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一种电场强化的三元催化器制造技术

技术编号:19216475 阅读:40 留言:0更新日期:2018-10-20 06:59
本实用新型专利技术公开了一种电场强化的三元催化器,包括:壳体,其内部具有中空腔体;进气口,其设置在所述壳体一侧,与所述腔体一端连通;出气口,其设置在所述壳体另一侧,与所述腔体的另一端连通;第一接线孔位,其设置在所述壳体靠近进气口一侧的外部,并与所述腔体连通;第二接线孔位,其设置在所述壳体靠近出气口一侧的外部,并与所述腔体连通;其中,所述第一接线孔和所述第二接线孔分别连接高压激励电源两极;催化机构,其上涂覆有贵金属催化剂并支撑在所述壳体内部,能够连通所述高压激励电源,对汽车尾气进行催化;其中,所述催化机构与所述壳体、所述进气口、所述出气口同轴设置。本装置提高了催化效率,减少尾气排放。

【技术实现步骤摘要】
一种电场强化的三元催化器
本技术属于发动机
,更具体地说,涉及一种汽车电场强化的三元催化器。
技术介绍
随着国家法律法规对环保要求越来越严格,汽车尾气中含有大量的污染成分,对环境造成污染、危害人体健康,汽车发动机尾气处理技术显得尤为重要,这其中三元催化器是典型代表。三元催化器是一种处理发动机尾气的装置,其有效成分是贵金属催化剂,主要作用是将发动机尾气中的一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物等有害物质通过催化作用使上述三种气体发生氧化还原反应转变为无害的二氧化碳、水和氮气。金属表面发射电子现象原理:在金属的表面,一个自由电子受多个原子核的作用,它的势能如图2所示。图中横轴垂直于金属表面,表示距离金属表面的距离,纵轴表示电子的势能。在无限远处,势能为零,即Wa=0。自由电子的最低能级是-Wa,能量再低于-Wa的电子为束缚电子,电子束缚在原子内,它不能越过离子之间的“势垒”而自由运动。金属中自由电子的势能为时,它们虽然可以在金属中自由运动,但是还不能脱离金属。必须由外界给这些电子足够的能量电子的动能才能够使它超过表面势垒而脱离金属表面而成为空间自由电子。从外部把能量传给这种自由电子的方式可以是外加电场以改变电子离开表面所需要的能量,这就是场致发射现象。贵金属催化的基本原理:化学反应需要克服原子或分子外层价电子的势垒,一般通过原子或分子的热能来为价电子提供脱出功,从而产生带电荷的正负离子,形成化学反应的活性基团。原子中d或f轨道电子的脱出功很小,远低于其他轨道电子。因此,通常使用d或f轨道的原子作为催化剂,提供中间过渡状态的转移轨道和电子,产生带电的活性基团,促进化学反应。因此,催化作用核心来自于较低脱出功的转移轨道及其电子,通过改变原子核最外层价电子的脱出功,就可以改变催化效率。目前催化剂所用的d或f轨道原子多为贵金属原子。外加电场可以明显改变电子的脱出功,由于外电场的存在,使金属表面势垒变形,有部分电子透过势垒而脱离金属表面。这种现象称之为“场致发射”。现在考虑一个电子离金属表面的距离为x(比金属晶格大得多)时的情况,它的电场分布就像在金属表面另一边(-x)处有一个+e电荷。由此引起作用于电子上的力,称为“镜像力”。该力由库伦定律得式中,ε0是真空中的介电常数,从∞处积分到x,得x距离处的势能图3曲线1表示没有外电场时的势能曲线设外加电场的幅值为E,它的方向垂直于金属表面,电子在这电场中的势能将等于Wl=-eEx它是一条直线,图3曲线2表示-Wl=eEx这一部分。这两部分合起来的总势能为Wt=We+Wt或图3的曲线3就是表示这一关系的曲线。由此可见,表面势垒确实降低了一定幅度。现在电子要脱离金属表面就不需要获得这么大的能量,只需要就可以。势垒的形状也改变了,现在它有一定的宽度,不像没有外电场时,它延伸到无限远。外加电场并不必需要到场致发射的程度以产生自由电子,只要改变电子脱出功就可以提高催化效率。贵金属电子脱离内表面或外表面时,因电子带负电荷,所以逆着电场的电力线运动。电子所在表面为催化反应进行的表面。现有的三元催化器改进中,多从结构、催化剂载体方面进行改善。如中国技术专利CN201620955145对反应结构进行创新,设置两个反应仓以使反应更加充分;中国技术专利CN201611050380则使用微波加热对发动机尾气进行加热促使反应更加充分;申请公开的中国技术专利CN201611014686引入温差发电为尾气调节合适温度。目前尚无从提高催化剂催化效率角度进行改善的方案。
技术实现思路
本技术设计开发了一种电场强化的三元催化器,对催化机构施加外加电场,通过改变贵金属原子核最外层价电子的脱出功,改变催化效率。一种电场强化的三元催化器,包括:壳体,其内部具有中空腔体;进气口,其设置在所述壳体一侧,与所述腔体一端连通;出气口,其设置在所述壳体另一侧,与所述腔体的另一端连通;第一接线孔位,其设置在所述壳体靠近进气口一侧的外部,并与所述腔体连通;第二接线孔位,其设置在所述壳体靠近出气口一侧的外部,并与所述腔体连通;其中,所述第一接线孔和所述第二接线孔分别连接高压激励电源两极;催化机构,其上涂覆有贵金属催化剂并支撑在所述壳体内部,能够连通所述高压激励电源,对汽车尾气进行催化;其中,所述催化机构与所述壳体之间绝缘,且所述催化机构与所述壳体、所述进气口、所述出气口同轴设置。优选的是,所述催化机构为多个相连的蜂窝载体孔,且其内壁涂覆有贵金属催化剂;其中,选取若干蜂窝载体孔为负电孔,在其中通入高压负电,选取与所述负电孔相邻的多个蜂窝孔为正电孔,在其中通入高压正电。优选的是,所述催化机构为多个第一细薄壁金属管总成,其包括:多个第一细薄壁金属管,其内壁涂覆有贵金属催化剂;金属电极丝,其外部由陶瓷包裹,设置在第一细薄壁金属管内部,并沿所述金属管轴线方向设置;第一支撑架,其设置在所述壳体内部两端,用于支撑所述第一细薄壁金属管和所述金属电极丝的相对位置;其中,所述第一细薄壁金属管连接高压负电,所述金属电极丝连接高压正电。优选的是,所述催化机构为多个第二细薄壁金属管总成,其包括:多个第二细薄壁金属管,其外壁涂覆有贵金属催化剂;第二支撑架,其设置在所述催化机构内部两端,用于保持相邻所述第二细薄壁金属的相对位置;其中,选取若干所述第二细薄壁金属管作为正电管,在其中通入高压正电,在所述正电管外部等间距的第二细薄壁金属管作为负电管,在其中通入高压负电。优选的是,所述催化机构包括:多个相互平行的金属板,所述金属板表面涂覆有贵金属催化剂;保持机构,其设置在所述金属板之间,用于支撑所述金属板;其中,所述金属板依次交替施加高压正电和高压负电,其中,所述金属板的平面方向与汽车尾气的流动方向平行,所述汽车尾气能够在相邻金属板之间的空隙轴向流动。优选的是,所述金属板选用平面金属板或金属丝密布网结构。优选的是,所述保持机构包括至少两根绝缘立柱。优选的是,所述壳体的两端通过缓冲密封材料与所述进气口和所述出气口相连;其中,所述缓冲密封材料为柔性材料。优选的是,所述进气口和所述出气口采用绝缘材质。本技术所述的有益效果:本技术专利可以促进一氧化碳、碳氢化合物和氮氧化物转化为无害的二氧化碳、水、氮气的转化反应速率,提高了催化效率,减少尾气排放,对环境保护起到了积极意义。通过改变贵金属原子核最外层价电子的脱出功,就可以改变催化效率。在外加电场的作用下也可以达到贵金属催化剂原有的催化能力,使得廉价的金属在电场强化的三元催化器的运用成为可能。附图说明图1为本技术所述的电场强化的三元催化器的结构示意图。图2为本技术所述的金属表面电子势能的示意图。图3为外电场对势垒的作用示意图。图4为本技术所述催化机构的实施例1的结构示意图。图5为本技术所述催化机构的实施例1的局部电场示意图。图6为本技术所述催化机构的实施例2的结构正视图。图7为本技术所述催化机构的实施例2的结构侧视图。图8为本技术所述的细薄壁金属管总成的结构示意图。图9为本技术所述催化机构的实施例3的结构正视图。图10为本技术所述催化机构的实施例3的结构侧视图。图11为本技术所述催化机构的实施例4的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本技术做本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种电场强化的三元催化器,其特征在于,包括:壳体,其内部具有中空腔体;进气口,其设置在所述壳体一侧,与所述腔体一端连通;出气口,其设置在所述壳体另一侧,与所述腔体的另一端连通;第一接线孔位,其设置在所述壳体靠近进气口一侧的外部,并与所述腔体连通;第二接线孔位,其设置在所述壳体靠近出气口一侧的外部,并与所述腔体连通;其中,所述第一接线孔和所述第二接线孔分别连接高压激励电源两极;催化机构,其上涂覆有贵金属催化剂并支撑在所述壳体内部,能够连通所述高压激励电源,对汽车尾气进行催化;其中,所述催化机构与所述壳体之间绝缘,且所述催化机构与所述壳体、所述进气口、所述出气口同轴设置。

【技术特征摘要】
1.一种电场强化的三元催化器,其特征在于,包括:壳体,其内部具有中空腔体;进气口,其设置在所述壳体一侧,与所述腔体一端连通;出气口,其设置在所述壳体另一侧,与所述腔体的另一端连通;第一接线孔位,其设置在所述壳体靠近进气口一侧的外部,并与所述腔体连通;第二接线孔位,其设置在所述壳体靠近出气口一侧的外部,并与所述腔体连通;其中,所述第一接线孔和所述第二接线孔分别连接高压激励电源两极;催化机构,其上涂覆有贵金属催化剂并支撑在所述壳体内部,能够连通所述高压激励电源,对汽车尾气进行催化;其中,所述催化机构与所述壳体之间绝缘,且所述催化机构与所述壳体、所述进气口、所述出气口同轴设置。2.根据权利要求1所述的电场强化的三元催化器,其特征在于,所述催化机构为多个相连的蜂窝载体孔,且其内壁涂覆有贵金属催化剂;其中,选取若干蜂窝载体孔为负电孔,在其中通入高压负电,选取与所述负电孔相邻的多个蜂窝孔为正电孔,在其中通入高压正电。3.根据权利要求1所述的电场强化的三元催化器,其特征在于,所述催化机构为多个第一细薄壁金属管总成,其包括:多个第一细薄壁金属管,其内壁涂覆有贵金属催化剂;金属电极丝,其外部由陶瓷包裹,设置在第一细薄壁金属管内部,并沿所述金属管轴线方向设置;第一支撑架,其设置在所述壳体内部两端,用于支撑所述第一细薄壁金属管和所述金属电极丝的相对位置;其中,所述第一细薄壁金属管连接高压...

【专利技术属性】
技术研发人员:王军年刘培祥王治强王岩王庆年罗正杨斌王凯郭德东
申请(专利权)人:吉林大学
类型:新型
国别省市:吉林,22

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