尾气处理基体元件的制作方法
【专利摘要】本申请公开一种对于气体处理有用的尾气处理基体元件。所述尾气处理基体元件包括覆盖的片材，并且包括至少一个重叠的第一波纹丝网片材（2）；至少一个重叠的附加片材（3），其选自：具有相对于所述重叠的第一波纹丝网片材成角度的波纹的重叠的第二波纹丝网片材，重叠的平坦丝网片材，波纹穿孔片材，重叠的平坦穿孔片材，重叠的网片材；和至少一个重叠的光滑片材（4），其被装配到距所述尾气处理基体元件的中心的距离D=0mm至D=100mm的区域中。
【专利说明】尾气处理基体元件
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及尾气处理基体元件，其包括重叠覆盖片材。
【背景技术】
[0002]具有使气体通过的通道的基体元件广泛用于气体处理中，例如用于排出气体和烟道废气的净化中。在通道的表面上，具有诸如催化剂的活性剂。这种基体元件可由金属片材/板材制成。片材被涂有陶瓷多孔支撑，活性金属或金属氧化物被固定于所述支撑上。还正在制造完全陶瓷的基体元件。
[0003]由于有关大气保护的规定日益严格，对这种基体元件的机械要求越来越高。例如为了净化尾气，基体元件被调整成尽可能靠近发动机，以保证其足够的性能。因此基体元件承受非常高的温度和压力变化。通常，靠近发动机的基体元件中的温度很高，因为目的是用最少量的空气在高温下燃烧燃料。
[0004]在金属反应器中，压力损失单元(cell)很低，用于反应的几何表面积很高，并且因此，与陶瓷燃料单元相比，其运转起动更快。陶瓷基体元件机械性能相对较强，但将其联接到例如外壳可引发问题。通常，陶瓷基体元件只制成为所谓的直线单元形式，其中气体的热和质量传递性能对于气体处理来说不是最佳的。
[0005]在金属基体元件中，通常使用波纹片材，这些片材被用平坦片材或缠绕或弯曲成S形式。基体元件被与气体线路上的外壳结合，利用外壳上的焊接连接点(welding joint)或钎焊熔合连接点(soldering joint),或利用外壳内的带或杆。目前使用的是波纹片材与平坦片材相重叠的基体元件，它们通过片材边缘处的钎焊熔合连接点连接到一起。此外，已知其中波纹片材被用非常宽地间隔的焊接连接点或钎焊熔合连接点相互连接在一起的基体元件。
实用新型内容
[0006]现在实用新型了一种特别抵抗苛刻环境并且对于气体处理很有用的基体元件。
[0007]为此目的，本实用新型的特征在独立权利要求中呈现了。本实用新型的一些优选实施例在其它权利要求中公开。
[0008]在本实用新型中，片材是指任何片材或板材或筛网，并且波纹片材是指带有波纹等的任何片材/板材。波纹是指片材的具有位于相对于片材中平面的不同水平上的表面的任何部分。波纹片材可包括作为波纹的印痕或凹痕。波纹片材也可以是由平坦片材通过相对于片材的中平面对称或不对称地弯曲或压制而制成的带轮廓的片材(profiled foil)。该轮廓例如可以是波纹，或者该片材可包括V形轮廓。
[0009]根据本实用新型，具有重叠覆盖片材的尾气处理基体元件包括:
[0010]-至少一个重叠的第一波纹丝网片材；
[0011]-至少一个选自由下述构成的组中的重叠的附加片材:具有相对于所述重叠的第一波纹丝网片材成角度的波纹的重叠的第二波纹丝网片材，重叠的平坦丝网片材，波纹穿孔片材，重叠的平坦穿孔片材，重叠的网片材；和
[0012]-至少一个重叠的光滑片材，其被装配到距所述尾气处理基体元件的中心的距离D=Omm至D=1 OOmm的区域中。
[0013]这种类型的机械结构极其抵抗苛刻环境并且对于包含高浓度硫的气体的处理很有用。本结构禁止内烟灰燃烧并且在问题环境中、在起动过程中、在间歇时间以及在停止时间机械上非常稳定。优选地，所述重叠的光滑片材是厚度从0.05至0.5mm的明亮的或反热的平坦片材。优选地，所述尾气处理基体元件中的片材是金属片材。优选地，所述重叠的附加片材是重叠的平坦丝网片材或具有相对于所述重叠的第一波纹丝网片材成角度的波纹的重叠的第二波纹丝网片材。这些是机械上具有优势的实施例。
[0014]通常，所述重叠的片材和网片材，或仅仅网片材，被至少部分地涂覆多孔支撑结构。这提供了机械优势。优选地，重叠的第一波纹丝网片材和重叠的附加片材(片材，筛网)被至少部分地涂覆多孔支撑结构层作为防止所述丝过热并且避免金属破坏的热障涂层。这提供了机械优势。所述多孔支撑例如可以是具有良好粘接性能的具有基于氧化铝的涂层的大孑L沸石(alumina based wash coat wot zeolites)。
[0015]根据本实用新型的目的，所述尾气处理基体元件另外包括边缘部分，所述边缘部分包括至少部分地装配到距所述尾气处理基体元件的中心的距离D>100m的区域中的重叠的波纹丝网片材。边缘部分中的这些片材优选地不涂覆多孔支撑结构。优选所述边缘部分包括I到5层的波纹丝网片材。这些片材可以是纯净的或优选地它们可被涂覆多孔结构。此机械结构给予了机械和功能的优势，特别是在苛刻环境中，它同时用作边缘部分并且同时是外壳的一部分。
[0016]根据本实用新型的目的，具有重叠覆盖片材的所述基体元件包括重叠的波纹丝网片材，其中丝直径为0.06-0.18mm，并且所述重叠的第一波纹丝网片材的目数是25-160，并且，所述重叠的片材被至少部分地涂覆数量为2-15g/m2的多孔支撑结构。这种类型的结构对于低和中硫浓度是特别优选的。
[0017]根据本实用新型的目的，具有重叠覆盖片材的所述基体元件包括重叠的波纹丝网片材，其中丝直径为0.18-0.24mm，并且所述重叠的第一波纹丝网片材的目数是25-160，并且在于，所述重叠的片材被至少部分地涂覆数量为18-50g/m2的多孔支撑结构。这种类型的结构对于闻和极闻硫浓度是特别优选的。
[0018]波纹片材在机械性能上比平坦片材更坚硬和坚固。片材的波纹也可降低例如由于气流引起的基体元件中的共振。片材的波纹增大基体元件的接触表面，从而使得其操作更高效。而且，带轮廓的片材具有在内部屈服的固有性能，例如在热膨胀的情况下。因此，连接点(joint)不像平坦片材表面上的连接点那样容易断裂。
[0019]片材也可通过机械连接点连接到一起。将片材连接到一起也可通过焊接连接点实现，例如通过电阻焊接或线束焊接连接点。所述焊接技术允许高数目的片材快速并且现场连接到一起。片材也可通过钎焊熔合连接点连接到一起。
[0020]本实用新型的基体元件也可由相对薄的片材制成，因此降低了其热质量。因而，基体元件变热因此其操作也更快速开始。因而，其在极端苛刻环境下的性能非常好。由薄的片材制成的本实用新型的催化剂中的压力损失也很低。片材的厚度例如可以从0.01至
0.2mm,例如从0.02至0.05mm。波纹高度例如可以在0.1和IOmm之间，优选地在0.5至3mm之间，例如 1.0，1.2，1.3 或 1.65mm。
[0021]根据本实用新型的目的，所述基体元件另外包括额外的重叠片材。关于所述额外的片材，它可以是能够连接到波纹片材的任何不同片材。此额外的重叠片材可以是波纹光滑片材或例如是平坦光滑片材，穿孔片材或网片材。此额外的重叠片材也可以是由波纹片材通过弯曲或缠绕而制成的片材。
[0022]波纹片材的波纹在单个波纹片材的不同点可具有不同的形状和尺寸。在分离的波纹片材中，波纹也可具有不同的形状和尺寸。因此可以装配基体元件，使得在其中心具有彼此非常靠近的稠密的波纹片材，并且在其边缘具有较宽地间隔开的薄的波纹片材。用这种方案，基体元件内的流动可得到控制。
[0023]在本申请中，波纹的方向是指波纹表面的平面距与此波纹相邻的片材表面的平面最远的方向最不同的方向。在带轮廓的片材中，波纹的方向是指轮廓的波纹或槽的方向。波纹的方向决定形成于片材之间的通道的方向。因此，波纹实质上影响正在基体元件的通道内处理的气体的流动。
[0024]波纹的形状、尺寸和基体元件片材的方向以及基体元件剖面中开口的密度根据预期的应用选择。基体元件也可以具有许多不同的形状，它可以例如是涡旋形基体元件，是弯曲成s-，J-或V-形式或堆叠的或弯曲的基体元件。开口的密度例如可以是每平方厘米I至300个开口，优选每平方厘米1-10或10-50或50-100或100-300个开口。此外，片材的厚度可不同。以这种方式，具有非常不同的流动特性的基体元件可被实现。外壳的横截面可根据预期的应用自由变化。例如其可以是圆的，椭圆的或半平行四边形的。本领域内常规的外壳的尺寸和形状可优选地使用。
[0025]对于尾气的处理，基体元件片材的材料例如可以是铁素体的铁-铬-铝合金，例如Wl.4767。室也可由所谓的奥氏体超级合金W2.4633制成，其具有高镍和铬含量，例如。
[0026]本实用新型的基体元件可被置于具有与基体元件的形状对应形状的外壳中。因此，外壳中所谓的死点或疏忽点(bypass point)的数目最少。此方案还提高了基体元件的性能。本实用新型的应用因此变得更多样。
[0027]本实用新型的目的是一种基体元件的波纹片材，其在至少一个波纹处用密集间隔的连接点(joint)连接到另一片材，以在片材之间形成通道。片材在波纹处连接到一起使得基体元件实质上更刚硬并且机械上特别坚固，即使在苛刻环境下。如果波纹的连接点彼此尽可能靠近，那么基体元件变得机械上特别坚固。这可以，例如，通过每立方厘米用10-1000个连接点连接片材而实现，优选地，在每立方厘米基体元件上，用10-50或50-200或200-500或500-1000个连接点连接。
[0028]根据本实用新型的目的，波纹片材被在所述重叠的片材的波纹处用连接点连接到一起，所述连接点至少被定位于每个波纹片材的一些波纹处并且间隔开0.5至IOmm的间隔，每个重叠的波纹片材之间的连接点的数目是每立方厘米10至1000个。
[0029]本实用新型的目的是所述基体元件包括连接钉(joint nail)。钉的数量和形状可根据所述基体元件的形状和操作要求而改变。本实用新型的目的是所述基体元件包括连接槽。连接槽的数量和形状可根据所述基体元件的形状和操作要求而改变。
[0030]本实用新型的目的是片材的预氧化。被发现片材的预氧化尤其通过电阻焊接改进片材的连接。片材的预氧化例如可以通过预退火或化学氧化而实现。片材可通过退火实现预氧化，例如在500-1000°C的温度下持续0.1-10小时，优选地在600-900°C的温度下持续1-3小时。氧化铝层因此形成在包含铝的片材上。此薄的氧化铝层提高了电阻焊接的效率。氧化物层也可以由除铝之外的其它元素或化合物形成。
[0031]本实用新型的目的是具有重叠片材的基体元件，重叠的波纹相对于彼此成斜角。通过叠置波纹片材并且将它们连接在一起，使重叠片材的波纹彼此接触并且使所述波纹置于相对于彼此不同的定向中，而使此基体元件有抵抗性并且有效。在这种基体元件中，片材表面和将被净化的尾气之间的接触面积很高并且性能良好。
[0032]被连接到一起并且具有相对于彼此成斜角的波纹的所述重叠的波纹片材可以是带轮廓的片材。被连接到一起的带轮廓的片材只在波纹的结合处彼此接触。通过，用例如以I到5mm的间隔间隔开的焊接连接点或钎焊熔合连接点，以相对于波纹的方向成斜角的方式将带轮廓的片材连接到一起，所述基体元件被使得尤其坚固。
[0033]使波纹相对于彼此成斜角地连接在一起的带轮廓的片材可，例如，由带轮廓的片材带制成，所述带轮廓的片材带具有相对于带的边缘成斜角的轮廓。由此片材带，具有基体元件形状的片材被切割，并且通过将每隔一个片材在叠置之前进行旋转而相对于其轮廓横向地上下叠置。从由此片材带，带轮廓的片材可通过在不同的方向上在自身上交替折叠带而制成。带的轮廓通常可相对于带的边缘成8和45度之间的角度，该轮廓优选地位于5和30度之间的角度。因此，被连接到一起的带轮廓的片材的波纹的方位角优选为10至60度。
[0034]在由以成斜角的方式连接在一起的重叠的带轮廓的片材制成的基体元件中处理的气体也在片材的横向方向上流动。由于此特征，气体被混合并且单元中的流动分布得到平衡。
[0035]在由带轮廓的片材制成的基体元件中，其波纹之间的方位角例如可为5至90度。此角度越大，波纹片材之间的接触区域越像点状。因此片材的反应表面最大。另一方面，宽的轮廓角由于过大的湍流可导致正在处理的物质流或化合物流的压力损失。在被处理气体的流动方向上，重叠的带轮廓的片材的波纹的方位角优选20至60度，例如如果内燃机的尾气被处理。
[0036]均匀的流动分布均衡基体元件中的温度，并且因此，内部温度应力更低。均匀的流动分布总体改善基体元件的操作。这对于良好的性能是有利的。通过串联使用多个具有处于不同定向中的片材的基体元件，气体的流动可得到非常好地平衡。多个这种单元也可以串联连接。这种具有至少部分相对于彼此横向定向的片材的连续基体元件可具有涡旋形结构，被弯曲成S形式的结构，或它们可包括堆叠的波纹片材。
[0037]本实用新型的目的是将片材和基体元件连接到外壳。在基体元件的区域中，外壳的表面可被提供有将基体元件的片材连接到外壳内表面的连接槽。当提供基体元件位于其内的带连接槽的外壳时，片材的边缘将平行于外壳定向。这使外壳和基体元件之间的连接更稳定。在这种情况下，不必须将基体元件的片材彼此连接。平行于外壳内壁的边缘气流(bypassing gas flow)也可以通过连接槽防止。
[0038]连接槽的数目可例如是2到8。所述连接槽优选地彼此靠近定位，以最小化基体元件和外壳之间的热膨胀。通常，连接槽之间的距离是10至30mm，其深度和宽度是0.5至
2.0_。优选地,连接槽被大致定位于反应器外壳的中间部分或外壳的相对于被处理气体流动方向的入口端。
[0039]根据本实用新型的目的，当制造连接槽时，所述连接槽使基体元件的片材平行于外壳内侧定向，并且，利用在穿过外壳的连接槽的底部上制造的一个或多个焊接连接点，所述片材还被连接到外壳。
[0040]基体元件也可用焊接连接点连接到外壳，例如通过将基体元件从外面焊接到外壳。片材和基体元件和外壳之间特别稳定的连接通过在穿过外壳的连接槽底部上焊接而提供。激光焊接可优选被使用，TIG和MIG焊接技术也是有用的。
[0041]根据本实用新型的目的，反应单元被通过由电阻焊接形成的焊接连接点连接到外壳或其一部分上。优选地，当通过电阻焊接将片材连接到一起时电阻焊接能够同时进行。电阻焊接可被制成为使反应单元安装到外壳内部，并且使整个反应单元和整个外壳焊接到一起。优选地，电阻焊接也可以被制成为使得反应单元的一半被安装到外壳的一半内部，并且将它们焊接到一起。之后，反应单元和外壳的孔阵列可通过将两个连接的裂口焊接到一起而连接。
[0042]本实用新型的目的是将基体元件插入锥形外壳内。为了制造基体元件，通过使用被切割或弯曲成锥形外壳形状的片材，反应器也可装配到此锥形外壳内。锥形外壳的壁提高了基体元件结构的刚度，因为基体元件在锥形区域中变成与外壳壁楔形一致。基体元件通过锥形壁牢固锚定到外壳，即便在外壳的表面或焊接连接点上没有任何槽。锥形外壳可具有截头锥体的形状，截头角锥或圆柱体的形状。其形状可以是对称的或不对称的。
[0043]在锥形外壳中，在气流方向上，因为外壳上游端的横截面小于其中间部分的横截面，外壳入口端处的湍流很低。这提高了基体元件的操作效率并且带来相对较低的流动阻力。锥形外壳的锥角通常为3至30度。
[0044]第二锥形外壳可被连接到与其邻接的第一锥形外壳，或两个彼此邻接的锥形基体元件可被插入到在两端锥形渐缩的外壳内。这种基体元件被制成特别有效，通过在基体元件中使用以相对于波纹的倾斜方位角连接到一起的波纹片材，并且以使片材至少部分横向定向的方式将基体元件连接到一起。
[0045]在基体元件的上游端的压力损失是尤其巨大的。在圆柱形基体元件中，在上游端的压力损失可甚至是基体元件中总压力损失的一半。在锥体上游端的压力损失关键取决于供给线的横截面与基体元件入口端的横截面的比。此比值在朝向入口端减缩的基体元件中是有利的。在这种情况下，流动的湍流减少，压力损失大大降低。
[0046]具有其它形状的基体元件或外壳可与锥形外壳组合。例如设想使用朝向两端锥形减缩并且具有直线中间段的外壳。
[0047]锥形基体元件的波纹片材优选地具有在一端比另一端更高的波纹。这种片材可以，例如，在一端具有U形沟槽，其具有连续改变它们的形状以形成朝向片材的另一端的更高的V形槽。通过选择波纹的适当高度差，基体元件可被以使焊接到一起的片材原封不动的方式装配，由此获得可以简单方式制造的高机械强度的基体元件。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]现在参考附属的附图描述本实用新型的一些实施例，附图被简化了并且没有按比例绘制。[0049]图1示出了具有外壳和边缘部分的结构的剖面图。
[0050]图2示出了具有外壳和边缘部分的第二结构的剖面图。
[0051]图3示出了具有外壳的基体元件的一部分。
【具体实施方式】
[0052]在图1中，包括重叠覆盖的片材的基体元件I包括一个重叠的第一波纹丝网片材2 ;一个选自由下述构成的组中的重叠的附加片材3:具有相对于所述重叠的第一波纹丝网片材成角度的波纹的重叠的第二波纹丝网片材，重叠的平坦丝网片材，波纹穿孔片材，重叠的平坦穿孔片材，重叠的网片材；以及一个重叠的平坦光滑片材4，其被装配到距所述尾气处理基体元件的中心的距离D=Omm至D=200mm (即D=0-200mm)的区域中。另外,所述基体元件I包括具有附加的波纹片材的边缘部分(by-pass part) 6和外壳5。
[0053]在图2中，包括重叠覆盖片材的基体元件I包括一个重叠的第一波纹丝网片材2 ；一个选自由下述构成的组中的重叠的附加片材3:具有相对于所述重叠的第一波纹丝网片材成角度的波纹的重叠的第二波纹丝网片材，重叠的平坦丝网片材，波纹穿孔片材，重叠的平坦穿孔片材，重叠的网片材；以及一个重叠的平坦光滑片材4，其被装配到距所述尾气处理基体元件的中心的距离D=Omm至D=IOOmm (即D=O-1OOmm)的区域中。另外,所述基体元件I包括具有附加的波纹片材的边缘部分6和外壳5。
[0054]在图3中，包括重叠覆盖片材的基体元件I包括一个重叠的第一波纹丝网片材2 ；一个选自由下述构成的组中的重叠的附加片材3:具有相对于所述重叠的第一波纹丝网片材成角度的波纹的重叠的第二波纹丝网片材，重叠的平坦丝网片材，波纹穿孔片材，重叠的平坦穿孔片材，重叠的网片材；以及一个重叠的平坦光滑片材4，其被装配到距所述尾气处理基体元件的中心的距离D=40mm至D=80mm (即D=40-80mm)的区域中。另外,所述基体元件I包括外壳5。
【权利要求】
1.一种尾气处理基体元件，包括重叠覆盖片材，其特征在于，所述尾气处理基体元件(I)包括: -至少一个重叠的第一波纹丝网片材(2)； -至少一个重叠的附加片材(3)，其选自:具有相对于所述重叠的第一波纹丝网片材成角度的波纹的重叠的第二波纹丝网片材，重叠的平坦丝网片材，波纹穿孔片材，重叠的平坦穿孔片材，重叠的网片材；和 -至少一个重叠的光滑片材(4)，其被装配到距所述尾气处理基体元件的中心的距离D=Omm至D=1 OOmm的区域中。
2.根据权利要求1所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述片材(2，3，4)是金属片材。
3.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述重叠的光滑片材(4)是厚度从0.05至0.5mm的明亮的或反热的平坦片材。
4.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述重叠的第一波纹丝网片材(2)和重叠的附加片材(3)被至少部分地涂覆多孔支撑结构层作为防止所述丝过热并且避免金属破坏的热障涂层。
5.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，具有重叠覆盖片材的所述基体元件(I)包括重叠的波纹丝网片材(2，3)，其中丝直径为0.06-0.18mm，并且所述重叠的第一波纹丝网片材的目数是25-160，并且在于，所述重叠的第一波纹丝网片材(2)和重叠的附加片材(3)以2-15g/m2的量至少部分地涂覆有多孔支撑结构。
6.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，具有重叠覆盖片材的所述基体元件(I)包括重叠的波纹丝网片材(2，3)，其中丝直径为0.18-0.24mm，并且所述重叠的第一波纹丝网片材的目数是25-160，并且在于，所述重叠的第一波纹丝网片材(2)和重叠的附加片材(3)以18-50g/m2的量至少部分地涂覆有多孔支撑结构。
7.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述尾气处理基体元件(I)另外包括边缘部分(6)，所述边缘部分包括至少部分地装配到距所述尾气处理基体元件的中心的距离D>100m的区域中的重叠的波纹丝网片材。
8.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述基体元件(I)包括波纹高度在0.1和IOmm之间的第一和第二波纹轮廓的片材(2，3)。
9.根据权利要求8所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述波纹高度在0.5和3_之间。
10.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述基体元件(I)包括具有相对于彼此成10到60度的角度波纹的第一和第二重叠波纹片材(2)。
11.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述基体元件(I)包括外壳(5)。
12.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述基体元件(I)包括连接钉。
13.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述基体元件(I)包括连接槽。
14.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述基体元件(5)包括焊接连接点。
15.根据权利要求14所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述重叠的片材(2，3，4)包括氧化物层。
16.根据权利要求1或2所述的尾气处理基体元件，其特征在于，所述基体元件(5)包括钎焊熔合连接点。
【文档编号】B01D46/10GK203469700SQ201320356150
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年6月20日 优先权日:2013年5月28日
【发明者】P·马蒂莱宁, K·托凯尔, M·海内亚霍, M·哈波宁, T·莫诺宁 申请人:依柯卡特有限公司