CN104879196A - 变目数催化剂 - Google Patents
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Abstract
一种汽车、摩托车和通用汽油机尾气催化技术领域的变目数催化剂，能显著提高催化剂的耐久性和转化效率。将本发明的金属(或陶瓷)载体截面上的小孔目数从金属载体(或陶瓷)截面中心沿径向至金属(或陶瓷)载体截面边缘方向逐渐减小，涂上催化剂涂层后构成本发明；或者将本发明的金属(或陶瓷)载体截面上的小孔由2～10种目数的小孔组的组合而成，小孔组按小孔目数从小到大，从金属(或陶瓷)载体截面边缘沿径向至截面中心顺序排列，涂上催化剂涂层后构成本发明。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车、摩托车和通用汽油机尾气催化技术领域的催化剂，具体涉及一种变目数的催化剂。
背景技术
目前公知的所有汽车、摩托车和通用汽油机技术领域的催化剂是由金属载体(或陶瓷载体)和涂在其内孔表面的催化剂涂层构成。金属(或陶瓷)载体的截面上均匀分布着很多小孔，单位面积上分布孔的数量，用目数表示。目数的单位为cpsi，即每平方英寸上的孔的数量。目数直接反映了孔的大小，尾气催化工程实践中目数通常以50或100的倍数作为计量管理，目数越大对应孔的截面积越小。金属(或陶瓷)载体的截面上的小孔截面积大小相同且均匀分布。催化剂安装在汽车、摩托车和通用汽油机的尾气排放系统的消声器的管道中，废气通过催化剂截面的小孔与催化涂层接触，发生催化化学反应达到净化尾气的效果。由于尾气在管道中的流速一般呈指数分布，即每点的流速不同。为了便于理解将圆形管道中心到边缘的半径分三等分，以管道中心为中心以3等分点为半径画圆，将圆管截面分成3份，即得到一个中心圆截面，一个中间圆环面和一个外圆环截面，根据流体力学常识通过管道中心的圆截面的气体为平流流速最快，通过外圆环截面的气体为紊流流速最慢，通过中间圆环面的气体介于平流和紊流之间，流速也介于两者之间。将催化剂也按上诉方法也将其截面分成对应3份。由于现有催化剂的截面上的小孔孔径大小相同且均匀分布，所以相同流速的气体通过催化剂的截面上的任一小孔的阻力都是相同的。由于管道中心圆截面的气体为平流流速最快，同时平流流过小孔的阻力相对紊流小，所以在发动机尾气通过安装在消声器管道中的催化剂时，大部分的尾气通过催化剂中心圆截面流出；而通过催化剂外圆环截面的气体流速最慢，且为紊流，流过小孔的助力值大，所以只通过了一小部分气体。通过催化剂中间圆环面的尾气量介于两者之间。将催化剂体积等分为9等份，通过计算催化剂外圆环截面、催化剂中间圆环面和催化剂中心圆截面面积对应催化剂的体积分别为5等份、3等份和1等份。5等份体积的外圆环催化剂只承担了一小部分的尾气催化反应，所以利用率低；而催化剂中心的1等份催化剂却承担了大部分的尾气处理任务，利用率高却负担太重。由于大部分尾气从催化剂中心截面的催化剂快速通过，而不能与催化剂涂层有充分的时间接触，所以尾气催化转化效率不高；同时尾气处理量大，发热量大，热量不易传导出去，所以催化剂中心截面的催化剂老化失效快，极端情况下还可能烧毁。而催化剂外圆环截面的催化剂，体积最大却承担的很少的尾气催化任务，其催化效能没有得到充分发挥；同时它离消声器的管道近，更易将催化反应产生的热量传导给消声器管道，大大降低了因高温而造成的催化剂老化失效或烧毁。所以在工程实践中往往判断为失效的催化剂的外圈部分，往往还保持良好的催化活性，而仅仅是催化剂中心部分老化失效或烧毁。
发明内容
为加大对催化剂的有效成份的充分利用，提高催化剂的耐久性，在保证催化性能的同时，又能降低催化剂成本，本发明提供一种催化剂，在保证同等的催化性能的同时可以减少贵金属的使用量，而且可以有效提高催化剂的耐久性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：根据相同流速的气体通过大截面积孔的阻力比小截面积孔的阻力小的基本原理，同时根据发动机尾气在管道中流速呈指数分布的现象，在相同规格催化剂截面积上总孔数不变的的情况下(即该规格催化剂对应的目数保持不变)，催化剂截面上的小孔的目数从催化剂截面中心沿径向至催化剂截面边缘逐渐减小。即将催化剂截面中心小孔截面积减小，将离催化剂截面中心越远的小孔的截面积逐渐增大。催化剂截面中心小孔截面积减小后增大了尾气流过的阻力，从而减小了尾气通过量，由于减小了尾气的处理量就减小了催化剂中心催化反应时的发热量，能显著提高了催化剂中心部分的寿命，从而使整个催化剂的耐久性显著提高。由于离催化剂截面中心越远的小孔的截面积逐渐增大，使尾气通过的阻力相对逐渐减小，从而能使更多的尾气通过催化剂中心以外的边缘小孔，与更多的催化涂层更充分的接触，达到显著提高催化转化效率的目的，所以能达到相同催化转化效率的前提下可以减少催化剂涂层的用量，催化涂层中含有贵金属，所以就可以减少贵金属的用量，带来可观的经济和社会效益。同时催化反应产生的热量也能更好的传递到安装催化剂的消声器的管道上去，从而也显著提高催化剂的耐久性。本发明实质也是将催化剂的金属载体(或陶瓷载体)上的小孔目数分布做了上述创新。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的渐变目数卷制的金属载体截面视图。
图中1.外壳，2.铁铬铝薄片。
图2是本发明的采用三种目数小孔组卷制的金属载体截面视图。
图中1.外壳，2.外圆环截面小孔组，3.中间环截面小孔组，4.中心圆截面小孔组。
具体实施方式
在图1中，铁铬铝薄片(2)卷制成蜂巢状焊接装配在外壳(1)内，铁铬铝薄片(2)在压波卷制过程中构成小孔，小孔的目数如图1从金属载体截面中心沿径向至金属载体截面边缘(即外壳1)方向逐渐减小，构成本发明的金属载体，涂上催化剂涂层后构成本发明，为了便于工程实践管理本发明所有小孔总和后的平均目数为50或100的倍数。对于本发明使用陶瓷载体时，也是将小孔的目数从陶瓷载体截面中心沿径向至陶瓷载体截面边缘方向逐渐减小，构成本发明的陶瓷载体，涂上催化剂涂层后构成本发明，为了便于工程管理实践本发明用陶瓷载体时所有小孔总和后的平均目数也为50或100的倍数。
在图2所示的另一个实施例中，外圆环截面小孔组(2)、中间环截面小孔组(3)、中心圆截面小孔组(4)按小孔目数从小到大，顺序装配焊接在外壳(1)中，构成本发明的金属载体，涂上催化剂涂层后构成本发明。同一小孔组的小孔目数相同。根据本发明的截面规格大小不同，截面小孔可以是2～10种目数的小孔组的组合，小孔组按小孔目数从小到大(即小孔截面积由大到小)，从金属载体截面边缘(即外壳1)沿径向至截面中心顺序排列，为了便于工程管理实践本发明所有小孔总和后的平均目数为50或100的倍数。这样的结构同样也适用于陶瓷载体。
Claims (6)
1.一种汽车、摩托车和通用汽油机尾气催化剂，其特征在于：本发明截面上的小孔的目数从本发明截面中心沿径向至本发明截面边缘方向逐渐减小，所有小孔总和后的平均目数为50或100的倍数。
2.一种汽车、摩托车和通用汽油机尾气催化剂，其特征在于：本发明的截面上的小孔由2～10种目数的小孔组的组合而成，小孔组按小孔目数从小到大，从本发明截面边缘沿径向至截面中心顺序排列，且所有小孔总和后的平均目数为50或100的倍数。
3.一种汽车、摩托车和通用汽油机尾气催化剂的金属载体，其特征在于：金属载体截面上的小孔的目数从金属载体截面中心沿径向至金属载体截面边缘方向逐渐减小，所有小孔总和后的平均目数为50或100的倍数。
4.一种汽车、摩托车和通用汽油机尾气催化剂的金属载体，其特征在于：金属载体截面上的小孔由2～10种目数的小孔组的组合而成，小孔组按小孔目数从小到大，从金属载体截面边缘沿径向至截面中心顺序排列，且所有小孔总和后的平均目数为50或100的倍数。
5.一种汽车、摩托车和通用汽油机尾气催化剂的陶瓷载体，其特征在于：陶瓷载体截面上的小孔的目数从陶瓷截面中心沿径向至陶瓷载体截面边缘方向逐渐减小，所有小孔总和后的平均目数为50或100的倍数。
6.一种汽车、摩托车和通用汽油机尾气催化剂的陶瓷载体，其特征在于：陶瓷载体截面上的小孔由2～10种目数的小孔组的组合而成，小孔组按小孔目数从小到大，从金属载体截面边缘沿径向至截面中心顺序排列，且所有小孔总和后的平均目数为50或100的倍数。
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