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电、磁加热再生过滤器专利技术发展状况

更新时间:2009-03-28

柴油机微粒过滤器的再生,实际上就是利用热能将沉积在过滤器体内的微粒烧掉。根据利用热量形式的不同,再生技术可分为[1]:利用柴油机自身排气热进行的被动再生和利用外部热源进行的主动再生两大类:其中利用外部热源的主动再生法包括喷油助燃再生,电、磁再生等;利用自身排气热的被动再生法包括催化再生、连续再生、添加剂再生等。

1 现状分析

1.1 国外专利申请量趋势分析

电、磁再生过滤器专利国外申请量变化趋势:

自20世纪70年代起,已出现了对于电、磁过滤器技术的专利申请,但直至1985年,发展一直较为缓慢,自20世纪80年代后期起,随着电、磁技术的广泛使用,有关电、磁法再生过滤器技术的专利申请量开始迅速增长,到了20世纪90年代申请量基本保持震荡上升的发展趋势。以欧盟的排放标准为例,其中自1988年欧洲开始对重型柴油机分阶段实施欧Ⅰ和欧Ⅱ排放标准,2002年左右欧洲开始实施欧Ⅲ标准,2006年欧洲开始实施欧Ⅳ标准,2013年以后欧洲开始实施欧Ⅴ标准。就整个申请趋势来说,每一次排放标准的实施年前后都会出现专利申请数量的迅速增长,而在排放标准实施期间,专利申请量会有所回落,这些都侧面印证了国际出台排放标准政策对相关行业的影响。在DWPI数据库收录的专利范围内,1977年开始出现关于电、磁法再生过滤器的专利申请,该专利由德国申请人TEXACO公司申请,电、磁法再生过滤器的专利申请主要集中在美国、日本、德国和欧盟等汽车强国中。

1.2 中国专利申请状况

图1为电、磁再生过滤器专利申请量在国内的趋势,大致可以分为三个时期,第一个时期为1999-2006年为萌芽期,这个时期,中国国内汽车业发展水平仍然不高,当时对柴油发动机的排放标准没有引起重视,1999年3月10日,我国颁布了车用污染物排放标准,使得过滤器再生领域并未受到国内申请人和国外来华申请人的重视。直到2000年,国家才开始对DPF的研究工作给予一定的支持;2006-2009年为快速发展期:在这一时期,随着人们对环境安全的需求,另一方面随着汽车行业节能和环保理念普及以及欧洲与2008年开始对小汽车和商用轻型卡车实施欧V排放标准,国外来华公司纷纷看好中国市场,抢占过滤器再生专利领域先机。2010至今为成熟期,该时期国内对于DPF材质和DPF再生问题并未得到实质性的进展,国内柴油汽车比例有限,市场需求有待于进一步发展成熟,单一的电、磁主动再生使得过滤器装置复杂,国内外申请开始从一味的追求单一电、磁主动再生开始向被动再生为主辅以主动再生的再生技术。总体上来看,国外来华申请量占了69%,远远超出了国内申请人的申请量。

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图1 电、磁再生过滤器中国专利申请趋势

2 电、磁再生过滤器技术专利技术发展分析

2.1 电方法再生过滤器方向

2.1.2 电自加热;随着颗粒过滤器过滤体材料的发展,采用高导电性能的结晶材料的SiC作为过滤材料,通过直接对滤芯进行加热,使沉积其上的碳烟颗粒升温燃烧,从而实现滤芯自身的再生。

2.1.1 电加热器通电加热DPF表面;a.电加热器位于DPF上游;b.电加热器位于DPF中和分区加热;其中,电加热器的形式也变得多样,由原来的电加热丝或棒状电加热或盘状电加热丝发展为采用电极、供给电流/电压加热DPF内部。c.电加热器位于DPF下游;为了进一步扩大过滤器的安全再生范围采用布置于DPF下游的电加热器,这是由于滤芯出口侧沉积的颗粒一般比进口侧多,因此,逆向布置电加热器更易点燃沉积的颗粒,更适合火焰的传播,相比位于DPF上游和DPF内的电加热器,逆向布置电加热器有利于将颗粒燃烧温度控制在较低水平,扩大再生窗口,缩短再生所需时间。

其主要的发展脉络大致有以下几个阶段:最为初期的电加热器通电用于加热DPF表面,其根据电加热器与DPF的相对位置分为:布置在DPF上游、位于DPF中和位于DPF下游的电加热器布置方式。

对于利用电方法再生过滤器的过滤器再生技术,主要是使电加热器通电让过滤器的温度升高,从而燃烧碳烟粒子而实现过滤器再生。

2.1.4 电加热+其他方式组合:电加热再生对车用电源的要求很高并且单一的电加热方式的再生效率不高,为了提高柴油颗粒过滤器及再生系统的可靠性和使用寿命,将颗粒的燃烧与过滤器分离室一个有效途径,因此也就出现了电加热与逆向喷气净化相结合的技术。

2.1.3 采用放电装置再生;随后又出现了利用放电装置再生过滤器的电加热再生过滤器的技术:a.电离、电晕或电弧放电装置;b.等离子体技术,其于20世纪90年代有了较大发展,主要研究集中在放电加强颗粒物质荷电并通过电场驱动捕获微粒,放电产生等离子体,化学反应降低NOx等气体污染物以及同时捕集炭粒和去除NOx。

1.3 疗效及生存评估 疗效评价采用RISIST实体瘤疗效评价标准,即分为完全缓解(complete response,CR)、部分缓解(partial response,PR)、稳定(stable disease,SD)和进展(progression disease,PD)。

所以,李铁夫的这些纸本作品,很难归类为“国画”作品,即使馆藏的一些作品装裱成了国画的形式(轴、横披、镜心),但与一些被归入“水彩”的宣纸作品并没有区别。

2.2 磁方法再生过滤器方向

磁方法再生过滤器技术如:微波辐射再生、磁感应再生、微波结合其他手段的再生,而其中的微波辐射再生是应用最为普遍的一种磁方法再生过滤器技术,微波辐射再生用于燃烧排放微粒的概念早在1982年即已提出,微波辐射再生利用微波选择性加热的特性,可以达到将能量集中加热微粒以降低能耗的目的,同时又可使过滤器机体处于较低的温度以延长期使用寿命,其具有体积加热的特性,从而可以是沉积在过滤体内部的微粒就地吸热、着火、燃烧,过滤体内的温度梯度小,有利于过滤体的安全有效再生。随着电、磁加热再生过滤器技术的发展,单纯的利用电或磁的再生过滤器的技术已经不能满足人们的需求,于是二者结合的再生过滤器技术应运而生。

近几年来人民生活水平在不断的提高,在这一背景下人民对于生活环境的重视程度也在不断的提高,对环境提出了许多新要求。园林建设是人民所重点关注的一个问题,我国城市绿化建设的规模在不断的扩大,面积也在扩大,但是建设中依旧有一些夯待解决的问题,不利于城市环境的优化。所以,必须要提高重视程度,把树种的选择与色彩的搭配放到首要位置,增加生物多样性。我国对于这一项目的重视程度在不断的提高,并且给予了非常多的优惠政策,优良树种的引入给城市增添了新的生机,给城市带来了一些新的机遇,所以说我国彩色树种在园林绿化中的配置具有着非常好的发展前景。

3 结论

从国外电、磁加热过滤器再生的专利技术发展来看,该技术领域的技术成熟度很高,对于国内的申请人来说,要想绕开国外公司的专利壁垒,开辟新的途径是比较困难的。日益严格的排放法规促进了柴油机颗粒排放再生技术的发展,国外汽车公司对于中国市场的重视也在与日俱增,该领域的国外公司在华申请也在逐渐增多,国内申请人在该领域与国外公司抗衡的困难度比较高,国内企业还需要加大科研投入,进行技术革新,产品创新(本文所有作者对本文的贡献与第一作者等同)。

参考文献

[1]周泽兴等.柴油机排气净化技术研究的进展[A]环境催化和机动车尾气污染控制技术国际研讨会论文集[C],2001,7.

 
常征,钱晏强,颜胜,(均等同于第一作者)
《科学技术创新》 2018年第16期
《科学技术创新》2018年第16期文献

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