?huì)氧化成二氧化碳，氮氧化物和碳?xì)浠衔飼?huì)重新化合成非污染化合物。盡管對(duì)該反應(yīng)還不完全了解，但是可以相信電極和殼體的金屬壁會(huì)被火花的電弧氧化并具有一些催化特性以分解污染物分子。
盡管已經(jīng)公開了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很顯然可以作出許多改變和變形而不背離本發(fā)明的精神和范圍。附加權(quán)利要求的目的是覆蓋所有這些落在本發(fā)明實(shí)際精神和范圍內(nèi)的改變和變形。
權(quán)利要求
1．一種用于減少轉(zhuǎn)化器廢氣流中分子污染物的裝置，包括伸長(zhǎng)管形中心體，形成具有主縱軸的腔室，所述管形體具有內(nèi)表面、入口、出口并具有導(dǎo)電性，伸長(zhǎng)探針，沿軸向延伸穿過所述管形中心體，并可在所述管形中心體內(nèi)繞所述探針的主縱軸旋轉(zhuǎn)，火花銷，從所述探針的表面延伸，所述火花銷具有與所述管形中心體的所述內(nèi)表面隔開的遠(yuǎn)端，用于將所述火花銷與所述管形中心體電絕緣的部件，用于在所述火花銷和所述管形體之間產(chǎn)生電火花的部件，用于在所述管形體內(nèi)旋轉(zhuǎn)所述探針的部件，以及用于將所述入口端與內(nèi)燃機(jī)的排氣口相連的部件。
2．如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述用于產(chǎn)生火花的部件產(chǎn)生一系列電脈沖跳過電極而形成一系列火花。
3．如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括在所述探針的所述表面的第二火花銷，所述火花銷與所述第二火花銷絕緣。
4．如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述探針上的渦輪，所述渦輪由流過所述管形腔室的氣體驅(qū)動(dòng)而繞所述探針旋轉(zhuǎn)。
5．如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)所述探針的電機(jī)。
6．如權(quán)利要求1所述的裝置，進(jìn)一步包括設(shè)在所述管形體內(nèi)的過濾器，所述過濾器具有關(guān)于碳?xì)浠衔锏拇呋鸦匦浴?br>
7．如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述過濾器由硅石-礬土、Cu-Cr和氧化鋁中的至少一種制成。
8．一種用于減少?gòu)U氣流中分子污染物的裝置，包括伸長(zhǎng)腔室，具有包括入口和出口的空腔，管形電極，具有主縱軸，所述管形電極位于所述空腔內(nèi)，伸長(zhǎng)探針，沿軸向延伸穿過所述管形電極，所述伸長(zhǎng)探針可在所述管形電極內(nèi)繞主縱軸旋轉(zhuǎn)，火花銷，從所述探針的表面延伸，所述火花銷具有與所述管形電極的內(nèi)表面隔開的遠(yuǎn)端，用于將所述火花銷與所述管形電極電絕緣的部件，用于在所述火花銷的所述遠(yuǎn)端和所述管形電極之間產(chǎn)生電火花的部件，用于在所述管形電極內(nèi)旋轉(zhuǎn)所述探針的部件，以及用于將所述腔室的入口端與內(nèi)燃機(jī)的排氣口相連的部件。
9．如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述用于產(chǎn)生火花的部件產(chǎn)生一系列電脈沖跳過電極而形成一系列火花。
10．如權(quán)利要求8所述的裝置，進(jìn)一步包括在所述探針的所述表面上的第二火花銷。
11．如權(quán)利要求8所述的裝置，進(jìn)一步包括旋轉(zhuǎn)所述探針的電機(jī)。
12．如權(quán)利要求8所述的裝置，進(jìn)一步包括設(shè)置在所述探針上的渦輪，所述渦輪由流過所述管形腔室的氣體驅(qū)動(dòng)而繞所述探針旋轉(zhuǎn)。
13．如權(quán)利要求8所述的裝置，進(jìn)一步包括設(shè)在所述管形腔室內(nèi)的過濾器，所述過濾器具有關(guān)于碳?xì)浠衔锏拇呋鸦匦浴?br>
14．如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述過濾器由硅石-礬土、Cu-Cr和氧化鋁中的至少一種制成。
15．一種用于減少?gòu)U氣中分子污染物的裝置，包括具有入口和出口的腔室以及繞所述腔室延伸的外壁，所述外壁封閉一流動(dòng)通道，以便廢氣流入所述入口并流出所述出口，用于產(chǎn)生多個(gè)電脈沖的脈沖部件，連接到所述脈沖部件的矩陣部件，所述矩陣部件用于形成兩維火花圖形橫穿通過所述腔室的氣流。
16．如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述矩陣部件形成一火花圖形，該火花圖形距離相鄰火花不超過0.02英寸。
17．如權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述脈沖部件產(chǎn)生一系列高壓脈沖。
18．去除廢氣流中分子污染物的方法，包括步驟引導(dǎo)所述廢氣通過具有入口、出口和壁的腔室，在所述壁內(nèi)設(shè)置多個(gè)電觸點(diǎn)，設(shè)置形成穿過所述電觸點(diǎn)的火花矩陣的部件，產(chǎn)生一系列連續(xù)電脈沖，每個(gè)所述電脈沖具有足以引起火花穿過所述腔室中的電觸點(diǎn)的電壓，以及將所述系列電脈沖傳遞到所述部件以形成火花矩陣。
19．如權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括步驟使所述廢氣流流過具有關(guān)于碳?xì)浠衔锏拇呋鸦匦缘倪^濾器。
20．如權(quán)利要求15所述的裝置，進(jìn)一步包括設(shè)在所述腔室中的過濾器，所述過濾器具有關(guān)于碳?xì)浠衔锏拇呋鸦匦浴?br>
全文摘要
一種從廢氣中去除分子污染物的裝置(10),包括圓柱形腔室(12)和軸向延伸穿過腔室(12)長(zhǎng)度的旋轉(zhuǎn)探針(50)。火花銷(62)從探針(50)的外表面伸出,施加一系列高壓電脈沖穿過圍繞腔室(12)內(nèi)壁的圓柱形觸點(diǎn)和火花銷(62)。該一系列高壓脈沖引起腔室(12)中形成火花圖形,其將分子污染物還原成非污染化合物。
文檔編號(hào)B01D53/32GK1314970SQ9881427
公開日2001年9月26日 申請(qǐng)日期1998年10月16日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月1日
發(fā)明者杰克·陳 申請(qǐng)人:杰克·陳