[发明专利]一种控制微纳米级颗粒数量的可变电压凝并装置

说明书

本发明公开了一种控制微纳米级颗粒数量的可变电压凝并装置，包括颗粒荷电筒、颗粒凝并筒、法拉第筒和颗粒捕集器，所述颗粒荷电筒的前端与排气相连接，后端与颗粒凝并筒相连接，颗粒凝并筒后端与法拉第筒连接后再与颗粒捕集器相连。本发明利用荷电凝并技术，通过双极高压荷电加凝并手段，实现排气颗粒凝结，粒径增大的同时实现颗粒数量浓度降低，进一步提升颗粒捕集器的捕集效率，降低颗粒质量排放；本发明将颗粒表面电荷测量与高压电场控制连接在一起，实现对荷电电压的最合适范围控制，降低高压电源能耗；本发明中双温度传感器与双质量流量计，可以探讨荷电电压以及排气温度对颗粒的荷电凝并影响，以及对颗粒捕集器效率的研究。

技术领域

本发明涉及柴油机排气后处理技术领域，具体为一种控制压燃式内燃机尾气中微纳米级颗粒数量的可变电压凝并装置。

背景技术

现代柴油机具有热效率高、动力性强和运行可靠等方面的优点，在车辆与工程机械等方面应用广泛，但其排放的微纳米级颗粒物给大气环境与人类健康带来极大危害。现代柴油机通过改善柴油机缸内燃烧与添加后处理装置来降低颗粒排放，如改善燃油喷射系统与缸内燃烧优化，同时耦合颗粒捕集器来降低柴油机颗粒物排放，但DPF针对小粒径颗粒的捕集效率很低，尤其是柴油机国六法规中提出了对排气颗粒数量浓度的限制，使得对小粒径颗粒的处理更加重要。

荷电凝并技术(Electrical Charge Agglomeration，ECA)作为一种有效促进微纳米颗粒物去除的方法，一直以来被国内外研究人员重视。ECA是通过外加电场对颗粒物进行荷电，增加带电颗粒物在电场中的碰撞机率，从而促进微细颗粒物碰撞凝聚成较大颗粒物，实现颗粒物数量浓度降低。荷电凝并的效果与众多因素有关，比如颗粒物的浓度，粒径和流速。此外，外加交变电场可有效促进双极荷电颗粒凝并，颗粒携带电荷越多其效果越明显。ECA可以将不容易处理的细颗粒物转变为经过碰撞“长大”为大粒径较为容易处理的颗粒物，再利用常规的后处理方法对颗粒物进行捕集去除。

发明内容

本发明基于荷电凝并技术，通过对柴油机排气中颗粒进行正负极性荷电，提升颗粒凝并效率，从而实现降低颗粒数量浓度的目标。在凝并后端增加法拉第筒对电荷进行测量，与前端高压电源连接形成对电压闭环控制。实现本发明的技术方案如下：

一种控制微纳米级颗粒数量的可变电压凝并装置，包括颗粒荷电筒、颗粒凝并筒、法拉第筒和颗粒捕集器，所述颗粒荷电筒的前端与排气相连接，后端与颗粒凝并筒相连接，颗粒凝并筒后端与法拉第筒连接后再与颗粒捕集器相连。

更进一步地，所述颗粒荷电筒的前端通过第一质量流量计与排气相连接，所述颗粒捕集器后端设置有第二质量流量计。

更进一步地，还包括排气温控系统，所述排气温控系统包括前温度传感器、后温度传感器、继电器，第一质量流量计出气端安装有前温度传感器，前温度传感器后端连接颗粒荷电筒，颗粒荷电筒外包裹陶瓷加热器，继电器一端连接前温度传感器与后温度传感器，另一端连接陶瓷加热器，继电器控制电路开合。

更进一步地，所述颗粒荷电筒包括高压电源、外筒与放电极线，所述外筒上连接有接地线，所述放电极线的一端连接高压电源，另一端悬置于空气中，放电极线穿过外筒，其主体部分处于外筒中。

更进一步地，所述放电极线包括中心电极和垂直电极，所述垂直电极相间隔沿中心电极的延伸方向布置若干个，呈鱼刺状分布。

更进一步地，所述放电极线与外筒接触处，采用陶瓷管进行绝缘。

更进一步地，所述陶瓷管内注入耐高温绝缘胶，所述放电极线穿过陶瓷管，陶瓷管底部加工有凹槽，所述放电极线在凹槽处弯折。

更进一步地，所述法拉第筒包括相互绝缘的金属外筒与金属内筒，所述金属外筒与前端的颗粒凝并筒连接，并连接接地导线，金属内筒通过屏蔽线与数字电荷仪连接。