CN1096543C - 特别适用于小型发动机的径向催化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于小型发动机上的净化废气的金属的催化剂载体。载体由许多以蜂窝结构形式装在一起的条形薄片(9、10)构成。薄片构成了薄板叠体(2)，在薄板叠体中，总是相互邻接布置的薄片在相互间距、相互交替安置的连接部位(11)上牢固地相互连接。当薄板叠体被拉伸卷曲，薄板叠体形成空心体，由蜂窝构成径向气流通道(8)。本发明的薄板叠体(2)可用作催化器，特别适用于小型发动机。

Description

特别适用于小型发动机的径向催化器
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的金属的催化剂载体，以及一种特别是作为应用于小型发动机的催化剂载体的薄板叠体。
径向构造式的金属的催化剂载体已有公开，例如在WO96/09893中描述了这样一种径向催化器。这种公开的径向催化器由单个排列和相互叠放在一起的圆片构成，这些圆片中有径向延伸的气流通道。所述的这种径向催化器制成空心体，需要净化的废气流入空心体中，在那里转向，沿径向通过单个圆片之间形成的气流通道，流到外面。
这种所述的径向催化器的缺点在于：它由许多单个具有局部构造的圆片组成，需要加工组装，并且必须堆叠地使用。因此它的加工费用也比较高，由于这个原因，它不适合作为催化剂载体应用在小型发动机上。
DE 36 22 115 C1公开了一种轴向构造的催化剂载体，它是由一个庞大的部分连接叠层体构成，制造和安装这种部件也是比较贵的，这种技术状况不适合用在径向催化器上。
本发明的任务在于制造一种紧凑、高效的径向催化器，它特别适用于小型发动机，排气系统不需要增大体积，制造成本较低，可以以薄板叠体的形式预制成半成品，可以在根本上不增加制造设备的情况下以一种简单的制造方法在尤其是用于小型发动机的催化剂载体中很容易地形成这种半成品。
本发明的任务将通过具有权利要求1特征的金属的催化剂载体和通过具有权利要求2特征的薄板叠体完成。
完成本发明任务的进一步方式将在从属权利要求中说明。
根据本发明，特别是应用于小型发动机的废气净化的金属的催化剂载体具有一个蜂窝结构，蜂窝结构是由许多条形耐高温、耐腐蚀的薄片组成。根据本发明，薄片构成了一个薄板叠体，薄板叠体在制成后具有块状结构。在薄板叠体中，各个相互相邻布置的薄片在相互间隔、相互交替安置的连接部位上固定地相互连接在一起；在将薄片盒卷曲成空心体后，在蜂窝结构中形成了气流通道，气流通道垂直于载体纵轴方向延伸或者至少有一个与纵轴相对应的径向部分，所述的空心体使得薄板叠体可以拉伸。
根据本发明的催化剂载体的一个主要的优点是，通过使用预先制成的半成品作为薄板叠体，一方面省去了如现有技术那样的圆片形式的众多单个零件，另一方面通过简单地绕着轴、管或者类似物设置薄板叠体，使之形成基本上为圆筒形或截锥形的空心体，从而省去了制造现有的催化剂载体的复杂工艺。如果薄板叠体被制成空心体，只需要把以后将相互碰在一起的薄片两端相互连接在一起，而不需要其它设备就能把催化剂载体保持在一起或者使催化剂载体保持整体形状。由此有可能很经济地制造更小的用于小型发动机的废气净化的催化器，，并且容易适合现有的已确定了排气管系统的尺寸。
根据本发明，特别适合于用作小型发动机的催化器被制成旋转空心体的薄板叠体由许多条形薄片组成，它们在相应的连接部位连接在一起，由此在制造中，当相互邻接布置的薄片相互接触时，形成块状板叠。当薄片相互相邻设置时，其连接位置相互交错设置并相互固定连接，使得薄板叠体延展时形成一个基本上平的柔性蜂窝结构。最好是绕着轴或管卷曲成平柔性蜂窝结构，从而使柔性蜂窝结构的边端相应地连接起来形成一个基本上为圆筒形或圆锥形的空心体，便可以延展根据本发明的柔性蜂窝结构。圆筒形的空心体具有自稳定性，不需要另外的固定元件来保持它的形状。由此也很容易把它与小型发动机的排气系统集成在一起，而且也不需要改变现有的排气系统的尺寸。由本发明所述的薄板叠体制成的这种催化剂载体的制造成本很低。
按照最佳实施例，总是相邻布置的薄片在其宽度边上具有直线形连接部位。这种倾斜的或基本上垂直与条形薄片的纵边缘的直线形连接部位，其优点是所形成的薄板叠体具有很好的拉伸能力，由此可产生一个柔性蜂窝结构，它可以绕着直径较小的轴卷曲。
按照另一个最佳实施例，连接部位是平面形。最好是将连接部位制成矩形，该矩形基本上垂直于条形薄片的纵边缘延伸，或者按照另一个最佳实施例，也可以倾斜布置。
按照另一个最佳实施例，连接部位是三角形或梯形。三角形或梯形的连接部位优点是，在将薄板叠体卷成一个圆柱形空心体时，它的形状与圆柱体形状没有桶形偏差，就如同在基本上垂直于条形薄片的纵边缘延伸的、构成直线形的或面积为矩形的连接部位时一样。
为更好地适合各种截锥形的需要，各个连接部位之间的间距在条形薄片的方向上也可以增大，和/或减小连接部位的宽度，由此，当载体成为中空截锥体时，将形成横截面不断增加的相应的通道。流体进口面积是由截锥体形状构成的，在流动方向上形成喇叭形，也就是圆锥形。对径向催化器而言截锥体形状对平均分配气流是非常有利的。
薄板叠体的制造非常简单，在连接部位上将薄片粘接、钎焊或焊接，最佳方式是超声焊接。这些方法实施起来快而且经济，使得可以经济地提供作为预先制成的半成品的薄板叠体。
当薄板叠体被卷成圆筒形空心体，蜂窝结构上的单个蜂窝就形成了在径向上延伸的气流通道。作为催化剂载体的薄板叠体部件，它的薄片主要由耐高温的材料制成，在制成薄板叠体或者圆筒形空心体之前，在薄片上涂敷催化剂，但是，也可以在制成薄板叠体或制成圆柱形空心体状的催化剂载体之后，再涂敷催化剂涂层。
需要说明的是，可以非常简单地对根据本发明的蜂窝体进行涂浆和/或催化活性涂层，这是因为已经有了许多的气流通道，所以可以通过浸润或从不同的方向进行喷涂来完成涂层。通过紧接着绕着催化剂载体的纵轴旋转催化剂载体，可以非常干净均匀地除去多余的涂层材料。
本发明的另一些优点、特征和应用，将结合实施例进一步详述。
本发明的附图有：
图1.本发明所述的径向催化器在排气系统中的基本布置，表示了在催化剂载体内部的气体流动；
图2.本发明所述的由蜂窝元件构成的薄板叠体；
图3a)至e)。根据图2，由薄板叠体中相互邻接布置的不同形式的薄片构成的蜂窝结构实施例。
在图1中，表示了一个根据本发明的、在用气流线路3、5表述的排气管罩7中的径向催化剂载体1或更确切地说是催化剂载体1的基本布置。催化剂载体1为一个空心体，其内部包括一个空心区域4。废气流3通过排气管6进入催化剂载体1的内部区域4。内部区域4与催化剂载体1中的废气流3的进入区域相对应的另一端被封闭起来。由此，来自内部区域4的废气流3掉头，沿着径向，通过在蜂窝结构中形成的气流通道8径向朝外流到外室，外室是在排气管罩7内围绕着催化剂载体1。废气流3在排气管6中沿与催化剂载体1的纵轴15的同轴方向流动。
图2是根据本发明的一个实施例，表示通过延展薄板叠体形成蜂窝结构。总是相邻布置的薄片在交替布置的直线形连接部分11处相互固定连接在一起，由此，当延展在初始状态基本上是平的薄板叠体时，形成了带有气流通道8的基本上平的柔性蜂窝结构。在此，气流通道8总是由相邻布置的薄片9、10构成。废气流3在垂直于催化剂载体1的纵轴15的方向上通过流动通道8。延展后的平的蜂窝结构是具有柔性，因而可以被卷曲成不同的形状，并由此使催化剂载体容易获得满意的横断面。尤其是，可以绕着一根芯轴的这种平的蜂窝结构卷曲成一个基本上圆柱形的空心体。当选择相对薄的薄片和相对柔软的蜂窝结构时，初始的平的蜂窝结构也可以绕着多角的核体，例如三角、四角或多角形，或椭圆，或者大致成平的椭圆的形状卷曲。由此，可获得一个这样的催化剂载体，它形成一种形状，这种形状容易适合由排气管罩7预先确定的壳体形状。
在图3a)至3e)中，表示了连接薄片9、10的连接部位11、12、13、14的不同的实施形式。在图3a)中，设有相邻的薄片9、10的直线形的连接部位11。这种直线形的连接部位11基本上垂直于条形薄片9，10的纵边缘。
在图3b)中，直线形的连接部位11相对于条形薄片9、10的纵边缘倾斜。通过连接部位11的这样的倾斜布置，对形成的空心体的催化剂载体1基本上构成了斜穿的气流通道8。这个气流通道8包括一个与纵轴15的方向垂直的气流方向分量5。斜穿的流动通道8的优点在于：提高了通过催化剂载体的流动废气3的滞留时间，并由此提高了催化剂的净化效率。
在图3c)中，表示了基本垂直于条形薄片9、10的纵边缘延伸的平面形状的连接部位12，它的宽度为B，相互间隔为A。由于相互邻接布置的薄片9、10通过这种矩形平面形状的连接部位12相互连接，使得薄板叠体在延展成蜂窝结构时具有更大的强度。
图3d)中，表示了三角形平面形状连接部位13。当使用图3a)和3c)所示的直线形连接部位11或12时，在将蜂窝结构卷成一个基本上为圆柱体的空心体时，于是产生了一个不同于准确的圆筒形的桶形偏差。使用三角形的连接部位13，或梯形的连接部位14就能避免这一点，如图3e)所示。在形成平面连接部位12、13、14时，一方面每一个连接部位12、13或14的整个面积可以牢固地与相邻的薄片9或10连接，另一方面该面积的周边也只能与每一个相邻的薄片9或10形成直接连接。
由平的柔性蜂窝结构作为预先制成的半成品制造催化剂载体，可以生产紧凑的、净化效率高的、低成本的催化器，这样的催化器特别适用于小型发动机的废气净化。应用这种安装简便和容易制造的催化剂载体，基本上没有提高用小型发动机装备的设备的制造成本。由于净化了废气，保证改善了机器周边环境和改善了使用机器的人的健康条件。
符号目录
1  催化剂载体
2  薄板叠体
3  废气流
4  内部区域
5  气流径向方向分量
6  排气管
7  排气管罩
8  气流通道
9  薄片10  薄片11  直线形连接部位12  平面形连接部位13  三角形平面连接部位14  梯形连接部位15  纵轴A   连接部位间距B   连接部位宽度

Claims (28)

1.用于净化废气的金属催化剂载体，包括：
一根纵轴线；
一个由许多条形薄片组成的蜂窝体结构，所述条形薄片具有相邻的薄片，这些薄片在相间且交替安置的连接部位上固定地连接在一起；其特征在于：
所述薄片形成一个薄板叠体，该叠体在沿着所述薄板叠体延伸的空心体内围绕着所述纵轴线卷绕并在所述蜂窝体结构中形成一条气流通道；和
所述气流通道具有至少一个与纵轴线垂直的方向分量。
2.如权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于，所述空心体选自空心圆柱体和空心截头圆锥组。
3.如权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于，所述薄片具有一个宽度，所述连接部位在所述薄片的所述宽度上为直线形形状。
4.如权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于，所述连接部位为平面形。
5.如权利要求3所述的催化剂载体，其特征在于，所述连接部位在薄片的宽度上倾斜延伸。
6.如权利要求4所述的催化剂载体，其特征在于，所述薄片具有一个宽度，所述连接部位在所述薄片的所述宽度上倾斜延伸。
7.如权利要求4所述的催化剂载体，其特征在于，所述连接部位具有从三角形和梯形组成的组中选出的形状。
8.如权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于，所述连接部位具有沿着所述条形薄片增大的连接部位之间的间距。
9.如权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于，所述连接部位具有沿着所述条形薄片减小的宽度。
10.如权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于，所述连接部位具有沿着条形薄片增加的连接部位之间的间距和沿着所述条形薄片减小的宽度。
11.如权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于，所述薄片在所述连接部位处由从粘接、钎焊、焊接和超声焊接中选出的连接技术连接在一起。
12.如权利要求1所述的催化剂载体，其特征在于，所述薄片由铬-铝-钢合金制成。
13.形成中空体的薄片叠体，包括：
许多耐高温材料制成的薄片叠体，所述薄片具有催化作用涂层，所述薄片在相间的连接部位上固定连接，其特征在于：所述薄片包括相互交替安置的相邻薄片，这些薄片形成一个柔性的蜂窝体结构，在延展薄片叠体的时候废气可以流过该结构。
14.如权利要求13所述的薄片叠体，其特征在于，所述薄片被制成一个围绕着纵轴线设置的中空体，该中空体具有气流通道，这些气流通道具有至少一个径向方向分量。
15.如权利要求14所述的薄片叠体，其特征在于，所述中空体从中空圆筒和中空截头锥体构成的组中选出。
16.如权利要求13所述的薄片叠体，其特征在于，所述薄片具有一个宽度，所述连接部位在所述薄片的所述宽度上直线形形状。
17.如权利要求13所述的薄片叠体，其特征在于，所述连接部位为平面形。
18.如权利要求16所述的薄片叠体，其特征在于，所述连接部位在所述薄片的所述宽度上倾斜延伸。
19.如权利要求17所述的薄片叠体，其特征在于，所述薄片具有一个宽度，所述连接部位在所述薄片的所述宽度上倾斜延伸。
20.如权利要求17所述的薄片叠体，其特征在于，所述连接部位具有从三角形和梯形组成的组中选出的形状。
21.如权利要求13所述的薄片叠体，其特征在于，所述连接部位具有沿着所述条形薄片增大的连接部位之间的间距。
22.如权利要求13所述的薄片叠体，其特征在于，所述连接部位具有沿着所述条形薄片减小的宽度。
23.如权利要求13所述的薄片叠体，其特征在于，所述连接部位具有沿着条形薄片增加的连接部位之间的间距和沿着所述条形薄片减小的宽度。
24.如权利要求13所述的薄片叠体，其特征在于，所述薄片在所述连接部位处由从粘接、钎焊、焊接和超声焊接中选出的连接技术连接在一起。
25.如权利要求13所述的薄片叠体，其特征在于，所述薄片由铬-铝-钢合金制成。
26.用于制造净化废气的金属催化剂载体的方法，其特征在于：
将许多条形薄片放在一起，以便形成一个具有许多相互相邻薄片的薄片叠体；
在相互相间且交替安装的连接部位上将相互相邻的薄片固定连接；和
围绕着一根纵轴线将薄片叠体卷绕成一个中空体，使得薄片叠体延展成一个蜂窝体结构，该蜂窝体结构具有气流通道，这些气流通道具有至少一个垂直于纵轴线方向的方向分量。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，通过围绕着一个芯轴卷绕来完成卷绕步骤。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，由具有许多耐高温材料制成的条形薄片的条形薄片叠体构成催化剂载体，所述的薄片具有催化反应涂层，这些薄片在相间设置的连接部位上固定连接在一起，薄片包括相互交替安置、构成一个柔性蜂窝体结构的薄片，在延展薄片叠体的时候废气流可以流过该柔性蜂窝体结构。
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