專利名稱：用于污染控制裝置的混合式安裝系統(tǒng)的制作方法
發(fā)明的背景本發(fā)明涉及污染控制裝置，尤其涉及用于汽車排氣系統(tǒng)的催化轉化器及柴油機微粒過濾器或者分離器。該污染控制裝置典型地包括一金屬殼體，其中一整塊(monolite)元件通過一彈性且柔性的安裝墊層固定安裝在該外殼之中。該安裝墊層由一種具有由非膨脹陶瓷纖維復合材料所制成的插入層的膨脹板材組成。
污染控制裝置普遍使用在機動車上，以控制大氣污染。目前廣泛采用兩種類型的裝置-催化轉化器和柴油機微粒過濾器或者分離器。催化轉化器包含一觸媒劑，該觸媒劑典型地被涂覆在安裝在轉化器內(nèi)的整塊結構上。雖然金屬整塊已被用于該整塊結構，但典型地為陶瓷。觸媒劑氧化一氧化碳和碳氫化合物，并減少汽車廢氣中氮的氧化物，以控制大氣污染。由于在這些催化過程中要經(jīng)受相對高的溫度，因此陶瓷已成為了用于觸媒劑支持物的自然選擇。特別有用的觸媒劑支持物為例如美國專利公開27347號中所述的陶瓷蜂窩結構。
新近，利用金屬觸媒劑支持物(金屬整塊)的催化轉化器也被用于此目的。(例如，參見英國專利1,452,982號、美國專利4,381,590號以及SAE(美國汽車工程師學會)論文850131)。
最普遍的柴油機微粒過濾器或者分離器為整塊壁流式過濾器。這些整塊壁流式柴油機微粒過濾器元件典型地由蜂窩狀、多孔、晶狀陶瓷材料(例如，堇青石)組成。典型地塞住蜂窩狀結構的交替單元，以便廢氣進入一個單元蜂窩內(nèi)，迫使廢氣通過一個單元蜂窩的多孔壁，并從另一單元蜂窩流出該結構。柴油機微粒過濾器元件的尺寸取決于特定應用場合的需要?？捎玫牟裼蜋C微粒過濾器元件為可從市場上買到的、例如來自紐約州的Corning的Corning Inc.以及日本的Nagoya的NGK Insulator Ltd.的過濾器元件。在1981出版的SAE(美國汽車工程師學會)技術論文集中的第810114號論文、由Howitt等人所著的“蜂窩狀陶瓷柴油機微粒過濾器”中討論了可用的柴油機微粒過濾器元件。
在這些裝置的技術結構中，各種類型的裝置具有一金屬殼體，在該殼體中保持著一可為金屬或者陶瓷、最普遍地為陶瓷的整塊結構或者元件。該整塊結構在一被稱作為封裝的過程中安裝在殼體內(nèi)。在該整塊與殼體之間存在一間隙或者空間，由于該整塊與殼體都存在著尺寸公差的范圍，因此該間隙或者空間是變化的。當該整塊位于該范圍的小端并且殼體位于該范圍的大端時，該間隙為最大。為避免損壞該整塊，并將其保持在適當位置上，典型地在封裝之前，將一安裝材料，例如一膨脹安裝墊層或者一膨脹軟膏料(paste)環(huán)繞著該整塊設置。該安裝材料填滿該間隙。在將被包裹的整塊插入到殼體之中后，壓制封閉該外殼，并焊接沿著殼體側向邊緣的凸緣。在安裝在機動車上之后，由熱廢氣來加熱該污染控制裝置，該熱廢氣膨脹產(chǎn)生附加的保持壓力的膨脹材料。壓力大小由材料的安裝密度以及使用溫度來決定。倘若安裝密度過低，則所產(chǎn)生的壓力不足以將該整塊保持在適當位置上。倘若安裝密度過高，則位于殼體與該整塊之間的安裝材料會施加過量的壓力，從而引起殼體的變形以及/或者該整塊的損壞。
在將該整塊固定在殼體之中后，膨脹安裝材料起到避免或者減小來自于會對污染控制裝置產(chǎn)生問題的其它條件的破壞作用。該裝置可在安裝到一機動車內(nèi)之前和之后經(jīng)受破壞性的振動。另外，整個裝置在各種時期段經(jīng)受升高的溫度，例如超過300℃。
包含在金屬殼體內(nèi)的陶瓷整塊的熱膨脹系數(shù)通常小于金屬(通常為不銹鋼)殼體的熱膨脹系數(shù)的一個數(shù)量級，以便當處于升高的溫度時，安裝材料必須充分地膨脹以補償這有差異的膨脹，但又不能產(chǎn)生可能損壞殼體或者整塊的過量的壓力。該安裝材料還防止熱廢氣從該整塊與金屬殼體之間通過(從而從旁路通過該觸媒劑)。
典型地，該安裝材料包括無機粘合劑、也可用作為粘合劑的無機纖維、膨脹材料、以及任意的有機粘合劑、纖維及其它輔助品。該材料被用作為軟膏料、板材及墊層?？捎糜趯⒃撜麎K安裝在殼體內(nèi)的陶瓷墊層材料、陶瓷軟膏料、膨脹板材在例如美國專利3,916,057號(Hatch等人)、4,305,992號(Langer等人)、4,385,135號(Langer等人)、5,254,416號(Langer等人)、5,242,871號(Hashimoto等人)、3,001,571號(Hatch)、5,385,873號(MacNeil)、5,207,989號(MacNeil)、以及英國專利1,522,646號(Wood)中有所描述。
TenEyck的美國專利4,999,168號描述了一種抵抗破裂的膨脹板，它具有一層預制的膨脹層，該膨脹層與一諸如牛皮紙、塑料薄膜、無機織物之類的板材的加強層粘接在一起。
Merry等人的美國專利4,865,818號描述了一種通過用一較薄的墊層材料至少兩次環(huán)繞著該整塊包裹呈一層的合理式樣來制造一催化轉化器的方法。
Merry的美國專利4,929,429號描述了一種用于催化轉化器的復合材料，它具有一縫合-粘結至一膨脹墊層材料的陶瓷纖維墊層。
Langer等人的美國專利4,048,363號描述了一種復合材料，它具有至少兩層相似板材的膨脹材料。
當污染控制裝置在高溫與低溫之間循環(huán)時，位于該整塊(金屬或者陶瓷)與殼體之間的間隙的大小連續(xù)變化，并且安裝墊層被反復地壓縮與釋放。當殼體達到極高的溫度時，即超過700℃的情況下，殼體會發(fā)生變形。在這些情況中，傳統(tǒng)的膨脹墊層安裝材料缺乏向該整塊提供持續(xù)支持的高溫回彈能力。因此，需要這樣一種安裝系統(tǒng)，它可充分地回彈并壓縮，以適應位于該整塊與金屬殼體之間的間隙的變化，并且金屬殼體不會發(fā)生變形。另外，雖然該技術的安裝板材具有它們自己的效用和優(yōu)越性，但是仍然需要改善使用在污染控制裝置中的安裝材料。另外，需要提供在整個較寬的溫度范圍內(nèi)都能起到良好作用的材料。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種用于污染控制裝置的混合式(hybrid)安裝系統(tǒng)，它采用一種位于一金屬殼體中的整塊結構。該安裝系統(tǒng)包括一設置在該整塊與污染控制裝置的金屬殼體之間的安裝墊層。該安裝墊層包括由一種彈性、柔性、含纖維的非膨脹材料制成的、沿著安裝墊層的一側向邊緣設置的插入層。在一較佳實施例中，該安裝墊層為一種膨脹材料，并且彈性、柔性、含纖維的插入層是由一種非膨脹材料制成的。該混合式安裝墊層用于保護位于催化轉化器、柴油機微粒過濾器以及高溫過濾器中的易碎的整塊結構。該混合式安裝墊層具有結合膨脹安裝墊層與非膨脹插入層的屬性的優(yōu)點。
附圖簡介

圖1是一種催化轉化器的分解立體圖，示出了本發(fā)明的安裝系統(tǒng)。
圖2是圖1所示的催化轉化器的視圖，示出了從整塊上剝離的本發(fā)明的安裝系統(tǒng)。
圖3A所示為一種由膨脹材料制成的已有技術的接合系統(tǒng)。
圖3B所示為環(huán)繞著一整塊設置的圖3A所示的安裝系統(tǒng)的截面圖。
圖4A所示為本發(fā)明安裝系統(tǒng)的一較佳實施例。
圖4B所示為環(huán)繞著一整塊設置的圖4A所示的安裝系統(tǒng)的截面圖。
圖4C所示為圖4A所示安裝系統(tǒng)的一種變化形式。
圖5A所示為本發(fā)明安裝系統(tǒng)的一替換實施例。
圖5B所示為環(huán)繞著一整塊設置的圖5A所示的安裝系統(tǒng)的截面圖。
圖6A所示為本發(fā)明安裝系統(tǒng)的一替換實施例。
圖6B所示為環(huán)繞著一整塊設置的圖6A所示的安裝系統(tǒng)的截面圖。
圖7A所示為本發(fā)明安裝系統(tǒng)的一替換實施例。
圖7B所示為環(huán)繞著一整塊設置的圖7A所示的安裝系統(tǒng)的截面圖。
圖8A所示為本發(fā)明安裝系統(tǒng)的一替換實施例。
圖8B所示為環(huán)繞著一整塊設置的圖8A所示的安裝系統(tǒng)的截面圖。
圖9所示為一種具有一復式整塊的催化轉化器的一替換實施例。
圖10所示為本發(fā)明安裝系統(tǒng)的一替換實施例。
圖11所示為本發(fā)明安裝系統(tǒng)的另一替換實施例。
發(fā)明的詳述雖然本發(fā)明的安裝系統(tǒng)適用于各種污染控制裝置中，例如催化轉化器和柴油機微粒過濾器或者分離器，但是這里是將它的使用與催化轉化器結合在一起進行描述的。該描述用于作為對本發(fā)明安裝系統(tǒng)的使用所進行的說明，但不應被看作為該安裝系統(tǒng)對催化轉化器的使用的限制。
現(xiàn)在請參閱圖1和圖2，催化轉化器10包括通常具有錐形入口14和出口16的金屬殼12。該殼體也可稱作為罐體或外殼，它可由本技術領域中的用于這種用途的已知的適當材料制成，它典型地由金屬制成。該殼體較佳地由不銹鋼制成。設置在殼體12中的是一整塊催化件20，該催化件由一種蜂窩結構的整塊陶瓷或者金屬形成。也可稱作為整塊的適當?shù)拇呋D化器元件在本技術領域中是已知的，包括那些由金屬或者陶瓷所制成的。該整塊或者元件用于支承轉化器的催化材料。例如，在美國專利RE27,747號(Johnson)中揭示了一種有用的催化轉化器元件。整塊20具有大量的、氣體可從中通過的流動通道(圖中未示出)。涂覆在催化轉化器元件上的催化材料包括那些本技術領域中已知的催化材料(例如，諸如釕、鋨、銠、銥、鎳、鈀及鉑之類的金屬，以及諸如五氧化二釩(vanadium pentoside)及二氧化鈦之類的金屬氧化物)。更進一步的細節(jié)請參閱美國專利3,441,381號(Keith等人)中所介紹的催化涂層。
環(huán)繞著整塊20的是混合式安裝系統(tǒng)24。安裝系統(tǒng)24包括一塊由膨脹材料所制成的墊層26，該墊層具有由一塊基本無固體雜質(zhì)的(shot-free)陶瓷纖維的彈性、柔性、含纖維的墊層形成的插入層28。插入層28被設置成該插入層28的至少一側邊緣沿著膨脹墊層26的側向邊緣延伸。
如圖4A-8B所示，圖中示出了插入層28的多種定位方式，其中該插入層被設置成沿著膨脹墊層26的一側邊緣延伸。圖3A和3B所示為一種不具有插入層28的膨脹墊層26。圖3B示出了設置在外殼12與整塊20之間的膨脹墊層26的截面圖。
圖4A所示為與膨脹墊層26相交替的非膨脹插入層28，以便安裝系統(tǒng)24的側向邊緣32呈現(xiàn)膨脹與非膨脹的交替段。圖4C所示為安裝系統(tǒng)24的一種變化形式，其中各墊層26和插入層28在一端處形成有一突出部分30，而在另一端處形成有一凹槽部分31。各墊層26的突出部分30固定到一相鄰插入層28的凹槽31內(nèi)，或者與其相配合。同樣，各插入層28的突出部分固定到一相鄰墊層26的凹槽31內(nèi)，或者與其相配合。在圖示的實施例中，各突出部分30的尺寸是相同的，并且各凹槽31的尺寸是相等的。各墊層26的突出部分30的尺寸最好僅與一插入層28的凹槽31相配合，而各插入層28的突出部分30的尺寸最好僅與一墊層26的凹槽31相配合。要明白的是，可以多種途徑來進一步修改該安裝系統(tǒng)24以適應此處未提到的其它類型的整塊及外殼，包括減小或者增加各類型段的數(shù)量，改變用于安裝系統(tǒng)24的一段或者多段的形狀。采用不同凹槽與突出部分的排列設置也是可行的。
如圖4B所示，當安裝系統(tǒng)24環(huán)繞著整塊20被設置在外殼12中時，非膨脹插入層28較佳地沿著整塊20的具有最大曲率半徑的部分進行設置。插入層28較佳地沿著整塊20的具有最大曲率半徑的部分進行設置的原因在于，這部分區(qū)域與外殼12的、在由于安裝系統(tǒng)24的壓縮所引起的過度壓力下極可能變形的部分相對應。如上所述，在污染控制裝置達到極高的溫度、即大于大約700℃的情況下，該殼體可能會發(fā)生變形。當處于這些高溫時，傳統(tǒng)的膨脹安裝材料會大大地膨脹，從而施加在外殼12內(nèi)側上的由此產(chǎn)生的壓力會極大。另外，當處于這些高溫時，外殼的金屬(典型地為不銹鋼)開始軟化，并且變得更容易變形。通過將非膨脹插入層28設置于在高溫條件下極可能經(jīng)歷變形的諸點處，安裝系統(tǒng)24在高溫時產(chǎn)生較小的破壞力，以便大大減小外殼12的變形。
圖5A和5B所示為安裝系統(tǒng)24的一實施例，它類似于圖4A和4B所示的實施例。在圖5A和5B所示的實施例中，插入層28沒有延伸到膨脹墊層26的整個寬度。當環(huán)繞著整塊20設置時，該非膨脹插入層28以一種類似于上述圖4B所示的方式進行設置。
圖6A和6B所示為安裝系統(tǒng)24的另一替換實施例，其中非膨脹插入層28沿著膨脹板材26的整個側向邊緣延申，以便當安裝系統(tǒng)24環(huán)繞著整塊20設置時，插人層28保護著膨脹板材26的整個側向邊緣34。
圖7A和7B所示為安裝系統(tǒng)24的又一實施例。在圖7A中，如圖所示該安裝系統(tǒng)24包括插入層28，該插入層沿著膨脹板材26的側向邊緣34延伸，但與膨脹板材偏置，以便形成突出端凹槽結構，該結構被看作為膨脹材料26與非膨脹材料28的疊層。
最后，圖8A和8B所示為安裝系統(tǒng)24的另一實施例。圖8A和8B所示的安裝系統(tǒng)24類似于圖7A和7B所示的安裝系統(tǒng)，只是插入層28僅僅沿著膨脹板材26的一側向邊緣34延伸。插入層28與膨脹板材26偏置以形成聯(lián)鎖端。
在圖4A-8B所示的各實施例中，插入層28可借助諸如包裝膠帶(tape)或者其它適當?shù)恼辰幽z帶之類的粘接膠帶(圖中未示出)固定至膨脹墊層26。另外，插人層28不一定要用膠帶固定，或者它們可通過其它的技術來固定，例如鉤環(huán)固定、縫合固定等。
在某些情況下，污染控制裝置可采用一復式整塊，而不是單個整塊。例如，圖9所示為一種已有技術的催化轉化器10A，它具有位于金屬殼體12中的兩塊整塊20，這兩塊整塊由一間隙40相隔。在這種復式整塊結構中，已知金屬條42與介于兩整塊20之間的間隙40對齊。(例如，參見德國專利DE 43 23 791 A1)。該金屬條典型地由諸如鉻鎳鐵合金和不銹鋼之類的高溫耐腐蝕金屬制成。該金屬條可采用金屬箔、波紋金屬鉑、金屬織物等形式。該金屬條42的膨脹速度極接近于金屬殼體12的膨脹速度。由于金屬條42的膨脹速度類似于殼體12的膨脹速度，因此安裝墊層44的介于金屬條42與殼體12之間的部分所受到的壓縮程度要比安裝墊層44的介于整塊20與殼體12之間的部分來得大。倘若安裝墊層44的介于金屬條與殼體12之間的部分被過度壓縮，則會引起殼體12或者金屬條42的變形。
如圖9所示，已有技術的安裝墊層典型地具有介于金屬條42與殼體12之間的一層連續(xù)的安裝墊層44。如上所述，這種設置可導致殼體12或者金屬條42的變形。因此，最好沿著金屬條42、在金屬條42與殼體12之間設置一柔性、彈性、含纖維的插入層48。該插入層48較佳地為一種諸如可從ICI Chemicals andPolymers買到的SAFFIL之類的材料。如上所述，這種插入層所受到的壓縮力比典型地采用的安裝材料要來得小，從而避免外殼12或者金屬條42的變形。
圖10和11所示為圖9所示安裝系統(tǒng)的替換實施例，它采用了一沿著金屬條42、在金屬條42與殼體12之間設置的柔性、彈性、含纖維的非膨脹插入層。在圖10中，金屬條42插入到安裝墊層44的選定(routed)部分內(nèi)，并且插入層48通過粘接膠帶52與鄰近的金屬條42固定。在圖11中，金屬條42夾在安裝墊層44A與44B之間(以便不需要轉動安裝墊層材料)。然后，將柔性、彈性、含纖維的插入層48插入到安裝墊層部分44B之間，并用粘接膠帶52固定在位。圖10或者圖1 1所示的實施例防止介于金屬條42與殼體12之間的材料過度壓縮，從而避免金屬條42或者殼體12的變形。
在使用中，本發(fā)明的安裝材料以一種相似的形式設置在整塊與殼體之間，用于催化轉化器或者柴油機微粒過濾器。這可通過用一片安裝材料包裹整塊，將該包裹的整塊插入到殼體內(nèi)，并焊接該殼體來完成。安裝系統(tǒng)24將催化整塊20保持在位于殼體12內(nèi)的適當位置上，并且封閉介于催化整塊20與殼體12之間的間隙，從而防止廢氣從旁路通過催化整塊20。
膨脹板材26包括一彈性、柔性的膨脹板，該膨脹板包括其重量占大約20-65％的不可膨脹的蛭石薄片，該薄片可未經(jīng)處理或者經(jīng)過與諸如磷酸二氫銨、碳酸銨、氯化銨或者其它適當?shù)匿@化合物之類的銨化合物進行離子交換來進行處理；其重量占大約10-50％的無機纖維材料，包括硅鋁酸鹽(aluminosilicate)纖維(市場上可以買到來自紐約州的Niagara Falls的Unifrax Co.的商品名為FiberfraxTM和來自佐治亞州的Augusta的Thermal Ceramics的商品名為CerafiberTM的此類纖維)、石棉纖維、玻璃纖維、氧化鋯-二氧化硅、以及晶狀氧化鋁須晶(whisker)；其重量占大約3-25％的粘合劑，包括天然橡膠晶格(lattice)、苯乙烯-丁二烯晶格、丁二烯-丙烯腈晶格、丙烯酸鹽晶格或者異丁烯酸酯(methacrylate)聚合物以及共聚物等；以及其重量共計占40％的無機填料，包括膨脹的蛭石、空心的玻璃微球體及膨潤土。可用的板材還包括那些在美國專利5,523,059號(Langer)中所描述。
另外，膨脹板材的例子包括那些在美國專利3,916,057號(Hatch等人)、4,305,992號(Langer等人)、4,385,135號(Langer等人)、5,254,410號(Langer等人)、4,865,818號(Merry等人)、5,151,253號(Merry等人)、以及5,290,522號(Rogers等人)中所描述。在市場上可以買到的可用的膨脹板和墊層包括那些由明尼蘇達州的St.Paul的3M公司出售的商品名為INTERAMTM的膨脹板和墊層。安裝墊層的厚度典型地從0.5至10毫米厚。另外，可用的膨脹安裝材料包括膨脹軟膏料，例如那些在美國專利申請?zhí)?8/496,945(Merry)中所描述的。
有機粘合劑包括那些上述諸如天然橡膠晶格、苯乙烯-丁二烯晶格、丁二烯丙烯腈晶格、丙烯酸鹽晶格以及異丁烯酸酯聚合物及共聚物。
無機填料包括膨脹的蛭石、空心的玻璃微球體及膨潤土。該無機填料較佳地為膨脹的蛭石。
可用于形成非膨脹插入層28的基本無固體雜質(zhì)的陶瓷纖維包括氧化鋁-硼(boria)-二氧化硅纖維、氧化鋁-二氧化硅纖維、氧化鋁-五氧化二磷纖維、氧化鋯-二氧化硅纖維、氧化鋯-氧化鋁纖維以及氧化鋁纖維。從市場上可以買到的可用的纖維包括那些可從Unifrax,SAFFIL LD買到的、可從ICI Chemicals&Polymers買到的商品名為FIBERMAX的纖維、可從Denka買到的ALCEN氧化鋁纖維、以及可從Mitsubishi買到的MAFTECH纖維。
纖維典型地通過采用該工業(yè)中已知的方法進行吹制(blowing)或者紡制(spinning)來形成的。較佳地，該纖維是通過紡制一種液凝膠(sol gel)溶液來形成的。通過各種已知的方法、包括在無紡工業(yè)中采用的、將纖維材料吹到一收集網(wǎng)上的方法將纖維制成一墊層。一種較佳的非膨脹材料是可從ICI Chemicals andPolymers買到的、商品名為SAFFIL的多晶氧化鋁纖維。該纖維在化學上是穩(wěn)定的，并可使用在最高達1600℃的所選擇的應用中。它被制成一種低密度的墊層形式，該墊層由一種起主要作用的二維任意取向的纖維組成，形成一種薄板(lamella)形式的墊層。該墊層基本是無固體雜質(zhì)的一種均勻的纖維結構。
低密度墊層的薄板性質(zhì)使其必須采用在使用和組裝污染控制裝置期間防止脫層的方法。即，氧化鋁纖維制成的低密度墊層較佳地在使用和組裝期間被實際限制或者壓縮。(這里所使用“無固體雜質(zhì)”或者“基本無固體雜質(zhì)”是指一種至少95％無固體雜質(zhì)，并且較佳地99％無固體雜質(zhì)的纖維墊層)。當被壓縮至大約0.10和0.60克/立方厘米的密度時，這些材料具有一種獨特的能力，即，能反復地經(jīng)受當加熱時減小厚度和被冷卻時大致回彈至它們原來的厚度，從而持續(xù)地向催化整塊20施加相當大的保持力。
由于用于非膨脹插入層28的較佳的纖維材料通常在0.020至0.060克/厘米的密度范圍內(nèi)變化，因此當采用該纖維材料安裝催化整塊20時，它們必須被大約10倍壓縮。非膨脹插入層材料的墊層通常被壓縮并保持在壓縮狀態(tài)中，以便于在組裝催化轉化器10期間處理該材料?？梢愿鞣N方式來實際壓縮插入層28，包括采用樹脂結合、縫合結合(stitch bonding)、或者針刺、或者真空包裝。
樹脂結合是通過用有機粘合劑浸透非膨脹材料來實現(xiàn)的，其中該有機粘合劑在有熱廢氣的情況下燒去，并允許插入層28的材料在使用期間膨脹。由于無固體雜質(zhì)的陶瓷纖維的低密度及松散的性質(zhì)，以及它們一般必須被大約10倍壓縮以獲得所需的安裝密度，因此已發(fā)現(xiàn)可有效地用有機線縫制或者縫合這些材料以形成一種極接近于其在使用中的最終(ultimate)厚度的被壓縮的墊層。某些時候可有效地向纖維墊層的兩側添加一極薄的片材作為襯層，以防止縫跡斷裂或者被拉過纖維墊層。這些縫跡的間距通常為3至30毫米，以便纖維在整個的墊層面積內(nèi)被均勻壓縮。當有機材料被暴露在熱廢氣中時，該有機材料燒去，并允許被壓縮的墊層膨脹。
無固體雜質(zhì)的陶瓷纖維還可通過針刺來進行壓縮。陶瓷纖維自身相對易脆，并且其柔性不足以進行有效地針刺。為了有效地針刺一陶瓷纖維墊層，首先用諸如聚丙烯纖維或者聚酯纖維之類的較長的柔性聚合纖維覆蓋在墊層上，典型地為大約5-10厘米長。將諸如尼龍織物或者非織造布之類的聚合稀松用布(scrim)設置在墊層下。將墊層放在一上壓板和一下壓板之間進行壓縮，壓板上具有許多孔。一具有許多較小的倒鉤針的針托(bored)將許多針推過這些孔。當針穿過陶瓷纖維墊層時，倒鉤將位于墊層頂部的聚合纖維拉過稀松用布，而聚合纖維變得與稀松用布有纏結，以便實際約束該墊層。當有機纖維和稀松用布暴露于升高的使用溫度時，該有機纖維和纖維織品將燒去，并且允許陶瓷纖維膨脹。
纖維墊層還可通過將該纖維墊層放置到一氣密袋內(nèi)，排空該袋內(nèi)的空氣，并密封該袋來進行約束。大氣壓將墊層限制在一種被壓縮的狀態(tài)中，直到當污染控制裝置被加熱至使用溫度(300℃以上)時，該袋被刺破或者燒去為止。
非膨脹插人層28提供了兩個重要的功能。與膨脹墊層26相比，插入層28具有優(yōu)良的耐腐蝕性。通過將插入層28沿著膨脹材料的側向邊緣進行設置，否則這側向邊緣暴露于熱廢氣，插入層28起到使膨脹墊層26與廢氣隔離，從而防止膨脹墊層26腐蝕的作用。雖然使用邊緣保護材料是已知的，但是已有技術不包括一種邊緣保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)可膨脹及壓縮，以便在極端溫度條件下或者倘若發(fā)生外殼變形的情況下適應介于整塊20與外殼12之間的間隙的變化寬度。已有技術的邊緣保護機構包括使用如美國專利5,008,086號(Merry)中所描述的、圍繞膨脹墊層的邊緣纏繞的不銹鋼絲網(wǎng)，以及如美國專利4,156.333號(Close等人)中所描述的編織的或者繩狀的陶瓷(即，玻璃、晶狀陶瓷、或者玻璃陶瓷)纖維編織帶或者金屬絲。邊緣保護還可由具有如EP 639701A1(Howorth等人)、EP639702A1(Howorth等人)、以及EP 639700A1(Stroom等人)中所描述的玻璃微粒的混合物形成。
插入層28還可作為介于整塊20與外殼12之間的密封件。用于插入層28的較佳的非膨脹材料的柔性與彈性性質(zhì)確保了當污染控制裝置在高溫與低溫之間循環(huán)時，持續(xù)密封位于整塊20與外殼12之間的間隙，并防止廢氣從旁路通過整塊。如此，維持了污染控制裝置的效率，并且還避免了廢氣滲漏對膨脹墊層26的腐蝕。
本發(fā)明的目的和優(yōu)越性由下文中的例子進一步說明，但是特定的材料及其數(shù)量并不構成對本發(fā)明的限制。所有的部分及百分數(shù)是由重量表示的，除非由另外的方式來表示。
例1如圖5A所示，切割一尺寸為6.2厘米×30厘米的膨脹墊層的材料層(可從Minnesota Mining&manufacturing Co.買到的INTERAMTM型100墊層，3100gsm(克/平方米))。切割若干尺寸為1.27厘米×9厘米的樹脂結合陶瓷纖維墊層條(可從ICI Chemicals&Polymers Ltd..買到的1200gsm SAFFILTM化學結合墊層)，并將它們放置在切割在膨脹墊層中的間隙內(nèi)。用一種塑料包裝膠帶把纖維墊層條保持在適當位置上，以形成一混合式安裝墊層。該混合式安裝墊層繞著一170毫米×80毫米×76毫米長的橢圓形陶瓷整塊(可從Corning買到)進行包裹。以相同的方式，用與上述一致的一混合式安裝墊層包裹第二整塊。將該被包裹的整塊安裝到一復式腔室不銹鋼催化轉化器的殼體中。該安裝墊層的安裝密度被確定為膨脹墊層是0.7 g/cc(克/立方厘米)，纖維條是0.27∥cc。然后，將包含著混合式安裝墊層的催化轉化器與一3000rpm/220ftlb(尺磅)的汽油發(fā)動機(Ford Motor Co.的7.5升排放量V-8汽油內(nèi)燃機)相連。該催化轉化器經(jīng)受900℃的輸入氣體作用100小時。
在測試之后，拆除并檢查該催化轉化器組件。未發(fā)現(xiàn)在混合式安裝墊層的安裝材料上存在腐蝕。另外，在殼體位于纖維墊層條上方的整個寬度部分上沒有變色。變色的存在是表示熱廢氣在安裝墊層與金屬殼體之間通過。沒有任何變色的存在則表示該組件被充分地密封，以防止廢氣流過混合式墊層安裝材料。
例2準備在該例子中測試的安裝墊層，并如例子1中的那樣測試該安裝墊層，除了使用一種商業(yè)上可接受的膨脹墊層材料來取代例子1中所使用的混合式安裝墊層。測試后，檢查該安裝墊層發(fā)現(xiàn)，該安裝墊層材料已被發(fā)動機廢氣侵蝕。最大的腐蝕距離，即安裝墊層的已侵蝕的部分延伸進入安裝墊層的邊緣23毫米。還發(fā)現(xiàn)在殼體上存在相當數(shù)量的變色。
所測試的安裝墊層性能的比較表示例1的混合式安裝墊層的性能比例2的非混合式安裝墊層的性能有顯著的提高。當混合式安裝墊層暴露于廢氣時，它能耐腐蝕，并在整塊與殼體之間提供一較佳的密封(這是由在例1的殼體上不存在變色所表示的)?？梢姡旌鲜桨惭b墊層(例1)的性能高于不采用纖維墊層插入層的安裝墊層(例2)的性能。
雖然本發(fā)明已通過較佳實施例來進行描述的，但是本技術領域中的熟練的技術人員將認識到的是，在不脫離本發(fā)明精神與范圍的情況下，在形式與細節(jié)上可作許多改動。
權利要求
1．一種污染控制裝置，包括一金屬殼體；一設置在所述金屬殼體內(nèi)的固體污染控制件；以及一設置在所述污染控制件與金屬殼體之間、用于定位污染控制件、并且用于吸收機械和熱沖擊(shock)的安裝墊層，所述安裝墊層包括一層至少具有由一種彈性、柔性、含纖維的非膨脹材料制成的一插入層的膨脹材料。
2．如權利要求1所述的污染控制裝置，其特征在于，所述插入層沿著所述安裝墊層的至少一側向邊緣的至少一部分進行設置。
3．如權利要求1所述的污染控制裝置，其特征在于，所述膨脹材料為一種板材。
4．如權利要求1所述的污染控制裝置，其特征在于，所述膨脹材料為一種軟膏料。
5．如權利要求1所述的污染控制裝置，其特征在于，所述非膨脹的彈性插入層是由基本無固體雜質(zhì)的陶瓷纖維制成的。
6．如權利要求1所述的污染控制裝置，其特征在于，所述污染控制件是一陶瓷整塊體。
7．如權利要求1所述的污染控制裝置，其特征在于，所述污染控制件是一金屬整塊體。
8．如權利要求5所述的污染控制裝置，其特征在于，所述基本無固體雜質(zhì)的陶瓷纖維插入層被實際壓縮。
9．如權利要求8所述的污染控制裝置，其特征在于，所述基本無固體雜質(zhì)的陶瓷纖維插入層被樹脂結合。
10．如權利要求8所述的污染控制裝置，其特征在于，所述基本無固體雜質(zhì)的陶瓷纖維插入層被縫合結合。
11．如權利要求8所述的污染控制裝置，其特征在于，所述基本無固體雜質(zhì)的陶瓷纖維插入層被針刺。
12．如權利要求5所述的污染控制裝置，其特征在于，所述基本無固體雜質(zhì)的陶瓷纖維包括氧化鋁-硼-二氧化硅纖維、氧化鋁-二氧化硅纖維、氧化鋁-五氧化二磷纖維、氧化鋯-二氧化硅纖維、氧化鋁以及氧化鋯-氧化鋁纖維。
13．如權利要求5所述的污染控制裝置，其特征在于，所述基本無固體雜質(zhì)的陶瓷纖維從一種液凝膠的加工中得到。
14．如權利要求2所述的污染控制裝置，其特征在于，所述非膨脹插入層采用粘接膠帶固定至所述安裝墊層的所述側向邊緣。
15．如權利要求2所述的污染控制裝置，其特征在于，所述非膨脹插入層沿著所述安裝墊層的整個側向邊緣延伸。
16．如權利要求1所述的污染控制裝置，其特征在于，所述非膨脹插入層膨脹以填滿介于所述金屬殼體與所述污染控制件之間的一間隙。
17．如權利要求1所述的污染控制裝置，其特征在于，所述非膨脹插入層的回彈能力大于所述安裝墊層的回彈能力。
18．如權利要求2所述的污染控制裝置，其特征在于，所述非膨脹插入層在暴露于熱廢氣之前被樹脂結合在一壓縮狀態(tài)中，并且在暴露于熱廢氣時燒去所述粘合劑，以便允許所述彈性材料膨脹。
19．一種用于將一固體污染控制件固定在一污染控制裝置的殼體內(nèi)的安裝墊層，所述安裝墊層包括一層膨脹板材；以及至少由一種彈性、柔性、含纖維的非膨脹材料制成的一插入層。
20．如權利要求19所述的安裝墊層，其特征在于，所述插入層沿著所述安裝墊層的至少一側向邊緣的至少一部分進設置。
21．一種用于將第一和第二污染控制件固定在一能源控制裝置的殼體內(nèi)的安裝墊層，所述安裝墊層包括膨脹材料的第一縱向條；膨脹材料的第二縱向條；一沿著膨脹材料的所述第一和第二條的側向邊緣固定的金屬帶，所述金屬帶分隔所述膨脹條；以及由一種彈性、柔性、含纖維的非膨脹材料制成的一插入層，所述插入層設置在所述金屬帶和所述第一和第二膨脹條的側向邊緣的至少一部分的附近。
全文摘要
一種污染控制裝置具有一金屬殼(12)、一設置在該金屬殼內(nèi)的固體污染控制裝置(20)、以及一設置在污染控制件與殼體之間、用于定位污染控制件和用于吸收機械及熱沖擊的安裝墊層(24)。該安裝墊層包括一層膨脹材料(26),該材料具有至少由一種彈性、柔性、含纖維的非膨脹材料(28)制成的一插入層。該插入層沿著安裝墊層的至少一側向邊緣的至少一部分設置,以防止膨脹材料腐蝕,并在污染控制件與殼體之間提供密封。
文檔編號F01N3/28GK1222219SQ97195537
公開日1999年7月7日 申請日期1997年4月28日 優(yōu)先權日1996年6月18日
發(fā)明者斯蒂芬·M·薩諾克柯, 勞埃德·R·霍恩巴克三世, 理查德·P·梅里, 喬爾·H·薩比恩, 保羅·D·斯特魯姆 申請人:美國3M公司