一种再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器及其制造方法，本发明的再生式碳化硅纤维毡微颗粒捕集器由含铝碳化硅纤维毡折叠后作为滤芯，采用铁铬铝合金电阻加热丝中的一种作为再生加热材料，包括压力传感器、电磁阀、温度传感器、空气补给装置等，本发明的再生式含铝碳化硅纤维毡具有层叠吸附功能，充分发挥筛分、惯性、截留、扩散等过滤机理作用，有效吸附柴油发动机尾气中的固体颗粒，且能再生循环，可长期有效使用。
【专利说明】一种再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器及其制造方法，尤其涉及一种再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器及其制造方法。
【背景技术】
[0002]纵观近年来汽车消费市场，除小排量车型因节能减排备受青睐外，柴油车凭借在经济性、动力性和温室气体排放等方面优势得以迅猛发展。专家预测，随着柴油机经济、环保、高性能的不断突出，低速大扭矩与节能环保的优势进一步凸显，乘用柴油车销量的扩大是必然趋势，会有更多的消费者选购乘用柴油车型。在欧洲国家，柴油动力被广泛认可，法国、意大利、西班牙等国柴油车普及率更高达50%以上。
[0003]但柴油车的尾气颗粒物排放污染已成为制约其进一步发展的瓶颈因素，柴油车在燃烧过中后产生大量的固体微颗粒物，从而成为雾霾天气的元凶之一，其“贡献”度超过20%，因此给柴油车戴上“口罩”显得尤为重要。颗粒捕集技术是实现柴油机微颗粒排放控制最为有效和简单的技术之一。当排气通过颗粒捕集器时，先由颗粒捕集器的滤芯捕集颗粒，当颗粒捕集器中的颗粒积累到一定量时，即到再生点时，由于含铝碳化硅纤维毡的高温抗氧化特性，可以直接通过加热、燃烧将颗粒清除以完成捕集器的再生。微颗粒捕集器主要由过滤装置、再生装置、控制装置组成，其关键技术是过滤材料的选择和过滤体再生。
[0004]目前的过滤材料主要有堇青石、SiC颗粒烧结体、S1-SiC颗粒烧结体、层叠金属网等，但是堇青石材料的主要问题是耐热性能和耐化学腐蚀性能较差，而且其热导率较低，再生时易产生热斑。SiC颗粒和S1-SiC颗粒烧结体的主要问题是抗热冲击性能较差，在燃烧再生时产生的高温冲击下容易裂开。
[0005]含铝碳化硅纤维毡具有低密度、耐磨、孔隙率高、比表面积大、耐腐蚀、耐高温等优点，是航空航天、精密仪器、交通运输、环保等领域轻量化发展趋势的重要支撑材料，含铝碳化硅纤维针刺毡较上述过滤材料相比，柔软易成型且总孔隙率高，微孔增多、分布均匀、孔径小且层层布防，能充分发挥筛分、惯性、截留、扩散等过滤机理作用，因此捕集高、阻力小、透气性能好，能达到节能减排的效果。
[0006]据所查资料，国内外尚无使用含铝碳化硅纤维毡制造颗料捕集器的实例，目前使用的最广泛的是SiC颗粒制造的烧结体过滤器和SiC多孔陶瓷过滤器，其生产工艺繁琐，生产周期长，能耗大，且再生性受到一定限制，因此，制造一种轻质高效、再生便捷的新型颗粒捕集器十分必要。
【发明内容】
[0007]柴油机微粒是一种成分可变的复杂混合物，包括柴油机燃烧过程产生的微粒以及在后处理设备内，气态、液态和固态化学成分之间发生一系列化学或物理变化而产生的微粒。主要有以碳元素为主的碳烟、高沸点碳氢化合物、硫酸盐、与硫酸盐结合的水以及含金属成分的灰尘等杂质。尽管柴油机总是富氧燃烧，但燃油与空气的混合极不均匀，局部缺氧导致碳烟的生成，未燃燃料浓度越高，温度越高，碳烟的生成速度也越高，柴油机微粒排放增加。
[0008]为满足高温过滤的需要，本发明的目的旨在提供一种再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器及其制造方法，利用含铝碳化硅纤维毡孔隙率高、微孔分布均匀、孔径小、质量轻等特点，实现微颗粒捕集器的轻质高效和再生便捷化。
[0009]为了解决以上技术难题，一种再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器的制造方法，
[0010](I)滤芯制作；将厚度Imm?3mm的含铝碳化硅纤维毡平铺在工作台上，再将电阻丝以S形均匀排列在毡体表面，然后再铺上一层相同厚度即Imm?3mm的含铝碳化硅纤维毡，并沿着与电阻丝排列垂直方向进行折叠，折叠密度2?4层/5cm ；
[0011]⑵装配:
[0012]第一步，设计所述捕集器的基本框架；
[0013]设置尾气进气口和洁净气体出口，支管一和支管二并联于所述尾气进气口和洁净气体出口之间，在所述支管一上设有含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一，在所述支管二上设有含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二；
[0014]第二步，设计含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体结构；
[0015]所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一和含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二均为长方体结构，且所述长方体的长度方向同轴或平行于所述支管一和支管二的方向，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一和含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二均由壳体构成所述长方体的外壳，在所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一内安装有滤芯一，在所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二内安装有滤芯二，所述滤芯一和所述滤芯二均是由第步所制得的所述滤芯；所述滤芯一包括电阻丝一和含铝碳化硅纤维毡一，所述滤芯二包括电阻丝二和含铝碳化硅纤维毡二，
[0016]第三步，设计所述捕集器的基本框架的辅助构件；
[0017]在所述尾气进气口处设置紧急排放阀，在所述支管一和所述支管二内分别设有尾气进气阀一和尾气进气阀二 ；在所述支管一和所述支管二内还分别设有压力传感器一和压力传感器二；设置三通管，且所述三通管中的两通分别连通所述支管一和所述支管二，且该两通内分别设置空气补给进气阀一和空气补给进气阀二；且所述三通管中的另一通为空气补给进气管，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一内设有温度传感器一，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二内设有温度传感器二，即制得再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器。
[0018]优选所述电阻丝为含有Cr25Al5Xr17Al5或Cr13Al4的铁铬铝合金电阻加热丝中的一种。
[0019]优选含铝碳化硅纤维毡优选厚度1_的三层针刺毡。
[0020]本发明还提供一种上述方法制得的再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器，在所述主体一内，所述滤芯一的上游设有滤网一，在所述主体二内，所述滤芯二的上游设有滤网二，所述滤网一和所述滤网二的网孔直径为0.1mm?5mm。
[0021]如上述方法制得的再生式含铝碳化硅微颗粒捕集器，其工作原理是:当尾气由进气管进入颗粒捕集器主体一时，由于毡的层叠吸附，充分发挥筛分、惯性、截留、扩散等过滤机理作用，有效吸附尾气中的固体颗粒，随着吸附颗粒的增多，滤芯进气口压力逐渐升高，达到设定值后，由压力传感器控制另一支路进气电磁阀打开，此时，颗粒捕集器主体二正常工作，同时，关闭颗粒捕集器主体一进气阀门，开启颗粒捕集器主体一支路空气补充装置和电加热装置，进行颗粒捕集器主体一再生。待颗粒捕集器主体二进气口压力升至设定值时，控制系统自动工作，切换回颗粒捕集器主体一，同时，颗粒捕集器主体二进行再生，如此循环。若出现意外情况，颗粒捕集器主体一和颗粒捕集器主体二都不能正常工作时，手动开启紧急排放阀，将尾气直接排出。
[0022]本发明对于尾气颗粒排放的过滤的有益效果如下:
[0023](I)采用含铝碳化硅纤维毡作为滤芯，可在1000°C?1100°C长时间稳定、高效工作；
[0024](2)采用含铝碳化硅纤维毡作为滤芯，可在空气介质中迅速升温燃烧吸附的颗粒，缩短再生周期；
[0025](3)采用含铝碳化硅纤维毡作为滤芯，其质量较堇青石滤芯、SiC颗粒或S1-SiC颗粒烧结体滤芯轻，可有效减少车体总重，降低油耗。
[0026]本发明与现有公开的专利相比，优点在于:
[0027](I)本发明采用含铝碳化硅纤维毡作为滤芯，其质量较堇青石滤芯、SiC颗粒或S1-SiC颗粒烧结体滤芯轻，可有效减少车体总重，降低油耗；
[0028](2)本发明采用含铝碳化硅纤维毡作为滤芯，可迅速升温燃烧吸附的颗粒，缩短再生周期，延长使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明以实施例1为例制备的再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器工作示意图；
[0030]图2是本发明的含铝碳化硅纤维毡滤芯折叠示意图；
[0031]图3是本发明的系统工作示意图。
【具体实施方式】
[0032]实施例1:
[0033]一种再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器的制造方法，步骤一、滤芯制作；将厚度Imm的含铝碳化硅纤维毡平铺在工作台上，再将电阻丝以S形均匀排列在毡体表面，然后再铺上一层相同厚度的含铝碳化硅纤维毡，并沿着与电阻丝排列垂直方向进行折叠，折叠密度2层/5cm ;步骤二、装配:第一步，设计所述捕集器的基本框架；
[0034]设置尾气进气口 14和洁净气体出口 15，支管一 16和支管二 17并联于所述尾气进气口 14和洁净气体出口 15之间，在所述支管一 16上设有含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18，在所述支管二 17上设有含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 19 ；
[0035]第二步，设计含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体结构；
[0036]所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18和含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 19均为长方体结构，且所述长方体的长度方向同轴或平行于所述支管一 16和支管二 17的方向，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18和含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 19均由壳体构成所述长方体的外壳，在所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18内安装有滤芯一 20，在所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 19内安装有滤芯二 21，所述滤芯一 20和所述滤芯二 21均是由第(I)步所制得的所述滤芯；所述滤芯一 20包括电阻丝一 9和碳化娃纤维租一 11,所述滤芯二 21包括电阻丝二 10和碳化娃纤维毡二 12，
[0037]第三步，设计所述捕集器的基本框架的辅助构件；
[0038]在所述尾气进气口 14处设置紧急排放阀13，在所述支管一 16和所述支管二 17内分别设有尾气进气阀一 I和尾气进气阀二 2 ;在所述支管一 16和所述支管二 17内还分别设有压力传感器一 3和压力传感器二 4 ;设置三通管，且所述三通管中的两通分别连通所述支管一 16和所述支管二 17，且该两通内分别设置空气补给进气阀一 5和空气补给进气阀二6;且所述三通管中的另一通为空气补给进气管，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18内设有温度传感器一7，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 19内设有温度传感器二8，即制得再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器。所述的再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器的应用方法，打开所述尾气进气阀一 1，关闭尾气进气阀二 2，关闭紧急排放阀13，废气通过所述尾气进气口 14，进入所述支管一 16，然后进入所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18，由于所述含铝碳化硅纤维毡的层叠吸附，充分发挥筛分、惯性、截留和扩散过滤机理作用，有效吸附尾气中的固体颗粒，随着吸附颗粒的增多，所述滤芯一 20进气口压力逐渐升高，达到设定值后，由压力传感器一 3和压力传感器二 4控制支管二 17的尾气进气阀二 2打开，此时，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 19正常工作，同时，关闭所述尾气进气阀一 1，开启所述的空气补给进气阀一 5，打开电加热开关一 122，所述电热丝9加热，和电加热装置一 121，进行所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18再生；待所述滤芯二 21进气口压力逐渐升高，达到设定值后，由压力传感器一 3和压力传感器二 4控制支管一 16的尾气进气阀一 I打开，并打开所述的空气补给进气阀二 6，关闭尾气进气阀二 2和空气补给进气阀一 5，打开电加热开关二 122，所述电热丝10加热，切换回所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18工作，同时，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 19进行再生，如此循环；若出现意外情况，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18和所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 19都不能正常工作时，手动开启紧急排放阀，将尾气直接排出。
[0039]实施例2:
[0040]一种再生式含铝碳化硅纤维毡的制造方法，步骤一、滤芯制作；将厚度3mm的含铝碳化硅纤维毡平铺在工作台上，再将电阻丝以S形均匀排列在毡体表面，然后再铺上一层相同厚度的含铝碳化硅纤维毡，并沿着与电阻丝排列垂直方向进行折叠，折叠密度4层/5cm ;步骤二、装配:将滤芯、压力传感器、温度传感器、电磁阀、空气补给装置安装在过滤器壳体上(见图1)，即完成制造，具体步骤同实施例1。所述的再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器的应用方法，打开所述尾气进气阀一 1，关闭尾气进气阀二 2，关闭紧急排放阀13，废气通过所述尾气进气口 14，进入所述支管一 16，然后进入所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18，由于所述含铝碳化硅纤维毡的层叠吸附，充分发挥筛分、惯性、截留和扩散过滤机理作用，有效吸附尾气中的固体颗粒，随着吸附颗粒的增多，所述滤芯一 20进气口压力逐渐升高，达到设定值后，由压力传感器一 3和压力传感器二 4控制支管二 17的尾气进气阀二 2打开，此时，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 19正常工作，同时，关闭所述尾气进气阀一 1，开启所述的空气补给进气阀一 5，打开电加热开关一 122，所述电热丝9加热，和电加热装置一 121，进行所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18再生；待所述滤芯二 21进气口压力逐渐升高，达到设定值后，由压力传感器一 3和压力传感器二 4控制支管一 16的尾气进气阀一 I打开，并打开所述的空气补给进气阀二 6，关闭尾气进气阀二 2和空气补给进气阀一 5，打开电加热开关二 122，所述电热丝10加热，切换回所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18工作，同时，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 19进行再生，如此循环；若出现意外情况，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一 18和所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 19都不能正常工作时，手动开启紧急排放阀，将尾气直接排出。
【权利要求】
1.一种再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器的制造方法，其特征在于: (1)滤芯制作；将厚度Imm~3mm的含铝碳化硅纤维毡平铺在工作台上，再将电阻丝以S形均匀排列在毡体表面，然后再铺上一层相同厚度即1_~3_的含铝碳化硅纤维毡，并沿着与电阻丝排列垂直方向进行折叠，折叠密度2~4层/5cm。 (2)装配: 第一步，设计所述捕集器的基本框架； 设置尾气进气口(14)和洁净气体出口(15)，支管一(16)和支管二(17)并联于所述尾气进气口(14)和洁净气体出口(15)之间，在所述支管一(16)上设有含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一(18)，在所述支管二(17)上设有含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二 (19)； 第二步，设计含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体结构； 所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一(18)和含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二(19)均为长方体结构，且所述长方体的长度方向同轴或平行于所述支管一(16)和支管二(17)的方向，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一(18)和含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二(19)均由壳体构成所述长方体的外壳，在所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一(18)内安装有滤芯一(20)，在所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二(19)内安装有滤芯二(21 )，所述滤芯一(20)和所述滤芯二(21)均是由第(I)步所制得的所述滤芯；所述滤芯一(20)包括电阻丝一(9)和碳化硅纤维毡一(11)，所述滤芯二(21)包括电阻丝二(10)和碳化硅纤维毡二(12)， 第三步，设计所述捕集器的基本框架的辅助构件。 在所述尾气进气口(14)处设置紧急排放阀(13)，在所述支管一(16)和所述支管二(17)内分别设有尾气进气阀一(I)和尾气进气阀二(2);在所述支管一(16)和所述支管二(17)内还分别设有压力传感器一(3)和压力传感器二(4);设置三通管，且所述三通管中的两通分别连通所述支管一(16)和所述支管二(17)，且该两通内分别设置空气补给进气阀一 (5)和空气补给进气阀二 (6);且所述三通管中的另一通为空气补给进气管，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一(18)内设有温度传感器一(7)，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二(19)内设有温度传感器二(8)，即制得再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于:所述电阻丝为含有Cr25Al5、Cri7Al5*Cr13Al4的铁铬铝合金电阻加热丝中的一种。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于:含铝碳化硅纤维毡优选厚度1_的三层针刺毡。
4.如权利要求1-3任一项所述方法制得的再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器，其特征在于，在所述主体一(18)内，所述滤芯一(20)的上游设有滤网一(111)，在所述主体二(19)内，所述滤芯二(21)的上游设有滤网二(112)，所述滤网一(111)和所述滤网二(112)的网孔直径为0.1mm~5mm。
5.如权利要求4所述的再生式含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器的应用方法，其特征在于:打开所述尾气进气阀一(I)，关闭尾气进气阀二(2)，关闭紧急排放阀(13)，废气通过所述尾气进气口(14)，进入所述支管一(16)，然后进入所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一(18)，由于所述含铝碳化硅纤维毡的层叠吸附，充分发挥筛分、惯性、截留和扩散过滤机理作用，有效吸附尾气中的固体颗粒，随着吸附颗粒的增多，所述滤芯一(20)进气口压力逐渐升高，达到设定值后，由压力传感器一(3)和压力传感器二(4)控制支管二(17)的尾气进气阀二(2)打开，此时，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二(19)正常工作，同时，关闭所述尾气进气阀一(I)，开启所述的空气补给进气阀一(5),打开电加热开关一(121)，所述电热丝(9)加热，进行所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一(18)再生；待所述滤芯二(21)进气口压力逐渐升高，达到设定值后，由压力传感器一(3)和压力传感器二(4)控制支管一(16)的尾气进气阀一(I)打开，并打开所述的空气补给进气阀二(6)，关闭尾气进气阀二(2)和空气补给进气阀一(5)，打开电加热开关二(122)，所述电热丝(10)加热，，切换回所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一(18)工作，同时，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二(19)进行再生，如此循环；若出现意外情况，所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体一(18)和所述含铝碳化硅纤维毡微颗粒捕集器主体二(19)都不能正常工作时，手动开启紧急排放阀，将尾气直接排出。
【文档编号】F01N3/023GK103644014SQ201310712868
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】张冀, 张博, 许然 申请人:苏州中宝复合材料有限公司