BRPI0710563A2 - substrato tendo folha (s) e canal (is) corrugado (s) para tratamento de gases de exaustão de motores de combustão - Google Patents

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BRPI0710563A2
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Pekka Matilainen
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Abstract

<B>SUBSTRATO TENDO FOLHA(S) E CANAL(IS) CORRUGADO(S) PARA TRATAMENTO DE GASES DE EXAUSTAO DE MOTORES DE COMBUSTãO<D>. A presente invenção se refere a um substrato tendo folha(s) e canal(is) corrugado(s) para o tratamento de gases de exaustão de motores de combustão. A presente invenção também se refere a métodos de fabricação e ao uso do dito substrato tendo dito(s) canal(is) aberto(s). O substrato (1) compreende, pelo menos, uma folha corrugada (3) tendo depressões (3d) e uma folha plana de malha de arame (2) tendo depressões (2d), a qual é conectada à dita folha corrugada (3) e entre a dita folha plana de malha de arame (2) e dita folha corrugada (3) se dispõem canais pelo menos parcialmente abertos (POC), para o fluxo de gás de exaustão (EG) e a profundidade da depressão (2d) da dita folha plana de malha de arame (2) é 0,05-2,0 mm menor que a altura da corrugação (3c) da dita folha corrugada (3).

Description

"SUBSTRATO TENDO FOLHA(S) E CANAL(IS) CORRUGADO(S) PARATRATAMENTO DE GASES DE EXAUSTÃO DE MOTORES DE COMBUSTÃO"
A presente invenção se refere a iam substratotendo folha(s) e canal(is) corrugado(s) para o tratamentode gases de exaustão de motores de combustão. A presenteinvenção também se refere a métodos de fabricação do ditosubstrato tendo dito(s) canal(is) aberto(s).
Antecedentes da Invenção
Para o tratamento de gases de exaustão de motoresde combustão são usados substratos tendo canais abertos oufechados ou combinações dos mesmos. Nos canais abertos, ogás de exaustão é diretamente circulado através dosubstrato. No substrato tendo canais fechados, o gás deexaustão é forçado a circular através das paredes, porexemplo, através de paredes porosas, cerâmicas oumetálicas. Nos canais abertos, a redução de impurezasgasosas é normalmente alta, mas, a redução de partículas deimpurezas é baixa, por exemplo, de 10 a 15%. Nos canaisfechados/filtros de circulação de parede, a redução deimpurezas gasosas é alta e, também, a redução de partículasde impurezas é alta, por exempl o, de 70 a 99%. 0 problemanos canais fechados é a obstrução das paredes. Os canaisfechados/filtros de circulação através de parede irão,gradualmente, se obstruir totalmente, se não forem limpos.A perda de pressão irá também aumentar. Uma maneira demanter os canais abertos é limpar os mesmos contínua ouperiodicamente.
Divulgação da Invenção
Um substrato que eficientemente reduz asimpurezas de partículas e de gás de um determinado gás deexaustão em canais abertos foi agora inventado.Conseqüentemente, foi também inventado um método defabricação do dito substrato.
Para tal fim, a invenção é caracterizada pelosaspectos apresentados nas reivindicações independentes.Algumas modalidades preferidas da invenção são divulgadasnas outras reivindicações.
As modalidades construtivas da invenção não sãode nenhum modo limitadas. De acordo com uma modalidade dainvenção, o catalisador da invenção pode estar presente nasdiversas estruturas montadas em paralelo ou em série, comrelação à direção ou cascata de fluxo, comestruturas/substratos POC/DPF.
De acordo com uma modalidade da invenção, osubstrato compreende folha(s) corrugada(s) tendo depressõesconectadas com a(s) folha(s) plana(s) com malha de arame eentre a dita folha plana de malha de arame e dita folhacorrugada se dispõe(m), pelo menos, parcialmente, canal(is)para fluxo de gás de exaustão e a profundidade da depressãoé de 0,05-2,0 mm, por exemplo, 0,05-0,5 mm ou 0,5-1,5 mmmenor que a altura da corrugação.
Foi surpreendentemente descoberto que a reduçãoda circulação de partículas nos canais abertos ésubstancialmente melhorada. Também, a redução de gasesimpuros nos canais, pelo menos parcialmente abertos, émelhorada.
Preferivelmente, a profundidade da depressão é de0,2-2,0 mm e a altura da corrugação é de 0,5-4,0 mm, talcomo, 1,0-3,0 mm. Essa combinação é bastante eficaz, tantona redução de partículas, como na redução de gases impuros.
As depressões podem ser, por exemplo, de 10-40 mm, talcomo, 20-30 mm, entre si.
O gás de exaustão pode circular livrementeatravés de canais parcialmente abertos, mas, sobre assuperfícies da folha, a velocidade do fluxo de gás éreduzida devido à superfície irregular da(s) folha(s) demalha de arame e devido às depressões das folhas. A direçãodos canais abertos pode variar, podendo ser de 0 a 90graus, comparado com a direção do substrato (direção X) .Essas superfícies irregulares e depressões também misturamo gás, dessa forma, minimizando o desvio padrão do tempo deretenção do gás. As superfícies da(s) folha(s) de malha dearame também atuam como uma efetiva armadilha aberta departícula para as partículas do gás de exaustão. Essacombinação adiciona contatos de impurezas de gases epartículas, assim, aumentando o tempo de retenção e aredução de impurezas e de partículas. As partículas impurassão, normalmente, mais fixadas à folha de malha, comparadoà folha lisa. Partículas especialmente pesadas e grandessão fixadas sobre as superfícies da(s) folha(s) de malha dearame.
A redução de partículas é bastante dependente dafonte de partículas e da composição das partículas. Aspartículas podem incluir diversas quantidades de CompostosOrgânicos Voláteis (VOF's), carbono sólido, enxofre, água eóxidos metálicos. Um catalisador de oxidação padrão podeoxidar a maioria dos VoF's e reduzir, desse modo, de 10 a60% da massa de partícula. Mediante a nova invenção, épossível se melhorar a redução de partícula em até 80%.Através da nova invenção, é possível se melhorar a reduçãode impurezas gasosas em mais de 90%.
Uma importante característica do novo canalparcialmente aberto é que o mesmo não obstrui, de nenhumamaneira ou, apenas, obstrui de forma mínima, se comparadoaos canais fechados ou filtros, que irão, gradualmente,obstruir totalmente, caso não sejam limpos. Isso é muitoimportante e o substrato tendo canais pelo menosparcialmente abertos, de acordo com a invenção, pode serusado nas condições mais exigentes, sendo de utilidade emdiversas aplicações.
As partículas fixadas às superfícies de canal(is)pelo menos parcialmente aberto(s) se rompem em impurezasgasosas, as quais ainda se decompõem em compostosinofensivos. Uma parte do gás pode circular através deaberturas da(s) folha(s) de malha e as partículas se fixamsobre as superfícies da(s) folha(s). Isso tambémproporciona uma melhor redução das partículas. Por outrolado, os canais parcialmente abertos não são obstruídos oua obstrução é mínima e a perda de pressão e vazão do gásnão são reduzidas próximo da(s) folha(s). Isto reduz orisco de falha na operação, dessa forma, induz o aspecto deeficiência ao canal parcialmente aberto.
O formato das aberturas da(s) folha(s) de malhapode variar. 0 formato pode ser do tipo de canal, tipoquadrado, tipo losango ou do tipo furo. Por exemplo, numafolha de malha no formato do tipo losango, os arames podemse dispor em um determinado nível ou podem ser cruzados.
A diferença de pressão entre os lados da(s)folha(s) de malha induz a circulação do gás de exaustãoatravés dos poros da folha de malha. Esse fenômenoproporciona a fixação das partículas sobre o suporte e umamelhor redução das partículas do gás de exaustão.
De acordo com uma modalidade da invenção, a ditafolha corrugada é uma folha corrugada de malha de arame.Isso induz contatos de gases e partículas impuras, dessaforma, aumentando o tempo de retenção e redução deimpurezas. Assim, se proporciona melhores valores deredução de partículas impuras do gás de exaustão. A colisãodo gás também proporciona melhor contato do gás commaterial cataliticamente ativo, dessa forma, melhorando aredução de impurezas gasosas e alimentando o tempo deretenção das partículas no dito substrato.
Preferivelmente, existem canais abertos com ambosos tamanhos da dita folha de malha. A estrutura da folha demalha de arame é simples, sendo de fácil fabricação e aredução de partículas é alta, se comparado, por exemplo,com a folha lisa usada em canais abertos.
De acordo com uma modalidade da invenção, a ditafolha plana de malha de arame apresenta depressões. Issotambém induz a redução de partículas de gases impuras,através da diminuição da vazão dos gases impuros e doaumento de fixação das partículas no suporte.
De acordo com uma modalidade da invenção, asdepressões da folha corrugada foram niveladas com asdepressões da folha plana de malha de arame. Issoproporciona uma melhor resistência do substrato, pelo fatode proporcionar o travamento das camadas entre si.
De acordo com uma modalidade da invenção, otamanho médio da abertura da folha de malha é de 0,01 a 0,5mm, preferivelmente, de 0,05 a 0,3 mm, tal como, de 0,08 a0,2 mm.
De acordo com uma modalidade da invenção, odiâmetro da malha é de 0,02-0,24 mm. O diâmetro da malha,preferivelmente, é de 0,1-0,15 mm. Então, a resistênciamecânica é alta e a perda de pressão do fluxo de gás ébaixa.
De acordo com uma modalidade da invenção, onúmero de malhas da folha de malha é de 30 a 500. Pelomenos, uma parte do gás de exaustão pode circular atravésdas aberturas das folhas de malha. Isso proporciona afixação de partículas do gás de exaustão às superfícies dosuporte, proporcionando uma redução substancialmente melhordas partículas.
De acordo com uma modalidade da invenção, a ditafolha plana de malha de arame e a dita folha corrugadaforam fixadas entre si mediante soldagem/brasagem. Issoproporciona uma melhor resistência do substrato.
De acordo com uma modalidade da invenção, a(s)dita(s) folha(s) foi/foram pelo menos parcialmentecoberta(s) pelo suporte e/ou material catalítico. Umtamanho médio de poro preferível do dito suporte é acima de5 nm, preferivelmente, de 10 a 50 nm, tal como, de 15 a 20nm. Um tamanho de poro ótimo do suporte também depende dosgases de exaustão e das circunstâncias do fluxo de gáspróximo da(s) folha(s) de malha. Os gases de exaustão podemapresentar, por exemplo, um tamanho médio de partícula de 5a 2 00 nm e o tamanho médio de poro pode ser, por exemplo,de 5 a 20 nm.
Preferivelmente, o suporte compreende partículase/ou fibras grossas, as quais se projetam para fora doplano do dito suporte. Preferivelmente, o suporte apresentaum tamanho médio de partícula superior a 0,4 |im, tal como,de 1,5 a 3,5 |±m. Isso, essencialmente, induz a aderência departículas, dessa forma, melhorando a redução de partículasno dito substrato.
De acordo com uma modalidade da invenção, a(s)folha(s) foi/foram substancialmente coberta(s) com umsuporte tendo um tamanho médio de partícula superior a 1,4Mm e/ou tendo poros acima de 10 nm. Isso também melhora aredução de partículas impuras, mediante indução da fixaçãode partículas às folhas.
As partículas do gás de exaustão de motores decombustão podem ser eficientemente tratadas com umsubstrato tendo canais parcialmente abertos na forma defolha(s) de malha, de acordo com a presente invenção. Aredução de partículas de impurezas é surpreendentementealta, se comparada com tradicionais substratos. Também, aredução de impurezas gasosas é alta. A(s) folha(s) demalha, de acordo com a invenção, não causa(m) obstrução ouapenas uma mínima obstrução, de modo que não afeta (m) avelocidade de fluxo do gás de exaustão no substrato.Também, a perda de pressão no substrato é mínima.
0 substrato pode ser, por exemplo, um catalisadorde oxidação de partícula (POC) ou um catalisador SCR. Podeser também um catalisador de hidrólise. 0 substrato,preferivelmente, pode ser usado para purificar aspartículas impuras de gases de exaustão de motores decombustão. A estrutura do substrato pode variar, podendoser, por exemplo, enrolada, empilhada ou dobrada.
Descrição Detalhada da Invenção
Agora, algumas modalidades da presente invençãoserão descritas em maiores detalhes com referência aosdesenhos anexos.
A figura 1 mostra um substrato tendo folhacorrugada, apresentando depressões e uma folha plana demalha de arame.
Na figura 1, o substrato (1) compreende folhaslisas corrugadas (3) tendo depressões (3d) e folhas planasde malha de arame (2) tendo depressões (2d). Essas folhassão conectadas entre si e entre as ditas folhas (2), (3) sedispõem canais parcialmente abertos (POC) para o fluxo dogás de exaustão (EG). As depressões (3d) da folha corrugada(3) foram niveladas com as depressões (2d) da folha planade malha de arame (2). A profundidade da depressão (2d) dadita folha plana de malha de arame (2) é menor que a alturada corrugação (3c) da dita folha corrugada (3). Nessamodalidade, a profundidade da depressão (2d) , (3d) é decerca de 1 mm e a altura da corrugação (3c) é de cerca de 2mm.

Claims (17)

1. Substrato tendo folha(s) corrugada(s) efolha(s) plana(s) de malha de arame, e entre a(s) dita(s)folha(s) plana(s) e dita(s) folha(s) corrugada(s) de malhade arame são dispostos, pelo menos, canais parcialmenteabertos (POC) para o tratamento de gases de exaustão demotores de combustão, caracterizado pelo fato de que a ditafolha corrugada é uma folha corrugada de malha de arame(3), tendo depressões (3d) e a dita folha plana de malha dearame (2) apresenta depressões (2d), e que a profundidadeda depressão (2d) da dita folha plana de malha de arame (2)é 0,05-2,0 mm menor que a altura da corrugação (3c) da ditafolha corrugada (3) e as ditas folhas de malha de arame (2,15 3) possuem superfícies irregulares, tendo um tamanho médiode abertura de 0,01 a 0,5 mm e diâmetro de malha de 0,02 a-0,24 mm e as ditas depressões (3d) da folha corrugada (3)foram niveladas com as depressões (2d) da folha plana demalha de arame (2).
2. Substrato, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o tamanho médio de aberturada dita folha de malha de arame (2, 3) é de 0,05 a 0,3 mm eo diâmetro de malha da dita folha de malha de arame (2, 3)é de 0,1 a 0,15 mm.
3. Substrato, de acordo com as reivindicações 1ou 2, caracterizado pelo fato de que o número de malhas dadita folha de malha de arame (2, 3) varia de 30 a 500.
4. Substrato, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que aconstrução da folha de malha de arame (2, 3) é variável nadireção X e/ou na direção Y da dita folha de malha dearame.
5. Substrato, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que odiâmetro da malha da folha de malha de arame (2, 3) évariável na direção X, na direção Y e/ou na direção Z dadita folha de malha de arame.
6. Substrato, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que onúmero de malhas da folha de malha de arame (2, 3) évariável na direção X, na direção Y e/ou na direção Z dadita folha de malha de arame.
7. Substrato, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que adita folha de malha de arame (2, 3) é esticada na área deconexão da(s) folha(s) corrugada(s) (3) e folha(s) de malhade arame (2).
8. Substrato, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que adita folha de malha de arame (2, 3) é esticada na área deentrada do gás de exaustão.
9. Substrato, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que aprofundidade da depressão (2d, 3d) é de 0,2-2,0 mm.
10. Substrato, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que aaltura da corrugação (3c) é de 0,5-4,0 mm, preferivelmente,de 1,0-3,0 mm.
11. Substrato, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que adita folha plana de malha de arame (2) e dita folhacorrugada (3) de malha de arame foram fixadas entre simediante soldagem ou brasagem.
12. Substrato, de acordo com quaisquer dasreivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de queas ditas folhas (2, 3) foram, pelo menos, parcialmentecobertas por um material de suporte e/ou materialcatalítico.
13. Método de utilização de um substrato, deacordo com as reivindicações 1 a 13, caracterizado pelofato de que o dito método se destina à purificação de gasesde exaustão (EG).
14. Método de fabricação de um substrato tendofolha(s) corrugada(s) e folha(s) plana(s) de malha dearame, e entre a(s) dita(s) folha(s) plana(s) e dita(s)folha(s) corrugada(s) de malha de arame são dispostoscanais, pelo menos, parcialmente abertos (POC) para otratamento de gases de exaustão de motores de combustão,caracterizado pelo fato de que a dita folha corrugada é umafolha corrugada (3) de malha de arame tendo depressões (3d)e a dita folha plana de malha de arame (2) apresentadepressões (2d) , e que a profundidade da depressão (2d) dadita folha plana de malha de arame (2) é 0,05-2,0 mm menorque a altura da corrugação (3c) da dita folha corrugada (3)e as ditas folhas de malha de arame (2, 3) possuemsuperfícies irregulares, tendo um tamanho médio de aberturade 0,01 a 0,5 mm e diâmetro de malha de 0,02 a 0,24 mm e asditas depressões (3d) da folha corrugada (3) são niveladascom as depressões (2d) da folha plana de malha de arame(2) .
15. Método, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que a dita folha plana de malhade arame (2) é conectada à dita folha corrugada (3) demalha de arame mediante laminação.
16. Método, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que a dita folha plana de malhade arame (2) é conectada à dita folha corrugada (3) demalha de arame mediante empilhamento ou dobramento.
17. Método, de acordo com as reivindicações 14 a-16, caracterizado pelo fato de que a dita folha plana demalha de arame (2) e a dita folha corrugada (3) são fixadasente si mediante soldagem ou brasagem.
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