[发明专利]颗粒物质除去装置

说明书

本申请要求2006年9月7日在日本专利局提交的日本专利申请No.2006-242357的优先权。通过参考引用该在先申请的全文。

技术领域

本发明涉及一种装置，用于捕获并除去从柴油发动机等排放的气体中的颗粒物质(PM)。柴油发动机已经被广泛用作大型车辆的发动机，其通过使用轻油或重油作为燃料而被驱动，且具有高燃烧效率。不同于汽油机，柴油发动机没有配备火花塞。柴油发动机具有更高的压缩率，通过将压缩的轻油或重油的油雾喷入发送机产生点火。柴油发动机具有诸多优点，例如，较高的热效率、大排气量、动力强劲并且服务期限长。

然而，从柴油发动机中排放的气体对严重的环境污染负有责任。缺点之一是氮氧化物Nox的排放。另一个缺点是排放气体包含未燃烧的物质(主要是碳微粒)。排放气体的量随空气与燃料的比率而变化。氮氧化物随着空气增加而增加，排放的未燃烧物质(颗粒物质：PM)随着空气的减少而增加。在这种情况下，术语包含在排放气体中的颗粒物质(PM)是指易燃的颗粒物质，其主要是未燃烧的碳微粒。碳微粒的残留导致了排放气体带黑色。

为了减少未燃烧物质，要增加空气的供应量。如果这样提供，氮氧化物就会增加，而对氮氧化物存在限制。由此，碳不可避免地包含在从柴油发动机排放的气体中。因为在排放气体中含有碳，就必须在除去由此包含的碳之后再将气体释放到大气中。

碳以微粒固体存在于排放气体中。当使得排放气体通过微孔过滤器时，就能够将颗粒物质(主要是碳微粒)过滤并除去。颗粒物质聚积在过滤器上。将该处理称为排放气体的净化。不可能将聚积在过滤器上的颗粒物质保持很长时间。压力损失的增加会导致气体不容易通过该过滤器。因此，当颗粒物质聚积到一定程度时，就必须将颗粒物质从过滤器除去。碳是颗粒物质的主要成分且能够燃烧。当碳燃烧时，其有利地变成二氧化碳。因此，当颗粒物质聚积到一定程度时，将其燃烧并除去。这称为过滤器复原。

在燃烧碳的时候，当重新从外部提供空气时，过滤器、碳颗粒和大气都被降温，并且需要补偿大量的热能。因而，当燃烧所捕获的碳时，不从外部提供空气，而是利用在高温排放气体中包含的氧气。这样，就不会出现由于引入气体而温度下降。由于排放气体是在燃烧之后产生的，很可能不存在氧气。但是，实际上这不是事实。排放气体包含有大约5％至10％的氧气。将剩余的氧气用于燃烧和除碳，由此使得节省热能成为可能。

背景技术

利用由陶瓷蜂窝结构组成的过滤器以及由陶瓷纤维组成的过滤器的装置被公知作为除去在从柴油发动机排放的气体中包含的颗粒物质的装置。陶瓷蜂窝过滤器和陶瓷纤维过滤器都是使排放气体通过过滤器，由此通过在细孔和网眼上捕获并除去颗粒物质(过滤)，从而除去颗粒物质。当颗粒物质(碳颗粒等)聚积到一定程度时，就燃烧颗粒物质产生二氧化碳，然后将其释放到大气中。

专利文献1：日本公开未审专利申请No.2005-337153

专利文献2：日本公开未审专利申请No.H08-312329

专利文献1已经公开了一种由陶瓷蜂窝结构构成的过滤器，其中通过具有透气性多孔结构的蜂窝壁表面来过滤颗粒物质。通过短暂地以高温加热气体而将蜂窝壁表面捕获的颗粒物质氧化、燃烧并除去。提出作为加热和燃烧的装置是这样的，其中将燃料喷在氧化催化剂上导致燃烧，并使用电加热器进行加热和燃烧。

专利文献2已经公开了一种陶瓷纤维过滤器，其中以褶皱方式形成了编织纤维，用于过滤颗粒物质，该编织纤维由透气性细纤维状的、以及高热阻的碳化硅陶瓷纤维制成。

专利文献2已经公开了一种过滤器，其中通过由设置为保持陶瓷纤维的电加热器的加热，从而对陶瓷纤维捕获的颗粒物质进行氧化、燃烧和除去。

专利文献1中所述的具有陶瓷蜂窝结构的过滤器具有高密度，且具有较高的颗粒物质(碳颗粒)捕获效率。但是，陶瓷蜂窝过滤器昂贵，且当它们受损时不容易替换。因此，过滤器需要高耐久性以至于不被损坏。因为陶瓷蜂窝过滤器具有大量的硬壁表面，因此在加热、燃烧和除去所捕获的颗粒物质时，会由于较强的热应力或是局部加热而可能会导致过滤器破裂或熔融的情况。在防止陶瓷蜂窝过滤器出现上述损坏时，必须监视气体状态，评估由过滤器捕获的颗粒物质的状态并与发动机的控制进行复杂的联系，这就造成了很难操作该过滤器，这是一个问题。