一种主动控温的金属蜂窝载体催化装置的制作方法

本技术涉及尾气处理设备领域，尤其是涉及一种主动控温的金属蜂窝载体催化装置。

背景技术：

1、金属蜂窝载体具有导热性能好、机械强度高、抗振动及抗热冲击能力强等优点，广泛应用于汽车尾气净化和工业废气催化处理装置中。催化反应通常会释放一定热量，当待处理气体中未燃组分含量较高或者反应负荷发生变化时，金属蜂窝载体内部容易出现温度升高甚至局部过热现象。为控制金属蜂窝载体的工作温度，部分催化装置在载体内部设置多个冷却通道，并使冷却介质流经各冷却通道以带走反应产生的热量。

2、现有催化装置中的多个冷却通道通常分别与公共的冷却进口和冷却出口连通，使多个冷却通道形成并联关系。但是，各冷却通道在长度、通流截面积、弯曲程度、加工精度及受热状态等方面难以保持完全一致，且催化装置在长期使用后还可能出现局部积尘或堵塞，导致各冷却通道的流动阻力存在差异。冷却介质容易优先流经阻力较小的冷却通道，而阻力较大的冷却通道所获得的冷却介质流量相对不足。

3、由此，金属蜂窝载体的不同区域容易产生冷却程度不一致的问题，部分区域冷却过度，而部分区域仍可能出现热量积聚和局部高温，进而造成载体内部温差增大、催化剂老化或烧结、金属箔带热变形以及连接部位产生热应力等问题。因此，如何改善多个冷却通道之间的冷却介质流量分配，使冷却介质能够较为充分地流经不同冷却区域，提高蜂窝载体的冷却效果，是本领域需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了改善多个冷却通道之间的冷却介质流量分配，使冷却介质能够较为充分地流经不同冷却区域，提高蜂窝载体的冷却效果，本技术提供一种主动控温的金属蜂窝载体催化装置。

2、本技术提供的一种主动控温的金属蜂窝载体催化装置采用如下的技术方案：

3、一种主动控温的金属蜂窝载体催化装置，包括壳体以及设置于所述壳体内的载体组件，所述壳体设有供待处理气体通过的主进气口和主排气口；

4、所述载体组件包括多个依次套设的蜂窝载体层，每个所述蜂窝载体层均具有多个沿所述载体组件的轴向延伸的蜂窝孔道，所述蜂窝孔道分别与所述主进气口和所述主排气口连通；

5、所述壳体内还形成有多个与所述蜂窝孔道相互隔离的冷却通道，多个所述冷却通道形成于相邻两个所述蜂窝载体层之间、最外侧的所述蜂窝载体层与所述壳体之间以及最内侧的所述蜂窝载体层所围成的内部空间中的至少一处；

6、相邻两个所述冷却通道之间通过一组连接通道相互连通，相邻的两组所述连接通道分别靠近所述载体组件的两个轴向端部设置，以使多个所述冷却通道依次串联，并使冷却介质在相邻两个所述冷却通道内沿相反的轴向方向流动；

7、所述壳体上设置有与位于最外侧的所述冷却通道连通的第一介质通道以及与位于最内侧的所述冷却通道连通的第二介质通道，所述第一介质通道和所述第二介质通道均与所述蜂窝孔道相互隔离，且所述第二介质通道与其所穿过的其他冷却通道相互隔离。

8、通过采用上述技术方案，多个冷却通道通过多组连接通道依次串联，冷却介质按照预定顺序依次流经多个冷却通道，减少了多个冷却通道分别并联供给冷却介质时因流动阻力不同而产生的流量分配不均问题。同时，相邻两组连接通道分别靠近载体组件的两个轴向端部设置，使冷却介质在相邻两个冷却通道内沿相反的轴向方向流动，从而形成贯穿不同径向位置的折返式连续冷却回路，延长冷却介质与蜂窝载体层之间的换热路径，实现对蜂窝载体层的主动控温。

9、优选的，与位于最外侧的所述冷却通道连通的一组所述连接通道和所述第一介质通道分别靠近位于最外侧的所述冷却通道的两个轴向端部设置；

10、与位于最内侧的所述冷却通道连通的一组所述连接通道和所述第二介质通道分别靠近位于最内侧的所述冷却通道的两个轴向端部设置。

11、通过采用上述技术方案，冷却介质由第一介质通道进入位于最外侧的冷却通道后，需要流经该冷却通道的轴向长度才能到达对应的连接通道；进入位于最内侧的冷却通道后，也需要流经该冷却通道的轴向长度才能到达第二介质通道，从而提高位于最外侧和最内侧的冷却通道的有效利用率，减少冷却介质未经充分换热即直接流出的情况。

12、优选的，每组所述连接通道均穿过位于该组连接通道所连通的两个冷却通道之间的蜂窝载体层；

13、每组所述连接通道中的多个所述连接通道沿对应的所述蜂窝载体层的周边均匀间隔设置。

14、通过采用上述技术方案，多个连接通道能够在蜂窝载体层周边的不同位置连通相邻两个冷却通道，使冷却介质通过多个位置进入下一冷却通道，减少冷却介质集中通过局部区域而造成的流量偏聚，有利于提高冷却介质沿蜂窝载体层周边的分布均匀性。

15、优选的，所述第一介质通道作为冷却介质入口，所述第二介质通道作为冷却介质出口，以使冷却介质由位于最外侧的所述冷却通道进入，沿多个依次串联的所述冷却通道由外周侧向中心侧折返流动至位于最内侧的所述冷却通道，并经所述第二介质通道排出。

16、通过采用上述技术方案，冷却介质能够由载体组件的外周侧逐层向中心侧流动，并最终汇聚至位于最内侧的冷却通道，经第二介质通道集中排出，形成由外周侧向中心侧延伸的连续冷却路径，避免为各冷却通道分别设置冷却介质入口和出口，简化冷却介质管路结构。

17、优选的，在垂直于所述载体组件中轴线的截面上，位于外侧的所述冷却通道的流通截面积大于与其相邻且位于内侧的所述冷却通道的流通截面积。

18、通过采用上述技术方案，在冷却介质由外周侧向中心侧流动的过程中，冷却通道的流通截面积逐渐减小，从而能够调节冷却介质在不同冷却通道内的流动速度和换热强度，使位于不同径向位置的冷却通道获得相应的冷却能力。

19、优选的，多个所述蜂窝载体层在垂直于待处理气体流动方向的截面上分别呈圆环形，并由中心侧向外周侧依次套设。

20、通过采用上述技术方案，多个圆环形蜂窝载体层能够形成沿径向间隔分布的冷却通道，便于冷却介质围绕载体组件的中心分布，同时有利于使待处理气体和冷却介质在载体组件的周向上均匀流动。

21、优选的，位于最外侧的所述冷却通道形成于最外侧的所述蜂窝载体层与所述壳体之间，所述壳体围成位于最外侧的所述冷却通道的内侧壁在垂直于待处理气体流动方向的截面上呈圆形；

22、所述第一介质通道作为冷却介质入口并设置于所述壳体的一侧，最外侧的所述蜂窝载体层的中心相对于所述壳体的中心向靠近所述第一介质通道的方向偏移，以使位于最外侧的所述冷却通道在靠近所述第一介质通道的一侧具有较小的径向宽度，并在远离所述第一介质通道的一侧具有较大的径向宽度。

23、通过采用上述技术方案，使最外侧冷却通道在靠近第一介质通道的一侧具有较小的径向宽度，可以增大该侧冷却介质沿轴向流动的阻力；通过使最外侧冷却通道在远离第一介质通道的一侧具有较大的径向宽度，可以减小该侧冷却介质沿轴向流动的阻力。由此，能够对不同周向位置因与第一介质通道距离不同而产生的压力差异进行阻力补偿，使流向周向不同位置的多个连接通道的冷却介质流量趋于均匀。

24、优选的，多个所述蜂窝载体层在垂直于待处理气体流动方向的截面上分别呈矩形框状。

25、通过采用上述技术方案，蜂窝载体层可以根据壳体的内部空间及待处理气体管路的截面形状设置为矩形框状，使载体组件不仅适用于圆形壳体，而且能够适用于矩形壳体或者矩形气体流道，提高催化装置对不同安装空间和使用场景的适应性。

26、优选的，所述蜂窝载体层包括外壳部以及设置于所述外壳部内的载体芯部；

27、所述连接通道穿过对应的所述外壳部，并与所述外壳部密封连接，所述连接通道的外壁与所述载体芯部之间形成有导气间隙；

28、所述载体芯部中与所述连接通道相对的蜂窝孔道通过所述导气间隙与所述主进气口或所述主排气口连通。

29、通过采用上述技术方案，连接通道与外壳部密封连接，可以防止连接通道内的冷却介质进入蜂窝载体层的蜂窝孔道；同时，导气间隙能够使受到连接通道遮挡的蜂窝孔道继续与主进气口或者主排气口连通，减少连接通道对待处理气体流动的阻碍，提高载体芯部中蜂窝孔道的有效利用率。

30、优选的，在垂直于所述连接通道的延伸方向的截面上，所述连接通道的外轮廓呈圆形；

31、沿对应的所述蜂窝载体层的周边方向，所述导气间隙的宽度由与所述连接通道的中心相对应的位置向所述连接通道的两侧逐渐增大。

32、通过采用上述技术方案，连接通道的圆形外轮廓能够对待处理气体产生平缓的分流引导作用，导气间隙由中部向两侧逐渐增大，使受到连接通道阻挡的待处理气体能够沿连接通道的圆形外表面向两侧分流，并通过导气间隙进入或者离开对应的蜂窝孔道，从而减小连接通道附近的局部流动阻力和气体滞留区域。

33、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

34、1、本发明通过多组连接通道将多个冷却通道依次串联，使冷却介质按照预定顺序流经各冷却通道，减少多个冷却通道简单并联时因流动阻力不同而造成的流量分配不均问题，提高不同蜂窝载体层之间冷却效果的一致性；

35、2、本发明将沿蜂窝载体层套设方向相邻的两组连接通道分别设置在载体组件的两个轴向端部，使冷却介质在相邻两个冷却通道内沿相反的轴向方向流动，由此形成贯穿不同径向位置的折返式连续冷却回路，延长冷却介质的有效换热路径，提高蜂窝载体层的主动控温效果，降低局部过热的风险；

36、3、本发明在连接通道的外壁与载体芯部之间设置导气间隙，使与连接通道相对的蜂窝孔道仍能够与主进气口或者主排气口连通，从而减少连接通道对待处理气体流动以及蜂窝孔道的遮挡，提高载体芯部的有效催化利用率；同时，圆形外轮廓的连接通道能够引导待处理气体向两侧平缓分流，降低连接通道附近的局部流动阻力。