一种多级催化过滤转化器的制作方法

本实用新型属于车辆尾气催化处理技术领域，尤其涉及一种多级催化过滤转化器。

背景技术：

目前的尾气多级催化过滤转化器，主要包括催化载体和涂覆在圆柱状的催化载体内部蜂窝状芯体上的催化涂层，该催化涂层主要包括氧化铝和稀土，同时含有贵金属铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)或含其中的任意一种或两种贵金属，蜂窝状芯体主要是横截面呈蜂窝网状的一段圆柱形的镂空金属，内部均匀地设有很多轴向贯穿载体圆柱形外壳两端面的通孔。导致尾气催化反应程度不均匀，催化效率低，处理效果不好，其原因如下：流入芯体内的尾气密集度在圆柱形外壳内从轴线向外侧逐渐变稀疏，而现有的多级催化过滤转化器由于蜂窝状芯体内的上述通孔大小相同且均匀设置，导致尾气在芯体中心附近催化反应更加彻底，而向外侧则效率逐渐降低；然而，催化载体内的芯体(包括催化载体内壁)上所涂覆的催化涂层厚度均匀一致，若要使流经的尾气充分反应，则必须在催化载体内的所有接触面处涂覆足够的催化涂层，由于催化涂层含有贵金属，大量充分涂覆成本太大，而使用率却不足，而且，在气流集中流经的地方很难把握其合适的涂覆厚度，极易导致涂覆厚度不足或涂覆厚度过厚产生浪费。

此外，目前的催化转化器是在催化剂的作用下通过氧化反应、还原反应、水性气体反应和水蒸气改质反应，将尾气中的CO、HC、及NOx三种有害气体转化成无害气体二氧化碳、氮气、氢气和水。然而，实际上尾气中除了上述气体有害成分之外，还含有大量颗粒性废物排出，而目前的催化转化器还不能实现对颗粒物的过滤净化处理，而对尾气中颗粒物的排放的控制是大势所趋，且在即将实行的国六新的排放标准中已有限制要求。

为了充分利用催化载体内各处的涂覆层，控制颗粒物排放，顺应减排趋势，亟待设计一种新的多级催化过滤转化器来提高催化涂层的使用率，以期优化催化过滤效果。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述技术问题，提供一种多级催化过滤转化器，该多级催化过滤转化器的催化反应效率高，贵金属涂覆量少而利用率高，还可有效减少颗粒物的排放。

本实用新型的技术方案如下：

一种多级催化过滤转化器，包括圆柱状的催化载体，所述催化载体包括圆柱状的载体外壳和位于载体外壳内的一级芯体，所述一级芯体内部设有若干小孔且涂覆有催化涂层，所述催化涂层均匀地涂覆在整个一级芯体上；在载体外壳的进气端同轴地连有漏斗状的导气筒，所述导气筒的大端与所述载体外壳相接。

在所述导气筒内设有圆锥状的分流锥，所述分流锥的锥度与导气筒内孔的锥度相同且其小端口朝进气端；所述分流锥内部设有若干圈圆锥状的金属卷筒且其小端口朝进气端；所述分流锥的四周连有三根支柱，所述三根支柱固定在导气筒内壁；在所述支柱、导气筒内壁和分流锥上均涂覆有所述催化涂层。

还包括串联在所述一级芯体之后的二级芯体，所述二级芯体包括若干圈层层嵌套的片筒，所述片筒采用金属片卷制而成；在片筒的外圆周面上沿其轴线平行的方向均匀间隔地设有若干凸棱，所述凸棱的横截面呈半圆状；

从最内圈至最外圈，所述片筒上的凸棱数量逐渐变少而凸棱逐渐变大；

所述载体外壳内壁沿其轴线相平行的方向设有若干均匀间隔的凹槽，所述凹槽的横截面呈半圆形；最外圈片筒上的凸棱紧紧地插入所述凹槽内，且在所述载体外壳的出气端同轴地固定有一个圆环挡圈；所述二级芯体的出气端边缘顶在所述圆环挡圈上。

所述载体外壳位于二级芯体进气端的一侧还嵌有颗粒过滤筒，所述颗粒过滤筒内沿其轴向设有若干均匀的进气孔，所述进气孔包括间隔设置的气流不能轴向通过的盲孔和气流可以轴向通过的通孔，相邻两进气孔之间的孔壁上设有用于连通两进气孔的滤尘孔，所述滤尘孔与所述进气孔相垂直。在所述颗粒过滤筒的出气端同轴连有圆锥状的笼气罩，所述笼气罩的大端与颗粒过滤筒的出气端相接。

进一步地，相邻两圈片筒的相邻两凸棱之间错开。

进一步地，除最外圈之外的其它圈片筒均呈圆锥形，且所有呈圆锥形的片筒的小端口朝出气口端；由外至内的第一层片筒与第二层片筒之间点焊连接。

进一步地，所述呈圆锥形的片筒的锥角为5°～6°。

进一步地，所述凸棱的圆弧顶部嵌入所述凹槽内，且嵌入的圆弧段的弦高为1/4倍凸棱的圆弧半径长。

进一步地，所述颗粒过滤筒上也涂覆有所述催化涂层。

进一步地，所述通孔包括彼此同轴相通的大通孔和小通孔，所述小通孔位于颗粒过滤筒出气端的封板上。

进一步地，所述盲孔包括彼此同轴相连的通气孔和沉渣孔，所述通气孔的直径小于沉渣孔的直径，且通气孔位于颗粒过滤筒的进气端，沉渣孔的孔壁未设有所述滤尘孔。

进一步地，所述催化涂层包括作为基层的高钯催化涂层和作为表层的铂铑催化涂层，所含氧化铝为铈锆镧共改性氧化铝。

进一步地，所述导气筒小端口处罩有球面状的滤网，所述滤网上覆盖有所述催化涂层；所述导气筒内的金属卷筒之间的间隔距离小于所述一级芯体的蜂窝通孔的孔径。

本实用新型的有益效果：本实用新型在现有的催化载体的导气筒进气端设置分流锥，将集中灌入载体内的尾气流束进行分流，使尾气较为均匀分散地进入到一级芯体内，在一级芯体上的催化剂作用下快速而充分地反应。由于尾气流束的中心流速快、气流密集度大，因此分流锥必须是中空结构才可有效进行气流分离，若制成实心则难以达到较好的分流效果，还可能因为与分流锥小端面之间发生激烈碰撞而影响整个气流的流动稳定性，对转化器造成振动，因此本实用新型在分流锥内又设置了若干圈圆锥状的金属卷筒，用于继续分流导气，通过最内圈的金属卷筒的气流使流速最大的一支，而此时，气流从金属卷筒的小端进入，在大端进行了一定程度的发散，可以减小最内圈与其它各圈金属卷筒流出的气流速度差，结合分流锥与导气筒配合后的分流作用，一起充分实现气流均匀分散地进入一级芯体内催化氧化，提高催化效率。

此外，本实用新型还多设置了一个二级芯体来作为终极催化场所，提高有害氧化物的反应率；并为了响应国家对颗粒物减排控制的号召、顺应国六新标准的减排政策，还在二级芯体前端(进气端)设置了用于过滤颗粒浮尘的颗粒过滤筒。上述二级采用若干圈设置的凸棱数量、大小不同的片筒来作为催化剂涂覆的第二催化剂载体，二级芯体通过圆锥状的笼气罩与颗粒过滤筒对接匹配，三者有机结合，相辅相成，共同提高催化净化效果。二级芯体从最中间至外侧所形成的间隙逐渐变大，一方面，中间圆心周围细空隙可以有效遏制住尾气流束中轴线处的密集高速气流，防止其过于迅速地流过载体，造成的催化反应处理不充分。另一方面，越靠近中轴线位置处的空隙越小，单位体积内气流与催化剂的接触面积越大，而中轴线附近也正是气流密集的位置，正好可以用来充分实现催化作用，提高尾气的催化反应效率；这对于涂层厚度均匀一致的载体来说可以选择相对较薄的涂覆厚度，这是因为中轴线处实际需要更多的催化剂来参与反应，因此，若要充分实现催化反应，整体涂覆厚度必将提高，而本实用新型采用孔隙朝轴线处逐渐变密来增加单位体积内与催化剂的接触面积，从而提高反应率，减小涂层的涂覆厚度，使所涂覆的涂层中的贵金属可充分参与反应而不浪费。此外，本实用新型采用半圆状的凸棱来间隔构成孔隙，是为了在连续改变孔隙情况下，减小流动阻力，可以保证气流顺利通过。采用凸棱嵌入载体壳体内壁凹槽的嵌入结构来防止二级芯体在气流冲击下晃动，尤其是防止转动。

上述颗粒过滤筒可使尾气在经过一级芯体时发生催化氧化之后没进入到颗粒过滤筒内过滤，将一部分颗粒废物留下。当尾气从一级芯体出来后，进入颗粒过滤筒的进气孔内，进入盲孔的尾气在盲孔底端遇到阻挡，改变流向，由轴向改为与轴向相垂直的方向逸出到相邻的通孔型进气孔内，并经通孔排除，在该流动过程中，颗粒物在盲孔内发生九十度的流向改变，一部分颗粒物便被遗留沉积下来，从而达到去除一部分颗粒物的目的。同时在颗粒过滤筒上涂覆催化涂层，增加了尾气与催化剂接触时间和面积，从而也进一步提升了反应效率。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图。

图2为一级芯体表面涂层分布示意图。

图3为本实用新型的催化载体横截面示意图。

图4为片筒局部立体示意图。

图5为图3中II处的放大视图。

图6为颗粒过滤筒结构示意图。

图7为颗粒过滤筒出气端的局部结构示意图。

图8为盲孔底部设有沉渣孔时的颗粒过滤筒结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种多级催化过滤转化器，包括圆柱状的催化载体，所述催化载体包括圆柱状的载体外壳102和位于载体外壳102内的一级芯体101(即传统的任意一种芯体)，所述一级芯体101内部设有若干小孔且涂覆有催化涂层，所述催化涂层均匀地涂覆在整个一级芯体101上。在载体外壳102的进气端同轴地连有漏斗状的导气筒3，所述导气筒3的大端与所述载体外壳101相接。在所述导气筒3内设有圆锥状的分流锥4，所述分流锥4的锥度与导气筒3内孔的锥度相同且其小端口朝进气端；所述分流锥4内部设有若干圈圆锥状的金属卷筒5且其小端口朝进气端；所述分流锥4的四周连有三根支柱6，所述三根支柱6固定在导气筒3内壁，从而将分流锥4支撑固定。在所述支柱6、导气筒3内壁和分流锥4上均涂覆有所述催化涂层2，以尽量增加与催化剂的接触面积，提高反应效率。

如图1所示，本实施例还包括串联在所述一级芯体101之后的二级芯体10，如图3—5所示，所述二级芯体10包括若干圈层层嵌套的片筒，需说明的是，为了便于清晰表达结构，图3中只画出了最外圈、中心处的几圈和二级芯体10的圆心与外圆面之间的若干圈，其它各圈都以中心点画线绘制的若干同心圆表示。所述片筒采用金属片卷制而成；在片筒的外圆周面上沿其轴线平行的方向均匀间隔地设有若干凸棱1011，所述凸棱的横截面呈半圆状。从最内圈至最外圈，所述片筒上的凸棱1011数量逐渐变少而凸棱逐渐变大，致使二级芯体10的中心位置处孔隙密集而最外侧比较稀疏。

所述载体外壳102内壁沿其轴线相平行的方向设有若干均匀间隔的凹槽，所述凹槽的横截面呈半圆形；最外圈片筒上的凸棱紧紧地插入所述凹槽内，且在所述载体外壳的出气端同轴地固定有一个圆环挡圈(图中未示出)；所述二级芯体10的出气端边缘顶在所述圆环挡圈上，防止在高压气流冲击下，二级芯体10被冲出载体外壳102内。为了尽可能地增大气流与催化剂接触面积，更充分地反应，如图4所示，所述凸棱1011的圆弧顶部1011a附近的部分嵌入所述凹槽内，且嵌入的圆弧段的弦高H为1/4倍凸棱的圆弧半径长，这样在保证二级芯体10安装牢固度前提下，载体外壳102内壁与最外层片筒之间又可具有催化反应空间。

另一方面，如图6—7所示，所述载体外壳102位于二级芯体10进气端的一侧还嵌有颗粒过滤筒8；所述颗粒过滤筒8内沿其轴向设有若干均匀的进气孔801，所述进气孔801包括间隔设置的气流不能轴向通过的盲孔801a和气流可以轴向通过的通孔801b，相邻两进气孔801之间的孔壁上设有用于连通两相邻进气孔801的滤尘孔802，所述滤尘孔802与所述进气孔801相垂直，以便呈90度改变气流的流动方向。

在所述颗粒过滤筒8的出气端同轴连有圆锥状的笼气罩9，所述笼气罩9的大端与颗粒过滤筒8的出气端相对，具体间距D根据排量确定。该设计是为了改善尾气穿过颗粒过滤筒8的流速和集中气流。因为尾气在颗粒过滤筒8内流动方向发生了90度偏转且转移到相邻通孔流出，因此，无论是流速还是气流的分布都发生了变化，流速变低，尾气被分隔成多个细小的分支流束；虽然先除去了一部分颗粒物，同时在一定程度上防止了作为终极催化场所的二级芯体10被堵塞，优化了催化反应场所环境，但是此时的尾气流动可能过于缓慢、分散而不均，不能适应二级芯体的催化剂布置结构，达不到良好的催化效果。为此设计了锥形的笼气罩9，使笼气罩9集中快速地流入二级芯体10内，以便与上述二级芯体10的不等间隙结构配合，以充分催化反应。

进一步地，如图2所示，所述催化涂层2包括作为基层的高钯催化涂层201和作为表层的铂铑催化涂层202，当然，该两种催化涂层中均含有供贵金属附着的通用载体—氧化铝，高钯催化涂层201内含钯量在80—100克每立方英尺，设置该两层催化层可使催化效果更好，基层直接覆盖于一级芯体101表面。目前用的氧化铝大多使用镧改性的氧化铝做为摩托车尾气与贵金属活性组分接触并产生反应的场所，缺点是：一是镧改性氧化铝能起的作用单一，不能适用于越来越严格的法规要求；二是镧改性氧化铝能起到的助催化的效果太小；三是Pd在镧改性氧化铝的分散度有限，导致Pd的利用率低下。针对该缺陷，本实施例所述催化涂层2中的氧化铝为铈锆镧共改性氧化铝，该种改性氧化铝不仅有利于贵金属的附着，还可提高Pd的利用率，更好地为催化反应提供反应场所，使整个催化涂层2催化效果显著。所述铈锆镧共改性氧化铝由铈、锆、镧和氧化铝构成，其中，按重量百分比计，铈占5-10％，锆占10-15％，镧占3-5％，余量为氧化铝。在实际制作时，可将铈锆镧的金属盐溶液稀释一定量后雾化喷淋在搅拌中的氧化铝粉末表面，搅拌中使盐溶液进入到氧化铝的孔道内部，再通过烘干和焙烧后固定在氧化铝的孔道内部。

进一步地，所述导气筒3小端口处罩有球面状的滤网7，所述滤网7上覆盖有所述催化涂层2，减少气流对分流锥4的冲击，并将该气流的一部分匀分至分流锥4周围流走。所述导气筒3内的金属卷筒4之间的间隔距离小于所述蜂窝状一级芯体101的蜂窝通孔的孔径，以便气流在进入到蜂窝状一级芯体101时压强可以进一步降低，使气流逐渐发散，与通孔内壁充分接触。

进一步地，相邻两圈片筒的相邻两凸棱1011之间错开，以免出现相邻两片筒之间紧贴，削减催化反应接触空间面积。相邻两圈片筒之间点焊固定，可以进一步地提高二级芯体10的整体牢固性，避免散架。

进一步地，除最外圈之外的其它圈片筒均呈圆锥形，且所有呈圆锥形的片筒的小端口朝出气口端；由外至内的第一层片筒与第二层片筒之间点焊连接；锥形片筒在冲击气流下会越来越紧，绝对不会出现二级芯体10散架分离的情况，而为保证载体两端口(进、出气端)大小相同，最外层仍采用圆柱形结构，将第一层片筒与第二层片筒之间点焊连接，即可实现二级芯体10整体安装固定。

进一步地，所述呈圆锥形的片筒的锥角为5°～6°，该锥角下可以充分保证二级芯体10的稳定性，而又不至于锥角过大过度影响气流的轴向流动。所述片筒与凸棱1011采用厚度为0.6mm的金属片采用冲压工艺一体成型，可以使整个结构更为紧凑牢固，稳定性更强，催化效果更佳。

进一步地，所述颗粒过滤筒8上也涂覆有所述催化涂层2，以延长尾气与催化剂接触时间和面积，提升催化反应效果。所述进气孔801在颗粒过滤筒8端面呈纵横排列，每一横排和每一纵列上的所述盲孔801a和通孔801b间隔设置，以便尾气流可较快地通过颗粒过滤筒8，以适应不同情况下的尾气处理。

进一步地，所述通孔801b包括彼此同轴相通的大通孔和小通孔，所述小通孔801b1位于颗粒过滤筒出气端的封板803上。设计成阶梯孔形式，可使气流在流经通孔801b的小通孔时，在其台阶处(此处即封板803内侧端面)留下一部分颗粒物，提升颗粒物的去除率。

进一步地，如图8所示，所述盲孔801a包括彼此同轴相连的通气孔和沉渣孔801a1，即在盲孔801a底部加工一个消气槽。所述通气孔的直径小于沉渣孔801a1的直径，且通气孔位于颗粒过滤筒8的进气端，沉渣孔801a1的孔壁未设有所述滤尘孔802，以免沉积在沉渣孔801a1内的颗粒物再次被带出。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。