CN106567761A - 一种复合式汽车尾气颗粒过滤装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于静电型尾气处理系统领域，公开了一种复合式汽车尾气颗粒过滤装置，该装置在排气管道中设置有荷电装置，荷电装置与高压正极相连接，排气管道外壁接地极，在排气管道内形成静电场对尾气颗粒进行预荷电，在排气管道的排出口设置有金属过滤网收集尾气颗粒，荷电装置为中心柱、平行的多根极柱或极板，排气管道上还设置有电场稳定装置、压缩空气控制管路、气体状态检测传感器和压力传感器等装置，帮助稳定电场、收集尾气颗粒。本发明的过滤装置满足在不同负载情况，尤其是重度负载下尾气过滤的需求，能够有效提升过滤系统的荷电能力以及完善颗粒捕集过程，并提升过滤性能，具有高效率，过滤性能稳定的优点。

Description

一种复合式汽车尾气颗粒过滤装置
技术领域
本发明属于静电型尾气处理系统领域，更具体地，涉及一种复合式汽车尾气颗粒过滤装置，其能够提升过滤器的过滤性能，具有过滤效率高，过滤性能稳定的优点。
背景技术
大气中颗粒物的浓度和暴露时间是决定颗粒物的吸入量和危害程度的关键因素，细颗粒物富含有毒、有害物质，且在大气中的停留时间长，输送距离远，暴露时间长，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。根据环保部在2014年初发布的《2013年机动车污染防治年报》可知，柴油车是导致大气中碳烟颗粒含量过高的主要原因之一，其排放的碳烟颗粒的总量为60万吨左右，占汽车排放总量的90％。截止到2013年，中国的柴油车保有量已经占机动车总量的25.2％，其保有量在未来仍将呈上涨趋势。因此，由柴油车尾气排放引发的环境污染问题应受到广泛的关注。
目前微粒捕集器(diesel particulate filter，DPF)是柴油机尾气颗粒处理的主流方法。该技术发展较为成熟、捕集效率相对较好。然而现有DPF滤芯材料大多以堇青石和碳化硅等为主，这种过滤体存在如下缺点：(1)长时间使用过滤阻力大，价格偏高，废弃后不易回收再利用，(2)对油质的要求高，需要低硫、低灰的柴油，(3)频繁短程运行会影响再生以及容易热裂等问题。
为了解决陶瓷过滤材料的不足，有人提出了金属芯以及木纤维滤芯。但是现有金属过滤芯的过滤效率有限。并存在设计结构复杂，过滤效率不足的问题(如Brück R,HirthP,Reizig M,et al.Metal supported flow-through particulate trap；A non-blockingsolution[J].SAE paper,2001)。除此之外，对于新材料滤芯如木纤维的滤芯也有研究，但是该材料存在一个不可避免的缺陷就是可用时间短(参见郭秀荣,梁中钰,杜丹丰,等.基于阻力的齿轮型木纤维尾气微粒捕集器滤芯设计及试验[J].农业工程学报,2015,5:010)，在改进后滤芯的可用时间刚刚达到了90小时，距离实际使用还有一段距离。为此人们借鉴了火力发电的污染处理思路，采用静电荷电的方法(参见阎卫东,徐凯.汽车尾气电子净化装置的研制[J].电子技术与软件工程,2013(12):128-128)。利用高压静电对汽车尾气(废气)中的烟尘微粒进行电离、充电，然后再通过强电场对带电烟尘微粒进行吸引收集。也有前人采用类似机理进行尾气过滤研究，如赵博宇的专利《静电式汽车尾气过滤固体颗粒装置》，申请号为201420187844.7，该专利也是利用板件电场，通过静电过滤颗粒。但是该类产品同样存在过滤效率不足的问题，除此之外，由于结构本身的限制，在发动机高负载运行下，由于尾气流速快，尾气颗粒浓度高，也会出现过滤能力不足的问题。
综上所述，目前现有的各种滤芯或者单纯添加静电的过滤方式不能完全满足尾气排放的需求。基于上述缺陷和不足，本领域亟需对现有的过滤装置作出进一步的完善和改进，以提升过滤装置的过滤性能，满足在不同负载情况，尤其是重度负载下尾气过滤的需求，有效提升过滤系统的荷电能力以及完善颗粒捕集过程。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种复合式汽车尾气颗粒过滤装置，该装置在排气管道上设置金属过滤网的同时，还在排气管道内设置外加电场，通过静电吸附以及孔洞过滤的综合作用来吸收尾气颗粒，有效提升过滤系统的荷电能力以及完善颗粒捕集过程，从而提升过滤器的过滤性能，并且解决了传统壁流式过滤器背压上升快，再生阶段容易热裂的问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种复合式汽车尾气颗粒过滤装置，其特征在于，该装置包括排气管道外壁，在排气管道的出口设置有金属过滤网，在排气管道中有沿排气管道轴线方向设置的一中心柱；或有平行于排气管道轴线设置的多根极柱，且上述极柱的一端穿出金属过滤网；或有平行于金属过滤网设置的极板；
上述中心柱、极柱或极板与高压正极相连接，所述排气管道外壁接地极，从而在排气管道内形成静电场对尾气颗粒进行预荷电，通过排气管道的出口的金属过滤网收集汽车尾气颗粒。
进一步优选地，所述排气管道的底部设置有电场稳定装置，且该电场稳定装置处于压缩空气控制管路内，该压缩空气控制管路内通入压缩空气。通过该装置向预荷电区域通入压缩空气，清除沉积在预荷电区域的颗粒，避免尾气颗粒的沉积改变电场的分布，影响预荷电过程的效率。
进一步优选地，所述电场稳定装置为陶瓷体。陶瓷体绝缘性能优良，能够保证电场电晕稳定性。
进一步优选地，所述排气管道的进气端安装有气体状态检测传感器获取气体信息，该气体状态检测传感器与处理器连接。
在尾气进入端安装气体状态检测传感器和压力传感器，综合尾气的温度，流速等信息，判断尾气的状态，将信息反馈给处理器并调整电场的强度，在低负载时适当降低电场强度减小能耗，在高负载时提升电场强度来应对高颗粒浓度的空气。
进一步优选地，所述金属过滤网的两侧的排气管上安装有压力传感器，用于获得金属过滤网两侧的压力差信息，选取合适的时间进行再生过程。
进一步优选地，所述金属过滤网上附着有催化剂，进一步提升颗粒的过滤性能同时降低再生环节的再生温度，减少燃油损耗。
进一步优选地，所述金属过滤网采用金属纤维或金属粉末烧结的方法制备，满足耐高温耐腐蚀，可以承受多次热循环的需求。
具体地，本发明构建的过滤装置，选择金属过滤网，并添加电场，同时根据设计的结构需求优化电场分布，可以采取中心辐射式电场，也可以采用板间平行电场，或者对于特殊的终端结构，也可以根据相应的终端设计特有电场，通过静电吸附以及孔洞过滤的综合作用来吸收尾气颗粒。在前端设置电场对于尾气颗粒进行预荷电，带电颗粒在流动过程中聚集变大，降低了微细颗粒的浓度和数目，便于过滤网的过滤收集。同时在排气管道前端对于尾气信息进行采集，随着尾气状态的变化，对于尾气处理系统进行实时调整，最大程度的节省能量和提升过滤效率。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
(1)本发明为静电场发生设备与金属网格过滤器共同作用装置，即通过静电场发生设备，对尾气颗粒进行预处理，进行荷电并完成颗粒聚集过程。在终端安装过滤网，通过静电吸附和孔洞过滤的作用，将尾气颗粒收集到金属过滤网中。该装置可以根据尾气状态自动调节电场强度和分布，实时优化过滤过程，保证过滤效率。同时采用金属过滤网，可以避免陶瓷芯面临的热裂问题，具有低背压，适应性强的优点，对比单一金属过滤网或静电式颗粒过滤装置，该装置可以有效的提升过滤效率，具有过滤效率高，过滤性能稳定的优点。
(2)本发明的过滤装置，根据前端的外形设计，施加相应的电场，根据设计的结构需求优化电场分布，可以采取中心辐射式电场，也可以采用板间平行电场，或者对于特殊的终端结构，也可以根据相应的终端设计特有电场，通过对结构的调整以及增加静电发生装置，提升电场的稳定性，提高过滤效率。
(3)在排气管道的底部设置有电场稳定装置，且在电场稳定装置处于压缩空气控制管路内，通过压缩空气控制管路向预荷电区域通入压缩空气，清除沉积在预荷电区域的颗粒，避免尾气颗粒的沉积改变电场的分布，进而影响预荷电过程的效率。
(4)在尾气进入端安装气体状态检测传感器和压力传感器，综合尾气的温度，流速等信息，判断尾气的状态，将信息反馈给处理器并调整电场的强度，在低负载时适当降低电场强度减小能耗，在高负载时提升电场强度来应对高颗粒浓度的空气。
(5)本发明的过滤装置在金属过滤网和高压电场的复合作用下完成尾气颗粒的收集过程，能够提升金属芯过滤网的过滤性能，满足在不同负载情况，尤其是重度负载下尾气过滤的需求，有效提升过滤系统的荷电能力以及完善颗粒捕集过程，还具有结构简单、成本低廉和制造方便等优点。
附图说明
图1为本发明的尾气颗粒的荷电装置结构示意图；
图2为本发明的带有金属过滤网的过滤装置结构示意图；
图3为本发明的实施例1的过滤装置结构示意图；
图4为本发明的实施例2的过滤装置结构示意图；
图5为本发明的实施例3的过滤装置结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-气体状态检测传感器，2-排气管道外壁，3-电场稳定装置，4-中心柱，5-压缩空气控制管路，6-压力传感器，7-金属过滤网，8-极柱，9-极板。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1为本发明的尾气颗粒的荷电装置结构示意图；图2为本发明的带有金属过滤网的过滤装置结构示意图。如图1和2所示，一种复合式汽车尾气颗粒过滤装置，该装置包括排气管道外壁2，在排气管道中设置有荷电装置，荷电装置与高压正极相连接，排气管道外壁2接地极，从而在排气管道内形成静电场对尾气颗粒进行预荷电，在排气管道的排出口设置有金属过滤网7收集尾气颗粒；
荷电装置为沿排气管道轴线方向设置的一中心柱4；或为平行于排气管道轴线设置的多根极柱8，且该极柱8的一端穿出金属过滤网7；或为平行于金属过滤网7设置的极板9。
在本发明的一个具体实施例中，排气管道的底部设置有电场稳定装置3，且该电场稳定装置3处于压缩空气控制管路5内，该压缩空气控制管路5内通入压缩空气。
在本发明的一个具体实施例中，电场稳定装置3为陶瓷体。
在本发明的一个具体实施例中，排气管道的进气端安装有气体状态检测传感器1获取气体信息，该气体状态检测传感器1与处理器连接。
在本发明的一个具体实施例中，金属过滤网7的两侧的排气管上安装有压力传感器6，用于获得背压信息。
在本发明的一个具体实施例中，金属过滤网7上附着有催化剂。
在本发明的一个具体实施例中，金属过滤网7采用金属纤维或金属粉末烧结的方法制备。
实施例1
如图3所示，一种复合式汽车尾气颗粒过滤装置，该装置包括设置在排气管道的进气端的气体状态检测传感器1、排气管道外壁2和电场稳定装置3，在排气管道中沿排气管道轴线方向设置有一中心柱4，中心柱4与高压正极相连接，排气管道外壁2接地极，从而在排气管道内形成静电场对尾气颗粒进行预荷电，在排气管道的出口设置有金属过滤网7收集尾气颗粒，尾气经过预荷电后，进入金属过滤网中；
陶瓷体制成的电场稳定装置3设置在排气管道底部，且该电场稳定装置3处于压缩空气控制管路5内，该压缩空气控制管路5内通入压缩空气，通过陶瓷体电场稳定装置3保证电场电晕稳定性，同时在电场稳定装置3旁边通入压缩空气避免颗粒沉积影响电场稳定装置3发挥作用，排气管道的进气端安装有气体状态检测传感器1获取气体信息，该气体状态检测传感器1与处理器连接，处理器根据获取的流体信息，改变电压调整电场强度，保证荷电效率，所述金属过滤网7采用金属纤维烧结的方法制备，且所述金属过滤网7的两侧的排气管上安装有压力传感器6，用于获得背压信息，当背压达到一定数值时，进行再生反应，金属过滤网7上还附着有催化剂，进一步提升颗粒的过滤性能同时降低再生环节的再生温度，减少燃油损耗。
实施例2
如图4所示，一种复合式汽车尾气颗粒过滤装置，该装置包括设置在排气管道的进气端的气体状态检测传感器1、排气管道外壁2和电场稳定装置3，在排气管道中平行于排气管道轴线设置有多根极柱8，且该极柱8的一端穿出金属过滤网7，极柱8与高压正极相连接，排气管道外壁2接地极，从而在排气管道内形成静电场对尾气颗粒进行预荷电，在排气管道的排出口设置有金属过滤网7收集尾气颗粒，尾气经过预荷电后，进入金属过滤网中；
陶瓷体制成的电场稳定装置3设置在排气管道底部，且该电场稳定装置3处于压缩空气控制管路5内，该压缩空气控制管路5内通入压缩空气，通过陶瓷体电场稳定装置3保证电场电晕稳定性，同时在电场稳定装置3旁边通入压缩空气避免颗粒沉积影响电场稳定装置3发挥作用，排气管道的进气端安装有气体状态检测传感器1获取气体信息，该气体状态检测传感器1与处理器连接，处理器通过控制极柱8的通电情况，调节电场的分布以及电场强度，保证金属过滤网7的收集性能，所述金属过滤网7采用金属粉末烧结的方法制备，且所述金属过滤网7的两侧的排气管上安装有压力传感器6，用于获得背压信息，当背压达到一定数值时，进行再生反应，金属过滤网7上附着有催化剂，进一步提升颗粒的过滤性能同时降低再生环节的再生温度，减少燃油损耗。
实施例3
如图5所示，一种复合式汽车尾气颗粒过滤装置，该装置包括设置在排气管道的进气端的气体状态检测传感器1、排气管道外壁2和电场稳定装置3，在排气管道中平行于金属过滤网7设置的极板9，极板9与高压正极相连接，排气管道外壁2接地极，从而在排气管道内形成静电场对尾气颗粒进行预荷电，在排气管道的排出口设置有金属过滤网7，在金属过滤网7中形成静电场，进而在金属过滤网和静电得共同作用下，对颗粒进行收集；
陶瓷体制成的电场稳定装置3设置在排气管道底部，且该电场稳定装置3处于压缩空气控制管路5内，该压缩空气控制管路5内通入压缩空气，通过陶瓷体电场稳定装置3保证电场电晕稳定性，同时在电场稳定装置3旁边通入压缩空气避免颗粒沉积影响电场稳定装置3发挥作用，排气管道的进气端安装有气体状态检测传感器1获取气体信息，该气体状态检测传感器1与处理器连接，处理器根据获取的流体信息，改变电压调整电场强度，保证荷电效率，金属过滤网7采用金属纤维烧结的方法制备，且金属过滤网7的两侧的排气管上安装有压力传感器6，用于获得背压信息，当背压达到一定数值时，进行再生反应，金属过滤网7上附着有催化剂，进一步提升颗粒的过滤性能同时降低再生环节的再生温度，减少燃油损耗。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种复合式汽车尾气颗粒过滤装置，其特征在于，该装置包括排气管道外壁(2)，在排气管道的出口设置有金属过滤网(7)，在排气管道中有沿排气管道轴线方向设置的一中心柱(4)；或有平行于排气管道轴线设置的多根极柱(8)，且上述极柱(8)的一端穿出金属过滤网(7)；或有平行于金属过滤网(7)设置的极板(9)；
上述中心柱(4)、极柱(8)或极板(9)与高压正极相连接，所述排气管道外壁(2)接地极，从而在排气管道内形成静电场对尾气颗粒进行预荷电，通过排气管道的出口的金属过滤网(7)收集汽车尾气颗粒。
2.如权利要求1所述的静电式汽车尾气颗粒过滤装置，其特征在于，所述排气管道的底部设置有电场稳定装置(3)，且该电场稳定装置(3)处于压缩空气控制管路(5)内。
3.如权利要求2所述的静电式汽车尾气颗粒过滤装置，其特征在于，所述电场稳定装置(3)为陶瓷体。
4.如权利要求3所述的静电式汽车尾气颗粒过滤装置，其特征在于，所述排气管道的进气端安装有气体状态检测传感器(1)获取气体信息，该气体状态检测传感器(1)与处理器连接。
5.如权利要求4所述的静电式汽车尾气颗粒过滤装置，其特征在于，所述金属过滤网(7)的两侧的排气管上安装有压力传感器(6)。
6.如权利要求5所述的静电式汽车尾气颗粒过滤装置，其特征在于，所述金属过滤网(7)上附着有催化剂。
7.如权利要求6所述的静电式汽车尾气颗粒过滤装置，其特征在于，所述金属过滤网(7)采用金属纤维或金属粉末烧结的方法制备。
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