一種基於CDPF的汽車空調PM2.5過濾系統的製作方法

2023-05-26 22:02:56 1

本發明涉及汽車空調空氣淨化領域，尤其是涉及一種基於CDPF的汽車空調PM2.5過濾系統。

背景技術：

CDPF，即催化型柴油顆粒捕集器(Catalyzed Diesel Particulate Filter)，是柴油機尾氣後處理的重要裝置之一。它的工作原理是：尾氣從一個通道進去，這個通道是堵死的，只能通過通道的壁面從兩邊的通道出去，而兩邊的通道是進口堵死、出口通透的。要通過壁面，只有氣體和直徑小的顆粒物能通過，大的顆粒物被阻隔在壁面上，從而達到減少顆粒物排放的目的。CDPF需要加熱，因為附著在壁面的顆粒物需要定期去除，這稱之為「再生」。再生就是把附著在壁面上的顆粒物給燒掉，分為主動再生和被動再生。加熱、噴油屬於主動再生，CDPF屬於被動再生。C是催化劑，塗在CDPF的壁面上就可以降低顆粒物的起燃溫度，使之能在正常的排氣溫度下燃燒。目前CDPF在柴油機尾氣淨化處理的可拓展性在於催化劑的高效性，但整體技術已經較為成熟。

目前汽車空調的空氣淨化裝置主要用於除塵和除臭，在汙染日益嚴重的今天，PM2.5對人體產生著不可忽視的影響，汽車空調具有去除PM2.5的功能日漸重要。然而現有的具有去除PM2.5功能的汽車空調大多還是通過物理吸附進行實現，幾乎沒有將CDPF技術與汽車空調結合的情況。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述問題提供一種基於CDPF的汽車空調PM2.5過濾系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基於CDPF的汽車空調PM2.5過濾系統，與汽車空調的進氣口連接，其特徵在於，所述系統包括：

進氣預熱模塊，用於加熱進入汽車空調PM2.5過濾系統的空氣；

CDPF催化過濾模塊，與進氣預熱模塊連接，用於利用CDPF催化劑載體上的催化劑將加熱後的空氣中的PM2.5進行化學降解，並收集降解後的廢氣；

氣體降溫管路，與CDPF催化過濾模塊連接，用於將降解後的空氣進行降溫；

HEPA網，與氣體降溫管路連接，用於物理吸附氣體中的PM2.5；

車內監測控制模塊，與進氣預熱模塊連接，用於監測車內PM2.5的濃度是否超過淨化標準值，並在車內PM2.5濃度超過淨化標準值時控制進氣預熱模塊進行工作。

所述車內監測控制模塊包括：

PM2.5傳感器，用於監測車內PM2.5的濃度；

電磁繼電器，用於控制進氣預熱模塊的工作狀態；

採集控制器，用於採集PM2.5傳感器的感應信號，並在感應信號表示車內PM2.5的濃度超過淨化標準值時，控制電磁繼電器開啟進氣預熱模塊；

第一供電電源，用於為電磁繼電器和採集控制器供電。

所述進氣預熱模塊包括：

進氣預熱器，用於對進入汽車空調PM2.5過濾系統的空氣進行預熱；

第二供電電源，在車內PM2.5的濃度超過淨化標準值時響應，用於為進氣預熱器供電。

所述CDPF催化過濾模塊包括：

CDPF催化劑載體，用於搭載CDPF所用的催化劑，降低PM2.5的起燃溫度，將預熱後的空氣中的PM2.5進行化學降解；

廢氣收集器，用於收集降解後的廢氣。

所述CDPF催化過濾模塊還包括廢氣傳感器和報警器，所述廢氣傳感器用於監測廢氣收集器中廢氣的含量，所述報警器在廢氣傳感器監測到廢氣收集器內的廢氣含量超過廢氣閾值時響應，用於提醒用戶需要進行廢氣處理。

所述催化劑位於CDPF催化劑載體的壁面上。

所述加熱後的空氣溫度不低於催化劑的工作溫度。

所述氣體降溫管路包括螺旋降溫管道或裝有水的U型管。

所述降溫氣體的溫度不高於60℃。

所述淨化標準值為35μg/m3。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

(1)採用CDPF技術用於汽車空調的進氣過濾，CDPF技術目前已經較為成熟，將其與汽車空調進氣過濾進行結合，不僅易於實現，而且簡單高效，過濾效率高且進氣阻力小。

(2)由於本系統將CDPF技術與汽車空調進氣過濾進行結合，因此無需破壞原有的汽車空調結構，只需將本系統安裝在汽車空調的進氣口之前即可實現，便於進行推廣，實用性能強。

(3)設有車內監測控制模塊，只有在PM2.5的濃度超標時才進行完整過濾，智能化程度高，且節省能源，避免了資源的浪費。

(4)設有廢氣收集器，將化學降解後的廢氣進行收集，避免了廢氣進入空氣中汙染大氣或廢氣進入到汽車內部汙染汽車環境。

(5)設有廢氣傳感器和報警器，在廢氣含量超標時提醒車主進行廢氣處理，波，避免了廢氣收集器失效而導致的空氣汙染的情況。

(6)設有氣體降溫管路，保證了進入汽車空調蒸發器之前的空氣溫度不高於60℃，防止汽車空調的蒸發器負載過大，增加了汽車空調的壽命，同時滿足了節能環保的需求。

(7)利用HEPA網二次吸附經化學降解後的空氣，增強了過濾的效果，同時在車內PM2.5濃度未超標時，也可對PM2.5進行物理吸附，進一步確保了車內空氣的潔淨。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的工作流程圖；

圖3為車內監測控制模塊的結構示意圖；

圖4為基於CDPF的汽車空調PM2.5過濾系統的安裝位置示意圖；

其中，1為車內監測控制模塊，2為進氣預熱模塊，3為CDPF催化過濾模塊，4為氣體降溫管路，5為HEPA網，11為第一供電電源，12為採集控制器，13為電磁繼電器，14為PM2.5傳感器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

如圖1所示，為基於CDPF的汽車空調PM2.5過濾系統，該系統與汽車空調的進氣口連接，安裝位置如圖4所示，該系統包括：車內監測控制模塊1，用於監測車內PM2.5的濃度是否超過淨化標準值，並在車內PM2.5濃度超過淨化標準值時控制汽車空調PM2.5過濾系統進行過濾；進氣預熱模塊2，在車內PM2.5的濃度超過淨化標準值時響應，用於加熱進入汽車空調PM2.5過濾系統的空氣；CDPF催化過濾模塊3，用於利用CDPF催化劑載體上的催化劑降低空氣中PM2.5的起燃溫度，從而將加熱後的空氣中的PM2.5進行化學降解，並收集降解後的廢氣；氣體降溫管路4，用於將降解後的空氣進行降溫；HEPA網5，用於物理吸附降溫氣體中少量的PM2.5。

其中，如圖3所示，車內監測控制模塊1包括：PM2.5傳感器14，用於監測車內PM2.5的濃度；電磁繼電器13，用於控制進氣預熱模塊2的工作狀態；採集控制器12，用於採集PM2.5傳感器14的感應信號，並在感應信號表示車內PM2.5的濃度超過淨化標準值時，控制電磁繼電器13停止進氣預熱模塊2的工作；第一供電電源11，用於為電磁繼電器13和採集控制器12供電。進氣預熱模塊2包括：進氣預熱器，用於對進入汽車空調PM2.5過濾系統的空氣進行預熱；第二供電電源，在車內PM2.5的濃度超過淨化標準值時響應，用於為進氣預熱器供電。CDPF催化過濾模塊3包括：CDPF催化劑載體，用於搭載CDPF催化劑，降低PM2.5的起燃溫度，將預熱後的空氣中的PM2.5進行化學降解；廢氣收集器，用於收集降解後的廢氣。廢氣傳感器，用於監測廢氣收集器中廢氣的含量；報警器，在廢氣傳感器監測到廢氣收集器內的廢氣含量超過廢氣閾值時響應，用於提醒用戶需要進行廢氣處理。

如圖2所示，本系統的工作流程包括下列步驟：

s1)車內監測控制模塊1監測PM2.5濃度，當PM2.5濃度在一級日平均濃度標準值35μg/m3以上時，控制第二供電電源供電，否則控制第二供電電源停止供電。

s2)第二供電電源給進氣預熱器充電，直至進入的空氣被加熱到不低於催化劑的工作溫度；

s3)高溫氣體進入CDPF催化劑載體，其中的PM2.5被化學降解，進入廢氣收集裝置，其餘氣體進入氣體降溫管路4；

s4)當廢氣收集裝置中的傳感器發出警告，即廢氣過多，則需要更換廢氣收集裝置；

s5)高溫空氣經氣體降溫管路4降至不高於60℃；

s6)低溫氣體經過HEPA網5進入汽車空調蒸發器、暖風機。

本實施例中，具體的工作過程為：當車內監測控制模塊1(PM2.5濃度傳感器)監測到PM2.5濃度在一級日平均濃度標準值35μg/m3以下時，則空氣直接經過HEPA網5進入汽車空調；當車內監測控制模塊1(PM2.5濃度傳感器)監測到PM2.5濃度在一級日平均濃度標準值35μg/m3以上時，電源為進氣預熱器供電，將進入汽車空調的空氣首先進行加熱，直至加熱到之後的CDPF催化劑載體中催化劑的溫度平衡點(顆粒生成與顆粒清除量相同時的溫度，約265℃)，隨後被加熱的空氣通過CDPF催化劑載體其中PM2.5被化學降解，其他的較為潔淨的空氣通過氣體降溫管路4使空氣溫度降低，接下來通過HEPA網5時少量的PM2.5可被物理吸附，隨後空氣進入汽車空調經除塵、除臭進入汽車內。同時車內安裝有監測控制系統，可控制化學降解的過程。

基於CDPF的汽車空調PM2.5過濾系統布置要求為，在汽車空調進氣口，即汽車空調蒸發器和鼓風機之前(如圖2基於CDPF的汽車空調PM2.5過濾系統安裝位置圖所示)，另外必須保證進入蒸發器中的空氣溫度經氣體降溫管路4必須不高於60℃，防止蒸發器負載過大。進氣預熱器，本實施例中要求將進入汽車空調的空氣加熱到至少200℃以上，這樣才能達到相應催化劑的溫度平衡點，以實現PM2.5的化學降解。因此需要採用之前柴油機進氣預加熱器並加以改造，保證該裝置的加熱溫度要求。CDPF催化劑載體，在通過建模和實際風阻測試，必須具有較小的風阻、較大的空氣通透性，同時選用溫度平衡點較低、老化曲線較為平緩的催化劑，可減小進氣預熱器的負擔。

車內PM2.5濃度監測控制模塊，是建立在以下現實基礎上：GB3095-2012《環境空氣品質標準》中細顆粒物(PM2.5)的一級日平均濃度標準值35μg/m3作為淨化目標值，因而當車內空氣品質達到淨化目標值時，即可關閉CDPF載體過濾裝置的功能，直接由HEPA網5進行過濾。本系統的功能在於，實現對進入汽車空調的空氣中PM2.5的淨化功能，克服了傳統汽車空調僅限於除塵、除臭的功能。另外，對於PM2.5的處理採取化學降解和物理吸附相結合的方法，更加有效的減少PM2.5進入汽車空調的含量，從源頭上遏制了外界汙染空氣對汽車內空氣產生的影響。

車內監測控制模塊1的部分核心代碼如下：

藉助柴油機尾氣排放淨化的成熟技術，通過基於CDPF的汽車空調PM2.5過濾系統，可有效減少進入汽車內部的PM2.5含量，使駕駛員和乘客得到良好的駕駛環境。本系統將PM2.5的化學降解和物理吸附集於一體，有較高的過濾能力，並且車內監測控制系統降低了對能源的利用，對於汽車空調的空氣淨化具有較為重要的補充作用，也具有一定的理論和現實意義。