CN1131091C - 一种反向喷气再生碳烟过滤器的过滤材料及其过滤器 - Google Patents
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Abstract
一种反向喷气再生碳烟过滤器的过滤材料及其过滤器，属于内燃机排气净化技术及设备。其特点是采用多孔烧结金属丝网板作为反向喷气再生碳烟过滤器的过滤材料。采用该材料制作过滤器，不仅制造工艺简单，容易加工成不同结构的过滤体，而且使过滤体结构紧凑，能在有限的空间内有较大的过滤面积。同时再生效果明显，压缩空气消耗量低。从而使反向喷气再生技术更加简单、可靠；有效地解决了现有柴油机碳烟过滤器由于加工难度大、可靠性低等原因造成的难以推广使用的问题。
Description
技术领域
本发明属于内燃机排气净化技术及设备，特别涉及一种反向喷气再生碳烟过滤器使用的过滤材料及其过滤器的结构。
背景技术
实践表明，柴油机排放的碳烟对大气环境及人体健康影响很大。其90％以上的粒径在0.01～1.0μm之间，能长时间悬浮在大气中，很容易通过呼吸系统进入肺泡中并沉积下来，较小微粒甚至可以进入血液中，对人体健康威胁很大，成为多种疾病的诱发因素。因此各国都对柴油机碳烟排放进行了不同程度的限制。
目前，现有技术中大都采用过滤的方法去除柴油机排气中的碳烟微粒，使用的过滤材料主要有壁流式蜂窝陶瓷过滤体，陶瓷纤维，炮沫陶瓷过滤体，金属丝网等。其中美国的corning公司、日本的NGK公司研究的壁式蜂窝陶瓷过滤体，美国3M公司研究的编织陶瓷纤维过滤体，都有良好的过滤效率和相对较低的排气阻力。在过滤过程中，随着过滤体内碳烟微粒的不断积累，柴油机排气阻力会逐渐增加，会导致柴油机燃烧恶化。所以，当碳烟微粒积累到一定量时，就必须及时对其进行清除，使过滤体得到再生。
目前，国内外对柴油机碳烟过滤器再生技术进行了大量的研究，先后出现了多种方法，概括起来可分为三大类。最早出现且研究最多的一类是加热再生，这类再生方法有全负荷再生、喷油助燃再生、电加热再生、电自加热再生、微波加热再生等；第二类是使用催化的方法进行再生，如催化再生、连续再生等；第三类是非加热非催化再生，主要的方法是逆向喷气再生，它的特点是利用压缩空气反向将碳烟微粒从过滤体中分离出来，集中进行处理，从而避免碳烟在过滤器内燃烧导致的热损坏。
现有技术中的加热再生尽管已有很多形式的加热方法，但加热再生有两大难以避免的缺点：一是加热造成的热不均匀和碳烟燃烧产生的高温使过滤器可靠性相对较差；二是加热的效率一般都很低。因此，目前仍没有成熟的柴油机碳烟过滤器加热再生技术推广应用。
催化再生技术的主要缺点是催化剂容易中毒。因此该技术对柴油的含硫量的要求较高。对于连续再生，一般要求柴油含硫量低于10ppm。而目前发达国家的柴油含硫量约为350ppm，发展中国家的柴油含硫量在5000ppm以上。因此该技术的应用受到很大限制，尤其是在中国相当长的时期内不可能推广使用。
由于以上原因，非加热非催化再生的反向喷气再生技术受到了重视。目前反向喷气再生技术所使用的过滤材料主要是传统的壁流式蜂窝陶瓷和普通金属丝网，反向清除碳烟微粒的效果不是十分理想，收集反向清除出来的碳烟微粒的装置也过于复杂(如采用旋风分离器等)，消耗的压缩空气量过大。造成这些结果的主要原因是过滤材料的特性和过滤器结构不是针对反向喷气再生而设计，不能充分发挥压缩空气清洁的作用。如壁流使蜂窝陶瓷的过滤孔道细小狭长，而且很不规则，碳烟镶钳在这些孔道里时不容易被压缩空气清除出来。金属丝网由于受机械强度的限制，一般附在圆柱形的支撑上，其过滤面积和可靠性很难提高。以上两种过滤器均不利于碳烟微粒的二次收集。
鉴于上述技术的缺点，日本日野汽车公司(Hino Motors，Ltd.TatsukiIgarashi，Masatoshi Shimoda，Tetsuya Otanl，SAE Paper 910138“Development ofDiesel Particulate Trap Systems for City Buses”)设计了一种专门针对反向喷气再生技术的过滤器，该过滤器的过滤体是采用刚性陶瓷材料制造，并加工成多组进气通道和多组排气通道，进气通道与排气通道相互垂直，形成交叉结构，其中每组进气通道又是由一组竖直的椭圆形直通管组成，排气通道则是截面为矩形的扁平通道。该过滤器虽有利于碳烟颗粒的二次收集，但由于过滤体采用刚性陶瓷材料制造，造成加工难度大，工艺复杂，一般厂家难于实现；同时喷气再生时微粒仍很难吹净，压缩空气消耗量大，再生效果并不明显。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明的目的和任务是根据反向喷气再生技术的特点，提供一种用于制造反向喷气再生碳烟过滤器的过滤材料及其使用该材料制造的过滤器，使其不仅工艺简单，易于制造且结构紧凑，而且再生效果明显；并能在有限的空间内具有较大的过滤面积，从而进一步减少压缩空气的消耗量。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种反向喷气再生碳烟过滤器，它主要由过滤体、压缩空气进气管、阀门、碳烟气体进气管、清洁气体排气管及微粒收集器组成，其特征在于：所述过滤体是由许多矩形的多孔烧结的金属丝网板和竖向及横向块状隔板组成，每两块金属丝网板间用两个或三个隔板隔离，并分别在两块金属丝网板间形成横向排气通道和竖向进气通道，所述竖向进气通道的上部与碳烟气体进气管相通，其底部与所述微粒收集器连通；所述横向排气通道与清洁气体排气管或压缩空气进气管相连通。
所述的竖向进气通道由两块金属丝网板和两块竖向隔板组成的直通通道，所述的横向排气通道是由两块金属丝网板和两块横向隔板及一块竖向隔板组成的三包围通道。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：由于采用了多孔烧结金属丝网板做为过滤材料，其光滑的孔道使碳烟微粒更加容易被清除出来。同时烧结金属丝网板与薄金属板一样，本身具有较高的机械强度，不仅制造工艺简单，容易加工成不同结构的过滤体，而且使过滤体结构紧凑，能在有限的空间内有较大的过滤面积。同时由于该过滤材料具有一定的弹性，在脉冲气流的作用下会持续振动，并有小量的挠曲变形，这种变形能使附着在金属丝网板上的微粒层更容易剥落，使反向喷气再生效果十分明显，一次便能完全清除所有的碳烟，压缩空气的消耗量也进一步减少。从而使反向喷气再生技术更加简单、可靠；有效地解决了现有柴油机碳烟过滤器由于加工难度大、可靠性低等原因造成的难以推广使用的问题。
附图说明
附图1为反向喷气再生过滤器交叉过滤体的立体结构示意图。
附图2为过滤体采用多个过滤桶的结构示意图。
附图3为过滤桶表面呈波纹状的断面视图。
图中：1.烧结金属丝网板 2.横向隔板 3.竖向隔板 4.竖向进气通道 5.横向排气通道 6.碳烟气体入口 7.过滤桶 8.气体出口
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明的工作原理、具体结构及最佳实施方式：
附图1表示出采用多孔烧结金属丝网板制造的交叉结构的过滤体。该过滤体由许多矩形的多孔烧结金属丝网板1和块状横向隔板2及块状竖向隔板3组成。每两块金属丝网板间用两个或三个隔板隔离，并分别在两块金属丝网板间形成横向排气通道和竖向进气通道。且相邻的两个排气通道是相互垂直的。竖直方向的通道是进气通道，由两块金属丝网板和两块竖向隔板组成，是一个直通通道，其底部与微粒收集器连通。横向通道是排气通道，由两块烧结金属丝网板和两块横向隔板及一块竖向隔板组成，因此是一个三包围通道。由于多孔烧结金属丝网板不需要进行复杂的加工，且具有较好的机械强度，因此制造工艺简单，网与网之间的通道可以很窄，因此过滤体的结构很紧凑。
含有碳烟的排气通过烧结金属丝网板时，排气中的碳烟微粒会被烧结金属丝网过滤掉而留在进气通道内，没有碳烟的排气经横向通道进入排气管后排放到大气中。反向再生时，高压脉冲气体从压缩空气进入管进入横向通道，在通道内形成高压(5-8大气压)。这样，在烧结金属丝网板的两侧形成了压力差，附着在烧结金属丝网板上的碳烟微粒层会在压力差的作用下脱落。脱落的碳烟微粒在重力和气流的作用下被收集到下面的微粒收集器进行集中处理，这样可以节约能量并增加过滤体的可靠性。过滤体的过滤效率主要取决于金属丝网板的过滤精度，可根椐要求选择合适的烧结金属丝网板，烧结金属丝网板的厚度一般在1mm以内。烧结金属丝网板的大小和数量根据柴油机的排气量而定，以其阻力对发动机性能影响不大为原则，一般进气通道和排气通道可多达几十个。
附图2为过滤体采用多个过滤桶的结构示意图，表示出利用多孔金属丝网板制成的过滤桶，其过滤桶表面呈园柱状。为增加其过滤面积，亦可做成波纹状或其他形状，该过滤器的过滤桶可以采用一个或多个。过滤器工作时，含碳烟的气体从碳烟气体入口6进入过滤桶7，排气中的碳烟微粒会被烧结金属丝网壁过滤掉而留在过滤桶内；过滤后的清洁气体则穿过桶壁后经气体出口8被排往大气。反向再生时，高压气体从气体入口8进入，穿过桶壁进入过滤桶，碳烟微粒即被剥离。
Claims (2)
1.一种反向喷气再生碳烟过滤器，它主要由过滤体、压缩空气进气管、阀门、碳烟气体进气管、清洁气体排气管及微粒收集器组成，其特征在于：所述过滤体是由许多矩形的多孔烧结的金属丝网板和竖向及横向块状隔板组成，每两块金属丝网板间用两个或三个隔板隔离，并分别在两块金属丝网板间形成横向排气通道和竖向进气通道，所述竖向进气通道的上部与碳烟气体进气管相通，其底部与所述微粒收集器连通；所述横向排气通道与清洁气体排气管或压缩空气进气管相连通。
2.按照权利要求1所述的反向喷气再生碳烟过滤器，其特征在于：所述的竖向进气通道由两块金属丝网板和两块竖向隔板组成的直通通道，所述的横向排气通道是由两块金属丝网板和两块横向隔板及一块竖向隔板组成的三包围通道。
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