一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置的製造方法

2023-10-21 11:06:07 4

專利名稱:一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，包括除水裝置、荷電反應器和改進結構的法拉第筒，除水裝置包括冷卻系統、加熱系統，所述荷電反應器包括線筒式電暈發生器、正/負高壓電源，所述改進結構的法拉第筒包括PVC管、金屬網一、金屬網二、橡膠管，濾紙託架、快速接頭、不鏽鋼內筒、不鏽鋼外筒及流量控制系統；所述冷卻系統將柴油機排氣中水分減少，並通過加熱系統將排氣恆定在某一溫度，再將加熱的排氣通入荷電反應器中發生反應，從而實現顆粒物帶電。整個荷電量測量過程為在線測量，經改進結構的法拉第筒測量顆粒物荷電量並通過濾紙捕集帶電顆粒物。利用正/負高壓電暈放電技術，實現了柴油機顆粒物的實時捕集和荷電量的測量。
【專利說明】
一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置
技術領域
[0001]本發明涉及發動機排氣後處理技術領域，具體而言，是一種適用於柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置。
【背景技術】
[0002]可吸入顆粒物排放所帶來的空氣汙染，已成為本世紀最嚴重的環境問題之一。可吸入顆粒物的粒徑越小，顆粒在大氣中懸浮時間和輸送距離就越遠，對人健康的危害就越大。最新研究表明粒徑小於10nm的顆粒能輕易穿透人體細胞壁，進入血液和大腦，甚至能導致某些遺傳性疾病。目前城市中機動車的排氣汙染物，尤其是柴油機排放的微納米級顆粒物是大氣可吸入顆粒物的主要來源之一，控制柴油機排氣顆粒物，已引起許多國家和國際組織的重視，成為目前研究熱點。
[0003]隨著柴油機排放控制技術的發展，尤其是後處理技術的應用，柴油機顆粒物排放總質量大幅度減少，但是對微納米顆粒排放數目的控制效果並不明顯，而在最新顆粒物排放標準中，顆粒物數目的控制已成為主要的任務之一。因此對顆粒物採用荷電凝並技術來促進微納米顆粒物粒徑生長、減少顆粒物數目，不僅在柴油機排氣後處理方面具有重大意義，同時也將在微納米顆粒物控制領域發揮重要作用。因此，採取相關措施對柴油機排氣顆粒進行荷電凝並是很有必要的。
[0004]荷電凝並(Electrical Agglomerat1n，EA)技術以高效，安全，無二次汙染且適用範圍廣等優點，成為目前柴油機排氣淨化領域新的研究熱點。荷電原理簡單來說就是帶電粒子撞擊柴油機排氣顆粒物使其帶電。放電電極在負高壓直流電壓的作用下陰極電暈放電產生電子，由湯森理論知，這些電子在電場作用下的迀移運動強於其本身無規則熱運動。採用負壓電暈放電且當電場強度足夠強時，陽極(接地極)和陰極(電暈放電極)會產生較大的電勢差，這些電子在向接地極運動的過程中能使氣體粒子發生碰撞電離。新產生帶電粒子在電場作用下向陽極運動時也能使氣體粒子發生碰撞電離，向陽極運動的電子越來越多。這些帶電粒子在運動過程中與柴油機排氣顆粒物發生碰撞以及顆粒物之間的相互熱運動碰撞，使顆粒物荷電。

【發明內容】

[0005]本發明利用高壓電暈放電技術，即時解決柴油機排氣顆粒物荷電的問題。提出了一種適用於柴油機排氣顆粒物的荷電裝置及測量荷電量的法拉第筒。實現本發明的技術方案如下:
[0006]一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，包括穩壓箱、除水裝置以及荷電反應裝置，所述穩壓箱的進氣口與柴油機相連、穩壓箱的出氣口與所述除水裝置一端相連、所述除水裝置另一端與所述荷電反應裝置相連；
[0007]所述除水裝置包括冷卻裝置和加熱裝置;所述冷卻裝置包括不鏽鋼波紋管、離心風機，所述離心風機的出風口對準所述不鏽鋼波紋管;所述加熱裝置包括不鏽鋼圓筒、陶瓷管加熱器，所述不鏽鋼圓筒設置在所述陶瓷管加熱器內部;所述不鏽鋼波紋管一端連接所述穩壓箱、另一端連接所述陶瓷管加熱器；
[0008]所述荷電反應裝置包括線筒式電暈發生器、高壓電源;所述線筒式電暈發生器包括不鏽鋼管、內電極、保溫棉;所述不鏽鋼管的一端與所述陶瓷管加熱器出氣口相連，所述不鏽鋼管兩端的管壁上分別設有孔，所述內電極位於不鏽鋼內部、並且內電極的兩端分別從所述孔穿出;所述保溫棉包在所述不鏽鋼管外表面;所述不鏽鋼管的管體接地；
[0009]所述高壓電源連接所述內電極的一端，所述內電極的另一端絕緣懸空。
[0010]進一步優選方案，還包括荷電量測量裝置和流量控制裝置;所述荷電量測量裝置包括數字電荷儀和法拉第筒，所述法拉第筒的進氣口與所述荷電反應裝置相連，數字電荷儀與法拉第筒相連接；
[0011]所述流量控制裝置包括採樣慄和轉子流量計;所述轉子流量計與所述法拉第筒的出氣口相連，所述採樣慄與所述轉子流量計連接。
[0012]進一步優選方案，所述法拉第筒包括PVC管、不鏽鋼外筒、不鏽鋼內筒;所述不鏽鋼外筒的一端與所述PVC管通過橡膠管連接、所述不鏽鋼外筒的另一端連接卡箍式快速接頭，所述PVC管作為法拉第筒的進氣口端，所述快速接頭作為法拉第筒的出氣口端;所述不鏽鋼外筒內部兩端分別設有第一金屬網和第二金屬網，所述第一金屬網、所述第二金屬網均接地;所述不鏽鋼內筒嵌在所述不鏽鋼外筒內部，所述不鏽鋼內筒與所述不鏽鋼外筒之間有矽膠層，所述不鏽鋼內筒通過屏蔽線與所述數字電荷儀相連;所述不鏽鋼內筒與所述快速接頭對應的一端內部設有濾紙託架，所述濾紙託架能夠固定濾紙。
[0013]進一步優選方案，所述流量控制裝置控制排氣流量為lm3/min?8m3/min。
[0014]進一步優選方案，所述加熱裝置還包括溫控儀、熱電偶傳感器及繼電器;所述熱電偶傳感器、所述繼電器均與所述溫控儀相連，所述繼電器還與所述陶瓷管加熱器相連；
[0015]所述熱電偶傳感器設置在所述陶瓷管加熱器的兩端，分別用於檢測陶瓷管加熱器的進氣溫度和出氣溫度;所述溫控儀根據熱電偶傳感器的檢測值控制繼電器的通斷以控制排氣溫度。
[0016]進一步優選方案，所述不鏽鋼波紋管中間位置設有球閥，所述不鏽鋼波紋管另一端設置為S型，所述S型底端設有閥門。
[0017]進一步優選方案，所述線筒式電暈發生器還包括陶瓷管、密封圈以及絕緣託架;所述密封圈緊貼所述孔;所述陶瓷管套在所述內電極的兩端、並且緊貼在所述密封圈上;所述絕緣託架設置在所述不鏽鋼管的兩端以支撐不鏽鋼管。
[0018]進一步優選方案，所述內電極與所述不鏽鋼管內壁之間的間隙為20?25mm，所述保溫棉的厚度為10?15mm。
[0019]進一步優選方案，還包括車載ECU;所述車載ECU—方面利用傳感器獲得柴油機工作狀態，所述工作狀態包括柴油機轉速和油門開度，所述車載ECU另一方面根據工作狀態選擇最佳的荷電電壓並發送指令給正/負高壓電源。
[0020]進一步優選方案，所述高壓電源包括正高壓電源和負高壓電源，所述高壓電源的放電電壓為O?20kV，所述陶瓷管加熱器的加熱溫度為100?500°C。
[0021]本發明的有益效果:
[0022 ] 1.本發明利用荷電技術，基於正/負高壓電暈放電，更加高效、快速地增加顆粒物荷電量，增大顆粒物粒徑，減少顆粒物數量，提高DPF捕集效率。
[0023 ] 2.本發明可以考察電暈放電參數(放電電壓、分流排氣流量、放電區域內部溫度等因素)對顆粒荷質比的影響，優化放電參數。
[0024]3.本發明可以探究放電結構參數(電極直徑、電極材料、電極距離等因素)對顆粒荷質比的影響，優化結構參數。
【附圖說明】

[0025]圖1是本發明提出的柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置示意圖。
[0026]圖2是用於實現本發明的荷電反應器裝置示意圖。
[0027]圖3本發明的適用於柴油機的法拉第筒的剖面圖。
[0028]圖4本發明的適用於柴油機的法拉第筒的結構示意圖。
[0029]圖中標記為:
[0030]1-柴油機，2-穩壓箱，3-離心風機，4-不鏽鋼波紋管，5-熱電偶傳感器，6-陶瓷管加熱器，7-不鏽鋼圓筒，8-閥門，9-線筒式電暈發生器，10-法拉第筒，11-轉子流量計，12-採樣慄，13-數字電荷儀，14-正/負高壓電源，15-溫控儀，16-繼電器，17-ECU，18-球閥，901 -絕緣託架，902-內電極，903-陶瓷管，904-密封圈，905-保溫棉，906-不鏽鋼管，1001-PVC管，1002-第一金屬網，1003-橡膠管，1004-不鏽鋼內筒，1005-矽膠層，1006-不鏽鋼外筒，1007-濾紙託架，1008-快速接頭，1009-第二金屬網。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。
[0032]如圖1所示，為本發明提出的柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置示意圖。包括:穩壓箱2、除水裝置、荷電反應裝置、荷電量測量裝置以及流量控制裝置;穩壓箱與柴油機排氣口連接，用於緩和排出的排氣氣流。
[0033]除水裝置包括冷卻裝置和加熱裝置;所述冷卻裝置為風冷系統，包括不鏽鋼波紋管4和離心風機3，所述不鏽鋼波紋管4的一端連接穩壓箱2的出氣口、另一端連接加熱裝置，不鏽鋼波紋管4的中間一處設有球閥18，不鏽鋼波紋管4的另一端設置為S形，並且在S形底部設置一個閥門8，所述離心風機3放置在不鏽鋼波紋管4附近、並且將離心風機3的出風口對準不鏽鋼波紋管的S段，使柴油機I排出的尾氣溫度下降並減少氣流中的水分。所述加熱裝置包括陶瓷管加熱器6、設置在陶瓷管加熱器內部的不鏽鋼圓筒7、熱電偶傳感器5、溫控儀15和繼電器16;所述陶瓷管加熱器6的進氣口與不鏽鋼波紋管的S形端相連接、陶瓷管加熱器的出氣口與荷電反應裝置連接;所述熱電偶傳感器5、所述繼電器16均與所述溫控儀15相連接，所述繼電器16還與陶瓷管加熱器6相連接;所述熱電偶傳感器5為2個，分別放置在陶瓷管加熱器的進氣口和出氣口的位置，用於檢測柴油機I排氣被冷卻裝置冷卻後的溫度和被陶瓷管加熱器加熱後的溫度，溫控儀根據熱電偶傳感器的檢測值控制繼電器的通斷、進而實現控制陶瓷管加熱器的通斷以控制排氣的溫度；陶瓷管加熱器內部的不鏽鋼圓筒7能夠增大加熱面積，使加熱效果更好。
[0034]所述荷電反應裝置包括線筒式電暈發生器9和正/負高壓電源14，如圖2所示;所述線筒式電暈發生器9包括不鏽鋼管906、內電極902、保溫棉905、密封圈904、陶瓷管903和絕緣託架901;所述不鏽鋼管906的一端與所述陶瓷管加熱器6的出氣口相連，所述不鏽鋼管兩端的管壁上分別設有孔，所述孔上面緊貼密封圈904，所述內電極902位於不鏽鋼內部、並且與不鏽鋼管內壁之間的間隙為20?25mm，所述內電極的兩端分別從所述孔穿出，穿出孔的內電極部分套有陶瓷管903;所述保溫棉905包在所述不鏽鋼管906的外表面，所述保溫棉的厚度為10?15_，所述保溫棉用來保持荷電反應的溫度;所述不鏽鋼管的管體接地;所述絕緣託架901位於不鏽鋼管的兩端，對不鏽鋼管起到支撐保護作用。所述正/負高壓電源14連接所述內電極902的一端，所述內電極的另一端用絕緣膠布封起來並懸空。
[0035]所述荷電量測量裝置包括數字電荷儀13和改進的法拉第筒10，圖3和圖4為法拉第筒的結構圖。所述法拉第筒10的進氣口與所述不鏽鋼管906的另一端連接、所述法拉第筒的出氣口與流量控制裝置連接;本發明改進的法拉第筒包括PVC管1001、不鏽鋼外筒1006、不鏽鋼內筒1004;所述不鏽鋼外筒1006的一端與所述PVC管1001通過橡膠管1003連接，所述橡膠管1003用於實現密封與絕緣的作用，所述不鏽鋼外筒1006的另一端連接一個卡箍式快速接頭1008，所述PVC管1001作為法拉第筒的進氣口端，所述快速接頭作為法拉第筒的出氣口端;所述不鏽鋼外筒內部兩端分別設有第一金屬網1002和第二金屬網1009，所述第一金屬網1002和所述第二金屬網1009均接地以屏蔽外部電場幹擾;所述不鏽鋼內筒1004嵌在所述不鏽鋼外筒內部，所述不鏽鋼內筒與所述不鏽鋼外筒之間設有矽膠層1005以將兩者隔離開，所述不鏽鋼內筒1004通過屏蔽線與所述數字電荷儀13相連;所述不鏽鋼內筒與所述快速接頭對應的一端內部設有濾紙託架1007，所述濾紙託架1007用來固定濾紙，所述濾紙用來捕集進入法拉第筒的顆粒物，通過所述快速接頭可方便地裝取濾紙。
[0036]所述流量控制裝置包括轉子流量計11和採樣慄12;所述轉子流量計11與法拉第筒的出氣口端相連接，所述採樣慄12與所述轉子流量計11相連接。
[0037]本發明裝置的工作原理如下:
[0038]1、柴油機I排出的排氣首先經過穩壓箱2進行穩壓舒緩氣流，之後進入不鏽鋼波紋管4，依次經過球閥18分流、離心風機3冷卻除水，冷卻後的尾氣溫度為80-100°C ;尾氣中的水蒸氣冷卻後變為液態，可根據需要打開閥門8放出水分;需要注意的是，保持球閥18的開度不變，以減少接下來的試驗以及以後的試驗的工作量。
[0039]2、經冷卻後的排氣進入加熱裝置，通過位於陶瓷管加熱器6進氣口處的熱電偶傳感器5實時測量冷卻後尾氣的溫度、通過位於陶瓷管加熱器6出氣口處的熱電偶傳感器5實時測量加熱後要進入荷電反應裝置內部的排氣溫度;通過兩個溫度傳感器、溫控儀15以及繼電器16組成的閉環系統實現控制陶瓷管加熱器6的工作狀態，將排氣溫度控制在100?5000C，優選為300°C，同時可以探究溫度對荷電效果的影響程度。
[0040]3、加熱後的排氣均勻地進入荷電反應裝置，打開正/負高壓電源14為荷電反應提供放電電壓，實現電暈放電，將排氣中的顆粒物與空氣中自由的電子相互碰撞而形成帶電顆粒，所述放電電壓控制在O?20kV，線筒式電暈發生器9的內電極為荷電反應裝置的放電區域;在改進結構的法拉第筒中的濾紙託架上放入濾紙，法拉第筒中的顆粒物吸附在濾紙上，被濾紙收集;打開流量控制裝置，利用採樣慄12和轉子流量計11將排氣流量控制在Im3/min?8m3/min，具體是通過調節轉子流量計11的指針改變管路的流量;打開數字電荷儀13，以實時測量進入法拉第筒中顆粒物的荷電量。
[0041 ]上述過程由車載ECU17控制，柴油機轉速和油門開度的信號通過傳感器傳送給ECU17後，由ECU17選擇最佳的荷電電壓並發送指令給正/負高壓電源14，使顆粒物更加高效、節能地荷電。
[0042 ]本發明裝置的工作過程為:
[0043]打開採樣慄12，柴油機I排氣經球閥18分流進入不鏽鋼波紋管4，經離心風機3通過風冷減少水分;利用溫控儀15、繼電器16和陶瓷管加熱器6對不鏽鋼圓筒加熱，利用熱電偶傳感器5分別測量排氣加熱前和加熱後的溫度，以實現排氣溫度恆定及探究溫度對荷電效果的影響程度；連接好正/負高壓電源的放電電路，正/負高壓電源14提供放電電壓O?20kV;荷電反應裝置內產生的帶電顆粒物進入改進結構的法拉第筒10內；法拉第筒中的帶電顆粒物吸附在濾紙上，被濾紙收集;改變轉子流量計11的指針，控制管道內的流量;利用數字電荷儀13實時監測法拉第筒中顆粒物的荷電量，當數字電荷儀13的荷電量增長幅度基本不變時，法拉第筒10達到飽和荷電量，這段時間內的顆粒物荷電量測量完成。
[0044]以上所述僅僅為本發明優選的實施例，並不用於限定本發明的保護範圍，應當理解，在不違背本發明實質內容和精神的前提下，本領域技術人員所作任何修改、改進或等同替換等都將落入本發明的保護範圍。
【主權項】
1.一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，其特徵在於，包括穩壓箱(2)、除水裝置以及荷電反應裝置，所述穩壓箱(2)的進氣口與柴油機(I)相連、穩壓箱(2)的出氣口與所述除水裝置一端相連、所述除水裝置另一端與所述荷電反應裝置相連； 所述除水裝置包括冷卻裝置和加熱裝置;所述冷卻裝置包括不鏽鋼波紋管(4)、離心風機(3)，所述離心風機(3)的出風口對準所述不鏽鋼波紋管(4);所述加熱裝置包括不鏽鋼圓筒(7)、陶瓷管加熱器(6)，所述不鏽鋼圓筒(7)設置在所述陶瓷管加熱器(6)內部;所述不鏽鋼波紋管(4) 一端連接所述穩壓箱(2)、另一端連接所述陶瓷管加熱器(6); 所述荷電反應裝置包括線筒式電暈發生器(9)、高壓電源;所述線筒式電暈發生器(9)包括不鏽鋼管(906)、內電極(902)、保溫棉(905);所述不鏽鋼管(906)的一端與所述陶瓷管加熱器(6)出氣口相連，所述不鏽鋼管(906)兩端的管壁上分別設有孔，所述內電極(902)位於不鏽鋼內部、並且內電極的兩端分別從所述孔穿出；所述保溫棉(905)包在所述不鏽鋼管外表面;所述不鏽鋼管(906)的管體接地； 所述高壓電源連接所述內電極(902)的一端，所述內電極(902)的另一端絕緣懸空。2.根據權利要求1所述的一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，其特徵在於，還包括荷電量測量裝置和流量控制裝置;所述荷電量測量裝置包括數字電荷儀(13)和法拉第筒(10)，所述法拉第筒(10)的進氣口與所述荷電反應裝置相連，數字電荷儀(13)與法拉第筒(10)相連接； 所述流量控制裝置包括採樣慄(12)和轉子流量計(11);所述轉子流量計(11)與所述法拉第筒(10)的出氣口相連，所述採樣慄(12)與所述轉子流量計(11)連接。3.根據權利要求2所述的一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，其特徵在於，所述法拉第筒包括PVC管(1001)、不鏽鋼外筒(1006)、不鏽鋼內筒(1004);所述不鏽鋼外筒(1006)的一端與所述PVC管(1001)通過橡膠管(1003)連接、所述不鏽鋼外筒(1006)的另一端連接卡箍式快速接頭(1008)，所述PVC管(1001)作為法拉第筒(10)的進氣口端，所述快速接頭(1008)作為法拉第筒(10)的出氣口端;所述不鏽鋼外筒(1006)內部兩端分別設有第一金屬網(1002)和第二金屬網(1009)，所述第一金屬網(1002)、所述第二金屬網(1009)均接地;所述不鏽鋼內筒(1004)嵌在所述不鏽鋼外筒(1006)內部，所述不鏽鋼內筒(1004)與所述不鏽鋼外筒(1006)之間有矽膠層(1005)，所述不鏽鋼內筒(1004)通過屏蔽線與所述數字電荷儀(13)相連;所述不鏽鋼內筒(1004)與所述快速接頭(1008)對應的一端內部設有濾紙託架(1007)，所述濾紙託架(1007)能夠固定濾紙。4.根據權利要求2所述的一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，其特徵在於，所述流量控制裝置控制排氣流量為lm3/min?8m3/min。5.根據權利要求1所述的一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，其特徵在於，所述加熱裝置還包括溫控儀(15)、熱電偶傳感器(5)及繼電器(16);所述熱電偶傳感器(5)、所述繼電器(16)均與所述溫控儀(15)相連，所述繼電器(16)還與所述陶瓷管加熱器(6)相連； 所述熱電偶傳感器(5)設置在所述陶瓷管加熱器的兩端，分別用於檢測陶瓷管加熱器(6)的進氣溫度和出氣溫度;所述溫控儀(15)根據熱電偶傳感器的檢測值控制繼電器的通斷以控制排氣溫度。6.根據權利要求1所述的一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，其特徵在於，所述不鏽鋼波紋管(4)中間位置設有球閥(18)，所述不鏽鋼波紋管(4)另一端設置為S型，所述S型底端設有閥門(8)。7.根據權利要求1所述的一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，其特徵在於，所述線筒式電暈發生器還包括陶瓷管(903)、密封圈(904)以及絕緣託架(901);所述密封圈(904)緊貼所述孔;所述陶瓷管(903)套在所述內電極(902)的兩端、並且緊貼在所述密封圈(904)上;所述絕緣託架(901)設置在所述不鏽鋼管(906)的兩端以支撐不鏽鋼管(906)。8.根據權利要求1或7所述的一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，其特徵在於，所述內電極(902)與所述不鏽鋼管(906)內壁之間的間隙為20?25mm，所述保溫棉(905)的厚度為1?15mm。9.根據權利要求1所述的一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，其特徵在於，還包括車載ECU(17);所述車載ECU(17)—方面利用傳感器獲得柴油機工作狀態，所述工作狀態包括柴油機轉速和油門開度，所述車載ECU(17)另一方面根據工作狀態選擇最佳的荷電電壓並發送指令給高壓電源。10.根據權利要求1所述的一種柴油機排氣顆粒物荷電及荷電量測量裝置，其特徵在於，所述高壓電源包括正高壓電源和負高壓電源，所述高壓電源的放電電壓為O?20kV，所述陶瓷管(903)加熱器的加熱溫度為100?500°C。
【文檔編號】B03C3/34GK205701025SQ201620231494
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年3月24日
【發明人】呂俊翔, 孫平, 劉軍恆, 孟建, 劉少康
【申請人】江蘇大學