專利名稱:用于捕集和焚燒柴油機(jī)廢氣中顆粒物質(zhì)的方法及設(shè)備的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于減少柴油機(jī)廢氣中所排放的顆粒物質(zhì)的含量，特別是關(guān)于除去柴油機(jī)廢氣中含有的固體顆粒物質(zhì)的方法和設(shè)備。
近幾年來，由于柴油機(jī)的燃料比傳統(tǒng)的汽油機(jī)的燃料便宜，所以，越來越多的汽車采用柴油機(jī)來帶動。公路上經(jīng)常見到的大批通用的柴油機(jī)汽車按照常規(guī)分法可以分成兩類，就是說，一類是輕型汽車和卡車，另一類是重型汽車，根據(jù)環(huán)境保護(hù)部門的定義，輕型汽車和卡車為能容納12名以下乘客的客車，輕型卡車以及各種總重量在8501磅以下的車輛，這類車輛包括大部分小汽車、挖掘卡車、小型帶篷運(yùn)貨汽車及某些專用車輛。重型汽車定義為總重量超過8500磅以上的各種車輛，特別是卡車、公共汽車、運(yùn)貨汽車以及游覽車。
另外，柴油機(jī)也用于工業(yè)設(shè)備的成龍配套，例如，與貯藏設(shè)備和有許多受限制的通風(fēng)機(jī)的地下礦井設(shè)備配套使用，許多柴油機(jī)還用于牽引柴油機(jī)車，工業(yè)應(yīng)用又如叉式起重機(jī)、大型汽車、發(fā)電機(jī)上的輔助發(fā)動機(jī)以及泵的輔助設(shè)備，伐木業(yè)、采礦業(yè)、采石業(yè)、油田作業(yè)以及鉆井設(shè)備等等，建筑業(yè)應(yīng)用的例如用于推土機(jī)、電動分選機(jī)、拖拉機(jī)、刮泥機(jī)、輾壓機(jī)和裝載機(jī);農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的例如帶動農(nóng)業(yè)設(shè)備。
盡管柴油機(jī)越來越普及，尤其是用于重型汽車，柴油機(jī)廢氣(不同于汽油機(jī)廢氣)中沒有燃燒的烴類和一氧化碳成分相對少些，但是柴油機(jī)的應(yīng)用也帶來了一些較大的困難。原因就是柴油機(jī)廢氣中含有不希望有的大量的固體顆粒物質(zhì)，例如，其含量比汽油機(jī)廢氣中含有的固體顆粒物質(zhì)至少大30～50倍。
柴油機(jī)廢氣中典型的固體顆粒物質(zhì)是由小的、固體的，不規(guī)則小顆粒的結(jié)塊形狀的顆粒所組成，這些固體顆粒物質(zhì)是近似圓形，其表面常常吸附有大分子的烴類，也有流體涂蓋層;該固體顆粒物質(zhì)常常是由純碳和許多有機(jī)化合物組成的混合物。這些固體顆粒物質(zhì)常常很細(xì)並且很輕，其密度尤如面粉。其顆粒大小從約為0.01微米的非常小的單個(gè)顆粒到10～30微米的很大的球。進(jìn)一步解釋，該顆粒的堆積密度為0.075克/厘米3，表面積為100米2/克。總的來說，從透平增壓柴油機(jī)排放的固體顆粒物質(zhì)的特性與自然吸氣的柴油機(jī)的相比稍微有些不同，從透平增壓柴油機(jī)排放出來的固體顆粒稍小些，而且含有的有機(jī)化合物的量少得多。
未經(jīng)核對，本來大氣中，尤其是市區(qū)的大氣層中總的懸浮顆粒物質(zhì)的含量大已經(jīng)成為問題，由于上述的從柴油機(jī)廢氣中排放的大量固體顆粒物質(zhì)，又進(jìn)一步加大了這一問題的嚴(yán)重性。例如，由于柴油機(jī)污染問題嚴(yán)重，所以，人們希望在大城市減少柴油機(jī)污染程度。因此國家科學(xué)研究委員會預(yù)計(jì)到1990年，洛杉磯(LosAngeles)指標(biāo)應(yīng)下降20%，丹佛(Denver)指標(biāo)應(yīng)下降50%(《科學(xué)》第268頁，1982年1月)，而且，柴油機(jī)廢氣中排放的某些特殊化合物已經(jīng)被認(rèn)為是致癌物質(zhì);這些物質(zhì)存在于大氣層中，對人的身體健康有明顯的不良影響。鑒于這些情況，國家癌癥研究所公開一項(xiàng)研究，結(jié)果表明，駕駛柴油汽車的司機(jī)患膀胱癌的是正常公民的12倍(Wall Street Journal，1983.4.11)。
根據(jù)上述所說的情況，環(huán)境保護(hù)部門已經(jīng)提出一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，即從以柴油為燃料的輕型汽車排放的顆粒物質(zhì)為0.6克/英里，規(guī)定從1987標(biāo)準(zhǔn)年開始實(shí)行，還提出一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)定從1990標(biāo)準(zhǔn)年實(shí)行)，即從以柴油機(jī)為燃料的重型汽車排放的顆粒物質(zhì)為0.25克/制動馬力-小時(shí)。
為了使制造的柴油機(jī)和汽車解決上述問題，可行的方案之一是考慮在工業(yè)化生產(chǎn)柴油機(jī)時(shí)，控制其輸出功率。實(shí)際上，這種辦法，只是以往機(jī)車制造時(shí)采用的控制煙氣排放之方法的簡單擴(kuò)大，這種方法經(jīng)常采用的特例是減少①加速冒煙和②負(fù)載冒煙。
加速冒煙就是在汽車加速時(shí)產(chǎn)生的煙霧，這是由于燃料/空氣超過了所需要的比率所引起的，通常的表現(xiàn)是短時(shí)間內(nèi)冒一股黑煙。
負(fù)載冒煙是在汽車裝有重載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量煙霧，例如，在汽車爬坡時(shí)，產(chǎn)生大量煙霧。通常把這看成是滿載即穩(wěn)定狀態(tài)冒煙。為了改善這些難題，制造廠家通過機(jī)械的辦法，在排放廢氣時(shí)，限制噴入燃料的量。這樣，雖然冒煙量有所降低，但以無效操作為代價(jià)。
按照上述的方法，機(jī)車制造廠家在力圖減少機(jī)車廢氣中排放的固體顆粒物質(zhì)方面，已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，盡管這種辦法稍微產(chǎn)生了一些有益的作用，但還不是一種根本的解決辦法，就是說，上述的方法對于除去各種顆粒物質(zhì)排放，或者平均使其降低到所要求的限度以內(nèi)，是沒有效果的，除非輸出功率降低到不能允許的范圍以下。
為了減少廢氣中排放的固體顆粒物質(zhì)的含量，已經(jīng)設(shè)計(jì)出了幾種可選擇的方案，這些方案中比較好的是當(dāng)固體顆粒物質(zhì)還在廢氣流中懸浮時(shí)，使其進(jìn)行熱氧化和催化氧化，即過濾捕集的顆粒物質(zhì)的熱氧化和催化氧化。然而，這些方法，一般總伴隨著一些缺點(diǎn)，從而妨礙了具有作為可行的工業(yè)化生產(chǎn)的適用性。
例如，熱氣流氧化技術(shù)需要給廢氣流補(bǔ)充大量的熱能，而這些熱能一般不能回收。催化氣流氧化法需要設(shè)計(jì)合適的裝置，用以將催化物質(zhì)送進(jìn)廢氣流中，並且要預(yù)先計(jì)算適當(dāng)量的催化劑，至止今日，這兩個(gè)難題還在妨礙這種催化氣流氧化的可行性。
上述所說的另一種可能的解決辦法是采用過濾器從柴油機(jī)廢氣流中除去固體顆粒物質(zhì)?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用過濾器具有很大的意義?，F(xiàn)已用各種不同類型的過濾材料，特別是陶瓷材料，不銹鋼絲篩等材料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。當(dāng)然，過濾法是從廢氣流中除去顆粒排放物質(zhì)的較合理的直接方法。但是，采用過濾法之后，由于出現(xiàn)阻塞過濾器的現(xiàn)象，也出現(xiàn)了很多難題。
對于許多過濾材料來說，當(dāng)阻塞達(dá)到一定程度時(shí)，顆粒阻塞即為不可逆過程，由于不能恢復(fù)到最初時(shí)的限制作用，所以必須拆除和更換過濾元件;對于這種過濾元件來說，沖洗是無效的。即使阻塞沒有達(dá)到不可逆程度，也會導(dǎo)致阻止廢氣流通過過濾器。由于必須把過濾器放置在廢氣流中才有效，而阻塞了的過濾器，穿過其過濾元件的壓力差增大，妨礙了廢氣移動，即對柴油機(jī)的有效運(yùn)行產(chǎn)生不良影響。因此，如果實(shí)際的解決方案準(zhǔn)備采用過濾器，就必須除去阻塞廢氣流通過過濾元件的固體顆粒物質(zhì)，即再生過濾器。
然而，過濾器再生對于上述的過濾技術(shù)來說，隨之產(chǎn)生的困難就是清除掉從過濾器上捕集的固體顆粒物質(zhì)，這并不是意想不到的。而且，當(dāng)上述的過濾技術(shù)要求進(jìn)行過濾器再生和清除顆粒物質(zhì)時(shí)，就不會引起人們進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)的興趣。例如為了再生過濾器，采用熱氧化和催化氧化過濾器捕集的顆粒物質(zhì)，都有問題，這是由于伴隨而來的需要加大空間、造價(jià)及能耗上升，這些都是實(shí)質(zhì)性問題。這些過濾技術(shù)還不如不采用過濾器的直接氣流氧化技術(shù)更容易被人們所接受。
如同現(xiàn)有技術(shù)所采用的方法一樣，關(guān)于上述討論的方案，Murphy等人最近又進(jìn)行了調(diào)查和評述，在國際會議上發(fā)表了“柴油機(jī)顆粒物質(zhì)控制-直接氧化和催化的估價(jià)”(Assessment of Diesel Particulate Control-Direet ecnd Catalytie Oxidation)，并在美國密歇根州(Michigan)Detroit區(qū)的Cobo大廳展出(1981年2月23～27日)，刊登在SAE論文集上，編號810112。在文章中作者指出，近年來用于從柴油機(jī)廢氣中除去固體顆粒物質(zhì)最有發(fā)展前途的是催化氧化過濾器捕集的顆粒物質(zhì)。
u.k專利申請2097283介紹了另一種從柴油機(jī)廢氣中除去固體顆粒物質(zhì)的方法。該申請公開了一種廢氣流的過濾方法及其設(shè)備，其中包括采用陶瓷過濾材料、并有兩個(gè)以上過濾區(qū)交替地用來過濾內(nèi)燃機(jī)的廢氣流。該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)質(zhì)是用一個(gè)過濾區(qū)過濾廢氣流，同時(shí)使適量流體(例如空氣)沿著與廢氣流流向相反的方向通過另一個(gè)過濾區(qū)進(jìn)行再生，以便除去捕集的固體顆粒物質(zhì)。眾所周知，這種再生技術(shù)就是逆流洗滌，這里，回洗時(shí)間沒有作定量的規(guī)定，說明回洗流體通過被再生的過濾區(qū)是連續(xù)的、長時(shí)間的過程。
當(dāng)需要的時(shí)候，將再生過的過濾區(qū)插到廢氣流中，將另一個(gè)過濾區(qū)進(jìn)行回洗，用這種方法，使過濾區(qū)周期地輪換，試圖保持內(nèi)燃機(jī)在過濾時(shí)繼續(xù)有效地運(yùn)行。
為了清除掉從廢氣中過濾出來的固體顆粒物質(zhì)，將其循環(huán)到內(nèi)燃機(jī)中進(jìn)行焚燒，但是，上述的u.k專利申請中不夠明確，對于防止固體顆粒物質(zhì)生成的專業(yè)人員來說，無法知道什么方式對于顆粒物質(zhì)在內(nèi)燃機(jī)中進(jìn)行充分焚燒是合適的。例如，沒有明確指出，在廢氣流過期間，過濾器中顆粒物質(zhì)最大的停留時(shí)間或者在停留期間，顆粒物質(zhì)所要控制的條件。
本發(fā)明的目的在于提供一種從柴油機(jī)廢氣中除去固體顆粒物質(zhì)并且清除掉這種固體顆粒物質(zhì)的方法以及所屬的設(shè)備，這種方法能夠大大地、不斷地減少固體顆粒物質(zhì)的排放。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種從柴油機(jī)廢氣中除去固體顆粒物質(zhì)并使其清除掉的方法以及所屬的設(shè)備，該方法簡單明了，造價(jià)低廉并且效率高。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種用于過濾除去柴油機(jī)中固體顆粒物質(zhì)的方法，該方法可有效地提高循環(huán)的固體顆粒物質(zhì)的燃燒效率并與廢氣流的過濾相結(jié)合，降低柴油機(jī)廢氣中固體顆粒物質(zhì)的含量。
本發(fā)明的幾個(gè)目的可以通過下述方案實(shí)現(xiàn)。
一方面，本發(fā)明是提供從柴油機(jī)廢氣中除去固體顆粒物質(zhì)的方法。按照該方法，使柴油機(jī)廢氣流通過至少部分過濾元件，以捕集原來含在廢氣中的固體顆粒物質(zhì)，從而從所說的廢氣流中除去所說的固體顆粒物質(zhì)。當(dāng)廢氣流通過過濾元件前面的周期極其短暫使得所捕集的顆粒物質(zhì)還沒有變得有礙在柴油機(jī)中下步燃燒時(shí)，中斷廢氣流通過至少所說的部分過濾裝置。在所說的中斷期間，將至少所說部分過濾裝置進(jìn)行回洗，由此使所捕集的固體顆粒物質(zhì)從過濾裝置上脫落并帶走，從而實(shí)現(xiàn)從過濾裝置上除去該固體顆粒物質(zhì)的目的。將除去的固體顆粒物質(zhì)輸送到所說的柴油機(jī)入口處，這樣，所說的固體顆粒物質(zhì)就可以在柴油機(jī)中燃燒。
另一方面，本發(fā)明在于柴油機(jī)中的設(shè)備，可用于降低廢氣排放。該設(shè)備包括過濾裝置，該過濾裝置一方面可以攔截柴油機(jī)的廢氣流，另一方面，當(dāng)廢氣流通過至少部分所說的過濾裝置時(shí)，可以捕集原來含在廢氣中的固體顆粒物質(zhì)。由此從所說的廢氣流中除去所說的固體顆粒物質(zhì)。該設(shè)備還包括一裝置，用于在廢氣流通過過濾裝置的前述周期極其短暫，使得所捕集的顆粒物質(zhì)還沒有變得會妨礙柴油機(jī)下一步燃燒時(shí)中斷廢氣流通過至少所說部分過濾裝置。該設(shè)備還包括一裝置，用于所說的中斷期間使回洗流體通過至少所說部分過濾裝置，由此使所說的固體顆粒物質(zhì)從過濾裝置上脫落，從而實(shí)現(xiàn)從過濾裝置中除去該固體顆粒物質(zhì)的目的。該設(shè)備還包括一裝置用于將所說的除去了的固體顆粒物質(zhì)輸送到所說的柴油機(jī)入口處，從而使所說的物質(zhì)能夠在柴油機(jī)中燃燒。
對于本發(fā)明領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，可以發(fā)現(xiàn)本發(fā)明具有許多優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的方法和設(shè)備的具體實(shí)施辦法是通過把廢氣中的固體顆粒物質(zhì)捕集在過濾材料中，當(dāng)捕集的固體顆粒物質(zhì)自身燃燒時(shí)，便使其從過濾材料中除去，從而將柴油機(jī)廢氣中固體顆粒物質(zhì)的排放量減少到微量程度。這樣就避免了為了減少固體顆粒物質(zhì)的排放而必須用來控制柴油機(jī)的輸出功率，從而能夠大大提高柴油機(jī)輸出功率的利用率。而且，本發(fā)明所涉及的用于控制固體顆粒物質(zhì)的排放的方法和設(shè)備簡單明了，造價(jià)低而且效率高，因?yàn)榭蛇x用的過濾材料范圍廣，而且不需要向過濾系統(tǒng)中輸送大量的熱能和催化劑等等。另外，由于本發(fā)明及時(shí)采用了逆流沖洗，對過濾材料進(jìn)行再生，因此，本發(fā)明的方法和設(shè)備有許多技術(shù)上的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益。
以下便是本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)先選擇的實(shí)施例，用來詳細(xì)說明本發(fā)明。
圖1是用于本發(fā)明的陶瓷蜂窩過濾元件的視圖。
圖2是在圖1所示的過濾元件內(nèi)數(shù)個(gè)獨(dú)立通道的示意圖。
圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的示意圖，即使用連續(xù)逆流洗滌的柴油機(jī)廢氣過濾器布置圖，使之適合于再循環(huán)到柴油機(jī)內(nèi)用于從排出氣體中除去新的固體顆粒的焚燒。
圖4是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)連續(xù)逆流洗滌實(shí)施例示意圖。
圖5也是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例示意圖，這一種使用產(chǎn)生脈動的逆向洗滌的柴油機(jī)廢氣過濾器布置適用于再循環(huán)到柴油機(jī)內(nèi)以用于從排出氣體中除去的“新”的固體顆粒的焚燒。
圖6是本發(fā)明一個(gè)可供選擇的實(shí)施例的示意圖，在這個(gè)實(shí)施例中采用壓縮空氣實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生脈動的逆流洗滌。
圖7是本發(fā)明另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例，其中使用產(chǎn)生脈動的逆流洗滌再生兩個(gè)過濾區(qū)。
本發(fā)明適用于自然吸氣和透平進(jìn)氣兩種所有型號的柴油機(jī)，特別是適用于在重負(fù)荷的車輛上，例如載重汽車、公共汽車等所采用的比較大的透平進(jìn)氣的柴油機(jī)，或者在重工業(yè)中被采用，即在由于通風(fēng)不良或類似的原因使得固體顆粒排出物特別高而環(huán)境又特別不允許這種污染的情況下適用本發(fā)明。
本發(fā)明成功的主要標(biāo)準(zhǔn)(如所有用于焚燒發(fā)動機(jī)的排出物的過濾系統(tǒng)一樣)是在穩(wěn)定的操作條件下獲得的固體顆粒排出物的程度達(dá)到所希望的最小值，以便有助于在商業(yè)上、汽車行業(yè)及其它工業(yè)的應(yīng)用。換句話說，某些過濾方法和設(shè)備包括一個(gè)過濾元件，這種過濾元件不可逆地(即逐步地)堵塞達(dá)到某一種程度，使得過濾和柴油機(jī)的有效操作不相吻合，或者其應(yīng)用會導(dǎo)致在系統(tǒng)中另外一處的固體顆粒排出物聚集直至阻止柴油機(jī)的有效操作。那么，這些方法和設(shè)備是不能夠?qū)崿F(xiàn)長期操作的，也不能解決在上文所討論的污染問題。例如，熟悉現(xiàn)有技術(shù)的普通專業(yè)人員很容易了解阻塞過濾元件或捕集器的顆粒排放物將致使穿過捕集器的壓差有一個(gè)較大升高而變得難以操作，從而使系統(tǒng)中出現(xiàn)不允許的較高的反向壓力以致阻礙柴油機(jī)自身的運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，迫切需要解決的任務(wù)是達(dá)到某種平衡，即獲得這樣的條件，使柴油機(jī)中的顆粒排放量等于最大可能地減少大氣污染程度所達(dá)到的量。按照本發(fā)明的污染最小值是通過將固體顆粒物質(zhì)(除了在系統(tǒng)自身內(nèi)累積量)返回到柴油機(jī)中燃燒(焚燒)來實(shí)現(xiàn)的。因此，在實(shí)現(xiàn)利用本發(fā)明的精選設(shè)計(jì)中將有助于系統(tǒng)中保持顆粒排放物的總量盡可能低并且將顆粒排放的最大量返回到柴油機(jī)中燒掉。
本發(fā)明的主要方面是認(rèn)識到，由柴油機(jī)廢氣通過的過濾材料捕集的固體顆粒物質(zhì)，在柴油機(jī)中再循環(huán)的顆粒焚燒效率沒有嚴(yán)重?fù)p失的整個(gè)廢氣流動期間不允許無限期地停留在過濾材料上。也就是說，如果允許捕集的顆粒在過濾材料上聚集過長的時(shí)間，在這種顆粒從過濾材料除去并被輸送返回到柴油機(jī)燃燒室后，它們在柴油機(jī)中就會變成耐燒物。這種耐燒性很可能出現(xiàn)，它是由于從過濾材料中除去捕集顆粒之前所提供的條件所造成的。這種條件之一是由于通過過濾材料的廢氣溫度比較高而升高溫度，這種升高的溫度條件很可能在捕集顆粒表面引起化學(xué)反應(yīng)(即氧化)，從而在顆粒表面形成一層“外殼”或覆蓋層，這種覆蓋層在柴油機(jī)內(nèi)是抗燒的，并降低了再循環(huán)捕集顆粒的焚燒效率。另外一種條件是同氣體和廢氣流中固體成份經(jīng)常的接觸。這種經(jīng)常地接觸很可能在顆粒表面有附加的材料沉積和/或顆粒熔聚而導(dǎo)致單個(gè)顆粒逐漸增大。增大了的顆粒將會使燃燒更加困難，從而降低了焚燒效率。至少在這一點(diǎn)是重要的，即顆粒石墨化將會使焚燒減弱，這是明顯不利的，這里顆粒石墨化指的是從一種非晶形的碳形態(tài)向可燃性極差的結(jié)晶形的石墨形態(tài)的轉(zhuǎn)變。當(dāng)然，不難理解，捕集顆粒燃燒阻力提高的一種或多種原因與在過濾材料上停留時(shí)間的函數(shù)關(guān)系還未被確切知道，上述的敘述是為使整個(gè)發(fā)明說明書的技術(shù)思想盡可能完整而主動進(jìn)行的。
無論如何，在柴油機(jī)中焚燒重新循環(huán)的捕集的固體顆粒的效率和完整性是重新循環(huán)到柴油機(jī)時(shí)固體顆粒物質(zhì)新鮮程度的函數(shù)。因此關(guān)于這一點(diǎn)的主要考慮是，在所考慮的顆粒物質(zhì)在廢氣流條件下停留的時(shí)間是以使其循環(huán)時(shí)的抗燒性高至影響柴油機(jī)正常運(yùn)行之前，中斷通過所述過濾材料的廢氣流。專業(yè)人員知道，在捕集的顆粒允許停留在過濾材料中而不會使顆粒承受某種變化使其焚燒阻力增加，不會使顆粒的過濾和處理設(shè)備的工業(yè)可行性減弱或受到損失的廢氣流動周期從系統(tǒng)到系統(tǒng)是不同的-這將取決于系統(tǒng)的配置、速度和廢氣流量、排氣壓力和溫度等等。然而專業(yè)人員將能夠利用在這當(dāng)中所講授的知識對任何一個(gè)具體的系統(tǒng)確定廢氣通過捕集器流動的優(yōu)選周期及最大值，而不用進(jìn)一步做實(shí)驗(yàn)。通常說，以“新鮮度”觀點(diǎn)來看較好的實(shí)際作法就是在盡可能短的時(shí)間之后迅速中斷廢氣流動，也即“越快越好”。當(dāng)然，容易了解，特別是在工業(yè)應(yīng)用上，這必須同其它操作上的約束和考慮相均衡，但上述作法，在可能的范圍是有利的。因此，在圖示的實(shí)施例中，捕集的固體顆粒在廢氣流中通過上述過濾材料時(shí)的停留時(shí)間超過1小時(shí)是不允許的，最好排出氣流通過過濾材料的停留時(shí)間不超過大約0.5小時(shí)，如果停留時(shí)間不超過10分鐘，將是特別有利的。同樣可以看到，為了能使捕集的固體顆粒保持令人滿意的可燃性，習(xí)慣作法是要求頻繁置換更新過濾材料以用于捕集固體顆粒物質(zhì)。因此，在實(shí)踐本發(fā)明時(shí)至關(guān)重要的是本發(fā)明采用的方法和設(shè)備實(shí)施例要滿足頻繁置換的要求。
要考慮的重要一點(diǎn)是過濾元件或捕集器用來除去柴油機(jī)中廢氣流的固體顆粒物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明用于廢氣流過濾的適宜材料是陶瓷蜂窩，熔結(jié)金屬顆粒，涂覆或未涂覆的金屬絲網(wǎng)，陶瓷纖維，陶瓷泡沫和填充床。其中，陶瓷蜂窩和熔結(jié)金屬顆粒作用如同表面過濾器那樣，因?yàn)楣腆w顆粒尺寸大于蜂窩的有效細(xì)孔尺寸，所以被捕集在蜂窩的上游表面上。上述兩種材料同其它四種過濾介質(zhì)相比較，后者具有深度過濾功能，因?yàn)楣腆w顆粒的去除不僅僅限于表面，而是連續(xù)地貫穿于過濾材料厚度和深度的部分或全部部分。
在陶瓷蜂窩過濾器中，大于材料近似平均細(xì)孔尺寸的固體顆粒，在材料表面被截留住并防止從材料中通過。因?yàn)樵诒砻娌都w粒，將依次降低細(xì)孔尺寸，從而提高了捕集較小尺寸顆粒的(過濾)效率。通常陶瓷蜂窩捕集器有三個(gè)階段，第一階段，反向壓力快速提高，這主要是由于細(xì)孔最初開始堵塞和在過濾材料表面上開始形成濾餅;第二階段是以相對穩(wěn)定負(fù)荷下降為特點(diǎn)的延長的周期;最后是一個(gè)較短的階段，在這個(gè)階段反向壓力再一次迅速提高，大概是由于絕大部分蜂窩被完全堵住了。當(dāng)使用典型的過濾組件時(shí)(見圖1或2，以后詳述)，過濾材料前部大約1吋的負(fù)荷通常要比僅有一層輕而較勻的固體顆粒濾出薄層的過濾器的剩余部分大許多。
當(dāng)使用陶瓷蜂窩過濾材料時(shí)，必須考慮大部分顆粒物質(zhì)在過濾材料上游側(cè)導(dǎo)致結(jié)塊的趨向，除了針對顆粒材料而給出嚴(yán)密的排氣條件外，應(yīng)按照本發(fā)明來確定通過過濾材料的廢氣流動時(shí)間多長。
燒結(jié)多孔金屬過濾材料是有利的，在發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中，他們顯示了結(jié)構(gòu)的牢靠性以及所需要的抗腐蝕和耐高溫性能。這些材料是預(yù)壓，然后燒結(jié)不銹鋼、鎳基合金和其它類型的合金粉末而制成的。它們能從市場上購買到，例如從莫特(Mott)冶金公司，并適于根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行再生(即清洗)。它們的“重新捕集”特性，因?yàn)槟軌虮容^容易地除去捕集顆粒而使它們獲得較多利用。由于這些燒結(jié)金屬材料同樣是表面過濾器，使用它們時(shí)(和陶瓷蜂窩材料一樣)要求予防顆粒燒結(jié)和高溫的綜合影響，以免增加其在柴油機(jī)中的抗燒阻力。
當(dāng)然(正如將要了解的那樣)，雖然其它有用的過濾材料沒有如表面過濾那樣明顯的功能(與陶瓷蜂窩及熔結(jié)細(xì)孔金屬材料相比較)，本發(fā)明同樣可以使用這種材料，因?yàn)樵谝粋€(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間周期內(nèi)若不從廢氣流中除去這些捕集的顆粒，那么它們同樣會變成對焚燒不太有利的阻力。在本發(fā)明中利用其它各種過濾材料的各種各種討論將在下面依次敘述。
在金屬絲網(wǎng)和陶瓷纖維兩種過濾材料中，主要的捕集機(jī)理是壓緊和擴(kuò)散，也就是在處理較大顆粒中，較大顆粒同絲網(wǎng)或者纖維材料細(xì)絲相碰撞并且粘附在細(xì)絲表面上，或是附在已經(jīng)捕集于這些表面的顆粒上。另外一些較小顆粒擴(kuò)散移動到絲網(wǎng)或纖維材料表面，或者到較早捕集的顆粒上，同樣能在過濾器中停留住。這種絲網(wǎng)和纖維捕集器因它們被使用而伴隨的反向壓力是那樣低，因而非常有利。當(dāng)它們趨向于表現(xiàn)出一種“排出現(xiàn)象”-也即上述捕集的顆粒由廢氣流重新帶走時(shí)有些不利，這種“排出現(xiàn)象”將被控制以便使在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中出現(xiàn)有利的操作，因?yàn)榭刂浦匦聨ё呤瞧惹幸鉀Q的。在另一個(gè)可供選擇的實(shí)施例中，金屬絲網(wǎng)過濾材料是用活性氧化鋁涂覆過的，活性氧化鋁提供了一種加大表面面積的高度多孔的表面結(jié)構(gòu)。另外，這種多孔表面有助于破壞邊層流動從而促進(jìn)了對網(wǎng)絲的擴(kuò)散。上述措施的結(jié)果是提高了捕集效率和貯存能力。
陶瓷泡沫過濾材料，例如硅石泡沫材料是同樣可用的。這些材料提供了三維的貫通的細(xì)孔網(wǎng)絡(luò)。這種三維的貫通的細(xì)孔網(wǎng)絡(luò)能夠有效地捕集固體顆粒物質(zhì)。主要的捕集機(jī)理是截?cái)嗪蛿U(kuò)散。通常捕集效率的提高取決于每個(gè)單位長度網(wǎng)眼數(shù)量及深度的增加。穿過陶瓷泡沫過濾器的壓力降，隨網(wǎng)眼數(shù)目和深度增大而升高，對于給定的體積流量，穿過泡沫過濾器的壓力降，則隨斷面面積增大而大大地降低。按照本發(fā)明，當(dāng)采用陶瓷泡沫材料時(shí)，捕集顆粒的除去在許多情況下將更加困難。然而在一些實(shí)施例中，使用陶瓷泡沫材料同陶瓷蜂窩材料相比較，這種困難由于降低了反向壓力而更易被抵消，原因是在陶瓷泡沫材料中網(wǎng)眼尺寸常常大于陶瓷蜂窩結(jié)構(gòu)的細(xì)孔尺寸。
本發(fā)明具體的實(shí)施例使用了顆粒床過濾器。它們在靜態(tài)下和流化狀態(tài)均能運(yùn)行是特別重要的。由此得出結(jié)論，顆粒床可在負(fù)載或者捕集期間靜態(tài)操作以提高捕集效率，也能在清洗期間流態(tài)操作以提高置換和重新帶走能力。其優(yōu)點(diǎn)是移動床通常比另一種相當(dāng)?shù)墓潭ù仓写┩感Ч茫@種提高使得在流化狀態(tài)中通過機(jī)械攪動能將須分離物質(zhì)更好地重新帶走。在一種有利的實(shí)施例中，顆粒床的捕集效率是通過在床中顆粒間的堆積得到的，也就是在過濾中固體顆粒沉淀下來;操作按照分級床的方式進(jìn)行，在床的表面處顆粒捕集典型的比較大的顆粒，而在提高了密度的堆積物的床的細(xì)孔內(nèi)捕集較小顆粒。因?yàn)樘峁┫鄬Φ偷姆聪驂毫Σ⑶液苋菀壮潞椭匦聨ё叨岣吡瞬都?，從而使得這種薄床得到優(yōu)先應(yīng)用。
一種特別優(yōu)選的過濾材料，正如前述出現(xiàn)的那樣，本發(fā)明采用這種過濾材料是完全有利的，這種過濾材料是由多孔堇青石(2Mgo-2Al2o3-5Sio2)制造的典型的陶瓷蜂窩元件，任何其它陶瓷材料制成的也是令人滿意的，例如莫來石，氧化鋁、鎂橄欖石、鋁鈦酸鹽、莫來石和鋁鈦酸鹽、尖晶石、氧化鋯和尖晶石、局部為鈣的穩(wěn)定的氧化鋯以及鋁和硅石。適用于本發(fā)明的上述材料制造的元件具有典型的物理特性，例如，晶格密度、多孔性、平均孔徑、熱膨脹系數(shù)和壓縮強(qiáng)度，與工業(yè)上采用的從柴油機(jī)廢氣中過濾顆粒這些材料的現(xiàn)有元件的性質(zhì)相符。主要要求是材料必須具有必要的機(jī)械強(qiáng)度，防腐性、抗熱裂能力和耐熔化性能，以便能在柴油機(jī)廢氣這樣的惡劣環(huán)境中完好無損。
圖1描繪了一種在本發(fā)明中實(shí)際應(yīng)用的陶瓷蜂窩型過濾元件。元件10有一個(gè)整體表面12，在表面上通孔14交替的采用固體陶瓷芯16以形成一種方格盤結(jié)構(gòu)。通孔可從進(jìn)口到出口由在元件整個(gè)長度方向上延伸并相互平行的通道構(gòu)成。這些通道的形狀典型的為方形，而其它適宜的形狀為園形、橢園形等。通道終結(jié)在元件相對的端部((沒有表示)，并有一個(gè)陶瓷塞堵住以形成盲路。過濾元件相對的端部同樣由交替的細(xì)孔和瓷塞構(gòu)成。細(xì)孔從相對的端部進(jìn)入并沿相互平行的流動通道穿過元件整個(gè)長度到達(dá)出口且在表面12上的瓷堵16處終止。因而，在過濾元件中相對端部開口的陶瓷通道提供了另一套平行盲路，其位于過濾元件中以便和在表面12上的敞開的盲路交替使用。
圖2示意地描繪了圖1所示類型的通道排列20。載有顆粒的廢氣22直接到達(dá)元件的上游表面24處，然后在元件的上游表面通過通孔28進(jìn)入一端盲死的通道26。通道26在下游面30處由瓷塞32堵住。在下游表面32處，進(jìn)入通道36的氣體可從通孔34排出。這些通道在上游表面24處由瓷塞38堵住。通道26和36由共用壁40分開。該共用壁開有許多小孔使氣體穿過，而壁孔非常小，以防止廢氣中大部分較大的固體顆粒通過。因而，如圖2箭頭所示，載有固體顆粒物質(zhì)的廢氣進(jìn)入開孔28并沿著通道26通過，固體顆粒捕集在輸送通道26的壁上，同時(shí)氣體通過細(xì)孔壁并沿著通道36前進(jìn)到過濾元件下游經(jīng)開孔34排出。過濾元件上游面24處的瓷塞防止?jié)M載顆粒的廢氣通過而直接進(jìn)入輸送通道36。瓷塞32是為了防止?jié)M載顆粒的廢氣在元件下游面30處泄漏。
為了清洗如圖1和圖2所示的過濾元件，在與上述廢氣流動相反的方向通過逆流洗滌流體。因此逆流洗滌流體首先同元件下游端部30相迂，通過開孔34進(jìn)入通道36，擴(kuò)散并通過共用壁40，在通道26中從共用壁上除去顆粒42，夾帶這些顆粒并載運(yùn)它們沿著通道26通過開孔排出捕集器。用這種方式清洗捕集器并使其再生。
在本發(fā)明的某些實(shí)施例中，特別當(dāng)它被用在汽車行業(yè)中，捕集器的捕集效率必須對照難以承擔(dān)的費(fèi)用和額外引入廢氣系統(tǒng)的反向壓力相平衡。在這種情況下，使捕集器和排氣系統(tǒng)相結(jié)合并在盡可能低的水平保持反向壓力是有利的。普通技術(shù)人員很容易理解，提高在排氣系統(tǒng)中反向壓力會同時(shí)增加穿過過濾元件的壓力降。反向壓力對本發(fā)明的操作有直接的不利影響。它的存在無論何時(shí)都應(yīng)盡可能小。通過選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)備特征可使壓力降保持在較低水平。例如，這與網(wǎng)眼的幾何形狀、壁的特性和陶瓷過濾元件的容重均有關(guān)。這些特征對在最小壓力降和保持要求的過濾效率兩者之間建立平衡關(guān)系是有利的。
重要的是在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，由于采用了常用的再生技術(shù)，使得專業(yè)人員不必再受采用其它方式時(shí)可能出現(xiàn)的過濾器設(shè)計(jì)方面的限制。例如考慮再生工藝包括燃燒煙灰和在過濾元件中捕集的其它固體顆粒物質(zhì)。在這種工藝中為了獲得柴油機(jī)和/或周圍環(huán)境要求所希望的合適范圍的再生時(shí)間和峰值壓力必須使用具有一定外形的過濾器。通常較困難的另一項(xiàng)要求是在汽車應(yīng)用中設(shè)計(jì)的過濾器應(yīng)在車輛的整個(gè)使用壽命保持過濾材料結(jié)構(gòu)的完整性。
包括燒掉過濾器多處捕集的煙灰這種煙灰處理的常規(guī)方法對過濾器的物理要求比過濾廢氣的普通條件更加苛刻。也就是說在再生期間，燃燒積聚的灰塵和其它的固體顆粒物質(zhì)將釋放出大量能量和產(chǎn)生很快的溫升。此外，溫升并不是必然平均地分布在整個(gè)過濾元件上，因此在徑向和軸向兩個(gè)方向上都產(chǎn)生了溫度梯度。另外固體顆粒物質(zhì)過度的堵塞引起大量過剩能量的釋放而用于燃燒，由此使得過濾元件所用材料(即陶瓷材料)溫度超過其熔點(diǎn)。
因?yàn)闆]有在過濾元件中使用捕集的固體顆粒物質(zhì)點(diǎn)火燃燒而完成了本發(fā)明的再生，上述的問題就不存在了?，F(xiàn)已表明，開發(fā)直接、簡便、成本低、效率高的從柴油機(jī)廢氣中分離物的方法及設(shè)備這一目的已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
在廢氣通過過濾元件時(shí)固體顆粒被捕集之后，就馬上使逆洗流體以與廢氣流動相反的方向流過過濾元件而從過濾器中除去固體顆粒物質(zhì)是有利的。逆流沖洗的突出優(yōu)點(diǎn)是，這種流體也作為一種介質(zhì)，由它除去并載運(yùn)顆粒返回到柴油機(jī)中焚燒。因此為了成功地除去顆粒以便降低系統(tǒng)的反向壓力和更新過濾效率，逆洗流體的分離力必須大于固體顆粒粘附在過濾材料上的力。除了由流體調(diào)向而產(chǎn)生的機(jī)械力之外(取決于過濾材料)，直接的在固體顆粒物質(zhì)附近的逆流洗滌流體的流動也是很重要的。通常，為了使顆粒開始運(yùn)動，顆粒必須從外加的力中吸收能量，例如從其它顆?；蛭矬w的碰撞，或者從穿過顆粒表面運(yùn)動著的逆流洗滌流體的牽引力。考察這種現(xiàn)象的一種便利方法是要有足夠量的碰撞流體組成逆流洗滌流體并且要以足夠的速度通過過濾元件以除去捕集的顆粒。當(dāng)然，技術(shù)人員是容易了解反向清洗的要求，從系統(tǒng)到系統(tǒng)、從過濾元件到過濾元件是不同的，它取決于尺寸、外形等。然而如果應(yīng)用本申請的技術(shù)和已知參數(shù)以及它的特定尺寸的系統(tǒng)，技術(shù)人員將能夠確定實(shí)施本發(fā)明必需的逆流洗滌的范圍而不需要進(jìn)行試驗(yàn)。
正如估計(jì)的那樣，逆流洗滌是以一種以上不同的方式適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)。通常，在逆流洗滌或再生期間，逆流洗滌是在與排出氣流相反的方向使流體連續(xù)通過過濾材料來實(shí)現(xiàn)的。因此把這種逆流洗滌稱為連續(xù)逆流洗滌。然而，本發(fā)明同樣適用于脈沖逆流洗滌系統(tǒng)。在現(xiàn)有技術(shù)中，脈沖這個(gè)概念通常指的是具有足夠大能量的流體產(chǎn)生一個(gè)或一個(gè)以上的脈沖或波動，其結(jié)果是當(dāng)這種脈沖或波動沖擊和通過過濾裝置時(shí)，存留在捕集器的顆粒被除掉。在這樣的一個(gè)實(shí)施例中，逆流洗滌氣流的脈沖通常認(rèn)為是形成了足夠量氣流的碰撞并以足夠大的速度通過過濾材料，以排出捕集器的顆粒。另外，脈沖也可視為一種波，這種脈沖逆流洗滌必須具有足夠大的能量(即每單位時(shí)間足夠大的能量必須通過過濾元件的任何一點(diǎn))，以去除捕集器的顆粒。使這種現(xiàn)象概念化的另一種方法是改變過濾元件任何一點(diǎn)的壓力。由于波動氣流通過的時(shí)間相當(dāng)短，因此，逆流洗滌氣流脈沖能夠去除捕集器的顆粒。一些脈沖逆流洗滌實(shí)施例的詳細(xì)描述在Charles D.Wood等發(fā)明人于1985年3月5日申請的申請?zhí)枮?080260的說明書中。無論如何，容易估計(jì)到，本發(fā)明應(yīng)用范圍很寬，包括過濾元件逆流洗滌和隨后再循環(huán)除下的已捕集顆粒多種實(shí)施方式。同樣也容易理解，逆流洗滌的方式對本發(fā)明的實(shí)例并不是最重要的。
逆流洗滌氣流適合于以任何一種方便的方式流動，使用于實(shí)施本發(fā)明的特殊環(huán)境。要著重指出的是，雖然大氣作為一種便利的逆流洗滌氣流而大量使用，但是逆流洗滌氣流并不局限于它。此外，逆流洗滌氣流還可用于任何能通過過濾材料以便除去捕集器的顆粒的流體，但該流體對柴油機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行不能有其它方式的干擾或不利的影響。氧氣或氮?dú)庵惖亩栊詺怏w是適合于選作逆流洗滌氣流的一個(gè)例子。(當(dāng)然，如同下面將描述的那樣，如果采用不含氧的逆流洗滌氣流用于去除顆粒并輸送(通過夾帶方式)顆粒返回柴油機(jī)，該柴油機(jī)就必須從另一個(gè)氣源較好地供給氧氣，以便獲得最佳的燃燒狀態(tài))。
在本發(fā)明的一個(gè)有特殊優(yōu)點(diǎn)的實(shí)施例中，逆流洗滌是在真空或至少低壓下進(jìn)行的，在載粒的捕集器上游端的排氣系統(tǒng)中，把逆流洗滌氣流吸入真空或低壓空間，這樣就有足夠量的逆流洗滌氣流以足夠大的速度通過捕集器，以去除捕集的顆粒。實(shí)現(xiàn)真空或低壓的特別有利的方式是采用柴油機(jī)進(jìn)氣口的吸力降低捕集器或前述的過濾元件上游端的壓力。
另外，逆流洗滌也可以通過直接壓縮氣流來實(shí)現(xiàn)。例如，壓縮氣(如壓縮空氣)通過捕集器，使捕集器得到清洗。該壓縮氣可以取自壓縮容器或其它適合的氣源。通常，壓縮空氣來自柴油機(jī)車輛的水壓系統(tǒng)或透平增壓系統(tǒng)。壓縮氣是在過濾元件或捕集器下游端噴入排氣系統(tǒng)，以使得逆流洗滌氣流通過捕集器時(shí)與在正常的過濾操作期間廢氣流動的方向相反。再者，壓縮氣噴入系統(tǒng)是在正常的排出氣流切斷期間。壓縮氣必須以足夠的量和足夠大的速度送入，才能除掉捕集在過濾元件中的顆粒。
記住前述的一些例子，本專業(yè)的技術(shù)人員就就容易地估計(jì)到，可以采用任何別的合適的使洗滌氣流通過捕集器的方向與廢氣流的方向相反的吸入式逆流洗滌或強(qiáng)制式逆流洗滌、選擇采用任何逆流洗滌方式的主要標(biāo)準(zhǔn)是足以除掉捕集器的顆粒，而且確實(shí)不嚴(yán)重干擾柴油機(jī)的運(yùn)行。
除了提供從過濾元件除去捕集的顆粒的手段以清洗過濾元件外，還需要根據(jù)本發(fā)明輸送這些顆粒返回到柴油機(jī)中焚燒。上述操作通常通過在廢氣系統(tǒng)使氣流夾帶顆粒經(jīng)一管道進(jìn)入柴油機(jī)的空氣進(jìn)氣裝置來實(shí)現(xiàn)。在開始除掉被捕集的顆粒之后，這些顆粒在上述的氣流擾動下，以紊亂的形式被帶走。這種氣流必須足以維持“漂浮”即在這些顆粒離開捕集器或過濾元件之前維持它們不被捕集器或過濾元件重新捕集。在清洗循環(huán)期間，把這些顆粒重新捕集在捕集器或過濾元件中是不利的，它降低了再生操作的效率。
在本發(fā)明的一個(gè)較好的改進(jìn)裝置中，用來去除捕集的固體顆粒的逆流洗滌氣流，也被用作輸送工具，即載氣，用于去除固體顆粒，以便把它送回到柴油機(jī)中。通常，逆流洗滌氣流是空氣，當(dāng)和空氣中夾帶的顆粒一起到達(dá)柴油機(jī)后，其氧含量是足以焚燒(氧化)這些顆粒。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，本發(fā)明可滿意地使用一個(gè)過濾區(qū)或幾個(gè)過濾區(qū)，其中每個(gè)過濾區(qū)包括一種適用的過濾材料。一般情況下，當(dāng)使用者確定廢氣過濾和過濾元件的再生分開操作是有利或者需要的，而且它們的運(yùn)行并不互相排斥，可以采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的過濾區(qū)。適合的過濾區(qū)是一個(gè)過濾部件的不同部分，可以選用兩個(gè)或更多的不同的過濾部件(每個(gè)過濾部件有一個(gè)或幾個(gè)不同的過濾區(qū))。由于多級過濾區(qū)排列，廢氣流至少通過一個(gè)過濾區(qū)，而在同時(shí)，至少另一個(gè)過濾區(qū)正在進(jìn)行逆流洗滌(例如使柴油機(jī)的進(jìn)氣氣流通過過濾區(qū))。在廢氣通過過濾區(qū)時(shí)，捕集的顆粒還沒有變成不希望的耐焚燒的(如上面討論的那樣)顆粒的過濾周期結(jié)束后，廢氣流被停止通過那個(gè)區(qū)，隨后該區(qū)進(jìn)行逆流洗滌再生。而在廢氣流中插入所希望的一個(gè)或幾個(gè)已經(jīng)再生的過濾區(qū)，以代替(部分或全部)為再生而移出的過濾區(qū)。在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)明用于僅采用一個(gè)過濾區(qū)的系統(tǒng)。這樣的排列，通過用最少的過濾材料、閥門、管道和費(fèi)用，而具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。在這樣的一種排列中，中斷通過過濾材料的廢氣流一段時(shí)間，以便在此期間，把合適的逆流洗滌氣流通過過濾元件(逆流洗滌氣流通過過濾元件的方向與廢氣流通過過濾元件的方向相反);過濾元件任何時(shí)間都留在排氣管線中，這使系統(tǒng)大大簡化了。
本發(fā)明的上述的一個(gè)較特有的實(shí)施例包括幾個(gè)步驟，使柴油機(jī)廢氣通過過濾元件幾個(gè)過濾區(qū)中的至少一個(gè)區(qū)，以捕集起初包含在廢氣中的固體顆粒，并由此將其從廢氣中除去，而至少保留上述幾個(gè)過濾區(qū)中的另一個(gè)不讓廢氣通過，中斷廢氣正在通過的至少一個(gè)過濾區(qū)，同時(shí)，由于排出氣流通過的上述周期的持續(xù)時(shí)間很短，在被捕集的顆粒變成耐焚燒的顆粒之前，就隨后在柴油機(jī)里燃燒;使廢氣流改道通過上述的至少一個(gè)保留的過濾區(qū);逆流洗滌上述的至少一個(gè)已經(jīng)切斷廢氣流的過濾區(qū)達(dá)一定的時(shí)間，以便有效地除去被捕集的顆粒，并從上述過濾區(qū)把它們夾帶走。由此再生該過濾區(qū)，把上述除掉的固體顆粒輸送到上述柴油機(jī)的進(jìn)氣口，使這些顆粒在柴油機(jī)中燃燒。
相應(yīng)裝置的實(shí)施例為有許多過濾區(qū)的幾個(gè)過濾元件，設(shè)置這些過濾元件以便使柴油機(jī)廢氣流可以通過它的每個(gè)過濾區(qū)，以捕集起初包含在廢氣流中的固體顆粒，并把它們從廢氣流中除去。采用這些過濾元件是為了使廢氣流至少通過它的一個(gè)過濾區(qū)，而至少保留另一個(gè)過濾區(qū)不讓廢氣通過。再者，有一個(gè)在廢氣流通過這個(gè)過濾區(qū)期間中斷通過幾個(gè)過濾區(qū)中的至少一個(gè)的機(jī)構(gòu)，同時(shí)，由于通過廢氣流的上述周期的持續(xù)時(shí)間很短，被捕集的顆粒還沒有變成耐焚燒的顆粒。元件還包括用于使廢氣流改向到上述的至少一個(gè)保留的過濾區(qū)的元件，還包括用于逆流洗滌已經(jīng)中斷廢氣流的每個(gè)這樣的過濾區(qū)的元件，由此從每個(gè)這樣的過濾區(qū)除去捕集的顆粒，并從上述的過濾區(qū)把它們帶走。另外，元件還包括把上述除掉的固體顆粒輸送到上述柴油機(jī)進(jìn)氣口的裝置，以使這些顆粒在柴油機(jī)中燃燒。
上述的元件的一種較特有的實(shí)施例還具有下述的另一些特征。上述的過濾元件有兩個(gè)過濾區(qū)，該元件也包括使廢氣流交替地流向上述幾個(gè)過濾區(qū)的機(jī)構(gòu)，用來使廢氣流從一個(gè)過濾區(qū)變向到另一個(gè)過濾區(qū)，并中斷通過前面的過濾區(qū)的廢氣流，還有用于連續(xù)逆流洗滌上述每個(gè)過濾區(qū)的裝置，用來進(jìn)行已不通廢氣流的過濾區(qū)的逆流洗滌。再者，還有相應(yīng)的裝置用來中斷其它過濾區(qū)的逆流洗滌氣流。
本發(fā)明在這里公開了前述方法或裝置的幾個(gè)實(shí)施例中每一個(gè)的優(yōu)選方式，以及本發(fā)明的其它幾個(gè)實(shí)施例，操作步驟的順序是反復(fù)地進(jìn)行，或裝置是適合于反復(fù)地運(yùn)行一當(dāng)每個(gè)過濾區(qū)依次進(jìn)行逆流洗滌的時(shí)候，每個(gè)過濾區(qū)就實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的再生。
本發(fā)明的其它目的和特征，從下面的描述中將會更清楚。
本發(fā)明的圖3A和3B所示的實(shí)施例是適用于自吸式柴油機(jī)，即入口空氣基本上不用增壓。柴油機(jī)50有進(jìn)氣支管51和排氣支管53，前者與進(jìn)氣干管52相連，后者與排氣干管54相連，并設(shè)置兩臺過濾器56和57。
該過濾元件由堇青石制成，并具有如下特征平均孔徑12微米;網(wǎng)眼密度100網(wǎng)眼/吋2;平均壁厚17密耳;孔隙率52～56%;熱膨脹系數(shù)9.5-11.0×10-7吋/吋/℃(25～1000℃)和沿縱向、橫向和對角線軸的抗壓強(qiáng)度分別為1130磅/吋2、250磅/吋2和15磅/吋2。當(dāng)排出氣流通過過濾區(qū)時(shí)，起初包含在廢氣中的固體顆粒就被捕集在每個(gè)過濾元件的過濾區(qū)。
兩個(gè)三孔雙向旋塞58和59有主孔58A和59A，58A與進(jìn)氣干管52相連，59A與排氣干管54相連，如圖所示。這兩個(gè)旋塞由它們的轉(zhuǎn)動部件連在一起，以便進(jìn)行如圖中60所示的那樣同時(shí)操作。旋塞58的一個(gè)分孔58B經(jīng)交叉連管61與旋塞59的另一個(gè)分孔59C相連接，旋塞58的另一個(gè)分孔58C經(jīng)交叉連管62與旋塞59的另一個(gè)分孔59B相連接。一個(gè)過濾元件56在一端通過管63連接在交叉連管62上，該過濾元件56的另一端可直接通大氣，或者通過連接的消音器后，再通大氣。第二個(gè)過濾元件57在一端通過管64連接在另一交叉連管61上，而另一端可直接通大氣，或者通過連接的消音器后，再通大氣。通過操作互相連接的旋塞58和59，過濾元件56和57中的一個(gè)，或作為廢氣過濾器操作，或放入進(jìn)口空氣流進(jìn)行逆流洗滌操作(空氣通過過濾部件流動的方向與排出氣流通過濾部件流動的方向相反)。
因此旋塞58和59位于如圖3A所示的位置時(shí)，入口空氣將吸入過濾器56的開口端，如箭頭A所示。然后通過管63和62、旋塞58和管52到進(jìn)氣管51。從排氣支管53排出的氣體經(jīng)管54、旋塞59和管61及64，輸送到第二個(gè)過濾器57，通過過濾器的氣體將排放到大氣，如箭頭B所示，含碳的沉積物質(zhì)將被過濾器57的過濾部件捕集，并且捕集在過濾部件的上游端。
在預(yù)先選定的排出氣流通過過濾裝置的時(shí)間周期之后，選擇時(shí)間周期很短，使被捕集的顆粒是“新鮮”的，即沒有變成耐燒的顆粒，在這種情況下為一小時(shí)后一這兩個(gè)旋塞通過機(jī)構(gòu)60同時(shí)地轉(zhuǎn)動到圖3B所示的位置，顛倒了氣流通過過濾器56和57的方向。通常，實(shí)現(xiàn)旋塞58和59轉(zhuǎn)動的裝置是和微處理機(jī)控制系統(tǒng)相連接的，(為了簡化，圖中沒有示出)。預(yù)先選擇的時(shí)間周期是先前決定的，并把它編成程序貯存在微處理機(jī)控制系統(tǒng)的貯存器中，當(dāng)時(shí)間周期期滿的時(shí)候，控制系統(tǒng)發(fā)出了指令，機(jī)構(gòu)60運(yùn)動使得旋塞轉(zhuǎn)動，由此中斷通過所述的過濾器的廢氣流。然而，很容易估計(jì)到本發(fā)明不限于使用這一類微處理機(jī)控制系統(tǒng)，只要不影響本發(fā)明任務(wù)的完成，采用任何方式和任何裝置實(shí)行所希望的效果都是適合的。
現(xiàn)在，從支管53排出的氣流經(jīng)管54，旋塞59、管62和63到過濾器56，在沿箭頭A1的方向被出大氣之前，它們將在過濾器56中過濾。入口空氣沿箭頭B1所示方向進(jìn)入過濾器57，經(jīng)管64和61、旋塞58和進(jìn)氣管52到進(jìn)氣支管51。通過過濾器57的空氣與前述的廢氣流通過過濾器的方向相反，因此，過濾器57部分堵塞的過濾部件，沿著與廢氣流相反的方向，通過吸入進(jìn)氣空氣“逆流洗滌”該過濾器，以便從這個(gè)過濾部件的現(xiàn)在的下流面去除捕集的顆粒，并且將其帶入進(jìn)氣支管51，由此進(jìn)入柴油機(jī)燃燒。這樣，過濾器57的過濾部件就得到了清洗或再生。通過顛倒通過過濾器的入口空氣流的方向，同時(shí)最初清洗的過濾器56用來過濾排出氣流和從排出氣流中捕集顆粒。由于從過濾器57除去的顆粒是“新鮮”的，處理那些顆粒是有效并基本上是完全的，因此，就消除了這些顆粒排放到大氣而造成的環(huán)境污染問題。
隨后旋塞58和59將再次改變流向，開始另一個(gè)操作循環(huán)，這種操作將周期性地重復(fù)。
雖然兩個(gè)獨(dú)立的三孔雙向閥58和59分開安裝。但如圖3A和3B所示的那樣連接在一起是為了清楚和簡化起見，實(shí)際上，兩閥可以軸向直線排列，并使用一個(gè)共同的旋轉(zhuǎn)部件或也可用任何其它方便的閥門。任何已知的氣流換向閥和管道都可采用，包括使用電磁閥。
本發(fā)明的用于透平增壓柴油機(jī)的實(shí)施例如圖4A和4B所示。柴油機(jī)80有一進(jìn)氣支管81和一排氣支管83，前者與入口空氣干管82連接，后者與排氣干管84連接，設(shè)置兩個(gè)過濾器86和87。另段過濾部件由堇青石制成，并具有如圖1所示的過濾部件的特征。當(dāng)排出氣流通過過濾區(qū)時(shí)，起初包含在廢氣流中的固體顆粒就被捕集在每個(gè)過濾器的過濾區(qū)。氣流換向裝置是如圖示的雙柱形閥90，透平壓縮機(jī)。設(shè)置在支管81、83和柱形閥90及過濾器86、87之間。應(yīng)使用方面的要求，設(shè)置廢氣循環(huán)交叉連接管88及控制閥89，和一個(gè)支管92在空氣壓縮機(jī)91A進(jìn)氣端將進(jìn)氣干管82與柴油機(jī)的曲軸箱相連接，用于控制排放的柴油機(jī)。這是標(biāo)準(zhǔn)的操作規(guī)程，以保證任何氣體回泄都通過柴油機(jī)的活塞或閥桿，這就使沒燃燒的烴類等物質(zhì)返回柴油機(jī)燃燒，而不是排放到大氣中。
柱形閥90在共同的閥箱97中有兩個(gè)閥室95、96和一個(gè)兩室共同用的閥柱98，在閥室95中，有一個(gè)擋圈99，用來與閥孔95B和95C配合操作。在閥室96中有閥擋圈100，用來與閥孔96B、96C配合操作。在壓縮機(jī)91A進(jìn)氣端的進(jìn)氣干管82的管段82A與閥室95的主孔95A連接，在排氣透平機(jī)91B的排氣端，柴油機(jī)的排氣干管84的管段84A與閥室96的主孔96A連接，管161連接孔95B和96C管102連接孔95C和96B，并且過濾器86和87分別通過103和104與管102和101連接。
圖4A所示出了閥柱98在一個(gè)操作位置的系統(tǒng)，其中入口空氣經(jīng)過過濾器86吸入，如箭頭A所示，并經(jīng)管103和102到孔95C，通過閥室95到孔95A，然后通過進(jìn)氣支管82A到壓縮機(jī)91A的進(jìn)氣口，進(jìn)行壓縮后，通過柴油機(jī)的進(jìn)氣干管82A輸入送到進(jìn)氣管81，而來自支管83的排出氣流驅(qū)動排氣透平機(jī)91B(透平機(jī)的葉輪通過軸105與壓縮機(jī)91A的葉輪相連)，然后經(jīng)管84A、孔96A、室96、孔96C和管101、104到另一個(gè)過濾器87，經(jīng)過濾后排入大氣，如箭頭B所示。
當(dāng)閥柱98運(yùn)動到如圖4B所示的另一操作位置時(shí)，如圖3A和3B型號的微處理機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出指令，顛倒了通過過濾器的氣流方向。排出氣體改向到過濾器86，經(jīng)過濾后，排入大氣，如箭頭A1所示。而入口空氣通過過濾器87吸入(如箭頭B1所示)，通過過濾器以進(jìn)行“逆流洗滌”，這個(gè)過濾器的過濾部件就得到了清洗。處于“新鮮”狀態(tài)的被除去的固體顆粒由入口空氣流輸送，通過管104、101閥室95、支管82A和壓縮機(jī)91A到內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣支管82和進(jìn)氣支管81，到柴油機(jī)中燃燒。
在上述的每個(gè)實(shí)施例中，排出氣流在過濾器86和87之間周期性轉(zhuǎn)換，為了保證過濾器86和87排出氣流(無論從哪個(gè)過濾裝置排出)充分的消音，可以分別設(shè)置成對的消音器。而進(jìn)氣空氣通過另外的消音器吸入。此外，也可只設(shè)置一個(gè)消音器和適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換閥一起布置，不論使用哪個(gè)過濾器，消音器都與排出氣流通過的過濾器相連。這種轉(zhuǎn)換閥可與轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)閥或柱形閥同時(shí)操作，而且可以用相同的操作機(jī)構(gòu)。
圖5所示的是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例120。柴油機(jī)122通過管126與捕集器124相接，進(jìn)氣管128從大氣通往柴油機(jī)122，以提供柴油機(jī)燃燒所需的空氣。管130與管126和128連接，以提供一個(gè)繞柴油機(jī)可選氣流通路。閥132橫穿管128，處于開的位置時(shí)，允許氣流通過管，反之，阻止氣流通過管。閥134橫穿管126，處于開的位置時(shí)，允許氣流通過管，反之，阻止氣流通過管。管130的一端與閥132和柴油機(jī)之音質(zhì)管128連接，另一端與閥134和捕集器124之間的管126連接。排出氣流通過捕集器124所需的時(shí)間周期，而以“新鮮”狀態(tài)保持被捕集顆粒所需的時(shí)間預(yù)先確定，并貯存在微處理機(jī)控制系統(tǒng)的存貯器中。微處理機(jī)控制系統(tǒng)指揮閥132和134的操作(例如，一輛機(jī)動車的這種微處理機(jī)系統(tǒng)也是適用于控制車輛的許多其它特征的)。當(dāng)該時(shí)間周期期滿時(shí)，通常打開，允許進(jìn)氣流到柴油機(jī)，并輸送排出氣流到捕集器，過濾的閥132和134由來自微處理機(jī)控制系統(tǒng)的指令同時(shí)關(guān)閉。這種操作可由每個(gè)閥門上的電磁線圈的動作或以任何其他的傳統(tǒng)方式來實(shí)現(xiàn)，這都與本發(fā)明的操作相一致。閥136橫穿管130處于開的位置時(shí)，允許氣流通過管。反之，阻止氣流通過管。當(dāng)關(guān)閉閥132和134時(shí)，柴油機(jī)很快降低柴油機(jī)和閥134之間管道的壓力。在此期間，柴油機(jī)廢氣積累在柴油機(jī)和閥134之間的管內(nèi)。
閥136是一個(gè)自動閥，其兩側(cè)的壓差達(dá)到預(yù)定值時(shí)開啟。當(dāng)柴油機(jī)使管130內(nèi)的壓力降低而使閥136開啟時(shí)(閥136很快地開啟)，外界空氣流過管138、捕集器124和管126(與正常廢氣流向相反)，然后通過管130和128，最后到達(dá)柴油機(jī)122。氣體的這種波動就構(gòu)成了捕集器的一個(gè)脈沖“逆流洗滌”，波動氣流將從捕集器除去的“新鮮”狀態(tài)的顆粒送回柴油機(jī)焚燒。
在適當(dāng)?shù)难舆t后，閥132和134隨閥136的自動打開而開啟，閥136兩側(cè)的壓差消除之后，閥136自動地關(guān)閉，該系統(tǒng)恢復(fù)到原來狀態(tài)。全部清洗程序在不到1秒鐘內(nèi)完成，而優(yōu)選的是0.25秒。的確，再生周期不大于1秒，而優(yōu)選的是不大于0.25秒，在本發(fā)明的許多其它實(shí)施例中，這也是很有利的。
圖6所示的是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。過濾系統(tǒng)150包括柴油機(jī)152，而它通過管156與捕集器154連接。進(jìn)氣管158把大氣引入柴油機(jī)152，供給柴油機(jī)中燃燒所需的大氣。管160的一端接到管156，另一端接到管158，以提供一個(gè)繞柴油機(jī)的可選擇氣流通路。閥162橫穿管158設(shè)置，處于開啟位置時(shí)，允許氣流通過管，反之，阻止氣流通過管。閥164橫穿156設(shè)置，處于開啟位置時(shí)，允許氣流通過管，反之，阻止氣流通過管。管160的一端連接到閥162和柴油機(jī)152之間的管158上，而另一端連接到閥164和捕集器154之間的管156上。閥162和164的操作由連接在圖5的裝置上的上述類型的微處理機(jī)控制系統(tǒng)控制。當(dāng)通過捕集器的排出氣流的擬定時(shí)間期滿時(shí)，通常處于開啟位置、允許進(jìn)氣流到柴油機(jī)、并把排出氣流輸送到捕集器。進(jìn)行過濾的閥162和164、即隨微處理機(jī)控制系統(tǒng)指令即刻關(guān)閉。再者，這種操作也可以通過每個(gè)閥門上的電磁線圈的動作，或以構(gòu)成本發(fā)明操作的任何其它方便的方式來實(shí)現(xiàn)。在適當(dāng)而又很短的延遲之后，隨微處理機(jī)控制系統(tǒng)相似的程序指令，從氣源176釋放出壓縮空氣的一個(gè)脈沖，且通過管168噴入管166、捕集器154和管156、160及158進(jìn)入柴油機(jī)152，壓縮空氣的這種波動就構(gòu)成了捕集器154的一個(gè)脈沖逆流洗滌，并載帶著從捕集器除去的“新鮮”狀態(tài)的顆粒返回到柴油機(jī)焚燒。在此期間，柴油機(jī)的廢氣積累在柴油機(jī)和閥164之間的管道內(nèi)。
隨微處理機(jī)系統(tǒng)的另一個(gè)指令，在噴入壓縮空氣的脈沖之后，閥162和164適時(shí)開啟，廢氣流恢復(fù)通過捕集器154，全部清洗流程不到一秒鐘內(nèi)完成，而優(yōu)選的是低于0.25秒。
圖7所示的是本發(fā)明的又一實(shí)施例。過濾系統(tǒng)180包括柴油機(jī)182，它即可通過管192和198連接到捕集器184，也能通過管192和202連接到捕集器186。進(jìn)氣管188把大氣引入柴油機(jī)182，提供在柴油機(jī)中燃燒所需的大氣;閥190橫過管188設(shè)置，處于開啟位置時(shí)，允許氣流通過管，反之，阻止氣流通過管。管194的一端連接管188，而另一端連接管200，且管200接到管202上，以提供一個(gè)繞柴油機(jī)的可選擇的氣體通路。管192與閥214(也是旋塞)連接，該閥使氣流或直接流入管198或流入管202，而不能流入其它管道。管200接到閥212(也是旋塞)，它使氣流或從管198直接流入管200，或從管204直接流入管200，而不能從未選擇的管道流入。管194接到閥190和柴油機(jī)之間的管188上。
閥212和214隨圖5中論述的那種類型的微處理機(jī)控制系統(tǒng)的指令操作。
假設(shè)捕集器184正在過濾廢氣。當(dāng)廢氣通過捕集器流動的時(shí)間周期(程序已貯存在微處理機(jī)控制系統(tǒng)的存貯器中)期滿時(shí)，閥214和212-(已定向于允許排出氣流輸送到捕集器184進(jìn)行過濾，同時(shí)通過捕集器186吸入空氣，經(jīng)管202、204、200和194，由管188返回到柴油機(jī)隨微處理機(jī)控制系統(tǒng)同時(shí)動作，即轉(zhuǎn)動閥，使排出氣流通過管192和202到捕集器186，然后進(jìn)入管208排入大氣。而通過捕集器184吸入的大氣，經(jīng)管198、200和194，由管188返回到柴油機(jī)。閥190周期性地關(guān)閉。閥210橫過管200設(shè)置，處于開啟位置時(shí)，允許氣流通過管，反之，阻止氣流通過管。閥190關(guān)閉時(shí)，柴油機(jī)很快降低柴油機(jī)和閥210之間的管內(nèi)的壓力。閥190通常是關(guān)閉的。
閥210是一個(gè)自動閥，它兩側(cè)的壓差達(dá)到預(yù)定值時(shí)開啟。當(dāng)柴油機(jī)使管194內(nèi)的壓力下降而使閥210開啟時(shí)(閥210很快打開)，大氣通過管206吸入，經(jīng)捕集器184、管198、管200和管194，最后(通過管188)到柴油機(jī)。氣流的這種波動構(gòu)成了捕集器184的一個(gè)脈沖逆流洗滌。波動的氣流帶著從捕集器除去的“新鮮”狀態(tài)的顆粒返回到柴油機(jī)焚燒。
閥190打開時(shí)，其兩側(cè)的壓差消除后，閥210即自動關(guān)閉，系統(tǒng)恢復(fù)到原來的狀態(tài)。全部清洗程序在不到1秒鐘內(nèi)完成，而優(yōu)選的是低于0.25秒。在一些實(shí)施例中，每個(gè)捕集器通過許多這樣的程序清洗。當(dāng)捕集器需要再生時(shí)，閥212和214隨微處理機(jī)系統(tǒng)的指令操作，使排出氣流到捕集器184過濾，而捕集器186以相似的方式進(jìn)行逆流洗滌。從前述的例子就容易估計(jì)到，包含許多過濾區(qū)的許多其他系統(tǒng)的排列，取決于使用者的需要和周圍環(huán)境的限制。
因此本發(fā)明提供的方法和裝置，用于捕集柴油機(jī)廢氣中的固體顆粒。并依次除去捕集器捕集的顆粒，將其在“新鮮”狀態(tài)下送到柴油機(jī)燃燒，這樣就達(dá)到了最高的燃燒效率。用這種方式處理捕集的顆粒操作簡單，也易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。這就提供了重要的經(jīng)濟(jì)效益，而同時(shí)又防止了因把這些顆粒排入大氣而造成的環(huán)境污染問題。
采用的術(shù)語和敘述都是用作說明的術(shù)語，而本發(fā)明并不受此限制。也并不是有意的采用這些術(shù)語而排斥采用其他一些術(shù)語說明本發(fā)明的相同的特征或部分特征，它只能被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的可能不同的改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種從柴油機(jī)廢氣中除去固體顆粒物質(zhì)的方法，包括使柴油機(jī)的廢氣流通過至少一部分過濾裝置，以捕集廢氣中原來含有的固體顆粒物質(zhì)，由此從所述廢氣流中除去所述固體顆粒物質(zhì)，在廢氣流通過過濾裝置的上述周期極短、所捕集的顆粒物質(zhì)還沒有變得有礙在柴油機(jī)中下步燃燒時(shí)，中斷廢氣流通過至少所述部分過濾裝置，在所述中斷期間，逆流洗滌至少所述部分過濾裝置，使所述固體顆粒物質(zhì)從過濾裝置中脫落并被帶走，從而實(shí)現(xiàn)從過濾裝置中除去固體顆粒的目的，將所述除去的固體顆粒物質(zhì)輸送到所述柴油機(jī)的入口處，這樣，就可以使該物質(zhì)在所述柴油機(jī)中燃燒。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征是所述廢氣流通過過濾裝置的周期不超過1小時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征是所述過濾裝置由陶瓷蜂窩過濾材料、燒結(jié)金屬顆粒、金屬絲網(wǎng)、陶瓷纖維、陶瓷泡沫或者顆粒床構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，其特征是所述過濾裝置包含用堇青石加工成的陶瓷蜂窩過濾材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征是在所述的中斷期間，使至少一種逆洗流體脈沖通過至少所述部分的過濾裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征是所述過濾裝置只有一個(gè)過濾區(qū)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征是所述過濾裝置有多個(gè)過濾區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其特征是所述過濾裝置有多個(gè)分開的過濾部件。
9.柴油機(jī)中用于減少廢氣排放的設(shè)備，包括用于攔截柴油機(jī)廢氣流的過濾裝置，當(dāng)廢氣流通過至少部分所述過濾裝置時(shí)，該裝置捕集原來含在廢氣中的固體顆粒物質(zhì)，由此從所述廢氣流中除去所述固體顆粒物質(zhì)，用于在廢氣流過所述部分過濾裝置的周期極短、所捕集的顆粒物質(zhì)還沒有變得有礙于柴油機(jī)中下步燃燒的時(shí)候中斷廢氣流通過所述部分過濾裝置的裝置，用于在所述中斷期間使逆洗流體通過至少所述部分過濾裝置的裝置，由此從過濾裝置中使所述固體顆粒物質(zhì)脫落并帶走，從而使其從過濾裝置中除去，用于將所述脫落的固體顆粒物質(zhì)輸送到所述柴油機(jī)的入口處，以便使該物質(zhì)能在柴油機(jī)中燃燒的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的設(shè)備，其特征是所述廢氣流動周期不超過1小時(shí)。
11.根據(jù)權(quán)利要求
9的設(shè)備，其特征是所述過濾裝置由陶瓷蜂窩過濾材料、燒結(jié)金屬顆粒、金屬絲網(wǎng)、陶瓷纖維、陶瓷泡沫或顆粒床構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11的設(shè)備，其特征是所述過濾裝置包含用堇青石加工成的陶瓷蜂窩過濾材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求
9的設(shè)備，其特征是包括一個(gè)用于在所述的中斷期間使至少一種逆洗流體脈沖通過至少所述部分過濾裝置的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求
9的設(shè)備，其特征是所述過濾裝置有一個(gè)過濾區(qū)。
15.根據(jù)權(quán)利要求
9的設(shè)備，其特征是所述過濾裝置有多個(gè)過濾區(qū)。
16.根據(jù)權(quán)利要求
9的設(shè)備，其特征是所述過濾裝置有多個(gè)分開的過濾部件。
17.通過采用含有多個(gè)過濾區(qū)的過濾裝置，從柴油機(jī)廢氣中除去固體顆粒物質(zhì)的方法，包括以下步驟使柴油機(jī)廢氣通過至少一個(gè)過濾區(qū)，以捕集原來含在廢氣中的固體顆粒物質(zhì)并使其從廢氣中除去，同時(shí)保留至少另一個(gè)所述過濾區(qū)不讓廢氣流通過，在廢氣流通過所述部分過濾區(qū)的周期極短、所捕集的固體顆粒物質(zhì)還沒有變得有礙在柴油機(jī)中下步燃燒的時(shí)候，中斷廢氣流通過至少一個(gè)所述過濾區(qū)，使廢氣流改變向流過至少一個(gè)所述保留的過濾區(qū)，逆流洗滌廢氣流已經(jīng)被中斷的所述至少一個(gè)過濾區(qū)，所述逆流洗滌持續(xù)一定時(shí)間，以便有效地從所述過濾區(qū)脫落并帶走所捕集的固體顆粒物質(zhì)，由此使其從所述至少一個(gè)過濾區(qū)中除去，即再生該過濾區(qū)，將所述脫落的固體顆粒物質(zhì)輸送到所述柴油機(jī)入口處，以便使該物質(zhì)能在柴油機(jī)中燃燒掉。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17的方法，其特征是還包括，在柴油機(jī)運(yùn)行期間重復(fù)進(jìn)行上述操作步驟，從而使得每個(gè)過濾區(qū)依次進(jìn)行逆流洗滌，不斷再生。
19.根據(jù)權(quán)利要求
17的方法，其特征是所述廢氣流動的上述周期不超過1小時(shí)。
20.根據(jù)權(quán)利要求
17的方法，其特征是所述過濾裝置由陶瓷蜂窩過濾材料、燒結(jié)金屬顆粒、金屬絲網(wǎng)、陶瓷纖維、陶瓷泡沫或顆粒床構(gòu)成。
21.根據(jù)權(quán)利要求
20的方法，其特征是過濾裝置包含由堇青石加工成的陶瓷蜂窩過濾材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求
17的方法，其特征是所述過濾裝置有多個(gè)分開的過濾部件。
23.根據(jù)權(quán)利要求
17的方法，其特征是所述廢氣流動的周期不超過0.5小時(shí)。
24.根據(jù)權(quán)利要求
17的方法，其特征是所述廢氣流動的周期不超過10分鐘。
25.根據(jù)權(quán)利要求
17的方法，其特征是包括連續(xù)逆流洗滌廢氣流已經(jīng)中斷的所述至少一個(gè)過濾區(qū)。
26.柴油機(jī)中用于減少廢氣排放的設(shè)備，包括含有多個(gè)過濾區(qū)的過濾裝置，它設(shè)置得能使廢氣流通過其每一個(gè)過濾區(qū)，以便捕集廢氣流中原來含有的固體顆粒物質(zhì)，由此從廢氣中除去所述固體顆粒物質(zhì)，它還能夠使廢氣流通過至少一個(gè)所述過濾區(qū)，同時(shí)保留至少另外一個(gè)所述過濾區(qū)不讓廢氣流通過，用于在廢氣流通過所述部分過濾區(qū)的周期極短、所捕集的顆粒物質(zhì)還沒有變得有礙在柴油機(jī)中下步燃燒的時(shí)候中斷所述廢氣流通過至少一個(gè)所述過濾區(qū)的裝置，用于使廢氣流改變流向通過至少一個(gè)所述保留的過濾區(qū)的裝置，用于逆流洗滌每一個(gè)廢氣流已經(jīng)中斷的過濾區(qū)的裝置，以便從每個(gè)過濾區(qū)使所捕集的固體顆粒物質(zhì)脫落并帶走，由此從所述過濾區(qū)中除去固體顆粒物質(zhì)，用于將所述脫落的固體顆粒物質(zhì)輸送到柴油機(jī)入口處，以便使所述物質(zhì)能在柴油機(jī)中燃燒的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求
26的設(shè)備，其特征是所述用于逆流洗滌的裝置能夠連續(xù)地逆流洗滌每一個(gè)所述過濾區(qū)。
28.根據(jù)權(quán)利要求
26的設(shè)備，其特征是可以重復(fù)操作，使每一個(gè)依次被逆流洗滌的過濾區(qū)不斷得到再生。
29.根據(jù)權(quán)利要求
26的設(shè)備，其特征是所述廢氣流通過所述部分過濾區(qū)的周期不超過1小時(shí)。
30.根據(jù)權(quán)利要求
26的設(shè)備，其特征是過濾裝置由陶瓷蜂窩過濾材料、燒結(jié)金屬顆粒、金屬絲網(wǎng)、陶瓷纖維、陶瓷泡沫或顆粒床構(gòu)成。
31.根據(jù)權(quán)利要求
26的設(shè)備，其特征是過濾裝置包含用堇青石加工成的陶瓷蜂窩過濾材料。
32.根據(jù)權(quán)利要求
26的設(shè)備，其特征是所述過濾裝置有多個(gè)分開的過濾部件。
33.根據(jù)權(quán)利要求
26的設(shè)備，其特征是所述廢氣流通過所述部分過濾區(qū)的周期不超過0.5小時(shí)。
34.根據(jù)權(quán)利要求
26的設(shè)備，其特征是所述廢氣流通過所述部分過濾區(qū)的周期不超過10分鐘。
35.柴油機(jī)中用于減少廢氣排放的設(shè)備，包括具有兩個(gè)過濾區(qū)的過濾裝置，該裝置能夠使廢氣流通過其上的每一個(gè)過濾區(qū)，以捕集所述柴油機(jī)廢氣中原來含有的固體顆粒物質(zhì)，從而從廢氣中除去所述的固體顆粒物質(zhì)，而且，該過濾裝置還能夠使廢氣流通過所述過濾區(qū)中的一個(gè)區(qū)，同時(shí)保留其它過濾區(qū)不讓廢氣流通過，用于連續(xù)地逆流洗滌所述過濾區(qū)的裝置，該裝置能夠使逆洗流體通過廢氣流中斷了的過濾區(qū)，由于從所述過濾區(qū)使捕集的固體顆粒物質(zhì)脫落并帶走，以便從所述過濾區(qū)除去所述物質(zhì)，用于將所述廢氣交替地送到所述過濾區(qū)的裝置，該裝置能使廢氣流從一個(gè)過濾區(qū)改向到另一個(gè)過濾區(qū)并連帶中斷廢氣通過前者，用于在廢氣流通過過濾區(qū)期間周期性地中斷廢氣流通過兩個(gè)過濾區(qū)中每一個(gè)區(qū)的裝置，中斷是在廢氣流通過所述過濾區(qū)的周期極短、所捕集的顆粒物質(zhì)還沒有變得有礙在柴油機(jī)中下步燃燒的時(shí)候進(jìn)行的，用于相應(yīng)地中斷回洗流體通過廢氣流已經(jīng)被中斷了的過濾區(qū)的裝置，用于將所述脫落的固體顆粒物質(zhì)輸送到所述柴油機(jī)入口處、以便使其在柴油機(jī)中燃燒的裝置。
專利摘要
從柴油機(jī)廢氣中除去固體顆粒物質(zhì)的設(shè)備和方法，包括使該廢氣流通過過濾裝置，捕集和去除廢氣中的固體顆粒物質(zhì)。廢氣流通過過濾裝置的周期極短，所捕集的顆粒物質(zhì)尚未有礙在柴油機(jī)中作下步燃燒時(shí)，中斷過濾裝置。在中斷期間，逆流洗滌該部過濾裝置，使固體顆粒物質(zhì)從該裝置中脫落，將脫落的固體顆粒物質(zhì)輸送到柴油機(jī)入口處，使該物質(zhì)能在柴油機(jī)中燃燒。
文檔編號B01D46/00GK86105474SQ86105474
公開日1987年5月27日 申請日期1986年8月4日
發(fā)明者雷蒙德·F·巴杜爾 申請人:布雷克公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan