CN102345488B - 泡沫金属球管组合的混合单元及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泡沫金属球管组合的混合单元，由排气管、喷嘴、连接法兰、焊点、紧固外套管、紧固内套管、金属纤维编织管、泡沫金属球体组成；其特征在于：紧固外套管和紧固内套管固定金属纤维编织管，用连接法兰焊接为一体；紧固内套管的内径为D1，泡沫金属球体直径为D2，球体直径D2和管径D1之比D2/D1=1.5~2.5；紧固外套管的长度L2和紧固内套管的长度L1的比例关系是L2-L1=3~5mm；L2=300mm；其布置于尿素还原剂的喷嘴下游。其采用金属纤维管包裹泡沫金属球体，构成一个同心圆筒状的尿素还原剂的泡沫金属球管组合的混合单元，并在泡沫金属球体上涂敷催化剂，应用于尿素还原剂的混合分解，结构简单，高效耐用，应用于国4以上后处理装置中。

Description

泡沫金属球管组合的混合单元及其制造工艺

技术领域

本发明涉及到泡沫金属球管组合的混合单元，该技术可以应用到汽车尾气的后处理行业。

背景技术

全球的汽车生产商在排放法规的压力下，一方面国外的车用重负荷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(SelectiveCatalyticReduction)催化转化还原技术等。

SCR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NO_x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。

SCR具有很多优点，例如，可以在排气温度250～550oC的范围内具有50~85%的NOX去除效率，并能有效降低PM的排放水平；SCR能轻松满足欧4和欧5水平，也具有达到欧6水平的潜力；目前达到欧4采用的SCR技术，发动机的燃油耗可降低3~6％；SCR催化剂不含有贵金属，比成本相对较低；SCR对车用燃油的质量，特别是硫含量不敏感。基于以上分析，SCR后处理技术也最适合中国的车辆状况和车用燃油状况。

如果2008年在中国推广应用车载SCR后处理技术，必须解决好尿素还原剂供应、尿素还原剂的剂量、尿素还原剂的雾化喷射、SCR催化剂转换效率、氨气泄露量等至关重要的技术难点。

上述难点中涉及到尿素还原剂的喷射和雾化效果的问题。当尿素还原剂从喷嘴喷射出来后，随发动机排气的气流前进，自然的混合效果差，尿素颗粒水分蒸发慢，水解和热解速度慢，到达SCR前端时仍不能有效的分解出NH3，致使NOX去除效果下降，NH3逃逸量加大，因此，喷嘴前端或后端的尿素还原剂的混合是其中的一个关键。

申请号为‘CN201010587875.8’的专利发明公开了一种用于柴油机尿素选择性催化还原装置的静态混合器，包括管体、混合器翼片和喷嘴，其特征在于所述的混合器翼片紧靠喷嘴并安装在喷嘴前端，混合器翼片为整体碗式结构，中部沿气流反方向凸起；申请号为‘CN201010587881.3’的发明公开了一种用于柴油机尿素SCR系统的混合装置，包括管体、混合器翼片装置和喷嘴，其特征在于所述的混合器翼片装置紧靠喷嘴并安装在喷嘴前端，所述的混合器翼片装置由一组翼片组成，所述的翼片主体为沿着气流方向扭转的扇形结构，其布置方向与喷雾轴线方向一致，所述的每个翼片中设有一组倾斜导流片；申请号为‘CN201010588290.8’的发明公开了一种车用尿素SCR系统的混合装置，包括管体、混合器翼片装置和喷嘴，所述的喷嘴斜置在管体壁面上，所述的混合器翼片装置紧靠喷嘴并安装在喷嘴前端；申请号为‘CN201020536943.3’的实用新型涉及一种加强尾气旋流流动及消除尿素溶液喷射结晶的排气管，包括管内依次装有尿素溶液雾化喷嘴和SCR催化器的排气管，其特征是：所述排气管内的尿素溶液雾化喷嘴前端设有旋流器；申请号为‘CN201020198744.6’实用新型公开了一种汽车排气管道静态混合器，包括管体、翼片和喷嘴，其特征在于所述的喷嘴设置在管体上，所述的翼片为整体式结构，其中部具有圆形通道，四周为弯弧型倒流板并布置有流体通道。

以上6个专利所述的混合器均设置在尿素喷嘴的前端，利用扰动的气流来混合尿素还原剂，扰动效果较差时尿素混合的效果不好，如果扰动的效果很好，势必引起排气背压问题。没有应用泡沫金属的内容。

申请号为‘CN201020198714.5’的实用新型公开了一种汽车排气管道静态混合器，包括管体、翼片和喷嘴，喷嘴设置在管体上，所述的翼片截面呈“V”字形排列，多个长短不同的翼片交替径向设置在管体内；申请号为‘CN201010226366.2’的发明涉及一种尿素混合装置，它包括至少两组叶片对，每组所述叶片对包括两个折起方向相对设置的蝶形叶片；申请号为‘CN200910252809.2’的发明涉及用于选择性催化还原系统的混合装置，包括带孔主体的第一混合元件具有第一表面、第二表面和从第一表面延伸到第二表面的多个孔道；申请号为‘CN200920227898.0’的一种发动机尾气扰流混合器，所述管道(1)两端的外壁与排气管(7)滑动配合，管道(1)的下游一端设置有叶片装置(4)，管道(1)的中段为内径小于管道(1)内径的喉口管(2)；申请号为‘CN200720018679.2’的实用新型公开了一种大排量发动机SCR后处理管路装置，该混合器为带有较大筛孔筛网，并在筛网上设置了扰流挡片；

上述5个专利的混合单元虽然设置在尿素喷嘴后端，但其形状和结构不同于本发明，也没有在翅片表面进行任何的处理和涂层，没有应用泡沫金属的内容。也不同于本发明。

由此，基于分析和改进，产生了本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泡沫金属球管组合的混合单元，其采用金属纤维管包裹泡沫金属球体，构成一个同心圆筒状的尿素还原剂的泡沫金属球管组合的混合单元，并在泡沫金属球体上涂敷催化剂，应用于尿素还原剂的混合分解，结构简单，高效耐用，应用于国4以上后处理装置中。

本发明的技术方案是这样实现的：一种泡沫金属球管组合的混合单元，由排气管、喷嘴、连接法兰、焊点、紧固外套管、紧固内套管、金属纤维编织管、泡沫金属球体组成；其特征在于：紧固外套管和紧固内套管固定金属纤维编织管，用连接法兰焊接为一体；紧固内套管的内径为D1，泡沫金属球体直径为D2，球体直径D2和管径D1之比D2/D1=1.5~2.5；紧固外套管的长度L2和紧固内套管的长度L1的比例关系是L2-L1=3~5mm；L2=300mm；泡沫金属球体布置于尿素还原剂的喷嘴下游。

所述的泡沫金属球体是为孔径为2~10mm，目数为5~50ppi孔隙率为大于80%，通孔率大于90%的泡沫金属，包括泡沫铝、泡沫镍、泡沫钛或泡沫不锈钢的任意一种。

所述的泡沫金属球体的形状为圆形球体或椭圆形球体，即长轴方向平行与该混合单元的轴线，或者泡沫金属球体采用不锈钢丝绕制而成的圆形球体或椭圆型球体，或采用多于一个球体串联而组成的混合单元。

所述的泡沫金属球体的形状为圆形球体或椭圆形球体，即长轴方向平行与该混合单元的轴线，或者泡沫金属球体采用不锈钢丝绕制而成的圆形球体或椭圆型球体，或采用多于一个球体串联而组成的混合单元。

所述的金属纤维编织管为不锈钢板制备的管，其厚度为2~3mm。

所述的混合器泡沫金属球体上涂敷有助于尿素还原剂分解的催化剂，其组成和工艺如下：

1．把泡沫金属球体整体在高温炉内，随炉升温450~550℃并保温40~60min，完成除油操作；

2．按质量份数选用工业的15%wt含量的纳米二氧化钛溶胶60~76份，工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉20~38份，酒精2~6份，球磨机中湿法球磨10~20min，

3.泡沫金属球体在其中浸沾1次，空气吹扫，90~120℃干燥箱内干燥40~60min，移入的高温炉内，随炉升温500~600℃并保温烧结40~60min，在混合器翅板沉淀并烧结上均匀的二氧化钛涂层。

本发明的积极效果在于：从机械、物理、材料、化学以及气动传输方面出发，设计一种简便的泡沫金属球管组合的混合单元，成本低廉，可以改善混合和均化的效果，具有一定的实用价值。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图说明与实施例对本发明作进一步说明：如图1所示，一种泡沫金属球管组合的混合单元，由排气管1、喷嘴2、连接法兰3、焊点4、紧固外套管5、紧固内套管6、金属纤维编织管7、泡沫金属球体8组成；其特征在于：紧固外套管5和紧固内套管6固定金属纤维编织管7，用连接法兰3焊接为一体；紧固内套管6的内径为D1，泡沫金属球体8直径为D2，球体直径D2和管径D1之比D2/D1=1.5~2.5；紧固外套管5的长度L2和紧固内套管6的长度L1的比例关系是L2-L1=3~5mm；L2=300mm；其布置于尿素还原剂的喷嘴下游。

所述的泡沫金属球体8是为孔径为2~10mm，目数为5~50ppi孔隙率为大于80%，通孔率大于90%的泡沫金属，包括泡沫铝、泡沫镍、泡沫钛或泡沫不锈钢的任意一种。

所述的泡沫金属球体8的形状为圆形球体或椭圆形球体，即长轴方向平行与该混合单元的轴线，或者泡沫金属球体8采用不锈钢丝绕制而成的圆形球体或椭圆型球体，或采用多于一个球体串联而组成的混合单元。

所述的金属纤维编织管7为不锈钢板制备的管，其厚度为2~3mm。

实施例为进一步阐明本发明的特点，不等同于限制本发明，对于本领域的技术人员依照本发明进行的更改，均应包含在本发明的保护范围之内。

实施例1

选取市售的泡沫金属球体，目数为5ppi，材质为泡沫镍，加工成直径为180mm的球体；采用长度600mm，厚度为2~3mm的不锈钢材质金属纤维编织管，管内径185mm，把泡沫镍放入金属纤维编织管中间，采用长度100mm外径90mm的紧固内套管，采用长度105mm内径为120mm的紧固外套管，收口，组合该混合单元的进出口，采用内经为90mm的法兰，分别在进出口完成焊接，制备成混合单元的主体；布置于尿素还原剂的喷嘴下游。

首先把该单元的整体放入高温炉内，随炉升温450~550℃并保温40~60min，完成除油操作；选用工业销售的15%wt含量的纳米二氧化钛溶胶70份，掺入工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉25份，以及酒精5份，球磨机中湿法球磨20min，成乳浊状悬浮液体，把浆料从混合单元的一端倒入，充分浸润，首先涂敷1次，淋干多余的液体，空气吹扫后放入90~120℃干燥箱内干燥40~60min，移入的高温炉内，随炉升温500~600℃并保温烧结40~60min，在混合器翅板6沉淀并烧结上均匀的二氧化钛的涂层；重复上述涂敷操作，完成二次涂敷；

实施例2：

将实施例1制备完成的混合器称重W1，采用0.2Mpa的清洁空气吹扫5min，称重W2，W1-W2重量损失小于1.5%；然后，把本发明混合器重新放入高温炉内，保温600℃下40min，立即投入1000mL的室温下市售的32.5%wt尿素还原剂中，5min后取出，自来水洗涤1次，在90℃干燥箱内干燥40min，称重W3，W2-W3重量损失小于2.5%。

安装在9L柴油发动机台架上的排气管内，混合器安装的位置在尿素还原剂喷嘴之后，距离喷嘴出口点约5mm，法兰连接，混合器的末端距离喷嘴的距离约302mm；启动发动机，在不同工况下测试，混合器加装前后的NOX去除率对比，NOX的去除率改善3~5%，测定排气系统的背压10~15Kpa，满足要求。

实施例3：

选取市售的泡沫金属球体，目数为5ppi，材质为泡沫铝，加工成直径为180mm的球体；采用长度600mm，厚度为3mm的不锈钢材质金属纤维编织管，管内径185mm，把泡沫镍放入金属纤维编织管中间，采用长度100mm外径90mm的紧固内套管，采用长度105mm内径为120mm的紧固外套管，收口，组合该混合单元的进出口，采用内经为90mm的法兰，分别在进出口完成焊接，制备成混合单元的主体；布置于尿素还原剂的喷嘴下游。

把实施例2的球体单元的整体放入高温炉内，随炉升温450~550℃并保温40~60min，完成除油操作；

实施例4：

选用工业销售的15%wt含量的纳米二氧化钛溶胶70份，掺入工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉25份，以及酒精5份，球磨机中湿法球磨20min，成乳浊状悬浮液体，把浆料从实施例3的混合单元的一端倒入，充分浸润，首先涂敷1次，淋干多余的液体，空气吹扫后放入90~120℃干燥箱内干燥40~60min，移入的高温炉内，随炉升温500~600℃并保温烧结40~60min，在泡沫金属球体单元上沉淀并烧结上均匀的二氧化钛的涂层；重复上述涂敷操作，完成二次涂敷。

将制备完成的混合器称重W1，采用0.2Mpa的清洁空气吹扫5min，称重W2，W1-W2重量损失小于1.5%；然后，把本发明混合器重新放入高温炉内，保温600℃下40min，立即投入1000mL的室温下市售的32.5%wt尿素还原剂中，5min后取出，自来水洗涤1次，在90℃干燥箱内干燥40min，称重W3，W2-W3重量损失小于2.5%。

安装在9L柴油发动机台架上的排气管内，混合器安装的位置在尿素还原剂喷嘴之后，距离喷嘴出口点约5mm，法兰连接，混合器的末端距离喷嘴的距离约302mm；启动发动机，在不同工况下测试，混合器加装前后的NOX去除率对比，NOX的去除率改善3~5%，测定排气系统的背压10~15Kpa，满足要求。

Claims (2)

1.一种泡沫金属球管组合的混合单元，由排气管、喷嘴、连接法兰、焊点、紧固外套管、紧固内套管、金属纤维编织管、泡沫金属球体组成；其特征在于：紧固外套管和紧固内套管固定金属纤维编织管，用连接法兰焊接为一体；紧固内套管的内径为D1，泡沫金属球体直径为D2，球体直径D2和管径D1之比D2/D1=1.5~2.5；紧固外套管的长度L2和紧固内套管的长度L1的比例关系是L2-L1=3~5mm；L2=300mm；泡沫金属球体布置于尿素还原剂的喷嘴下游；泡沫金属球体是孔径为2~10mm，目数为5~50ppi孔隙率为大于80%，通孔率大于90%的泡沫金属，包括泡沫铝、泡沫镍、泡沫钛或泡沫不锈钢的任意一种；泡沫金属球体的形状为圆形球体或椭圆形球体，即长轴方向平行与该混合单元的轴线，或者泡沫金属球体采用不锈钢丝绕制而成的圆形球体或椭圆型球体，或采用多于一个球体串联而组成的混合单元。

2.根据权利要求1中所述的一种泡沫金属球管组合的混合单元，其特征在于所述的泡沫金属球体上涂敷有助于尿素还原剂分解的催化剂，其组成和工艺如下：

1）．把泡沫金属球体整体在高温炉内，随炉升温450~550℃并保温40~60min，完成除油操作；

2）．按质量份数选用工业的15%wt含量的纳米二氧化钛溶胶60~76份，工业的平均粒径为100nm纳米二氧化钛粉20~38份，酒精2~6份，球磨机中湿法球磨10~20min，

3）.泡沫金属球体在其中浸沾1次，空气吹扫，90~120℃干燥箱内干燥40~60min，移入的高温炉内，随炉升温500~600℃并保温烧结40~60min，在混合器翅板沉淀并烧结上均匀的二氧化钛涂层。