CN110593992A - 过滤器单元 - Google Patents

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Abstract

一种过滤器单元，包括具有内壁和外壁以及盖子的外壳；允许冷却剂循环通过外壳、内壁和外壁之间并且通过盖子的配件；以及在所述外壳内的催化滤芯。

Description

过滤器单元
技术领域
本发明涉及一种过滤器单元，具体但不限于用于柴油发动机的过滤器单元。
背景技术
催化过滤器与柴油发动机一起使用以促进过滤器内收集的烟尘(碳)的燃烧。过滤器中催化剂的主要目的是通过在发动机的常规操作期间经历的排气温度下使柴油颗粒物质氧化来促进过滤器的被动再生，该排气温度通常在300-400℃的范围内。在没有催化剂的情况下，颗粒只能在550-650℃的温度下以可感知的速率氧化，这仅在柴油发动机满负荷的条件下才能发生。
催化过滤器通常由金属壳体内的多孔催化材料构成。壳体具有扩大的中央部分，该中央部分容纳过滤材料并且向下逐渐变细延伸到用于将过滤器连接到车辆的排气系统的管道联接器。
如果需要更换催化过滤器，则在联接器处拆卸排气系统以允许移除和更换整个壳体，这会是耗时的操作。
由于这种维护停机时间，通常认为催化过滤器不适用于地下采矿车辆，因为这种车辆长时间停车的成本高昂。
催化过滤器也被认为不适用于地下采煤，例如，因为催化过滤器的操作温度对于环境条件而言过高。采煤设备需要在外表面温度低于150℃的情况下运行，因为煤尘可在约160℃至170℃的温度下自燃。
由于维护停工时间的问题以及在这种环境中自燃的风险，通常使用纸质过滤器替代催化过滤器。纸质过滤器可以容易地更换和处理，但是纸质过滤器的使用寿命相对较短，并且累积的维护停机时间和过滤器更换成本可能是代价高昂的。
发明内容
在一个方面，提供一种过滤器单元，包括具有内壁和外壁以及盖子的外壳，允许冷却剂循环通过外壳、内壁和外壁之间并且通过盖子的配件，以及在所述外壳内的催化滤芯。
在一个实施方案中，所述盖子是可分离的，以允许移除所述滤芯。
在一个实施方案中，所述滤芯包括在圆柱形壳体内的催化过滤材料。
在一个实施方案中，所述滤芯包括位于所述壳体一端的手柄，以允许所述滤芯被夹持并从所述外壳中取出。
在一个实施方案中，在所述滤芯和所述外壳的内壁之间具有隔热间隙。
另一方面，提供一种车辆，包括发动机和如上所述的过滤器单元，其安装在所述车辆中以过滤来自所述发动机的废气。
在一个实施方案中，所述车辆包括连接在发动机和过滤器单元之间的涡轮增压器，所述涡轮增压器布置成使得发动机废气通过所述涡轮增压器之后再被输送到过滤器单元。
在一个实施方案中，所述涡轮增压器安装在防爆箱内。
在一个实施方案中，所述配件将过滤器单元连接到所述车辆的冷却剂回路中。
另一方面，提供一种废气处理组件，其包括安装在洗涤器上的上述过滤器单元。
在一个实施方案中，在洗涤器中保持最小水位，并且下管将来自过滤器单元的过滤后的废气下引至最小水位以下，使得过滤后的废气在通过水之后再通过排气管离开洗涤器。
另一方面，提供一种用于上述过滤器单元的滤芯，包括包围催化材料的壳体和用于提拉所述滤芯进出所述外壳的手柄。
在一个实施方案中，所述滤芯包括位于所述滤芯下游端的凸缘，以将所述滤芯支撑在所述外壳的底部。
在一个实施方案中，所述凸缘从所述壳体的侧壁向外突出，使得所述壳体的侧壁与所述外壳间隔开，以在所述滤芯和所述外壳之间限定隔热间隙。
附图说明
仅通过非限制性实施例参考附图描述本发明，其中：
图1是滤芯的透视图；
图2是滤芯材料的一部分的透视剖视图；
图3是废气处理组件的过滤器单元和洗涤器的示意性侧视图；
图4是过滤器单元和洗涤器的后视图；
图5是过滤器单元的外壳的顶部透视图；
图6是外壳的底部透视图；
图7是洗涤器主体的底部透视图；
图8是洗涤器主体的顶部透视图；
图9是示出通过废气处理组件的流动路径的示意图；
图10是示出连接到发动机的废气处理组件的示意图；
图11是示出发动机和废气处理组件中的冷却剂流动路径的示意图；
图12是安装在车辆发动机舱中的发动机和废气处理组件的后透视图；和
图13是发动机和废气处理组件的前透视图。
具体实施方式
图1示出具有圆柱形壳体2、端部凸缘3,4以及手柄5的滤芯1。柴油氧化催化剂材料6容纳在壳体2内。柴油机废气在滤芯1的发动机尾管端7处被引入材料6中，并从滤芯1的下游端8排出。
图2示出由具有多孔壁10的腔室阵列9形成的材料6和在滤芯1的相应端部7、8处形成的柱塞11。进入其中一个腔室9的废气用箭头12表示。废气流过多孔壁10进入相邻的腔室，如箭头13所示，在其中捕获诸如烟尘/碳的颗粒物。然后过滤后的空气如箭头14所示离开腔室9。
滤芯1中的催化剂导致烟尘的着火温度降低，以便清除滤芯1的颗粒物，由此提供滤芯1的被动再生。
材料6优选是由堇青石制成的陶瓷壁流式整体材料，然而，根据需要，可以使用任何其它合适的催化材料。
图3是示出废气处理组件20的截面图(沿图4的线A-A截取)，废气处理组件20包括过滤器单元21和洗涤器22。
过滤器单元21包括具有附接板24的外壳23，附接板24将过滤器单元21连接到洗涤器22。外壳23具有内壁25和外壁26以及双层盖27。盖27具有允许冷却剂循环通过盖27的配件28。类似的配件29设置在外壁26中，以提供冷却剂进入内壁25和外壁26之间并在其间循环的通路。
凸缘3将滤芯1支撑在外壳23的底座30中。凸缘3从壳体2的侧壁31向外突出，使得在滤芯1和外壳23的内壁25之间限定隔热间隙32。
在外壳23的顶部34处设置用于接收废气的入口33，废气被引入滤芯1上方的空隙35中。废气穿过滤芯1并从漏斗形出口36排出，漏斗形出口36从外壳的底座30延伸而来并连接下管37。自下管37排出的过滤后的废气通过洗涤器22并从排气管38排出。
图4是过滤器单元21和洗涤器22的后侧视图，示出板24中的溢流口39和排气口40、排水口41和低水口42，它们用于控制洗涤器中的水位。
图5和图6进一步示出板24上的溢流口39和排气口40以及外壳23中的配件29的相对位置。下管37由中心管道43和较小的歧管44形成。
图7和8示出具有附接脚46的洗涤器主体45，附接脚46用于将洗涤器22连接到车辆底盘(未示出)。
图9示出穿过废气处理组件20的流动路径。如箭头50所示，废气通过过滤器单元21的入口33进入组件。废气穿过滤芯1，通过外壳23的底座30向下并沿着下管37向下流动。如箭头52所示，过滤后的废气然后在通过洗涤器22中的水51之后，再经由排气管38离开洗涤器22。
在洗涤器中保持最小水位以便容纳洗涤器22以例如15度的角度倾斜的同时仍然有效地操作。
通过连接到低水口42的低水测试阀53监测最小水位。通过补充罐54提供额外的水，补充罐54通过过滤网55、三通阀56、初级和次级浮子57、58和水管59连接到洗涤器22中。端口39连接到初级浮子57，端口40连接到次级浮子58。三通阀56用于在采用低水位关闭测试时关闭水和引气。
图10示出装配有涡轮增压器61的发动机60的进气和排气路径。空气通过过滤器62接收并输送到涡轮增压器61的空气入口63。空气被压缩并通过后冷却器65被送到发动机60的进气口64。来自涡轮增压器出口66的发动机废气通过发动机尾管67输送到处理组件20，在那里废气通过过滤器单元21和洗涤器22，并通过排气管38排出。
图11示出冷却剂流动示意图70，其中高位箱71通过冷却剂回路72向过滤器单元21的外壳23提供冷却剂，这允许过滤器单元21的外部温度保持在小于150℃，尽管滤芯1的内部工作温度约为300至400℃，这是活化来自废气的烟尘催化燃烧所需的温度。冷却剂回路72结合到发动机60的冷却剂系统73中，该冷却剂系统73流过散热器74，以通过与周围空气的热交换来维持低冷却剂温度。
单独的冷却剂回路75向防爆箱77提供冷却剂，防爆箱77容纳涡轮增压器61，使得箱77的外表面保持相对低的工作温度。防爆箱的结构细节对于本领域技术人员来说是公知的。涡轮增压器61可以通过将空气连接到箱中而进一步空气冷却，使得输送到涡轮增压器的空气能够先在箱内和涡轮增压器周围循环，再进入涡轮增压器进行压缩。
图12和13示出处理组件20在车辆80的发动机舱76中的位置。组件20整齐地装配到散热器74后面的发动机舱76中并且邻近发动机60和容纳涡轮增压器61的防爆箱77。
如上所述，外壳23连接到车辆80的冷却剂系统73，其与滤芯1和外壳23之间的隔热间隙32结合，使得过滤器单元21的外部温度能够保持相对较低。这允许过滤器单元21在例如地下煤矿中操作而没有点燃周围煤尘的风险。
过滤器单元21的盖子27可以容易地移除并且提起手柄5可将滤芯1提出外壳23之外以用于维护目的，并且如果需要的话可以修复过滤器材料。因此，可以避免与使用和处理传统纸质过滤器相关的浪费和成本。由于滤芯1能够被动再生，因此在延长的操作时间之后才需要维护，延长的时间可能大于10,000小时，这与基于纸质过滤器的系统相关的时间相比要长得多。更换滤芯并关闭盖子27的停机时间也是最小的，因此车辆仅需要在短时间内停止运行。

Claims (14)

1.一种过滤器单元，包括具有内壁和外壁以及盖子的外壳；允许冷却剂循环通过外壳、内壁和外壁之间并且通过盖子的配件；以及在所述外壳内的催化滤芯。
2.如权利要求1所述的过滤器单元，其中所述盖子是可分离的，以允许移除所述滤芯。
3.如权利要求1或2所述的过滤器单元，其中所述滤芯包括在圆柱形壳体内的催化过滤材料。
4.如权利要求3所述的过滤器单元，其中所述滤芯包括位于所述壳体一端的手柄，以允许所述滤芯被夹持并从所述外壳中取出。
5.如前述权利要求中任一项所述的过滤器单元，其中在所述滤芯和所述外壳的内壁之间具有隔热间隙。
6.一种车辆，包括发动机和如前述权利要求1-5中任一项所述的过滤器单元，所述过滤器单元安装在所述车辆中以过滤来自所述发动机的废气。
7.如权利要求6所述的车辆，包括连接在所述发动机和所述过滤器单元之间的涡轮增压器，布置成使得发动机废气通过所述涡轮增压器之后再被输送到所述过滤器单元。
8.如权利要求7所述的车辆，其中所述涡轮增压器安装在防爆箱内。
9.如权利要求6-8中任一项所述的车辆，其中所述配件将所述过滤器单元连接到所述车辆的冷却剂回路中。
10.一种废气处理组件，包括安装在洗涤器上的如权利要求1-5中任一项所述的过滤器单元。
11.如权利要求10所述的废气处理组件，其中在所述洗涤器中保持最小水位，并且下管将来自所述过滤器单元的过滤后的废气下引至最小水位以下，使得过滤后的废气在通过水之后再通过排气管离开所述洗涤器。
12.一种用于如权利要求1所述的过滤器单元的滤芯，包括包围催化材料的壳体和用于提拉所述滤芯进出所述外壳的手柄。
13.如权利要求12所述的滤芯，包括位于所述滤芯下游端的凸缘，以将所述滤芯支撑在所述外壳的底部。
14.如权利要求13所述的滤芯，其中所述凸缘从所述壳体的侧壁向外突出，使得所述壳体的侧壁与所述外壳间隔开，以在所述滤芯和所述外壳之间限定隔热间隙。
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