一種反向噴氣再生碳煙過濾器的過濾材料及其過濾器的製作方法

2023-06-11 10:23:36 1

專利名稱：一種反向噴氣再生碳煙過濾器的過濾材料及其過濾器的製作方法
技術領域：
本發明屬於內燃機排氣淨化技術及設備，特別涉及一種反向噴氣再生碳煙過濾器使用的過濾材料及其過濾器的結構。
實踐表明，柴油機排放的碳煙對大氣環境及人體健康影響很大。其90％以上的粒徑在0．01～1．0μm之間，能長時間懸浮在大氣中，很容易通過呼吸系統進入肺泡中並沉積下來，較小微粒甚至可以進入血液中，對人體健康威脅很大，成為多種疾病的誘發因素。因此各國都對柴油機碳煙排放進行了不同程度的限制。
目前，現有技術中大都採用過濾的方法去除柴油機排氣中的碳煙微粒，使用的過濾材料主要有壁流式蜂窩陶瓷過濾體，陶瓷纖維，炮沫陶瓷過濾體，金屬絲網等。其中美國的corning公司、日本的NGK公司研究的壁式蜂窩陶瓷過濾體，美國3M公司研究的編織陶瓷纖維過濾體，都有良好的過濾效率和相對較低的排氣阻力。在過濾過程中，隨著過濾體內碳煙微粒的不斷積累，柴油機排氣阻力會逐漸增加，會導致柴油機燃燒惡化。所以，當碳煙微粒積累到一定量時，就必須及時對其進行清除，使過濾體得到再生。
目前，國內外對柴油機碳煙過濾器再生技術進行了大量的研究，先後出現了多種方法，概括起來可分為三大類。最早出現且研究最多的一類是加熱再生，這類再生方法有全負荷再生、噴油助燃再生、電加熱再生、電自加熱再生、微波加熱再生等；第二類是使用催化的方法進行再生，如催化再生、連續再生等；第三類是非加熱非催化再生，主要的方法是逆向噴氣再生，它的特點是利用壓縮空氣反向將碳煙微粒從過濾體中分離出來，集中進行處理，從而避免碳煙在過濾器內燃燒導致的熱損壞。
現有技術中的加熱再生儘管已有很多形式的加熱方法，但加熱再生有兩大難以避免的缺點一是加熱造成的熱不均勻和碳煙燃燒產生的高溫使過濾器可靠性相對較差；二是加熱的效率一般都很低。因此，目前仍沒有成熟的柴油機碳煙過濾器加熱再生技術推廣應用。
催化再生技術的主要缺點是催化劑容易中毒。因此該技術對柴油的含硫量的要求較高。對於連續再生，一般要求柴油含硫量低於10ppm。而目前發達國家的柴油含硫量約為350ppm，發展中國家的柴油含硫量在5000ppm以上。因此該技術的應用受到很大限制，尤其是在中國相當長的時期內不可能推廣使用。
由於以上原因，非加熱非催化再生的反向噴氣再生技術受到了重視。目前反向噴氣再生技術所使用的過濾材料主要是傳統的壁流式蜂窩陶瓷和普通金屬絲網，反向清除碳煙微粒的效果不是十分理想，收集反向清除出來的碳煙微粒的裝置也過於複雜(如採用旋風分離器等)，消耗的壓縮空氣量過大。造成這些結果的主要原因是過濾材料的特性和過濾器結構不是針對反向噴氣再生而設計，不能充分發揮壓縮空氣清潔的作用。如壁流式蜂窩陶瓷的過濾孔道細小狹長，而且很不規則，碳煙鑲鉗在這些孔道裡時不容易被壓縮空氣清除出來。金屬絲網由於受機械強度的限制，一般附在圓柱形的支撐上，其過濾面積和可靠性很難提高。以上兩種過濾器均不利於碳煙微粒的二次收集。
鑑於上述技術的缺點，日本日野汽車公司(Hino Motors，Ltd．TatsukiIgarashi，Masatoshi Shimoda，Tetsuya Otanl，SAE Paper 910138「Development ofDiesel Particulate Trap Systems for City Buses」)設計了一種專門針對反向噴氣再生技術的過濾器，該過濾器的過濾體是採用剛性陶瓷材料製造，並加工成多組進氣通道和多組排氣通道，進氣通道與排氣通道相互垂直，形成交叉結構，其中每組進氣通道又是由一組豎直的橢圓形直通管組成，排氣通道則是截面為矩形的扁平通道。該過濾器雖有利於碳煙顆粒的二次收集，但由於過濾體採用剛性陶瓷材料製造，造成加工難度大，工藝複雜，一般廠家難於實現；同時噴氣再生時微粒仍很難吹淨，壓縮空氣消耗量大，再生效果並不明顯。
針對現有技術的不足和缺陷，本發明的目的和任務是根據反向噴氣再生技術的特點，提供一種用於製造反向噴氣再生碳煙過濾器的過濾材料及其使用該材料製造的過濾器，使其不僅工藝簡單，易於製造且結構緊湊，而且再生效果明顯；並能在有限的空間內具有較大的過濾面積，從而進一步減少壓縮空氣的消耗量。
本發明是通過以下技術方案實現的一種反向噴氣再生碳煙過濾器用的過濾材料，其特徵是該過濾材料採用多孔燒結金屬絲網板。
由於燒結金屬絲網板具有光滑的孔道，使碳煙微粒更加容易被清除出來；同時燒結金屬絲網板與薄金屬板一樣具有較高的機械強度，並有一定的彈性。在脈衝氣流的作用下會持續振動，並有小量的撓曲變形，這種變形能使附著在金屬絲網板上的微粒層剝落。這種變形正是利用了氣流的脈動能量，從而使反向噴氣再生效果十分明顯。
利用上述過濾材料製成的一種反向噴氣再生碳煙過濾器，它由過濾體、壓縮空氣進氣管、閥門、碳煙氣體進氣管、清結氣體排氣管及微粒收集器等組成，其特徵在於上述過濾體是由許多矩形的多孔燒結金屬絲網板和豎向及橫向塊狀隔板組成的交叉結構。
利用所述過濾材料製成的另一種反向噴氣再生碳煙過濾器，它由過濾體、壓縮空氣進氣管、閥門、碳煙氣體進氣管、清結氣體排氣管及微粒收集器等組成，其特徵是所述過濾體是由一個或多個多孔燒結金屬絲網板圍成的過濾桶組成。
為了進一步增加其過濾面積，上述過濾桶的表面除呈園柱狀外，亦可做成波紋狀或其它形狀。
附

圖1為反向噴氣再生過濾器交叉過濾體的立體結構示意圖。
附圖2為過濾體採用多個過濾桶的結構示意圖。
附圖3為過濾桶表面呈波紋狀的斷面視圖。
圖中1．燒結金屬絲網板 2．橫向隔板 3．豎向隔板 4．豎向進氣通道 5．橫向排氣通道 6．碳煙氣體入口 7．過濾桶 8．氣體出口下面結合附圖具體說明本發明的工作原理、具體結構及最佳實施方式附圖1表示出採用多孔燒結金屬絲網板製造的交叉結構的過濾體。該過濾體由許多矩形的多孔燒結金屬絲網板1和塊狀橫向隔板2及塊狀豎向隔板3組成。每兩塊金屬絲網板間用兩個或三個隔板隔離，並分別在兩塊金屬絲網板間形成橫向排氣通道和豎向進氣通道。且相鄰的兩個排氣通道是相互垂直的。豎直方向的通道是進氣通道，由兩塊金屬絲網板和兩塊豎向隔板組成，是一個直通通道，其底部與微粒收集器連通。橫向通道是排氣通道，由兩塊燒結金屬絲網板和兩塊橫向隔板及一塊豎向隔板組成，因此是一個三包圍通道。由於多孔燒結金屬絲網板不需要進行複雜的加工，且具有較好的機械強度，因此製造工藝簡單，網與網之間的通道可以很窄，因此過濾體的結構很緊湊。
含有碳煙的排氣通過燒結金屬絲網板時，排氣中的碳煙微粒會被燒結金屬絲網過濾掉而留在進氣通道內，沒有碳煙的排氣經橫向通道進入排氣管後排放到大氣中。反向再生時，高壓脈衝氣體從壓縮空氣進入管進入橫向通道，在通道內形成高壓(5-8大氣壓)。這樣，在燒結金屬絲網板的兩側形成了壓力差，附著在燒結金屬絲網板上的碳煙微粒層會在壓力差的作用下脫落。脫落的碳煙微粒在重力和氣流的作用下被收集到下面的微粒收集器進行集中處理，這樣可以節約能量並增加過濾體的可靠性。過濾體的過濾效率主要取決於金屬絲網板的過濾精度，可根據要求選擇合適的燒結金屬絲網板，燒結金屬絲網板的厚度一般在1mm以內。燒結金屬絲網板的大小和數量根據柴油機的排氣量而定，以其阻力對發動機性能影響不大為原則，一般進氣通道和排氣通道可多達幾十個。
附圖2為過濾體採用多個過濾桶的結構示意圖，表示出利用多孔金屬絲網板製成的過濾桶，其過濾桶表面呈園柱狀。為增加其過濾面積，亦可做成波紋狀或其他形狀，該過濾器的過濾桶可以採用一個或多個。過濾器工作時，含碳煙的氣體從碳煙氣體入口6進入過濾桶7，排氣中的碳煙微粒會被燒結金屬絲網壁過濾掉而留在過濾桶內；過濾後的清潔氣體則穿過桶壁後經氣體出口8被排往大氣。反向再生時，高壓氣體從氣體入口8進入，穿過桶壁進入過濾桶，碳煙微粒即被剝離。
本發明與現有技術相比，具有以下優點及有益效果由於採用了多孔燒結金屬絲網板做為過濾材料，其光滑的孔道使碳煙微粒更加容易被清除出來。同時燒結金屬絲網板與薄金屬板一樣，本身具有較高的機械強度，不僅製造工藝簡單，容易加工成不同結構的過濾體，而且使過濾體結構緊湊，能在有限的空間內有較大的過濾面積。同時由於該過濾材料具有一定的彈性，在脈衝氣流的作用下會持續振動，並有小量的撓曲變形，這種變形能使附著在金屬絲網板上的微粒層更容易剝落，使反向噴氣再生效果十分明顯，一次便能完全清除所有的碳煙，壓縮空氣的消耗量也進一步減少。從而使反向噴氣再生技術更加簡單、可靠；有效地解決了現有柴油機碳煙過濾器由於加工難度大、可靠性低等原因造成的難以推廣使用的問題。
權利要求
1．一種反向噴氣再生碳煙過濾器用的過濾材料，其特徵是該過濾材料採用多孔燒結金屬絲網板。
2．一種利用權利要求1所述過濾材料製成的反向噴氣再生碳煙過濾器，它出過濾體、壓縮空氣進氣管、閥門、碳煙氣體進氣管、清結氣體排氣管等組成，其特徵在於上述過濾體是由許多矩形的多孔燒結金屬絲網板和豎向及橫向塊狀隔板組成的交叉結構。
3．一種利用權利要求1所述過濾材料製成的反向噴氣再生碳煙過濾器，它由過濾體、壓縮空氣進氣管、閥門、碳煙氣體進氣管、清結氣體排氣管等組成，其特徵是所述過濾體採用一個或多個多孔燒結金屬絲網板圍成的過濾桶。
4．按照權利要求3所述的反向噴氣再生碳煙過濾器，其特徵在於所述過濾桶表面呈圓柱狀、波紋狀或其它形狀。
全文摘要
一種反向噴氣再生碳煙過濾器的過濾材料及其過濾器,屬於內燃機排氣淨化技術及設備。其特點是採用多孔燒結金屬絲網板作為反向噴氣再生碳煙過濾器的過濾材料。採用該材料製作過濾器,不僅製造工藝簡單,容易加工成不同結構的過濾體,而且使過濾體結構緊湊,能在有限的空間內有較大的過濾面積。同時再生效果明顯,壓縮空氣消耗量低。從而使反向噴氣再生技術更加簡單、可靠;有效地解決了現有柴油機碳煙過濾器由於加工難度大、可靠性低等原因造成的難以推廣使用的問題。
文檔編號B01D39/20GK1278454SQ0010980
公開日2001年1月3日 申請日期2000年7月7日 優先權日2000年7月7日
發明者資新運, 寧智, 歐陽明高 申請人:清華大學