CN102071991A - 电热式柴油机尾气颗粒捕集器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电热式柴油机尾气颗粒捕集器，包括导电中心管、波形板过滤元件、压条、平板过滤元件、绝缘涂层、导电金属条、外圈绝缘层及金属外壳。宽度相同的平板过滤元件置于波形板过滤元件下层叠合构成滤芯，滤芯首端平齐与导电中心管的母线重合并焊接在一起，滤芯尾端与导电金属条贴焊在一起；两条涂敷有绝缘涂层的压条分别焊接在波形板过滤元件两端的直边上；滤芯以导电中心管为轴心卷绕成圆柱状滤芯，其外层包扎外圈绝缘层后置于金属外壳中；压条高度与波形板过滤元件的波峰高度相同。本发明集过滤、加热功能于一体，具有过滤效率高、排气背压低、可直接整体通电加热、耗电少、再生时间短、控制简单可靠的特点。

Description

电热式柴油机尾气颗粒捕集器

技术领域

本发明涉及发动机尾气后处理技术领域，具体涉及一种可通电加热，具有主动再生功能的金属纤维过滤毡壁流式柴油发动机尾气颗粒捕集器。

背景技术

目前广泛应用于汽车、工程机械、农业机械、列车牵引机车以及船舶的柴油发动机，在工作中排放出大量的颗粒物，不仅对人体健康造成严重的危害，而且对环境造成严重的污染。为此，业界投入大量的人力物力研究出各种方式的发动机颗粒物后处理技术和产品，为发动机排放水平的提升做出了巨大的贡献。综述已有的发动机颗粒物后处理技术和产品，可划分为两个方面，一是颗粒物的捕集，二是颗粒物的再生。

在颗粒物的捕集方面，已有的技术和产品及其特点如下：

1)壁流式陶瓷过滤器过滤效率很高、抗高温性好，但透气性差、流体压降大、抗机械振动性差、抗热冲击性差，在不具备再生条件下工作易堵塞，孔道一旦堵塞，排气背压很高，影响发动机继续工作，需要人工离线清理。

2)壁流式金属纤维过滤器过滤效率较高、透气性好、流体压降小、抗机械振动性强、抗热冲击性好，但抗高温性差，在不具备再生条件下工作会堵塞，孔道一旦堵塞，排气背压很高，影响发动机继续工作，需要人工离线清理或高温控制再生。

3)其它类型的金属纤维过滤器，如袋式、管式或褶页式过滤器，过滤效率较高、透气性好、流体压降小、抗机械振动性强、抗热冲击性好，但抗高温性差，在不具备再生条件下工作虽然不易堵塞，但积碳层太厚也会造成排气背压很高，影响发动机继续工作。除此，该类型过滤器单位容积的过滤面积小，造成过滤器体积大、占据车辆较大的空间，应用不方便。

4)部分流过滤器，如金属泡沫过滤器、金属丝网过滤器、交叉式金属纤维波形板过滤器、波形金属板支撑导流式金属纤维过滤器等。该类过滤器在防止过滤器堵塞方面具有明显的优势，但也存在不足，如过滤效率较低，一般发动机加装后颗粒物的排放有所改善，但达不到高标准排放水平的要求。

在颗粒物的再生方面，已有的技术和产品及其特点如下：

1)被动再生技术和产品，如连续再生捕集器，是将发动机尾气中的NO气体在柴油机氧化型催化转化器的作用下转变成NO₂，NO₂再与颗粒物中的主要成分碳颗粒发生氧化反应，实现颗粒物的再生。该技术和产品的重要应用条件之一是发动机的尾气温度，即发动机在一定的工作周期中，必须有15％以上的时间，尾气温度≥300℃。否则，碳颗粒积累过多，或造成捕集器的堵塞而影响发动机工作，或造成非控制再生而烧毁捕集器。

2)燃油加热主动再生技术和产品，如发动机后喷及控制再生技术、排气管道内喷油催化燃烧再生技术、柴油燃烧器加热再生技术等。该类技术均是通过辅助燃油加热的方式来提升尾气温度以实现再生，该系统控制较为复杂，燃油消耗较大，经济性不好。如2008年09月24日公开的公开号为CN101270685的专利文件，公开了一种柴油机微粒捕集器主动热再生方法及其装置，需要将将沸点高于常温的液体燃料置于发动机尾气中，或辅以电加热使其成为高压燃料蒸气。

3)电加热主动再生技术和产品，如多个壁流式过滤器并联结构，端面电加热引燃再生技术。具有过滤性能好、电能消耗较低的特点，但再生时间较长，控制较复杂。此外，金属纤维过滤毡折页式过滤器串/并联结构、整体通电加热再生技术具有单元再生时间短的优点，但单位体积过滤面积小，系统体积大，过滤单元数量较多，再生占载率高。

发明内容

为解决现有柴油发动机颗粒捕集再生技术存在的不足，本发明提供一种电热式柴油机尾气颗粒捕集器，集过滤、加热功能于一体。

本发明提供的电热式柴油机尾气颗粒捕集器，主要包括导电中心管1、波形板过滤元件2、压条3、平板过滤元件4、绝缘涂层5、导电金属条6、外圈绝缘层7及金属外壳8。

电热式柴油机尾气颗粒捕集器的具体结构如下：

电源端由导电中心管和导电金属条构成；所述滤芯由平板过滤元件置于波形板过滤元件下层叠合构成，平板过滤元件和波形板过滤元件的宽度相同；所述滤芯的首端平齐与导电中心管的母线重合并焊接在一起，滤芯尾端与导电金属条6贴焊在一起，两条涂敷有绝缘涂层的压条3分别焊接在所述波形板过滤元件的两端；所述滤芯以导电中心管为中心卷绕成圆柱状滤芯后，其外层包覆外圈绝缘层7，置于金属外壳8中。

上述波形板过滤元件2和平板过滤元件4呈“Z”字形交替叠层。波形板过滤元件2的两端为直边，中间为波浪形，直边呈上下分布，并分别与波形板的波峰和波谷平齐，两端直边分别焊接一条压条3，压条3的高度与波形板过滤元件4的波峰高度一致；波峰表面及与波峰平齐的直边表面及压条3的顶面涂敷绝缘涂层5，使过滤芯成为圆柱状的加热器。

压条的作用是在过滤芯卷绕成形后将压条所处直边的背面与相邻的平板过滤元件的表面压紧，以形成“Z”的气流通道。

压条最优选为波形弹簧。波形压簧焊接在波形过滤元件两端带凹面的直边上，使焊接后的波形压簧的波峰与波形板过滤元件的波峰高度一致。

上述波形板过滤元件2和平板过滤元件4均采用电热合金纤维毡制成，压条3可采用电热合金材料也可采用耐热不锈钢带制成，用于支撑过滤芯的进气口和排气口，并构成加热回路的一部分。

本发明可根据发动机工作电压的不同设计成几种标准规格，再按照发动机排量的大小，确定捕集器的并联数量。依据发动机碳颗粒排放水平及捕集器的碳容量确定过滤周期及再生启动时间，再生启动后对所并联的捕集器按时间顺序依次完成再生。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明既有气—固分离的过滤功能，又有通电发热的加热功能，因为在波形板过滤元件的波峰表面及与波峰平齐的直边表面和波形压簧的波峰上涂有绝缘材料，并且滤芯外层包扎绝缘材料后使得捕集器具体整体加热和直接加热的功能。

(2)本发明具有过滤效率高、排气背压低、耗电少、再生时间短、控制简单可靠的特点。

附图说明

图1为电热式柴油机尾气颗粒捕集器结构示意图：

图2为图1所示捕集器的过滤原理示意图；

图3为图1所示捕集器的展开示意图；

具体实施方式

以压条的最优选形成波形压簧为例，结合附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1所示：其中1-中心管，2-波形板过滤元件，3-波形压簧，4--平板过滤元件，5--绝缘涂层，6-导电金属条，7-外圈绝缘层，8-金属外壳。

实施例1：12V电热式柴油机尾气颗粒捕集器

发动机类型：轻型车用柴油发动机

发动机排量：3L

工作电压：12VDC

产品型号：SEFVA-010

过滤芯体积：2L

外形尺寸：Φ127×240mm

捕集器组合方式：2件并联

颗粒物过滤效率：≥80％

加热电流：62A

加热功率：743W

制作方法：

1)采用SSF-40120/0.4规格的金属纤维毡为原料，原料宽度为200mm。

2)其中一片金属纤维毡沿长度方向压成图3所示的波形板，波峰高度为3.6mm，波峰间距为8mm，两侧留出5mm直边，两侧的直边成上下分布，并分别与波峰和波谷平齐。

3)在两侧的直边上各焊接一条波形压簧，波形压簧的高度与波形板平齐。

4)在波形板过滤元件其中一侧的波峰表面及与波峰平齐的直边表面和波形压簧的波峰上涂敷绝缘涂层。

5)将上述加工好的波形板过滤元件沿长度方向下料，长度为2544mm。

6)将金属纤维毡沿长度方向下料，长度为2580mm，此为平板过滤元件。

7)将同宽度的长条平板过滤元件与波形板过滤元件叠合成一体，平板过滤元件置于下层，波形板过滤元件置于上层，并且涂敷有绝缘涂层的一面背离平板过滤元件，端头平齐并与导电中心管母线重合焊接在一起，再以导电中心管为中心卷绕成圆柱状滤芯。

8)卷绕后，将波形板过滤元件与平板过滤元件的尾端切齐，再与导电金属条贴焊在一起。滤芯外层再包扎一层外圈绝缘层后，整体置于金属外壳中。

9)用接线柱分别与中心管和导电金属条联接便构成电热式柴油机尾气颗粒捕集器。导电中心管与导电金属条构成电源的两个接入端。

如图2所示：工作过程中，发动机尾气从本电热式柴油机尾气颗粒捕集器入口端进入，在流经进气壁流式通道的过程中，气体穿过平板过滤元件及波形板过滤元件从出气壁流式通道排出，尾气中的颗粒物过滤在过滤元件的表面。颗粒捕集器工作一定时间后，关闭其中一个颗粒捕集器的进气通道，并通电加热约5～8分钟，颗粒捕集器内温度可升到650℃，再打开进气通道，利用尾气中富余的氧使捕集器中碳颗粒燃烧掉，如此交替循环工作起到尾气净化之功效。

实施例2：24V电热式柴油机尾气颗粒捕集器

发动机类型：重型柴油发动机

发动机排量：10L

工作电压：24VDC

产品型号：SEFVA-032

过滤芯体积：5.7L

外形尺寸：Φ219×240mm

捕集器组合方式：2件并联

颗粒物过滤效率：≥80％

加热电流：44A

加热功率：1056W

制作方法：

1)采用SSF-40120/0.4规格的金属纤维毡为原料，原料宽度为200mm。

2)其中一片金属纤维毡沿长度方向压成图3所示的波形板过滤元件，波峰高度为3.6mm，波峰间距为8mm，两侧留出5mm直边，两侧的直边成上下分布，分别与波峰和波谷平齐。

3)在两侧的直边上各焊接一条波形压簧，波形压簧的高度与波形板平齐。

4)在波形板过滤元件任意一侧的波峰表面及与波峰平齐的直边表面和波形压簧的波峰上涂敷绝缘涂层。

5)将上述加工好的波形板过滤元件沿长度方向下料，长度为7200mm。

6)将金属纤维毡沿长度方向下料，长度为7300mm，此为平板过滤元件。

7)将同宽度的长条平板过滤元件与波形板过滤元件叠合成一体，平板过滤元件置于波形板过滤元件下层，并且涂敷有绝缘涂层的一面背离平板过滤元件，端头平齐并于导电中心管母线重合焊接在一起，再以导电中心管为中心卷绕成圆柱状过滤芯。

8)卷绕后，将波形板过滤元件与平板过滤元件的尾端切齐，再与导电金属条贴焊在一起。过滤芯外层再包扎一层外圈绝缘层后，整体置于金属外壳中。

9)用接线柱分别与中心管和导电金属条联接便构成电热式柴油机尾气颗粒捕集器。

工作原理同实施例1。

Claims (6)

1.一种电热式柴油机尾气颗粒捕集器，其特征在于包括导电中心管(1)、波形板过滤元件(2)、压条(3)、平板过滤元件(4)、绝缘涂层(5)、导电金属条(6)、外圈绝缘层(7)、金属外壳(8)；平板过滤元件(4)和波形板过滤元件(2)宽度相同；平板过滤元件(4)置于波形板过滤元件(2)下层叠合构成滤芯，滤芯首端平齐与导电中心管(1)的母线重合并焊接在一起，滤芯尾端与导电金属条(6)贴焊在一起；两条涂敷有绝缘涂层(5)的压条(3)分别焊接在所述波形板过滤元件(2)的两端；所述滤芯以导电中心管(1)为轴心卷绕成圆柱状滤芯，其外层包扎外圈绝缘层(7)后置于金属外壳(8)中。

2.根据权利要求1所述的电热式柴油机尾气颗粒捕集器，其特征在于所述波形板过滤元件(2)的两端为直边，中间为波浪形；直边呈上下分布，并分别与波形板过滤元件(2)的波峰和波谷平齐；波峰表面及与波峰平齐的直边表面涂敷有绝缘涂层(5)。

3.根据权利要求1所述的电热式柴油机尾气颗粒捕集器，其特征在于所述压条(3)焊接在波形板过滤元件(2)两端的直边上；压条(3)的高度与波形板过滤元件(2)的波峰高度相同。

4.根据权利要求2所述的电热式柴油机尾气颗粒捕集器，其特征在于所述波形板过滤元件(2)和平板过滤元件(4)采用电热合金纤维毡材质，压条(3)采用电热合金材料或耐热不锈钢带材质。

5.根据权利要求1所述的电热式柴油机尾气颗粒捕集器，其特征在于所述滤芯由层数相同的一层以上平板过滤元件(4)和一层以上波形板过滤元件(2)依次叠合卷绕构成。

6.根据权利要求1所述的电热式柴油机尾气颗粒捕集器，其特征在于所述压条(3)为波形压簧。

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