專利名稱：電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣后處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可通電加熱，具有主動(dòng)再 生功能的金屬纖維過濾氈壁流式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣顆粒捕集器。
背景技術(shù)：
目前廣泛應(yīng)用于汽車、工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、列車牽引機(jī)車以及船舶的柴油發(fā)動(dòng) 機(jī)，在工作中排放出大量的顆粒物，不僅對人體健康造成嚴(yán)重的危害，而且對環(huán)境造成嚴(yán)重 的污染。為此，業(yè)界投入大量的人力物力研究出各種方式的發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物后處理技術(shù)和產(chǎn) 品，為發(fā)動(dòng)機(jī)排放水平的提升做出了巨大的貢獻(xiàn)。綜述已有的發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒物后處理技術(shù)和 產(chǎn)品，可劃分為兩個(gè)方面，一是顆粒物的捕集，二是顆粒物的再生。在顆粒物的捕集方面，已有的技術(shù)和產(chǎn)品及其特點(diǎn)如下1)壁流式陶瓷過濾器過濾效率很高、抗高溫性好，但透氣性差、流體壓降大、抗機(jī) 械振動(dòng)性差、抗熱沖擊性差，在不具備再生條件下工作易堵塞，孔道一旦堵塞，排氣背壓很 高，影響發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)工作，需要人工離線清理。2)壁流式金屬纖維過濾器過濾效率較高、透氣性好、流體壓降小、抗機(jī)械振動(dòng)性 強(qiáng)、抗熱沖擊性好，但抗高溫性差，在不具備再生條件下工作會(huì)堵塞，孔道一旦堵塞，排氣背 壓很高，影響發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)工作，需要人工離線清理或高溫控制再生。3)其它類型的金屬纖維過濾器，如袋式、管式或褶頁式過濾器，過濾效率較高、透 氣性好、流體壓降小、抗機(jī)械振動(dòng)性強(qiáng)、抗熱沖擊性好，但抗高溫性差，在不具備再生條件下 工作雖然不易堵塞，但積碳層太厚也會(huì)造成排氣背壓很高，影響發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)工作。除此， 該類型過濾器單位容積的過濾面積小，造成過濾器體積大、占據(jù)車輛較大的空間，應(yīng)用不方 便。4)部分流過濾器，如金屬泡沫過濾器、金屬絲網(wǎng)過濾器、交叉式金屬纖維波形板過 濾器、波形金屬板支撐導(dǎo)流式金屬纖維過濾器等。該類過濾器在防止過濾器堵塞方面具有 明顯的優(yōu)勢，但也存在不足，如過濾效率較低，一般發(fā)動(dòng)機(jī)加裝后顆粒物的排放有所改善， 但達(dá)不到高標(biāo)準(zhǔn)排放水平的要求。在顆粒物的再生方面，已有的技術(shù)和產(chǎn)品及其特點(diǎn)如下1)被動(dòng)再生技術(shù)和產(chǎn)品，如連續(xù)再生捕集器，是將發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中的NO氣體在柴油 機(jī)氧化型催化轉(zhuǎn)化器的作用下轉(zhuǎn)變成NO2, NO2再與顆粒物中的主要成分碳顆粒發(fā)生氧化反 應(yīng)，實(shí)現(xiàn)顆粒物的再生。該技術(shù)和產(chǎn)品的重要應(yīng)用條件之一是發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣溫度，即發(fā)動(dòng)機(jī) 在一定的工作周期中，必須有15%以上的時(shí)間，尾氣溫度> 300°C。否則，碳顆粒積累過多， 或造成捕集器的堵塞而影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作，或造成非控制再生而燒毀捕集器。2)燃油加熱主動(dòng)再生技術(shù)和產(chǎn)品，如發(fā)動(dòng)機(jī)后噴及控制再生技術(shù)、排氣管道內(nèi)噴 油催化燃燒再生技術(shù)、柴油燃燒器加熱再生技術(shù)等。該類技術(shù)均是通過輔助燃油加熱的方 式來提升尾氣溫度以實(shí)現(xiàn)再生，該系統(tǒng)控制較為復(fù)雜，燃油消耗較大，經(jīng)濟(jì)性不好。如2008 年09月M日公開的公開號(hào)為CN101270685的專利文件，公開了一種柴油機(jī)微粒捕集器主動(dòng)熱再生方法及其裝置，需要將將沸點(diǎn)高于常溫的液體燃料置于發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣中，或輔以電 加熱使其成為高壓燃料蒸氣。3)電加熱主動(dòng)再生技術(shù)和產(chǎn)品，如多個(gè)壁流式過濾器并聯(lián)結(jié)構(gòu)，端面電加熱引燃 再生技術(shù)。具有過濾性能好、電能消耗較低的特點(diǎn)，但再生時(shí)間較長，控制較復(fù)雜。此外，金 屬纖維過濾氈折頁式過濾器串/并聯(lián)結(jié)構(gòu)、整體通電加熱再生技術(shù)具有單元再生時(shí)間短的 優(yōu)點(diǎn)，但單位體積過濾面積小，系統(tǒng)體積大，過濾單元數(shù)量較多，再生占載率高。
發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)顆粒捕集再生技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種電熱式柴 油機(jī)尾氣顆粒捕集器，集過濾、加熱功能于一體。本發(fā)明提供的電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器，主要包括導(dǎo)電中心管1、波形板過濾 元件2、壓條3、平板過濾元件4、絕緣涂層5、導(dǎo)電金屬條6、外圈絕緣層7及金屬外殼8。電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器的具體結(jié)構(gòu)如下電源端由導(dǎo)電中心管和導(dǎo)電金屬條構(gòu)成；所述濾芯由平板過濾元件置于波形板過 濾元件下層疊合構(gòu)成，平板過濾元件和波形板過濾元件的寬度相同；所述濾芯的首端平齊 與導(dǎo)電中心管的母線重合并焊接在一起，濾芯尾端與導(dǎo)電金屬條6貼焊在一起，兩條涂敷 有絕緣涂層的壓條3分別焊接在所述波形板過濾元件的兩端；所述濾芯以導(dǎo)電中心管為中 心卷繞成圓柱狀濾芯后，其外層包覆外圈絕緣層7，置于金屬外殼8中。上述波形板過濾元件2和平板過濾元件4呈“Z”字形交替疊層。波形板過濾元件 2的兩端為直邊，中間為波浪形，直邊呈上下分布，并分別與波形板的波峰和波谷平齊，兩端 直邊分別焊接一條壓條3，壓條3的高度與波形板過濾元件4的波峰高度一致；波峰表面及 與波峰平齊的直邊表面及壓條3的頂面涂敷絕緣涂層5，使過濾芯成為圓柱狀的加熱器。壓條的作用是在過濾芯卷繞成形后將壓條所處直邊的背面與相鄰的平板過濾元 件的表面壓緊，以形成“Z”的氣流通道。壓條最優(yōu)選為波形彈簧。波形壓簧焊接在波形過濾元件兩端帶凹面的直邊上，使 焊接后的波形壓簧的波峰與波形板過濾元件的波峰高度一致。上述波形板過濾元件2和平板過濾元件4均采用電熱合金纖維氈制成，壓條3可 采用電熱合金材料也可采用耐熱不銹鋼帶制成，用于支撐過濾芯的進(jìn)氣口和排氣口，并構(gòu) 成加熱回路的一部分。本發(fā)明可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工作電壓的不同設(shè)計(jì)成幾種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，再按照發(fā)動(dòng)機(jī)排量的 大小，確定捕集器的并聯(lián)數(shù)量。依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)碳顆粒排放水平及捕集器的碳容量確定過濾周 期及再生啟動(dòng)時(shí)間，再生啟動(dòng)后對所并聯(lián)的捕集器按時(shí)間順序依次完成再生。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明既有氣一固分離的過濾功能，又有通電發(fā)熱的加熱功能，因?yàn)樵诓ㄐ伟?過濾元件的波峰表面及與波峰平齊的直邊表面和波形壓簧的波峰上涂有絕緣材料，并且濾 芯外層包扎絕緣材料后使得捕集器具體整體加熱和直接加熱的功能。(2)本發(fā)明具有過濾效率高、排氣背壓低、耗電少、再生時(shí)間短、控制簡單可靠的特
點(diǎn)ο
圖1為電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器結(jié)構(gòu)示意圖圖2為圖1所示捕集器的過濾原理示意圖；圖3為圖1所示捕集器的展開示意具體實(shí)施例方式以壓條的最優(yōu)選形成波形壓簧為例，結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 如圖1所示其中1-中心管，2-波形板過濾元件，3-波形壓簧，4一平板過濾元件，5—絕緣 涂層，6-導(dǎo)電金屬條，7-外圈絕緣層，8-金屬外殼。實(shí)施例1 12V電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器發(fā)動(dòng)機(jī)類型輕型車用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排量3L工作電壓12VDC產(chǎn)品型號(hào)SEFVA-010過濾芯體積2L外形尺寸Φ127 X 240mm捕集器組合方式2件并聯(lián)顆粒物過濾效率> 80 %加熱電流62A加熱功率743W制作方法1)采用SSF-40120/0. 4規(guī)格的金屬纖維氈為原料，原料寬度為200mm。2)其中一片金屬纖維氈沿長度方向壓成圖3所示的波形板，波峰高度為3. 6mm，波 峰間距為8mm，兩側(cè)留出5mm直邊，兩側(cè)的直邊成上下分布，并分別與波峰和波谷平齊。3)在兩側(cè)的直邊上各焊接一條波形壓簧，波形壓簧的高度與波形板平齊。4)在波形板過濾元件其中一側(cè)的波峰表面及與波峰平齊的直邊表面和波形壓簧 的波峰上涂敷絕緣涂層。5)將上述加工好的波形板過濾元件沿長度方向下料，長度為2M4mm。6)將金屬纖維氈沿長度方向下料，長度為2580mm，此為平板過濾元件。7)將同寬度的長條平板過濾元件與波形板過濾元件疊合成一體，平板過濾元件置 于下層，波形板過濾元件置于上層，并且涂敷有絕緣涂層的一面背離平板過濾元件，端頭平 齊并與導(dǎo)電中心管母線重合焊接在一起，再以導(dǎo)電中心管為中心卷繞成圓柱狀濾芯。8)卷繞后，將波形板過濾元件與平板過濾元件的尾端切齊，再與導(dǎo)電金屬條貼焊 在一起。濾芯外層再包扎一層外圈絕緣層后，整體置于金屬外殼中。9)用接線柱分別與中心管和導(dǎo)電金屬條聯(lián)接便構(gòu)成電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集 器。導(dǎo)電中心管與導(dǎo)電金屬條構(gòu)成電源的兩個(gè)接入端。如圖2所示工作過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣從本電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器入口端 進(jìn)入，在流經(jīng)進(jìn)氣壁流式通道的過程中，氣體穿過平板過濾元件及波形板過濾元件從出氣 壁流式通道排出，尾氣中的顆粒物過濾在過濾元件的表面。顆粒捕集器工作一定時(shí)間后，關(guān)閉其中一個(gè)顆粒捕集器的進(jìn)氣通道，并通電加熱約5 8分鐘，顆粒捕集器內(nèi)溫度可升到 650°C，再打開進(jìn)氣通道，利用尾氣中富余的氧使捕集器中碳顆粒燃燒掉，如此交替循環(huán)工 作起到尾氣凈化之功效。實(shí)施例2 :24V電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器發(fā)動(dòng)機(jī)類型重型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排量IOL工作電壓24VDC產(chǎn)品型號(hào)SEFVA_032過濾芯體積5. 7L外形尺寸Φ219 X 240mm捕集器組合方式2件并聯(lián)顆粒物過濾效率> 80 %加熱電流44A加熱功率1056W制作方法1)采用SSF-40120/0. 4規(guī)格的金屬纖維氈為原料，原料寬度為200mm。2)其中一片金屬纖維氈沿長度方向壓成圖3所示的波形板過濾元件，波峰高度為 3. 6mm，波峰間距為8mm，兩側(cè)留出5mm直邊，兩側(cè)的直邊成上下分布，分別與波峰和波谷平齊。3)在兩側(cè)的直邊上各焊接一條波形壓簧，波形壓簧的高度與波形板平齊。4)在波形板過濾元件任意一側(cè)的波峰表面及與波峰平齊的直邊表面和波形壓簧 的波峰上涂敷絕緣涂層。5)將上述加工好的波形板過濾元件沿長度方向下料，長度為7200mm。6)將金屬纖維氈沿長度方向下料，長度為7300mm，此為平板過濾元件。7)將同寬度的長條平板過濾元件與波形板過濾元件疊合成一體，平板過濾元件置 于波形板過濾元件下層，并且涂敷有絕緣涂層的一面背離平板過濾元件，端頭平齊并于導(dǎo) 電中心管母線重合焊接在一起，再以導(dǎo)電中心管為中心卷繞成圓柱狀過濾芯。8)卷繞后，將波形板過濾元件與平板過濾元件的尾端切齊，再與導(dǎo)電金屬條貼焊 在一起。過濾芯外層再包扎一層外圈絕緣層后，整體置于金屬外殼中。9)用接線柱分別與中心管和導(dǎo)電金屬條聯(lián)接便構(gòu)成電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集
ο工作原理同實(shí)施例1。
權(quán)利要求
1.一種電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器，其特征在于包括導(dǎo)電中心管(1)、波形板過濾 元件O)、壓條(3)、平板過濾元件0)、絕緣涂層(5)、導(dǎo)電金屬條(6)、外圈絕緣層(7)、金 屬外殼(8)；平板過濾元件(4)和波形板過濾元件( 寬度相同；平板過濾元件(4)置于波 形板過濾元件(2)下層疊合構(gòu)成濾芯，濾芯首端平齊與導(dǎo)電中心管(1)的母線重合并焊接 在一起，濾芯尾端與導(dǎo)電金屬條(6)貼焊在一起；兩條涂敷有絕緣涂層( 的壓條C3)分別 焊接在所述波形板過濾元件O)的兩端；所述濾芯以導(dǎo)電中心管(1)為軸心卷繞成圓柱狀 濾芯，其外層包扎外圈絕緣層(7)后置于金屬外殼(8)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器，其特征在于所述波形板過濾 元件O)的兩端為直邊，中間為波浪形；直邊呈上下分布，并分別與波形板過濾元件O)的 波峰和波谷平齊；波峰表面及與波峰平齊的直邊表面涂敷有絕緣涂層(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器，其特征在于所述壓條(3)焊 接在波形板過濾元件( 兩端的直邊上；壓條(3)的高度與波形板過濾元件O)的波峰高 度相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器，其特征在于所述波形板過濾 元件( 和平板過濾元件(4)采用電熱合金纖維氈材質(zhì)，壓條C3)采用電熱合金材料或耐 熱不銹鋼帶材質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器，其特征在于所述濾芯由層數(shù) 相同的一層以上平板過濾元件(4)和一層以上波形板過濾元件( 依次疊合卷繞構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器，其特征在于所述壓條(3)為 波形壓簧。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電熱式柴油機(jī)尾氣顆粒捕集器，包括導(dǎo)電中心管、波形板過濾元件、壓條、平板過濾元件、絕緣涂層、導(dǎo)電金屬條、外圈絕緣層及金屬外殼。寬度相同的平板過濾元件置于波形板過濾元件下層疊合構(gòu)成濾芯，濾芯首端平齊與導(dǎo)電中心管的母線重合并焊接在一起，濾芯尾端與導(dǎo)電金屬條貼焊在一起；兩條涂敷有絕緣涂層的壓條分別焊接在波形板過濾元件兩端的直邊上；濾芯以導(dǎo)電中心管為軸心卷繞成圓柱狀濾芯，其外層包扎外圈絕緣層后置于金屬外殼中；壓條高度與波形板過濾元件的波峰高度相同。本發(fā)明集過濾、加熱功能于一體，具有過濾效率高、排氣背壓低、可直接整體通電加熱、耗電少、再生時(shí)間短、控制簡單可靠的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F01N3/027GK102071991SQ20111002722
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者胡瑞華 申請人:廣州市新力金屬有限公司