CN207776940U - 一种集成式后处理设备 - Google Patents

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王科星
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朱宏志
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Abstract

本实用新型提供了一种集成式后处理设备，包括第一处理装置、混合器和第二处理装置，所述第一处理装置和所述第二处理装置并排设置并通过所述混合器连接；所述第一处理装置包括依次连接的进气装置、柴油氧化催化后处理器、柴油颗粒过滤器和第一导流腔，所述第二处理装置包括依次连接的第二导流腔、选择催化还原后处理器、氨氧化催化后处理器和降噪排气装置；所述混合器一端与所述第一导流腔连接，另一端与所述第二导流腔连接。本实用新型将DOC、DPF、集成尿素喷嘴的SCR混合器、SCR、ASC、消声结构集成在一起，可同时实现降低颗粒物、氮氧化合物排放及发动机噪声。

Description

一种集成式后处理设备
技术领域
本实用新型涉及一种集成式后处理设备，具体涉及一种可同时实现降低柴油发动机排气污染物中颗粒物(PM)、氮氧化合物(NOx)及排气噪声的集成式后处理设备，尤其适用于在整车上布置排气系统较为困难的情况。
背景技术
柴油机的污染物包括排气污染物及排气噪声。排气污染物主要包括PM及NOx。国VI阶段的排放法规中排气污染物的限值与国IV、国V阶段排放法规相比，柴油机氮氧化物的限值降低80％。对目前采用的尿素喷射的混合均匀性提出了更高的要求。同时增加了对颗粒物的数量及质量的限制要求。在发动机机内很难同时降低上述两种排气污染物达到国VI排放法规的要求，故在选择催化还原后处理器(Selective Catalytic Reduction，SCR)的基础上同时还要加装柴油颗粒过滤器(Diesel Particulate Filter，DPF)。使发动机的两种排气污染物都满足国VI阶段的排放法规要求。同时排气噪声也需满足噪声法规。
国VI阶段柴油发动机的排气后处理装置主要有五类：(1)SCR、(2)集成尿素喷嘴的SCR混合器、(3)柴油氧化催化后处理器(Diesel Oxidation Catalyst，DOC)、(4)DPF、(5)氨氧化催化后处理器(ASC)。
而目前并没有能够对柴油机的污染物进行处理以满足国VI阶段的排放法规的后处理装置。因此，亟待需要提供一种能够满足国VI阶段的排放法规的集成后处理装置。
实用新型内容
针对上述技术问题，本实用新型提供一种集成式后处理设备，该设备将DOC、DPF、集成尿素喷嘴的SCR混合器、SCR、ASC、消声结构集成在一起，可同时实现降低颗粒物、氮氧化合物排放及发动机噪声。
本实用新型采用的技术方案为：
本实用新型实施例提供一种集成式后处理设备，包括第一处理装置、混合器和第二处理装置，所述第一处理装置和所述第二处理装置并排设置并通过所述混合器连接；所述第一处理装置包括依次连接的进气装置、柴油氧化催化后处理器、柴油颗粒过滤器和第一导流腔，所述第二处理装置包括依次连接的第二导流腔、选择催化还原后处理器、氨氧化催化后处理器和降噪排气装置；所述混合器一端与所述第一导流腔连接，另一端与所述第二导流腔连接；经所述进气装置流入的处理气体，沿第一方向依次通过所述柴油氧化催化后处理器和所述柴油颗粒过滤器处理后，经所述第一导流腔流入所述混合器中与沿与所述第一方向相反的第二方向流入的尿素水溶液进行混合，混合后的气体沿所述第二方向通过所述混合器流入所述第二导流腔中，之后沿所述第一方向依次通过所述选择催化还原后处理器、所述氨氧化催化后处理器和所述降噪排气装置处理后排出。
可选地，所述柴油颗粒过滤器可拆卸地设置在所述柴油氧化催化后处理器和所述第一导流腔之间。
可选地，所述进气装置包括进气管、端盖和外壳，所述进气管设置在所述外壳的侧部，所述端盖设置在所述外壳的一端；所述柴油氧化催化后处理器包括载体和包覆所述载体的载体衬垫，并通过所述载体衬垫固定在所述外壳的另一端上。
可选地，所述进气管上设置有温度传感器，所述外壳在位于柴油氧化催化后处理器后部的位置上设置有压力传感器和温度传感器。
可选地，所述柴油颗粒过滤器包括外壳、载体和载体衬垫，所述载体衬垫包覆所述载体并固定在所述外壳上；所述外壳的一端通过第一连接件与所述柴油氧化催化后处理器可拆卸连接，另一端通过第二连接件与所述第一导流腔可拆卸连接。
可选地，所述第一导流腔包括相互连接的内隔板和外壳，所述内隔板上设置有与所述混合器一端连接的连接部，所述外壳上设置有压力传感器和喷入所述尿素水溶液的喷嘴。
可选地，所述混合器包括外壳、混合管和旋流片，所述旋流片设置在所述外壳的一端并与所述第一导流腔连接，用于使得经所述第一导流腔流入的处理气体和尿素水溶液混合并以旋转的状态进入所述混合管中混合，所述混合管设置在所述外壳内部并与所述第二导流腔连接。
可选地，所述第二导流腔包括外壳、内隔板和混合多孔管，所述外壳上设置有温度传感器，所述外壳、内隔板和混合多孔管依次连接并形成有与所述混合器另一端连接的连接部。
可选地，所述降噪排气装置包括外壳、出气管、消声腔和端盖，所述外壳、所述消声腔和所述端盖依次连接，所述出气管设置在所述外壳的侧部，并设置有PM传感器；所述选择催化还原后处理器和所述氨氧化催化后处理器分别包括载体和载体衬垫，所述选择催化还原后处理器和所述氨氧化催化后处理器的载体串联连接并分别通过各自的载体衬垫固定在所述降噪排气装置的外壳上；所述降噪排气装置的外壳在位于所述氨氧化催化后处理器后部的位置设置有温度传感器和NOx传感器。
本实用新型实施例提供的集成式后处理设备首先将处理气体依次通过柴油氧化催化后处理器和柴油颗粒过滤器处理后，沿与第一方向垂直的方向流入所述混合器中以与沿与第一方向相反的第二方向流入的尿素水溶液进行均匀混合，即处理后的气体与尿素水溶液以相互垂直的方向流入混合器中进行混合，这样能够使得处理气体与尿素水溶液相互冲击，从而使气流与尿素水溶液充分均匀混合，并使尿素水溶液充分水解为氨气。混合后的气体继续沿第二方向流入混合器第二导流腔中，之后沿第一方向依次通过选择催化还原后处理器、氨氧化催化后处理器和降噪排气装置处理后排出，从而能够在提高SCR转化效率的同时，减少尿素结晶的风险，进而降低成本。
附图说明
图1(a)和图1(b)分别为本实用新型实施例提供的集成式后处理设备的整体装配示意图；
图2为本实用新型实施例提供的集成式后处理设备的内部剖视图；
图3为本实用新型实施例提供的集成式后处理设备的爆炸示意图；
图4为本实用新型实施例提供的集成式后处理设备的详细爆炸示意图。
具体实施方式
为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
图1(a)和图1(b)分别为本实用新型实施例提供的集成式后处理设备的整体装配示意图；图2为本实用新型实施例提供的集成式后处理设备的内部剖视图；图3为本实用新型实施例提供的集成式后处理设备的爆炸示意图；图4为本实用新型实施例提供的集成式后处理设备的详细爆炸示意图。
如图1(a)至图3所示，本实用新型实施例提供的种集成式后处理设备，包括第一处理装置、混合器5和第二处理装置，所述第一处理装置和所述第二处理装置并排设置并通过所述混合器5连接，可形成为外形为Z字形的筒式串联结构。所述第一处理装置包括依次连接的进气装置1、柴油氧化催化后处理器(DOC)2、柴油颗粒过滤器(DPF)3和第一导流腔4，所述第二处理装置包括依次连接的第二导流腔6、选择催化还原后处理器(SCR)7、氨氧化催化后处理器(ASC)8和降噪排气装置9；所述混合器5一端与所述第一导流腔4连接，另一端与所述第二导流腔6连接。其中，经所述进气装置1流入的处理气体，沿第一方向依次通过所述柴油氧化催化后处理器2和所述柴油颗粒过滤器3处理后，经所述第一导流腔4流入所述混合器5中与沿与所述第一方向相反的第二方向流入的尿素水溶液进行混合，混合后的气体沿所述第二方向通过所述混合器5流入所述第二导流腔6中，之后沿所述第一方向依次通过所述选择催化还原后处理器7、所述氨氧化催化后处理器8和所述降噪排气装置9处理后排出。
在本实施例中，第一方向是指气流沿进气装置1向第一导流腔4流动的方向，第二方向是指气流沿第一导流腔4向混合器5流动的方向。
本实用新型实施例提供的集成式后处理设备首先将处理气体依次通过柴油氧化催化后处理器和柴油颗粒过滤器处理后，沿与第一方向垂直的方向流入所述混合器中以与沿与第一方向相反的第二方向流入的尿素水溶液进行均匀混合，即处理后的气体与尿素水溶液以相互垂直的方向流入混合器中进行混合，这样能够使得处理气体与尿素水溶液能够相互冲击，从而使气流与尿素水溶液充分均匀混合，并使尿素水溶液充分水解为氨气。混合后的气体继续沿第二方向流入通过混合器第二导流腔中，之后沿第一方向依次通过选择催化还原后处理器、氨氧化催化后处理器和降噪排气装置处理后排出，从而能够在提高SCR转化效率的同时，减少尿素结晶的风险，进而降低成本。
以下，参考图4对本实用新型实施例提供的集成式后处理设备的具体结构进行描述。
在本实用新型中，所述进气装置1用于引入发动机的废气(以下称处理气体)，如图4所示，可包括进气管14、端盖15和外壳16，所述进气管14设置在所述外壳16的侧部，所述端盖15设置在所述外壳的一端，以密封所述外壳16。进气管14可通过进口法兰13与外部连接管连接，以供发动机废气流入进气管14中，进气管14可与法兰13通过焊接连接，进气管14上设置有温度传感器座，用于安装温度传感器。为确保气流能够均匀地流入进气装置，进气管14在插入外壳16内部的一端设置有均匀布置的气孔，从而通过进气管14流入的气流能够均匀地进入到柴油氧化催化后处理器中。
本实用新型的柴油氧化催化后处理器2用于调整处理气体中的NO/NO2比例，供DPF中的颗粒被动再生及SCR选择催化还原反应。同时可以将主动再生时排气气流中的HC氧化，提升气流温度以便于DPF中的颗粒进行主动再生。如图4所示，可包括DOC载体19和包覆所述载体的DOC载体衬垫20，并通过所述DOC载体衬垫20固定在进气装置1的外壳16的另一端上。DOC载体衬垫20可通过过盈配合的方式而固定在外壳16的内部，例如，DOC载体衬垫20可由膨胀型或非膨胀型材料制成。
此外，进气装置1的外壳16在位于柴油氧化催化后处理器2后部的位置上设置有压力传感器17和温度传感器18。
在本实施例中，所述柴油颗粒过滤器3用于过滤柴油氧化催化后处理器2处理后的气体中的颗粒物，降低颗粒物数量、质量以达到颗粒物限值要求，并将过滤下来的颗粒物储存在DPF载体中，待颗粒物在合适温度、气体组分条件下的被动再生或在DPF压力较高时进行主动再生，经过DPF的排气将为SCR反应做准备。柴油颗粒过滤器3可拆卸地设置在所述柴油氧化催化后处理器2和所述第一导流腔4之间。所述柴油颗粒过滤器3可包括外壳、DPF载体21和DPF载体衬垫22，所述DPF载体衬垫22包覆在所述DPF载体21外并将所述DPF载体21固定在所述外壳上，所述外壳的一端通过第一连接件10与所述柴油氧化催化后处理器可拆卸连接，另一端通过第二连接件11与所述第一导流腔可拆卸连接。在一个示例中，第一连接件10可为平卡箍，第二连接件11可为V型卡箍，这样通过平卡箍和V型卡箍将柴油颗粒过滤器3可拆卸地安装在柴油氧化催化后处理器2和第一导流腔4之间，从而能够方便地将DPF载体21拆卸下来，以进行定期维护。DPF载体衬垫22可通过过盈配合的方式而固定在柴油颗粒过滤器3的外壳的内部，例如，DPF载体衬垫2可由膨胀型或非膨胀型材料制成。
本实施例中，第一导流腔4用于使得经柴油颗粒过滤器3处理后的处理气体转向并使得与来自第二方向的尿素水溶液进行均匀混合后引导至混合器5中，如图4所示，可包括相互连接的内隔板23和外壳24，所述内隔板23上设置有与所述混合器5一端连接的连接部，所述外壳24上设置有压力传感器17和喷入所述尿素水溶液的喷嘴。内隔板23和外壳24可通过焊接连接，内隔板23在上端可设置有圆形开孔供混合器5插入至外壳24中，喷嘴可安装在设置在外壳24上的喷嘴座25上，并与外部尿素水溶液提供装置连接，以将尿素水溶液喷入混合器25中。这样，通过第一导流腔4，处理气体与尿素水溶液能够以相互垂直的方向流入混合器5中，从而能够提高混合均匀性。此外，通过设置在进气装置1上的压力传感器和设置在第一导流腔4上的压力传感器，可测量柴油颗粒过滤器3两端的压差。此外，第一导流腔4的外壳24可起到扩张腔消声的作用。
本实施例的混合器5设置在第一处理装置和第二处理装置之间，用于混合气体和尿素水溶液，可与第一导流腔4和第二导流腔6焊接连接在一起。如图4所示，混合器5可包括外壳27、混合管28和旋流片26，所述旋流片26设置在所述外壳27的一端并与所述第一导流腔4连接，用于使得经所述第一导流腔4流入的处理气体和尿素水溶液以旋转的状态进入所述混合管28中混合，所述混合管28设置在所述外壳27内部并与所述第二导流腔6连接。旋流片26可形成为扇叶的形式，将由尿素喷嘴座25内喷入的尿素与由第一导流腔4内引导的处理气体进行充分冲击、旋转、混合，以达到尿素与气体的充分均匀混合。旋流片26可通过焊接而与外壳27和混合管28连接在一起。外壳27可为具有保温功能的壳体，混合管28的长度可为700mm，从而可保证气流温度和由尿素喷嘴喷入的尿素水溶液充分水解为NH3，大大降低尿素的结晶风险。
本实用新型中的第二导流腔6用于将经混合器5混合后的气体转向后提供至选择催化还原后处理器7进行选择催化还原反应。如图4所示，可包括外壳29、内隔板31和混合多孔管32，所述外壳上设置有温度传感器30，该温度传感器30可安置在设置在外壳29上的温度传感器座上，该温度传感器座可焊接在外壳29上，所述外壳、内隔板和混合多孔管依次连接并形成有与所述混合器5另一端连接的连接部，即外壳29、内隔板31和混合多孔管32可在上端设置有圆形开孔，混合器5的混合管28可插入这些圆形开孔，例如可与这开孔焊接而实现混合器5与第二导流腔6的连接。混合多孔管32用于将气流均匀引入选择催化还原后处理器7中。第二导流腔6与第一导流腔4结构、功能类似，可减少模具数量，都有引导气流、扩张腔消声及整流混合作用。
本实施例中的选择催化还原后处理器7和氨氧化催化后处理器8串接在一起，选择催化还原后处理器7可包括SCR载体33和SCR载体衬垫34，氨氧化催化后处理器8可包括ASC载体35和ASC载体衬垫36，选择催化还原后处理器7和氨氧化催化后处理器8的载体串联连接并分别通过各自的载体衬垫固定在所述降噪排气装置9的外壳上。与DOC载体衬垫和DPF载体衬垫类似，SCR载体衬垫34和ASC载体衬垫36也可通过过盈配合的方式而固定在降噪消声装置9的外壳的内部，例如，可由膨胀型或非膨胀型材料制成。
在本实施例中，经过与NH3气充分混合的处理气体在SCR载体上发生选择催化还原反应，将排气中的NOx分解成N2和H2O并达到氮氧化物限值，以降低发动机的NOx排放。经SCR载体反应后，会存在未反应完全的NH3，这些未反应完全的NH3在ASC载体上将被继续氧化为N2和H2O，从而满足法规要求。
本实用新型中的降噪排气装置9主要起消声作用，并将排气按照要求排入大气中，可包括外壳37、出气管41、消声腔39和端盖。外壳37、出气管41、消声腔39和端盖可通过焊接连接在一起。其中，外壳37、消声腔39和端盖可依次连接，消声腔39可套设在外壳37的端部内部，端盖可连接在消声腔39后端以密封消声腔，所述出气管41可设置在所述外壳37的侧部，并设置有PM传感器，PM传感器可安装在设置在出气管41的PM传感器座42上，用于检测排气的PM值。在外壳37和消声腔39的侧部分别开设有开孔，出气管41的一端可通过该开孔而伸入到外壳37和消声腔39中，另一端可与外部连接管连接，具体地，出气管41的另一端可通过出气法兰40与外部连接管连接，以将处理后的气体排出，出气管41可与法兰40焊接连接在一起。此外，所述降噪排气装置的外壳37在位于所述氨氧化催化后处理器8后部的位置设置有温度传感器43和NOx传感器44，用于检测经氨氧化催化后处理器8处理后的气体的温度和NOx含量。消声腔39用于起到降噪的作用。在一个示例中，为了进一步降低气体噪声，可在出气管41插入外壳的一端上形成有多个均匀布置的气孔，以及在消声腔39中设置调音板38，调音板38可焊接在消声腔39内部。在一个示例中，消声腔39中可采用针刺玻璃纤维作为吸声材料，该吸声材料可通过消声腔39固定，例如，消声腔39可在两端形成翻边结构，该翻边结构之间的空隙可以用于固定吸声材料，从而能够在有效降低总成的辐射噪声的同时，也降低了高频的尾管噪声。
本实施例中的集成式后处理设备通过将上述各结构焊接在一起，形成完整的Z字形串联筒型结构，长度可小于800mm、宽度可小于600mm、高度可小于550mm，有利于整车布置。且高度、宽度、长度尺寸较平均，适于布置在车架侧面，甚至在布置空间困难时可以采用斜置形式。此外，可以在节省整车车架侧面的布置空间的同时，也保证后处理器具备足够的有效容积。
此外，需要注意的是，上述各结构的布置位置可根据实际需要而进行适当的调整，构成的相应的后处理设备的尺寸也可根据需要进行调整。
综上，发动机的排气气流在本实用新型实施例提供的后处理设备内流动时通过扩张腔、载体、多孔板等结构时将使整体能量、高频噪声大大降低，可同时实现降低PM、NOx排放及发动机噪声的目的。本实用新型实施例的集成式后处理设备采用合理布置气流导向冲击尿素水溶液、中间多孔管混合器、旋流片等结构使气流与尿素水溶液充分水解混合并均匀分布到SCR载体端面，提高了催化剂涂层的利用率，从而提高了转化效率，并且能够减少尿素结晶风险从而降低总成的成本。
以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种集成式后处理设备，其特征在于，包括第一处理装置、混合器和第二处理装置，所述第一处理装置和所述第二处理装置并排设置并通过所述混合器连接；
所述第一处理装置包括依次连接的进气装置、柴油氧化催化后处理器、柴油颗粒过滤器和第一导流腔，所述第二处理装置包括依次连接的第二导流腔、选择催化还原后处理器、氨氧化催化后处理器和降噪排气装置；所述混合器一端与所述第一导流腔连接，另一端与所述第二导流腔连接；
经所述进气装置流入的处理气体，沿第一方向依次通过所述柴油氧化催化后处理器和所述柴油颗粒过滤器处理后，经所述第一导流腔流入所述混合器中与沿与所述第一方向相反的第二方向流入的尿素水溶液进行混合，混合后的气体沿所述第二方向通过所述混合器流入所述第二导流腔中，之后沿所述第一方向依次通过所述选择催化还原后处理器、所述氨氧化催化后处理器和所述降噪排气装置处理后排出。
2.根据权利要求1所述的集成式后处理设备，其特征在于，所述柴油颗粒过滤器可拆卸地设置在所述柴油氧化催化后处理器和所述第一导流腔之间。
3.根据权利要求1所述的集成式后处理设备，其特征在于，所述进气装置包括进气管、端盖和外壳，所述进气管设置在所述外壳的侧部，所述端盖设置在所述外壳的一端；
所述柴油氧化催化后处理器包括载体和包覆所述载体的载体衬垫，并通过所述载体衬垫固定在所述外壳的另一端上。
4.根据权利要求3所述的集成式后处理设备，其特征在于，所述进气管上设置有温度传感器，所述外壳在位于柴油氧化催化后处理器后部的位置上设置有压力传感器和温度传感器。
5.根据权利要求2所述的集成式后处理设备，其特征在于，所述柴油颗粒过滤器包括外壳、载体和载体衬垫，所述载体衬垫包覆所述载体并固定在所述外壳上；
所述外壳的一端通过第一连接件与所述柴油氧化催化后处理器可拆卸连接，另一端通过第二连接件与所述第一导流腔可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的集成式后处理设备，其特征在于，所述第一导流腔包括相互连接的内隔板和外壳，所述内隔板上设置有与所述混合器一端连接的连接部，所述外壳上设置有压力传感器和喷入所述尿素水溶液的喷嘴。
7.根据权利要求1所述的集成式后处理设备，其特征在于，所述混合器包括外壳、混合管和旋流片，所述旋流片设置在所述外壳的一端并与所述第一导流腔连接，用于使得经所述第一导流腔流入的处理气体和尿素水溶液混合并以旋转的状态进入所述混合管中混合，所述混合管设置在所述外壳内部并与所述第二导流腔连接。
8.根据权利要求1所述的集成式后处理设备，其特征在于，所述第二导流腔包括外壳、内隔板和混合多孔管，所述外壳上设置有温度传感器，所述外壳、内隔板和混合多孔管依次连接并形成有与所述混合器另一端连接的连接部。
9.根据权利要求1所述的集成式后处理设备，其特征在于，所述降噪排气装置包括外壳、出气管、消声腔和端盖，所述外壳、所述消声腔和所述端盖依次连接，所述出气管设置在所述外壳的侧部，并设置有PM传感器；
所述选择催化还原后处理器和所述氨氧化催化后处理器分别包括载体和载体衬垫，所述选择催化还原后处理器和所述氨氧化催化后处理器的载体串联连接并分别通过各自的载体衬垫固定在所述降噪排气装置的外壳上；
所述降噪排气装置的外壳在位于所述氨氧化催化后处理器后部的位置设置有温度传感器和NOx传感器。
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