CN108180057A - 滤芯及其制造方法和柴油发电机尾气过滤器 - Google Patents

滤芯及其制造方法和柴油发电机尾气过滤器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了滤芯及其制造方法和柴油发电机尾气过滤器，滤芯包括滤芯主体；滤芯主体上开有多个第一轴向盲孔和多个第二轴向盲孔，第一轴向盲孔的开口端与柴油发电机过滤器的入口导通，第二轴向盲孔的开口端与柴油发电机过滤器的出口导通；第一轴向盲孔和第二轴向盲孔之间的孔壁为能够过滤尾气的蜂窝结构壁。使用时，尾气通过蜂窝结构壁上的催化涂层进行尾气的化学净化，同时，尾气穿过蜂窝结构壁上的孔进行烟(粉)尘过滤过滤，过滤后的气体从第二轴向盲孔的出口端排出到柴油发电机过滤器的出口，实现尾气的净化和过滤。由于本发明为蜂窝结构，集有害气体净化处理和烟(粉)尘收集两种功能于一身，提高了尾气和滤芯接触面积，提高尾气处理效率。

Description

滤芯及其制造方法和柴油发电机尾气过滤器
技术领域
本发明涉及尾气过滤设备技术领域，尤其是涉及滤芯及其制造方法和柴油发电机尾气过滤器。
背景技术
据统计，从2011年到2015年，我国的柴油消费总量从15635.11万吨逐年递增到了17360.31万吨。这其中很大一部分柴油被直接用作柴油发电机的燃料。在这5年期间，全国二氧化硫、氮氧化物和烟(粉)尘的平均排放量分别为2043万吨、2179.68万吨和1414.3万吨。而二氧化硫、氮氧化物和烟(粉)尘正是柴油发电机尾气的主要组成成分。随着社会的进步和人们环保意识的提升，柴油发电机尾气处理问题越来越受到广泛的关注。
安装尾气过滤器能够有效的处理柴油发电机的尾气，而滤芯是尾气过滤器的重要构件。如图1所示，传统柴油发电机尾气过滤器由柴油氧化催化器(DOC)1和柴油颗粒收集器(DPF)2两个核心器件组成，分别完成柴油发电机尾气的有害气体化学催化净化处理和粉尘过滤两个功能。尾气从壳体3的入口管进入，经过柴油氧化催化器(DOC)1和柴油颗粒收集器(DPF)2过滤后，从壳体3的出口排出。由于传统柴油发电机尾气过滤器由柴油氧化催化器(DOC)1和柴油颗粒收集器(DPF)2两个核心器件，所占空间较大，尾气处理效率受空间限制较大。
因此，如何减小滤芯占用空间，提高尾气处理效率是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的是提供一种滤芯，以减小滤芯占用空间，提高尾气处理效率。
本发明的第二个目的是提供一种滤芯的制造方法。
本发明的第三个目的是提供一种柴油发电机尾气过滤器。
为了实现上述第一个目的，本发明提供了如下方案：
一种滤芯，包括滤芯主体；
所述滤芯主体上开有多个第一轴向盲孔和多个第二轴向盲孔，所述第一轴向盲孔的开口端与柴油发电机过滤器的入口导通，所述第二轴向盲孔的开口端与所述柴油发电机过滤器的出口导通；
所述第一轴向盲孔和所述第二轴向盲孔之间的孔壁为能够过滤尾气的蜂窝结构壁，所述蜂窝结构壁上设置有催化涂层，所述催化涂层能够净化所述尾气。
优选地，在上述滤芯中，所述滤芯为含铝的铁铬合金通过3D打印制成，所述铝的含量大于或等于5wt.％，且小于40wt.％。
从上述的技术方案可以看出，本发明公开的滤芯，使用时，将尾气通过柴油发电机过滤器的入口，进入滤芯主体上的第一轴向盲孔内，由于第一轴向盲孔和第二轴向盲孔之间的孔壁为能够过滤尾气的蜂窝结构壁，因此，尾气穿过蜂窝结构壁上的蜂窝孔进行烟(粉尘)过滤，同时，蜂窝结构壁上有催化涂层，可以对烟气进行化学净化，净化和过滤后的气体从第二轴向盲孔的出口端排出到柴油发电机过滤器的出口，实现尾气的净化和过滤。由于本发明公开的滤芯为蜂窝结构，集有害气体净化处理和烟(粉)尘收集两种功能于一身，提高了尾气和滤芯的接触面积，减小滤芯占用空间，提高尾气处理效率。
为了实现上述第二个目的，本发明提供了如下方案：
一种柴油发电机尾气过滤器，包括壳体和滤芯，所述滤芯设置在所述壳体内，所述滤芯如上述任意一项所述的滤芯。
由于本发明公开的柴油发电机尾气过滤器包括上述任意一项中的滤芯，因此，滤芯所具有的有益效果均是本发明公开的柴油发电机尾气过滤器所包含的。
为了实现上述第三个目的，本发明提供了如下方案：
一种滤芯的制造方法，使用该方法能够制得如上述任意一项所述的滤芯，包括以下步骤：
步骤A：创建所述滤芯的三维模型；
步骤B：对所述三维模型进行切片处理，得到控制激光束的扫描轨迹；
步骤C：将制造所述滤芯的粉末平铺至预设的厚度形成粉末层，采用激光束沿着所述扫描轨迹对所述粉末层进行扫描，使所述粉末熔融烧结；
步骤D：判断是否得到所述滤芯的实体，若是，结束，若否，转步骤C。
优选地，在上述滤芯的制造方法中，所述步骤C中，所述预设的厚度范围为20μm-80μm。
优选地，在上述滤芯的制造方法中，所述步骤C中，所述激光束的功率范围为100W-1500W。
优选地，在上述滤芯的制造方法中，所述步骤C中，所述激光束的光斑尺寸范围为10μm-500μm。
优选地，在上述滤芯的制造方法中，所述步骤C中，所述激光束的扫描的间距为0.005毫米-0.2毫米，所述激光束的扫描速度的范围为10mm/s-5000mm/s。
优选地，在上述滤芯的制造方法中，所述步骤D得到的预设的所述滤芯进行退火热处理。
优选地，在上述滤芯的制造方法中，所述退火热处理前或者后，在所述滤芯的表面制备预氧化过渡层，所述预氧化过渡层上还设置催化涂层。
从上述的技术方案可以看出，本发明公开的滤芯的使用方法，首先，创建滤芯的三维模型；接着，对三维模型进行切片处理，得到控制激光束的扫描轨迹；然后，将制造滤芯的粉末平铺至预设的厚度形成粉末层，采用激光束沿着扫描轨迹对粉末层进行扫描，使粉末熔融烧结，重复该步骤，直到得到滤芯的实体。本发明公开的滤芯的使用方法，通过3D打印得到滤芯，避免了轧制工序，进一步避免了结合滤芯合金轧制过程的延展性，Al含量只能≤5wt.％的难题，提高了滤芯的耐高温、抗氧化性能，进一步提高了柴油发电机尾气过滤器整体的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的滤芯的结构示意图；
图2为本发明提供的柴油发电机尾气过滤器的结构示意图；
图3为本发明提供的具有第一种蜂窝结构壁的滤芯的结构示意图；
图4为尾气通过图3中滤芯的结构示意图；
图5为本发明提供的具有第二种蜂窝结构壁的滤芯的结构示意图；
图6为尾气通过图5中滤芯的结构示意图；
图7为本发明提供的具有第三种蜂窝结构壁的滤芯的结构示意图；
图8为尾气通过图7中滤芯的结构示意图；
图9为本发明提供的具有第四种蜂窝结构壁的滤芯的结构示意图；
图10为尾气通过图9中滤芯的结构示意图；
图11为本发明提供的具有第五种蜂窝结构壁的滤芯的结构示意图；
图12为尾气通过图11中滤芯的结构示意图；
图13为本发明提供的滤芯的使用方法的流程图。
其中，图1-12中：
柴油氧化催化器1、柴油颗粒收集器2、壳体3、滤芯主体4、第一轴向盲孔5、第二轴向盲孔6、滤芯7。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
名词解释：
wt％为重量百分率，wt％＝[B的质量/(A的质量+B的质量)]×100％。
实施例一
如图3-12所示，本发明公开了一种滤芯。其中，滤芯包括滤芯主体4。
滤芯主体4上开有多个第一轴向盲孔5和多个第二轴向盲孔6，第一轴向盲孔5的开口端与柴油发电机过滤器的入口导通，第二轴向盲孔6的开口端与柴油发电机过滤器的出口导通。
第一轴向盲孔5和第二轴向盲孔6之间的孔壁为能够过滤尾气的蜂窝结构壁。蜂窝结构壁上开设有多个蜂窝孔，蜂窝孔为微通孔。蜂窝结构壁上设置有催化涂层，催化涂层能够净化尾气。
第一轴向盲孔5和第二轴向盲孔6之间的所有孔壁上的蜂窝孔可以是均开在孔壁的中间段，如图3和4所示；也可以是靠近柴油发电机过滤器的入口的半段，如图7和8所示；也可以是靠近柴油发电机过滤器的出口的半段，如图11和12所示；或者是一半数量孔壁靠近柴油发电机过滤器的入口的半段开设蜂窝孔，一半数量孔壁靠近柴油发电机过滤器的出口的半段开设蜂窝孔，如图5和图6所示；还可以是全部蜂窝孔均布在孔壁上，如图9和图10所示。
本发明公开的滤芯，使用时，将尾气通过柴油发电机过滤器的入口，进入滤芯主体4上的第一轴向盲孔5内，由于第一轴向盲孔和第二轴向盲孔之间的孔壁为能够过滤尾气的蜂窝结构壁，因此，尾气穿过蜂窝结构壁上的蜂窝孔进行烟(粉尘)过滤，同时，蜂窝结构壁上有催化涂层，可以对烟气进行化学净化，净化和过滤后的气体进入第二轴向盲孔6并从第二轴向盲孔6的出口端排出到柴油发电机过滤器的出口，实现尾气的净化和过滤。由于本发明公开的滤芯为蜂窝结构，集有害气体净化处理和烟(粉)尘收集两种功能于一身，提高了尾气和滤芯的接触面积，减小滤芯占用空间，提高尾气处理效率。
实施例二
在本发明提供的第二实施例中，本实施例中的滤芯和实施例一中的滤芯的结构类似，对相同之处就不再赘述了，仅介绍不同之处。
在本实施例中，具体公开了滤芯为含铝的铁铬合金通过3D打印制成，避免了传统制造滤芯时轧制的步骤，进而避免了轧制对铝含量高的限制，传统制造滤芯时，因为要兼顾滤芯合金轧制过程的延展性，Al含量只能≤5wt.％，使得滤芯的耐高温、抗氧化性能大打折扣，从而影响到过滤器整体的使用寿命。
本发明提供的方法可以提高滤芯合金材料中的铝的含量，最大限度提高其制备的尾气过滤器的耐高温、抗氧化等性能。
其中，铝的含量大于或等于5wt.％，且小于40wt.％，铬的含量大于或等于10wt.％，且小于60wt.％，余量为Fe。
实施例三
如图2所示，本发明提供了一种柴油发电机尾气过滤器，包括壳体3和滤芯7，滤芯7设置在壳体3内，滤芯7如上述任意一项实施例中的滤芯。
由于本发明公开的柴油发电机尾气过滤器包括上述任意一项实施例中的滤芯，因此，滤芯所具有的有益效果均是本发明公开的柴油发电机尾气过滤器所包含的。
实施例四
如图13所示，本发明公开了一种滤芯的使用方法，使用该方法能够制得如实施例1或2中的滤芯，包括以下步骤：
步骤S1：创建滤芯的三维模型。
利用三维建模软件创建滤芯的三维模型。
步骤S2：对三维模型进行切片处理，得到控制激光束的扫描轨迹。
采用切片软件对滤芯的三维模型进行切片处理，从而控制激光束的扫描轨迹。
步骤S3：将粉末平铺至预设的厚度形成粉末层，采用激光束沿着扫描轨迹对粉末层进行扫描，使粉末熔融烧结。
其中，粉末为制造滤芯的粉末，预设的厚度范围为20μm-80μm，激光束的功率范围为100W-1500W，激光束的光斑尺寸范围为10μm-500μm，激光束的扫描的间距为0.005毫米-0.2毫米，激光束的扫描速度的范围为10mm/s-5000mm/s。
将制造滤芯的粉末合金颗粒平铺形成当前层，在Ar、N2、或者Ar+N2混合气体的保护气氛中，采用激光熔融烧结。
合金颗粒为高铝含量的铁铬合金(Al元素含量为5wt.％-40wt.％，Cr含量为10-60wt.％，余量为Fe)。
高铝含量的铁铬合金颗粒的粒度优选为10～100微米，更优选为20～50微米；本发明优选采用熔融雾化造粒的方法制备合金颗粒。Fe-Cr-Al合金的制备方法优选包括：将铁、铬和铝混合熔融，雾化造粒，得到Fe-Cr-Al合金颗粒。
步骤S4：判断是否得到滤芯的实体，若是，结束，若否，转步骤S3。
为了减小滤芯实体的残余应力，提高滤芯的结构稳定性，在得到滤芯后还要进行退火热处理。退火热处理工艺在200-1200℃保护气氛中进行。
退火热处理前或者后，在滤芯的表面制备预氧化过渡层，预氧化过渡层上还设置催化涂层，催化涂层的材料主要包括铂(Pt)、铑(Rh)、钯(Pd))等贵金属涂层，以及Ni/NiO、Cu/CuO-CrO3等低成本催化剂涂层。
本发明公开的滤芯的使用方法，通过3D打印得到滤芯，避免了轧制工序，进一步避免了结合滤芯合金轧制过程的延展性，Al含量只能≤5wt.％的难题，提高了滤芯的耐高温、抗氧化性能，进一步提高了柴油发电机尾气过滤器整体的使用寿命。
终上所述，本发明提供的方法可以提高滤芯合金材料中的铝的含量，最大限度提高其制备的尾气过滤器的耐高温、抗氧化等性能。
进一步地，本发明的发明人采用GB/T13303抗高温氧化测试标准进行抗氧化试验。第一滤芯：将质量比为70:20:10的铁、铬和铝混合熔融，雾化造粒，得到20～50微米的球形或近球形的Fe-20Cr-10Al合金颗粒。第二滤芯：将质量比为75:20:5的铁、铬和铝混合熔融，雾化造粒，得到20～50微米的球形或近球形的Fe-20Cr-5Al合金颗粒。第一滤芯和第二滤芯都是通过本发明公开的滤芯制造方法制得，且步骤S3中，铺粉厚度均为50微米，在Ar、N2、或者Ar+N2混合气体的保护气氛中，采用100W激光束进行扫描，扫描的间距为0.06mm，扫描的速度为900mm/s，使合金颗粒熔融烧结。第三滤芯：采用传统铸造-轧制方法所制备的Fe-20Cr-5Al滤芯。
发明人采用GB/T13303抗高温氧化测试标准对第一滤芯、第二滤芯和第三滤芯进行抗氧化试验，测试温度为700℃，测试气氛为空气，测试结果如表1所示：
表1
滤芯种类 抗氧化速度，g/mm2-h
实施例1 0.005
实施例2 0.02
传统方法制备的滤芯 0.02
表1的测试结果表明第一滤芯由于铝含量的提升而具备比第二滤芯及传统方法制备的第三滤芯更高的抗氧化性能，而第一滤芯的滤芯材料由于铝含量高，脆性大，传统方法无法制备第一滤芯，因此只能通过本发明公开的滤芯制造方法(3D打印方法制备)。
在本发明中的“第一”、“第二”等均为描述上进行区别，没有其他的特殊含义。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创造性特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种滤芯，其特征在于，包括滤芯主体(4)；
所述滤芯主体(4)上开有多个第一轴向盲孔(5)和多个第二轴向盲孔(6)，所述第一轴向盲孔(5)的开口端与柴油发电机过滤器的入口导通，所述第二轴向盲孔(6)的开口端与所述柴油发电机过滤器的出口导通；
所述第一轴向盲孔(5)和所述第二轴向盲孔(6)之间的孔壁为能够过滤尾气的蜂窝结构壁，所述蜂窝结构壁上设置有催化涂层，所述催化涂层能够净化所述尾气。
2.根据权利要求1所述的滤芯，其特征在于，所述滤芯为含铝的铁铬合金通过3D打印制成，所述铝的含量大于或等于5wt.％，且小于40wt.％。
3.一种柴油发电机尾气过滤器，包括壳体(3)和滤芯(7)，所述滤芯(7)设置在所述壳体内，其特征在于，所述滤芯(7)如权利要求1或2所述的滤芯。
4.一种滤芯的制造方法，其特征在于，使用该方法能够制得如权利要求1或2所述的滤芯，包括以下步骤：
步骤A：创建所述滤芯的三维模型；
步骤B：对所述三维模型进行切片处理，得到控制激光束的扫描轨迹；
步骤C：将制造所述滤芯的粉末平铺至预设的厚度形成粉末层，采用激光束沿着所述扫描轨迹对所述粉末层进行扫描，使所述粉末熔融烧结；
步骤D：判断是否得到所述滤芯的实体，若是，结束，若否，转步骤C。
5.根据权利要求4所述的滤芯的制造方法，其特征在于，所述步骤C中，所述预设的厚度范围为20μm-80μm。
6.根据权利要求4所述的滤芯的制造方法，其特征在于，所述步骤C中，所述激光束的功率范围为100W-1500W。
7.根据权利要求4所述的滤芯的制造方法，其特征在于，所述步骤C中，所述激光束的光斑尺寸范围为10μm-500μm。
8.根据权利要求4所述的滤芯的制造方法，其特征在于，所述步骤C中，所述激光束的扫描的间距为0.005毫米-0.2毫米，所述激光束的扫描速度的范围为10mm/s-5000mm/s。
9.根据权利要求4-8中任意一项所述的滤芯的制造方法，其特征在于，所述步骤D得到的预设的所述滤芯进行退火热处理。
10.根据权利要求9所述的滤芯的制造方法，其特征在于，所述退火热处理前或者后，在所述滤芯的表面制备预氧化过渡层，所述预氧化过渡层上还设置催化涂层。
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