CN102733905A - 低背压后处理金属载体单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低背压后处理金属载体单元，其特征在于：采用金属丝网、烧结毡或汽液过滤网作为基体，在长度方向的分布了一条一定直径的正弦形状的汽液过滤网拧成的绳，从一端卷绕制作的车用低背压后处理金属载体单元，这样，金属丝网、烧结毡或汽液过滤网的层与层之间获得很好的径向和轴向的支撑，不论进口端或出口端都分布许多个均匀的契型缓冲空间，在不降低过滤效果的情况下降低背压，延长更换和维修间隔，因此，作为后处理载体，该产品可以用作DOC、POC、DPF和SCR的载体，具有一定的实际意义和较高的实用价值。

Description

低背压后处理金属载体单元

技术领域

本发明涉及一种低背压后处理金属载体单元，应用于汽车尾气的DOC、SCR或POC后处理行业。

背景技术

当前，全球面临能源和环境的综合挑战。在传统汽车的排放达标的技术手段选择方面，人们仍然面临不少的难题，例如，如何选择后处理的载体和催化剂等方面。

后处理载体是构成车用后处理平台的关键因素，截止到目前为止，在后处理载体方面绝大多数是进口的陶瓷载体，这种陶瓷载体的机械强度稍差，不太适应于中国的实际情况；同样，一些特殊结构的成熟的金属载体也是被国外的技术和专利垄断，成为制约中国后处理产业发展的关键因素。

因此，如何获得低成本和高性能的后处理载体是推进该领域技术进步的核心内容。

根据车用后处理器的使用工况，以及对载体的综合技术要求，金属蜂窝、金属泡沫、金属丝网、金属纤维和无机纤维也是载体材料的不错的选项。

后处理所用的陶瓷载体，通常都是采用专用的金属陶瓷的3M衬垫‘包括’住载体，并把载体和壳体封装固定在一起，满足车辆的冷态和热态的抗振动要求，但是，一方面材料的成本较高，另一方面封装必须采用机器人生产线，影响产品的竞争力。

而上述所用的金属载体单元，在封装时就不适合使用这种金属陶瓷的3M衬垫。这里，并不是说金属材质的载体的封装就没有一点问题，相反，要满足车辆的冷态和热态的抗振动要求也必须采取多种技术措施；例如，可以把柱状的金属材质的载体整体在真空钎焊炉内进行钎焊处理，此工艺，虽然能很好的解决载体单元的强度问题，但是，设备成本和生产工艺的成本高昂，也完全不符合低碳节能环保的绿色工艺过程的特点；也可以把柱状的金属材质的载体两端加装支撑结构，也可以在柱状的金属材质的载体之间‘横穿加强筋’等等，这些措施都改变了载体的最基本的气流场的分布均匀性，结果是‘局部受力不均’，在通过GB或HJ振动试验时产生位移等形式的损害。

同样，市场上已经有各类金属丝网结构的金属载体出现，但是，对这类样件在规定的500~1000h的台架老化试验中存在不同程度的堵塞问题，实测样件的背压指标检测大于15kpa，最高达到23kpa，背压较高时将导致车辆燃油经济性变差，出现这些堵塞问题的原因归结到底是这类载体的宏观结果和微观结构的优化存在问题，也就是在增加过滤面积（滤床体积）的同时应该优化气流通道；

在中国专利信息平台，以‘后处理载体封装’、‘后处理壳体封装’和‘壳体封装’进行检索，申请(专利)号为CN201010522911.2的‘一种尾气净化用金属载体及其加工方法’的专利是卷绕而成的波片和平片通过耐高温的黏胶连接的方法；申请(专利)号为CN200510024944.3的‘汽车尾气净化器催化剂金属载体及其制备方法’的专利是泡沫金属的结构；申请(专利)号为CN200910262284.0的‘尾气净化器用金属载体’的专利是一种多层交替叠合的U型平板及U型波形板构成；申请(专利)号为CN200910177855.0的‘一种耐高温的金属载体’的专利是外壳内壁涂布镍基钎焊粉及粘结剂进行高温焊接制作金属载体；申请(专利)号为CN201110048031.0的‘一种用于固定源尾气脱硝的蜂窝状金属丝网催化剂及制备’的专利是蜂窝状金属载体的催化剂的制备；申请(专利)号为CN98125354.7的‘催化剂用金属载体’的专利是具有一个呈圆筒形并含有多个沿轴线方向延伸的通气孔的蜂窝状结构体；申请(专利)号为CN200710010359.7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’的专利是将多个平板状和多个瓦楞状金属丝网加工制成带有涂层的蜂窝状金属丝网载体；申请(专利)号为CN200720088652.0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’的专利是由多层波纹带与平板带的叠合层卷制焊接成的蜂窝状柱体；申请(专利)号为CN201020206068.2的‘孔网式催化转化器’的专利是由孔网式金属载体是由多条金属波纹网带交叉重叠或由多条金属波纹网带与金属平板网带交叉重叠组成；申请(专利)号为CN201020532458.9的‘一种摩托车的尾气净化金属载体’的专利是多个呈直通孔状结构的过滤孔，过滤孔内间隔设置有若干起阻流作用的径向波纹的蜂窝载体；分析认为上述专利于本发明没有近似性。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种低背压后处理金属载体单元，其对现有的后处理载体的性能和结构进行了优化，降低了堵塞的风险，增加了振动试验通过的几率，具备实用性和先进性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种低背压后处理金属载体单元，其特征在于：采用长度为L4000~9000mm，宽度为D1=150~500mm，厚度为0.5~4.5mm的金属丝网、烧结毡和汽液过滤网做成金属过滤基片，并在金属过滤基片上布置一条由汽液过滤网拧成的直径为D2的呈正弦分布的金属绳，卷绕制备而成金属载体单元；封装在SUS304不锈钢壳体内。

所述的金属绳是用汽液过滤网拧成的直径为D2=3~30mm，呈正弦对称分布在金属过滤基片的长度上。

所述的金属绳的分布由D来控制，D=（1/20~1/400）×L。

所述的汽液过滤网的丝径为0.2~0.35mm。

所述的金属过滤基片上采用2~4层的汽液过滤网叠在一起，并经过三辊机碾压一次。

本发明的积极效果是通过卷绕前的滤片进行微观结构的优化，发明了金属绳支撑的‘滤片单元’，在载体宏观规整的前提下，营造围观的不规整，使卷绕后的载体存在丰富的‘契型空间’，增加了气体滤过的面积，减少了被堵塞可能，在使用中具有积极意义。 

附图说明

图1滤片切割的示意图。

图2模板以及绳的缠绕示意图。

图3模板原理示意图。

图4卷绕后的样件示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进一步描述，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。

一种低背压后处理金属载体单元，其特征在于：采用长度为L4000~9000mm，宽度为D1=150~500mm，厚度为0.5~4.5mm的金属丝网、烧结毡和汽液过滤网做成金属过滤基片1，并在金属过滤基片1上布置一条由汽液过滤网拧成的直径为D2的呈正弦分布的金属绳2，卷绕制备而成金属载体单元；封装在SUS304不锈钢壳体内；

所述的金属绳2是用汽液过滤网拧成的直径为D2=3~30mm，呈正弦对称分布在金属过滤基片1的长度上；

所述的金属绳2的分布由D来控制，D=（1/20~1/400）×L；

所述的汽液过滤网的丝径为0.2~0.35mm；

所述的金属过滤基片1上采用2~4层的汽液过滤网叠在一起，并经过三辊机碾压一次。

实施例1

如图2-3所示，取0.1mm丝径的SUS304不锈钢的编织网，长度L=5000mm，宽度D1=300mm；把金属过滤基片1固定在模板3上；取D=（1/20）×L=250mm，即在这个长度方向上分布20个正弦线形状；采用2层的宽度为15mm的0.3mm丝径的SUS304不锈钢的汽液过滤网拧成约4.5mm的绳，制备长度约为13500mm，三辊机碾压一次，扁平化，厚度为2mm；固定绳的一端，使之在模板上缠绕成1条类似正弦状，剪掉多余的绳；然后沿长度方向的一端为‘芯’卷绕，制成车用低背压后处理金属载体单元如图4所示；

采用厚度为1.5mm的SUS304不锈钢板作为壳体板，制备出内径为300mm，高度为340mm筒状壳体，用此筒状壳体把此载体单元芯封装焊接，两端各用齿板挡条焊接固定，完成了低背压后处理金属载体单元的制备；该载体单元按照正常的工艺完成催化剂连接层浆料的涂敷和烧结，完成活性催化剂的涂敷和烧结，即成为低背压后处理器金属载体的样件；

在排量为8.6L的柴油发动机标准台架上连接该样件，选定6个转速和负荷的不同组合的工况，热起活样件2h后，分别测定各个工况下的排气背压参数，背压在6~12Kpa，符合标准。

实施例2 

取厚度为1.2mm的SUS304不锈钢纤维的烧结毡，长度L=5000mm，宽度D1=300mm；采用三辊机把制备的滤片滚压一次，边角更为整齐，使之规整的金属过滤基片1；把金属过滤基片1固定在模板3上；取D=（1/200×L=25mm，即在这个长度方向上分布200正弦线形状；采用2层的宽度为15mm的0.3mm丝径的SUS304不锈钢的汽液过滤网拧成约4.5mm的绳，制备长度约130000mm，三辊机碾压一次，扁平化，厚度为2m；固定绳的一端，使之在模板上缠绕成1类似正弦状，剪掉多余的绳；然后沿长度方向的一端为‘芯’卷绕，制成车用低背压后处理金属载体单元；

采用厚度为1.5mm的SUS304不锈钢板作为壳体板，制备出内径为300mm，高度为340mm筒状壳体，用此筒状壳体把此载体单元芯封装焊接，两端各用齿板挡条焊接固定，完成了低背压后处理金属载体单元的制备；该载体单元按照正常的工艺完成催化剂连接层浆料的涂敷和烧结，完成活性催化剂的涂敷和烧结，即成为低背压后处理器金属载体的样件；

在排量为8.6L的柴油发动机标准台架上连接该样件，选定6个转速和负荷的不同组合的工况，热起活样件2h后，分别测定各个工况下的排气背压参数，背压在8~12Kpa，符合标准。

实施例3 

取6层的0.3mm丝径的SUS304不锈钢的汽液过滤网，长度L=4000mm，宽度D1=300mm；三辊机碾压一次，把滤片固定在模板上；取D=（1/400）×L=10mm，即在这个长度方向上分布400个正弦线形状；采用2层的宽度为15mm的0.3mm丝径的SUS304不锈钢的汽液过滤网拧成约4.5mm的绳，长度为250000mm，三辊机碾压一次，扁平化，厚度为2m；固定绳的一端，使之在模板上缠绕成1类似正弦状，剪掉多余的绳；然后沿长度方向的一端为‘芯’卷绕，制成车用低背压后处理金属载体单元；

采用厚度为1.5mm的SUS304不锈钢板作为壳体板，制备出内径为300mm，高度为340mm筒状壳体，用此筒状壳体把此载体单元芯封装焊接，两端各用齿板挡条焊接固定，完成了低背压后处理金属载体单元的制备；该载体单元按照正常的工艺完成催化剂连接层浆料的涂敷和烧结，完成活性催化剂的涂敷和烧结，即成为低背压后处理器金属载体的样件；

在排量为8.6L的柴油发动机标准台架上连接该样件，选定6个转速和负荷的不同组合的工况，热起活样件2h后，分别测定各个工况下的排气背压参数，背压在8~14Kpa，符合标准。

本发明的金属过滤基片的材料是金属丝网、烧结毡和汽液过滤网，上述几种材料在市场上作为普通的商品很容易获得；金属丝网、烧结毡和汽液过滤网必须是SUS304以上规格的不锈钢材料，以满足其防腐蚀和防锈的要求；商品化的金属丝网的丝径只能选用0.1~0.3mm之间的规格，丝径过大卷绕难度加大，丝径过小强度过低；另外，为方便卷绕，烧结毡的厚度应该控制在5mm以下；同样，汽液过滤网的丝径也应该在0.2~0.35mm之间，推荐一张滤片应该采用2~4层的汽液过滤网叠在一起，并实现经过三辊机碾压一次；

本发明所述的金属绳是采用汽液过滤网的窄条按照拧绳的办法拧成直径为D2=3~30mm的金属绳，此金属绳以一定现状分布在两个金属滤片的之间，即起到支撑的作用，借助于绳的作用，在滤片之间形成微隙，这些微隙可以让尾气的气流通过，但是由于不是直通孔，滤片就把尾气中的PM截留下来，在滤片上的催化剂的作用下被除去；为保证汽液过滤网的窄条拧成的绳能保持形状，可以采用与金属加工行业类似的‘拉拔磨具’，把绳经过1~2次的来回拉拔，即可部分消除弹力，保证绳的形状；也可以采用三辊机碾压一次，稍微扁平化，消除其弹性；事实上，采用较大的卷绕力时，卷绕前的圆形的金属绳在卷绕后也可以成为扁平状金属线绳；绳的直径可以采用拧绳之前所用‘网的宽度或厚度’的大小来保证；为保证载体单元的强度，本发明的绳的摆放是一条正弦绳的分布，有时，在张紧力的作用下也可能变成类似正弦，当然，也可以是其它尖角分布的形状，这在本领域的技术人员都可以实现，如图1所示；金属绳2的直径选为D2=3~30mm，当D2太小时，在卷制压力的作用下，微隙可能太小，甚至消失；相反，当D2过大时，微隙的空间足够大，但是使整个载体的有效过滤体积（面积）缩小，无法实现最佳效果；D2直径较小可以制备过滤隙较小的精细载体单元，相反，D2较大时可以制备过滤隙较大的一般精度的载体单元；

本发明的金属绳的分布由D来控制，本发明的D=（1/20~1/400）×L，其中，当D过大时，即正弦线分布过少，例如，仅仅分布3~4个正弦形状，环绕后很难形成均匀的契型气隙；因此，本发明的D最小为长度L的1/400，即当长度为4000mm时，D=10mm，分布400个契型气隙，起到气流分布的均化作用；反之，如果当D过小，即正弦线分布过多，例如400个以上的正弦线，不仅生产工艺复杂，效率低下，可能会大大增加载体的质量，影响成本；金属绳的表面是凹凸不平的粗糙表面，当有一定的卷绕力时，很容易和过滤基片互相咬合和约束成为一体，有利于改善载体单元的整体强度，这也是不能采用其它的‘实心’的金属丝替代金属绳的原因；金属绳具有一定的弹性，但是一旦完成卷绕后，在滤片压紧力和轴向以及径向张力的作用下，将保持其形状不变； 

本发明的一种低背压后处理金属载体单元，金属过滤基片1的D1=150~500mm，L=4000~9000mm，以及厚度为0.5~4.5mm是考虑到本发明所形成的产品可以覆盖从轻型车到重型车的完整产品线； 

本发明的一种低背压后处理金属载体单元，需要一个模具或模板来完成制作，该模板的结构如图4所示，模板的特点是均匀分布若干的契型锚钉，铆钉的高度和契型角度以适合固定和卷绕为目的；在载体制作中事先把过滤基片平放在模具3上，用契型锚钉固定，由于过滤基片1是多孔的，因此，锚钉可以穿透并限位滤片；然后把1组直径为D2的金属绳2按照类似正弦形状缠绕，也容易实现，即沿长度方向，从一端到另一端，可以手工操作，也可以采用机械设备来完成；然后从一端开始卷绕成需要的形状；SUS304不锈钢壳体封装成载体单元；

按照本发明制作的载体单元，这样，不论进口端或出口端都分布许多个均匀分布的契型缓冲空间，尾气只能通过滤片的本体进行过滤，不存在直通孔隙，该结构在不降低过滤效果的情况下降低背压，延长更换和维修间隔，因此，作为后处理载体，该产品可以用作DOC、POC和SCR的载体；

本发明的一种低背压后处理金属载体单元，根据实际车辆发动机的实际排量，从轻型车到重型车，后处理器载体的体积为3~40L之间。

Claims (5)

1.一种低背压后处理金属载体单元，其特征在于：采用长度为L4000~9000mm，宽度为D1=150~500mm，厚度为0.5~4.5mm的金属丝网、烧结毡和汽液过滤网做成金属过滤基片，并在金属过滤基片上布置一条由汽液过滤网拧成的直径为D2的呈正弦分布的金属绳，卷绕制备而成金属载体单元；封装在SUS304不锈钢壳体内。

2.根据权利要求1所述的一种低背压后处理金属载体单元，其特征在于所述的金属绳是用汽液过滤网拧成的直径为D2=3~30mm，呈正弦对称分布在金属过滤基片的长度上。

3.根据权利要求1所述的一种低背压后处理金属载体单元，其特征在于所述的金属绳的分布由D来控制，D=（1/20~1/400）×L。

4.根据权利要求1所述的一种低背压后处理金属载体单元，其特征在于所述的汽液过滤网的丝径为0.2~0.35mm。

5.根据权利要求1所述的一种低背压后处理金属载体单元，其特征在于所述的金属过滤基片上采用2~4层的汽液过滤网叠在一起，并经过三辊机碾压一次。

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