一种壁式绕流过滤模块、过滤材料及油气分离器的制作方法

1.本发明涉及油气分离器检技术领域，特别涉及一种壁式绕流过滤模块、过滤材料及油气分离器。


背景技术：

2.柴油机的排放污染物主要为排气管直接排出的燃烧废气和曲轴箱窜气，随着法律法规对排气管排放物的控制日趋严格，技术改进主要集中于对排气管直接排出的燃烧废气的控制，并取得了显著的效果；国六法规将曲轴箱窜气算作了排放污染物的一部分，曲轴箱窜气中污染物占柴油机总的污染物的比重随之增大，而要进一步降低污染物排放，则要对曲轴箱窜气加以控制。
3.曲轴箱窜气是指内燃机运转时，在压缩燃烧膨胀过程中，通过活塞组与气缸之间的间隙从燃烧室漏入曲轴箱内的可燃混合气和已燃气体。窜气进入曲轴箱会使曲轴箱温度升高，加大油底壳机油的蒸发，加上曲轴箱内部分零件采用飞溅润滑，飞溅润滑过程会产生油雾，这使得窜气除了含有残留的燃油和燃烧产生的废气、炭黑，还有不少的机油。窜气如果不能及时排出，窜气中的燃油蒸汽凝结，会使机油变质，导致润滑不良，从而引起零件磨损和机油耗增加；窜气若不能及时排出，曲轴箱压力过高时会引起发动机漏气、漏油。因此，内燃机曲轴箱需要通风系统来处理窜气，将窜气中的机油分离出来，同时维持曲轴箱压力在一个适当的范围内。
4.曲轴箱通风系统分自然通风系统和强制通风系统，曲轴箱自然通风系统也称开式曲轴箱通风系统，其原理是将曲轴箱废气直接排到大气中；曲轴箱强制通风系统将曲轴箱废气引入发动机的进气管，进而在气缸内燃烧掉，可以减少污染物排放，提高发动机经济性。
5.现有技术存在的问题：
6.(1)如图1所示，采用强制通风系统，如不加以控制，曲轴箱窜气中含有的机油蒸汽会沿途冷凝并吸附在进气系统的增压器c、中冷器d、进排气阀门等零部件上，从而降低它们的工作性能和寿命；另外，机油的主要成分为重质高分子量烃类和非烃类混合物，引入燃烧室后难以完全燃烧，很容易产生碳烟，在气缸b内形成积碳，降低发动机a的工作性能，同时增加有害颗粒物的排放，污染尾气后处理器，降低其性能和使用寿命。因此，目前的强制通风系统的技术挑战非常大。如专利《cn 111246924 a》公开的是一种强制通风系统用的分离器产品，该产品的使用通过过滤介质达到分离性能的目的，相比与国五阶段的产品，此类产品新增可换滤芯式产品，滤芯需要定期更换，增加了维护成本和主机厂的采购成本。商用车的市场维保还达不到乘用车的规范程度，新增零件用户的维保也是一个挑战，第一增加了维保成本，其次如果出现维保不及时，则会发生曲轴箱压力升高或者安全阀开启污染物排到大气中的异常现象。
7.(2)开式通风系统的呼吸器同样存在两种结构设计，一种为滤芯式的设计如上面所分析的专利产品专利《cn 111246924 a》，缺点如上。另一种结构为无滤芯式设计，如专利
《cn106471227a》中多采用物理结构，如加速孔板，迷宫碰撞等。这类的结构在工作中可以实现一定的分离，但在pn的分离中很难达到6＊10^11或者更低的水平，pn专指大于23nm的粒子。主要因为pn中的粒径是不规则运动，专利《cn106471227a》中的方案运功路径较短，并且缺乏有效的捕捉介质。无法达到国六排放法规中对pn的要求水平。


技术实现要素：

8.基于上述问题，本发明目的是提供一种壁式绕流过滤模块及油气分离器，可优化提高汽车尾气中pn的分离性能。
9.为了克服现有技术的不足，本发明提供的技术方案之一是：
10.一种壁式绕流过滤模块，包括至少一层多孔过滤介质层、及至少一层绕流过滤层，所述绕流过滤层形成有供气流绕行的流道，所述流道具有进气口和出气口。
11.在其中的一些实施方式中，所述绕流过滤层布置在两个多孔过滤介质层之间，所述流道与所述多孔过滤层相连通。
12.在其中的一些实施方式中，所述绕流过滤层包括两层微孔通道层，所述微孔通道层为微孔网状结构，所述两层微孔通道层的微孔相互交错布置以在所述两层微孔通道层之间形成所述流道。
13.在其中的一些实施方式中，所述微孔通道层与所述多孔过滤介质层之间、相邻的两个微孔通道层之间相互固定连接。
14.在其中的一些实施方式中，所述微孔为方形、圆形、椭圆形、菱形中的一种或多种。
15.在其中的一些实施方式中，所述绕流过滤层内成型间隔布置的多个通道，所述多个通道经由所述多孔过滤介质层相互连通以形成所述流道。
16.在其中的一些实施方式中，所述绕流过滤层采用疏油材质制成。
17.在其中的一些实施方式中，所述多孔过滤介质层采用亲油材质制成。
18.为了克服现有技术的不足，本发明提供的另一技术方案是：
19.一种油气分离器，包括上述任意一项所述的壁式绕流过滤模块。
20.在其中的一些实施方式中，包括罐体和中心骨架，所述中心骨架安装在所述罐体内，所述至少一层多孔过滤介质层、至少一层绕流过滤层卷绕在所述中心骨架周向上。
21.在其中的一些实施方式中，所述中心骨架包括上端盖、及设置在所述上端盖上的中心支撑管，所述至少一层多孔过滤介质层、至少一层绕流过滤层卷绕在所述中心支撑管上且与所述上端盖相抵接，所述上端盖上设有多个出气孔，所述上端盖外周设有一圈与所述罐体密封配合的卡箍，所述上端盖与所述卡箍卡扣连接。
22.在其中的一些实施方式中，所述中心支撑管下端抵接在罐体底部，所述中心支撑管下部侧壁设有至少一个排气口，所述中心支撑管上端设有安全阀。
23.在其中的一些实施方式中，包括罐体和安装在所述罐体内的滤芯安装件，所述至少一层多孔过滤介质层、至少一层绕流过滤层层叠布置在所述滤芯安装件内。
24.在其中的一些实施方式中，所述滤芯安装件包括端盖部、及设置在所述端盖部下端的安装部，所述安装部侧部具有供所述壁式绕流过滤模块伸入的安装口，所述安装部底部设有回油口，所述端盖部设有出气口。
25.为了克服现有技术的不足，本发明提供的另一技术方案是：
26.一种壁式绕流过滤材料，包括多孔过滤介质层、及布置在所述多孔过滤介质层厚度方向两侧的微孔通道层。
27.在其中的一些实施方式中，所述微孔通道层复合在所述多孔过滤介质层的表面。
28.与现有技术相比，本发明的优点是：
29.1、绕流过滤层具有供气流绕行的流道，可加长气态流体的通道长度，可增大气流中微粒与多孔过滤介质的碰撞概率，提升pn的分离性能，还可以提供除多孔过滤介质外的通道，在多孔过滤介质阻力上升时，更多的气流从绕流过滤层中绕行，从而整个过滤模块在初始和使用状态中流通阻力不会有明显上升；
30.2、绕流过滤层采用两层微孔通道层组成，微孔通道层为微孔网状结构，结构简单，生产方便；
31.3、绕流过滤层采用疏油材质制成，被分离的油滴可以较快的沉降，延长过滤模块的使用寿命；
32.4、应用于油气分离器时，将多孔过滤介质层和微孔通道层卷绕在中心骨架上，可以在最小空间内容纳最多的过滤介质；
33.5、在中心骨架的中心支撑管内安装安全阀，结构紧凑，利用了中心支撑管的内部空间，当油气分离器内部压力过大时，气流可经由中心支撑管下端进入中心支撑管将安全阀顶起，从而气流可经由中心支撑管上端排出。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为现有技术中强制通风系统的结构示意图；
36.图2为本发明一种壁式绕流过滤模块实施例1的结构示意图；
37.图3为本发明实施例中一种微孔通道层的结构示意图；
38.图4为本发明实施例中另一种微孔通道层的结构示意图；
39.图5为本发明一种壁式绕流过滤模块实施例2的结构示意图；
40.图6为本发明一种油气分离器实施例1的结构示意图；
41.图7为本发明实施例1中中心骨架的俯视图；
42.图8为本发明一种油气分离器实施例2(去除罐体)的结构示意图；
43.图9为图8的俯视图；
44.图10为本发明一种壁式绕流过滤材料的结构示意图；
45.其中：
46.a、发电机；b、气缸；c增压器；d、中冷器；
47.100、壁式绕流过滤模块；101、多孔过滤介质层；102、微孔通道层；103、耐油耐温材料；103a、通道；200、气流；
48.1、罐体；1
‑
1、出气管；
49.2、中心骨架；2
‑
1、上端盖；2
‑
1a、出气孔；2
‑
2、中心支撑管；2
‑
2a、排气口；2
‑
2b、凸
台；
50.3、安全阀；3
‑
1、阀盖；3
‑
2、支脚；3
‑
2a、卡脚；
51.4、卡箍；
52.5、密封圈；
53.6、滤芯安装件；6
‑
1、端盖部；6
‑
1a、气体出口；6
‑
2、安装部；6
‑
2a、回油口。
具体实施方式
54.以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
55.参见图2，提供一种壁式绕流过滤模块100的实施例1的结构示意图，其包括至少一层多孔过滤介质层101、及至少一层绕流过滤层，绕流过滤层形成有供气流200绕行的流道，该流道具有进气口和出气口，从而混合气体可在绕流过滤层内绕行。
56.本例中，该壁式绕流过滤模块100包括三个多孔过滤介质层101、及两个绕流过滤层，绕流过滤层布置在两个多孔过滤介质层101之间，流道与多孔过滤介质层101相连通，进入流道绕行的气流200可与多孔过滤介质层101相撞击，可增大气流200与多孔过滤介质层101的碰撞几率，提升pn的分离性能。应该理解，实施时，可根据需要设置多孔过滤介质层101、绕流过滤层的数目，本发明不做限制，优选的情况，将绕流过滤层布置在两个多孔过滤介质层101之间。
57.为了方便绕流过滤层的生产加工，本例中，绕流过滤层包括两层微孔通道层102，微孔通道层102为微孔网状结构，两层微孔通道层102的微孔相互交错布置以在两层微孔通道层102之间形成上述的流道。微孔可为方形(如图3所示)、圆形、椭圆形(如图4所示)、菱形中的一种或多种。优选的，绕流过滤层采用疏油材质制成，至少含有含氟化合物，或由含氟化合物制成。从而，被分离的油滴可较快的沉降以与过滤模块相分离，可延长过滤模块的使用寿命。多孔过滤介质层101采用亲油材料制成，至少含有玻璃纤维，或由玻璃纤维制成。
58.为了保证过滤模块的整体性，同时消除微孔通道层102错位时出现较大的间隙而影响分离性能，微孔通道层102与多孔过滤介质层101之间、相邻的两个微孔通道层102之间相互固定连接，例如可采用粘接工艺，将微孔通道层102与多孔过滤介质层101之间、相邻的两个微孔通道层102之间相互粘接固定。
59.在其他的实施方式中，流道可为类似连续s型或z型的结构，参见图5所示，绕流过滤层设置在两层多孔过滤介质层101之间，绕流过滤层采用耐油耐温材料103制成，例如采用玻璃纤维材料，可在耐油耐温材料103内成型间隔布置的多个通道103a，多个通道103a经由多孔过滤介质层101相互连通，形成类似连续z型的流道。
60.参见图6
‑
7，将上述的壁式绕流模块应用于一种油气分离器，该油气分离器包括罐体1和中心骨架2，中心骨架2安装在罐体1内，上述的壁式绕流过滤模块100卷绕在中心骨架2上。
61.具体的，中心骨架2包括上端盖2
‑
1、及设置在上端盖2
‑
1上的中心支撑管2
‑
2，壁式绕流过滤模块100卷绕在中心支撑管2
‑
2上且与上端盖2
‑
1相抵接，在上端盖2
‑
1上设有多个出气孔2
‑
1a，在本实施例中，采用轴向进气的方式，混合气体经由壁式绕流模块100轴向下
端进气，过滤后的气体经由上端盖2
‑
1上的出气孔2
‑
1a进入罐体1上端的出气管1
‑
1内排出。
62.为了方便中心骨架2的安装，在上端盖2
‑
1外周设有一圈与罐体1密封配合的卡箍4，例如，在卡箍4与罐体1上端之间设有密封圈5，上端盖2
‑
1与卡箍4卡扣连接，卡扣连接为现有技术，本发明不再赘述，在卡箍4与壁式绕流模块100外侧壁之间设有间隙，便于灌注胶水将壁式绕流模块100与卡箍4相连接以实现良好的密封。
63.为了提高油气分离器的紧凑性，中心支撑管2
‑
2下端抵接在罐体1底部，在中心支撑管2
‑
2下部侧壁设有至少一个排气口2
‑
2a，同时在中心支撑管2
‑
2上端设有安全阀3，当油气分离器内部压力过大时，混合气体经由排气口2
‑
2a进入中心支撑管2
‑
2内并将安全阀3顶起后进入出气管1
‑
1内排出。
64.其中，安全阀3包括阀盖3
‑
1、及设置在阀盖3
‑
1下端沿周向间隔布置的多个支脚3
‑
2，阀盖3
‑
1覆盖中心支撑管2
‑
2上端的管口，在管口内壁设有一圈凸台2
‑
2b，同时在支脚3
‑
2的下端设有与该凸台2
‑
2b匹配的卡脚3
‑
2a，当油气分离器内气压过大时，混合气体经由排气口2
‑
2a进入中心支撑管2
‑
2内将安全阀3顶起，卡脚3
‑
2a抵接在凸台2
‑
2b上以避免安全阀3与中心支撑管2
‑
2相分离，混合气体则经由相邻两个支脚3
‑
2之间的间隙排出，当油气分离器内气压恢复正常时，安全阀3下落复位。
65.参见图8
‑
9，为油气分离器的另一种实施例，包括罐体1和安装在罐体1内的滤芯安装件6，至少一层多孔过滤介质层101、至少一层绕流过滤层层叠布置在滤芯安装件6内。
66.具体的，滤芯安装件6包括端盖部6
‑
1、及设置在端盖部6
‑
1下端的安装部6
‑
2，安装部6
‑
2的侧壁具有供壁式绕流模块100伸入的安装口，在安装部6
‑
2的底部设有回油口6
‑
2a，在端盖部6
‑
1设有气体出口6
‑
1a，本例中，采用侧进气的方式，混合气体经由安装部6
‑
2的侧壁进入，被分离的油雾粒子滴落至安装部6
‑
2的底部经由回油口6
‑
2a排出，过滤后的气体经由气体出口6
‑
1a排出。
67.参见图10，本发明还提供一种壁式绕流过滤材料，包括多孔过滤介质层101、及布置在多孔过滤介质层101厚度方向两侧的微孔通道层102，微孔通道层102为微孔网状结构。优选的，将微孔通道层102复合在多孔过滤介质层层101的表面。将该壁式绕流过滤材料卷绕或依次堆叠，同时保证相邻的两个微孔通道层102的微孔错位布置，即可得到上述的壁式绕流过滤模块100，生产方便。
68.上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。