CN1309232A - 柴油机废气微粒过滤装置 - Google Patents

Abstract

该柴油机废气微粒过滤装置利用下流侧金属网来捕集经过上流侧金属网而带负电的微粒物质,把冷却废气的冷却器连结到排出发动机废气的排气管上,在冷却器的下流设置过滤器。过滤器的构成部分有:对外壳内的废气中的微粒物质进行捕集的过滤器主体,具有位于过滤器主体上流侧面上使微粒物质带负电的负电极的上流侧金属网、以及具有位于过滤器主体下流侧面上并吸附带负电的微粒物质的正电极的下流侧金属网。

Description

柴油机废气微粒过滤装置

本发明涉及对柴油发动机排放的废气中的微粒物质进行收集并对其加热燃烧、使废气净化的柴油机废气微粒过滤(dieselparticulate filer)装置。

过去，对发动机排放的废气进行净化用的排放气体处理装置是，把收集微粒物质的过滤器的通路面积扩大，使碳等微粒物质堆积在过滤器的前面部分，收集起来。为了对堆集在过滤器内的微粒物质进行燃烧，在过滤器的一部分上安装加热器，使加热器通电对微粒物质进行加热燃烧，以此来净化和回收过滤器。

例如，实开平1-44427号公报所公开的柴油微粒过滤装置就是把排放的气体通入到过滤器主体内，由该过滤器主体来收集排气中的碳、烟等微粒物质，当过滤器主体被其上面堆积的微粒物质堵塞时，进行气流切换，即切断进入该过滤器主体内的排放气流，使其流入到另外的过滤器主体内，从被堵塞的过滤器主体的下流一侧送入空气，对过滤器主体进行加热，使堵塞的微粒物质进行燃烧。

在从柴油发动机中排放的气体中包含碳、烟、HCl、SO_x等微粒物质。微粒物质是碳和碳氢化合物的合成物，其颗粒尺寸有很大的，也有很小的，具体的粒径范围是40μM-0.1μM，其中20μM左右的较多，这些微粒分散在排放气体中。现存的问题是：在这些微粒物质中尤其是0.25μM以下的小微粒对人体喘息等造成不良影响。

然而，直径小的微粒物质能通过过滤器，所以很难用过滤器进行捕集。因此，如何捕集这些尺寸小的微粒物质已成为防止大气污染方面的重大课题。

但是，从燃烧室通过排气管而排放出的废气中所包含的微粒物质，具有在通过排气管时与排气管壁面相接触而带电的特性。已带电的微粒物质的颗粒，其特点是在排放气体的高温气氛中进行活跃的颗粒运动，释放出所带动电子，倾向于以微粒状态进行运动。

然而，当排气温度降低时，出现微粒分别开始带电进行凝聚，粒径增大的现象。在排气温度低的环境中，粒径增大的微粒物质如果带电，那么，带电的微粒就会附着到具有不同极性的构件材料上。

再者，由过滤器捕集的微粒物质，如果有氧气存在并被加热到约600℃以上，那么就能与氧气进行反应，容易被燃烧掉。因此，柴油微粒过滤装置必须对过滤器主体上所收集的微粒物质进行加热燃烧，使过滤器主体净化，以便重新回收使用。为了再生利用过滤器主体，可以一边使排放气体流入到过滤器主体内，一边向金属网通电，把温度提高到微粒物质燃烧的状态。

再者，在利用陶瓷纤维制作过滤器的情况下，堆积在纤维之间的微粒物质，当其温度上升到约600℃以上时，就会着火燃烧，被烧掉。由于堆积在陶瓷纤维之间的微颗物质是以三维空间形式进行堆积的，所以在微粒物质之间容易形成间隙，排放气体容易进入微粒物质之间，利用排放气体中所含有的空气来使微粒物质着火燃烧。

本发明的目的是为了解决上述问题，提供这样一种柴油机废气微粒过滤装置，即在结构上从两侧用金属网来对由陶瓷纤维等材料构成的过滤器主体进行夹持，根据微粒物质在低温时通常带负电的特性，使排气温度下降，在排气流的上流侧的带电器上加负电极，在下流侧的金属网上加正电极，同时将其作为加热器使用，使通过过滤器的排放气体中所包含的微粒物质颗粒在通过上流的金属网时带负电，使滤波器主体未能捕集到而被漏掉的微粒物质附着到下流侧的加有正电极的金属网上被收集起来。

本发明涉及这样一种柴油机废气微粒过滤装置，即其构成部分包括：

排气管，用于排放从发动机中排出的废气；

冷却器，用于冷却上述废气，位于上述排气管上；

外壳，它被连结在上述冷却器上；

过滤器主体，它位于上述外壳内，并且用于收集从上述冷却器中送出的废气中所包含的微粒物质；

带电器，它具有位于上述过滤器主体的上流侧，而且使上述微粒物质带负电的负电极；以及

金属网，它具有位于上述过滤器主体的上述废气的下流侧的面上而且能吸附带负电的上述微粒物质的正电极。

上述冷却器由下述内筒和外筒构成，内筒与上述排气管相连通，其上形成了许多通孔；外筒位于上述内筒的外周，其上形成了波纹状冷却片结构。上述废气从上述内筒通过上述通孔而冲向上述外筒的壁面，通过上述内筒和上述外筒之间的冷却通路，被送入到上述过滤器主体内。

上述过滤器主体，其带有弯曲褶子部的构件整体形成筒状，上述废气从上述过滤器主体的外周一侧被送到内周一侧。并且，上述过滤器主体由陶瓷纤维材料的无纺布构成。

上述带电器由格子状带电器构成，该格子状带电器由布置在上述过滤器主体的上流侧的上述褶子部分之间的格子状电极构成。或者，上述带电器由金属网式带电器构成，该金属网式带电器由布置在上述过滤器主体上的上流侧金属网和下流侧金属网构成。

在上述过滤器主体上收集到的上述微粒物质超过预定规定的量之后，就进行响应，使上述下流侧金属网或上述上流侧金属网通电，对在上述过滤器主体上所收集的上述微粒物质进行加热燃烧，对上述过滤器进行净化和回收利用。

该柴油机废气微粒过滤装置，由于采用了以上构成，所以，从柴油发动机中排出的废气从排气管通过冷却器进行冷却，废气中的微粒物质的颗粒进行带电，微粒分别进行凝聚，使粒径增大，使微粒物质成为到用过滤器主体能够捕集到的尺寸，同时使微粒物质通过加有负电极的金属网，很容易使微粒物质带负电，即使微粒物质未能被过滤器主体捕捉住而通过去时，也能附着到加有正电极的下流侧金属网上而被捕集起来，使废气变成清洁后的气体而排放到大气中，并且，当对过滤器主体进行净化回收时，如果把上流侧金属网或下流侧金属网作为加热器使用，对被捕集到的微粒物质进行加热燃烧，那么，可以使过滤器主体被回收再利用。

所以，若采用该柴油机废气微粒过滤装置，则能捕集到问题尤为突出的0.25μM以下的小粒径微粒物质，能对排放的气体进行净化，因此不会引起环境污染问题。

附图的简单说明

图1是表示采用本发明的柴油机废气微粒过滤装置的一个实施例的概要剖面图。

图2是表示相当于图1的Ⅰ-Ⅰ剖面的部分的一个实施例的剖面图，是表示带电器的一个实施例同时表示加热器的说明图。

图3是对图1的柴油机废气微粒过滤装置中的过滤器主体和金属网的关系的概要剖面图。

图4是表示相当于图1的Ⅰ-Ⅰ剖面的部分的另一实施例的剖面图，是表示带电器的另一实施例的说明图。

以下参照附图，详细说明本发明的柴油机废气微粒过滤装置的

实施例。

该柴油机废气微粒过滤装置被连接到用于排放构成发动机的燃烧室20的废气的排气管19上，捕集废气中所包含的微粒物质，对被捕集的微粒物质进行加热燃烧，对废气进行净化。该柴油机废气微粒过滤装置由连接在排气管19上的冷却器3、以及被布置在冷却器3的废气流G的后流上的过滤器1构成。过滤器1被安装在外壳2内，它由能捕集柴油发动机废气中所包含的碳、烟、HC和SOx等微粒物质、耐热性能良好的陶瓷纤维等材料构成。

该柴油机废气微粒过滤装置，其主要构成部分有：

排气管19，用于排出从燃烧室20来的废气；

冷却器3，它与排气管19相连结，用于冷却废气；

外壳2，用于构成与冷却器3相连接的过滤器1；

过滤器主体11，用于捕集外壳2内的废气中所包含的微粒物质；

上流侧金属网12，它具有位于过滤器主体11的废气流G的上流侧的面上而且通过线路18使微粒物质带负电的负电极；以及

下流侧金属网13，它具有位于过滤器主体11的废气流G的上流侧的面上，而且通过线路18来吸附带负电的微粒物质。

再者，控制器10在使废气流入到过滤器1内时，利用直流电源17把电压加到金属网式带电器或格子状带电器上。

金属网式带电器示于图2和图3，在金属网式带电器中，通过线路18和端子21在上流侧金属网12上加负电极；通过线路18和端子22在下流侧金属网13上加正电极。

或者，如图4所示的格子状带电器，其控制方法是：通过线路18和端子21在格子状电极27上加负电极；通过线路18和端子22在下流侧金属网13上加正电极。

冷却器3由以下波纹管4和内筒5构成，该波纹管4，其一端上设有法兰23，而且在另一端上连接用于构成过滤器1的外壳2；该内筒5位于波纹管4的内侧，而且用于在内外分别形成废气通路7和6。

内筒5位于波纹管4内，并且二者的中心位置相同，在内侧形成了内侧废气通路7；在内筒5和波纹管4之间形成了外侧废气通路6。在波纹管4上形成了与外部大气相接触的冷却叶片25，并且在内筒5上形成了使废气通过的通孔8。

波纹管4，在与内筒5之间所形成的外侧废气通路6的一端由法兰23封闭，废气通路6的另一端与在外壳2内所形成的入口侧废气通路9相连通，过滤器1侧的端部由屏蔽板14进行封闭。所以，从排气管19送入到冷却器3内的废气从内筒5的内侧废气通路7通过通孔8而流入到外侧废气通路6内，从外侧废气通路6流入到过滤器1的入口侧废气通路9内。已流入到冷却器3内的废气被冷却器3进行冷却，使微粒物质凝聚，粒径增大。

过滤器1，其结构是：在入口侧中央部由端部屏蔽板15封闭，在出口侧中央部16被打开，外侧由外壳2进行封闭。过滤器1由过滤器主体11、以及从两侧对过滤器主体11进行夹持的上流侧金属网12和下流侧金属网13构成。

上流侧金属网12位于过滤器主体11的上流侧表面上，利用控制器10的控制，从电池17等直流电源中通过线路18和端子21而加上负电。并且，下流侧金属网13位于过滤器主体11的下流侧表面上，利用控制器10的控制，从电池17等直流电源中通过线路18和端子22而加上正电。

再者，当过滤器主体11上所捕集的微粒物质超过规定量时，为了对过滤器主体11进行回收处理，通过线路28和端子31和32使上流侧金属网12或下流侧金属网13通电，把上流侧金属网12或下流侧金属网13中的某一个作为加热器使用，能对微粒物质进行加热使其燃烧。

过滤器1的制作方法是：例如对陶瓷纤维进行叠层，形成毡状的过滤器主体11，在其两侧用包含耐热性Ni、Cr等在内的金属网12、13进行按压，使其形成规定的形状。在图中，过滤器1是把陶瓷纤维材料的过滤器主体11制成筒状并弯曲成褶子状，形成褶子部分30，该形状使过滤器的表面面积增大，但是也可以制成圆筒形、平板形和波纹形等其他形状。过滤器主体11由耐热性良好的陶瓷纤维无纺布等材料构成。构成过滤器主体11的材料可用这样一种无纺布来形成，例如对表面上被覆SiC的Si₃N₄和/或SiC(Si-C-O、Si-Ti-C-O、Si-C)陶瓷纤维无定向地进行叠层而制成，陶瓷纤维的纤维直径例如为5-15μm，长度为30-150mm。并且，叠层成毡状的陶瓷纤维材料，其厚度为3-5mm。

控制器10这样进行控制：当过滤器主体11上捕集到的微粒物质超过规定量时即作出反应，通过线路28和端子31、32来使上流侧金属网12或下流侧金属网13进行通电，把上流侧金属网12或下流侧金属网13作为加热器使用，对过滤器主体11进行回收再利用。过滤器主体11上的微粒物质捕集量可以利用对废气压力进行推测的压力传感器或者对过滤器流动阻力进行推测的传感器等来进行推测。

该柴油机废气微粒过滤装置，其构成如上所述，其动作可按以下方式进行。

从排气管19流入到冷却器3内的废气，从内筒5的内侧废气通路7通过通孔8流入到外侧废气通路6内，在外侧废气通路6的冷却叶片25中通过时被冷却，由于被冷却而使废气中的微粒物质一边进行凝聚，一边增大粒径，从外侧废气通路6中流入到过滤器1的入口侧废气通路9内。在过滤器1中废气从外壳2和过滤器1之间所形成的入口侧废气通路9中通过过滤器1，废气中所包含的微粒物质被捕集在上流侧金属网12，过滤器主体11和下流侧金属网13上，废气变成清洁的气体，从中央部16排出到废气通路24内。

控制器10如图2所示，通过线路18和端子21把负电从直流电源17加到上流侧金属网12上；通过线路18和端子22把正电加到下流侧金属网13上。所以，通过过滤器1的已被冷却废气在通过上流侧金属网12时，废气中的微粒物质带负电，然后大的微粒物质被过滤器主体11捕集，但是由于已通过3过滤器主体11的微粒物质带负电，所以这些微粒物质被吸附到带正电的下流侧金属网13上，收集在一起。

控制器10对在过滤器1上已捕集到规定量的微粒物质进行响应，通过线路28和端子31或32来使上流侧金属网12或下流侧金属网13通电，将其作为加热器使用，对被捕集的微粒物质进行加热使其燃烧，对过滤器1进行回收利用。

如图4所示，为使微粒物质带电的带电器也可以构成格子形状。格子状带电器由位于过滤器主体11周围的环形线路26、以及分别从环形线路26布置到褶子部30和褶子部30之间的格子状电极27构成。格子状电极27形成了沿着过滤器主体1的褶子部30之间进行延伸的金属网形状，通过格子状电极27的微粒物质将带电。格子状带电器的功能与上述由上流金属网12和下流金属网13构成的金属网状带电器相同。

Claims (8)

1．一种柴油机废气微粒过滤装置，其构成部分如下：

排气管，用于排放从发动机中排出的废气；

冷却器，用于冷却上述排气管排放的上述废气；

外壳，它被连结在上述冷却器上；

过滤器主体，它位于上述外壳内并且用于捕集从上述冷却器中流出的上述废气中所包含的微粒物质；

带电器，它具有位于上述过滤器主体的上流侧、而且能使上述微粒物质带负电的负电极；以及金属网，它具有位于上述过滤器主体的上述废气的下流侧的面上、而且能吸附带负电的上述微粒物质的正电极。

2．如权利要求1所述的柴油机废气微粒过滤装置，其中，上述冷却器由下述内筒和外筒构成，该内筒与上述排气管相连通而且其上面形成了许多通孔；该外筒形成了位于上述内筒外周的波纹冷却叶片结构，上述废气从上述内筒中通过上述通孔，冲向上述外筒的壁面，通过上述内筒和上述外筒的之间的冷却通路，流入到上述过滤器主体内。

3．如权利要求1所述的柴油机废气微粒过滤装置，上述过滤器主体带有被弯曲的褶子部的构件材料，整体形成筒状，上述废气从上述过滤器主体的外周侧流入到内周侧。

4．如权利要求3所述的柴油机废气微粒过滤装置，其上述带电器由下述格子状带电器构成，该格子状带电器由位于上述过滤器主体的上流侧的上述波纹部之间的格子电极构成。

5．如权利要求1所述的柴油机废气微粒过滤装置，其上述带电器由下述金属网式带电器构成，该金属网式带电器由位于上述过滤器主体内的上流侧金属网和下流侧金属网构成。

6．如权利要求1所述的柴油机废气微粒过滤装置，其上述过滤器主体由陶瓷纤维材料的无纺布构成。

7．如权利要求1所述的柴油机废气微粒过滤装置，其中，在上述过滤器主体上所捕集到的上述微粒物质超过预先规定的量时产生响应，使上述下流侧金属网和上述上流侧金属网通电，将其作为加热器使用，对在上述过滤器主体上已捕集到的上述微粒物质进行加热使其燃烧，对上述过滤器主体进行回收利用。

8．如权利要求1所述的柴油机废气微粒过滤装置，上述废气被上述冷却器冷却，使上述微粒物质进行凝聚，使粒径增大。

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