TWI609129B - Microparticle capture device that improves safety and regeneration performance - Google Patents

Description

可提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置

本發明係關於一種汽油或柴油引擎排放系統的過濾裝置，尤指一種可大幅提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置。

按，汽油或柴油引擎排放的廢氣中含有碳氫化合物(HC)、一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)以及微粒排放物質等污染物，其中，該微粒排放物質大部份是由碳或碳化合物的微小顆粒所組成，為空氣中細懸浮微粒(PM 2.5)的主要來源之一，這些污染物對人體或環境均會造成嚴重危害，因而，目前在汽車或柴油車上通常會安裝有觸媒轉化器(Catalytic Converter)或柴油碳微粒濾清器(Diesel Particulate Filter，DFB)，例如中華民國專利公報第M467729號即揭示了一種「智慧型濾煙消音裝置」，請參閱第一圖所示，其主要包含有一氣旋混合燃燒室11、一燃油與氣體注料管12、一點火棒13以及一濾淨器14，該氣旋混合燃燒室11具有一接合口111，用以與引擎排氣管相連接，該濾淨器14可為陶瓷觸媒濾芯或貴金屬觸媒濾芯，該智慧型濾煙消音裝置的動作原理係透過燃油與氣體注料管12將燃油及氣體分別注入該氣旋混合燃燒室11中並與引擎排放的廢氣混合，再由該點火棒13引燃燃油，而可將廢氣中的碳微粒燒掉，最後廢氣可再經過濾淨器14進行進一步濾淨處理。

請參閱第一圖所示，該習知的智慧型濾煙消音裝置，雖可 清除廢氣中的碳微粒，但仍有部份待改進之處：首先，其濾淨器14係設置在氣旋混合燃燒室11後段，為了使大部份的碳微粒在進入濾淨器14之前被燒除，避免濾淨器14內的觸媒因積碳而影響壽命及過濾效果，該氣旋混合燃燒室11必須持續性地燃燒碳微粒，如此一來，將大幅增加燃油的消耗量與成本；再者，使用燃油及點火棒13產生的明火來清除碳微粒的做法存在相當的安全風險，其相關的燃料儲存、連接輸送設備容易因人為維修、保養的操作不當或疏忽而增加意外發生的機會；最後，火焰容易受氣流動力影響熱流分布及加熱效果，導致燃燒效率降低並影響碳微粒的燒除率，是故，如何針對上述等缺失加以改進，即為本案發明人欲解決之技術困難點所在。

有鑑於現有之引擎濾煙裝置，其使用燃油與火焰來燒除碳微粒，具有較高的安全風險，且加熱或燃燒效率易受氣流影響而降低，因此本發明之目的在於發展一種較安全且可高效能地清除觸媒表面積碳之微粒捕捉裝置。

為達成以上之目的，本發明係提供一種可提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置，其包含：一外殼體，內設有一容置空間，該外殼體的兩端分別設有一進氣口與一出氣口，又該外殼體設有至少一個觸媒填充口；一隔離孔板組件，設置於該外殼體其容置空間內，該隔離孔板組件設有至少兩個氣流隔離孔板，該氣流隔離孔板上設有複數個透孔，又該氣流隔離孔板係嵌設於該外殼體內壁，且相鄰的氣流隔離孔板之間填充有顆粒觸媒，又該氣流隔離孔板上設有至少一個高壓放電體固定 孔；至少一個高壓放電體，係設置於外殼體的容置空間內，且各高壓放電體分別穿設並固定於各該氣流隔離孔板的各高壓放電體固定孔。

藉由本發明於氣流隔離孔板上穿設固定有高壓放電體，並於相鄰的氣流隔離孔板之間填充顆粒觸媒，而可以高壓放電方式燒除顆粒觸媒捕捉到的碳微粒，除了無需明火燃燒而可大幅降低安全風險，同時還可免除加熱不均之問題，因而可維持穩定之清除積碳效果，進而使本發明可達到大幅提高安全性及再生效能之功效。

〔習用〕

11‧‧‧氣旋混合燃燒室

110‧‧‧接合口

12‧‧‧燃油與氣體注料管

13‧‧‧點火棒

14‧‧‧濾淨器

〔本發明〕

3‧‧‧外殼體

31‧‧‧容置空間

32‧‧‧進氣口

33‧‧‧出氣口

34‧‧‧觸媒填充口

4‧‧‧顆粒觸媒

5‧‧‧隔離孔板組件

51‧‧‧氣流隔離孔板

511‧‧‧透孔

512‧‧‧高壓放電體固定孔

513‧‧‧卡合部

52‧‧‧隔離孔板固定件

521‧‧‧被卡合部

6‧‧‧高壓放電體

61‧‧‧絕緣件

A1‧‧‧廢氣

A2‧‧‧廢氣

第一圖係習用之結構示意圖。

第二圖係本發明之側視示意圖。

第三圖係本發明其氣流隔離孔板之結構示意圖。

第四圖係本發明其氣流隔離孔板與隔離孔板固定件相互卡合之局部放大示意圖。

第五圖係本發明之動作示意圖。

請參閱第二圖所示，本發明係提供一種可提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置，其包含：一外殼體3，在本實施例中，該外殼體3為圓柱狀的金屬殼體，該外殼體3內設有一容置空間31，該外殼體3的兩端分別設有一進氣口32與一出氣口33，其中該進氣口32係用以與一汽油引擎或柴油引擎的排氣管相連接，該出氣口33則用以與一消音管(muffler)相連接，在此， 本發明與習知的觸媒轉化器或柴油碳微粒濾清器的安裝方式是相同的，又該外殼體3設有至少一個觸媒填充口34，該觸媒填充口34與容置空間31相連通，俾使顆粒觸媒4可由此處填入該外殼體3內，在本實施例中，該觸媒填充口34的數量為兩個；一隔離孔板組件5，該隔離孔板組件5係設置於該外殼體3其容置空間31內，該隔離孔板組件5設有至少兩個氣流隔離孔板51，請配合參閱第三圖所示，該氣流隔離孔板51上設有複數個透孔511，請再配合參閱第五圖所示，而使各透孔511可供車輛引擎所排放的廢氣A1通過，又該氣流隔離孔板51係以與氣流方向相垂直的角度豎直嵌設於該外殼體3內壁，也即在本實施例中，該氣流隔離孔板51為圓形板體，藉此，俾使相鄰的兩個氣流隔離孔板51之間可形成一個獨立的觸媒容置空間，此外，該氣流隔離孔板51上設有至少一個高壓放電體固定孔512，在本實施例中，該高壓放電體固定孔512的數量為六個，且各該高壓放電體固定孔512係以等間隔方式環繞設置於該氣流隔離孔板51上；其中，該透孔511的孔徑小於顆粒觸媒4的粒徑，以避免顆粒觸媒4通過透孔511，作為一較佳的實施方式，該透孔511的實際孔徑尺寸可設定在1~1.5mm，雖然越小的孔徑可具有越佳的過濾效果，但同時也會大幅提高加工難度與製作成本，因此，將透孔511的孔徑設定在上述範圍內，將是可兼顧過濾效果、加工複雜度與製造成本的較佳方案；此外，在本實施例中，該氣流隔離孔板51的數量為三個並以等間距方式設置，如此即可形成兩個獨立的觸媒容置空間，同時，該兩個觸媒填充口34的位置也分別與這兩個觸媒容置空間相對應，一般而言， 增加氣流隔離孔板51的數量可具有較佳的過濾效果(此時通常觸媒填充口34的數量也需對應增加)，惟實際上可依外殼體3的整體長度或使用者需求來調整變化，本發明對此並不加以限定；請繼續參閱第二圖及第三圖所示，其中，作為本發明的一種較佳實施方式，該氣流隔離孔板51的周緣環設有至少兩個卡合部513，又各該卡合部513係以等間隔方式設置，該卡合部513可為凹槽，且該隔離孔板組件5尚可進一步包含有至少兩個隔離孔板固定件52，一般而言，該隔離孔板固定件52的數量係與卡合部513的數量相對應，該隔離孔板固定件52上設置有被卡合部521，且該被卡合部521的數量及設置位置與氣流隔離孔板51的數量及設置位置相對應，也即在本實施例中，各該隔離孔板固定件52上分別設有三個被卡合部521，又該隔離孔板固定件52的被卡合部521係與氣流隔離孔板51的卡合部513相卡合，請再配合參閱第四圖所示，該隔離孔板固定件52可為長條狀的矩形體，且該被卡合部521可為凹槽，藉此，俾使各氣流隔離孔板51與隔離孔板固定件52相卡合後可實現定位效果，以避免氣流隔離孔板51在外殼體3內移位，進而使本發明可具有較佳的可靠度，此外，在本實施例中，該氣流隔離孔板51係繪示有六個卡合部513，因此該隔離孔板固定件52的數量也會有六個，如此可更穩固地定位該氣流隔離孔板51，惟此處氣流隔離孔板51其卡合部513與隔離孔板固定件52的數量仍可依實際需求調整變化；至少一個高壓放電體6，各該高壓放電體6係設置於外殼體3的容置空間31內，且各高壓放電體6分別穿設並固定於各該氣流隔離孔板51的各高壓放電體固定孔512，該高壓放電體6具體可為高壓放電棒， 又該高壓放電體6在與各高壓放電體固定孔512相穿設的位置分別套設有絕緣件61，而使高壓放電體6實際上係透過絕緣件61與高壓放電體固定孔512相穿設固定，該絕緣件61可為陶瓷絕緣套，又該絕緣件61係用以避免高壓放電體6因漏電而無法正常運作，此外，由於在本實施例中，該氣流隔離孔板51係繪示有六個高壓放電體固定孔512，因此也可對應地設置有六個高壓放電體6，由於該顆粒觸媒4係填充於高壓放電體6周圍，該高壓放電體6係透過高壓放電原理產生電弧，而使電弧可於各顆粒觸媒4之間竄流，俾可將顆粒觸媒4表面所吸附之碳微粒予以燒除，使觸媒達到再生(regeneration)的效果，又，依照高壓放電體6所連接的電源種類，該高壓放電體6可為直流式高壓放電棒或交流式高壓放電棒，其中，又以直流式高壓放電棒為優選方案，藉此，俾使該高壓放電體6可直接連接車上的電瓶，而無需再額外搭配車用的電源轉換器進行直交流轉換，進而可兼具簡化結構與節省成本之功效，此外，在其他可行的實施例中，該高壓放電體6也可改用電熱絲代替，其與高壓放電體6的差異在於，電熱絲並無法產生高壓電弧，故與習用同樣是透過明火燃燒來去除碳微粒，但電熱絲與高壓放電體6一樣無需使用燃料，故仍然可較習用具有較佳之安全性；請參閱第三圖與第五圖所示，俾當車輛引擎所排放的廢氣A1由該進氣口32進入容置空間31後，藉由氣流隔離孔板51係以與氣流方向相垂直的角度豎直嵌設於該外殼體3內壁，廢氣A1會通過該氣流隔離孔板51的各透孔511，此時，藉由各氣流隔離孔板51之間填充有顆粒觸媒4，而可透過催化機制將廢氣A1中的污染物轉換為無害物質，例如將一氧化碳(CO)或碳氫化合物(HC)轉換為二氧化碳(CO₂)與水(H₂O)等等， 前述催化反應涉及的細部動作原理均為本領域的技術人員所熟知，於此不再贅述，同時，各該顆粒觸媒4表面也可吸附(捕捉)廢氣A1中所含的碳微粒，最後，經過淨化後的廢氣A2即可由出氣口33排出，此外，當各該顆粒觸媒4表面上的積碳達一定程度時，該高壓放電體6即可作動而釋出電弧，電弧即可將顆粒觸媒4表面上的積碳予以燒除，在此，值得一提的是，相較習用以明火燒除碳微粒，會存在溫度隨火舌距離越遠而降低，導致燒除效果不均的問題，或是必須額外設置導流葉片等機構，如此則會造成結構複雜及成本提高，本發明藉由採用高壓放電體6，其高壓電弧可直接於各相鄰的顆粒觸媒4上竄流，故燒除碳微粒的效果不受距離的限制，從而可在最大程度上精簡該高壓放電體6的設置數量，進而降低成本，惟當增加該高壓放電體6的數量時，則可具有提高觸媒再生效率之效果，故實務上高壓放電體6的數量也可依使用者需求調整；請再參閱第二圖所示，藉由本發明於氣流隔離孔板51上穿設固定有高壓放電體6，並於相鄰的氣流隔離孔板51之間填充顆粒觸媒4，俾使顆粒觸媒4填充於高壓放電體6周圍，而可以高壓放電方式燒除顆粒觸媒4捕捉到的碳微粒，除了無需明火燃燒而可大幅降低安全風險，同時還可免除加熱不均之問題，因而可維持穩定之清除積碳效果，進而使本發明可達到大幅提高安全性及再生效能之功效。

惟上列詳細說明係針對本發明之較佳實施例的具體說明，該等實施例並非用以限制本發明之專利範圍，而凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

3‧‧‧外殼體

31‧‧‧容置空間

32‧‧‧進氣口

33‧‧‧出氣口

34‧‧‧觸媒填充口

4‧‧‧顆粒觸媒

5‧‧‧隔離孔板組件

51‧‧‧氣流隔離孔板

512‧‧‧高壓放電體固定孔

513‧‧‧卡合部

52‧‧‧隔離孔板固定件

521‧‧‧被卡合部

6‧‧‧高壓放電體

61‧‧‧絕緣件

Claims (8)

1. 一種可提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置，其包含：一外殼體，該外殼體內設有一容置空間，該外殼體的兩端分別設有一進氣口與一出氣口，又該外殼體設有至少一個觸媒填充口；一隔離孔板組件，係設置於該外殼體其容置空間內，該隔離孔板組件設有至少兩個氣流隔離孔板，該氣流隔離孔板上設有複數個透孔，又該氣流隔離孔板係嵌設於該外殼體內壁，俾使相鄰的兩個氣流隔離孔板之間形成一個獨立的觸媒容置空間，該觸媒容置空間內填充有顆粒觸媒，又該氣流隔離孔板上設有至少一個高壓放電體固定孔；至少一個高壓放電體，各該高壓放電體係設置於外殼體的容置空間內，且各高壓放電體分別穿設並固定於各該氣流隔離孔板的各高壓放電體固定孔，又該高壓放電體在與各高壓放電體固定孔相穿設的位置分別套設有絕緣件，而使高壓放電體實際上係透過絕緣件與高壓放電體固定孔相穿設固定。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置，其中該外殼體為圓柱狀的金屬殼體，且該氣流隔離孔板為圓形板體。
3. 如申請專利範圍第2項所述之可提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置，其中該氣流隔離孔板的周緣環設有至少兩個卡合部，又各該卡合部係以等間隔方式設置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之可提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置，其中該隔離孔板組件進一步包含有至少兩個隔離孔板固定件，該隔離孔板固定件上設置有被卡合部，且該被卡合部的數量及設置位置與氣流隔離孔板的數量及設置位置相對應，又該隔離孔板固定件的被卡合部係與氣流隔離孔板的卡合部相卡合。
5. 如申請專利範圍第4項所述之可提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置，其中該隔離孔板固定件為長條狀的矩形體，且該卡合部與被卡合部均為凹槽。
6. 如申請專利範圍第1項所述之可提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置，其中該高壓放電體為直流式高壓放電棒。
7. 如申請專利範圍第1項所述之可提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置，其中具有至少一個電熱絲用以代替該高壓放電體。
8. 如申請專利範圍第1項所述之可提高安全性及再生效能之微粒捕捉裝置，其中觸媒填充口的數量與位置分別與觸媒容置空間的數量及位置相對應。