专利名称：复合式柴油机排气微粒过滤装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于柴油机尾气后处理技术领域，具体涉及一种复合式柴油机排气微粒过滤装置。
技术背景柴油机以其良好的经济性和动力性，广泛地应用于交通运输、农业机械和工程机械等领域。但是柴油机的微粒排放较高，对环境和人体都有很大的危害，必须对柴油机排出的微粒采取机外后处理措施技术，才能满足未来更为严格的排放法规。微粒过滤捕集器是目前国际上柴油机微粒排放后处理的主要装置之一。近20年以来，欧洲、美国和日本等发达国家和地区对微粒过滤技术进行了诸多研究，也在一些公交和采矿等行业进行了一些应用。
当前微粒捕集器所采用的过滤材料中，主要有以下四种壁流式蜂窝陶瓷，泡沫陶瓷，烧结金属丝网和陶瓷纤维。壁流式蜂窝陶瓷的结构强度较高，具有较好的抗热冲击能力和机械性能。其过滤效率高，但其具有各向异性，再生时受热不均匀，会导致烧熔和破裂，且制造工艺复杂，成本较高。其壁流式结构导致排气背压上升较快，对柴油机正常工作不利。泡沫陶瓷通过错综交织的气室结构形式对柴油机的废气进行过滤，它具有各向同性，抗热冲击能力强。但是其过滤效率较低，流动阻力大，并且结构疏松，机械强度低，在排气冲击和机械振动下易出现损坏。烧结金属丝网采用多层金属编织丝网为原料，是通过特殊的叠层设计、采用丝网与粉末复合压制烧结而成的金属微孔材料。强度较好，耐高温，并且过滤效率较高。但制作工艺复杂，成本高。陶瓷纤维具有高度表面积化和良好的抗高温能力，过滤效率高，但它是一种脆性材料，生产工艺复杂，并且过滤时间短，再生频率高，较易损坏。
在柴油机微粒捕集器工作过程中，微粒不断在过滤体内累积，排气阻力增大，当排气背压升高到一定程度时，会导致柴油机的工作状况恶化。此时，必须要采取一定措施，以清除捕集到的微粒，这一过程称为捕集器的再生。目前大都采用以下两类技术一类技术是采用加热技术提高柴油机排气或过滤体的温度，比如燃油加热、电加热、微波加热等等，通过加热提供一个外部高温条件，使过滤体内沉积的微粒得以燃烧。这些方法的结构复杂，需要额外的一套控制装置，增加了系统的复杂程度，可靠性和安全性较差；另一类技术是通过在燃油或者过滤体表面加入催化剂，降低微粒的反应活化能，从而降低微粒的起燃温度，在正常排气温度下使其氧化，实现过滤体的再生。在已有使用该技术的装置中，主要采用壁流式的过滤结构，往往导致排气背压上升较快，并且对柴油品质要求苛刻。
虽然微粒过滤技术取得了长足进展，出现了以上诸多捕集和再生方案，但目前仍未见到对微粒具有良好过滤效果、低流动阻力、抗热冲击和机械冲击，适应再生技术并且制作成本低的理想过滤装置。
发明内容
本实用新型目的在于提供一种结构简单，过滤效果良好的复合式柴油机微粒过滤装置。
本实用新型提出的复合式柴油机微粒过滤装置，由前锥筒1、过滤腔2、后锥筒5组成(其结构如图1所示)，其中，过滤腔2呈筒形结构，其一端连接前锥筒1，另一端连接后锥筒5，前锥筒1的另一端连接柴油机尾气进气口7，后锥筒5的另一端连接尾气过滤后的排气口8；过滤腔2分为过滤室3、间隙室6和过滤室4三室结构，间隙室6位于过滤室3、过滤室4之间；过滤室3内设置有蜂窝式陶瓷过滤元件9，该蜂窝式陶瓷过滤元件9为平行排列的方孔通道结构；过滤室4内设置有陶瓷小球过滤元件10，该陶瓷小球过滤元件10以空间方式密集排列。
本实用新型中，蜂窝式陶瓷过滤元件9以薄壁11隔开，薄壁11呈“井”字排列，中间为空心的方孔通道结构，孔密度为200-400cpsi(孔/平方英寸)，薄壁11厚度为0.15-0.30mm。
本实用新型中，陶瓷小球过滤元件10的粒径为3-6mm。
本实用新型中，间隙室6的长度为过滤腔2总长的20-40％。
本实用新型中，陶瓷小球过滤元件10为实心球形陶瓷小球。
本实用新型中，陶瓷小球过滤元件10为有1-30个孔穿过瓷球内部的陶瓷小球。使用微孔瓷球提高了捕集和净化效果，微粒处理效果进一步提高。
本实用新型中，陶瓷小球过滤元件10为瓷球表面有1-30条随机沟槽的陶瓷小球。使用表面沟槽瓷球提高了捕集和净化效果，微粒处理效果进一步提高。
本实用新型中，过滤腔为圆筒形或椭圆筒之一种。
本实用新型提出的柴油机微粒捕集装置包括陶瓷小球过滤元件、全流式蜂窝陶瓷过滤元件以及过滤腔，外壳主体为筒形，可以为圆筒或者椭圆筒等，带有进气口的前锥筒和带有排气口的后锥筒密封连接于筒形主体的前后两端。筒形主体内为上下游两段过滤室，上游过滤室内采用全流整体式蜂窝陶瓷，其内部表面涂覆氧化催化剂，下游过滤室内采用以充满空间方式紧密排列的陶瓷小球，该陶瓷小球为蓄热式瓷球，两段过滤室中间留有合适距离的间隙室。
本实用新型的工作过程为柴油机排出的尾气从进气口7进入前锥筒1，接着进入过滤腔2，含有微粒的废气通过过滤室3内具有氧化催化作用的全流、蜂窝式陶瓷过滤元件9，部分微粒、排气中的大部分HC和CO在氧化催化作用下，被催化燃烧，经过该部件，蜂窝陶瓷过滤元件温度和排气温度均得到上升，进一步提高了氧化催化的效果。然后，升温后的排气带着剩余的微粒等通过间隙室6，进入过滤室4，过滤室内的陶瓷小球过滤元件捕捉到剩余的微粒，并将其沉积在瓷球表面，这些瓷球具有良好的蓄热能力，在高温排气的作用下将沉积微粒充分燃烧，实现过滤体的再生。经过两个过滤室的捕集、氧化催化和燃烧，排气微粒的净化效果大大提高。
本实用新型可以实现过滤体的再生。经过上下两级过滤室内过滤元件的捕集、氧化催化和燃烧，排气微粒的净化效果大大提高，过滤装置得以实现再生。
本实用新型的柴油机微粒过滤装置的优点为1、对柴油机排气微粒过滤效果好，并同时降低排气中的HC和CO，大幅降低了对环境的污染。
2、使用本实用新型再生无须控制装置，能够自动实现再生，结构简单可靠且效果良好，排气背压低，对动力性和油耗影响小。
3、具有良好的耐高温和耐机械冲击性能。
4、对柴油品质的要求不苛刻。
5、本实用新型对工作环境适应能力强，可广泛应用于柴油机驱动的车辆、工程机械、船舶等场合。
6、成本低，制作工艺简单，且捕集器外形变化多，便于推广应用。
图1为本实用新型的结构图示。
图2为蜂窝式陶瓷过滤元件9的横截面结构图示。
图中标号1为前锥筒，2为过滤腔，3为过滤室，4为过滤室，5为后锥筒，6为间隙室，7为进气口，8为排气口，9为蜂窝式陶瓷过滤元件，10为陶瓷小球过滤元件，11为薄壁。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本实用新型。
实施例1，将下列各部件按图1所示方式连接，该领域的技术人员均能顺利实施。
复合式柴油机微粒过滤装置由前锥筒1、过滤室2、后锥筒5组成，过滤腔2呈圆筒形，直径为150-300mm，其一端连接前锥筒1，另一端连接后锥筒5，前锥筒1的另一端连接柴油机尾气进气口7，后锥筒5的另一端连接尾气过滤后的排气口8；过滤腔2分为过滤室3、间隙室6和过滤室4三室结构，间隙室6位于过滤室3、过滤室4之间；过滤室3为一段全流整体式蜂窝陶瓷，内设置有蜂窝式陶瓷过滤元件9，该蜂窝式陶瓷过滤元件9横截面形状如图2所示，方孔为气流的通道，孔密度为300cpsi，薄壁11壁厚为0.20mm，方孔内部表面涂有氧化催化剂；过滤室4内设置有以空间方式密集排列的陶瓷小球过滤元件10，该陶瓷小球为实心球形陶瓷小球，其粒径为5mm。两段过滤室3和4中间留有合适的空隙构成间隙室6，该间隙室6长度为过滤腔2总长的30％，过滤室3与过滤室4的长度相同。过滤室3、过滤室4和间隙室6的直径与外壳2的内腔横截面均相同。
权利要求1.一种复合式柴油机微粒过滤装置，由前锥筒(1)、过滤腔(2)、后锥筒(5)组成，其特征在于过滤腔(2)呈筒形结构，其一端连接前锥筒(1)，另一端连接后锥筒(5)，前锥筒(1)的另一端连接柴油机尾气进气口(7)，后锥筒(5)的另一端连接尾气过滤后的排气口(8)；过滤腔(2)分为过滤室(3)、间隙室(6)和过滤室(4)三室结构，间隙室(6)位于过滤室(3)、过滤室(4)之间；过滤室(3)内设置有蜂窝式陶瓷过滤元件(9)，该蜂窝式陶瓷过滤元件(9)为平行排列的方孔通道结构；过滤室(4)内设置有陶瓷小球过滤元件(10)，该陶瓷小球过滤元件(10)以空间方式密集排列。
2.根据权利要求1所述的复合式柴油机微粒过滤装置，其特征在于蜂窝式陶瓷过滤元件(9)以薄壁(11)隔开，薄壁(11)呈″井″字排列，中间为空心的方孔通道结构，孔密度为200-400孔/平方英寸，薄壁(11)厚度为0.15-0.30mm。
3.根据权利要求1所述的复合式柴油机微粒过滤装置，其特征在于陶瓷小球过滤元件(10)的粒径为3-6mm。
4.根据权利要求1所述的复合式柴油机微粒过滤装置，其特征在于间隙室(6)的长度为过滤腔(2)总长的20-40％。
5.根据权利要求1所述的复合式柴油机微粒过滤装置，其特征在于陶瓷小球过滤元件(10)为实心球形陶瓷小球。
6.根据权利要求1所述的复合式柴油机微粒过滤装置，其特征在于陶瓷小球过滤元件(10)为有1-30个孔穿过瓷球内部的陶瓷小球。
7.根据权利要求1所述的复合式柴油机微粒过滤装置，其特征在于陶瓷小球过滤元件(10)为瓷球表面有1-30条随机沟槽的陶瓷小球。
8.根据权利要求1所述的复合式柴油机微粒过滤装置，其特征在于过滤腔(2)为圆筒形或椭圆筒之一种。
专利摘要本实用新型属于柴油机尾气后处理技术领域，具体涉及一种复合式柴油机排气微粒过滤装置。由前锥筒、过滤腔、后锥筒组成，过滤腔呈筒形，一端连接前锥筒，另一端连接后锥筒，前锥筒另一端连接柴油机尾气进气口，后锥筒另一端连接尾气过滤后排气口；过滤腔分为两个过滤室和一个间隙室，一个过滤室内设置有呈平行排列方孔通道结构的全流式蜂窝陶瓷过滤元件，另一个设置有以空间方式密集排列陶瓷小球过滤元件。本实用新型对柴油机排气微粒过滤效果好，降低排气中的HC和CO，降低对环境的污染；使用本实用新型无须控制装置，能够自动实现再生，具有良好的耐高温和耐机械冲击性能；对工作环境适应能力强，成本低，制作工艺简单。
文档编号F01N3/021GK2937495SQ20062004489
公开日2007年8月22日 申请日期2006年8月17日 优先权日2006年8月17日
发明者谭丕强, 胡志远, 楼狄明 申请人:同济大学