本實用新型屬于車輛尾氣催化處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多級催化過濾轉(zhuǎn)化器。

背景技術(shù)：

目前的尾氣多級催化過濾轉(zhuǎn)化器，主要包括催化載體和涂覆在圓柱狀的催化載體內(nèi)部蜂窩狀芯體上的催化涂層，該催化涂層主要包括氧化鋁和稀土，同時含有貴金屬鉑(Pt)、鈀(Pd)、銠(Rh)或含其中的任意一種或兩種貴金屬，蜂窩狀芯體主要是橫截面呈蜂窩網(wǎng)狀的一段圓柱形的鏤空金屬，內(nèi)部均勻地設(shè)有很多軸向貫穿載體圓柱形外殼兩端面的通孔。導(dǎo)致尾氣催化反應(yīng)程度不均勻，催化效率低，處理效果不好，其原因如下：流入芯體內(nèi)的尾氣密集度在圓柱形外殼內(nèi)從軸線向外側(cè)逐漸變稀疏，而現(xiàn)有的多級催化過濾轉(zhuǎn)化器由于蜂窩狀芯體內(nèi)的上述通孔大小相同且均勻設(shè)置，導(dǎo)致尾氣在芯體中心附近催化反應(yīng)更加徹底，而向外側(cè)則效率逐漸降低；然而，催化載體內(nèi)的芯體(包括催化載體內(nèi)壁)上所涂覆的催化涂層厚度均勻一致，若要使流經(jīng)的尾氣充分反應(yīng)，則必須在催化載體內(nèi)的所有接觸面處涂覆足夠的催化涂層，由于催化涂層含有貴金屬，大量充分涂覆成本太大，而使用率卻不足，而且，在氣流集中流經(jīng)的地方很難把握其合適的涂覆厚度，極易導(dǎo)致涂覆厚度不足或涂覆厚度過厚產(chǎn)生浪費。

此外，目前的催化轉(zhuǎn)化器是在催化劑的作用下通過氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、水性氣體反應(yīng)和水蒸氣改質(zhì)反應(yīng)，將尾氣中的CO、HC、及NOx三種有害氣體轉(zhuǎn)化成無害氣體二氧化碳、氮氣、氫氣和水。然而，實際上尾氣中除了上述氣體有害成分之外，還含有大量顆粒性廢物排出，而目前的催化轉(zhuǎn)化器還不能實現(xiàn)對顆粒物的過濾凈化處理，而對尾氣中顆粒物的排放的控制是大勢所趨，且在即將實行的國六新的排放標準中已有限制要求。

為了充分利用催化載體內(nèi)各處的涂覆層，控制顆粒物排放，順應(yīng)減排趨勢，亟待設(shè)計一種新的多級催化過濾轉(zhuǎn)化器來提高催化涂層的使用率，以期優(yōu)化催化過濾效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于解決上述技術(shù)問題，提供一種多級催化過濾轉(zhuǎn)化器，該多級催化過濾轉(zhuǎn)化器的催化反應(yīng)效率高，貴金屬涂覆量少而利用率高，還可有效減少顆粒物的排放。

本實用新型的技術(shù)方案如下：

一種多級催化過濾轉(zhuǎn)化器，包括圓柱狀的催化載體，所述催化載體包括圓柱狀的載體外殼和位于載體外殼內(nèi)的一級芯體，所述一級芯體內(nèi)部設(shè)有若干小孔且涂覆有催化涂層，所述催化涂層均勻地涂覆在整個一級芯體上；在載體外殼的進氣端同軸地連有漏斗狀的導(dǎo)氣筒，所述導(dǎo)氣筒的大端與所述載體外殼相接。

在所述導(dǎo)氣筒內(nèi)設(shè)有圓錐狀的分流錐，所述分流錐的錐度與導(dǎo)氣筒內(nèi)孔的錐度相同且其小端口朝進氣端；所述分流錐內(nèi)部設(shè)有若干圈圓錐狀的金屬卷筒且其小端口朝進氣端；所述分流錐的四周連有三根支柱，所述三根支柱固定在導(dǎo)氣筒內(nèi)壁；在所述支柱、導(dǎo)氣筒內(nèi)壁和分流錐上均涂覆有所述催化涂層。

還包括串聯(lián)在所述一級芯體之后的二級芯體，所述二級芯體包括若干圈層層嵌套的片筒，所述片筒采用金屬片卷制而成；在片筒的外圓周面上沿其軸線平行的方向均勻間隔地設(shè)有若干凸棱，所述凸棱的橫截面呈半圓狀；

從最內(nèi)圈至最外圈，所述片筒上的凸棱數(shù)量逐漸變少而凸棱逐漸變大；

所述載體外殼內(nèi)壁沿其軸線相平行的方向設(shè)有若干均勻間隔的凹槽，所述凹槽的橫截面呈半圓形；最外圈片筒上的凸棱緊緊地插入所述凹槽內(nèi)，且在所述載體外殼的出氣端同軸地固定有一個圓環(huán)擋圈；所述二級芯體的出氣端邊緣頂在所述圓環(huán)擋圈上。

所述載體外殼位于二級芯體進氣端的一側(cè)還嵌有顆粒過濾筒，所述顆粒過濾筒內(nèi)沿其軸向設(shè)有若干均勻的進氣孔，所述進氣孔包括間隔設(shè)置的氣流不能軸向通過的盲孔和氣流可以軸向通過的通孔，相鄰兩進氣孔之間的孔壁上設(shè)有用于連通兩進氣孔的濾塵孔，所述濾塵孔與所述進氣孔相垂直。在所述顆粒過濾筒的出氣端同軸連有圓錐狀的籠氣罩，所述籠氣罩的大端與顆粒過濾筒的出氣端相接。

進一步地，相鄰兩圈片筒的相鄰兩凸棱之間錯開。

進一步地，除最外圈之外的其它圈片筒均呈圓錐形，且所有呈圓錐形的片筒的小端口朝出氣口端；由外至內(nèi)的第一層片筒與第二層片筒之間點焊連接。

進一步地，所述呈圓錐形的片筒的錐角為5°～6°。

進一步地，所述凸棱的圓弧頂部嵌入所述凹槽內(nèi)，且嵌入的圓弧段的弦高為1/4倍凸棱的圓弧半徑長。

進一步地，所述顆粒過濾筒上也涂覆有所述催化涂層。

進一步地，所述通孔包括彼此同軸相通的大通孔和小通孔，所述小通孔位于顆粒過濾筒出氣端的封板上。

進一步地，所述盲孔包括彼此同軸相連的通氣孔和沉渣孔，所述通氣孔的直徑小于沉渣孔的直徑，且通氣孔位于顆粒過濾筒的進氣端，沉渣孔的孔壁未設(shè)有所述濾塵孔。

進一步地，所述催化涂層包括作為基層的高鈀催化涂層和作為表層的鉑銠催化涂層，所含氧化鋁為鈰鋯鑭共改性氧化鋁。

進一步地，所述導(dǎo)氣筒小端口處罩有球面狀的濾網(wǎng)，所述濾網(wǎng)上覆蓋有所述催化涂層；所述導(dǎo)氣筒內(nèi)的金屬卷筒之間的間隔距離小于所述一級芯體的蜂窩通孔的孔徑。

本實用新型的有益效果：本實用新型在現(xiàn)有的催化載體的導(dǎo)氣筒進氣端設(shè)置分流錐，將集中灌入載體內(nèi)的尾氣流束進行分流，使尾氣較為均勻分散地進入到一級芯體內(nèi)，在一級芯體上的催化劑作用下快速而充分地反應(yīng)。由于尾氣流束的中心流速快、氣流密集度大，因此分流錐必須是中空結(jié)構(gòu)才可有效進行氣流分離，若制成實心則難以達到較好的分流效果，還可能因為與分流錐小端面之間發(fā)生激烈碰撞而影響整個氣流的流動穩(wěn)定性，對轉(zhuǎn)化器造成振動，因此本實用新型在分流錐內(nèi)又設(shè)置了若干圈圓錐狀的金屬卷筒，用于繼續(xù)分流導(dǎo)氣，通過最內(nèi)圈的金屬卷筒的氣流使流速最大的一支，而此時，氣流從金屬卷筒的小端進入，在大端進行了一定程度的發(fā)散，可以減小最內(nèi)圈與其它各圈金屬卷筒流出的氣流速度差，結(jié)合分流錐與導(dǎo)氣筒配合后的分流作用，一起充分實現(xiàn)氣流均勻分散地進入一級芯體內(nèi)催化氧化，提高催化效率。

此外，本實用新型還多設(shè)置了一個二級芯體來作為終極催化場所，提高有害氧化物的反應(yīng)率；并為了響應(yīng)國家對顆粒物減排控制的號召、順應(yīng)國六新標準的減排政策，還在二級芯體前端(進氣端)設(shè)置了用于過濾顆粒浮塵的顆粒過濾筒。上述二級采用若干圈設(shè)置的凸棱數(shù)量、大小不同的片筒來作為催化劑涂覆的第二催化劑載體，二級芯體通過圓錐狀的籠氣罩與顆粒過濾筒對接匹配，三者有機結(jié)合，相輔相成，共同提高催化凈化效果。二級芯體從最中間至外側(cè)所形成的間隙逐漸變大，一方面，中間圓心周圍細空隙可以有效遏制住尾氣流束中軸線處的密集高速氣流，防止其過于迅速地流過載體，造成的催化反應(yīng)處理不充分。另一方面，越靠近中軸線位置處的空隙越小，單位體積內(nèi)氣流與催化劑的接觸面積越大，而中軸線附近也正是氣流密集的位置，正好可以用來充分實現(xiàn)催化作用，提高尾氣的催化反應(yīng)效率；這對于涂層厚度均勻一致的載體來說可以選擇相對較薄的涂覆厚度，這是因為中軸線處實際需要更多的催化劑來參與反應(yīng)，因此，若要充分實現(xiàn)催化反應(yīng)，整體涂覆厚度必將提高，而本實用新型采用孔隙朝軸線處逐漸變密來增加單位體積內(nèi)與催化劑的接觸面積，從而提高反應(yīng)率，減小涂層的涂覆厚度，使所涂覆的涂層中的貴金屬可充分參與反應(yīng)而不浪費。此外，本實用新型采用半圓狀的凸棱來間隔構(gòu)成孔隙，是為了在連續(xù)改變孔隙情況下，減小流動阻力，可以保證氣流順利通過。采用凸棱嵌入載體殼體內(nèi)壁凹槽的嵌入結(jié)構(gòu)來防止二級芯體在氣流沖擊下晃動，尤其是防止轉(zhuǎn)動。

上述顆粒過濾筒可使尾氣在經(jīng)過一級芯體時發(fā)生催化氧化之后沒進入到顆粒過濾筒內(nèi)過濾，將一部分顆粒廢物留下。當尾氣從一級芯體出來后，進入顆粒過濾筒的進氣孔內(nèi)，進入盲孔的尾氣在盲孔底端遇到阻擋，改變流向，由軸向改為與軸向相垂直的方向逸出到相鄰的通孔型進氣孔內(nèi)，并經(jīng)通孔排除，在該流動過程中，顆粒物在盲孔內(nèi)發(fā)生九十度的流向改變，一部分顆粒物便被遺留沉積下來，從而達到去除一部分顆粒物的目的。同時在顆粒過濾筒上涂覆催化涂層，增加了尾氣與催化劑接觸時間和面積，從而也進一步提升了反應(yīng)效率。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為一級芯體表面涂層分布示意圖。

圖3為本實用新型的催化載體橫截面示意圖。

圖4為片筒局部立體示意圖。

圖5為圖3中II處的放大視圖。

圖6為顆粒過濾筒結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為顆粒過濾筒出氣端的局部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為盲孔底部設(shè)有沉渣孔時的顆粒過濾筒結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點及功效。

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：

如圖1所示，一種多級催化過濾轉(zhuǎn)化器，包括圓柱狀的催化載體，所述催化載體包括圓柱狀的載體外殼102和位于載體外殼102內(nèi)的一級芯體101(即傳統(tǒng)的任意一種芯體)，所述一級芯體101內(nèi)部設(shè)有若干小孔且涂覆有催化涂層，所述催化涂層均勻地涂覆在整個一級芯體101上。在載體外殼102的進氣端同軸地連有漏斗狀的導(dǎo)氣筒3，所述導(dǎo)氣筒3的大端與所述載體外殼101相接。在所述導(dǎo)氣筒3內(nèi)設(shè)有圓錐狀的分流錐4，所述分流錐4的錐度與導(dǎo)氣筒3內(nèi)孔的錐度相同且其小端口朝進氣端；所述分流錐4內(nèi)部設(shè)有若干圈圓錐狀的金屬卷筒5且其小端口朝進氣端；所述分流錐4的四周連有三根支柱6，所述三根支柱6固定在導(dǎo)氣筒3內(nèi)壁，從而將分流錐4支撐固定。在所述支柱6、導(dǎo)氣筒3內(nèi)壁和分流錐4上均涂覆有所述催化涂層2，以盡量增加與催化劑的接觸面積，提高反應(yīng)效率。

如圖1所示，本實施例還包括串聯(lián)在所述一級芯體101之后的二級芯體10，如圖3—5所示，所述二級芯體10包括若干圈層層嵌套的片筒，需說明的是，為了便于清晰表達結(jié)構(gòu)，圖3中只畫出了最外圈、中心處的幾圈和二級芯體10的圓心與外圓面之間的若干圈，其它各圈都以中心點畫線繪制的若干同心圓表示。所述片筒采用金屬片卷制而成；在片筒的外圓周面上沿其軸線平行的方向均勻間隔地設(shè)有若干凸棱1011，所述凸棱的橫截面呈半圓狀。從最內(nèi)圈至最外圈，所述片筒上的凸棱1011數(shù)量逐漸變少而凸棱逐漸變大，致使二級芯體10的中心位置處孔隙密集而最外側(cè)比較稀疏。

所述載體外殼102內(nèi)壁沿其軸線相平行的方向設(shè)有若干均勻間隔的凹槽，所述凹槽的橫截面呈半圓形；最外圈片筒上的凸棱緊緊地插入所述凹槽內(nèi)，且在所述載體外殼的出氣端同軸地固定有一個圓環(huán)擋圈(圖中未示出)；所述二級芯體10的出氣端邊緣頂在所述圓環(huán)擋圈上，防止在高壓氣流沖擊下，二級芯體10被沖出載體外殼102內(nèi)。為了盡可能地增大氣流與催化劑接觸面積，更充分地反應(yīng)，如圖4所示，所述凸棱1011的圓弧頂部1011a附近的部分嵌入所述凹槽內(nèi)，且嵌入的圓弧段的弦高H為1/4倍凸棱的圓弧半徑長，這樣在保證二級芯體10安裝牢固度前提下，載體外殼102內(nèi)壁與最外層片筒之間又可具有催化反應(yīng)空間。

另一方面，如圖6—7所示，所述載體外殼102位于二級芯體10進氣端的一側(cè)還嵌有顆粒過濾筒8；所述顆粒過濾筒8內(nèi)沿其軸向設(shè)有若干均勻的進氣孔801，所述進氣孔801包括間隔設(shè)置的氣流不能軸向通過的盲孔801a和氣流可以軸向通過的通孔801b，相鄰兩進氣孔801之間的孔壁上設(shè)有用于連通兩相鄰進氣孔801的濾塵孔802，所述濾塵孔802與所述進氣孔801相垂直，以便呈90度改變氣流的流動方向。

在所述顆粒過濾筒8的出氣端同軸連有圓錐狀的籠氣罩9，所述籠氣罩9的大端與顆粒過濾筒8的出氣端相對，具體間距D根據(jù)排量確定。該設(shè)計是為了改善尾氣穿過顆粒過濾筒8的流速和集中氣流。因為尾氣在顆粒過濾筒8內(nèi)流動方向發(fā)生了90度偏轉(zhuǎn)且轉(zhuǎn)移到相鄰?fù)琢鞒?，因此，無論是流速還是氣流的分布都發(fā)生了變化，流速變低，尾氣被分隔成多個細小的分支流束；雖然先除去了一部分顆粒物，同時在一定程度上防止了作為終極催化場所的二級芯體10被堵塞，優(yōu)化了催化反應(yīng)場所環(huán)境，但是此時的尾氣流動可能過于緩慢、分散而不均，不能適應(yīng)二級芯體的催化劑布置結(jié)構(gòu)，達不到良好的催化效果。為此設(shè)計了錐形的籠氣罩9，使籠氣罩9集中快速地流入二級芯體10內(nèi)，以便與上述二級芯體10的不等間隙結(jié)構(gòu)配合，以充分催化反應(yīng)。

進一步地，如圖2所示，所述催化涂層2包括作為基層的高鈀催化涂層201和作為表層的鉑銠催化涂層202，當然，該兩種催化涂層中均含有供貴金屬附著的通用載體—氧化鋁，高鈀催化涂層201內(nèi)含鈀量在80—100克每立方英尺，設(shè)置該兩層催化層可使催化效果更好，基層直接覆蓋于一級芯體101表面。目前用的氧化鋁大多使用鑭改性的氧化鋁做為摩托車尾氣與貴金屬活性組分接觸并產(chǎn)生反應(yīng)的場所，缺點是：一是鑭改性氧化鋁能起的作用單一，不能適用于越來越嚴格的法規(guī)要求；二是鑭改性氧化鋁能起到的助催化的效果太??；三是Pd在鑭改性氧化鋁的分散度有限，導(dǎo)致Pd的利用率低下。針對該缺陷，本實施例所述催化涂層2中的氧化鋁為鈰鋯鑭共改性氧化鋁，該種改性氧化鋁不僅有利于貴金屬的附著，還可提高Pd的利用率，更好地為催化反應(yīng)提供反應(yīng)場所，使整個催化涂層2催化效果顯著。所述鈰鋯鑭共改性氧化鋁由鈰、鋯、鑭和氧化鋁構(gòu)成，其中，按重量百分比計，鈰占5-10％，鋯占10-15％，鑭占3-5％，余量為氧化鋁。在實際制作時，可將鈰鋯鑭的金屬鹽溶液稀釋一定量后霧化噴淋在攪拌中的氧化鋁粉末表面，攪拌中使鹽溶液進入到氧化鋁的孔道內(nèi)部，再通過烘干和焙燒后固定在氧化鋁的孔道內(nèi)部。

進一步地，所述導(dǎo)氣筒3小端口處罩有球面狀的濾網(wǎng)7，所述濾網(wǎng)7上覆蓋有所述催化涂層2，減少氣流對分流錐4的沖擊，并將該氣流的一部分勻分至分流錐4周圍流走。所述導(dǎo)氣筒3內(nèi)的金屬卷筒4之間的間隔距離小于所述蜂窩狀一級芯體101的蜂窩通孔的孔徑，以便氣流在進入到蜂窩狀一級芯體101時壓強可以進一步降低，使氣流逐漸發(fā)散，與通孔內(nèi)壁充分接觸。

進一步地，相鄰兩圈片筒的相鄰兩凸棱1011之間錯開，以免出現(xiàn)相鄰兩片筒之間緊貼，削減催化反應(yīng)接觸空間面積。相鄰兩圈片筒之間點焊固定，可以進一步地提高二級芯體10的整體牢固性，避免散架。

進一步地，除最外圈之外的其它圈片筒均呈圓錐形，且所有呈圓錐形的片筒的小端口朝出氣口端；由外至內(nèi)的第一層片筒與第二層片筒之間點焊連接；錐形片筒在沖擊氣流下會越來越緊，絕對不會出現(xiàn)二級芯體10散架分離的情況，而為保證載體兩端口(進、出氣端)大小相同，最外層仍采用圓柱形結(jié)構(gòu)，將第一層片筒與第二層片筒之間點焊連接，即可實現(xiàn)二級芯體10整體安裝固定。

進一步地，所述呈圓錐形的片筒的錐角為5°～6°，該錐角下可以充分保證二級芯體10的穩(wěn)定性，而又不至于錐角過大過度影響氣流的軸向流動。所述片筒與凸棱1011采用厚度為0.6mm的金屬片采用沖壓工藝一體成型，可以使整個結(jié)構(gòu)更為緊湊牢固，穩(wěn)定性更強，催化效果更佳。

進一步地，所述顆粒過濾筒8上也涂覆有所述催化涂層2，以延長尾氣與催化劑接觸時間和面積，提升催化反應(yīng)效果。所述進氣孔801在顆粒過濾筒8端面呈縱橫排列，每一橫排和每一縱列上的所述盲孔801a和通孔801b間隔設(shè)置，以便尾氣流可較快地通過顆粒過濾筒8，以適應(yīng)不同情況下的尾氣處理。

進一步地，所述通孔801b包括彼此同軸相通的大通孔和小通孔，所述小通孔801b1位于顆粒過濾筒出氣端的封板803上。設(shè)計成階梯孔形式，可使氣流在流經(jīng)通孔801b的小通孔時，在其臺階處(此處即封板803內(nèi)側(cè)端面)留下一部分顆粒物，提升顆粒物的去除率。

進一步地，如圖8所示，所述盲孔801a包括彼此同軸相連的通氣孔和沉渣孔801a1，即在盲孔801a底部加工一個消氣槽。所述通氣孔的直徑小于沉渣孔801a1的直徑，且通氣孔位于顆粒過濾筒8的進氣端，沉渣孔801a1的孔壁未設(shè)有所述濾塵孔802，以免沉積在沉渣孔801a1內(nèi)的顆粒物再次被帶出。

上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。