CN102361677B - 用于处理废气的整体式废气处理单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种整体式废气处理设备或单元（10），用于处理来自燃烧过程（14）的废气（12），该整体式废气处理设备或单元（10）为废气处理系统（16）的一部分，该废气处理系统（16）可包括其它废气处理部件（18）。整体式废气处理单元（10）包括：整体式结构（20）；至少两个支承垫（24）的层（22）；以及夹在两个支承垫（24）的层（22）之间的至少一个金属箔（28）的层（26）。

Description

用于处理废气的整体式废气处理单元
技术领域
本发明涉及诸如汽油颗粒过滤器和柴油颗粒过滤器（DPF）等颗粒过滤器形式的整体式废气处理设备或单元，以及用于处理来自燃烧过程的废气的催化单元，比如催化转化器、柴油机氧化催化器（DOC）和用于道路和非道路交通工具、机车和稳态电能应用的压缩机的选择性催化还原催化器（SCR），更具体地，本发明涉及围绕整体式过滤器或整体式催化载体的结构的外圆周表面安放有支撑或安装垫以便将该结构支撑在壳体内的整体式废气处理单元。
背景技术
汽车产业中都知道包括废气处理系统以改善废气排放，该废气处理系统采用汽油颗粒过滤器或柴油颗粒过滤器和/或一个或多个诸如催化转化器、柴油机氧化催化器单元、或选择性催化还原催化器单元的催化器单元。在这样的催化器单元中，催化剂通常作为涂层被承载在诸如具有整体式结构的陶瓷基体（substrate）的支承基体结构上，而且在颗粒过滤器中，通常采用可以是非催化性的整体式过滤器结构。一般，这种整体式结构的横截面为卵形或圆形的，并且这种整体式结构通常缠裹有一层支承或安装垫，该层支承或安装垫定位在单元的外壳体与该整体式结构之间以利于保护整体式结构免受可能从壳体传递至整体式结构的冲击力和振动力的影响。通常，该支承或安装垫由耐热和减振型材料制成，诸如玻璃纤维垫、陶瓷纤维垫、或石棉垫。尽管这些构造对于它们的预期目的是有效的，但总是存在改进的空间。
发明内容
根据本发明的一个特征，提供了一种用于处理来自燃烧过程的废气的整体式废气处理单元。根据进一步的特征，提供了一种用于燃烧过程并且包括整体式废气处理单元的废气处理系统。整体式废气处理单元包括：具有平行于纵向轴线延伸的外表面的整体式结构；绕所述外表面缠绕的至少两个支承垫的层；以及夹在所述至少两个支承垫的层之间的至少一个金属箔的层。
作为一个特征，所述整体式废气处理单元进一步包括绕最外层支承垫缠绕的最外层金属箔。
在一个特征中，所述整体式废气处理单元进一步包括围绕着绕所述催化剂载体缠绕的最外层的壳体。
根据一个特征，所述整体式结构具有以所述纵向轴线为圆心的圆形横截面。
作为一个特征，所述整体式结构包括催化剂。
根据一个特征，所述整体式结构包括陶瓷基体。
在一个特征中，所述整体式结构包括多孔结构。
作为一个特征，所述金属箔的至少一部分是带穿孔的。
根据一个特征，所述金属箔限定出边缘密封部，所述边缘密封部在所述支承垫的位于所述整体式废气处理单元的一个端部或两个端部处的相邻边缘上延伸。
在一个特征中，所有所述支承垫的层通过至少一个金属箔的层隔开。
从阅读包括所附权利要求和附图在内的整个说明书，本发明的其它目的、特征和优点将变得明显。
附图说明
图1算是用于燃烧过程并且包括实施本发明的整体式废气处理单元的废气处理系统的示意图。
图2是自图1中的线2-2截取的放大图。
图3是类似于图2的视图，但示出了整体式废气处理单元的替代实施方式。
图4A和4B算是示出一种组装图1-3的整体式废气处理单元的方法的示意图。
图5是从线5-5截取的视图，示出了图1-4的整体式废气处理单元的一个部件的一部分。
图6-12C是自图1中的线6-6截取的放大的局部视图，示出了多种包括一个或多个边缘密封件的用于图1的整体式废气处理单元的可能构造。
具体实施方式
参见图1，示出了用于处理废气12的整体式废气处理设备或单元10，废气12来自燃烧过程，比如来自压燃机14。整体式废气处理单元10是废气处理系统16的一部分，该废气处理系统16在整体式废气处理单元10的上游、或下游、或上下游还可以包括其它废气处理部件18。部件18可以是任意适合的类型和构造，并且作为几个示例可以包括消音器、柴油颗粒过滤器、喷射器和阀，诸如废气再循环阀。
如图2所示，整体式废气处理单元10包括整体式结构20、至少两层22支承垫24和夹在两层22支承垫24之间的至少一层26金属箔28、以及外壳体30。如图2所示，优选地，在最外层22与壳体30之间还包括一层或更多层32金属箔28。然而，如由图3中的构造示出的，在一些应用当中，可能期望最外层22紧邻壳体30。
优选地，金属箔28减少了层22之间以及来自整体式结构20和废气12的有效热传导，并使来自整体式结构20和废气12的辐射传热减少。这对于在整体式结构20包括催化剂的情况下将废气12和整体式结构20的温度保持就期望的催化反应而言适合并且优选最佳的温度范围内是非常有利的。在一些应用中，可能期望金属箔不要过多地减少层与层之间的和/或来自整体式结构20和废气12的有效热传导。
尽管整体式结构20可以是任意适合的类型和构造，其中许多已知，但是在图2和图3所示的优选实施方式中，整体式结构20为承载着适于单元10的预期功能的催化剂涂层——比如例如适合的氧化催化剂或适合的选择性催化还原催化剂——的整体式多孔陶瓷结构。
优选地，如从图1中最佳示出的，整体式结构20具有平行于纵向轴线34延伸的外表面32，其通常与废气12穿过单元10的流动方向吻合。尽管可以采用任意适合的横截面，例如包括卵形、椭圆形、三角形、矩形和六边形，但是在图2和3中示出的优选实施方式具有以轴线34为中心的圆形横截面，从而限定出整体式结构20和外表面32的圆柱形形状。
每层22支承垫24可以由任意适合的材料制成，其中许多材料是已知的，例如包括玻璃纤维垫、石棉垫、或者诸如耐火陶瓷纤维、莫来石陶瓷纤维、或其它高铝陶瓷纤维的陶瓷纤维垫。在一些应用中，可能期望每一层22都是由相同的垫材料制成的，但在另一些应用中，可能期望其中一层或更多层22由与任何其它层22的垫材料不同的垫材料制成。优选地，每层22的支承垫24具有在两个邻接的周向端部36之间延伸的周向长度，所述端部36可以如图2所示是直角的或者可以如图3所示斜切的。然而，在一些应用中，可能期望每一层22形成为在圆周方向上连续的套筒。此外，在一些应用中，可能期望支承垫为绕整体式结构20螺旋形缠绕的连续长度，并且金属箔也为在通过支承垫的螺旋形缠绕形成的各层22之间的绕整体式结构20螺旋形缠绕的连续长度。
金属箔28的各层26和28可以由任意适合的金属材料制成，例如可以由不锈钢箔或铝箔制成。如果单元10包括多于一层26、32，那么在一些应用中可能期望每层26、32都由相同的金属箔材料制成，而在另一些应用中，可能期望这些层26、32中至少一层由与任何其它层26、32的金属箔材料不同的金属箔材料制成。优选地，各层26、32的金属箔28具有在邻接端部38之间延伸的周向长度，所述端部38可以如图2所示为直角的或者可以如图3所示斜切的。此外，取决于各种具体应用的要求和参数，端部38可以如图3所示以及如图2的两个最内层22和26所示与相邻层22、26、32的端部36周向地对齐，或者它们可以如图2的最外层22、32所示与相邻层22、26、32的端部36偏置。与层22一样，在一些应用中，可能期望各层26形成为在圆周方向上连续的套筒。另外，在一些应用中，可能期望在绕整体式结构20缠绕支承垫24和金属箔28之前将金属箔28层叠到支承垫24上。
参见图4A和4B，一种组装整体式废气处理单元10的方法是通过使整体式结构20如箭头A所示绕轴线34旋转，同时如箭头B所示以合适的速度供给垫24来绕整体式结构20缠绕支承垫24的第一层22，然后在再次如箭头A和B所示使整体式结构20与第一层22一起绕轴线34旋转并以合适的速度提供箔28和垫24的同时将金属箔28的层26与支承垫24的第二层22一起进行缠绕。或者，可将各个层22和24作为单独的层依次绕整体式结构20进行缠绕，或者将它们作为一个同时绕整体式结构进行缠绕的夹层结构提供。
参见图5，示出了其中一个层26或32的金属箔28的一部分40，以说明可选构造，其中在部分40中设有穿孔42的阵列，以增大金属箔28与任意相邻层22、26或32之间的摩擦。就此而言，优选通过给箔28打孔而形成穿孔42从而在穿孔42的外围形成凸缘44。在一些应用中，可能期望凸缘全部位于箔28的一侧上，而在另一些应用中，可能期望对于某些穿孔42凸缘44位于箔28的一侧上，对于另一些穿孔42凸缘44则位于箔28的相反侧上。还可以通过使箔28隆起、使箔28带毛口、给箔28冲孔、使箔28起波纹、或在箔28上使用其它类型的表面粗糙化处理来增大摩擦力。取决于各种应用的参数，该部分40可在箔28的有限周向长度上延伸或在箔28的整个周向长度上延伸。应当理解，在一些应用中，这种摩擦加强对于层26或32中的全部或任何一个而言可能都是不期望的。
参见图6A和6B，示出了另一种可选方式，其中每个层26的金属箔28纵向地延伸超过相邻支承垫24的各纵向边缘46，从而在该相邻支承垫24的边缘46上限定出边缘密封部48，以限制废气12进入支承垫24中。在图6A中，每个层26的外边缘沿径向向内的方向折叠，从而限定出边缘密封部48，而在图6B中，每个层26的边缘沿径向向上的方向折叠从而形成边缘密封部48。图7A和7B类似与图6A和6B，但是增加了附加箔条50，以通过邻接每个层26的折叠边缘而提供用于边缘密封部48的附加结构。图8A和8B示出了另一种可选方式，其中或者最内层26或者最外层26的金属箔28延伸得足够远从而能够径向地向内或径向地向外折叠成形成在两个支承垫24的层22的范围上延伸的边缘密封部48。图9示出了图8A和8B的与图7A和7B的条50相关的理念。图10示出了在单层22支承垫24和单层26金属箔28的情况下设置边缘密封部48的实施方式，图11示出了不使用层26而是用两个条50与边缘箔52结合从而限定出边缘密封部48的实施方式。应当理解，在一些应用中，可能期望对于以上实施方式中的任意一个仅在支承垫24的一端上设置多个或一个边缘密封部48，图12A、12B和12C中示出了这种构造的一些示例。
应当理解，通过设置一个或更多个层26、32，可以因为在整体式废气处理单元10内提供了更好的热隔离并提供了与单元10的更好的热隔离而使整体式废气处理单元10的性能较之于常规整体式废除处理单元得到提高。

Claims (21)

1.一种用于处理来自燃烧过程的废气的整体式废气处理单元，所述整体式废气处理单元包括：
具有平行于纵向轴线延伸的外表面的整体式结构；
绕所述外表面缠绕的至少两个支承垫的层；
夹在所述至少两个支承垫的层之间的至少一个金属箔的层，进一步包括绕最外层支承垫缠绕的最外层金属箔；以及
壳体，所述壳体围绕着绕所述整体式结构缠绕的最外层，所述整体式结构通过所述支承垫的层支承并安装在所述壳体内。
2.一种用于处理来自燃烧过程的废气的整体式废气处理单元，所述整体式废气处理单元包括：
具有平行于纵向轴线延伸的外表面的整体式结构；
绕所述外表面缠绕的至少两个支承垫的层；
夹在所述至少两个支承垫的层之间的至少一个金属箔的层，其中，所述金属箔的至少一部分是带穿孔的；以及
壳体，所述壳体围绕着绕所述整体式结构缠绕的最外层，所述整体式结构通过所述支承垫的层支承并安装在所述壳体内。
3.如权利要求2所述的整体式废气处理单元，其中，所述整体式结构具有以所述纵向轴线为圆心的圆形横截面。
4.如权利要求2所述的整体式废气处理单元，其中，所述整体式结构包括催化剂。
5.如权利要求2所述的整体式废气处理单元，其中，所述整体式结构包括陶瓷基体。
6.如权利要求2所述的整体式废气处理单元，其中，所述整体式结构包括多孔过滤器结构。
7.如权利要求2所述的整体式废气处理单元，其中，所述金属箔限定出边缘密封部，所述边缘密封部在所述支承垫的位于所述整体式废气处理单元的相反端部处的相邻边缘上延伸。
8.如权利要求2所述的整体式废气处理单元，其中，所有所述支承垫的层通过至少一个金属箔的层隔开。
9.如权利要求2所述的整体式废气处理单元，其中，所述穿孔是打孔而成的穿孔。
10.如权利要求2所述的整体式废气处理单元，其中，所述穿孔在其外围具有凸缘。
11.如权利要求10所述的整体式废气处理单元，其中，所述凸缘全部位于所述金属箔的一侧上。
12.如权利要求10所述的整体式废气处理单元，其中，一些所述凸缘位于所述箔的一侧上，一些所述凸缘位于所述金属箔的相反侧上。
13.一种用于燃烧过程的废气处理系统，所述系统包括用于处理废气的整体式废气处理单元，所述整体式废气处理单元包括：
具有平行于纵向轴线延伸的外表面的整体式结构；
绕所述外表面缠绕的至少两个支承垫的层；
缠绕在所述至少两个支承垫的层之间的至少一个金属箔的层，其中，所述整体式废气处理单元进一步包括绕最外层支承垫缠绕的最外层金属箔；以及
壳体，所述壳体围绕着绕所述整体式结构缠绕的最外层，所述整体式结构通过所述支承垫的层支承并安装在所述壳体内。
14.一种用于燃烧过程的废气处理系统，所述系统包括用于处理废气的整体式废气处理单元，所述整体式废气处理单元包括：
具有平行于纵向轴线延伸的外表面的整体式结构；
绕所述外表面缠绕的至少两个支承垫的层；
缠绕在所述至少两个支承垫的层之间的至少一个金属箔的层，其中，所述金属箔的至少一部分是带穿孔的；以及
壳体，所述壳体围绕着绕所述整体式结构缠绕的最外层，所述整体式结构通过所述支承垫的层支承并安装在所述壳体内。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述层由支承垫和金属箔的螺旋形缠绕限定。
16.如权利要求14所述的系统，其中，所述金属箔限定出边缘密封部，所述边缘密封部在所述支承垫的位于所述整体式废气处理单元的相反端部处的相邻边缘上延伸。
17.如权利要求14所述的系统，其中，所有所述支承垫的层通过至少一个金属箔的层隔开。
18.如权利要求14所述的系统，其中，所述穿孔是打孔而成的穿孔。
19.如权利要求14所述的系统，其中，所述穿孔在其外围具有凸缘。
20.如权利要求19所述的系统，其中，所述凸缘全部位于所述金属箔的一侧上。
21.如权利要求19所述的系统，其中，一些所述凸缘位于所述箔的一侧上，一些所述凸缘位于所述金属箔的相反侧上。
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