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制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機(jī)排氣凈化技術(shù)及設(shè)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(jié)構(gòu)。
實(shí)踐表明，柴油機(jī)排放的碳煙對(duì)大氣環(huán)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(shí)間懸浮在大氣中，很容易通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入肺泡中并沉積下來，較小微粒甚至可以進(jìn)入血液中，對(duì)人體健康威脅很大，成為多種疾病的誘發(fā)因素。因此各國都對(duì)柴油機(jī)碳煙排放進(jìn)行了不同程度的限制。
目前，現(xiàn)有技術(shù)中大都采用過濾的方法去除柴油機(jī)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(wǎng)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(duì)較低的排氣阻力。在過濾過程中，隨著過濾體內(nèi)碳煙微粒的不斷積累，柴油機(jī)排氣阻力會(huì)逐漸增加，會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)燃燒惡化。所以，當(dāng)碳煙微粒積累到一定量時(shí)，就必須及時(shí)對(duì)其進(jìn)行清除，使過濾體得到再生。
目前，國內(nèi)外對(duì)柴油機(jī)碳煙過濾器再生技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，先后出現(xiàn)了多種方法，概括起來可分為三大類。最早出現(xiàn)且研究最多的一類是加熱再生，這類再生方法有全負(fù)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(jìn)行再生，如催化再生、連續(xù)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(diǎn)是利用壓縮空氣反向?qū)⑻紵熚⒘倪^濾體中分離出來，集中進(jìn)行處理，從而避免碳煙在過濾器內(nèi)燃燒導(dǎo)致的熱損壞。
現(xiàn)有技術(shù)中的加熱再生盡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(diǎn)一是加熱造成的熱不均勻和碳煙燃燒產(chǎn)生的高溫使過濾器可靠性相對(duì)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(jī)碳煙過濾器加熱再生技術(shù)推廣應(yīng)用。
催化再生技術(shù)的主要缺點(diǎn)是催化劑容易中毒。因此該技術(shù)對(duì)柴油的含硫量的要求較高。對(duì)于連續(xù)再生，一般要求柴油含硫量低于10ppm。而目前發(fā)達(dá)國家的柴油含硫量約為350ppm，發(fā)展中國家的柴油含硫量在5000ppm以上。因此該技術(shù)的應(yīng)用受到很大限制，尤其是在中國相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)不可能推廣使用。
由于以上原因，非加熱非催化再生的反向噴氣再生技術(shù)受到了重視。目前反向噴氣再生技術(shù)所使用的過濾材料主要是傳統(tǒng)的壁流式蜂窩陶瓷和普通金屬絲網(wǎng)，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于復(fù)雜(如采用旋風(fēng)分離器等)，消耗的壓縮空氣量過大。造成這些結(jié)果的主要原因是過濾材料的特性和過濾器結(jié)構(gòu)不是針對(duì)反向噴氣再生而設(shè)計(jì)，不能充分發(fā)揮壓縮空氣清潔的作用。如壁流式蜂窩陶瓷的過濾孔道細(xì)小狹長，而且很不規(guī)則，碳煙鑲鉗在這些孔道里時(shí)不容易被壓縮空氣清除出來。金屬絲網(wǎng)由于受機(jī)械強(qiáng)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于碳煙微粒的二次收集。
鑒于上述技術(shù)的缺點(diǎn)，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(shè)計(jì)了一種專門針對(duì)反向噴氣再生技術(shù)的過濾器，該過濾器的過濾體是采用剛性陶瓷材料制造，并加工成多組進(jìn)氣通道和多組排氣通道，進(jìn)氣通道與排氣通道相互垂直，形成交叉結(jié)構(gòu)，其中每組進(jìn)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。該過濾器雖有利于碳煙顆粒的二次收集，但由于過濾體采用剛性陶瓷材料制造，造成加工難度大，工藝復(fù)雜，一般廠家難于實(shí)現(xiàn)；同時(shí)噴氣再生時(shí)微粒仍很難吹凈，壓縮空氣消耗量大，再生效果并不明顯。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，本發(fā)明的目的和任務(wù)是根據(jù)反向噴氣再生技術(shù)的特點(diǎn)，提供一種用于制造反向噴氣再生碳煙過濾器的過濾材料及其使用該材料制造的過濾器，使其不僅工藝簡(jiǎn)單，易于制造且結(jié)構(gòu)緊湊，而且再生效果明顯；并能在有限的空間內(nèi)具有較大的過濾面積，從而進(jìn)一步減少壓縮空氣的消耗量。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種反向噴氣再生碳煙過濾器用的過濾材料，其特征是該過濾材料采用多孔燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板。
由于燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板具有光滑的孔道，使碳煙微粒更加容易被清除出來；同時(shí)燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板與薄金屬板一樣具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，并有一定的彈性。在脈沖氣流的作用下會(huì)持續(xù)振動(dòng)，并有小量的撓曲變形，這種變形能使附著在金屬絲網(wǎng)板上的微粒層剝落。這種變形正是利用了氣流的脈動(dòng)能量，從而使反向噴氣再生效果十分明顯。
利用上述過濾材料制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(jìn)氣管、閥門、碳煙氣體進(jìn)氣管、清結(jié)氣體排氣管及微粒收集器等組成，其特征在于上述過濾體是由許多矩形的多孔燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板和豎向及橫向塊狀隔板組成的交叉結(jié)構(gòu)。
利用所述過濾材料制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(jìn)氣管、閥門、碳煙氣體進(jìn)氣管、清結(jié)氣體排氣管及微粒收集器等組成，其特征是所述過濾體是由一個(gè)或多個(gè)多孔燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板圍成的過濾桶組成。
為了進(jìn)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(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為過濾體采用多個(gè)過濾桶的結(jié)構(gòu)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(jié)金屬絲網(wǎng)板 2．橫向隔板 3．豎向隔板 4．豎向進(jìn)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(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的工作原理、具體結(jié)構(gòu)及最佳實(shí)施方式附圖1表示出采用多孔燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板制造的交叉結(jié)構(gòu)的過濾體。該過濾體由許多矩形的多孔燒結(jié)金屬絲網(wǎng)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(wǎng)板間用兩個(gè)或三個(gè)隔板隔離，并分別在兩塊金屬絲網(wǎng)板間形成橫向排氣通道和豎向進(jìn)氣通道。且相鄰的兩個(gè)排氣通道是相互垂直的。豎直方向的通道是進(jìn)氣通道，由兩塊金屬絲網(wǎng)板和兩塊豎向隔板組成，是一個(gè)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(jié)金屬絲網(wǎng)板和兩塊橫向隔板及一塊豎向隔板組成，因此是一個(gè)三包圍通道。由于多孔燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板不需要進(jìn)行復(fù)雜的加工，且具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，因此制造工藝簡(jiǎn)單，網(wǎng)與網(wǎng)之間的通道可以很窄，因此過濾體的結(jié)構(gòu)很緊湊。
含有碳煙的排氣通過燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板時(shí)，排氣中的碳煙微粒會(huì)被燒結(jié)金屬絲網(wǎng)過濾掉而留在進(jìn)氣通道內(nèi)，沒有碳煙的排氣經(jīng)橫向通道進(jìn)入排氣管后排放到大氣中。反向再生時(shí)，高壓脈沖氣體從壓縮空氣進(jìn)入管進(jìn)入橫向通道，在通道內(nèi)形成高壓(5-8大氣壓)。這樣，在燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板的兩側(cè)形成了壓力差，附著在燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板上的碳煙微粒層會(huì)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(jìn)行集中處理，這樣可以節(jié)約能量并增加過濾體的可靠性。過濾體的過濾效率主要取決于金屬絲網(wǎng)板的過濾精度，可根據(jù)要求選擇合適的燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板，燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板的厚度一般在1mm以內(nèi)。燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板的大小和數(shù)量根據(jù)柴油機(jī)的排氣量而定，以其阻力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響不大為原則，一般進(jìn)氣通道和排氣通道可多達(dá)幾十個(gè)。
附圖2為過濾體采用多個(gè)過濾桶的結(jié)構(gòu)示意圖，表示出利用多孔金屬絲網(wǎng)板制成的過濾桶，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采用一個(gè)或多個(gè)。過濾器工作時(shí)，含碳煙的氣體從碳煙氣體入口6進(jìn)入過濾桶7，排氣中的碳煙微粒會(huì)被燒結(jié)金屬絲網(wǎng)壁過濾掉而留在過濾桶內(nèi)；過濾后的清潔氣體則穿過桶壁后經(jīng)氣體出口8被排往大氣。反向再生時(shí)，高壓氣體從氣體入口8進(jìn)入，穿過桶壁進(jìn)入過濾桶，碳煙微粒即被剝離。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果由于采用了多孔燒結(jié)金屬絲網(wǎng)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(shí)燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板與薄金屬板一樣，本身具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，不僅制造工藝簡(jiǎn)單，容易加工成不同結(jié)構(gòu)的過濾體，而且使過濾體結(jié)構(gòu)緊湊，能在有限的空間內(nèi)有較大的過濾面積。同時(shí)由于該過濾材料具有一定的彈性，在脈沖氣流的作用下會(huì)持續(xù)振動(dòng)，并有小量的撓曲變形，這種變形能使附著在金屬絲網(wǎng)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(jìn)一步減少。從而使反向噴氣再生技術(shù)更加簡(jiǎn)單、可靠；有效地解決了現(xiàn)有柴油機(jī)碳煙過濾器由于加工難度大、可靠性低等原因造成的難以推廣使用的問題。
權(quán)利要求
1．一種反向噴氣再生碳煙過濾器用的過濾材料，其特征是該過濾材料采用多孔燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板。
2．一種利用權(quán)利要求1所述過濾材料制成的反向噴氣再生碳煙過濾器，它出過濾體、壓縮空氣進(jìn)氣管、閥門、碳煙氣體進(jìn)氣管、清結(jié)氣體排氣管等組成，其特征在于上述過濾體是由許多矩形的多孔燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板和豎向及橫向塊狀隔板組成的交叉結(jié)構(gòu)。
3．一種利用權(quán)利要求1所述過濾材料制成的反向噴氣再生碳煙過濾器，它由過濾體、壓縮空氣進(jìn)氣管、閥門、碳煙氣體進(jìn)氣管、清結(jié)氣體排氣管等組成，其特征是所述過濾體采用一個(gè)或多個(gè)多孔燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板圍成的過濾桶。
4．按照權(quán)利要求3所述的反向噴氣再生碳煙過濾器，其特征在于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,屬于內(nèi)燃機(jī)排氣凈化技術(shù)及設(shè)備。其特點(diǎn)是采用多孔燒結(jié)金屬絲網(wǎng)板作為反向噴氣再生碳煙過濾器的過濾材料。采用該材料制作過濾器,不僅制造工藝簡(jiǎn)單,容易加工成不同結(jié)構(gòu)的過濾體,而且使過濾體結(jié)構(gòu)緊湊,能在有限的空間內(nèi)有較大的過濾面積。同時(shí)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(shù)更加簡(jiǎn)單、可靠;有效地解決了現(xiàn)有柴油機(jī)碳煙過濾器由于加工難度大、可靠性低等原因造成的難以推廣使用的問題。
文檔編號(hào)B01D39/20GK1278454SQ0010980
公開日2001年1月3日 申請(qǐng)日期2000年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月7日
發(fā)明者資新運(yùn), 寧智, 歐陽明高 申請(qǐng)人:清華大學(xué)