CN114810294B - 一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构 - Google Patents

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Abstract

本发明所提供的一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，其包括：催化器本体；进气管，的一端与催化器本体连接；过渡降速管，设置于进气管与催化器本体之间；排气管，内的形状设置为最速降曲线形。通过在进气管与催化器本体之间设置过度降速管，进而可以降低进入催化器本体中的气流流速，提升气流与所述催化器本体的接触时间，提升催化净化效率；通过将所述排气管设置为最速降曲线形，进而有效的提升了排气流速，进而降低了气流阻力，最终使得气流在进入催化剂本体前降速，低速通过催化剂本体，然后进入排气管之后被加速排出，最终均衡了催化净化效率和气流流速。

Description

一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构
技术领域
本发明涉及机动车尾气净化技术领域，尤其涉及的是一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构。
背景技术
现有催化转化器产品中，常在管路中布置蜂窝状的催化反应段，如此加大尾气与催化表面的接触面积；但是，目前催化系统(催化转化器)存在一对较难调和的矛盾，即从转化效率角度，希望降低流速以达到增长气体与催化剂接触时间(反应时间)；但另一方面，流速过慢会影响发动机(或其他类型的化工过程)排气性能(如排气不及时，会影响下一个循环的工作)，进而影响系统能耗。另外，发动机的排气速度往往不在催化器最优的设计范围，因为排气速度是由发动机自身的工况(如负荷和转速)和排气系统(如管径)决定的。若是能源转化系统，流速降低意味着来料速度变慢，生产效率减低)。催化系统中流速与污染物转化效率的关系，可见，随着流速提高，转化效率大幅度降低。而且，目前的催化系统设计，来流(入口)速度增加，会大大增加催化器的流动阻力(催化器本身为多孔介质，流动阻力较大)，从而增加系统能耗。
因此，如何均衡机动车尾气有害物催化转化结构催化效率和排气气流流速，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，旨在解决现有技术中机动车尾气有害物催化转化结构无法均衡催化效率和排气气流流速的问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，其包括：
催化器本体；
进气管，所述进气管的一端与所述催化器本体连接；
过渡降速管，所述过渡降速管设置于所述进气管与所述催化器本体之间；
排气管，所述排气管内的形状设置为最速降曲线形。
进一步的，所述过渡降速管包括:
锥形扩径段，所述锥形扩径段的一端与所述进气管连接；
圆弧稳流段，所述圆弧稳流段设置于所述锥形扩径段与所述催化器本体之间。
进一步的，所述锥形扩径段的内径沿进气管至催化器本体方向递增；
所述圆弧稳流段管壁的弧长设置为所述锥形扩径段的管壁的长度的1/3-1/2；所述圆弧稳流段管壁的弧度为25°±1°，所述圆弧稳流段管壁的圆弧半径为130mm-140mm，所述圆弧稳流段管壁的弧长为55mm-65mm。
进一步的，所述催化器本体沿轴向间隔设置有若干微通道；
若干所述微通道沿所述催化器本体的径向均匀分布或非均匀分布。
进一步的，当若干所述微通道沿所述催化器本体的径向非均匀分布时，所述若干所述微通道依据气流流速的径向分布设置间隔。
进一步的，所述微通道的内径沿径向自轴心向外递减。
进一步的，所述微通道靠近所述过渡降速管的进气口的边缘设置为喇叭口形。
进一步的，所述微通道靠近所述过渡降速管的进气口沿轴向截面的圆弧半径设置的微通道直径的0.2-0.4。
进一步的，所述排气管与所述催化器本体之间还设置有连接过度段。
进一步的，所述催化器本体、进气管、过渡降速管和排气管之间设置为一体成型或者开拆卸连接。
有益效果：本发明所提供的一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，其包括：催化器本体；进气管，所述进气管的一端与所述催化器本体连接；过渡降速管，所述过渡降速管设置于所述进气管与所述催化器本体之间；排气管，所述排气管内的形状设置为最速降曲线形。可以理解，通过在进气管与所述催化器本体之间设置过度降速管，进而可以降低进入催化器本体中的气流流速，提升气流与所述催化器本体的接触时间，提升催化净化效率；通过将所述排气管设置为最速降曲线形，进而有效的提升了排气流速，进而降低了气流阻力，最终使得气流在进入催化剂本体前降速，低速通过催化剂本体，然后进入排气管之后被加速排出，不降低机动车系统流动的顺畅度，最终均衡了催化净化效率和气流流速。
附图说明
图1是本发明中提供的流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构沿轴向的剖视示意图；
图2是本发明中提供的流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构中催化器本体的微通道的进气口处局部剖视放大示意图；
图3是本发明中提供的流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构的转化器本体沿径向的剖视示意图；
图4是本发明中提供的流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构的转化器本体沿径向的一变形结构的剖视示意图；
附图标记说明：
10、流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构；11、催化器本体；12、进气管；13、过渡降速管；14、排气管；15、连接过度段；131、锥形扩径段；132、圆弧稳流段；111、微通道；112、进气口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现有催化转化器产品中，常在管路中布置蜂窝状的催化反应段，如此加大尾气与催化表面的接触面积；但是，目前催化系统(催化转化器)存在一对较难调和的矛盾，即从转化效率角度，希望降低流速以达到增长气体与催化剂接触时间(反应时间)；但另一方面，流速过慢会影响发动机(或其他类型的化工过程)排气性能(如排气不及时，会影响下一个循环的工作)，进而影响系统能耗。另外，发动机的排气速度往往不在催化器最优的设计范围，因为排气速度是由发动机自身的工况(如负荷和转速)和排气系统(如管径)决定的。若是能源转化系统，流速降低意味着来料速度变慢，生产效率减低)。催化系统中流速与污染物转化效率的关系，可见，随着流速提高，转化效率大幅度降低。而且，目前的催化系统设计，来流(入口)速度增加，会大大增加催化器的流动阻力(催化器本身为多孔介质，流动阻力较大)，从而增加系统能耗。本发明基于上述现有技术中机动车尾气有害物催化转化结构无法均衡催化效率和排气气流流速的问题，提供了一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，通过在进气管与所述催化器本体之间设置过度降速管，进而可以降低进入催化器本体中的气流流速，提升气流与所述催化器本体的接触时间，提升催化净化效率；通过将所述排气管设置为最速降曲线形，进而有效的提升了排气流速，进而降低了气流阻力，最终使得气流在进入催化剂本体前降速，低速通过催化剂本体，然后进入排气管之后被加速排出，不降低机动车系统流动的顺畅度，最终均衡了催化净化效率和气流流速，具体详参下述实施例。
请结合参阅图1，本发明的第一实施例中提供了一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构10，包括：催化器本体11、进气管12、过渡降速管13和排气管14；所述进气管12的一端与所述催化器本体11连接；所述过渡降速管13设置于所述进气管12与所述催化器本体11之间；所述排气管14内的形状设置为最速降曲线形。
可以理解，通过在进气管12与所述催化器本体11之间设置过度降速管，进而可以降低进入催化器本体11中的气流流速，提升气流与所述催化器本体11的接触时间，提升催化净化效率；通过将所述排气管14设置为最速降曲线形，进而有效的提升了排气流速，进而降低了气流阻力，最终使得气流在进入催化剂本体前降速，低速通过催化剂本体，然后进入排气管14之后被加速排出，不降低机动车系统流动的顺畅度，最终均衡了催化净化效率和气流流速。
在另一些较佳的实施方式中，所述过渡降速管13包括:锥形扩径段131和圆弧稳流段132；所述锥形扩径段131的一端与所述进气管12连接；所述圆弧稳流段132设置于所述锥形扩径段131与所述催化器本体11之间。
可以理解，通过将所述过渡降速管13设置为锥形扩径段131和圆弧稳流段132，进而使得机动车尾气经锥形扩径段131时逐渐降速，然后在经过圆弧稳流段132时，在所述圆弧稳流段132的圆弧管壁的作用下，有效降低乱流的产生，尤其是远离轴心靠近圆弧稳流段132的圆弧管壁的区域，在圆弧管壁的导流下，尾气气流尽可能多的沿所述催化器本体11的轴心线方向进入催化器本体11中，保障催化器本体11中气流的稳定通过，均衡催化器本体11径向截面上的气流流量差和流速差。
在另一些较佳的实施方式中，所述锥形扩径段131的内径沿进气管12至催化器本体11方向递增；所述圆弧稳流段132管壁的弧长L1设置为所述锥形扩径段131的管壁的长度L2的1/3-1/2；所述圆弧稳流段132管壁的弧度为25°±1°，所述圆弧稳流段132管壁的圆弧半径为130mm-140mm，所述圆弧稳流段132管壁的弧长L1为55mm-65mm。
可以理解，通过将所述锥形扩径段131的内径设置为沿进气管12至催化器本体11方向递增，进而使得机动车尾气经过的流道内径递增，进而有效的降低机动车尾气的流速；通过控制所述圆弧稳流段132的弧长、弧度和圆弧半径，进而有效的保障了机动车尾气降速的同时，降低所述机动车尾气的乱流，保障催化净化效率。
请结合参阅图1至图3，所述催化器本体11沿轴向间隔设置有若干微通道111；若干所述微通道111沿所述催化器本体11的径向均匀分布或非均匀分布。
可以理解，所述微通道111中设置有催化剂，通过设置若干微通道111，进而有效的提升了所述催化器本体11的催化表面积，提升了催化净化效率，通过控制所述微通道111沿所述催化器本体11的径向均匀分布或非均匀分布，进而能够有效的均衡催化器本体11径向截面上的气流流量差和流速差。
在另一些较佳的实施方式中，当若干所述微通道111沿所述催化器本体11的径向非均匀分布时，依据气流流速的径向分布设置间隔。
所述若干所述微通道111在间隔沿径向自轴心向外递增。
可以理解，所述催化器本体11中流过的气流流速(来流流速)沿径向并不是均匀分布，具体的，一些催化器本体11中通过的气流流速，以径向截面计由轴心向外递减，通过当若干所述微通道111沿所述催化器本体11的径向非均匀分布时，所述若干所述微通道111在间隔沿径向自轴心向外递增，进而使得所述催化器本体11轴心处分布更多更密集的微通道111，进而均衡各个微通道111中通过的气流量和气流流速，既延长所述催化器本体11的使用寿命，又能充分利用每个微通道111中的催化剂，保障催化转化效率；另一些催化器本体11的气流流速，高流速区域分布在径向的边缘处，则该边缘处的微通道的间隔小于其它区域的微通道的间隔；也就是说，所述催化器本体11中流过的气流流速沿径向并存在高流速区域和低流速区域，在高流速区域中的微通道之间的间隔小于低流速区域中的微通道之间的间隔。
在另一些较佳的实施方式中，所述微通道111的内径沿径向自轴心向外递减。
可以理解，通过控制所述微通道111的内径沿径向自轴心向外递减，进而能够增加轴心处的微通道111面积和孔径，均衡各个微通道111中通过的气流量和气流流速，既延长所述催化器本体11的使用寿命，又能充分利用每个微通道111中的催化剂，保障催化转化效率。
请结合参阅图1和图4，所述微通道111靠近所述过渡降速管13的进气口112的边缘设置为喇叭口形。
可以理解，所述微通道111靠近所述过渡降速管13的进气口112的边缘设置为喇叭口形，即所述微通道111的进气口112设置为喇叭口形，所述微通道111沿所述催化器本体11径向的截面为圆弧形，进一步的降低机动车尾气进入微通道111时的乱流情况，降低气流的流动损失，使得高温尾气快速进入微通道111，尤其是在启动初期，高温尾气可以有效缩短催化器本体11的启燃时间(起作用时间)，提升催化转化效率；具体的，就是减小了入口段(往往催化反应发生在前端轴向很小的一部分)的固体材料使用量，使得温升更快(m*c*deltaT)，m为质量，c为比热，deltaT为温差(升)，在来流能量一定的情况下，m越小，温升越大，也就是能更快使得前端起作用，特别是有利于低温启动的情况，有效控制机动车低温启动排放控制效果。
在另一些较佳的实施方式中，所述微通道111靠近所述过渡降速管13的进气口112沿轴向截面的圆弧半径设置的微通道111直径的0.2-0.4。
可以理解，通过控制所述微通道111靠近所述过渡降速管13的进气口112沿轴向截面的圆弧半径，可以更进一步的降低机动车尾气进入微通道111时的乱流情况，降低气流的流动损失，使得高温尾气快速进入微通道111，尤其是在启动初期，高温尾气可以有效缩短催化器本体11的启燃时间(起作用时间)，提升催化转化效率。
请结合参阅图1，在另一些实施方式中，所述排气管14与所述催化器本体11之间还设置有连接过度段15。
可以理解，通过设置连接过度段15，进而使得气流在通过微通道111流出后，在所述连接过度段15的作用下，尽可能更多的引导更多的气流的轨迹线符合或靠近所述排气管14的最速降线行；同时，也方便所述排气管14的维护维修。
在另一些实施方式中，所述催化器本体11、进气管12、过渡降速管13和排气管14之间设置为一体成型或者开拆卸连接。可以理解，通过将所述催化器本体11、进气管12、过渡降速管13和排气管14之间设置为一体成型，进而提升了所述流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构10的结构强度，并且有利于降低噪音；通过将所述催化器本体11、进气管12、过渡降速管13和排气管14之间设置为者开拆卸连接，进而方便了对所述流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构10的维护维修。
综上所述，本发明所提供的一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，其包括：催化器本体；进气管，所述进气管的一端与所述催化器本体连接；过渡降速管，所述过渡降速管设置于所述进气管与所述催化器本体之间；排气管，所述排气管内的形状设置为最速降曲线形。可以理解，通过在进气管与所述催化器本体之间设置过度降速管，进而可以降低进入催化器本体中的气流流速，提升气流与所述催化器本体的接触时间，提升催化净化效率；通过将所述排气管设置为最速降曲线形，进而有效的提升了排气流速，进而降低了气流阻力，最终使得气流在进入催化剂本体前降速，低速通过催化剂本体，然后进入排气管之后被加速排出，最终均衡了催化净化效率和气流流速。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，其特征在于，包括：
催化器本体；
进气管，所述进气管的一端与所述催化器本体连接；
过渡降速管，所述过渡降速管设置于所述进气管与所述催化器本体之间；
排气管，所述排气管内的形状设置为最速降曲线形；
所述过渡降速管包括：锥形扩径段，所述锥形扩径段的一端与所述进气管连接；圆弧稳流段，所述圆弧稳流段设置于所述锥形扩径段与所述催化器本体之间；所述圆弧稳流段管壁的弧长设置为所述锥形扩径段的管壁的长度的1/3-1/2；所述圆弧稳流段管壁的弧度为25°±1°，所述圆弧稳流段管壁的圆弧半径为130mm-140mm，所述圆弧稳流段管壁的弧长为55mm-65mm；所述圆弧稳流段的圆弧管壁导流尾气气流沿所述催化器本体的轴心线方向进入催化器本体中；
所述催化器本体沿轴向设置有若干微通道，且若干所述微通道之间均间隔设置；若干所述微通道沿所述催化器本体的径向均匀分布或非均匀分布；所述微通道靠近所述过渡降速管的进气口的边缘设置为喇叭口形；所述微通道靠近所述过渡降速管的进气口沿轴向截面的圆弧半径设置的微通道直径的0.2-0.4倍。
2.根据权利要求1所述的流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，其特征在于，
所述锥形扩径段的内径沿进气管至催化器本体方向递增。
3.根据权利要求1所述的流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，其特征在于，
当若干所述微通道沿所述催化器本体的径向非均匀分布时，所述若干所述微通道依据气流流速的径向分布设置间隔。
4.根据权利要求3所述的流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，其特征在于，
所述微通道的内径沿径向自轴心向外递减。
5.根据权利要求1所述的流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，其特征在于，
所述排气管与所述催化器本体之间还设置有连接过渡段。
6.根据权利要求1-5任一项所述的流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构，其特征在于，
所述催化器本体、进气管、过渡降速管和排气管之间设置为一体成型或者可拆卸连接。
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