CN105257375A - 一种基于多层壁流式的催化器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多层壁流式的催化器，其特征在于，所述催化器包括进气口、出气口、进气端挡板、出气端挡板、外壳、载体芯、进气道、出气道、位于外壳内部，多个载体芯并列设置在外壳内部，形成多层结构，每层可包含多个载体芯；同层相邻的载体芯之间紧密相连，而载体芯与外壳之间、不同层的载体芯之间设有气流通道；前挡板或后挡板将相邻层的载体芯或中心层的载体芯固定在一起，使得所述全部间隙或中心层载体芯的中孔前端封闭或后端封闭，且前端封闭与后端封闭交错布置；载体芯上设有供气体从相邻的一个进气道壁流到另一个进气通道，载体芯上有催化剂涂层。

Description

一种基于多层壁流式的催化器

技术领域

本发明涉及内燃机排放污染控制技术领域，尤其涉及一种基于多层壁流式的催化器。

背景技术

催化器是目前解决内燃机排放控制问题的主要工具。空气污染的防治问题一直是急需解决的世界性问题，而空气污染的主要来源之一就是交通运输性污染，即汽车、火车、轮船和飞机等排出的尾气，其中汽车排出有害尾气距呼吸带最近，而能被人直接吸入，其污染物主要是氮氧化物(NO_x)、碳氢化合物(HC)、一氧化碳(CO)和铅尘等。这些交通工具通常由内燃机驱动，燃料燃烧产生各种污染物，而在这些污染物排入大气中之前通过物理或化学方法进行处理将这些污染物过滤或转化为无害物，是当前解决交通运输性污染的主要方式。其中，催化器是目前解决内燃机排放控制问题的主要工具，催化器通常包括外壳和喷涂了催化剂涂层的载体芯。以汽车为例，催化器是安装在汽车排气系统中最重要的机外净化装置，它可将汽车尾气排出的CO、HC和NO_x等有害气体通过氧化和还原作用转变为无害的二氧化碳(CO₂)、水(H₂O)和氮气(N₂)。当高温的汽车尾气通过净化装置时，催化器中的催化剂将增强CO、HC和NO_x三种气体的活性，促使其进行一定的氧化-还原化学反应，其中CO在高温下氧化成为无色、无毒的CO₂气体；HC化合物在高温下氧化成H₂O和CO₂；NO_x还原成N₂和氧气(O₂)。三种有害气体变成无害气体，使汽车尾气得以净化。

目前，市场上使用的催化器设有一个整体的载体芯，载体芯多为孔隙较小的蜂窝状，且载体芯的蜂窝状孔的气流方向为从进气端向出气端方向。载体芯上喷涂了催化剂涂层，该涂层通常含有铂、铑、钯等贵重金属，催化剂涂层能够在一定的温度、压力等条件下将通过载体芯的尾气净化为无害气体。为了保证这种催化器结构对尾气的处理效果，其蜂窝状孔的孔隙通常不会太大，以达到催化器最有效的净化效果。

但是，减小蜂窝状孔的孔隙可能造成进气端及出气端气流流速过于集中，气流与载体芯的接触截面积过小，这样不仅带来大的流阻，还会造成载体中心区域的空速和温度过高，使该区域的催化剂易劣化，缩短使用寿命；同时由于接触面积有限，尾气与催化剂反应不够充分，大大降低尾气处理效率。

由此可见，在不考虑催化剂配方的情况下，如何改善催化器结构，使其既有较大的接触截面积，又能够避免产生高温，从而更加有效的实现尾气净化，是本技术领域急需解决的技术问题之一。

发明内容

鉴于现有技术中存在上述技术问题，本发明提供一种新的催化器结构，所述催化器突破单层载体芯的结构限制，采用多个载体芯按顺序相叠的多层载体芯结构，相邻的载体芯之间有供尾气进气或出气的间隙，载体芯的蜂窝状孔的气流方向为从一个间隙向相邻另一个间隙方向。这种结构具有较大的尾气与载体芯的接触截面积，避免了气流流速的过于集中，降低了流阻，不会造成载体中心区域的空速和温度过高，从而解决上述技术问题。本发明所述基于多层壁流式的催化器，在固定规定催化剂配方的情况下，能够最大限度拓展载体芯与尾气的接触面积，降低背压，提升转化效率。本发明所述的基于多层壁流式的催化器采用的技术方案如下所述。

本发明所述基于多层壁流式的催化器，包括进气口、出气口、进气端挡板、出气端挡板、外壳、载体芯、进气道、出气道、载体芯架。外壳设有供气体流通的通道，包括进气端和出气端。进气端挡板、出气端挡板、载体芯位于外壳内部，多个载体芯并列设置在外壳内部，形成多层结构，每层可包含多个载体芯。同层相邻的载体芯之间紧密相连，而载体芯与外壳之间、不同层的载体芯之间设有间隙。前挡板或后挡板将相邻层的载体芯或中心层的载体芯固定在一起，使得所述全部间隙或中心层载体芯的中孔前端封闭或后端封闭，且前端封闭与后端封闭交错布置。前挡板和后挡板能够阻止气流通过，相邻的前挡板或后挡板之间设有供气流通过的间隙。载体芯上设有供气体从相邻的一个间隙流向另一个间隙的通道，载体芯上有催化剂涂层。所述载体芯的形状为筒状或片状。所述多层结构是平面多层结构或弧面多层结构，弧面多层结构包括环状多层结构。

在本发明的进一步技术方案中，同层的载体芯之间紧密相连，并围成筒状，固定用的前挡板和后挡板为形状相符的环形或片状。

本发明所述催化器，在工作时，尾气由进气端进入催化器，由于前挡板将部分载体芯见的间隙挡住，尾气进入未被挡住的间隙中；又由于这些间隙被后挡板挡住出口，尾气在进入这些间隙后只能通过前后挡板间的载体芯上的气体通道流向未被后挡板挡住的间隙中，最终尾气经过后挡板间的间隙由出气端流出催化器。在上述工作过程中，尾气与催化器的接触横截面是每层载体芯的片状平面或弧形平面的面积的总和，远大于传统催化器的接触横截面。在尾气流速不变的情况下，尾气与催化器的接触横截面的增加降低了气流流阻，避免了气流流速过于集中，不会造成载体中心区域的空速和温度过高。因而，本发明所述催化器能够避免因局部高温导致部分催化剂劣化、净化效率降低和使用寿命减小。

在本发明的进一步技术方案中，所述载体芯具有与外壳形状相符合的筒状结构，多个载体芯并列套在一起，形成多层结构，每层只有一个载体芯。载体芯与外壳之间、不同层的载体芯之间设有间隙。前挡板或后挡板将相邻层的载体芯固定在一起，使得所述全部间隙或中心层载体芯的中孔前端封闭或后端封闭，且前端封闭与后端封闭交错布置。

在进一步技术方案中，所述载体芯通过载体芯架与前挡板或后挡板连接在一起，前挡板和后挡板采用焊接的方式固定外壳或载体芯。

在本发明的技术方案中，气流经过载体芯的流向不是外壳气流通道的纵向方向，而是横向方向，气流流向的变化既增加了尾气与载体芯接触横截面的面积，又增加了气流的搅动，使得催化剂与尾气反应更完全。

综上所述，本发明所述催化器具有如下有益效果：1、增加了尾气与载体芯的接触截面积，气流流速不会过于集中，流阻低；2、不会出现载体中心区域的空速和温度过高的情形，避免因载体芯上的催化剂涂层劣化而造成净化效率降低和使用寿命缩短；3、尾气在通过载体芯上的气体通道是气流流向改变，增加了气流的搅动，使得催化剂与尾气反应更完全，提高净化效率。

附图说明

图1为本发明所述催化器的实施例1的多层壁流式的催化器结构示意图。

图2为本发明所述催化器的实施例1的进气端视图。

图3为本发明所述催化器的实施例1的出气端视图。

图中，1为进气口，2为出气口，3为进气端挡板，4为出气端挡板，5为外壳，6为载体芯，7为进气道，8为出气道，9为载体芯架。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明所述催化器的技术方案。

实施例1

如图1所示，本实施例所述的基于多层壁流式的催化器，包括进气口1、出气口2、进气端挡板3、出气端挡板4、外壳5、载体芯6、进气道7、出气道8、。外壳5设有供气体流通的通道，包括进气端和出气端。进气端挡板3、载体芯6和出气端挡板4位于外壳5内部，2个载体芯6并列设置在外壳内部，形成多层结构。所述载体芯6具有与外壳5形状相符合的筒状结构，每层只有一个载体芯6。同层相邻的载体芯6之间紧密相连，而载体芯6与外壳5之间、不同层的载体芯6之间设有进气道7。进气端挡板3或出气端挡板4将相邻层的载体芯6或中心层的载体芯6固定在一起，使得所述全部进气通道7、出气通道8或中心层载体芯6的中孔前端封闭或后端封闭，且前端封闭与后端封闭交错布置。进气端挡板3和出气端挡板4能够阻止气流通过，相邻的进气端挡板3或出气端挡板4之间设有供气流通过的通道。载体芯6上设有供气体从相邻的一个出气道8流向另一个出气道8的通道，载体芯上有催化剂涂层。所述载体芯6通过载体芯架9与进气端挡板3或出气端挡板4固定在一起，进气端挡板3和出气端挡板4采用焊接的方式固定外壳5或载体芯6。

结合图1,图2和图3,实施例1中的进气端挡板3固定在外壳5上,载体芯6包含第一载体61芯和第二载体芯62,出气端挡板4将靠近外壳5的第一载体芯61的后端固定在外壳5上,第一载体芯61的前端通过进气端挡板3与相邻的第二载体芯62的前端连接在一起,这样就形成了间隙或中孔前端封闭与后端封闭交错布置的结构。

在本实施例中，每层载体芯可以是多个载体芯纵向或横向组合而成，相邻的载体芯之间紧密相连。

在本实施例中，每层载体芯可以是多个载体芯纵向或横向组合而成，相邻的载体芯之间紧密相连。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种基于多层壁流式的催化器，其特征在于，所述催化器包括进气口、出气口、进气端挡板、出气端挡板、外壳、载体芯、进气道、出气道、载体芯架，进气端挡板、出气端挡板、载体芯位于外壳内部，多个载体芯并列设置在外壳内部，形成多层结构，每层可包含多个载体芯；同层相邻的载体芯之间紧密相连，而载体芯与外壳之间、不同层的载体芯之间设有间隙；前挡板或后挡板将相邻层的载体芯或中心层的载体芯固定在一起，使得所述全部间隙或中心层载体芯的中孔前端封闭或后端封闭，且前端封闭与后端封闭交错布置；载体芯上设有供气体从相邻的一个间隙流向另一个间隙的通道，载体芯上有催化剂涂层。

2.如权利要求1所述的基于多层壁流式的催化器，其特征在于，所述多层结构是平面多层结构或弧面多层结构，弧面多层结构包括环状多层结构。

3.如权利要求1所述的基于多层壁流式的催化器，其特征在于，所述载体芯的形状为筒状或片状。

4.如权利要求3所述的基于多层壁流式的催化器，其特征在于，同层的载体芯之间紧密相连，并围成筒状，固定用的前挡板和后挡板为形状相符的环形或片状。

5.如权利要求3所述的基于多层壁流式的催化器，其特征在于，所述载体芯具有与外壳形状相符合的筒状结构，多个载体芯并列套在一起，形成多层结构，每层只有一个载体芯。

6.如权利要求1所述的基于多层壁流式的催化器，其特征在于，所述载体芯通过载体芯架与前挡板或后挡板连接在一起，前挡板和后挡板采用焊接的方式固定外壳或载体芯。