CN201401217Y - 中间填充型的poc金属载体后处理器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及中间填充型的POC金属载体后处理器，其特征在于：载体由泡沫金属饼和铁铬铝金属丝网组成的饼组成，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼－A型载体；中间为泡沫金属饼－A型载体安装在载体壳体中；泡沫金属饼－A型载体和金属丝网饼－B型载体都涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的泡沫金属饼－A型载体用金属挡圈与壳体焊接固定。具备一定的机械强度，应用于车载POC后处理器，适用于城市路况交好的运行车辆的发动机排气后处理，低成本。
Description
技术领域：
本实用新型涉及中间填充型的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，需要对载体单元进行结构的改进，在保证性能的情况下，降低成本，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中间填充型的POC金属载体后处理器，其将泡沫金属饼-A型载体和金属丝网饼-B型载体叠放组合；采用泡沫金属材料质轻、隔音、阻燃，又有很强的吸能本领和电磁屏蔽作用，金属丝网饼材质为耐热和耐化学优良的铁铬铝不锈钢，其载体具备一定的的机械强度，应用于车载POC后处理器，适用于城市路况交好的运行车辆的发动机排气后处理，低成本。
本实用新型的技术方案是这样实现的：中间填充型的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、固定载体饼的档圈和压力传感器组成；其特征在于：载体由泡沫金属饼和铁铬铝金属丝网组成的饼组成，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼-A型载体；中间为泡沫金属饼-A型载体安装在载体壳体中；泡沫金属饼-A型载体和金属丝网饼-B型载体都涂敷氧化型催化剂涂层；进口和出口的泡沫金属饼-A型载体用金属挡圈与壳体焊接固定。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、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬等成分的泡沫材料，泡沫金属饼的厚度为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，金属丝网饼的厚度为5mm～150mm，直径同A型载体相同。
B型载体的总厚度是A型载体的2～20倍。
载体的进口和出口的A型载体的端头用档圈焊接固定。
本实用新型的积极效果是价格相当于进口产品价格的1/7～1/10，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，中间填充型的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和压力传感器10组成；其特征在于：载体由泡沫金属饼4和铁铬铝金属丝网组成的饼5组成，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼-A型载体4；中间为泡沫金属饼-A型载体4安装在载体壳体中；泡沫金属饼-A型载体4和金属丝网饼-B型载体5都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用金属挡圈9与壳体焊接固定。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、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬等成分的泡沫材料，泡沫金属饼4的厚度为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，金属丝网饼5的厚度为5mm～150mm，直径同A型载体4相同。
B型载体5的总厚度是A型载体4的2～20倍。
载体的进口和出口的A型载体4的端头用档圈9焊接固定。
使用时首先选择每英寸透气的孔数35ppi，孔的密度大于90％的泡沫镍铬铁片材，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150mm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，按照总体积计算，放入规定数量的金属丝网饼-B型载体5，最后放入一层泡沫金属饼-A型载体4饼，在最上端的A型载体4表面上放置一个直径小于A型载体4的直径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，完成进口端的档圈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的焊接和压力传感器10的安装，完成POC金属载体后处理器的制造加工。
将处理器同排量为8.6升的欧3柴油发动机的排气管连接；完成POC金属载体后处理器进口管和出口管的温度传感器的安装；完成POC金属载体后处理器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金属载体后处理器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金属载体后处理器的背压在13～19kpa，排气烟度改善的幅度30～53％。
该发动机按工况连续运转100小时后，POC金属载体后处理器的结果显示，POC金属载体后处理器的背压仍保持在13～19kpa，排气烟度改善的幅度30～53％。拆除POC金属载体后处理器，室温下放置24小时，精密天平称量该POC金属载体后处理器，显示其重量没有增加。
Claims (6)
1、中间填充型的POC金属载体后处理器，中间填充型的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)和压力传感器(10)组成；其特征在于：载体由泡沫金属饼(4)和铁铬铝金属丝网组成的饼(5)组成，金属载体的进口和出口均为泡沫金属饼-A型载体(4)；中间为泡沫金属饼-A型载体(4)安装在载体壳体中；泡沫金属饼-A型载体(4)和金属丝网饼-B型载体(5)都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)用金属挡圈(9)与壳体焊接固定。
2、根据权利要求1所述的中间填充型的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所述的中间填充型的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、泡沫铁铬铝、泡沫铁铬等成分的泡沫材料，泡沫金属饼(4)的厚度为5mm～150mm。
4、根据权利要求1所述的中间填充型的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，金属丝网饼(5)的厚度为5mm～150mm，直径同A型载体(4)相同。
5、根据权利要求1所述的中间填充型的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的B型载体(5)的总厚度是A型载体(4)的2～20倍。
6、根据权利要求1所述的中间填充型的POC金属载体后处理器，其特征在于所述的载体的进口和出口的A型载体(4)的端头用档圈(9)焊接固定。
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2009
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