模块化排气系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种模块化排气系统，用于处理来自化石燃料供能的主推进器的排气。所述排气系统包括砖块件、位于砖块件内部的插入物，以及用于引导排气经过各种流动路径，从而处理排气的漏斗。本实用新型公开的排气系统可以提供更加高效的、紧凑的、可靠的方式来降低被释放至大气的不希望排放。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种模块化排气系统，用于处理由化石燃料供能的系统的排气， 从而降低或消除不希望的排放。 模块化排气系统
【背景技术】
[0002] 排气系统用于从由化石燃料供能的系统(例如，柴油发动机、汽油发动机、燃气涡 轮机）的排气中消除不希望的排放，这些系统可用于驱动例如发电机、商务车辆、机器、轮船 和机车。排气处理系统可包括多种排放处理技术，例如柴油氧化催化剂（D0C)、柴油微粒过 滤器（DPF)、选择性催化还原催化剂（SCR)、稀油氮氧化物捕集器（LNT)或其它用于处理排 气的装置。
[0003] 排气处理系统可被安装为原始设备或可被改造为特定应用。为了便于早期安装， 一些排气处理系统与封闭在共用壳体中的部件预装配。美国专利公开2012/0144809公开 了一种催化剂转换器模块，其容纳两个以串联方式几何地布置的催化剂单元。
【发明内容】
[0004] 本实用新型公开的模块化排气系统，旨在提供一种能够更加高效的、紧凑的、可靠 的方式来降低被释放至大气的不希望排放。
[0005] 在一个实施方式中，本实用新型提出了一种模块化排气系统，其具有第一砖块件， 所述第一砖块件上具有第一开口，第一砖块件具有经过第一媒介的第一流动路径以及经过 第一开口的第二流动路径；所述排气系统还包括第一漏斗，其具有窄部和宽部，窄部至少部 分地布置在第一开口中，并且宽部与第二砖块件接触；所述排气系统还进一步包括第二砖 块件，其上具有第二开口，第二砖块件具有经过第二媒介的第三流动路径以及经过第二开 口的第四流动路径。
[0006] 进一步的，所述排气系统还包括第二漏斗，其具有窄部和宽部，窄部至少部分地布 置在第二开口中，并且宽部与第三砖块件接触；此外，所述排气系统还具有第三砖块件，其 上具有第三开口，第三砖块件具有经过第三媒介的第五流动路径以及经过第三开口的第六 流动路径。
[0007] 进一步的，所述排气系统还包括第一插入物和第二插入物，所述第一插入物包括 第四媒介，第一插入物布置在第二开口中；所述第二插入物包括第五媒介，第二插入物布置 在第三开口中。
[0008] 优选的，所述第一砖块件、第二砖块件、第一插入物和第二插入物中的至少一者由 堇青石壁流过滤器基质或陶瓷纤维过滤器基质制成。
[0009] 在另一个实施方式中，本实用新型还公开了一种用于化石燃料供能的主推进器的 排放模块，包括：壳体，具有入口和出口；第一砖块件，连接至壳体，第一砖块件上具有第一 开口，第一砖块件具有经过第一媒介的第一流动路径以及经过第一开口的第二流动路径； 以及第一漏斗，具有窄部和宽部，窄部至少部分地布置在第一开口中，并且宽部与第二砖块 件接触；所述排放模块还包括第二砖块件，布置在壳体中，第二砖块件上具有第二开口，第 二砖块件具有经过第二媒介的第三流动路径以及经过第二开口的第四流动路径；第二漏 斗，具有窄部和宽部，窄部至少部分地布置在第二开口中，并且宽部与第三砖块件接触；以 及第三砖块件，布置在壳体中，第三砖块件具有其上的第三开口，第三砖块件具有经过第三 媒介的第五流动路径以及经过第三开口的第六流动路径。
[0010] 进一步的，所述排放模块还包括第一插入物，所述第一插入物包括第四媒介，第一 插入物布置在第二开口中。
[0011] 优选的，所述壳体的入口的直径小于壳体中部的直径。
[0012] 其中，所述第一砖块件连接至壳体入口。
[0013] 优选的，所述第一砖块件、第二砖块件和第一插入物中的至少一者由堇青石壁流 过滤器基质或陶瓷纤维过滤器基质制成。
[0014] 其中，所述第二媒介具有比第四媒介的流体流动阻力更大的流体流动阻力。
[0015] 在本实用新型的又一个实施方式中，本实用新型提出了一种卡车，其具有：车架； 车身，连接至车架，用于承载有效载荷；以及化石燃料供能的发动机，连接至车架；所述卡 车还包括：连接至发动机的排放模块，所述排放模块具有：壳体，具有入口和出口；第一砖 块件，连接至壳体，第一砖块件上具有第一开口，第一砖块件具有经过第一媒介的第一流动 路径以及经过第一开口的第二流动路径；以及第一漏斗，具有窄部和宽部，窄部至少部分地 布置在第一开口中，并且宽部与第二砖块件接触；所述排放模块还具有：第二砖块件，布置 在壳体中，第二砖块件上具有第二开口，第二砖块件具有经过第二媒介的第三流动路径以 及经过第二开口的第四流动路径；第二漏斗，具有窄部和宽部，窄部至少部分地布置在第二 开口中，并且宽部与第三砖块件接触；以及第三砖块件，布置在壳体中，第三砖块件上具有 第三开口，第三砖块件具有经过第三媒介的第五流动路径以及经过第三开口的第六流动路 径；所述排放模块还包括：第一插入物，包括第四媒介，第一插入物布置在第二开口中；以 及第二插入物，包括第五媒介，第二插入物布置在第三开口中。
[0016] 优选的，所述第一砖块件、第二砖块件、第一插入物和第二插入物中的至少一者由 堇青石壁流过滤器基质或陶瓷纤维过滤器基质制成。
[0017] 进一步的，所述卡车还包括连接至所述壳体的柴油排气流体喷射器。本实用新型 公开的排气系统可以提供更加高效的、紧凑的、可靠的方式来降低被释放至大气的不希望 排放。本实用新型的排气系统可被用于降低来自化石燃料供能的主推进器的不希望排放， 并可用于各种应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 从下面结合附图的详细描述中，将更全面地理解本实用新型，在附图中，相同的附 图标记表示相同元件，其中：
[0019] 附图1是非公路卡车的透视图；
[0020] 附图2是排气系统的透视图；
[0021] 附图3是附图2的排气系统的一部分的截面图；
[0022] 附图4是砖块件的透视图；
[0023] 附图5是漏斗的透视图；
[0024] 附图6是插入物的透视图；
[0025] 附图7是附图2的排气系统的一部分的截面图。
【具体实施方式】
[0026] 在转向详细示出了典型实施方式的附图之前，应理解的是，本申请并不限于在说 明书中描述或在附图中示出的细节或方法。还应理解的是，术语仅用于说明的目的，且不应 被看作是限制。
[0027] 参考附图1，示出了非公路卡车10。非公路卡车10包括化石燃料的主推进器14 和排放系统18。主推进器14可以包括未示出的特征，例如燃料系统、空气系统、冷却系统、 外围物、动力链部件、涡轮增压器、液压系统、电力系统等等。主推进器14可以是任何类型 的发动机（内燃式、涡轮式、燃气、柴油、汽油燃料、天然气、丙烷等)，可以是任何尺寸的，具 有任何数量的汽缸，并且是任何结构（"V"式、直列式、径向式，等等)。主推进器14可用于 为任何机械或其它装置，包括机车应用、公路卡车或车辆、非公路卡车或机器、运土设备、发 电机、航空应用、航海应用、泵、固定设备或其它发动机供能的应用提供动力。
[0028] 非公路卡车10包括车架22、车身26、车轮30、发电机34和电动机38。车架22提 供用于主推进器14和排气系统18的支撑。车身26连接至车架22,并且用于承载有效载 荷，例如泥土、碎石等。车轮30连接至车架22且允许非公路卡车10移动。发电机34由主 推进器14供能，且用于产生电能。电动机38电连接至发电机34,且用于旋转一些或全部车 轮30。在替代实施方式中，非公路卡车10可以是机械驱动卡车，其中使用驱动轴和连接至 主推进器14的差速器来使车轮30旋转。
[0029] 附图2中示出了排气系统18的一部分。排气系统包括排放模块42,构造为处理由 主推进器14产生的排气流。排气系统18还包括排气管46,用于流体地将排放模块42连接 至主推进器14。排气系统18还可以包括其它部件，例如消音器、微粒过滤器、催化剂和尿素 喷射系统。
[0030] 排气系统18包括壳体48,在附图3中示出，构造为完全地或部分地封闭一个或多 个排气后处理装置，该装置设计来降低来自主推进器14的排气流的不希望排放。排气后 处理装置可包括多种排放处理技术，包括但不限于，再生装置、热源、氧化催化剂、柴油氧化 催化剂（D0C)、柴油微粒过滤器（DPF)、选择性催化还原催化剂（SCR)、稀油氮氧化物捕集器 (LNT)、消音器或处理离开主推进器14的排气流所需的其它装置。
[0031] 现在转向附图3,以截面不出了排气系统18的一部分。该排气系统包括第一砖块 件50、第一漏斗54、第二砖块件58、第二漏斗62和第三砖块件66。排气系统还包括第一插 入物70和第二插入物74。其它实施方式可以包括更多或更少的砖块件、插入物和/或漏 斗。排气系统18还包括壳体48。
[0032] 壳体48包括入口 78和出口 82。入口 78具有内径并且出口 82也具有内径。在 示出的实施方式中，入口 78和出口 82的内径是相等的，但是在其它实施方式中它们是不同 的。壳体还包括中部86,中部86具有内径，中部86的内径大于入口 78和出口 82的内径。 在示出的实施方式中，中部86具有一个内径。在其它实施方式中，中部86可具有多个内径， 以容纳可能需要的不同尺寸的砖块件和/或不同流速。因而中部86的内径可以是"逐步阶 梯式的"，使得沿着中部86,内径在各个阶梯处变得越来越小或越来越大。多个隔板90连接 至壳体48的内部，隔板90用于辅助引导排气流。多个隔板90还可被构造为消除声音。在 示出的实施方式中，壳体48是单件，但是在其它实施方式中，壳体48可以是模块化的且由 多件制成，来允许壳体48的大小根据需要而被设置成更大或更小。在一个实施方式中，壳 体48的外部基本上是圆柱形的，但是壳体48的内部可具有如上所述的各个内径。更小的 内径允许壳体48的内径和壳体48的外部之间有一些空间；这一空间可被用于柴油排气流 体喷射器，从而存储柴油排气流体(例如，尿素)，来混合柴油排气流体和/或用于减音材料。
[0033] 附图4中示出了第一砖块件50。在示出的实施方式中，第二砖块件58和第三砖块 件66基本上类似于第一砖块件50,但是在其它实施方式中，各个砖块件可以是不同大小的 和/或由不同材料制得。由于第一砖块件50基本上类似于第二砖块件和第三砖块件58、 66,将仅详细描述第一砖块件50。第一砖块件50的形状基本上是圆柱形的，但是也可设想 其它形状。开口 94布置在第一砖块件50上。在示出的实施方式中，开口 94的形状基本上 是圆柱形的，但是也可设想其它形状。第一砖块件50由钒制得。在一些实施方式中，第一 砖块件50由陶瓷材料、铁、铬、铝、钛氧化物、硅氧化物、钼、钯、铑、铈、沸石、堇青石壁流过 滤器基质、陶瓷纤维过滤器基质或前述材料的一些组合而制得。第一砖块件50具有蜂窝结 构，使得薄壁102之间形成中空室98。蜂窝结构因而允许排气气体或其它流体经过，同时向 气体或流体的流动提供一些阻力。通过增加或降低在蜂窝结构中形成的室98的大小，可以 增加或降低阻力水平。通过增长或缩短第一砖块件50和/或通过增加或降低开口 94的尺 寸，阻力水平还可被增加或降低。第一砖块件50具有经过第一砖块件50的至少一些中空室 98的第一流动路径A，以及经过开口 94的第二流动路径B。尽管已经在此描述了蜂窝结构， 但是其它实施方式可以使用具有其它内部形状，例如矩形、圆形、多边形或不规则形状的类 似结构。
[0034] 附图5中示出了第一漏斗54。在示出的实施方式中，第一漏斗54基本上类似于 第二漏斗62,但是在其它实施方式中，各个漏斗可以是不同尺寸和/或形状的。由于第一 漏斗54基本上类似于第二漏斗62,将仅详细描述第一漏斗54。第一漏斗54包括窄部106 和宽部110。漏斗的窄部106基本上是圆柱形的且是中空的，使得流体，例如来自主推进器 14的排气可以经过窄部106。漏斗的宽部110包括截头圆锥部114和圆柱部118 ;二者都 是中空的，来允许流体经过。窄部106和宽部110定尺寸且构造为，提供静态压力增益，来 辅助流体流经排气系统18。在示出的实施方式中，第一漏斗54由不锈钢制得，但是在其它 实施方式中，第一漏斗54可由陶瓷材料、塑料或一些其它金属制得。
[0035] 附图6中示出了第一插入物70。在示出的实施方式中，第二插入物74基本上类似 于第一插入物70,但是在其它实施方式中，多个插入物可以是不同大小的和/或由不同材 料制得。由于第一插入物70基本上类似于第二插入物74,将仅详细描述第一插入物70。第 一插入物70定尺寸且成型为，被布置在第二砖块件58的开口 94中。第一插入物70是圆 柱形的，但是也可设想其它形状。第一插入物70由钒制得。在一些实施方式中，第一插入 物70由陶瓷材料、铁、铬、铝、钛氧化物、硅氧化物、钼、钯、铑、铈、沸石、堇青石壁流过滤器 基质、陶瓷纤维过滤器基质或前述材料的一些组合而制得。其它实施方式可以使用在排放 处理中有用的其它材料。第一插入物70具有蜂窝结构，使得薄壁126之间形成中空室122。 蜂窝结构因而允许排气气体或其它流体经过，同时向气体或流体的流动提供一些阻力。通 过增加或降低在蜂窝结构中形成的室122的大小，可以增加或降低阻力水平。通过增长或 缩短第一插入物70,阻力水平还可被增加或降低。
[0036] 从附图3中可见，排气系统18如下构造：第一砖块件50位于入口 78内部。第一 漏斗54的窄部106位于第一砖块件50的开口 94中。第二砖块件58位于第一漏斗54的 圆柱部118内部。第一插入物70位于第二漏斗62的窄部130内部。第二漏斗62的窄部 130位于第二砖块件58的开口内部。第三砖块件66位于第二漏斗62的圆柱部118中。第 二插入物74位于第三砖块件66的开口内部。在替代实施方式中，插入物并不位于漏斗内 部，并且漏斗的窄部短于所示实施方式的窄部。因此，在该替代实施方式中，第一插入物70 位于第二砖块件58内部，接触第二漏斗62的一端，但是并不在第二漏斗62的内部。在一 个实施方式中，第二砖块件58和第三砖块件66中的至少一者上不具有开口，并因而可不需 要插入物。在不出的实施方式中，第一砖块件、第二砖块件和第三砖块件50、58、66、第一漏 斗和第二漏斗54、62以及第一插入物和第二插入物70、74使用焊接和/或支撑物而连接至 彼此和/或壳体，但是在其它实施方式中，它们可使用粘合剂、紧固件或类似物而被压入配 合或连接。设想了砖块件、漏斗和插入物的其它组合和布置但未在此描述。
[0037] 附图7中示出了排气或一些其它流体的流动路径。排气首先进入第一砖块件50， 在此，一部分排气去往流动路径A且一部分去往流动路径B。去往流动路径A的一部分经过 第一砖块件50,在此排气被处理和/或过滤，随后进入流动路径X。去往流动路径B的部分 经过第一漏斗54,其在此分离：一部分去往流动路径C ;一部分去往流动路径D。去往流动 路径C的一部分经过第二砖块件58,在此排气被处理和/或过滤，随后经过且合并进入流动 路径X。去往流动路径D的部分经过第一插入物70,在此排气被处理和/或过滤后，进入第 二漏斗62,并在此被分离：一部分去往流动路径E ;-部分去往流动路径F。去往流动路径 E的一部分经过第三砖块件66,在此排气被处理和/或过滤，其随后经过且合并进入流动路 径X。去往流动路径F的一部分经过第二插入物74,在此排气被处理，其随后经过且合并进 入流动路径X。流动路径X经过出口 82。其它实施方式具有其它流动路径，例如相对于上 述流动路径反向的流动路径。此外，流动路径可基于砖块件、漏斗和插入物的结构而改变。
[0038] 工业实用性
[0039] 本实用新型公开的排气系统18提供了高效的、紧凑的、可靠的方式来降低被释放 至大气的不希望排放。本公开的排气系统18可被用于降低来自化石燃料供能的主推进器 的不希望排放，用于各种应用，包括但不限于，机车应用、公路卡车或车辆、非公路卡车或机 器、运土设备、发电机、航空应用、航海应用、泵、固定设备或其它发动机供能的应用。可从排 气中消除的不希望排放可包括微粒，例如碳和/或烟尘，和/或化学物，例如一氧化二氮。在 一些实施方式中，柴油排气流体，例如尿素溶液可被注入到排气流中，来辅助捕获和/或消 除不希望的排放。
[0040] 对于本领域技术人员明显的是，可以对公开的装置进行多种修改。通过考虑说明 书和实践公开的装置，其它的实施方式对于本领域技术人员将是明显的。说明书和示例意 于仅被认为是示例性的，实际的范围通过权利要求及其等价物来指示。
【权利要求】
1. 一种模块化排气系统，其特征在于，包括： 第一砖块件，其上具有第一开口，第一砖块件具有经过第一媒介的第一流动路径以及 经过第一开口的第二流动路径； 第一漏斗，具有窄部和宽部，窄部至少部分地布置在第一开口中，并且宽部与第二砖块 件接触；以及 第二砖块件，其上具有第二开口，第二砖块件具有经过第二媒介的第三流动路径以及 经过第二开口的第四流动路径。
2. 如权利要求1所述的模块化排气系统，其特征在于，还包括： 第二漏斗，具有窄部和宽部，窄部至少部分地布置在第二开口中，并且宽部与第三砖块 件接触；以及 第三砖块件，其上具有第三开口，第三砖块件具有经过第三媒介的第五流动路径以及 经过第三开口的第六流动路径。
3. 如权利要求2所述的模块化排气系统，其特征在于，还包括： 第一插入物，包括第四媒介，第一插入物布置在第二开口中；以及 第二插入物，包括第五媒介，第二插入物布置在第三开口中。
4. 如权利要求3所述的模块化排气系统，其特征在于，所述第一砖块件、第二砖块件、 第一插入物和第二插入物中的至少一者由堇青石壁流过滤器基质或陶瓷纤维过滤器基质 制成。
5. -种用于化石燃料供能的主推进器的排放模块，其特征在于，包括： 壳体，具有入口和出口； 第一砖块件，连接至壳体，第一砖块件上具有第一开口，第一砖块件具有经过第一媒介 的第一流动路径以及经过第一开口的第二流动路径； 第一漏斗，具有窄部和宽部，窄部至少部分地布置在第一开口中，并且宽部与第二砖块 件接触； 第二砖块件，布置在壳体中，第二砖块件上具有第二开口，第二砖块件具有经过第二媒 介的第三流动路径以及经过第二开口的第四流动路径； 第二漏斗，具有窄部和宽部，窄部至少部分地布置在第二开口中，并且宽部与第三砖块 件接触；以及 第三砖块件，布置在壳体中，第三砖块件具有经过第三媒介的第五流动路径。
6. 如权利要求5所述的排放模块，其特征在于，还包括： 第一插入物，包括第四媒介，第一插入物布置在第二开口中。
7. 如权利要求6所述的排放模块，其特征在于，所述壳体的入口的直径小于壳体中部 的直径。
8. 如权利要求6所述的排放模块，其特征在于，所述第一砖块件连接至壳体入口。
9. 如权利要求6所述的排放模块，其特征在于，所述第一砖块件、第二砖块件和第一插 入物中的至少一者由堇青石壁流过滤器基质或陶瓷纤维过滤器基质制成。
10. 如权利要求6所述的排放模块，其特征在于，所述第二媒介具有比第四媒介的流体 流动阻力更大的流体流动阻力。
【文档编号】F01N3/022GK203891987SQ201420284641
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2013年6月3日
【发明者】T·N·J·布鲁克斯, T·肖格, A·D·希尔, C·A·威利, M·J·特朗布, K·E·赛兹 申请人:卡特彼勒公司