CN201401216Y - 两种基体复合的poc金属载体后处理器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种两种基体复合的POC金属载体后处理器，其特征在于：载体由两种基体泡沫金属饼－A型载体和金属丝网饼－B型载体组成；泡沫金属饼－A型载体和金属丝网饼－B型载体交替排列在载体壳体内，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼，两块泡沫金属饼之间交替放置金属丝网饼－B型载体，泡沫金属饼－A型载体和金属丝网饼－B型载体上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的泡沫金属饼－A型载体采用金属挡圈同壳体焊接固定。该载体具有很高的机械强度，应用于车载POC后处理器，发动机排气烟度降低51～72％；无背压问题；在性能相当的情况下，价格相当于进口产品的1/4～1/5，节约成本。
Description
技术领域：
本实用新型涉及两种基体复合的POC金属载体后处理器，应用于汽车发动机行业，满足了欧4以上的环保标准要求。
背景技术：
汽车发动机排气中的有害成分主要是PM、NOX、HC及CO等。在过去2～3年里，低排放发动机已经成为人们争论、关心、甚至渴望实现的一个理想。
美国国家环保局(EPA)2007排放法规要求汽车制造商同时减少汽车尾气中的颗粒(PM)和氮氧化物(NOX)两种主要的污染物。这需要有相当的技巧，解决这个问题没有什么捷径可走。按传统的方法，减少一种污染势必导致另一种污染的增加。汽车制造商似乎已经陷入了困境。
在排放法规的压力下，一方面车用柴油机正不断进行技术升级和改进，另一方面，选择恰当的后处理技术策略和装备，例如，SCR、DPF、DOC、POC等后处理措施来满足欧4或欧5排放标准。
SCR后处理器技术的本质是利用尿素在高温下分解出NH3，作为还原剂的NH3和发动机排气中的NOX在催化剂和温度的综合作用下进行反应，理想工况下生成无毒的N2和H2O，从而达到净化的目的。但是SCR后处理系统的结构复杂，每套的成本在11000元～25000元，成为推广应用的障碍。
DPF后处理器技术的本质是利用一种特殊的载体，例如进口和出口端的蜂窝孔交替封堵后的‘壁流’式陶瓷或碳化硅载体，新鲜的DPF后处理器样件对柴油车排出的PM一类的‘黑烟’的过滤效率最高可以达到90％，新车出厂检测完全可以达到欧4或欧5排放标准，但是，这种陶瓷DPF载体的价格昂贵，无法国产，世界范围内都被美国的‘Corning’公司和日本的‘NGK’公司专利垄断，不仅每套的成本在7000元～12000元，而且，最容易堵塞失效，成为推广应用的障碍。
DOC后处理器技术的本质是类似于汽油乘用车的三元催化转化器(TWC)，用来脱除尾气中的CO和HC，载体和催化剂技术比较成熟，均能国产化，价格低，效率高。但应用于柴油车后，由于其主要的处理的主要对象为PM，对PM的去除效率仅仅在10～30％，因此，效率低，成为推广应用的障碍。
POC后处理器技术的本质是先把PM‘过滤’或‘截留’下来，然后在催化剂的作用下进行氧化，把PM中的主要成分SOF部分氧化成CO2和H2O，把PM颗粒尺寸降低，消除其毒性和危害的因素，因此，解决了PM超标的本质问题。POC后处理器对PM的处理效率可以达到50～80％，被堵塞的故障率也远远低于DPF。因此，POC是国外研究的热点，其中，以Ecocat公司最具代表性。
POC后处理器的本质是先进的载体和催化剂技术的结合。其中，载体最为关键，不仅影响性能，也影响成本和寿命。
Ecocat公司POC载体是其专利技术，其本质是结构独特的金属蜂窝板和超细金属纤维纺织毡的组合体。但价格昂贵，国产的柴油车不可能大批量采用。
POC载体成为POC后处理器应用的关键。一些利用超薄耐热不锈钢板制造的一些‘蜂窝状板以及其组合’，例如，专利号为‘02241118.6’的‘三元净化器金属载体’专利；专利号为‘200720088652.0’的‘机动车三元催化净化器金属载体的波纹带及其金属载体’专利；专利号为‘200810091662.9’的‘废气净化金属载体、所用层合物废气净化过滤器’专利；专利号为‘200610114608.2’的‘一种汽车尾气金属载体三元催化器制备方法’专利；专利号为‘200480036580.4’的‘废气净化金属载体的制造方法、废气净化金属载体和废气净化过滤器’专利；专利号为‘200710003694.4’的‘金属载体及金属载体的制造方法’专利；专利号为‘99201749.1’的‘机动车尾气净化催化剂的金属载体’专利；专利号为‘00268303.2’的‘蜂窝状金属载体’专利；专利号为‘00243739.2’的‘机外三元催化净化器的金属载体’专利；专利号为‘02202495.6’的‘用于废气排放控制的金属载体’专利；专利号为‘200410022788.2’的‘新型陶瓷化处理的金属载体’专利；专利号为‘98125354.7’的‘催化剂用金属载体’专利；专利号为‘03208434.X’的‘蜂窝状金属载体’专利；专利号为‘99101110.4’的‘一种带氧化铝层的催化剂金属载体’专利；专利号为‘98119279.3’的‘用于内燃机排气系统的金属载体’专利；专利号为‘00100560.X’的‘废气净化用金属载体’专利；专利号为‘01111387.1’的‘用于废气净化的金属载体催化剂’专利等等，由于气体的传质和传热的通道是贯通型或等同于贯通，因此，对PM的处理效果不好，无法适用于POC后处理装置。
一些专利采用金属丝交叉纺织成平面的金属网，再把这些网片叠放在一起，例如专利号为‘98248772.X’的‘网状陶瓷载体’专利；专利号为‘99253757.6’的‘网状陶瓷载体’专利；专利号为‘200710010357.8’的‘催化还原氮氧化物的蜂窝状金属丝网载体’专利；专利号为‘200710010359.7’的‘一种具有氧化铝涂层的蜂窝状金属丝网载体及其制备方法’专利；专利号为‘200810011365.9’的‘蜂窝状金属丝网载体上涂覆氧化铝涂层的方法’专利；专利号为‘200810011366.3’的‘用于净化废气的蜂窝状金属丝网载体’专利；专利号为‘200420094705.6’的‘表面负载纳米TiO2金属滤网’专利等等，由于气体的传质和传热的通道是近似于贯通型，气流通道紊乱的程度不高，PM颗粒被碰撞和截留的几率不高，因此，对PM的处理效果不好，无法适用于POC后处理装置。
一些专利采用完整的泡沫金属作为后处理金属载体，虽然解决了上述问题，可以应用于小规模的场合，但是面临成本的劣势，无法应用于汽车的大批量生产，例如专利号为‘200320119469.4’的‘复合光催化抗菌泡沫金属’专利；专利号为‘200610156330.5’的‘一种高孔隙率金属多孔载体材料的制备方法’专利；专利号为‘200510024944.3’的‘汽车尾气净化器催化剂金属载体及其制备方法’专利；专利号为‘200410096609.X’的‘一种泡沫金属加氢催化剂及其制备方法和应用’专利；专利号为‘200710034317.7’的‘一种多孔金属载体及其制备方法’专利等等。
发明内容：
本实用新型的目的在于提供两种基体复合的POC金属载体后处理器，它包括泡沫金属饼-A型载体、金属丝网饼-B型载体以及2者的连续叠放组合；其具有很高的机械强度，应用于车载POC后处理器，发动机排气烟度降低51～72％；无背压问题；在性能相当的情况下，价格相当于进口产品的1/4～1/5，节约成本。
本实用新型的技术方案是这样实现的：两种基体复合的POC金属载体后处理器，由发动机排气的进气管、进气扩张管、连接法兰、载体、载体壳体、出气扩张管、出气管、固定载体饼的档圈组成和压力传感器；其特征在于：载体由两种基体泡沫金属饼-A型载体和金属丝网饼-B型载体组成；泡沫金属饼-A型载体和金属丝网饼-B型载体交替排列在载体壳体内，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼，两块泡沫金属饼之间交替放置金属丝网饼-B型载体，泡沫金属饼-A型载体和金属丝网饼-B型载体上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的泡沫金属饼-A型载体采用金属挡圈同壳体焊接固定。
壳体为单层的或带保温层壳体，壳体材料为SUS441铁素体不锈钢或表面镀铝的St11普通钢板；载体的进口和出口分别同进气或出气扩张管相联结。
泡沫金属饼-A型载体为每英寸透气的孔数15～65ppi，孔的密度大于90％的泡沫镍、泡沫镍铬、泡沫镍铬铝、泡沫铁铬、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬材料，厚度为2.5mm～150mm。
金属丝网饼-B型载体为丝径为0.2～0.6mm的铁铬铝丝织成的气液过滤网，厚度为2.5mm～150mm，直径同A型载体相同。
载体按泡沫金属饼-A型载体、金属丝网饼-B型载体、泡沫金属饼-A型载体、金属丝网饼-B型载体泡沫金属饼-A型载体、金属丝网饼-B型载体和泡沫金属饼-A型载体交错叠放。
本实用新型的积极效果是价格相当于进口产品价格的1/4～1/5，具备技术和经济方面的竞争力。
附图说明：
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图1对本实用新型做进一步的描述：如图1所示，两种基体复合的POC金属载体后处理器，由发动机排气的进气管1、进气扩张管2、连接法兰3、载体、载体壳体6、出气扩张管7、出气管8、固定载体饼的档圈9组成和压力传感器10；其特征在于：载体由两种基体泡沫金属饼-A型载体4和金属丝网饼-B型载体5组成；泡沫金属饼-A型载体4和金属丝网饼-B型载体5交替排列在载体壳体6内，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼4，两块泡沫金属饼之间交替放置金属丝网饼-B型载体5，泡沫金属饼-A型载体4和金属丝网饼-B型载体5上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的泡沫金属饼-A型载体4采用金属挡圈同壳体焊接固定。
壳体为单层的或带保温层壳体，壳体材料为SUS441铁素体不锈钢或表面镀铝的St11普通钢板；载体的进口和出口分别同进气或出气扩张管相联结。
泡沫金属饼-A型载体4为每英寸透气的孔数15～65ppi，孔的密度大于90％的泡沫镍、泡沫镍铬、泡沫镍铬铝、泡沫铁铬、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬材料，厚度为2.5mm～150mm。
金属丝网饼-B型载体5为丝径为0.2～0.6mm的铁铬铝丝织成的气液过滤网，厚度为2.5mm～150mm，直径同A型载体4相同。
载体按泡沫金属饼-A型载体4、金属丝网饼-B型载体5、泡沫金属饼-A型载体4、金属丝网饼-B型载体5泡沫金属饼-A型载体4、金属丝网饼-B型载体5和泡沫金属饼-A型载体4交错叠放。
首先选择每英寸透气的孔数35ppi，孔的密度大于90％的泡沫镍铬铝片材，饼的直径为300mm，饼的厚度为15mm，分别经过碱性介质的除油脱脂工序；然后在650～750℃的条件下保温2小时；移入含有0.5％HCl和0.2％Cr(NO3)2的处理液中处理4小时；先用自来水冲洗2遍，再用蒸馏水冲洗2遍，110℃干燥2小时；依次涂敷以下材料和比例的催化剂涂层，完成烧结，涂层的比例为1份的Al2O3，0.2份的TiO2，0.04份的La2O3，0.1份的CeO2，0.06份的Cr2O3；涂层的烧结温度为250～550℃，时间为2～3小时；加工成带有催化剂的泡沫金属饼-A型载体4。
选择材料为铁铬铝，丝径为0.4mm的气液过滤网，剪切成直径为300mm，厚度为15mm的丝片，叠放，封边，分别经过碱性介质的除油脱脂工序；然后在650～750℃的条件下保温2小时；移入含有0.5％HCl和0.2％Cr(NO3)2的处理液中处理4小时；先用自来水冲洗2遍，再用蒸馏水冲洗2遍，110℃干燥2小时；依次涂敷以下材料和比例的催化剂涂层，完成烧结，涂层的比例为1份的Al2O3，0.2份的TiO2，0.04份的La2O3，0.1份的CeO2，0.06份的Cr2O3；涂层的烧结温度为250～550℃，时间为2～3小时；加工成带有催化剂的金属丝网饼-B型载体5。
选取材料为SUS44不锈钢板材料，板厚度为1.5mm，焊接内径为302mm，长度为480mm园桶状载体壳体6。
在园桶状载体壳体6的出口端完成固定载体饼的档圈9焊接。
先在桶内的档圈上方，放入一层泡沫金属饼-A型载体4饼，再依次放入金属丝网饼-B型载体5和泡沫金属饼-A型载体4，完成载体的填装，在进口端结束，进口端的档圈9焊接前，该载体垂直摆放，在最上端的A型载体4表面上放置一个直径小于该载体直径10～20mm的平面钢板，然后在其上放置10千克的金属砝码，使整个载体叠放密实，减少空隙和径向移动，完成档圈9的焊接。
按顺序完成出气扩张管7、出气管8、进气管1、进气扩张管2、连接法兰3和压力传感器10的焊接，完成POC金属载体的制造加工。
将此载体同排量为8.6升的欧3柴油发动机的排气管连接；完成POC金属载体进口管和出口管的温度传感器的安装；完成POC金属载体进口管和出口管的不透光烟度计439的安装以及背压计的安装；完成POC金属载体进口管和出口管的气体成分测量仪的安装；启动和预热发动机；按照ESC试验程序，选择6个不同的发动机转速和负荷的工况点，完成发动机排气背压的测量、完成发动机排气烟度的对比测量、完成排气成分的测量，结果显示，本发明的POC金属载体的背压在6～15kpa，排气烟度改善的幅度51～70％。
该发动机按工况连续运转100小时后，POC金属载体的结果显示，POC金属载体的背压仍保持在6～15kpa，排气烟度改善的幅度49～72％。拆除POC金属载体，室温下放置24小时，精密天平称量该POC金属载体，显示其重量没有增加。
Claims (5)
1、两种基体复合的POC金属载体后处理器，由发动机排气的进气管(1)、进气扩张管(2)、连接法兰(3)、载体、载体壳体(6)、出气扩张管(7)、出气管(8)、固定载体饼的档圈(9)组成和压力传感器(10)；其特征在于：载体由两种基体泡沫金属饼-A型载体(4)和金属丝网饼-B型载体(5)组成；泡沫金属饼-A型载体(4)和金属丝网饼-B型载体(5)交替排列在载体壳体(6)内，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼(4)，两块泡沫金属饼之间交替放置金属丝网饼-B型载体(5)，泡沫金属饼-A型载体(4)和金属丝网饼-B型载体(5)上涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的泡沫金属饼-A型载体(4)采用金属挡圈同壳体焊接固定。
2、根据权利要求1所述的两种基体复合的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的壳体为单层的或带保温层壳体，壳体材料为SUS441铁素体不锈钢或表面镀铝的St11普通钢板；载体的进口和出口分别同进气或出气扩张管相联结。
3、根据权利要求1所述的两种基体复合的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的泡沫金属饼-A型载体(4)为每英寸透气的孔数15～65ppi，孔的密度大于90％的泡沫镍、泡沫镍铬、泡沫镍铬铝、泡沫铁铬、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬材料，厚度为2.5mm～150mm。
4、根据权利要求1所述的两种基体复合的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的金属丝网饼-B型载体(5)为丝径为0.2～0.6mm的铁铬铝丝织成的气液过滤网，厚度为2.5mm～150mm，直径同A型载体(4)相同。
5、根据权利要求1所述的两种基体复合的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的载体按泡沫金属饼-A型载体(4)、金属丝网饼-B型载体(5)、泡沫金属饼-A型载体(4)、金属丝网饼-B型载体(5)泡沫金属饼-A型载体(4)、金属丝网饼-B型载体(5)和泡沫金属饼-A型载体(4)交错叠放。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN105587381A (zh) * | 2015-10-11 | 2016-05-18 | 李建坤 | 一种发动机尾气净化及消音装置 |
| CN105587377A (zh) * | 2015-05-03 | 2016-05-18 | 李建坤 | 一种具有尾气净化功能及可更换滤芯并具有显著消音效果的发动机排气管消音器 |
| CN111608769A (zh) * | 2019-02-23 | 2020-09-01 | 彭志军 | 一种超声波尾气分解功能的机动车三元催化器 |
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2009
- 2009-04-29 CN CN2009200935776U patent/CN201401216Y/zh not_active Expired - Lifetime
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Granted publication date: 20100210 |
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