CN1727649A - 微粒收集器 - Google Patents

Abstract

一种微粒收集器包括多个配置为可从废气流中消除微粒的过滤器，和一个用于限制废气流通过多个过滤器的装置。

Description

微粒收集器

技术领域

本发明一般涉及微粒收集器，而更具体地涉及具有再生能力的微粒收集器。

背景技术

发动机，包括柴油机、汽油机、天然气发动机和其它技术上已知的发动机可能排出空气污染物质的复杂混合物。空气污染物由气体和固体材料组成，它们包括微粒物质。微粒物质可包括未燃烧的碳粒，也称作烟灰。

由于对环境加强注意，排气发射物标准变得更加严格。从发动机发射的微粒数量可以根据发动机类型、发动机尺寸、和/或发动机级别调节。发动机制造商曾经实施的一种符合排放到环境中微粒物质规范的方法是采用称做微粒收集器的装置从发动机的排放气流中除去微粒物质。微粒收集器是一种过滤器，设计成为可捕捉微粒物质，并由金属丝网构成。不过，长期使用微粒收集器将造成微粒物质在金属丝网堆积，从而造成过滤器功能和发动机性能下降。

一种改进微粒收集器性能的方法是实现再生过程。例如，在2003年6月3日颁发给Peter等的美国专利No.6,572,682(‘682专利)中描述一种自行清洁过滤系统可以从发动机废气流中除去微粒物质。‘682专利的过滤系统设计使用在柴油机中并包括具有多个分滤芯的过滤介质堆。废气流被引导经由闸板阀通过各分滤芯，以便从废气流中除去微粒物质。加热器用来提高分滤芯和陷入的微粒物质温度到微粒物质的燃烧温度以上，从而烧去所收集的微粒物质并且使过滤系统再生。

虽然‘682专利的过滤系统可减少排放到环境的微粒物质并且减少微粒物质在过滤系统中的堆积，但该过滤系统是复杂而昂贵的。此外，‘682专利的过滤系统的庞大尺寸不能与发动机隔室内有限的空间兼容。

本发明目的是克服以上提出的一个或多个问题。

发明概要

一方面，本发明涉及一种微粒收集器，包括多个过滤器和空气分配器。空气分配器包括第一流动件和第二流动件。各第一和第二流动件具有多个开口以便废气流流向多个过滤器。至少第一和第二流动件之一可移动以便有选择地阻塞废气流在一定时间流动到多个过滤器的至少一个。

另一方面，本发明涉及一种从废气流中除去微粒的方法。该方法包括有选择地引导废气流到至少一个过滤器，并且用至少一个过滤器从废气流中过滤微粒。该方法也包括移动空气分配器的第一和第二流动件的至少一个，以便有选择地阻塞废气流流到至少一个过滤器中的至少一段。该方法还包括有选择地对至少一个过滤器段施加电流以便促使至少一个过滤器段再生。

附图简要说明

图1为具有按照本发明示范实施例微粒收集器的发动机的示意说明图；

图2为按照本发明示范实施例微粒收集器的示意说明正视图；

图3a为按照本发明另一示范实施例微粒收集器的示意说明顶视图；

图3b为按照本发明另一示范实施例微粒收集器的示意说明正视图；

图4为按照本发明示范实施例微粒收集器的示意说明侧视图；

图5为按照本发明示范实施例微粒收集器内管立体示意说明图；

图6为按照本发明示范实施例微粒收集器示意说明顶视剖面图；

图7为按照本发明另一示范实施例微粒收集器示意说明顶视剖面图；

图8a为本发明部件另一示范实施例示意说明图；

图8b为按照本发明示范实施例微粒收集器中使用的过滤器立体说明图；

图8c为按照本发明另一示范实施例微粒收集器中使用的过滤器立体说明图；和

图9为按照本发明另一示范实施例微粒收集器中使用的过滤器立体说明图。

具体的实施方式

图1阐明具有微粒收集器12的示范实施例的发动机10。发动机10可包括使微粒收集器12进口16连接发动机10废气流的废气总管14。控制器18可通过连接管路20与微粒收集器12连通，并且通过管路24与马达22连通。

如图2和6所示，微粒收集器12可包括空气分配器26、流动管32、一个或多个绝缘分隔器28、一个或多个过滤器30、和收集器壳体34。

参照图2，空气分配器包括两个其形状为内管36和外管38的流动件，各具有圆形截面。外管38可包括开口端40、封闭端42、和通过外圆柱形表面48的单列开口46。在某些实施例中，开口为大体矩形。单列开口46可以与外管38的轴线50平行。开口46可以相对轴线50离开过滤器30定位，以便废气流均匀地穿越过滤器30。在这样的布置中，壳体34可在空气分配器26和过滤器30之间再引导废气流，以便分散废气流穿越过滤器30。可替代地，如图3a和3b所示，开口46可以朝向过滤器30，而另一个分散装置，例如，挡板51，可以用来分散废气流穿越过滤器30。内管36可以旋转地设置在外管38内，并且也有开口端52和封闭端54。内管36配置为可以旋转而外管38保持固定不动。可替代地，内管36可保持不动而外管38旋转，或内、外管36、38均同时旋转。

内管36可具有多列通过外部圆柱表面58的开口56。在某些实施例中，开口可为大体矩形。各列开口56可以与轴线50平行。如在图2和5中说明，各列开口56可包括至少一个开口，少于外管38的单列开口46的开口数量，使当任何一列开口56对准开口46时，至少一个开口46的气流被阻塞。例如，开口46a在图2被阻塞。阻塞的开口的位置可以相对轴线50在垂直方向上对于各列开口56不同，使内管36完整地旋转一转时，各开口46至少被阻塞一次。

如图2、3a、3b、6、和7所阐明，在内管36和外管38之间可以存在间隙。该间隙容许一些气流通过开口46，即使当开口46处于阻塞位置。名词“阻塞”，在本发明范围内，解释为至少部分地有气流被限制。也考虑到，当在阻塞位置时，开口46可以完全限制气流。

也考虑到，内、外管36、38可以具有不同于圆形的截面。例如，截面可以是长圆形、方形、或任何容许气流流通的截面形状。此外，内、外管36、38可配置为互相相对地纵向滑动。开口46和56可具有不同于矩形的其它形状。开口可以是长圆形、方形、圆形、或任何容许气流流通的形状。还有，可以没有单列开口46，而是包括在外管38的沟槽，配置为对准内管36中多列开口56之一。在内管36保持不动而外管38旋转的情况，开口56的柱可以包括在外管38中，而开口46的单独柱包括在内管36中。

流通管32可以配置为相似于内、外管36、38。例如，流通管36可包括开口端70、封闭端72、和通过外部圆柱形表面76的单列开口74。开口74的数量可等于开口46的数量。流通管32、同样的内、外管36、38也可具有圆形、方形、圆胖形、或任何其它容许废气流动的形状。相对于流通管32的纵向轴线，一列开口74可朝向或不朝向过滤器30，如图2中所说明。此外，可以不设置一列开口74，而在流通管32中包括沟槽。

一个或多个分隔器28可以从一个过滤器30分隔另一个过滤器30以便在微粒收集器12中建立过滤器分区。各过滤器30的分区可以与一个或多个开口46和一个或多个开口74连通。各过滤器30可模块化并独立地更换。此外，各过滤器30可包括一个或多个过滤器段64。

如图6和7中微粒收集器12的示范实施例所说明，各过滤器段64可以为过滤器30的永久性分滤芯，并且包括瓦楞形金属丝网介质65，他们是导电的并且互相和同壳体34用附加的绝缘件66和67隔开。可替代地，各过滤器段64可包括具有导电纤维的非导体的陶瓷过滤介质。如图3a、6、和7所说明，废气流可以从空气分配器26引导横向地穿越瓦楞形金属丝网介质65。可替代地，过滤器可以旋转，使废气流被引导纵向地穿越金属丝网介质65。各过滤器段64可以堆置成行、列、和/或层。图2、3、和6说明一种实施例，其中过滤器段64堆成层状。不过，过滤器30也可以包括多列，如图7所阐明。应该注意，微粒收集器12可包括带有多列和多层的过滤器段64的过滤器30。

图8a阐明一定数量的示范性可供选择的夹持件(86、88、90、92和94)，用来在一个过滤器段64上堆积另一个过滤器段64，并且从一个过滤器段64隔绝(绝缘)另一个过滤器段64。在某一个具体微粒收集器中典型地仅采用一种类型的夹持件。夹持件可以采用或不采用导电材料制成。由导电材料制成的夹持件可以用氧化铝涂层或其它适当的材料涂覆以便在过滤器段64的金属丝网介质65之间提供电气绝缘。各夹持件可包括底部80、第一侧面部分82、和第二侧面部分84。底部80可从一个金属丝网介质65分隔另一个金属丝网介质65，而第一和第二侧面部分82和84可用来使一个过滤器段64相对于另一个过滤器段64横向定位。

第一夹持件86可由两个U-形金属部分焊接在一起构成而形成一个具有基本上I-形截面的部件。两个U-形件可如此布置，使两个开口互相面对并且各夹持各自的过滤器段64。第二夹持件88可由单独的金属折叠件构成。单独的金属折叠件可包括由同一主折叠件连接的相同的第一和第二边缘。各第一和第二边缘可包括弯曲成为接合各自过滤器段64边缘的端部，而主折叠件配置为接合已经联结的两个过滤器段64的对面边缘。第三夹持件90可由具有基本上I-形的挤出金属件制成。I-形的各端配置为可以接合两过滤器段64的对面边缘。第四夹持件92可由基本上也是I-形的铸件构成，具有至少一个凸块，配置为与相应过滤器段64的瓦楞部分接合，作为定位之用。第五夹持件94可由也具有基本上I-形截面的非金属件构成。夹持件也可以是平板(未示)。

各夹持件可具有光滑的平坦表面以便接纳瓦楞金属丝网介质65，如图7b所示。可选择地，第五夹持件94可包括具有蜿蜒形象的表面，配置为配合如图7c所示金属丝网介质65的瓦楞形状。

图9阐明由具有不变的、基本上为I-形截面蜿蜒形状构成的第六夹持件96。第六夹持件96可包括侧面件，配置为配合、密封或卷曲进入两过滤器段64中。

电气连接器68和69(参看图4、6、和7)可以连接一个或多个过滤器段64到电源上(未示)以便形成电气回路。电气连接器68和69可通过永久或快速脱开连接器连接。电气连接器69可通过公共汇流条98互相连接。也可考虑连接器69通过卷曲连接器、环形接头、或其它任何本行业已知的方式互相连接。

控制器18(图1)可包括所有必须部件以便操作微粒收集器12，例如存储器、二次储存装置、和处理器。控制器18可联接各种线路，诸如电源线路、信号处理线路、电磁线圈驱动线路、和其它适当的线路。

马达22(图1)连接到内管36、外管38、或同时到内、外管36、38，促使内管36和/或外管38旋转。被转动的管子可以连续地旋转或以逐步方式旋转。马达22可以电气驱动、机械驱动、液压驱动、或以任何行业中已知方式驱动。马达22可以直接连接到内管36，或通过棘轮装置、皮带轮系统、齿轮系统，或以任何行业中已知的适当方式连接。

也可考虑，不用马达22而采用不同的执行器，诸如液压装置、电磁线圈、压电装置、或其它执行装置。不同的执行器可以通过棘轮机构、齿条和齿轮机构、螺丝和齿轮机构、或以任何行业中已知的方式连接到内管36和/或外管38。

工业应用可能性

所披露的微粒收集器可应用在任何燃烧类型的装置，诸如发动机、锅炉、或任何行业中已知的装置，其中要求从废气流除去微粒物质。微粒收集器12容许较不复杂、更便宜的、和更紧凑的替代器件用于减少排放到环境中微粒物质数量。此外，由于所披露的微粒收集器12不需要集中化的阀门组件，微粒收集器在设计上具有高度灵活性。具体地说，所披露的微粒收集器12的外形和配置不限于中心结构，因此可改变为适应各种封装环境。微粒收集器12的操作将在以下详细描述。

按照微粒收集器12的示范实施例，废气流可过空气分配器26导向微粒收集器12，如图2所阐明。废气流可引导通过内管36的孔56、外管38的孔46、过滤器30并通过流通管32离开微粒收集器12。也可考虑微粒收集器12的气流反向，即气流进入流通管32、流过过滤器30并通过内管36和外管38离开。

当废气流过过滤器30时，微粒物质可以由过滤器段64的金属丝网介质65从废气流中除去。随着时间过去，微粒物质可能在过滤器段64的金属丝网介质65上堆积。如果置之不理，微粒物质的堆积可能严重到限制或甚至阻塞废气流通过金属丝网介质65的程度，使发动机10的排气系统压力提高。发动机10背压的增加可降低发动机吸入新鲜空气的能力，导致降低发动机10的性能、提高排气温度和不良的燃料消耗率。

为防止在微粒收集器12中内产生不希望的微粒物质堆积，在具体过滤器件30个别过滤器段64可以独立地进行再生。再生可以是周期性的或根据触发条件。触发条件可以是，例如，一段发动机运转时间，微粒收集器12两端测量得到的压力差，或任何其它本行业已知的条件。

控制器18可配置为促使过滤器段64的再生。当控制器18决定需要再生时(例如，当相应于发动机运转的一段时间大于预定数值时，或当跨越微粒收集器12测量所得的压力差大于预定值时)，控制器18可促使内管36相对于外管38旋转。当内管36在外管38内旋转时，一系列开口56将对准单列开口46以便容许废气流过大部分过滤器段。不过，至少开口46之一可被内管36阻塞以防止废气流过至少一个过滤器段。如果为反向的废气流，内管36和外管38可以旋转以容许废气流过大部分过滤器段并且至少阻塞废气流过一个过滤器段。

当废气在过滤器段之一被阻塞时，控制器18可通过电气连接器68和69连接电源到至少被阻塞过滤部分的滤请段64之一。从电源(未示)来的电流可造成至少一个过滤器段64加热到陷入在过滤器段64中微粒物质的燃烧温度以上，从而烧去微粒物质的堆积。

阻塞从再生过滤器段64的废气流可以减少需要用于再生的能量，因为废气流相对于再生温度比较冷，从而可能在再生过程中去热。因为在各过滤部分的各过滤器段64可以分别再生，每次用于再生的电力幅度较小。需要用于再生的较低电力可容许采用低值的发电和电力线路部件。此外因为具有处于再生中的过滤器段64的各过滤部分基本上在流体方面与在同一微粒收集器中其它过滤部分的过滤器段隔离，流过其它过滤部分中不进行再生的过滤器段64的废气不影响需要用来再生在流体上隔离过滤部分的过滤器段64的能量数量。

模块化设计，牵涉独立地可以更换的过滤器30，可容许在设计上具有灵活性并且使微粒收集器12可以低成本维护。具体地说，因为过滤器30是模块化的，微粒收集器12可以容易地改变为满足各种电源系统的不同限制和过滤要求。此外，因为过滤器是可以独立地更换的，受限制的、损坏的、或其它不能使用的过滤器30，与更换整个微粒收集器12相比较，可以容易地和单独地以较低成本更换。

对于本行业熟练人士而言，显然可以对于所披露的微粒收集器进行各种变型和变化而不致偏离本发明的范围。对于本行业熟练人士在考虑本发明在此披露的说明书和实际例子以后，显然可以产生本发明其它实施例。因此认为本说明书和例子仅作为示范，而本发明真正的范围应该为以下权利要求和其等价物所指明。

Claims (10)

1.一种微粒收集器，包括：

多个过滤器，配置为可从废气流中消除微粒；和

用于有选择地限制废气流通过多个过滤器的至少一个的装置。

2.如权利要求1所述的微粒收集器，其特征在于，多个过滤器各包括多个分别地可再生的过滤器段和与各多个过滤器段相关的电路。

3.如权利要求2所述的微粒收集器，其特征在于，还包括与限制装置和电路连通的控制器，以便促使有选择地限制的装置有选择地限制废气流通过多个过滤器的至少一个，并且响应触发条件而电气地再生多个过滤器段的至少一个。

4.如权利要求1所述的微粒收集器，其特征在于，还包括用于促动限制装置的装置。

5.如权利要求1所述的微粒收集器，其特征在于，还包括具有多个开口的静止流动件。

6.如权利要求1所述的微粒收集器，其特征在于，还包括用于分散废气流穿过过滤装置的装置。

7.一种从废气流中消除微粒的方法，该方法包括：

有选择地引导废气流到至少一个过滤器；

用至少一个过滤器从废气流中滤去微粒；

移动空气分配器的第一流动件和第二流动件的至少一个，以便有选择地限制废气流穿过至少一个过滤器的多个分段的至少一个；和

有控制地对至少一个过滤器段施加电流，以便促使至少一个过滤器段再生。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，第一流动件是第一管子而第二流动件是第二管子，第一管子设置在第二管子内。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，移动第一和第二管子的至少一个包括旋转内管和外管的至少一个，以便有选择地限制废气流通过至少一个过滤器。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，移动第一和第二管子的至少一个包括同时旋转第一和第二管子，以便有选择地限制废气流通过至少一个过滤器。

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