專利名稱：以金屬為載體的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于汽車尾氣處理領(lǐng)域，涉及一種以金屬為載體的、能夠?qū)Σ裼秃推桶l(fā)動(dòng)機(jī)尾氣進(jìn)行凈化處理的旋繞式結(jié)構(gòu)處理器。
背景技術(shù)：
隨著柴油機(jī)的增加和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，柴油機(jī)對(duì)空氣的污染問(wèn)題日益突出?，F(xiàn)有的柴油機(jī)排氣控制對(duì)策技術(shù)包含發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)、后處理技術(shù)和燃油技術(shù)等三個(gè)方面的內(nèi)容。其中后處理技術(shù)最為重要和關(guān)鍵，后處理技術(shù)是指將發(fā)動(dòng)機(jī)排放物質(zhì)在進(jìn)入大氣前進(jìn)行處理、進(jìn)一步減少NOx和PM污染物排放的技術(shù)，后處理技術(shù)主要有四種氧化催化劑技術(shù)、微粒捕集器(或微粒物過(guò)濾器)技術(shù)、NOx催化劑技術(shù)、微粒物和NOx同時(shí)凈化技術(shù)。當(dāng)今人們致力于發(fā)展此項(xiàng)技術(shù)。
表1蜂窩狀陶瓷載體和金屬載體的物理參數(shù)

除了改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)外，催化轉(zhuǎn)化器是一種凈化效率很高、迄今為止最有效的技術(shù)措施，催化轉(zhuǎn)化器的制造技術(shù)正以較快的速度不斷更新。催化轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)也隨著柴油機(jī)的發(fā)展而不斷更新，現(xiàn)在常用的載體為蜂窩陶瓷載體和蜂窩式金屬載體。蜂窩陶瓷載體雖然具有熱膨脹系數(shù)小、耐熱沖擊性能好、抗壓強(qiáng)度和抗震動(dòng)性能優(yōu)良的特點(diǎn)，但是還存在著它固有的缺點(diǎn)，即蜂窩陶瓷材料具有各向異性的特點(diǎn)，其徑向膨脹系數(shù)是橫向膨脹系數(shù)的兩倍，且微粒易沉積在進(jìn)氣孔道內(nèi)，因此再生過(guò)程受熱不均勻，易發(fā)生熱沖擊損壞(如表1)；而且當(dāng)前國(guó)內(nèi)沒(méi)有蜂窩陶瓷材料的生產(chǎn)廠家，我們需要從國(guó)外進(jìn)口，這樣費(fèi)用很高，所以我們選擇金屬材料作為催化劑的載體，這樣既經(jīng)濟(jì)又可以避免陶瓷載體的一些缺點(diǎn)。
早在20世紀(jì)60年代初，美國(guó)就開(kāi)發(fā)出第一代金屬蜂窩載體催化劑，它的載體是由平型和瓦楞型的金屬薄片相疊后卷繞成的圓柱型基體和外殼組合而成的，但是，由于當(dāng)時(shí)缺乏金屬薄片之間以及基體與外殼間的粘接技術(shù)，因而試驗(yàn)并未獲得成功。以后又采用兩端十字干固定方式和銅焊等，但是仍未達(dá)到所需的耐久性要求。直到20世紀(jì)80年代起，使用真空硬焊工藝來(lái)粘接金屬薄片以及基體與外殼，從而解決了金屬載體的固定問(wèn)題，但是還存在著很多弊端，排出氣體的凈化效率不是很高，發(fā)動(dòng)機(jī)排出系統(tǒng)壓力阻力大和催化劑的使用壽命短。
總之隨著設(shè)計(jì)的不斷完善，金屬蜂窩載體正越來(lái)越廣泛地被運(yùn)用在機(jī)動(dòng)車尾氣的催化凈化器中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有旋繞式金屬載體結(jié)構(gòu)的催化轉(zhuǎn)化器，該催化轉(zhuǎn)化器對(duì)汽車尾氣具有很高的凈化效率，能夠有效地降低發(fā)動(dòng)機(jī)排出系統(tǒng)壓力阻力和延長(zhǎng)催化劑的使用期限，使在載體內(nèi)的氣流分布盡可能的均勻，整個(gè)催化轉(zhuǎn)化器的壓力損失盡可能小。
本專利所述的催化轉(zhuǎn)化器由外殼、旋繞式結(jié)構(gòu)的金屬載體(可以是單質(zhì)金屬，二元合金，鎳鉻鋁合金，不銹鋼等)、氣流渦流器和擋板(擋板分為陶瓷擋和金屬擋板，其中金屬擋板和金屬載體相同可以是單質(zhì)金屬、二元合金、鎳鉻鋁合金、不銹鋼等)構(gòu)成。
外殼前后兩端具有入氣口蓋和出氣口蓋，在進(jìn)氣口蓋上有進(jìn)氣連接管，在出氣口蓋上有出氣口連接管，外殼由進(jìn)氣連接管和出氣連接管接在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管中間，組成一個(gè)整體密閉的催化器空間；旋繞式結(jié)構(gòu)的金屬載體分為催化一級(jí)和催化二級(jí)，催化一級(jí)包括第一催化褶皺帶，催化二級(jí)包括第二催化褶皺帶和第三催化褶皺帶，催化褶皺帶是將預(yù)先處理好的(預(yù)處理)金屬薄片先制作成瓦楞型(即回紋形狀)，然后沿與瓦楞平行的方向?qū)φ酆缶砝@成S型制成，對(duì)折后的兩片金屬薄片之間并不是接觸的，它們之間有一定的空隙，在1-2mm之間；預(yù)處理的過(guò)程如下
首先，利用噴砂機(jī)將金屬載體進(jìn)行噴砂處理其步驟為1、將載體所不需要噴砂的部位用防護(hù)蠟或防護(hù)膠紙封上作保護(hù)。貼防護(hù)膠紙或點(diǎn)防護(hù)蠟時(shí)，線條要流暢、整齊。
2、選擇直徑為0.3-1毫米的石英砂，放在噴砂機(jī)內(nèi)。
3、手持載體，將需要噴砂的部位放入噴砂機(jī)內(nèi)，對(duì)準(zhǔn)噴砂機(jī)出砂口，打開(kāi)氣壓閥門，石英砂通過(guò)空氣壓力噴在載體上，噴到合金表面，形成1-2微米的深坑。噴砂位置要求完整、均勻，以便達(dá)到效果。
處理后的載體在顯微鏡下觀察可以看到金屬表面粗糙，用眼觀察為光澤啞面。
其次，在齒的高度和密度一定的壓折機(jī)上將上述噴過(guò)砂的金屬載體壓出波紋型(即回紋)。
在次，將噴過(guò)砂的金屬載體用10％的硝酸酸洗(常溫下浸泡20-30分鐘)，然后，將酸洗過(guò)的金屬載體在用蒸餾水沖洗3-4遍，吹干，最后，用10％左右的酒精沖洗4-5遍，吹干。
第一催化褶皺帶嵌入到兩個(gè)絕緣的圓形陶瓷板之間，第一帶孔陶瓷板的中央帶有圓孔，第二帶孔陶瓷板的外緣有缺口，第一帶孔陶瓷板、第二帶孔陶瓷板及嵌入其間的第一級(jí)催化褶皺帶通過(guò)銷釘固定安裝在進(jìn)氣蓋上，并使第一帶孔陶瓷板的圓孔緊密安裝在進(jìn)氣管上；作為本專利的優(yōu)選實(shí)施方式，孔和缺口的面積分別等于進(jìn)氣連接管的面積。
第二催化褶皺帶和第三催化褶皺帶由第二金屬擋板彼此分開(kāi)，其兩端由第一金屬擋板、第三金屬擋板通過(guò)銷釘固定在出氣蓋上，第一金屬擋板的邊緣帶有缺口、第二金屬擋板中心帶圓孔且邊緣帶有缺口、第三金屬擋板中心帶有圓孔；作為本專利的優(yōu)選實(shí)施方式，第二催化褶皺帶和第三催化褶皺帶的長(zhǎng)度和寬度應(yīng)相同；金屬擋板上圓孔及邊緣缺口的面積應(yīng)等于排氣管的面積。
催化一級(jí)和催化二級(jí)間由氣體渦流器隔開(kāi)，氣體渦流器緊緊夾在第二陶瓷擋板和第一金屬擋板間，主要起攪拌作用使氣體混合的更均勻。汽車排放出來(lái)廢氣本身就具有了很大的速度，又由于第一陶瓷擋板是中央開(kāi)口、而第二陶瓷擋板是邊緣開(kāi)口且開(kāi)口沿?fù)醢寤∠蚴侵饾u增大的，因而氣體在催化一級(jí)中是旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的，渦輪片的存在使得旋轉(zhuǎn)前進(jìn)的氣體分開(kāi)，這樣氣體自身轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以等效的看作是渦流器在轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使氣體得到攪拌。這種設(shè)計(jì)減少了額外提供動(dòng)力帶動(dòng)渦流器轉(zhuǎn)動(dòng)的麻煩，節(jié)省了資源。而且由于具有一定寬度渦流器的存在，使得帶有銷釘帽的銷釘易于安裝各級(jí)擋板和各級(jí)催化褶皺帶共軸安裝，氣體流動(dòng)路線如圖1中的8所示，第一級(jí)中，氣體從第一帶孔陶瓷擋板中間進(jìn)入沿著S型褶皺帶流動(dòng)，最后從第二帶孔的陶瓷擋板的邊緣缺口流出，然后經(jīng)過(guò)渦流器使氣體充分?jǐn)嚢?；第二?jí)中，攪拌后的氣體經(jīng)過(guò)第一金屬擋板邊緣缺口進(jìn)入到催化帶中，其中一部分氣體沿著S型褶皺帶流動(dòng)并從第二金屬擋板中間的孔流出，然后直接流過(guò)第三催化帶，經(jīng)第三金屬擋板中間的孔流出，而還有一部分氣體是從第一金屬擋板邊緣缺口進(jìn)入到第二催化帶并直接經(jīng)過(guò)第二金屬擋板邊緣的缺口流入進(jìn)第三催化褶皺帶，然后在第三催化褶皺帶中沿著S型褶皺帶流動(dòng)，最后也從第三金屬擋板中間的孔流出。
進(jìn)氣連接管、排氣管連接管的連接方式是較為重要的。進(jìn)氣連接管是與原車排氣管相連接的部分，我們?cè)O(shè)計(jì)的催化凈化器的前、后端都采用法蘭來(lái)連接。進(jìn)、排氣管的直徑依據(jù)原車排氣管而定，其長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際需要而定。另外，在法蘭連接處要加真空墊以保證不漏氣。
此外，為解決低溫時(shí)催化效果不好的問(wèn)題，在本專利的催化一級(jí)上還加有電加熱裝置，通過(guò)車載電平為催化一級(jí)供電。
另外，為減小汽車尾氣在催化凈化器中流動(dòng)時(shí)的氣阻，各級(jí)催化褶皺帶的螺距應(yīng)一致，其由進(jìn)氣管或出氣管的橫截面積和金屬帶的寬度決定。
將上述制作好的S型金屬載體浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.02％-1％的鈀的水溶液中浸泡10分鐘-20分鐘，取出，100℃-200℃烘干2小時(shí)，300℃-400℃焙燒3小時(shí)-5小時(shí)，隨爐冷卻，即制備得到表面擔(dān)載有催化劑的金屬載體，進(jìn)一步安裝于催化器中，可制備得到含該金屬載體的汽車尾氣處理器。
使用本發(fā)明所述的催化轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)與已有的技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)及效果(1)就載體而言與傳統(tǒng)的陶瓷載體相比較，金屬載體由于金屬材料的本身的物理性能，金屬載體的壁厚可薄至0.05mm，其有效截面大大增加，從而可降低排氣背壓，有助于減少發(fā)動(dòng)機(jī)功率的損耗；(2)此載體使氣流分布更加的均勻；整個(gè)催化轉(zhuǎn)化器的壓力損失很??；(3)金屬載體較大的幾何表面積有利于提高催化劑對(duì)廢氣的凈化效率；(4)金屬載體良好的導(dǎo)熱性能和較低的熱容量有助于降低催化劑的起燃溫度；(5)金屬載體的延展性能好，抗震性強(qiáng)，不易發(fā)生脆裂，具于更持久的機(jī)械壽命；
(6)由于金屬的易加工性，此結(jié)構(gòu)中的S型催化褶皺層，比以往的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高了催化劑的效率；(7)就此催化轉(zhuǎn)化器具有兩個(gè)催化階段的特殊結(jié)構(gòu)而言它提高排出氣體的凈化效率，降低發(fā)動(dòng)機(jī)排出系統(tǒng)壓力阻力和延長(zhǎng)催化劑的使用期限；(8)而且此結(jié)構(gòu)制作工藝簡(jiǎn)單，費(fèi)用低廉。


圖1本專利所述的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2第一陶瓷擋板和第三金屬擋板結(jié)構(gòu)示意圖；圖3第二陶瓷擋板和第一金屬擋板結(jié)構(gòu)示意圖；圖4第二金屬擋板結(jié)構(gòu)示意圖；圖5(a)渦流器側(cè)視圖；圖5(b)渦流器正視圖；圖6催化一級(jí)中催化褶皺帶和陶瓷擋板疊加后的示意圖；圖7催化二級(jí)中催化褶皺帶和金屬擋板疊加后的示意圖；圖8催化褶皺帶正向示意圖。
如圖1所示，本專利所述的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器，主要由外殼1、旋繞式結(jié)構(gòu)的金屬載體、氣流渦流器6和擋板構(gòu)成，外殼1的前后兩端具有入氣口蓋3和出氣口蓋13，在進(jìn)氣口蓋上3有進(jìn)氣連接管2，在出氣口蓋13上有出氣口連接管14，外殼1由進(jìn)氣連接管2和出氣連接管14接在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管中間，組成一個(gè)整體密閉的催化器空間；在進(jìn)氣連接管2的后面緊接著安裝有催化一級(jí)，其內(nèi)部為扭絞成S形的第一催化褶皺帶5，第一催化褶皺帶5嵌入到第一帶孔陶瓷板4和第二帶孔陶瓷板18之間，并通過(guò)對(duì)稱分布的4個(gè)與金屬載體絕緣的銷釘固定安裝在進(jìn)氣蓋上，如圖2、圖3所示，第一帶孔陶瓷板4的中央帶有圓孔21，第二帶孔陶瓷板18的外緣有缺口22，圓孔21和外緣缺口22的面積分別等于進(jìn)氣連接管2的面積，其中20為安裝銷釘?shù)匿N釘孔，沿中心軸對(duì)稱分布；圖3中虛線與實(shí)線所圍部分即擋板的邊緣缺口22，其兩部分的面積和等于進(jìn)氣管接口2的面積，25為邊緣缺口的最大徑向距離；包括邊緣缺口22的擋板18其外沿與擋板4相同；
如圖5所示，是渦流器的結(jié)構(gòu)示意圖，其由具有一定寬度的金屬圓環(huán)構(gòu)成，在圓環(huán)金屬片的外側(cè)焊接有渦輪片24，渦輪片24的外沿與擋板4、18的外沿相同；渦流片24的長(zhǎng)度應(yīng)大于圖3所示擋板18邊緣缺口的最大徑向距離25和擋板7邊緣缺口的最大徑向距離25’；催化二級(jí)由寬度和長(zhǎng)度相同的第二催化褶皺帶9、第三催化褶皺帶11構(gòu)成，第二催化褶皺帶9和第三催化褶皺帶11中間有第二金屬擋板10，兩端有第一金屬擋板7和第三金屬擋板12，三個(gè)金屬擋板及其間的二個(gè)催化褶皺帶通過(guò)穿在銷釘孔20’內(nèi)的對(duì)稱分布的4個(gè)與金屬載體絕緣的銷釘17固定安裝在出氣蓋13上，第一金屬擋板7的邊緣帶有缺口22’，第三金屬擋板的中央帶有圓孔21’，第二金屬擋板10的中央帶有圓孔21’，邊緣帶有缺口22’，圓孔21’和缺口22’的面積等于出氣連接管14的面積；25’為邊緣缺口的最大徑向距離；包括邊緣缺口22’的擋板7、擋板10其外沿與擋板12相同；如圖6所示，是圖1催化一級(jí)中催化褶皺帶和陶瓷擋板疊加后的示意圖，其中16、16’是給第一催化褶皺帶5加熱的電極對(duì)，其接車載電平。催化褶皺帶5是將沿與回紋平行方向?qū)φ鄣耐呃阈徒饘俦∑砝@成S型，對(duì)折后的兩片金屬薄片之間并不是接觸的，它們之間有一定的空隙，在1-2mm之間。它不是以往的直通式催化凈化器催化帶(即由平型和瓦楞型的金屬薄片相疊后卷繞成圓柱型結(jié)構(gòu))，這種結(jié)構(gòu)避免了以往方法中還得焊接的麻煩。由于金屬薄片載體所圍成的孔道的表面是瓦楞型的波紋，使氣體的流動(dòng)狀態(tài)由層流變成了湍流，從而增加了廢氣與孔道表面的傳質(zhì)和傳熱，進(jìn)一步提高了擔(dān)載在金屬薄片表面的催化劑的凈化效率。其中，20為向進(jìn)氣蓋3固定催化一級(jí)的銷釘孔，21為第一陶瓷擋板4的中央圓孔，22為第二陶瓷擋板18的邊緣缺口。催化褶皺帶5的表面是瓦楞型的，即回紋型。
如圖7所示，是圖1催化二級(jí)中催化褶皺帶和金屬擋板疊加后的示意圖，催化褶皺帶9同樣是將沿與回紋平行方向?qū)φ鄣耐呃阈徒饘俦∑砝@成S型，對(duì)折后的兩片金屬薄片之間并不是接觸的，它們之間有一定的空隙，在1-2mm之間。由于金屬薄片載體所圍成的孔道的表面是瓦楞型的波紋，使氣體的流動(dòng)狀態(tài)由層流變成了湍流，從而增加了廢氣與孔道表面的傳質(zhì)和傳熱，進(jìn)一步提高了擔(dān)載在金屬薄片表面的催化劑的凈化效率。其中，20’為向出氣蓋13固定催化二級(jí)的銷釘孔，21’為第二金屬擋板10和第三金屬擋板12的中央圓孔，22’為第一金屬擋板7和第二金屬擋板10的邊緣缺口，催化褶皺帶9的表面同樣是瓦楞型的，即回紋型。
如圖8所示，是催化褶皺帶的正視圖，可見(jiàn)其扭成S型，M代表螺距，由于是將瓦楞型金屬片扭成S型，因此，從正面看，催化褶皺帶應(yīng)是回紋型的，即圖示的催化褶皺帶的邊緣情形，為畫圖的方便，其余部分沒(méi)有畫出，僅以平滑線替代。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)兩個(gè)例子，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1如圖1，在催化一級(jí)中，氣體是從擋板4的中央流入，而沿著擋板18的外緣缺口流入到第二級(jí)15中。催化二級(jí)15是由兩個(gè)長(zhǎng)度和寬度相同的扭絞成S形的第二催化褶皺帶9和第三催化褶皺帶11構(gòu)成，催化二級(jí)15的催化褶皺帶借助于金屬擋板10(如圖2、3、4所示)相隔，而陶瓷擋板4、18夾著第一催化褶皺帶5，用銷釘17穿起來(lái)，固定在凈化器的入口蓋3上，金屬擋板7、10、12同樣夾著第二催化褶皺帶和第三催化褶皺帶，用銷釘17′穿起來(lái)固定在出氣口蓋13上。氣體流動(dòng)路線如圖1中的8所示，第一級(jí)中，氣體從擋板4中間的孔進(jìn)入沿著S型褶皺帶流動(dòng)，最后從擋板18邊緣的缺口流出，然后經(jīng)過(guò)渦流器6使氣體充分?jǐn)嚢?；第二?jí)中，攪拌后的氣體經(jīng)過(guò)擋板7邊緣缺口進(jìn)入到催化帶9，其中一部分氣體沿著S型褶皺帶流動(dòng)并從擋板10中間的孔流出，然后直接流過(guò)催化帶11，經(jīng)擋板12中間的孔流出，而還有一部分氣體是從擋板7邊緣缺口進(jìn)入到催化帶9直接經(jīng)過(guò)擋板10邊緣的缺口流入到催化帶11，然后在11中沿著S型褶皺帶流動(dòng)，最后也從擋板12中間的孔流出。
擋板12沿著中央有缺口，而擋板7和10沿著外緣有缺口，安裝時(shí)缺口的位置是相對(duì)應(yīng)的，也就是在同一個(gè)位置。在催化的第一和第二級(jí)之間建立氣體流體作業(yè)的渦流器6，如圖5所示，其目的是使氣體混合得更加均勻，在陶瓷擋板18和金屬擋板7之間，用這兩塊擋板將渦流器6夾緊。催化凈化的第一級(jí)要通過(guò)導(dǎo)線借助于蓄電池給第一催化褶皺帶5加熱，如圖1和6所示，其中圖1和圖6中的16就是接電用的接線柱，圖6是圖1從A方向看過(guò)去的截面圖，為清晰表示相互間的位置關(guān)系，將擋板4的中央圓孔、擋板18的邊緣缺口一并畫在該圖中了，而圖6、圖7內(nèi)部我們看到的應(yīng)該是催化褶皺帶，從這個(gè)角度看過(guò)去應(yīng)該是波紋型的，為使構(gòu)圖方便，我們沒(méi)有畫出，而以平滑的曲線替代，其詳細(xì)的信息見(jiàn)圖8。為了使第一級(jí)與第二級(jí)之間絕緣，4、18應(yīng)選用兩片陶瓷絕緣擋板，擋板4的中心帶圓孔，擋板18的邊緣帶缺口，圓孔和缺口的面積都等于進(jìn)氣管2的橫截面積。另外在擋板4、18上都各自相應(yīng)的位置上均勻?qū)ΨQ地分布著4個(gè)小孔，以便將第一級(jí)金屬載體用套裝有絕緣保護(hù)套的銷釘17固定于擋板4、18之間，最后固定于凈化器的前蓋3上。
7、10、12均為金屬擋板，其與我們選取的催化帶金屬成分相同，擋板7、10、12和催化帶我們分別可以選取單質(zhì)金屬、二元合金、不銹鋼和鐵鉻鋁合金等。擋板7邊緣帶缺口、擋板10的中心帶圓孔且邊緣帶缺口、擋板12的中心帶圓孔，無(wú)論是中間的圓孔還是邊緣的缺口都等于排氣管14的橫截面積。
由于第二級(jí)載體的總寬度較大，若氣流完全繞中心軸線前進(jìn)則會(huì)使系統(tǒng)的氣阻顯著的增加，為此將擋板10的中心做一個(gè)圓孔，它主要起到了分流作用，這樣既保證了氣流按螺旋形前進(jìn)，又降低了系統(tǒng)的氣阻。另外在擋板7、10、12各自相應(yīng)的位置上也均勻?qū)ΨQ地分布著4個(gè)小孔，以供銷釘將第二級(jí)載體固定于后端蓋13上，為區(qū)別催化一級(jí)中的銷釘，將此處的銷釘定義為17’。在各擋板的孔洞和缺口的面積設(shè)計(jì)時(shí)要充分保證各處氣流均勻性，以避免因氣流紊亂而造成系統(tǒng)的氣阻增加。
進(jìn)氣管2，排氣管14的連接方式是較為重要的，進(jìn)氣管2它是與原車排氣管相連接的部分。接口處有的采用法蘭來(lái)相聯(lián)，有的直接焊接，也有的用插入式——即通過(guò)夾箍與原車排氣管夾緊。我們?cè)O(shè)計(jì)的催化凈化器的前、后端都采用法蘭來(lái)連接。進(jìn)、排氣管的直徑依據(jù)原車排氣管而定，其長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際需要而定。另外，在法蘭連接處要加真空墊以保證不漏氣。
本專利所述的旋繞式催化凈化器的載體為兩級(jí)三段式結(jié)構(gòu)。第一級(jí)為電加熱部分，由帶電極的波紋狀金屬帶對(duì)折后卷成S狀如圖6、8所示。在卷制過(guò)程中要保證螺距一致，這樣可減小系統(tǒng)的氣阻。螺距的大小由進(jìn)氣管的橫截面積和金屬帶的寬度決定，要保證氣體在載體內(nèi)部作螺旋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所通過(guò)的有效截面積等于進(jìn)氣管的橫截面積。
第二級(jí)15是非加熱部分，為兩段式結(jié)構(gòu)，并且這兩段的結(jié)構(gòu)和尺寸完全相同，它們之間用金屬擋板10隔開(kāi)。之所以將這兩段載體設(shè)計(jì)成完全相同結(jié)構(gòu)是為了保證氣體進(jìn)入這兩段的機(jī)會(huì)均等，相互之間不發(fā)生排斥作用，進(jìn)而降低系統(tǒng)氣阻，這兩段載體同樣用波紋形金屬帶對(duì)折后卷成S狀結(jié)構(gòu)如圖7、8所示，在卷制過(guò)程中也要保證螺距一致，其大小由排氣管的橫截面積和金屬帶的寬度決定。要保證氣體在載體內(nèi)部作螺旋運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所通過(guò)的有效截面積等于排氣管的橫截面積。為增加載體的機(jī)械強(qiáng)度，要同樣用帶有絕緣套的銷釘17’加以固定。
氣體按照?qǐng)D1虛線箭頭8的方向從第一級(jí)的中間部分進(jìn)入沿著催化褶皺帶的S形路線螺旋形前進(jìn)流入到外殼1，然后又經(jīng)過(guò)18，7外緣的缺口螺旋形前進(jìn)流過(guò)第二級(jí)8從13中間缺口流出。這樣氣體與催化劑的接觸時(shí)間與熟悉的結(jié)構(gòu)(例如直通式催化凈化器—?dú)饬餮貎艋鬏S線方向運(yùn)動(dòng)的)比較提高了10-12倍，而同樣地允許達(dá)到了炭黑分解的程度在凈化的第一級(jí)已達(dá)到了65-70％。而在凈化的第二級(jí)氣流的方向發(fā)生改變，氣流從凈化器的外緣流入到他的中心部分。這樣提高了催化褶皺帶流過(guò)氣流的接觸時(shí)間，且在這個(gè)結(jié)果下凈化的程度提高，凈化程度達(dá)到了，對(duì)于CO是92-96％，對(duì)于碳?xì)浠衔?5-95％，氮的氧化物是60-70％。
S型金屬載體的制作方法先將處理好的(經(jīng)過(guò)噴砂和預(yù)處理過(guò))表面存在著徑向波紋的金屬薄片制作成瓦楞型(500目)，即回紋形狀，前后對(duì)折后卷繞成S型，如圖8所示的方式卷曲，但是前后對(duì)折后的兩片金屬薄片之間并不是接觸的，它們之間有一定的空隙，在1-2mm之間。它不是以往的直通式催化凈化器催化帶，由平型和瓦楞型的金屬薄片相疊后卷繞成圓柱型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)避免了以往方法中還得焊接的麻煩。由于金屬薄片載體的孔道的表面存在著徑向波紋，使氣體的流動(dòng)狀態(tài)由層流變成了湍流，從而增加了廢氣與孔道表面的傳質(zhì)和傳熱，進(jìn)一步提高了擔(dān)載在金屬薄片表面的催化劑的凈化效率。
進(jìn)、排氣管的直徑均由原車而定，其長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際需要而定。外殼1的中內(nèi)筒體的橫截面積依然為進(jìn)氣管橫截面積的K倍(10≤K≤15)。金屬帶的卷制過(guò)程中為了保證各向同性，層與層之間是等間距的，所謂的螺距是指二倍層間距的長(zhǎng)度。如圖8所示。
此例中我們選用鎳鉻合金作為載體和金屬擋板。
a)加熱金屬帶寬度在進(jìn)氣管和中內(nèi)筒體的直徑確定之后，我們可根據(jù)所需的功率和實(shí)際車型確定加熱金屬帶的寬度，這個(gè)加熱金屬帶的寬度D1一般在120mm-160mm之間(可以根據(jù)實(shí)際情況確定)；金屬薄厚為h(0.05mm-0.5mm)，金屬帶波紋的高為H(0.5～3mm)，所需功率為W(2～2.5kw)。
此專利中進(jìn)氣管的橫截面積為F1＝6362mm2，中內(nèi)管體的直徑R0＝175mm，金屬帶寬D1＝140mm，金屬帶波紋的高H＝0.5mm，螺距為M1則有M1＝F1÷D1+H所以M1＝46mm功率W＝2.5kw，電阻率為ρ＝1.09*10-6，汽車電瓶電壓為U(通常為24V)，金屬薄厚h＝0.1mm，金屬帶電阻為R，則有W=U2RR=ρL1D1·h]]>所以金屬帶的長(zhǎng)度L1＝3600mmb)非加熱金屬帶根據(jù)實(shí)際情況確定第二催化褶皺帶的寬度，但此段金屬帶不宜過(guò)寬，D2一般在190mm-250mm之間。金屬帶過(guò)寬，層間距過(guò)小，實(shí)驗(yàn)證明，這樣不利于系統(tǒng)氣阻的降低。金屬帶寬為D2＝200mm，排氣管的橫截面積為F2＝6300mm2，螺距為M2。
則有M2＝F2÷D2+HM2＝32mmL2＝6100mm第三催化褶皺帶與第二催化褶皺帶是完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，故尺寸相同。一般情況下，氣體通過(guò)裝置的時(shí)間T在(0.1～0.2秒)內(nèi)，由催化劑的性能決定。此專利整體結(jié)構(gòu)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行臺(tái)駕試驗(yàn)，其凈化效率可達(dá)到85％以上。
實(shí)施例2a)加熱金屬帶寬度在進(jìn)氣管和中內(nèi)筒體的直徑確定之后，我們可根據(jù)所需的功率和實(shí)際車型確定加熱金屬帶的寬度，這個(gè)加熱金屬帶的寬度D1一般在120mm-160mm之間(可以根據(jù)實(shí)際情況確定)；金屬薄厚為h(0.05mm-0.5mm)，金屬帶波紋的高為H(0.5～3mm)，所需功率為W(2～2.5kw)。
此專利中進(jìn)氣管的橫截面積為F1＝6362mm2，中內(nèi)管體的直徑R0＝175mm，金屬帶寬D1＝122mm，金屬帶波紋的高H＝1.8mm，螺距為M1則有M1＝F1÷D1+H所以M1＝54mm功率W＝2.1kw，電阻率為ρ＝1.09*10-6，汽車電瓶電壓為U(通常為24V)，金屬薄厚h＝0.1mm，金屬帶電阻為R，則有
W=U2RR=ρL1D1·h]]>所以金屬帶的長(zhǎng)度L1＝3100mmb)非加熱金屬帶根據(jù)實(shí)際情況確定第二催化褶皺帶的寬度，但此段金屬帶不宜過(guò)寬，D2一般在190mm-250mm之間。金屬帶過(guò)寬，層間距過(guò)小，實(shí)驗(yàn)證明，這樣不利于系統(tǒng)氣阻的降低。金屬帶寬為D2＝195mm，排氣管的橫截面積為F2＝6300mm2，螺距為M2。
則有M2＝F2÷D2+HM2＝34mmL2＝5529mm第三催化褶皺帶與第二催化褶皺帶是完全對(duì)稱結(jié)構(gòu)，故尺寸相同。一般情況下，氣體通過(guò)裝置的時(shí)間T在(0.1～0.2秒)內(nèi)，由催化劑的性能決定。此專利整體結(jié)構(gòu)在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行臺(tái)駕試驗(yàn)，其凈化效率可達(dá)到85％以上。
權(quán)利要求
1.以金屬為載體的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器，其由外殼、旋繞式結(jié)構(gòu)的金屬載體、氣流渦流器和擋板構(gòu)成，其特征在于a、外殼(1)前后兩端具有進(jìn)氣口蓋(3)和出氣口蓋(13)，在進(jìn)氣口蓋(3)上有進(jìn)氣連接管(2)，在出氣口蓋(13)上有出氣口連接管(14)，外殼(1)由進(jìn)氣連接管(2)和出氣連接管(14)接在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管中間，組成一個(gè)整體密閉的催化器空間；b、旋繞式結(jié)構(gòu)的金屬載體分為催化一級(jí)和催化二級(jí)(15)，催化一級(jí)包括第一催化褶皺帶(5)，催化二級(jí)(15)包括第二催化褶皺帶(9)和第三催化褶皺帶(11)；c、第一催化褶皺帶(5)嵌入到兩個(gè)絕緣的圓形陶瓷板之間，第一帶孔陶瓷板(4)的中央帶有圓孔(21)，第二帶孔陶瓷板(18)的外緣有缺口(22)，第一帶孔陶瓷板(4)、第二帶孔陶瓷板(18)及嵌入其間的第一級(jí)催化褶皺帶(5)通過(guò)帶有絕緣套的銷釘(17)固定安裝在進(jìn)氣蓋上(3)，并使第一帶孔陶瓷板的中央圓孔(21)緊密安裝在進(jìn)氣管(2)上；d、第二催化褶皺帶(9)和第三催化褶皺帶(11)由第二金屬擋板(10)彼此分開(kāi)，其兩端由第一金屬擋板(7)、第三金屬擋板(12)通過(guò)銷釘(17’)固定在出氣蓋(13)上，第一金屬擋板(7)的邊緣帶有缺口(22’)、第二金屬擋板(10)的中心帶圓孔(21’)且邊緣帶有缺口(22’)、第三金屬擋板(12)中心帶有圓孔(21’)，；e、催化一級(jí)和催化二級(jí)(15)間由氣體渦流器(6)隔開(kāi)，氣體渦流器(6)緊緊夾在第二陶瓷檔板(18)和第一金屬擋(7)板間。
2.如權(quán)利要求1所述的以金屬為載體的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器，其特征在于第一陶瓷擋板中央圓孔(21)和第二陶瓷擋板邊緣缺口(22)的面積分別等于進(jìn)氣連接管(2)的面積。
3.如權(quán)利要求1所述的以金屬為載體的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器，其特征在于第一金屬擋板(7)、第二金屬擋板(10)的邊緣缺口(22’)、第二金屬擋板(10)、第三金屬擋板(12)的中央圓孔(21’)的面積分別等于排氣管(14)的面積。
4.如權(quán)利要求1所述的以金屬為載體的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器，其特征在于第二催化褶皺帶(9)和第三催化褶皺帶(11)的長(zhǎng)度和寬度相同。
5.如權(quán)利要求1所述的以金屬為載體的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器，其特征在于催化褶皺帶是將經(jīng)過(guò)噴砂和預(yù)處理過(guò)的表面存在著徑向波紋的金屬薄片先制作成瓦楞型，然后沿與瓦楞平行的方向?qū)φ酆缶砝@成s型制成，對(duì)折后的兩片金屬薄片之間的空隙在1-2mm之間。
6.如權(quán)利要求1所述的以金屬為載體的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器，其特征在于金屬載體及金屬檔板是單質(zhì)金屬、二元合金、鎳鉻鋁合金或不銹鋼。
7.如權(quán)利要求1所述的以金屬為載體的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器，其特征在于渦流器(6)由具有一定寬度的金屬圓環(huán)構(gòu)成，在圓環(huán)金屬片的外側(cè)焊接有渦輪片(24)，渦輪片(24)的外沿與第一陶瓷擋板(4)或第二陶瓷擋板(18)的外沿相同，渦流片(24)的長(zhǎng)度大于第二陶瓷擋板(18)邊緣缺口的最大徑向距離(25)和第一金屬擋板(7)邊緣缺口的最大徑向距離(25’)。
8.如權(quán)利要求1-7任何一項(xiàng)所述的以金屬為載體的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器，其特征在于在催化一級(jí)的第一催化褶皺帶(5)上加有電加熱裝置，通過(guò)車載電平由電極對(duì)(16)、(16’)為催化一級(jí)供電。
9.如權(quán)利要求1-7任何一項(xiàng)所述的以金屬為載體的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器，其特征在于第一催化褶皺帶(5)的螺距一致，其由進(jìn)氣管(2)的橫截面積F1和金屬帶的寬度D1及金屬帶波紋的高H決定，即螺距M1＝F1÷D1+H。
10.如權(quán)利要求1-7任何一項(xiàng)所述的以金屬為載體的旋繞式結(jié)構(gòu)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣處理器，其特征在于第二催化褶皺帶(9)和第二催化褶皺帶(11)的螺距一致，其由出氣管(14)的橫截面積F2和金屬帶的寬度D2及金屬帶波紋的高H決定，即螺距M2＝F2÷D2+H。
全文摘要
本發(fā)明屬于汽車尾氣處理領(lǐng)域，涉及一種以金屬為載體的、能夠?qū)Σ裼秃推桶l(fā)動(dòng)機(jī)尾氣進(jìn)行凈化處理的旋繞式結(jié)構(gòu)處理器。其由外殼、旋繞式結(jié)構(gòu)的金屬載體、氣流渦流器和擋板構(gòu)成，外殼(1)前后兩端具有進(jìn)氣口蓋(3)和出氣口蓋(13)，在進(jìn)氣口蓋(3)上有進(jìn)氣連接管(2)，在出氣口蓋(13)上有出氣口連接管(14)，外殼(1)由進(jìn)氣連接管(2)和出氣連接管(14)接在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管中間，組成一個(gè)整體密閉的催化器空間；旋繞式結(jié)構(gòu)的金屬載體分為催化一級(jí)和催化二級(jí)(15)，催化一級(jí)包括第一催化褶皺帶(5)，催化二級(jí)(15)包括第二催化褶皺帶(9)和第三催化褶皺帶(11)。本產(chǎn)品具有易加工、催化效率高等優(yōu)良效果。
文檔編號(hào)F01N3/28GK1865673SQ20061001696
公開(kāi)日2006年11月22日 申請(qǐng)日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月23日
發(fā)明者韓煒, 劉光輝, 郭淑麗, 牛曉巍, 周亮, 維基·瓦列里, 波羅金·維克多 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)