CN112673154B - 具有金属蜂窝体的催化转化器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于净化排气的催化转化器(7)，所述催化转化器包括蜂窝体(8)，该蜂窝体形成多个流动通道，通过所述多个流动通道能实现从气体入口侧沿轴向方向朝向气体出口侧的通流，所述催化转化器还包括围绕蜂窝体(8)的内壳部(9)、围绕内壳部(9)的外壳部(11)和布置在内壳部(9)与外壳部(11)之间的隔离区域(10)，其中，蜂窝体(8)、内壳部(9)、外壳部(11)和隔离区域(10)由刚好两个由金属箔形成的层(5、6)构成，所述两个层上下堆叠并且沿着横向于轴向方向(20)的卷绕方向(19)卷绕。

Description

具有金属蜂窝体的催化转化器
技术领域
本发明涉及一种用于净化排气的催化转化器，所述催化转化器包括蜂窝体，该蜂窝体形成多个流动通道，通过所述多个流动通道能实现从气体入口侧沿轴向方向朝向气体出口侧的通流，所述催化转化器还包括围绕蜂窝体的内壳部、包围内壳部的外壳部和布置在内壳部与外壳部之间的隔离区域。
背景技术
由金属蜂窝体制成的催化转化器以多种方式在现有技术中已知。通常，蜂窝体通过多个金属箔相互堆叠和随后的卷绕而产生。然后将蜂窝体插入到管状的壳部中并且与其材料锁合地连接。为了提供相对于催化转化器的周围环境的隔热，该壳部设计成多件式结构。特别地，壳部被分成外壳部和内壳部，其中，在外壳部与内壳部之间产生用于隔热的气隙。
在现有技术中的设备的缺点特别是，催化转化器一方面构造成多件式的，这提高了构件并且特别是构件的制造的复杂性，而另一方面例如通过单个环绕的气隙产生的隔热作用不足。特别是在高温时，这种隔热作用不足并且导致不期望的热损失增加。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种具有金属蜂窝体的催化转化器，该催化转化器具有特别简单的结构并且能够特别灵活地适配于其相应的使用目的。
在催化转化器方面的目的通过具有本发明的特征的催化转化器实现。
本发明的一个实施例涉及一种用于净化排气的催化转化器，所述催化转化器包括蜂窝体，该蜂窝体形成多个流动通道，通过所述多个流动通道能实现从气体入口侧沿轴向方向朝气体出口侧的通流，所述催化转化器还包括围绕蜂窝体的内壳部、围绕内壳部的外壳部和布置在内壳部与外壳部之间的隔离区域，其中，蜂窝体、内壳部、外壳部和隔离区域由刚好两个由金属箔形成的层形成，所述两个层上下堆叠并且沿着横向于轴向方向的卷绕方向卷绕。
根据本发明的催化转化器的特征尤其在于：该催化转化器完全由两个金属箔产生或由金属箔所形成的层产生。蜂窝体、内壳部、外壳部和隔离区域由两个层形成一件式结构。因此取消了在蜂窝体、壳部和隔离区域之间的装配过程和连接过程。
轴向方向指的是这样的方向：由蜂窝体形成的流动通道基本上沿该方向延伸。
卷绕方向横向于轴向方向并且沿着层的较长的伸展长度延伸。第一层的各个部段也沿着卷绕方向接连排列。
催化转化器的各个元件完全通过层的卷绕形成，催化转化器的元件由于第一层的各个部段的不同性质产生。这提供了如下优点，即，元件由于共同的第一和第二层已经一件式地彼此连接并且不必事后装配和连接。
特别有利的是，第一层被至少部分地结构化，而第二层是平滑的。
由于至少部分地结构化/至少部分地形成有结构的(例如具有波纹部或类似物的)第一层以及平滑的第二层——所述第一层和第二层被上下堆叠并且共同卷绕，可以以简单的方式产生催化转化器的不同结构。由于第一层的波纹形部段，流动通道可以因卷绕而产生，该流动通道最终在轴向方向上延伸穿过蜂窝体。
由于第一层的未被结构化的区域连同第二层，例如可以产生这样的壳部，该壳部在径向方向上界定蜂窝体。
通过设置平滑的第二层，可以防止第一层在卷绕时与位于径向内部或径向外部的区域钩住，其方法是例如使所形成的结构彼此接合。通过设置平滑的第二层，由第一层产生各层的物理分离。
平滑的层不必一定是完全平滑的，而是也可以具有比被部分地结构化的层明显更弱的波纹部。特别是平滑的层可以具有所谓的微波纹，其特征在于特别低的波纹高度。
还有利的是，第一层被划分成沿着卷绕方向彼此相邻地布置的多个部段。通过这些部段——所述部段可以在其结构方面分别设计为不同的，可以有利地利用共同的层来产生催化转化器的不同的元件。
一个优选的实施例的特征在于，第一层具有交替布置的结构化部段和平滑部段。
同样优选的是，第一层的第一部段与第二层一起形成具有流动通道的蜂窝体。为此，第一部段例如具有波纹部，该波纹部在卷绕时连同置于其上的第二层形成各个流动通道。通过第一部段的波纹部的设计方案可以影响流动通道的横剖面和单元密度。可以利用第一部段的长度影响所产生的流动通道的数量和通过卷绕产生的蜂窝体的尺寸。
此外有利的是，第一层的第二部段与第二层一起形成在径向方向上界定可通流的区域的内壳部。
由于平滑的第二部段连同平滑的第二层以及卷绕，可以形成紧凑的内壳部。可以根据内壳部的径向厚度影响第二部段的长度。当第二部段较长时，可以由第一部段产生蜂窝体的多次缠绕，由此使内壳部更厚并且更稳定。
此外，有利的是，第一层的第三部段与第二层一起形成隔离区域，该隔离区域将内壳部与外壳部间隔开。
该隔离区域特别是用于使蜂窝体与催化转化器周围环境隔热。具体而言，应当减少从催化转化器的散热，从而可以实现催化转化器的尽可能高的效率。
由于尽可能厚的隔离区域，可以限制在径向方向上的散热。第三部段同样可以具有例如卷边或波纹部，其在两层的卷绕过程中产生与通过进一步卷绕而后续形成的相应层的间隔。因此，可以产生尽可能大的、由隔离区域的各个层包围的空气体积。
附加地，第三部段可以具有减少散热或提高反射率的涂层，使得热辐射被径向返回地朝向蜂窝体的方向反射。
还有利的是，第一层的第四部段与第二层一起形成在径向外侧界定催化转化器的外壳部。
第四部段优选地未被结构化并且用于形成外壳部，该外壳部使蜂窝体、内壳部和隔离区域相对于外部封闭。此外，外壳部还用于将催化转化器与用于排气后处理的设备的其它管路或壳体连接。
因此，第四部段在轴向方向上的延伸长度也可以比第一层在其余部段中的更大。由此产生这样的外壳部，其在轴向方向上突出并且因此形成用于壳体和管道的连接点。
类似于第二部段形成内壳部的情况，也可以改变第四部段，使得外壳部具有更大的厚度。外壳部也可以具有隔热涂层，以减少径向散热。
此外有利的是，第一层的第三部段和/或第四部段被涂覆有降低辐射率的涂层和/或被涂覆有热导率低于所述层的基本材料的涂层。通过这种类型的涂层，可以减少在径向方向上向外的热传导和热辐射。这使得在蜂窝体的区域中温度更高并且因此致使催化转化器的效率更好。
因为辐射率非常低或者近似为零，所以形成层的金属箔在其大部分延伸长度上具有纯金属的表面或者具有低辐射率的表面。例如，反射率比金属箔本身的金属更高的金属涂层是合适的。
陶瓷涂层如铝(Al)、硅(Si)、铈(Ce)、锆(Zr)或类似物的氧化物以及PVD(物理气相沉积)涂层或CVD(化学气相沉积)涂层往往具有较高的辐射率，因此不适合于根据本发明的应用。然而，因为这些涂层具有非常低的热导率，所以在金属箔的有限区域中、特别是在层彼此接触的区域中的使用是有意义的。
因此特别有利的是，金属箔沿着其延伸长度具有不同的涂层，其中，特别是在层之间的接触点上可以使用与沿着其余延伸长度相比不同的涂层。
此外有利的是，第一层的第二部段和/或第二层在面向气体入口侧和/或面向气体出口侧的端部区域处具有穿透所述层的孔。借助于不同类型的孔或开口，有针对性地减小各个部段的相应的表面或所设计的导热的横剖面。特别是可以通过有针对性地减小表面来减少在蜂窝体的轴向方向上或者横向于该方向的热传导。孔和开口在此优选地可以具有与应用情况相关的形状，并且也可以在其尺寸和布置方面针对相应的应用情况进行定制。
本发明的有利的改进方案在各实施方式和下面的附图说明中进行描述。
附图说明
下面根据实施例参照附图对本发明进行详细说明。图中示出：
图1示出形成催化转化器的两个上下堆叠的层的透视图，
图2示出卷绕的催化转化器的剖面图，
图3示出波纹部的示意图，如层的各个部段可以具有所述波纹部那样，
图4示出突起结构(Noppenstruktur)以及层的各个部段可以具有这种突起结构的示意图，和
图5至图8分别示出层的各个部段的透视图，所述层具有穿透层的穿孔的不同布置结构。
具体实施方式
图1示出形成第一层5和第二层6的两个金属箔的透视图。两个层5、6是矩形的，并且在对应于完成卷绕的蜂窝体的轴向方向的方向20上具有较短的延伸长度，而沿着对应于卷绕方向的方向19具有较长的延伸长度，层5、6沿着所述卷绕方向被卷绕成蜂窝体或完整的催化转化器。
第一层5在方向19上具有四个彼此并排地布置的部段，这些部段形成完成后的催化转化器的不同区域。第二层6设计成完全平滑的。
从左到右，第一层5具有部段1至部段4。
部段1具有波纹部，其中，波峰和波谷平行于方向20走向。部段1在卷绕的状态中形成实际的蜂窝体，其中，波纹部连同平滑的层2形成各个流动通道，通过这些流动通道能实现沿轴向方向20的通流。
部段2设计成平滑的并与第二层6一起形成内壳部，该内壳部在径向方向上界定蜂窝体并因此界定排气可通流经过的表面。由于两个层5、6在部段2中的平滑的实施方案，内壳部同样是平滑的并且在卷绕之后两个层5、6在该区域中紧密地彼此贴靠。这一方面提高了稳定性，另一方面也使得能够产生高的温度稳定性。依照第二部段的长度而定，内壳部可以大体上设计成厚的并因此是稳定的。
第一层5的第三部段同样具有波纹部，其中，波纹密度在所示示例中较低。在卷绕时，连同第二层6的平滑部段一起产生隔离区域，该隔离区域布置在由部段2形成的内壳部与由部段4形成的外壳部之间。
隔离区域可以由示例性示出的、具有低的波纹密度的波纹部形成，另选地也可以选择具有其它形状的第一层5的部段3。
第一层5的部段4和第二层6都设计成平滑的，并且在卷绕状态中形成外壳部，同时该外壳部在径向方向上封闭催化转化器。
图2示出穿过根据本发明的催化转化器7的横剖面，其中，示出通过将两个上下堆叠的层5、6卷绕而产生的各个元件：蜂窝体8、内壳部9、隔离区域10和外壳部11。
图3示出波纹部12，该波纹部可以形成为第一层5的不同部段1至部段4中的那样。在外壳部与内壳部之间的接触点的数量可以受到波纹高度和波纹密度的变化的影响。由于目的是允许从内壳部到外壳部的尽可能少的热传递，因此有利的是，在内壳部与外壳部之间的直接接触点的数量尽可能少。
图4示出用于第一层5的部段1至部段4的另选的造型。通过压印/压花形成的突起13，在内壳部与外壳部之间的接触面可以进一步减小，其中，同时继续确保用于形成隔离区域所需的间隔。由于突起结构13，尤其使得在轴向方向上的热传导、也使得在径向方向上的热传导最小化。
图5示出第一层5尤其是部段2的视图。为了减少在轴向方向上的热传导，部段2在其轴向端部区域处具有穿孔14。穿孔14设计在一侧或两侧都有。在下面示出的第二层6也可以在贴靠在部段2上的区域中具有穿孔15。通过减少在卷绕状态中形成气体入口侧或气体出口侧的轴向端部区域处的材料，减少了在轴向方向上朝向气体入口或气体出口的热传递。由此可以减少催化转化器的冷却和特别是蜂窝体的冷却。
图6示出第一层5的设计方案，其中，穿孔16布置在轴向端部区域处并且还布置在轴向方向上位于端部区域之间的规定区域内。在图6的实施例中，特别是在部段1和部段2上的这些穿孔16分别布置在向部段2和部段3的过渡区域处。
由此，除了通过在图5中示出的措施减少在轴向方向上的热传导之外，也会减少在径向方向上的不期望的热传导。
图7示出穿孔17在部段1的轴向端部区域中的可能的布置结构，由此，同样会减少向气体入口侧和气体出口侧上的后续端面的不期望的热传导。
图8示出穿孔18在第一层5的部段1的轴向端部区域处和在部段1的面向部段2的边缘区域处的布置结构。由此，会减少在轴向方向上的热传导并且尤其是也减少在径向方向上的热传导。
层5、6除了具有不同的穿孔之外还可以具有减少热辐射的涂层。
图1至图8的具体实施例不具有限制性，而是用于说明本发明构思。

Claims (12)

1.一种用于净化排气的催化转化器(7)，所述催化转化器包括蜂窝体(8)，该蜂窝体形成多个流动通道，通过所述多个流动通道能实现从气体入口侧沿轴向方向朝向气体出口侧的通流，所述催化转化器还包括围绕蜂窝体(8)的内壳部(9)、围绕内壳部(9)的外壳部(11)和布置在内壳部(9)与外壳部(11)之间的隔离区域(10)，
其特征在于，
蜂窝体(8)、内壳部(9)、外壳部(11)和隔离区域(10)由刚好两个由金属箔形成的层(5、6)构成，所述两个由金属箔形成的层上下堆叠并且沿着横向于轴向方向(20)的卷绕方向(19)卷绕。
2.根据权利要求1所述的催化转化器(7)，其特征在于，所述两个由金属箔形成的层中的第一层(5)被至少部分地结构化，所述两个由金属箔形成的层中的第二层(6)是平滑的。
3.根据权利要求2所述的催化转化器(7)，其特征在于，第一层(5)被划分成沿着卷绕方向(19)彼此相邻地布置的多个部段(1、2、3、4)。
4.根据权利要求3所述的催化转化器(7)，其特征在于，第一层(5)具有交替布置的结构化部段和平滑部段。
5.根据权利要求3或4所述的催化转化器(7)，其特征在于，第一层(5)的所述多个部段中的第一部段(1)是结构化部段并且与第二层(6)一起形成具有流动通道的蜂窝体(8)。
6.根据权利要求3或4所述的催化转化器(7)，其特征在于，第一层(5)的所述多个部段中的第二部段(2)是平滑部段并且与第二层(6)一起形成内壳部(9)，该内壳部在径向方向上界定可通流的区域。
7.根据权利要求3或4所述的催化转化器(7)，其特征在于，第一层(5)的所述多个部段中的第三部段(3)是结构化部段并且与第二层(6)一起形成隔离区域(10)，该隔离区域将内壳部(9)与外壳部(11)间隔开。
8.根据权利要求3或4所述的催化转化器(7)，其特征在于，第一层(5)的所述多个部段中的第四部段(4)是平滑部段并且与第二层(6)一起形成在径向外侧界定催化转化器(7)的外壳部(11)。
9.根据权利要求7所述的催化转化器(7)，其特征在于，第三部段(3)被涂覆有降低辐射率的涂层和/或被涂覆有热导率低于所述第一层(5)的基本材料的涂层。
10.根据权利要求8所述的催化转化器(7)，其特征在于，第四部段(4)被涂覆有降低辐射率的涂层和/或被涂覆有热导率低于所述第一层(5)的基本材料的涂层。
11.根据权利要求6所述的催化转化器(7)，其特征在于，第二部段(2)在面向气体入口侧和/或面向气体出口侧的端部区域处具有穿透所述第一层(5)的孔。
12.根据权利要求2至4中任一项所述的催化转化器(7)，其特征在于，第二层(6)在面向气体入口侧和/或面向气体出口侧的端部区域处具有穿透所述第二层(6)的孔。
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