CN106988832B - 尾气颗粒物捕集装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尾气颗粒物捕集装置，包括：第一壳体，第二壳体，滤芯，进气管，第一排气管和排灰管，其中，所述第二壳体由一电机驱动旋转，且旋转方向与进气管尾气在第一壳体内部的旋转方向一致；以及，一种尾气颗粒物捕集装置的控制方法。本发明具有捕集效率高，使用寿命长，再生能耗低，清灰方便等优点。

Description

尾气颗粒物捕集装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及柴油车尾气处理技术领域。更具体地说，本发明涉及一种尾气颗粒物捕集装置及其控制方法。

背景技术

为了满足日益严格的排放控制目标，柴油车尾气后处理技术作为柴油发动机排放控制系统的一个重要组成部分，越来越受到关注。颗粒物捕集器技术被认为是目前净化柴油机颗粒物最直接、最有效的方法，也是国际上商品化的柴油机颗粒后处理技术之一。现有颗粒捕集器能滤去尾气中大部分颗粒，其颗粒捕集效率一般在70-90％，但捕集器在工作过程中，微粒会积存在过滤器内，导致柴油机排气背压增加，当排气背压超过一定值时，柴油机工作开始明显恶化，导致发动机动力性和经济性等性能降低，必须及时除去沉积的微粒，才能使颗粒捕集器正常工作，即颗粒捕集器再生。现有的颗粒捕集器再生通常采用将过滤器内的微粒通过外部热源直接加热燃烧的方式实现，其存在过滤体(滤芯)热应力大、使用寿命短，再生能耗高等问题，此外，燃烧再生只能够将颗粒捕集器内部的碳颗粒烧掉，但颗粒捕集器内部捕集的灰分不能燃烧去除，其会在颗粒捕集器中累积导致颗粒捕集器前后压差上升，从而影响颗粒捕集器的工作寿命，需要对颗粒捕集器进行人工清灰，一般清灰方法是将颗粒捕集器拆卸下来，通过高压气体反吹或者用水清洗来将颗粒捕集器内部的灰分清掉，很不方便。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种捕集效率高，使用寿命长，再生能耗低，清灰方便的尾气颗粒物捕集装置。

本发明还有一个目的是提供一种尾气颗粒物捕集装置的控制方法。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种尾气颗粒物捕集装置，包括：

第一壳体，其竖直设置，其包括一体成型的第一圆柱部和第一圆锥部，所述第一圆柱部位于所述第一圆锥部的正上方并上下贯通设置；

第二壳体，其竖直设置，其包括一体成型的第二圆柱部和第二圆锥部，所述第二圆柱部位于所述第二圆锥部的正下方并上下贯通设置，所述第二圆柱部设于第一圆柱部的内部，且第二圆柱部的上部与第一圆柱部的上部轴承连接；

滤芯，其填充于所述第二圆柱部内，所述滤芯为壁流式蜂窝陶瓷滤芯，其通道形状为正六棱柱；

进气管，其沿第一圆柱部侧面的切线方向设置在第一圆柱部的中上部，并与第一圆柱部连通，所述进气管上设有第一进气阀；

第一排气管，其竖直设置在第二圆锥部的顶部，并与第二圆锥部连通，所述第一排气管上设有第一排气阀；

以及，排灰管，其竖直设置在第一圆锥部的底部，并与第一圆锥部连通，排灰管的上部设有第一排灰阀，排灰管的下部设有集灰盒，其中，

所述第二壳体由一电机驱动旋转，且旋转方向与进气管尾气在第一壳体内部的旋转方向一致。

优选的是，所述的尾气颗粒物捕集装置，还包括：真空泵，其通过一连通管与排灰管的中下部连通；第一过滤网，其设于所述连通管与所述排灰管的连接处。

优选的是，所述的尾气颗粒物捕集装置，还包括：连通管，其一端与排灰管的中下部连通，另一端与一三通接头连通，所述连通管与所述排灰管的连接处设有第一过滤网；真空泵，其通过所述三通接头与所述连通管连通，所述真空泵与所述三通接头间设有真空阀；氧气泵，其通过所述三通接头与所述连通管连通，所述氧气泵与所述三通接头间设有第二进气阀；第二排灰阀，其设于所述排灰管与所述集灰盒的连接处；第二排气管，其一端与所述排灰管的中上部连通，所述第二排气管与所述排灰管连接处设有第二过滤网，所述第二排气管上还设有第二排气阀；以及，微波发生器，其设于集灰盒的内部下方。

优选的是，所述的尾气颗粒物捕集装置，还包括，挡板，其为中空倒圆锥台形，所述挡板设于第二圆柱部与第一圆柱部轴承连接处的下方，且挡板的小端与所述于第二圆柱部的外壁固定连接，挡板的大端与所述第一圆柱部的内壁抵接。

优选的是，所述的尾气颗粒物捕集装置，还包括，压力传感器，其设于第一圆柱部的内壁。

优选的是，所述的尾气颗粒物捕集装置，第二圆柱部的外壁上还间隔设有多条凸起，任一凸起竖直设置，凸起为半圆柱体且其上端面向下倾斜设置并与所述第二圆柱部的外壁形成145°交角，凸起的顶部与所述进气管的高度平齐。

优选的是，所述的尾气颗粒物捕集装置，所述第一进气阀、第一排气阀、第一排灰阀、真空阀、第二进气阀、第二排灰阀和第二排气阀均为电磁阀。

优选的是，所述的尾气颗粒物捕集装置，所述微波发生器包括微波管和微波管电源，所述微波管伸入到集灰盒的内部，所述微波管的表面装有过热保护器和石英保护罩，所述微波管电源设于集灰盒的外部。

优选的是，所述的尾气颗粒物捕集装置，所述微波管与所述集灰盒的连接处设有微波隔热环。

一种尾气颗粒物捕集装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：颗粒物捕集，打开第一进气阀、第一排气阀、第一排灰阀和第二排灰阀，尾气经第一进气阀进入尾气颗粒物捕集装置并沿第一圆柱部和第二圆柱部的间歇向下旋转运动，使尾气中的较大的颗粒物在离心力和重力的作用下沉降经第一排灰阀和第二排灰阀落入集灰盒中，接着，尾气由壁流式蜂窝陶瓷滤芯的底部进入滤芯，尾气中的较小的颗粒物仅滤芯过滤后被截留在滤芯中，过滤后的尾气经第一排气阀排出；

步骤二：滤芯再生，当压力传感器检测到的气压大于气压阈值时，关闭第一进气阀、第一排气阀和第二排灰阀，打开真空阀和真空泵，使第一壳体和第二壳体的内部形成负压，被截留在滤芯中的较小的颗粒物在负压和重力的作用下经第一排灰阀落入第二排灰阀上方或吸附在第一过滤网上；

步骤三：颗粒物燃烧净化，关闭第一排灰阀、真空阀和真空泵，打开第一进气阀、第一排气阀、第二排灰阀、第二进气阀和氧气泵，使氧气经第二进气阀进入排灰管，将第一过滤网上的较小颗粒吹扫下来，完成过滤网再生，提高排灰管和集灰盒中氧气浓度，然后关闭第二进气阀和氧气泵，被吹扫下来的较小颗粒和第二排灰阀上方的较小颗粒在重力的作用下沉降经第二排灰阀落入集灰盒中，打开微波发生器和第二排气阀，使集灰盒中的颗粒物充分燃烧，燃烧产生的气体经第二过滤网过滤后由第二排气阀排出；

步骤四：燃烧完成后，关闭微波发生器和第二排气阀，打开第一排灰阀，并重复步骤一到步骤三的过程。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、通过将第二壳体设置为由电机驱动旋转，且旋转方向与进气管尾气在在第一壳体内部的旋转方向一致，一方面可提高尾气在第一壳体内部和滤芯中的流速，提高尾气颗粒物的捕集效率，另一方面可促进尾气颗粒物与第一壳体和第二壳体间碰撞和摩擦，使尾气中的大颗粒物在离心力和重力的作用下掉落进入排灰管，实现尾气中大颗粒物和小颗粒物的分离，进一步降低进入滤芯中的尾气颗粒物浓度，减少滤芯的再生次数，使滤芯的使用寿命大大延长；

第二、通过设置真空泵，可使滤芯内部形成负压，使吸附在滤芯上的微粒在负压的作用下掉落进入排灰管，实现滤芯再生，与直接将过滤器内的微粒通过外部热源直接加热燃烧的方式再生相比，本发明的再生方式对滤芯的伤害小，能耗低，可大大延长滤芯的使用寿命；

第三、通过设置氧气泵和微波发生器，可使集灰盒中收集的尾气颗粒物充分燃烧净化，减少对大气的污染，且燃烧后的残留灰分被截留在集灰盒中，清灰时只需将集灰盒拆下将灰分倒出即可，方便快捷；

第四、通过将挡板设置为中空倒圆锥台形，与常规中空圆锥台形相比，可更有效的阻挡尾气上扬，避免尾气从第一圆柱部和第二圆柱部的连接处泄露，导致捕集效率降低；

第五、通过设置多条凸起，并将凸起的上端面向下倾斜设置并与所述第二圆柱部的外壁形成145°交角，一方面可进一步提高尾气在第一壳体内部和滤芯中的流速，提高尾气颗粒物的捕集效率，另一方面可避免尾气颗粒物在凸起的上端面积存，导致捕集效率降低；

第六、本发明的尾气颗粒物捕集装置的颗粒物捕集效率高，可达95％，且使用寿命长，再生能耗低，清灰方便。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的主要结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

如图1所示，本发明提供一种尾气颗粒物捕集装置，包括：

第一壳体1，其竖直设置，其包括一体成型的第一圆柱部11和第一圆锥部12，所述第一圆柱11部位于所述第一圆锥部12的正上方并上下贯通设置；

第二壳体2，其竖直设置，其包括一体成型的第二圆柱部21和第二圆锥部22，所述第二圆柱部21位于所述第二圆锥部22的正下方并上下贯通设置，所述第二圆柱部21设于第一圆柱部11的内部，且第二圆柱部21的上部与第一圆柱部11的上部通过轴承13连接；

滤芯3，其填充于所述第二圆柱部21内，所述滤芯3为壁流式蜂窝陶瓷滤芯，其通道形状为正六棱柱；

进气管4，其沿第一圆柱部11侧面的切线方向设置在第一圆柱部11的中上部，并与第一圆柱部11连通，所述进气管4上设有第一进气阀41；

第一排气管5，其竖直设置在第二圆锥部22的顶部，并与第二圆锥部22连通，所述第一排气管5上设有第一排气阀51；

以及，排灰管6，其竖直设置在第一圆锥部12的底部，并与第一圆锥部12连通，排灰管6的上部设有第一排灰阀61，排灰管6的下部设有集灰盒62，集灰盒62与排灰管6可拆卸设置，其中，

所述第二壳体2由一电机驱动旋转，且旋转方向与进气管4尾气在第一壳体1内部的旋转方向一致。所述第二壳体由一电机驱动旋转，其可以是通过在第二圆锥部的外部套设第一齿轮，在电机传动杆上套设与第一齿轮啮合的第二齿轮，电机通过带动第二齿轮转动，以使第二齿轮带动第一齿轮驱动第二壳体旋转；其也可以是通过在第二圆锥部的外部套设第一皮带轮，在电机传动杆上套设与第二皮带轮，并在第一皮带轮和第二皮带轮之间套设皮带，电机通过带动第二皮带轮转动，以使第二皮带轮带动第一皮带轮驱动第二壳体旋转。

通过将第二壳体设置为由电机驱动旋转，且旋转方向与进气管尾气在在第一壳体内部的旋转方向一致，一方面可提高尾气在第一壳体内部和滤芯中的流速，提高尾气颗粒物的捕集效率，另一方面可促进尾气颗粒物与第一壳体和第二壳体间碰撞和摩擦，使尾气中的大颗粒物在离心力和重力的作用下掉落进入排灰管，实现尾气中大颗粒物和小颗粒物的分离，进一步降低进入滤芯中的尾气颗粒物浓度，减少滤芯的再生次数，使滤芯的使用寿命大大延长。

在另一技术方案中，所述的尾气颗粒物捕集装置，还包括：真空泵7，其通过一连通管8与排灰管6的中下部连通；第一过滤网81，其设于所述连通管8与所述排灰管6的连接处。通过设置真空泵，可使滤芯内部形成负压，使吸附在滤芯上的微粒在负压的作用下掉落进入排灰管，实现滤芯再生，与直接将过滤器内的微粒通过外部热源直接加热燃烧的方式再生相比，本发明的再生方式对滤芯的伤害小，能耗低，可大大延长滤芯的使用寿命。

在另一技术方案中，所述的尾气颗粒物捕集装置，还包括：连通管8，其一端与排灰管6的中下部连通，另一端与一三通接头82连通，所述连通管8与所述排灰管6的连接处设有第一过滤网81；真空泵7，其通过所述三通接头82与所述连通管8连通，所述真空泵7与所述三通接头82间设有真空阀71；氧气泵9，其通过所述三通接头82与所述连通管8连通，所述氧气泵9与所述三通接头82间设有第二进气阀91；第二排灰阀63，其设于所述排灰管6与所述集灰盒62的连接处；第二排气管64，其一端与所述排灰管6的中上部连通，所述第二排气管64与所述排灰管6连接处设有第二过滤网66，所述第二排气管64上还设有第二排气阀65；以及，微波发生器10，其设于集灰盒62的内部下方。通过设置真空泵、氧气泵和微波发生器，可使吸附在滤芯上的微粒在负压的作用下掉落进入集灰盒，实现滤芯再生，并使尾气颗粒物在集灰盒中充分燃烧净化，减少对大气的污染，且燃烧后的残留灰分被截留在集灰盒中，清灰时只需将集灰盒拆下将灰分倒出即可，方便快捷。

在另一技术方案中，所述的尾气颗粒物捕集装置，还包括，挡板14，其为中空倒圆锥台形，所述挡板14设于第二圆柱部21与第一圆柱部11轴承连接处的下方，且挡板14的小端与所述于第二圆柱部21的外壁固定连接，挡板14的大端与所述第一圆柱部11的内壁抵接。通过将挡板设置为中空倒圆锥台形，与常规中空圆锥台形相比，可更有效的阻挡尾气上扬，避免尾气从第一圆柱部和第二圆柱部的连接处泄露，导致捕集效率降低。

在另一技术方案中，所述的尾气颗粒物捕集装置，还包括，压力传感器15，其设于第一圆柱部11的内壁。

在另一技术方案中，所述的尾气颗粒物捕集装置，第二圆柱部21的外壁上还间隔设有多条凸起23，任一凸起23竖直设置，凸起23为半圆柱体且其上端面向下倾斜设置并与所述第二圆柱部21的外壁形成145°交角，凸起23的顶部与所述进气管4的高度平齐。通过设置多条凸起，并将凸起的上端面向下倾斜设置并与所述第二圆柱部的外壁形成145°交角，一方面可进一步提高尾气在第一壳体内部和滤芯中的流速，提高尾气颗粒物的捕集效率，另一方面可避免尾气颗粒物在凸起的上端面积存，导致捕集效率降低。

在另一技术方案中，所述的尾气颗粒物捕集装置，所述第一进气阀41、第一排气阀51、第一排灰阀61、真空阀71、第二进气阀91、第二排灰阀63和第二排气阀66均为电磁阀。

在另一技术方案中，所述的尾气颗粒物捕集装置，所述微波发生器10包括微波管和微波管电源，所述微波管伸入到集灰盒62的内部，所述微波管的表面装有过热保护器和石英保护罩，所述微波管电源设于集灰盒62的外部。

在另一技术方案中，所述的尾气颗粒物捕集装置，所述微波管与所述集灰盒62的连接处设有微波隔热环。

本发明的尾气颗粒物捕集装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一：颗粒物捕集，打开第一进气阀、第一排气阀、第一排灰阀和第二排灰阀，尾气经第一进气阀进入尾气颗粒物捕集装置并沿第一圆柱部和第二圆柱部的间歇向下旋转运动，使尾气中的较大的颗粒物在离心力和重力的作用下沉降经第一排灰阀和第二排灰阀落入集灰盒中，接着，尾气由壁流式蜂窝陶瓷滤芯的底部进入滤芯，尾气中的较小的颗粒物仅滤芯过滤后被截留在滤芯中，过滤后的尾气经第一排气阀排出；

步骤二：滤芯再生，当压力传感器检测到的气压大于气压阈值时，关闭第一进气阀、第一排气阀和第二排灰阀，打开真空阀和真空泵，使第一壳体和第二壳体的内部形成负压，被截留在滤芯中的较小的颗粒物在负压和重力的作用下经第一排灰阀落入第二排灰阀上方或吸附在第一过滤网上；选择在发动机不工作或低速运行时进行滤芯再生；

步骤三：颗粒物燃烧净化，关闭第一排灰阀、真空阀和真空泵，打开第一进气阀、第一排气阀、第二排灰阀、第二进气阀和氧气泵，使氧气经第二进气阀进入排灰管，将第一过滤网上的较小颗粒吹扫下来，完成过滤网再生，提高排灰管和集灰盒中氧气浓度，然后关闭第二进气阀和氧气泵，被吹扫下来的较小颗粒和第二排灰阀上方的较小颗粒在重力的作用下沉降经第二排灰阀落入集灰盒中，打开微波发生器和第二排气阀，使集灰盒中的颗粒物充分燃烧，燃烧产生的气体经第二过滤网过滤后由第二排气阀排出；

步骤四：燃烧完成后，关闭微波发生器和第二排气阀，打开第一排灰阀，并重复步骤一到步骤三的过程。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种尾气颗粒物捕集装置，其特征在于，包括：

第一壳体，其竖直设置，其包括一体成型的第一圆柱部和第一圆锥部，所述第一圆柱部位于所述第一圆锥部的正上方并上下贯通设置；

第二壳体，其竖直设置，其包括一体成型的第二圆柱部和第二圆锥部，所述第二圆柱部位于所述第二圆锥部的正下方并上下贯通设置，所述第二圆柱部设于第一圆柱部的内部，且第二圆柱部的上部与第一圆柱部的上部轴承连接；

滤芯，其填充于所述第二圆柱部内，所述滤芯为壁流式蜂窝陶瓷滤芯，其通道形状为正六棱柱；

进气管，其沿第一圆柱部侧面的切线方向设置在第一圆柱部的中上部，并与第一圆柱部连通，所述进气管上设有第一进气阀；

第一排气管，其竖直设置在第二圆锥部的顶部，并与第二圆锥部连通，所述第一排气管上设有第一排气阀；

以及，排灰管，其竖直设置在第一圆锥部的底部，并与第一圆锥部连通，排灰管的上部设有第一排灰阀，排灰管的下部设有集灰盒，其中，

所述第二壳体由一电机驱动旋转，且旋转方向与进气管尾气在第一壳体内部的旋转方向一致。

2.如权利要求1所述的尾气颗粒物捕集装置，其特征在于，还包括：真空泵，其通过一连通管与排灰管的中下部连通；第一过滤网，其设于所述连通管与所述排灰管的连接处。

3.如权利要求1所述的尾气颗粒物捕集装置，其特征在于，还包括：连通管，其一端与排灰管的中下部连通，另一端与一三通接头连通，所述连通管与所述排灰管的连接处设有第一过滤网；真空泵，其通过所述三通接头与所述连通管连通，所述真空泵与所述三通接头间设有真空阀；氧气泵，其通过所述三通接头与所述连通管连通，所述氧气泵与所述三通接头间设有第二进气阀；第二排灰阀，其设于所述排灰管与所述集灰盒的连接处；第二排气管，其一端与所述排灰管的中上部连通，所述第二排气管与所述排灰管连接处设有第二过滤网，所述第二排气管上还设有第二排气阀；以及，微波发生器，其设于集灰盒的内部下方。

4.如权利要求1所述的尾气颗粒物捕集装置，其特征在于，还包括，挡板，其为中空倒圆锥台形，所述挡板设于第二圆柱部与第一圆柱部轴承连接处的下方，且挡板的小端与所述于第二圆柱部的外壁固定连接，挡板的大端与所述第一圆柱部的内壁抵接。

5.如权利要求1所述的尾气颗粒物捕集装置，其特征在于，还包括，压力传感器，其设于第一圆柱部的内壁。

6.如权利要求1所述的尾气颗粒物捕集装置，其特征在于，第二圆柱部的外壁上还间隔设有多条凸起，任一凸起竖直设置，凸起为半圆柱体且其上端面向下倾斜设置并与所述第二圆柱部的外壁形成145°交角，凸起的顶部与所述进气管的高度平齐。

7.如权利要求3所述的尾气颗粒物捕集装置，其特征在于，所述第一进气阀、第一排气阀、第一排灰阀、真空阀、第二进气阀、第二排灰阀和第二排气阀均为电磁阀。

8.如权利要求3所述的尾气颗粒物捕集装置，其特征在于，所述微波发生器包括微波管和微波管电源，所述微波管伸入到集灰盒的内部，所述微波管的表面装有过热保护器和石英保护罩，所述微波管电源设于集灰盒的外部。

9.如权利要求8所述的尾气颗粒物捕集装置，其特征在于，所述微波管与所述集灰盒的连接处设有微波隔热环。

10.一种如权利要求3所述的尾气颗粒物捕集装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：颗粒物捕集，打开第一进气阀、第一排气阀、第一排灰阀和第二排灰阀，尾气经第一进气阀进入尾气颗粒物捕集装置并沿第一圆柱部和第二圆柱部的间歇向下旋转运动，使尾气中的较大的颗粒物在离心力和重力的作用下沉降经第一排灰阀和第二排灰阀落入集灰盒中，接着，尾气由壁流式蜂窝陶瓷滤芯的底部进入滤芯，尾气中的较小的颗粒物仅滤芯过滤后被截留在滤芯中，过滤后的尾气经第一排气阀排出；

步骤二：滤芯再生，当压力传感器检测到的气压大于气压阈值时，关闭第一进气阀、第一排气阀和第二排灰阀，打开真空阀和真空泵，使第一壳体和第二壳体的内部形成负压，被截留在滤芯中的较小的颗粒物在负压和重力的作用下经第一排灰阀落入第二排灰阀上方或吸附在第一过滤网上；

步骤三：颗粒物燃烧净化，关闭第一排灰阀、真空阀和真空泵，打开第一进气阀、第一排气阀、第二排灰阀、第二进气阀和氧气泵，使氧气经第二进气阀进入排灰管，将第一过滤网上的较小颗粒吹扫下来，完成过滤网再生，提高排灰管和集灰盒中氧气浓度，然后关闭第二进气阀和氧气泵，被吹扫下来的较小颗粒和第二排灰阀上方的较小颗粒在重力的作用下沉降经第二排灰阀落入集灰盒中，打开微波发生器和第二排气阀，使集灰盒中的颗粒物充分燃烧，燃烧产生的气体经第二过滤网过滤后由第二排气阀排出；

步骤四：燃烧完成后，关闭微波发生器和第二排气阀，打开第一排灰阀，并重复步骤一到步骤三的过程。