專利名稱：采用自動再生金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及柴油機的后處理器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于柴油車尾氣處理的采
用自動再生金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集器。
背景技術(shù)：
柴油機微粒捕集器(DPF)被公認為是目前最為有效的微粒凈化后處理技術(shù)，也是 目前商用前景最好的后處理技術(shù)之一。微粒捕集器采用的過濾材料對整個系統(tǒng)的性能(如 過濾效率、壓降、傳熱傳質(zhì)特性等)有很大的影響。目前國內(nèi)外研究較多的過濾體材料有堇 青石(其主要成分為Mg0.A1203. Si02)和SiC材料。但因為這兩種材料的導(dǎo)熱系數(shù)均較 低，再生過程中易發(fā)生局部區(qū)域過熱而熔透，還會因熱應(yīng)力的沖擊而破裂，因而缺少足夠的 可靠性，且這兩種材料難以作為催化劑的載體，因此需要單獨的氧化催化器(中國專利號， 200420061926.3)。又由于柴油機排氣中存在著不同粒徑的微粒，單一孔徑的微粒捕集器 難以兼顧不同粒徑的捕集，因此國內(nèi)外一些專利(美國專利號20040161596和中國專利號 200710055688. 3)提出了分級過濾的思想，但其濾芯為陶瓷濾芯，存在導(dǎo)熱性差、抗機械振 動能力差等缺點。 隨著運行時間的增加，濾芯中的微粒聚集增多，過濾效率降低，排氣背壓上升，影 響柴油機的功率和油耗。因此，在經(jīng)過一段捕集時間后要對其進行處理，將微粒除掉?，F(xiàn)在 用得最多的解決微粒捕集器中積炭問題的方法有強制再生、噴油助燃再生、電加熱再生、微 波加熱再生、紅外加熱再生等，這些方法大多需要一整套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，同時還要消耗額 外的能量，均不能做到既滿足排放要求又不影響發(fā)動機性能。美國專利20060100097和中 國專利02157234. 8均提出了使用貴金屬(如Ag)及在催化劑中加入稀土元素可以使顆粒 燃燒溫度降至發(fā)動機排氣溫度范圍，實現(xiàn)自動再生。 然而，上述公開專利功能較為單一，抗機械振動能力差，且不能兼顧分級過濾和自 動再生，因此其應(yīng)用具有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述柴油機微粒捕集器過濾濾芯在過濾過程中存在的問
題，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)自動再生、提高過濾器的使用壽命并能夠節(jié)約能源的采用自動再生
金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集器。 為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 采用自動再生金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集器，包括FeCrAl合金圓筒 外壁以及燒結(jié)在該圓筒外壁內(nèi)的多個外徑相等的通孔FeCrAl泡沫合金圓柱濾芯，且同一 泡沫合金圓柱濾芯孔徑相同，但沿著尾氣流動方向各泡沫合金圓柱濾芯的孔徑逐漸減小， 所說的各個通孔FeCrAl泡沫合金圓柱濾芯的骨架的表面浸漬稀土氧化催化劑后經(jīng)烘干、 焙燒形成稀土氧化催化層。 所說的FeCrAl合金圓筒外壁內(nèi)至少有三個緊密排列的FeCrAl泡沫合金圓柱濾芯，每個通孔FeCrAl泡沫合金圓柱濾芯的長度為15 60mm，相鄰兩個通孔FeCrAl泡沫合金圓柱濾芯之間采用階梯型定位，且在階梯型連接處設(shè)置有耐高溫材料制成的圓環(huán)形密封氈。所說的泡沫合金圓柱濾芯的孔徑為0. 05mm 1. 27mm。 所說的稀土氧化催化劑為摻有貴金屬的鈣鈦礦型LaCo03或尖晶石型CuFe204稀土催化劑。 所說的稀土氧化催化劑中所摻貴金屬為Ag或Pt。 所說的通孔FeCrAl泡沫合金圓柱濾芯的孔隙率為0. 90 0. 98。所說的FeCrAl合金圓筒外壁厚度為2 3mm，直徑為50 200mm。 本發(fā)明以通孔FeCrAl泡沫合金材料壓制而成的多孔金屬過濾體作為柴油車微粒
捕集器過濾濾芯，針對柴油機排放顆粒粒徑的大小不同，沿著尾氣流動方向各泡沫合金圓
柱濾芯的孔徑逐漸減小，從而實現(xiàn)分級過濾和捕集，提高過濾效果，減少捕集器堵塞，減緩
濾芯的老化速度，提高濾芯的使用壽命，兼有消聲的效果。采用摻有少量貴金屬的稀土氧化
催化劑，排氣通過時，HC和CO在催化劑作用下在濾芯表面上催化燃燒，燃燒釋放的熱量使
顆粒燃燒，實現(xiàn)捕集器自動再生，因此提高了過濾器的使用壽命并起到了節(jié)約能源的目的。


圖1是本發(fā)明的一種實施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是變孔徑的金屬泡沫過濾芯結(jié)構(gòu)的橫端面示意圖； 圖3是變孔徑的金屬泡沫過濾芯結(jié)構(gòu)相鄰兩塊過濾芯連接處定位局部放大示意圖； 圖4是變孔徑的金屬泡沫過濾芯泡沫骨架及浸漬催化劑局部放大示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。 參見圖l，本實施例是由不同孔徑的高孔隙率(0. 90 0. 98)(孔隙體積占總體積的百分數(shù))的通孔FeCrAl泡沫合金壓制成的圓柱濾芯塊組成。沿著尾氣流動方向各泡沫合金圓柱濾芯的孔徑逐漸減小，同一泡沫合金圓柱濾芯孔徑相同，即捕集器濾芯依次由大孔徑的多孔金屬泡沫圓柱濾芯塊2(其孔徑為1. 27mm 0. 64mm)、中等孔徑的多孔金屬泡沫圓柱濾芯塊4(其孔徑在0. 64mm 0. 32mm)和小孔徑的多孔金屬泡沫圓柱濾芯塊5 (其孔徑在0. 32mm 0. 05mm)三部分組成。采用變孔徑的通孔FeCrAl金屬泡沫作為柴油機微粒捕集器的過濾材料，一方面其大的比表面積(2000 10000m2/m2)在相同凈化性能的條件下能夠減小捕集器的體積；同時良好的導(dǎo)熱性和較低的熱容，有利于催化劑快速起活，實現(xiàn)自動再生；而且其在高溫尾氣的條件下具有較好的耐腐蝕性，較高的捕集效率，較低的壓差，較強的抗熱沖擊和機械沖擊能力，克服了陶瓷材料導(dǎo)熱性差、抗機械振動能力差等缺點，具有陶瓷材料無可比擬的優(yōu)勢。另一方面，F(xiàn)eCrAl合金具有較好的高溫抗氧化性，在其表面能夠形成Y-A1A膜，這種^41203膜的晶相一般為^41203，因為Y-A1A具有較大的比表面積、適度的孔分布和較好的機械強度等優(yōu)點，而浸漬法一般要求載體表面浮著一層^^1203，然后再進行燒結(jié)熱處理，從而使本發(fā)明采用稀土催化再生的方案得以實現(xiàn)。(此外，由于通孔金屬泡沫濾芯的捕集是基于撞擊機理，因此較壁流式濾芯對顆粒直徑小于20iim的微粒捕集效果好。本發(fā)明采用分級過濾，不但提高了過濾效果、減少對微粒捕集器的堵塞、延長其再生周期、減緩濾芯的老化速度、提高微粒捕集器的使用壽命，便于老化的過濾芯塊的更換，而且降低了背壓損失，能夠起到消聲器的功用。圖1中三種孔徑的多孔金屬泡沫濾芯塊的長度按孔徑由大到小分別記為L1，L2，L3，其尺寸范圍在15 60mm。過濾芯塊的塊數(shù)和長度可以根據(jù)發(fā)動機的排放性能和相關(guān)的法律法規(guī)來選擇和調(diào)整的，但是沿著氣體的流動方向孔徑依次減小。同時為了防止尾氣泄露，在相鄰兩塊濾芯之間填充有耐高溫的圓環(huán)形密封氈3。 圖2是變孔徑的金屬泡沫過濾芯結(jié)構(gòu)的橫端面示意圖；從圖中可以看出過濾芯主要由兩大部分組成， 一部分是用來減少過濾芯中的多孔金屬泡沫磨損及用來防止尾氣泄露和加工定位面的圓筒外壁1，另一部分就是填充在圓筒內(nèi)部的不同孔徑的多孔金屬泡沫濾芯塊2、4、5。圖中所示的D為微粒捕集器濾芯的外徑，其尺寸范圍為50 200mm ;具體的尺寸選擇也是滿足發(fā)動機的排放性能等實際需求。外壁1尺寸b，其尺寸范圍在2 3mm，其尺寸的選擇主要是由加工階梯型定位面的加工工藝決定。 圖3是變孔徑的金屬泡沫過濾芯結(jié)構(gòu)相鄰兩塊過濾芯定位局部放大示意圖。為了能使不同孔徑的過濾芯塊能夠滿足緊密排列，本發(fā)明將相鄰兩塊的多孔金屬泡沫外壁做成階梯型，這樣能很好地進行軸向定位，防止軸向竄動。為了防止由于加工精度問題而造成的尾氣從相鄰兩濾芯塊連接處的縫隙中泄露出來，本發(fā)明通過在接觸面之間添加一耐高溫的圓環(huán)形密封氈3來滿足密封要求，另一方面，通過設(shè)計密封氈還可以防止相鄰兩濾芯塊之間直接剛性接觸，從而減小定位階梯的磨損。 圖4是變孔徑的金屬泡沫過濾芯泡沫骨架及浸漬催化劑局部放大示意圖，參見圖4，泡沫骨架7是連續(xù)的，在其表面浸漬稀土氧化催化劑后經(jīng)烘干、焙燒形成稀土氧化催化層6。當(dāng)排氣溫度超過20(TC時，尾氣中的HC和C0在貴金屬的氧化催化作用下發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)所釋放的能量能使尾氣上升到40(TC左右，通過高導(dǎo)熱系數(shù)的泡沫金屬骨架7迅速傳遞給吸附在骨架表面上的顆粒，并在稀土氧化催化劑的作用下燃燒，實現(xiàn)自動再生。
本發(fā)明采用變孔徑的FeCrAl金屬泡沫作為柴油機微粒捕集器的過濾材料，不但提高了過濾效果、減少對微粒捕集器的堵塞、延長其再生周期、減緩濾芯的老化速度、提高微粒捕集器的使用壽命，便于老化的過濾芯塊的更換，而且降低了背壓損失，能夠起到消聲器的功用。采用鈣鈦礦型LaCo03或尖晶石型CuFe204稀土催化劑催化再生的方法，降低了微粒的燃燒溫度，提高了再生性能；并省去了一整套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，降低了額外能量的消耗，既滿足排放要求又不影響發(fā)動機性能，且其穩(wěn)定性好、抗中毒性高、價格低廉、實用性和推廣性更好。
權(quán)利要求
采用自動再生金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集器，其特征在于包括FeCrAl合金圓筒外壁(1)以及燒結(jié)在該圓筒外壁(1)內(nèi)的多個外徑相等的通孔FeCrAl泡沫合金圓柱濾芯，且同一泡沫合金圓柱濾芯孔徑相同，但沿著尾氣流動方向各泡沫合金圓柱濾芯的孔徑逐漸減小，所說的各個通孔FeCrAl泡沫合金圓柱濾芯的骨架(7)的表面浸漬稀土氧化催化劑后經(jīng)烘干、焙燒形成稀土氧化催化層(6)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用自動再生金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集器，其 特征在于所說的FeCrAl合金圓筒外壁(1)內(nèi)至少有三個緊密排列的FeCrAl泡沫合金圓 柱濾芯，每個通孔FeCrAl泡沫合金圓柱濾芯的長度為15 60mrn，相鄰兩個通孔FeCrAl泡 沫合金圓柱濾芯之間采用階梯型定位，且在階梯型連接處設(shè)置有耐高溫材料制成的圓環(huán)形 密封氈(3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用自動再生金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集器，其 特征在于所說的泡沫合金圓柱濾芯的孔徑為0. 05mm 1. 27mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用自動再生金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集器，其 特征在于所說的稀土氧化催化劑(6)為摻有貴金屬的鈣鈦礦型LaCo03或尖晶石型CuF^04 稀土催化劑。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的采用自動再生金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集 器，其特征在于所說的稀土氧化催化劑(6)中所摻貴金屬為Ag或Pt。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用自動再生金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集器，其 特征在于所說的通孔FeCrAl泡沫合金圓柱濾芯的孔隙率為0. 90 0. 98。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用自動再生金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集器，其 特征在于所說的FeCrAl合金圓筒外壁(1)厚度為2 3mm，直徑為50 2Q0mm。
全文摘要
采用自動再生金屬泡沫濾芯的分段式柴油車微粒捕集器，該捕集濾芯是由不同孔徑的通孔FeCrAl泡沫合金壓制成的柱形塊組成，針對柴油機排放顆粒粒徑的大小不同，沿著尾氣流動的方向，濾芯孔徑逐漸減小，從而實現(xiàn)分級過濾和捕集，提高過濾效果，減少捕集器堵塞，減緩濾芯的老化速度，提高濾芯的使用壽命，兼有消聲的功能。本發(fā)明采用摻有少量貴金屬的稀土氧化催化劑，排氣通過時，HC和CO在催化劑作用下在濾芯表面上催化燃燒，燃燒釋放的熱量使顆粒燃燒，實現(xiàn)捕集器自動再生。本發(fā)明過濾效果好，成本低廉，兼具多元催化和消聲的功能，且容易根據(jù)發(fā)動機功率及排放法規(guī)進行調(diào)整，在柴油車尾氣后處理上得到很好的應(yīng)用。
文檔編號B01D53/94GK101737125SQ20101010133
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月25日
發(fā)明者屈治國, 汪天送 申請人:西安交通大學(xué)