用于容纳后处理块的系统和方法
【专利摘要】一种后处理系统包括后处理模块，该后处理模块具有在第一端与第二端之间延伸的套筒。一个或多个后处理块轴向地插入配置在套筒的第一端的套筒开口中。为了防止后处理块非故意地离开套筒，在套筒的第一端周围配置有作为松配合套环的卡环。该卡环由围绕第一端突出的周向压条约束在套筒上。该卡环可以与安置在第一端附近的挡圈联接。当联接到卡环时，挡圈的一部分部分地跨越套筒开口延伸并堵塞套筒开口，从而防止后处理块离开套筒。
【专利说明】用于容纳后处理块的系统和方法
【技术领域】
[0001]本专利公开文本总的涉及用于减少来自燃烧过程的排气中的排放物的后处理系统，更具体地涉及用于保持和更换这种系统中的后处理块(brick)的方法和装置。
【背景技术】
[0002]动力系统如大型内燃发动机燃烧烃基燃料或类似的燃料源以将其中的化学能转化为可用于为相关的机器或应用提供动力的机械能。烃燃料的燃烧可释放或形成若干种副产品或排放物，如氮氧化物(N0X)、一氧化碳和二氧化碳(CO和CO2),以及微粒物质。这些排放物中可向环境释放的某些排放物的数量可能受到政府监管和环境法的限制。相应地，此类动力系统的制造商可将系统配备有后处理系统以在排放物排放到环境之前处理排放物。
[0003]该后处理系统可配置在动力系统的排气通道中并且可包括可供排气通过的单元或模块。该模块可包括一个或多个后处理块，后者可化学或物理地改变与其相遇的排气的组分。后处理块的示例包括化学地改变排气的催化剂和可捕集排气的特定成分的过滤器。在一些实施例中，后处理块可通过焊接等永久地固定于该模块。然而，一些类型的后处理块可在使用一端时间后耗尽或去活化，或者可由于它们被使用的条件而损坏，并且需要更换。相应地，在一些后处理系统中，后处理块可以是可移除的。
[0004]使用可移除的后处理块且特别是催化剂的系统的示例被记载在美国专利N0.7,919,052 (’052专利)中。’ 052专利记载了限定出一开口的壳体和配置在所述开口上方的催化剂，所述开口是流动腔室的一部分。为了将催化剂保持在开口上方的适当位置，将棒条安置成跨越催化剂的垂直于流动腔室的一个面。该棒条的一端被锚固在流动腔室的底部并且另一端通过螺栓-螺母组合紧固于壳体上部处的前板。为了移除催化剂，必须既从壳体松开棒条，又从流动通道的底部将棒条解开。此外，螺栓-螺母组合和锚固件可能定向在不同方向上，从而使移除棒条以接近催化剂变得复杂。
【发明内容】
[0005]在一方面,本发明描述一种后处理模块,该后处理模块包括至少一个套筒，该套筒沿套筒轴线在第一端与对向的第二端之间延伸。该套筒还包括配置在第一端的套筒开口和位于第一端附近并围绕套筒轴线径向地突出的压条(bead)。该套筒可被容纳在具有垂直于套筒轴线的平坦面的框架中。当套筒被容纳在框架中时，第一端从平坦面延伸并且压条与平坦面轴向地隔开。一个或多个后处理块可被插入套筒中。后处理块可具有衬底基质(substrate matrix)和配置在衬底基质周围的壳罩(mantle)。为了将后处理块保持在套筒中，卡环(captive ring)可被配置在套筒周围且轴向地定位在平坦面与压条之间。在第一端附近安置有挡圈(retention ring)且该挡圈与卡环联接,使得挡圈的一部分配置在套筒开口的一部分的上方。
[0006]在另一方面，本发明描述了一种将后处理块保持在后处理模块中的方法。根据该方法，在后处理模块中设置有套筒并且卡环围绕该套筒的第一端宽松地配置。一个或多个后处理块插入穿过套筒的第一端中的套筒开口。挡圈在第一端附近定位成使得挡圈的一部分堵塞套筒开口的一部分且卡环联接到挡圈。
[0007]在另一方面，本发明描述了一种密封插入到后处理模块中的多个后处理块的方法。在后处理模块中设置有在第一端与第二端之间延伸以便限定出(delineate)套筒轴线的套筒。该方法包括将卡环围绕与套筒轴线大体同心的第一端配置成使得卡环被轴向地约束在从第一端附近径向地突出的压条的后方。第一后处理块和第二后处理块插入配置在第一端的套筒开口中，使得第一后处理块接近第一端且第二后处理块接近第二端。挡圈在第一端附近定位成使得挡圈的一部分在套筒开口的一部分的上方延伸并与第一后处理块接触。根据该方法，通过将挡圈联接并紧固于邻接压条的卡环来使第一后处理块被促靠在第二后处理块上。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是包括联接到发电机并与后处理模块相关的内燃发动机的动力系统的侧视图。
[0009]图2是清洁排放模块的透视图，其中顶部被移除以示出模块的内部和通过模块的排气流。
[0010]图3是配置在清洁排放模块中的后处理模块的透视图，该后处理模块包括接纳多个后处理块的至少一个套筒和在套筒的端部附近联接在一起以将后处理模块保持在其中的一对环状物。
[0011]图4是套筒的透视图，其中卡环配置在套筒端部周围且被轴向地限制在套筒端部上，该卡环联接到部分地跨越套筒的开口配置的挡圈。
[0012]图4A是图4的联接装置的详细装配图，详细示出了卡环、挡圈和联接这些元件的构件。
[0013]图5是套筒的剖视图，其中多个后处理块由相联接的卡环和挡圈利用详细示出的联接装置的构件保持在套筒中。
[0014]图6是具有配置在衬底基质周围的壳罩的后处理块、特别是选择性催化还原催化剂的一个实施例的透视图，其中详细示出了衬底基质。
【具体实施方式】
[0015]本发明总的涉及可与产生排气的动力系统相关的排气后处理系统，更具体地涉及可为此类后处理系统的可移除构件的后处理块。现参照附图，其中同样的附图标记表示同样的元件，在图1中示出了可通过燃烧化石燃料等来产生动力的动力系统100的示例。所示的动力系统100可包括内燃发动机102，如可操作地联接到发电机104以产生电力的柴油发动机。内燃发动机102可具有任何数量的气缸，正如本领域的普通技术人员可理解的那样。内燃发动机102和发电机104可被支承在共同的安装架106上。动力系统100可在难于或无法接入电网的地点提供现场备用动力或连续电力。相应地，发电机104和内燃发动机102可确定大小或尺寸为提供合适的瓦数和马力。应当理解的是，在其它实施例中，本发明的动力系统可用于其它应用如燃烧汽油的发电机、天然气涡轮机和燃煤系统中。另外，除静止应用外，本发明可用于移动应用如机车和船用发动机中。[0016]为了将进气导入动力系统100中和从动力系统100引出排气，该动力系统可包括进气系统110和排气系统112。进气系统110将空气或空气/燃料混合物引导到内燃发动机102的燃烧室以用于燃烧，而排气系统112包括与燃烧室流体连通以将由燃烧过程产生的排气引导到环境的排气管或排气通道114。为了利用所排出的排气的正压来对进气加压，动力系统100可包括与进气系统110和排气系统112可操作地相关的一个或多个涡轮增压器 116。
[0017]排气系统112可包括用以在排气排出到环境之前调节或处理排气的构件。例如，呈清洁排放模块(CEM)形式的排气后处理系统120可配置成与位于涡轮增压器116的下游的排气系统112流体连通，以接收从内燃发动机102排出的排气。术语“后处理”是指系统在已产生排气之后处理排气且因此可与影响燃烧过程的燃料添加剂等相区分的事实。例如，后处理系统120可被设计为可大体在发电机10上方安装在动力系统100上的独立单元，并且可接收来自排气通道114的排气。通过将后处理系统120制造为独立模块单元，该设计可供不同尺寸和构型的动力系统100使用。然而，在其它实施例中，后处理系统120可与动力系统100 —体形成并且可配置在其它位置而不是动力系统的上方。后处理系统120可构造成处理、去除或转化排放物和排气中的其它成分。
[0018]参照图2，后处理系统120可包括盒状壳体122，该盒状壳体被支承在适合将后处理系统安装于动力系统的基部支承件124上。盒状壳体122可包括定向在前方的第一壁126、对向的后方第二壁128、以及相应的第三和第四侧壁130、132。然而，应该了解的是，术语如前方、后方和侧面仅用于取向目的并且不应该被解释为对权利要求的限制。另外，假想的系统中心轴线134可在前方的第一壁126与后方的第二壁128之间延伸并位于第三和第四侧壁130、132之间的中途。壳体122可由焊接钢板或板材制成。
[0019]为了将未经处理的排气接收到后处理系统120中，一个或多个入口 140可配置成穿过壳体122的第一壁126并可与来自排气系统的排气通道流体连通地联接。在所示的实施例中，后处理系统120包括两个入口 140，两个入口 140大体并列地布置且在系统轴线134的任一侧居中地位于第三和第四侧壁130、132之间，使得进入的排气被引向后方的第二壁128。然而，后处理系统120的其它实施例可包括数量和/或位置不同的入口。为使排气能够离开后处理系统120，两个出口 142也可配置成穿过壳体122的第一壁126。各出口142可与居中地定向的入口 140平行且可配置成朝向相应的第三和第四侧壁130、132中的一者O
[0020]为了处理或调节排气，壳体122可包含排气被引导通过或经过的各种类型或种类的排气处理装置。例如且遵循指示通过后处理系统120的排气流的箭头，为了减慢进来的排气的速率以进行处理，入口 140均可与安装在前方的第一壁126的外部的扩张、锥形的扩散器144连通地相关。每个扩散器144都可将排气引导到在壳体122的内部位于第一壁126附近的相关的柴油机氧化催化剂(DOC) 146，然后将排气引导到沿系统轴线134居中地对齐的共用集管148。D0C146可包含诸如钼族金属的材料，如可经由以下可能的反应将排气中的一氧化碳和烃催化成水和二氧化碳的钼或钯:
[0021](1)C0+1/202=C02
[0022](2) [HC] +02=C02+H20
[0023]为了进一步减少排气中的排放物且特别是减少诸如NO和NO2的氮氧化物(有时称为N0X)，后处理系统可包括SCR系统150。在SCR过程中，液态或气态还原剂被引导到排气系统且随同排气被引导通过SCR催化剂。SCR催化剂可包括引起排气与还原剂反应以将NOx转化为氮(N2)和水(H2O)的材料。常见的还原剂为尿素((NH2)2CO),不过可在SCR过程中使用其它合适的物质，如氨(NH3)。该反应可根据以下通式而发生:
[0024](3) ΝΗ3+Ν0χ=Ν2+Η20
[0025]参照图2，为了导入还原剂，SCR系统150包括位于集管148的下游和居中地对齐的混合管道154的上游的还原剂喷射器152，混合管道154将排气引向壳体122的后方的第二壁128。还原剂喷射器152可与储存还原剂的储罐或储器流体连通并且可在有时称为计量供给的过程中定期或连续地将一定量的还原剂喷射到排气流中。所导入的还原剂的量可取决于排气的NOx负荷。长形混合管道154在还原剂进入下游的SCR催化剂之前使还原剂均匀地与排气互相混合。在混合管道154的接近第二端128的一端可配置有将排气/还原剂混合物再引向后处理系统120的第三和第四侧壁130、132的扩散器156。第三和第四侧壁130、132可将排气/还原剂混合物大体引回前方的第一壁126。
[0026]为了进行SCR反应过程，后处理系统120可包括配置在第三侧壁130附近的第一SCR模块160和配置成朝向第四侧壁132的第二 SCR模块162。第一和第二 SCR模块160、162定向成接收再定向的排气/还原剂混合物。参照图2和3，第一和第二 SCR模块160、162包括有时称为后处理块的可容纳一个或多个SCR催化剂164的支承结构或框架(图3中仅示出其壳罩，而未示出其基质)。然而，术语“后处理块”可指SCR催化剂为其子构件的多种排气后处理装置。相应地，在其它实施例中，通过不同的反应过程操作的不同类型的后处理块可在第一和第二 SCR模块160、162中被置换。另外，虽然所不的多个SCR催化剂164大体呈圆柱形且具有催化剂外径168，但SCR模块160、162可构造成容纳不同形状、尺寸和/或构型的后处理块。相应地，所述的后处理块的实施例仅为举例且不应该被解释为对权利要求的限制，除非清楚地另外规定。
[0027]为了保持多个SCR催化剂164，SCR模块160、162可包括能可滑动地接纳催化剂的一个或多个套筒170。套筒170可以是大体长形、中空的管状结构，具有沿纵向套筒轴线172对齐的第一端174和对向的第二端176。在一些实施例中,第一端174可被指定为上游端且第二端176可被指定为下游端，由此引导气流通过套筒170。在其它实施例中，系统可至少部分地可逆，使得第一端和第二端中的任一者可用作上游端或下游端。在第一和第二 SCR模块160、162中包括多于一个套筒170的那些实施例中，套筒可被支承在例如由成型的金属板或铸造材料制成的桁架式框架166中。框架166可包括竖直地布置在后处理模块120的壳体122中的一个或多个壁或平坦面167，后者可以是实心的或开口的，例如格架。框架166可定向成使得第一端174朝相应的第三和第四侧壁130、132定向且第二端176与后处理系统120的中心区域184连通。为了将排气接收到套筒170中，第一端174可从框架166的平坦面167突出或延伸，使得套筒的外部的一部分露出。为了接近第一和第二 SCR模块160、162，例如以取回并更换多个SCR催化剂164，可将一个或多个罩板186配置在朝向模块定位的相应第三和第四侧壁130、132中。中心区域184可将所接收的排气向前引导到穿过前方的第一壁126配置的出口 142。在各种实施例中，在后处理系统120中可配置有一个或多个附加排气处理装置，如用于去除烟灰的柴油机微粒过滤器188。
[0028]参照图3，为了使管状套筒170能够接纳多个SCR催化剂164，各套筒的第一端174可限定出可供催化剂插入穿过的套筒开口 178。套筒170和多个SCR催化剂164可具有互补的圆形或圆柱形形状，不过在其它实施例中，可设想其它形状。为了提供过盈配合以实现插入，套筒开口 178可具有第一宽度尺寸，如更具体地，套筒直径179，其等于或略大于与多个SCR催化剂164相关的第二截面尺寸，如催化剂直径168。催化剂直径168和套筒直径179的尺寸可确定大小为例如在催化剂和套筒170的各部分之间提供例如2-3毫米间隙。因此，为了防止排气/还原剂混合物在多个SCR催化剂164与套筒170之间泄漏，这两个构件可适合形成彼此密封接合。例如，一个或多个圆形肋169可围绕多个SCR催化剂164中的每一个的圆周径向地突出并与套筒170的内表面形成密封或略微的过盈配合。由于套筒170与多个SCR催化剂164之间的互补配合，催化剂可定位成与套筒轴线172同心对齐。
[0029]在一实施例中，套筒170在第一端174与第二端176之间的轴向长度可确定大小为大体与多个SCR催化剂164的组合长度同延。例如，在所示的实施例中，套筒170可接纳配置在且轴向地插入套筒中的第一催化剂190和第二催化剂192。第一催化剂190可朝向第一端174定向且第二催化剂192可朝向第二端176定向。在其它实施例中，三个或更多个催化剂可被接纳在套筒中。一旦插入，多个SCR催化剂164便成堆叠、邻接的关系彼此相邻地布置并且可与套筒170的长度大致同延。为了进一步密封多个SCR催化剂164和套筒170，在相邻的第一和第二催化剂190、192之间以及第二催化剂与套筒的第二端176之间可配置有一个或多个垫圈194。垫圈194可以是可涂有诸如石墨的材料的薄金属挤压垫片或者所述垫片可由可压缩的弹性材料制成。
[0030]为了将多个SCR催化剂164保持并限制在管状套筒170中，可包括用以接合套筒的相应第一端174和第二端176的第一保持机构或定位器200和第二定位器202。尽管本发明关于第一 SCR模块160描述了第一和第二定位器200、202，但应该理解的是,类似的定位器可供第二 SCR模块162使用。当安装好时，第一和第二定位器200、202可限制或防止多个SCR催化剂164相对于套筒170的轴向位移，由此防止非故意地从套筒移除催化剂。然而，第一和第二定位器200、202可构造成在保持催化剂的同时允许排气进入和离开套筒170。例如，第二定位器202可以是跨越下游端176并通过焊接、硬焊等永久地紧固于其上的棒条、格栅等。为了有利于SCR催化剂164的移除和更换，第一定位器200可构造成重复地与第一端174接合和分离。
[0031]参照图3和4，为了使第一定位器200与配置在套筒170中的套筒开口 178可释放地接合，第一定位器可以包括被指定为卡环210的第一环和此处被指定为挡圈230的互补形状的第二环。卡环210和挡圈230可以可释放地联接在一起以将第一定位器200保持于套筒170的第一端174，使得套筒开口 178的一部分被堵塞，由此防止SCR催化剂164的非有意移除。然而，卡环210和挡圈230可易于分离，以允许在希望时接近套筒开口 178并移除SCR催化剂164。更具体地，卡环230与套筒170的从框架166的平坦面167突出的第一端174相关且嵌套于其上，而挡圈176能可释放地紧固于该卡环。可通过例如多个紧固件250来完成卡环210和挡圈230的可释放联接和分离。在其它实施例中，可设想替换联接方法和结构，例如适合将卡环和挡圈夹持在一起的夹具。
[0032]为了将卡环210嵌套在套筒170周围，该卡环可包括在所示实施例中形成环圈的薄连续带212。然而，在其它实施例中，可设想用于卡环210的替换形状，如在套筒170具有不同形状的那些实施例中。卡环210的环形带212可具有围绕套筒轴线172延伸且包围套筒轴线172的大体平坦形状，并且可限定出略大于与套筒170相关的套筒直径179的卡环内径214。相应地，卡环210可以围绕第一端174宽松地配置并且可相对于套筒轴线172围绕套筒170的外侧转动自如。卡环210还用作可以沿套筒170的第一端174的从框架166的平坦面167突出的部分轴向地位移的松配合套环。此外，当配置在第一端174周围时，卡环210与套筒轴线172大体同心地对齐。卡环210可以由包括例如金属材料如钢、铁或黄铜的任何合适的材料制成。
[0033]为了防止卡环210非故意地从套筒170滑脱，该卡环可以沿从框架166的平坦面167突出的自由端174被捕获或限制。为了限制卡环210，套筒170可以包括形成在第一端174上并沿其周向延伸且与套筒周向172同心地对齐的径向向外突出的压条180。压条180可以朝向套筒170中的套筒开口 178定向并与框架166的平坦面167轴向地间隔开，第一端174穿过平坦面167突出。在各种实施例中，压条180可经由轧制加工等对套筒170的第一端174进行冷作以使套筒材料径向向外扭曲或移位而形成。通过冷作加工形成压条的可能优点是套筒的第一端的强度或刚性的相关提高，从而防止在SCR模块的使用过程中损坏突出的第一端。然而，在其它实施例中，压条可以通过替换方法如通过将附加结构连接到套筒来形成。尽管所示示例显示了围绕套筒170的第一端174的周向连续地延伸的压条180，但在其它实施例中，压条可形成为在第一端周围周向地隔开的多个断断续续的突起。
[0034]参照图3，压条180的径向向外突起可限定出大于套筒直径179和卡环210的卡环内径214的压条直径182。例如，压条180可从管状套筒170的外表面突出约5.0毫米，从而从套筒直径179增大约5.0毫米。相应地，当卡环210在压条180的后面配置在第一端174周围时，具有较小卡环内径214的卡环沿套筒170的轴向移动受到防止卡环滑过压条的较大压条直径182限制。如图3和4所示，卡环210的轴向移位可以被限制在相对于套筒轴线172垂直地延伸的平坦壁167和压条180之间的第一端174的部分。卡环210因而被卡合或捕获在套筒170的第一端174上。
[0035]为便于将卡环210联接到挡圈230，该卡环可以包括周向地配置在水平地定向的环带212周围并自其径向向外延伸的多个孔眼(eyelet)220。每个孔眼220都可包括穿过其配置的洞222，该洞可以与套筒轴线172大体平行地对齐。孔眼220可单独形成并连接到环带212或者可与该带一体地形成。虽然所示实施例显示了六个孔眼220，但可以包括任意合适的数量。在一替换实施例中，代替包括孔眼220，环带212可以厚得多地形成，穿过带本身布置有多个洞222。为了固定用于将卡环210联接到挡圈230的紧固件，多个洞222可内刻螺纹以与紧固件匹配。或者，紧固件250可被固定于螺母，螺母安置在孔眼220的朝向框架166的平坦壁167定向的一侧附近。
[0036]参照图4，挡圈230可具有与卡环210互补的尺寸和圆形形状并且还可包括带232，带232可形成为由合适的金属材料如钢、铁或黄铜制成的环带。当联接到卡环210时，挡圈210可被保持在套筒170的第一端174的远侧边缘附近并大体与该远侧边缘接合。为便于与第一端174接合，环带232的截面可以成形为直角，具有朝向套筒轴线172径向向内延伸的第一腿236和从第一腿的径向外侧边缘向后延伸的第二腿238。第二腿238因此大体平行于套筒轴线172并且围绕套筒轴线172。相应地，参照图5，当挡圈230被安置在第一端174附近时，第二腿238可在第一腿236邻接套筒开口的远侧边缘的情况下围绕套筒开口 178的外周延伸，使得成直角的环带232像罩帽一样在套筒170上就位。[0037]返回参照图3，环带232可限定出由第一腿236的内缘限定的挡圈内径234，该挡圈内径小于套筒直径179和卡环内径214。另外，环带232可限定出对应于径向外侧的第二腿238的较大挡圈外径239，该挡圈外径可大体与套筒直径179互补，使得第二腿可围绕套筒的第一端174径向延伸并容纳第一端174。成直角的环带232可以通过在冲压机中在适合的模之间压制坯料而形成。
[0038]参照图3和4，挡圈230可以包括围绕环带232周向地配置并从挡圈外径239径向向外突出的多个突片240。突片240的数量可对应于卡环210上的孔眼220的数量。为了容纳紧固件250，可以穿过每个突片240配置光滑孔242，该孔可呈圆形并与套筒周向172大体平行地对齐。孔242可确定尺寸为经由间隙配合可滑动地接纳紧固件250。当挡圈与套筒170的远侧第一端174接合时，孔244大体与套筒轴线172平行地对齐。在各种实施例中，突片240可以分开形成并通过焊接、硬焊等连接到环带232，或者突片可以是挡圈230的一体部分。或者，可以省略突片240并且孔242可以配置成直接穿过挡圈230本身的主体。
[0039]在一实施例中，紧固件250可以是长形螺栓，不过在其它实施例中，可以使用其它类型的紧固件。每个紧固件250都可包括螺栓头252，该螺栓头具有自其延伸的长形杆254，该杆具有定位在螺栓头的远侧的螺纹端部256。紧固件250的长形杆254由此限定指示施力方向的紧固件轴线258。在各种实施例中，螺栓头252可以是适合与套筒扳手(socketdriver)接合的六角形头部，或者螺栓头可具有配置在其中以与螺丝起子接合的一个或多个槽。
[0040]参照图3、4和5，为了将卡环210和挡圈230联接在一起，将挡圈安置在套筒170的第一端174中的套筒开口 178附近。更具体地，成直角的环带232可以如上所述围绕套筒开口 178延伸以相对于套筒轴线172和第一端174对齐和固定挡圈230。由于挡圈230的挡圈内径234小于对应于套筒开口 178的套筒直径179,故挡圈可以抵靠第一端174就位并邻接第一端174。卡环210上的孔眼220可以与挡圈230上的突片240对齐，这可以通过相对于套筒轴线172并围绕套筒172转动松配合的卡环来完成。当孔眼220与突片240对齐时，紧固件250可被插入穿过突片中的孔242并被接纳在配置于孔眼中的洞222中。紧固件250可通过例如与内螺纹洞配合或通过与安置在孔眼220附近的螺母配合而被固定于洞222。紧固件250可被拧紧以将卡环210和挡圈230轴向地拉曳在一起，直至卡环抵接围绕第一端174配置的压条180，由此阻止卡环的进一步移动。压条180因而可以将卡环210和挡圈230维持在轴向地间隔开的关系。结果是挡圈230被保持紧固于套筒170且因而第一定位器200被组装在第一端174上。
[0041]参照图3、4和4A，在又一实施例中，第一定位器200可以包括呈压缩主体280形式的附加构件。压缩主体280可包括整体式管状套筒282，该套筒具有穿过其配置的纵向孔284。纵向孔284由此可限定出由较粗的中心线表示的纵向轴线288。此外，纵向孔284可以确定大小和成形为在压缩主体280和纵向轴线288与紧固件轴线258适当地对齐时畅通地接纳长形紧固件250。压缩主体280可以具有图4中用箭头示出的初始纵向尺寸286。当与第一定位器200联用时，压缩主体280可配置在从挡圈210突起的突片240与卡环210上的孔眼220之间。
[0042]在压缩主体280中可以形成有沿纵向轴线288纵向地配置和对齐的多个相邻、可塌缩的压条290。圆形的可塌缩压条290可为压缩主体280提供弯曲或波状表面。为了形成可塌缩的压条290，管状套筒282可最初呈圆柱形并且可通过车削作业冷加工成压条形状。如果压缩主体280在轴向压缩力下被安置成插入例如卡环210上的孔眼220与挡圈230上的突片240之间，则相邻的可塌缩压条290可开始相对于纵向轴线288塌缩在一起，类似于波纹管的塌缩。相应地，管状主体282可以包括相对于其初始纵向尺寸286挤压或塌缩为较短的尺寸。进而，可塌缩的压条290可提供沿纵向轴向288的方向的阻力或反压缩力。
[0043]当压缩主体280被压缩在孔眼220与突片240之间时，该力可施加至第一紧固件200的其它构件，如螺合在孔眼220中的紧固件250，从而对这些构件预加载并防止它们非故意地相对于彼此松动。另外，反作用力可引起挡圈210和第一端174彼此促靠，从而保持这些构件刚性对齐。相邻的可塌缩压条290的数量和压条的尺寸可以改变以提供不同范围的塌缩(即，初始纵向尺寸286的不同变化)和不同程度的反作用力。压缩主体280可因此充当或用作弹簧或张紧机构。为使压缩主体280能够塌缩，管状套筒282可以由比第一定位器200的其它构件更易柔韧或屈服的材料如较低等级的不锈钢制成。在其它实施例中，其它装置如弹簧可用于提供该反作用力。
[0044]如在别处所述，本发明可应用于将任意合适类型的后处理块保持在后处理系统中。参照图6，例如，示出了合适的后处理块且具体地可进行SCR反应的SCR催化剂300的一个实施例。为了支承进行化学反应的催化材料，SCR催化剂300可以包括内衬底基质310，该内衬底基质由催化材料或催化涂层314可以配置在其上的三角形格架、蜂巢状格架、金属网衬底或类似的薄壁式支承结构312制成。此类用于支承结构的设计使得排气/还原剂混合物能够进入并通过SCR催化剂300。任意合适的材料可用于支承结构312，包括例如陶瓷、氧化钛或铜沸石。引发SCR反应的催化涂层314可包括各种类型的金属，如矾、钥和钨。催化涂层314可通过任意合适的方法镀覆在支承结构312上，包括例如化学蒸镀、吸附、粉末涂覆、喷射等。在其它实施例中，代替通常被一起采用以降低材料成本的单独的支承结构和催化涂层，衬底基质可完全由催化材料制成。在所示实施例中，衬底基质310呈大体圆柱形并在第一圆形面320与第二圆形面322之间延伸而限定出第一长度324，然而，在其它实施例中，衬底基质可采用不同形状，例如正方形、长方形等。仅举例而言，第一长度可为约七
(7)英寸。
[0045]为了保护支承结构312，管状壳罩330可以一体地配置在衬底基质310周围。管状壳罩330可以由比薄壁式支承结构312厚或硬的材料如铝或钢制成。例如，壳罩可以厚约5/16英寸，以向催化剂提供充分的结构刚性。壳罩330的外周可对应于确定尺寸为用于容纳在套筒中的催化剂直径168。在壳罩330的外部周围可配置有突出的肋169，肋169可与套筒的内壁接触。管状壳罩330可以具有与衬底基质310的形状互补的形状，在所示实施例中，衬底基质310呈大体圆柱形。圆柱形壳罩330可因此在第一圆形边沿332与第二圆形边沿334之间延伸，所述第二圆形边沿的直径也对应于催化剂直径168。然而，在其它实施例中，壳罩及其第一和第二边沿可具有其它形状。壳罩可以具有在第一边沿332与第二边沿334之间限定出的第二长度336，该第二长度略大于衬底基质310的第一长度324。仅举例而言，第二长度336可为约八(8)英寸。
[0046]相应地，当配置在较短的衬底基质310周围时，壳罩330可以具有至少超出衬底基质的第一面320突出的外悬延伸部或唇缘340。唇缘340因此使第一边沿332超出第一面320短距离延伸。在较短的衬底基质310相对于较长的壳罩330在中间长度位置确定中心的那些实施例中，第二唇缘342可超出基质的第二面322突出并使第二边沿334从第二面延伸。对于上述示例，在衬底基质310的长度为7英寸并且壳罩的长度为8英寸的情况下，第一和第二唇缘340、342的长度可为约二分之一(1/2)英寸。相应地，薄壁式衬底基质310的第一和第二面320、322可回退到外保护壳罩330中二分之一英寸。
[0047]工业话用件
[0048]如上所述，本发明针对于将一个或多个后处理块可释放地保持在后处理系统如图1所示的大型排气后处理系统120或CEM中。参照图5，为了容纳SCR催化剂164，该后处理系统可以包括一个或多个管状套筒170，多个形状互补的SCR催化剂164可穿过在所述套筒的第一端174限定出的套筒开口 178插入所述管状套筒中。多个后处理块可至少包括朝向套筒的第一端174定向的第一 SCR催化剂190和朝向第二端176定向的第二 SCR催化剂192，不过在其它实施例中，可以包括不同数量的催化剂。由于SCR催化剂164与套筒170之间的互补形状，且更具体地，由于SCR催化剂上的周向肋169与套筒的管状内壁之间的滑动配合，催化剂与由长形套筒限定出的纵向套筒轴线172同心地对齐。为了防止SCR催化剂164非故意地离开套筒170，第一和第二定位器200、202可以在套筒的第一和第二端174、176连接。然而，由于可能需要从套筒170取回SCR催化剂164以进行维护或更换，第一定位器200的至少一部分易于从第一端174释放以允许操作人员穿过套筒开口 178接近SCR催化剂。
[0049]为便于与套筒170可释放地接合，如上所述，第一定位器200包括与套筒的第一端174相关的卡环210，该卡环可与挡圈230联接和分离，挡圈230可堵塞套筒开口 178的一部分。特别地，卡环210可包围第一端174并作为大体松配合的套环保持于其上。为了沿第一端174保持卡环210，套筒170可以包括围绕轴线172并朝向套筒开口 178配置的周向延伸、径向向外突出的压条180。压条180可具有大于卡环内径的压条直径182，使得卡环无法通过压条。以上述方式将卡环卡合在第一端上的一个可能的优点在于松配合的环允许套筒在操作期间的热膨胀和收缩。
[0050]挡圈230可具有与卡环210相似的形状，但具有小于与套筒170的套筒开口 178相关的套筒直径179的挡圈内径234。为了将卡环210和挡圈230联接在一起，将挡圈230安置在套筒开口 178附近，抵接套筒170的远侧第一端174。松配合的卡环210可相对于挡圈230转动，以使周向地配置在卡环上的多个孔眼220与周向地配置在挡圈上的相应多个突片240对齐。紧固件250可被引导穿过配置在突片240中的孔并进入配置在孔眼220中的螺纹洞。由于紧固件与松配合的卡环接合，故第一定位器200可承受更大程度的热诱导应力，与紧固件与套筒170的第一端174直接接合的布置相反。拧紧紧固件250将卡环210轴向地拉向挡圈230，直至卡环的环带212抵接压条180，从而防止卡环相对于套筒轴线172的进一步轴向移动。第一定位器200由此被组装在套筒170上。
[0051]由于比套筒直径179小的挡圈内径234，挡圈的一部分可径向向内延伸，从而堵塞穿过套筒170的套筒开口 178的至少一部分。由于挡圈230保持与套筒170和其中的SCR催化剂同心地对齐，故从套筒开口 178径向向内延伸的挡圈230的内周可接触并邻接定向在套筒的第一端174中的第一 SCR催化剂190的管状壳罩330。相应地，挡圈阻止SCR催化剂离开套筒开口，由此将催化剂保持在套筒中。[0052]如果SCR催化剂164的组合长度大体与套筒170的轴向长度同延，则挡圈230与后处理块之间的对接可限制催化剂的轴向移动并可能引导轴向压缩力通过相邻的催化剂以防止催化剂之间可能引起损坏的相对移动。轴向力可被传递通过SCR催化剂的邻接的壳罩，而不是较弱的衬底基质，由此避免损坏基质。在SCR催化剂之间包括垫圈194的那些实施例中，压缩力可有利于相邻催化剂之间的气密密封。此外，在利用压缩主体280的实施例中，周向地布置的压缩主体能以不同的相对程度塌缩，以承受SCR催化剂之间的公差叠加。由压缩主体280施加的弹力可承受催化剂的热膨胀和收缩，并且可解决构件之间随着时间推移而发生的蠕变或定型。
[0053]为了移除第一定位器200以例如移除和更换耗尽的后处理块，可放松紧固件250以使挡圈230与卡环210分离。可取回SCR催化剂164并插入穿过未被堵塞的套筒开口178。如果可能的话，紧固件250可被再用于将卡环210和挡圈230重新联接在一起。然而，由于后处理模块的操作条件，包括暴露于热排气和可能的腐蚀性还原剂，金属构件可能随时经历磨损过程，其中构件的相邻表面在微观层面粘附并且材料在构件之间传递或结合。另一种可能性在于排气和/或还原剂中可能的腐蚀性成分可腐蚀夹持组装在一起的构件。在此类情况下，可能需要使用例如切割机、锯子、砂轮机、割炬等来切断紧固件250。可用来自更换部件的套件等的紧固件替换较廉价的紧固件。
[0054]应了解，前面的描述提供了所公开的系统和技术的示例。但是，可以预期，本发明的其它实施方案可在细节方面可不同于前面的示例。所有对本发明或其示例的说明旨在就这一点说明具体示例且并非旨在更一般地对本发明的范围加以任何限制。对某些特征的区别和贬低的所有语言旨在表示不优选这些特征，但并不将此类特征完全排除在本发明的整体范围之外，除非另外指出。
[0055]文中对数值范围的叙述仅旨在用作单独参考处在该范围内的各单独的数值的简便方法，除非文中另外指出，并且将各单独的数值结合在说明书中，就如它在文中被单独叙述一样。文中所述的所有方法可采用任何合适的次序执行，除非文中另外指出或另外明显与上下文抵触。
[0056]描述本发明的上下文中(尤其是以下权利要求的上下文中)的术语“一”、“一个”、“该”、“至少一个”以及类似的说法的使用应该被解释为既涵盖单数，又涵盖复数，除非文中以其它方式指出或者明显与上下文相抵触。术语“至少一个”后接一个或多个物品的清单的使用(例如，“A和B中的至少一者”)应该被解释为意味着从所列物品(A或B)或所列物品中的两个或更多个的任意组合(A和B)选择的一个物品，除非文中另有所指或明显与上下文抵触。
[0057]因此，此发明如适用的法律所允许的那样包括在此所附的权利要求中叙述的主题的所有改型和等同物。此外，上述特征在其所有可能的变型中的任何结合为本发明所涵盖，除非文中另外指出或另外明显与上下文抵触。
【权利要求】
1.一种后处理模块，包括: 沿套筒轴线在第一端与对向的第二端之间延伸的至少一个套筒，所述至少一个套筒包括位于第一端的套筒开口和围绕套筒轴线径向向外突出的接近所述第一端的压条； 框架，所述框架包括垂直于所述套筒轴线的平坦面，所述框架容纳所述至少一个套筒，使得所述第一端从所述平坦面延伸并且所述压条与所述平坦面轴向地隔开； 插入所述至少一个套筒中的一个或多个后处理块，所述后处理块中的每一个都包括衬底基质和配置在所述衬底基质周围的壳罩； 卡环，所述卡环配置在所述套筒周围并且轴向地定位在所述平坦面与所述压条之间；和 挡圈，所述挡圈配置在所述第一端附近并与所述卡环联接，所述挡圈成形为使得所述挡圈的一部分配置在所述套筒开口的一部分的上方。
2.根据权利要求1所述的后处理模块，其中，所述套筒是管状圆筒，并且所述卡环和所述挡圈大体呈环形。
3.根据权利要求2所述的后处理模块，其中，所述卡环在未联接到所述挡圈时围绕所述套筒轴线转动自如。
4.根据权利要求3所述的后处理模块，其中，所述挡圈的内径小于与所述套筒开口相关的套筒直径，使得 所述挡圈的配置在所述套筒开口的上方的部分邻接所述一个或多个后处理块的壳罩。
5.根据权利要求4所述的后处理模块，其中，所述卡环和所述挡圈由多个紧固件联接在一起。
6.根据权利要求5所述的后处理模块，其中，所述挡圈包括多个孔，所述多个孔中的每一个都用于容纳紧固件，使得所述紧固件与所述套筒轴线大体平行地对齐；并且 其中，所述卡环包括多个孔眼，每个孔眼都接纳被容纳在孔中的紧固件。
7.根据权利要求6所述的后处理模块，还包括配置在所述孔与所述孔眼之间的压缩主体。
8.根据权利要求7所述的后处理模块，其中，所述压缩主体包括相对于所述压缩主体纵向地布置的多个可塌缩的压条。
9.一种将后处理块保持在后处理模块中的方法，所述方法包括: 提供配置在后处理模块中的套筒和围绕所述套筒的第一端宽松地配置的卡环； 将一个或多个后处理块插入穿过所述套筒的所述第一端中的套筒开口； 将挡圈定位在所述第一端附近，使得所述挡圈的一部分堵塞所述套筒开口的一部分；以及 联接所述卡环和所述挡圈。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括使所述卡环抵接从所述套筒向外突出的压条以限制所述卡环相对于所述套筒的移动的步骤。
【文档编号】F01N3/00GK104018912SQ201410071670
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2013年3月1日
【发明者】A·M·丹尼斯, T·W·曼宁, I·阿奎尔, R·E·杰夫斯, N·曼其坎蒂 申请人:卡特彼勒公司