CN1507532A - 柔性金属催化剂载体,由其制成的适合催化剂元件和安装该元件的方法 - Google Patents

柔性金属催化剂载体,由其制成的适合催化剂元件和安装该元件的方法 Download PDF

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Abstract

一种柔性难熔金属载体(46)可以在其上涂敷一锚固层(47)，以提高催化涂层(48)在载体(46)上的粘结力。适合催化剂元件(26，82，82′，126，226，326)可以被弯曲以与其将被安装在内的弯曲或弯折排气管(20，220，320)相一致。柔性难熔金属载体可以是管状例如其中形成有穿孔(54)的载体(46)，或者可以是金属条(76)，所述条被折叠成手风琴式褶(80)并在其中具有穿孔(78)。穿孔(54，78)用于使废气通过。可以设置一系列内封闭件(58)和环形隔板(60)，以给气体提供流过排气管(22)的蜿蜒流动通道，排气管(22)中包含适合的催化剂元件(226)。可以提供一安装元件(68)，用以将适合的催化剂元件(226)的一端固定到排气管(220)的排出端。

Description

柔性金属催化剂载体，由其制成 的适合催化剂元件和安装该元件的方法
相关申请的前后参照
本申请是1999年4月29日提交的题为“具有电弧喷射基底的催化剂元件和制造该元件的方法”的系列申请09/301626的部分延续，所述系列申请本身又是1998年5月1日提交的题为“具有电弧喷射基底的催化剂元件和制造该元件的方法”的系列申请09/071,663的部分延续。
本发明的背景
发明领域
本发明涉及柔性难熔金属载体，可以在其上涂敷一种催化剂成分来提供适合的催化剂元件(conformable catalyst member)。更具体地说，本发明涉及难熔金属载体，其可以被涂敷以催化剂成分，然后被弯曲，以便能将形成的适合催化剂元件插入弯曲管道等元件中，例如插入汽油机或柴油机的排气歧管或排气管中。
相关技术
当然，在现有技术中提供催化剂(器)来处理废气例如内燃机的废气是众所周知的。通常，这种催化剂(器)包括一个刚性载体，例如所谓的“蜂窝”型载体，其包括一种陶瓷类的材料，例如堇青石或多铝红柱石，其通常为圆柱状或椭圆柱状并具有多个从前表面延伸到后表面的细的气体流动通道。这些气体流动通道的壁被涂以催化材料，例如一种由干燥的、细小的颗粒状难熔金属氧化物如活性氧化铝的煅烧涂层所组成的材料，其中分散有一种或多种催化金属成分。例如，后者可以是铂、铂加铑中的一种或多种，和多价基金属氧化物如钴、镍、铁或锰的氧化物中的一种或多种。在现有技术中使用由一对叠置的难熔金属条构成的载体也是已知的，例如一个平的和一个波纹状的不锈钢条。将所述叠置条紧紧地缠绕成一个圆筒，因此交替的波纹状和平的金属条形成多个从金属支承前表面延伸到后表面的细小气体流动通道。可以将催化材料如上面所述的干燥和煅烧的含水淤浆微粒涂敷在这些气体流动通道上。在任一情况中，无论是由陶瓷状材料挤压的或由紧紧地螺旋缠绕的平的和波纹状金属条形成的，最终产生的载体都是刚性的。为了提供足够的催化材料来进行待处理废气的净化，这些刚性催化剂元件通常具有比它们放入的废气管道直径大的多的直径。因此，将这些刚性催化剂元件装入罐中、如不锈钢罐中，加上截锥形的入口和出口端是众所周知的，截锥形端部的较大底部连接到一柱状壳体上，该壳体容纳刚性催化剂元件。截锥形端部的较小端远离刚性催化剂元件并被制成一定的尺寸，以便分别连接到进口和出口管道，其使废气进入刚性催化剂元件并将废气从刚性催化剂元件带出。
前述结构在现有技术中是旧的和已知的。在现有技术中还知道这种催化材料涂到金属基底上是通过在金属基底上涂上作为金属和催化活性层之间中间层的金属间化合物来增强的。例如，1993年4月20日公布的I.V.Gorynin等人的题为“催化剂成分及其制备方法”的专利US5,204,302(“′302专利”)中示出了这种设置。′302专利披露了一种承载在金属基底上的多层催化剂材料。所述金属基底(第4栏，第64～68行)可以是任何包括不锈钢和低合金钢的热稳定金属。如该专利的图1和第4栏第32行及其后等所述，一种火焰喷涂或等离子喷涂装置(图2和第5栏第32行及其后)被用来给金属基底11施加粘性的底层12，其作为一种密集的(实心的)盘状结构以截面示出。粘性底层1 2包含一种由多个金属对中任何一个(对)形成的自粘结金属间化合物，所述金属对包括铝和镍并在′302专利的第5栏1至6行中被披露。在底层12上面喷涂催化活性层14(图1)，而且层14具有一种成分梯度，即离分界面越远催化活性成分含量越高(第5栏7至24行)。催化活性层可以是氧化铝，优选的是γ-氧化铝，而且还可以包括特定的金属氧化物稳定剂如CaO、Cr2O3等和金属氧化物催化物质如ZrO2，Ce2O3等。多孔层18(图1和第5栏第25至32行)包含一些催化活性成分和作为孔形成化合物如MnCO3、Na2CO3等的分解产物的过渡金属氧化物。在多孔层上可以施加任意一种催化剂涂层19，最好是通过磁电管喷镀(magnetronsputtering)(见第4栏第56至63行和第8栏第24行及其后)。
所谓的“金属泡沫材料”以及它们在用于处理机动车废气的催化剂的基底或载体中的应用在现有技术中也是已知的。例如1963年11月19日公开的Ball的US3,111,396中披露了一种制造多孔“金属泡沫材料”的方法。实质上，该方法包括形成多孔有机构件如网、织物或硬化了的泡沫构件如开孔海绵，用液体媒介中粉末金属的液体悬浮液将所述构件浸渍，并将浸渍构件干燥和加热以去掉液体媒介，然后再加热所述有机构件以使它分解并将金属粉末烧结为一种连续的形状。尽管产生的金属构件在制造过程中没有起泡，但是它仍然被描述为泡沫材料，这是因为它的最终结构类似泡沫材料的结构。
在1997年2月24至27日于密歇根州底特律举行的国际会议和博览会上提出了Arun D.Jatkar撰写的题为“一种用于汽车催化转化器的新催化剂支承结构”的SAE(汽车工程师协会)学术论文971032。该论文披露了金属泡沫材料作为汽车催化剂基底的应用，并指出由FeCrAlloy和ALFA-IV铁素不锈钢粉末制成的泡沫材料至少在初步实验中被认为可以成功地用作汽车催化剂基底。加有贵金属的陶瓷中间层(washcoat)被沉积在Astro Met公司生产的ALFA-IV金属盘上。所述中间层包γ-氧化铝和氧化铈，其上以4∶1的比例分散有铂和铑，用以在每立方英尺泡沫材料支承的催化剂上提供40克贵金属。一般认为这种被催化的基底在处理碳氢化合物排放物中是有效的。
在高级材料年刊(Journal of Advanced Material)1994，1(5)471-476中公布的、Pestryakov等人题为“基于泡沫金属的催化剂”(Catalysts Based Onthe Foam Metals)中提出将泡沫金属用作用于小汽车发动机废气催化中和的催化材料的载体基底。建议在金属泡沫材料和催化材料之间使用具有大表面面积的氧化铝的中间层，这通过将其直接沉积在泡沫材料载体上实现。除了增加基底的表面积，氧化铝还被用于防止基底表面受到腐蚀。
EMITECH，GmbH的Reck等人题为“用于两轮和三轮客车中催化转换器的金属基底和热管(hot tube)”的SAE论文962473中指出使用催化转换器和热管来处理小型摩托车和摩托车的废气，特别是那些具有两冲程发动机的车辆。
用于催化材料的金属丝网载体在商业上是可得到的，并包括已经被等离子喷涂的金属丝，等离子喷涂是为了在其上形成粗糙表面以提高沉积在其上的催化材料的粘着力。
发明内容
总体上，本发明涉及一种用于催化材料的柔性难熔金属载体。涂敷有催化材料以提供适合催化剂元件(conformable catalytic member)的柔性载体可以被弯曲或折叠，以容许适合的催化剂元件插入受到限制的和弯曲或者折弯的区域，例如内燃机排气管的弯曲部分。适合的催化剂元件可以容易地插入传统刚性催化剂元件通常不能到达的区域。本发明还提供了一种利用载体的柔性和可适应特性安装这种适合催化剂元件的方法。在一些情况中，可以将未涂催化剂的柔性载体插入排气管等的弯曲或受限制部分，以用作火焰消除器。
具体地，根据本发明，提供了一种柔性难熔金属载体，其可以有选择地具有多个形成在其中的穿孔，并在其上涂覆一锚固层(anchor layer)，例如一金属间锚固层，当柔性载体被弯曲时，该层能接收催化涂层并使催化涂层在载体上保持完好。
在本发明的一有关方面中，柔性载体可以是管的形状，例如一种波纹构造的管。
本发明的一方面提供了一种柔性难熔金属载体，其包括下述元件：(a)一定长度的柔性管，该管具有(i)一外表面，(ii)一限定一管通道的内表面，和(iii)多个沿至少一部分管道长度延伸的穿孔；(b)一个或多个从管道外表面向外径向延伸的环形隔板；和(c)一个或多个内封闭件，用于封闭管通道但至少留下一些穿孔是开口的。环形隔板和内封闭件沿管的长度方向彼此交错设置，而且沿管的长度至少和环形隔板及内封闭件同延伸范围地设置穿孔。
根据本发明的另一方面，提供了一种难熔金属载体，该载体至少部分地被设定尺寸和结构以被安装在具有开口的排出端的管道中，所述载体在其上涂敷有一锚固层，例如金属间锚固层，用于使催化涂层施加在其上。所述载体具有一个远端和一个近端，近端包括一个安装元件，当至少一部分载体设置在管道中时，该安装元件的尺寸和结构适于被固定到所述管道的开口排出端处。
在一相关方面中，本发明规定前述安装元件包括限定一安装凸缘的环形套环，该凸缘设置在催化剂元件近端的径向向外处并沿从近端向远端的方向延伸。通过这种结构，在安装凸缘和催化剂元件的近端之间限定了一个环形槽，使该槽具有一定的尺寸和结构，以便当至少一部分载体设置在管道中时将管道的开口排出端容纳在该槽中。
本发明的另一相关方面规定一种催化剂元件由难熔金属载体组成，该载体在至少某些部分上涂敷有催化材料，该载体的尺寸和结构适于设置在管道中。
本发明的另一方面提供了一种柔性催化剂元件，其包括下述元件：(a)呈一定长度管形式的柔性难熔金属载体，其具有(i)一外表面，(ii)一限定管通道的内表面，和(iii)多个沿至少一部分管道长度延伸的穿孔；(b)一个或多个从管道外表面向外径向延伸的环形隔板；和(c)一个或多个内封闭件，用于封闭管通道但至少留下一些穿孔是开口的；和(d)承载在载体上的第一催化材料。
本发明的另一方面提供了一种上述适合的催化剂元件和一具有内表面的管道的组件，所述适合的催化剂元件设置在管道内，以在柔性载体的外表面和管道内表面之间限定一环形空间。使环形隔板具有一定的尺寸和结构，以封闭所述环形空间，而且沿柔性载体的长度方向至少和环形隔板同延伸范围地(co-extensively)设置所述穿孔。
本发明的一个方法方面用于将适合催化剂元件装入管道中，所述管道具有一开口的排出端和至少一个弯曲的纵向段。所述催化剂元件包括一个其上涂敷有催化材料的柔性难熔金属载体，催化剂元件具有一个远端和一个近端，而且所述方法包括下述步骤。将催化剂元件的远端插入管道的开口排出端，而且催化剂元件通过管道前行，包括使催化剂元件弯曲以使它符合管道的弯曲纵向段的曲率，以使催化剂元件的近端邻近管道的排出端设置。然后将催化剂元件固定到所述管道上。
本发明方法的另一方面提供了一种将催化剂元件安装到具有开口排出端的管道中的方法。所述催化剂元件包括一个其上具有催化涂层的难熔金属载体，并具有一个远端和一个近端。近端具有一安装元件，并具有一定的尺寸和结构，以便在至少一部分载体设置在管道中时该元件可以被固定到管道的开口排出端，而且所述方法包括下述步骤。将催化剂元件的远端插入管道的开口排出端，而且催化剂元件通过管道前行，以使管道的排出端和安装元件对准。然后将催化剂元件固定到所述管道的排出端。
在前述方法中，安装元件可以包括一个环形套环，该套环限定一安装凸缘，该凸缘设置在催化元件近端的径向向外处并沿从近端向远端的方向延伸。这样，在安装凸缘和催化元件的近端之间限定了一个环形槽，使该槽具有一定的尺寸和结构，以将管道的开口排出端容纳在其中。使催化剂元件通过管道前进的步骤包括将管道的排出端设置在所述环形槽中，而且通过将所述安装凸缘固定到管道的排出端可以将所述安装元件固定到管道的排出端。
本发明的另一方法方面提供了一种将适合的催化剂元件安装在废气源的废气管道、例如内燃机的排气管内部的一选定位置处的方法，所选定的位置可以通过到那的入口通道接近。适合的催化剂元件包括至少一个其上具有催化涂层的柔性难熔金属载体。所述方法包括下述步骤：将适合的催化剂元件插入入口通道，通过弯曲适合的催化剂元件以使它符合选定位置处的形状而使该元件前进到选定的位置。
附图的简要描述
图1是另一种传统摩托车的侧视图，该摩托车的排气系统备有根据本发明一实施例的适合催化剂元件(图1中看不到)；
图1A是局部被剖开的图1所示摩托车的一部分排气系统的分解图，部分地以虚线示出根据本发明一实施例的适合催化剂元件；
图2是另一种传统的汽油机驱动的便携式发电机的透视图，其排气管装有根据本发明一实施例的适合催化剂元件(图2中看不到)；
图2A是局部被断开的图2所示发电机的发动机排气管道的透视图，该排气管道中安装有根据本发明另一实施例的适合催化剂元件；
图3是根据本发明一实施例的柔性难熔金属载体的局部被断开的正视图；
图3A是其端视图；
图3B是图3所示柔性难熔金属载体的透视图；
图4是其中安装有适合的催化剂元件的弯曲排气管的示意剖视图，所述催化剂元件包括一柔性难熔金属载体，该载体包括一定长度的柔性管、一个或多个环形隔板、一个或多个内封闭件和一插塞式催化剂元件，它们作为根据本发明另一实施例的元件；
图5是由柔性难熔金属载体组成的一种适合催化剂元件的侧视图，其中载体具有固定到其近端的安装凸缘；
图5A是图5所述适合催化剂近端的视图，其局部剖开并相对于图5放大，而且局部断开，与其中将要安装所述适合催化剂元件的管道的开口排出端并置；
图5B是与图5A相对应的视图，但示出安装在管道中的适合催化剂元件；
图6是根据本发明另一实施例的部分形成的适合催化剂元件的透视图；
图6A是沿图6中A-A线的剖视图；
图7是安装在保持架中的图6所示的完整的适合催化剂元件的视图；
图8是根据本发明另一实施例的具有手风琴式褶的适合催化剂元件的封闭板的前视图；
图8A是沿图8中A-A线的剖视图；
图9是发动机用两冲程摩托车传统消声器和发动机排气管的局部断开的透视分解图。
优选实施例的详细描述
图1示出的摩托车10一般包括一个其上安装有普通汽油机14的机架12，所述汽油机由燃料箱16以通常的方式供给燃料。排气系统18由排气管20、催化剂壳体22和排气尾管24组成。图1A示出排气管20和催化剂壳体22的放大分解图，一部分排气管20被断开以提供根据本发明一实施例的适合催化剂元件26的局部视图。以虚线形式示出的传统的、现有技术的刚性催化剂元件28设置在适合的催化剂元件26的下游，这是相对废气沿图1A中未标以数字的箭头所示方向流过排气系统18的方向而言的。适合的催化剂元件26是柔性的，因此可以将它插入排气管20中并使其弯曲以符合排气管的曲线构造。在所示实施例中，适合的催化剂元件26基本延伸穿过排气管20的整个长度，然后进入催化剂壳体22的一部分中。下面将给出根据本发明的适合催化剂元件如适合的催化剂元件26的详细结构。
排气尾管24可以包含另一种催化剂元件，包括根据本发明的适合催化剂元件，和可选地或者附加地可以包含用以减轻发动机噪音的传统消声器。
图2表示本发明催化剂元件的另一种应用环境，包括一种传统构造的便携式发电机30，该发电机包括安装在支架34的平台34a、34b上的小型汽油机或柴油发动机32。发动机32由一燃料箱36以传统的方式供给燃料，并驱动一传动装置38，该装置又驱动一发电机40，发电机通过传统的输出口40a供给电能。  排气管42从发动机32延伸到一消声器44，废气从所述消声器排向大气。图2A是排气管42的放大透视图，该管被部分断开以示出其中的根据本发明另一实施例的适合催化剂元件126。适合的催化剂元件126可以是根据本发明实现的任何适当型式，包括下面详细描述的型式。图2A示出适合的催化剂元件126如何被弯曲以适合排气管42的曲折轮廓。
图3、3A和3B表示一种适合的催化剂元件126，其表示根据本发明的适合催化剂元件的一实施例。适合的催化剂元件126由柔性难熔金属载体46构成，在所述实施例中，该载体具有波纹状管结构并在其上涂敷有一锚固层47，该锚固层用于增大催化涂层48对金属载体46的粘结强度，涂层48被涂敷到锚固层47上。锚固层47和催化涂层48的一部分在适合的催化剂元件126的左侧(如图3所示)被去除，用以示出柔性难熔金属载体46的未涂敷部分和锚固层47的一部分。锚固层47可以是任何适当的锚固层，只要它能有效地充分增大催化涂层48的粘结力就可以，因此当弯曲或折弯适合的催化剂元件126而将它插入弯曲或弯折的通道中时，催化涂层48不会从适合的催化剂元件126分离。图1A和2A中的排气管20和42分别示出了典型的弯曲或弯折的通道。
适当的和优选的锚固层是如前述专利申请系列号09/301,626中披露的金属间锚固层。这些锚固层可以通过电弧喷涂(electric arc spraying)沉积到柔性难熔金属载体上，金属原料可以从下述组中选择，其中包括镍、Ni/Cr/Al/Y、Co/Cr/Al/Y、Fe/Cr/Al/Y、Co/Ni/Cr/Al/Y、Fe/Ni/Cr、Fe/Cr/Al、Ni/Cr、Ni/Al、300系列不锈钢、400系列不锈钢、Fe/Cr和Co/Cr、以及它们中两种或多种的混合物。在一实施例中，锚固层可以包括镍和铝。铝可以占锚固层中镍和铝的组合重量的3～10％、或者4～6％。
在锚固层上沉积催化涂层48，而且涂层48可以包括一难熔金属氧化物支承，例如氧化铝或氧化铈，其上分散有一种或多种催化金属成分，例如铂、铑和钯中的一种或多种。
通过电弧喷涂实现的锚固层的强粘结性容许在沉积锚固层47和催化层48之后该由柔性的(即有延展性的和/或可变形的)、涂敷有锚固层的难熔金属载体所构成的适合催化剂元件被弯曲、压缩、折叠、卷绕等。同样，其上具有锚固层47及锚固层之上有催化涂层48的泡沫金属也可以被弯曲、压缩、折弯等，用以改变形状而插入排气管的弯折或弯曲部分。
尽管柔性难熔金属载体如柔性难熔金属载体46或图6和6A中所示的适合催化剂元件82在其上通常会具有催化剂涂层，但可以将未涂催化剂的柔性难熔金属载体作为火焰消除器。未被涂催化剂的柔性难熔金属载体的这种应用使得可以将火焰消除器插入或通过排气管或其它管道的弯曲或弯折部分。例如，在一些实施例中，只有一部分柔性难熔金属载体可以在其上具有催化剂涂层(和一种任选的金属间锚固层)，而且其一部分可以被保持不涂催化剂，以用作火焰消除器和/或通过提供大量的被流过的气体接触的未催化金属来帮助温度控制。
如上所述，适合的催化剂元件126是波纹状的结构，具有由环形连接板52隔开的交替环状物50。这里有一系列彼此隔开并围绕各环形物50的周边径向延伸的穿孔。从图3A中的端视图可以最好地看出，适合的催化剂元件126实质上包括一个穿孔的波状管，其限定了一管通道56。难熔金属载体46由适当的难熔材料如不锈钢、FeCr合金等制成并具有一个壁厚，它与波纹状结构相结合，使适合的催化剂元件126被弯曲以适合弯曲和弯折处，如排气管20(图1A)和排气管42(图2A)的弯曲部。
现在参照图4，以示意性剖面图示出了包括一个排气管220的本发明的另一实施例，在该管中设有一以虚线示出的适合催化剂元件226，其基本在排气管220的整个长度上延伸，该适合催化剂元件226由柔性难熔金属载体组成，所述载体能弯曲以与排气管220的弯管部分220a相一致。
适合催化剂元件226的虚线部分也提示，沿其长度部分形成有多个穿孔254。适合催化剂元件226限定了一个沿其整个长度延伸的管通道256。沿适合催化剂元件226的长度方向设有多个内封闭件58，用以隔离管通道256使气体不能通过，从而迫使气体通过穿孔254，这在下面将较详细地描述。多个环形隔板60在纵向隔开的位置处被固定到适合催化剂元件226的外部。环形隔板60封闭了在管通道256外部的排气管220环形部分，以使气体不能连续地从其中流过，除了经过管通道256之外。
图4A以透视图示出一柔性插塞式载体62，该载体包括其上涂敷有一锚固层47的柔性金属泡沫材料，在锚固层47上涂敷催化剂涂层48，用以提供一种柔性插塞式催化剂元件64。如图4所示，在管通道256内部的纵向隔开位置处设有一对柔性插塞式催化剂元件64、64′。第一插塞式催化剂元件64被弯曲以适应弯管部分220a，而第二插塞式催化剂元件64′处于未弯曲状态，其被设置在排气管220的直管部分。但是，如果要通过入口220b将适合的催化剂元件226插入排气管220中，那么第二插塞式催化剂元件64′在其通过弯管部分220a期间的弯曲性能使装置可以进行装配或至少便于装置的装配。如果要从排气管220的排出端220c插入适合催化剂元件226，那么第二插塞式催化剂元件64′可以是一种刚性、不可以弯曲的插塞式催化剂元件，这是由于它不必穿过排气管220的弯曲部分。最好一些排气管、例如图9中所示的排气管92的入口部分以这种一种方式弯曲，以便不管适合催化剂元件从哪个方向插入排气管该适合催化剂元件都会出现弯曲。插塞式催化剂元件64和64′是可透气的并由已知类型的柔性金属泡沫材料制成，其可以有一催化涂层48，而且还可以有选择地具有一个锚固层47。
排气管催化涂层66可以被施加到部分(如图所示)或整个排气管220内表面上。在所示实施例中，排气管催化涂层66在一对环形隔板60之间延伸，该部分中包含第二插塞式催化剂元件64′。内催化剂涂层248被施加到第二插塞式催化剂元件64′下游(沿气体流动方向)的一对环形隔板60之间的适合催化剂元件226的内部上。在柔性难熔金属载体元件和内催化涂层248之间，在构成适合的催化剂元件226的柔性难熔金属载体内部(在图4中未编号)上可以涂敷锚固层(图4中未示出)。催化涂层和可选择的锚固层还可以被施加在适合催化剂元件226的其它部分或者整个内、外表面上。
使用中，如图4中箭头E所示，废气、例如内燃机的废气在入口220b处进入排气管220并如图4中较小的未编号箭头所示，进入管通道256并通过形成在其中的穿孔254向外流动，被一系列内封闭件58中的第一个转向到管通道256外部。一系列环形隔板60中的第一个使气体改变方向，通过穿孔254流回通道256并流经可透气的、第一柔性插塞式催化剂元件64。如未编号的箭头所示，气体然后流经第二插塞式催化剂元件64′，并且通过内封闭件58和环形隔板60的设置而迫使所述气体继续在蜿蜒的流动通道中流动，经过穿孔254进出管通道256。这种蜿蜒的流动通道迫使废气与排气管催化涂层66和适合催化剂元件226的内催化涂层248接触。如上所述，适合催化剂元件226的其它部分或整个内、外表面以及排气管220的内部可有选择地地涂敷有一种或多种适合的催化材料。这种被催化接触的气体通过接触一种或多种催化涂层而进行众所周知的污染物消除反应，如箭头C所示，作为净化排气从排气管220的排出端220c排出。
尽管根据本发明的适合催化剂元件能以任何便利的方式并通过任何便利的安装手段而被设置并安装在排气管中，但图5-5B中示出了可以被固定到排气管的开口端处的安装元件的一特定实施例，其中示出了具有一远端326a和一相对近端326b的适合催化剂元件326，安装元件68固定到近端。从图5A和5B中可以最好地看出，安装元件68由一双层壁构造的环形套环70组成，内环形壁70a比外环形壁70b短并被例如通过焊接固定到适合催化剂元件326的近端326b。如图5A和5B所示，在内环形壁70a和外环形壁70b之间形成一环形槽74，而且设定该槽的尺寸和形状以便可以容纳排气管320的排出端320c。外环形壁70b在其中形成有容纳机械紧固件的螺纹孔，在所示实施例中，紧固件包括一对直径方向相对的固定螺钉72。安装元件68使适合催化剂元件226可以插入排气管320的开口排出端320c，这种插入一直进行到排出端320c被完全容纳在图5B所示的环形槽74中。在此插入期间，固定螺钉72处于回退位置，或者被从安装元件68上拆下，以便不会与容纳在环形槽74中的排出端320c干涉。当排出端320c完全座落在图5B所示的环形槽74中时，拧紧固定螺钉72以将适合催化剂元件326在排气管320中固定就位。如果需要，可以在排出端320c附近形成孔或槽(未示出)，它们与安装元件68完全安装在图5B所示的排气管320上时的固定螺钉72的位置对准。这样，固定螺钉72可以穿入或穿过排气管320的壁，以提供更牢固的连接。
优选地，如果排气管320具有适合催化剂元件326的远端326a必需通过的弯曲部分(图5A或5B中未示出)，那么适合催化剂元件326将被弯曲以与弯曲部分相配(一致)。最好，在那些很多用于容纳适合催化剂元件326的排气管320是直的情况中，适合催化剂元件326可以被刚性、管状催化剂元件代替。因此，安装元件68或等效的构件或者可以被固定到适合催化剂元件如适合催化剂元件326的近端，或者在不需要弯曲催化剂元件来适应弯曲部分时被固定到刚性催化剂元件的近端。刚性催化剂元件例如可以和适合催化剂元件326形状相同或类似，只是它是刚性而不是柔性亦即是可以进行适配的。
现在参照图6，示出了本发明的另一实施例，其中柔性难熔金属载体包括一其中形成多个穿孔78的金属条76。所示的一部分金属条76被折叠成手风琴式褶80。金属条76上涂有锚固层47，锚固层上涂有催化涂层48，用以提供一种适合催化剂元件82。可选择的锚固层47的存在将催化涂层48更牢固地粘结到金属条76上，因此当涂敷有催化剂的金属条被折叠而形成手风琴式褶80时，粘结在褶处的催化涂层48并不会从其剥落。从图6A中可以清楚地看到，穿孔78是穿过金属条76冲压的孔，从金属条76的相对侧交替冲压穿孔，以便具有粗糙边缘的突起78a从金属条76的相对两侧76a和76b伸出(图6A)。金属条76被如此构成，有点类似带有由以规则图案从其两侧延伸的突起78a形成的“坑洼”的奶酪擦板。
在该实施例中，适合催化剂元件82能被弯曲或变形以形成手风琴式褶80并可以通过安装在一支架84(图7)内而被保持在那种状态，以维持适合催化剂元件82的手风琴式褶的形状。适合催化剂元件82装配在支架84内所提供的组件可以设置在废气的流动通道中。如图7中箭头E所示，发动机废气流过穿孔78(图6)，以多个细小的、稀薄的废气流与穿孔78接触，提供了废气和适合催化剂元件82的催化涂层48的密切接触，以促进化学反应而将废气的有害成分如未燃碳氢化合物、一氧化碳和/或氮氧化物转化为无害物质，例如H2O，CO2和/或N2。可以在一定的条件下冲压穿孔78，以提供所需高度的冲出金属的坑洼形突起78a，这些突起即用于增加催化总表面积又用作在各手风琴式褶80之间提供最小间隔的间隔物，即使当手风琴式褶被尽可能地紧密形成而没有挤压突起78a时也是这样的。当然在手风琴式褶80之间也可以应用较大的间隔。在相邻的手风琴式褶80之间设置间隔便于废气流过穿孔78并增加了废气和催化涂层48的接触。
图8和8A表示另外传统结构的消声器板86，其中具有一矩形孔88(图8A)。一支架84′设置在矩形孔88周边处并在其中容纳一适合催化剂元件82′，该元件具有和图7中适合催化剂元件82相同的手风琴式褶结构。如图8A所示，含有污染物的废气沿箭头E标示的方向流过适合催化剂元件82并接触催化涂层(在图8和8A中未标号)，如图6中的催化涂层48，以便通过促进从有害污染物到无害物质的化学反应来消除或降低有害污染物量而净化废气。净化后的废气从适合催化剂元件82排出，如图8A中箭头C所示。消声器板86通常是在工业用发动机(utility engines)如链锯发动机(chainsaw engines)和发电机用发动机如图2中发动机32中所示出的类型。
现在参照图9，示出了通常用于两冲程摩托车发动机中的典型消声器90和排气管92。废气E在排气管92的入口端92a进入，经过弯曲部分92b，然后通过直的部分92c和弯曲部分92d，向外(沿排出方向)进入扩张部分92e。废气从出口部分92f排出，进入消声器壳体94，进入隔音材料制成的隔声罩(envelope)96内，所述隔声罩96包含在壳体94中并封闭排出端92f。一对弯曲的、内部分流管98、99设置在隔声罩96中并贯穿由一种隔音材料制成的内阻挡件100，该材料与隔声罩96的类似或相同。一个排出管102从隔声罩96内延伸并从壳体94经出口104出来。
使用中，废气E经入口端92a流过废气管92并从出口端92f出来进入隔声罩96内。然后废气进入分流管98、99的各自入口端98a、99a并通过其出口端排出，在图9中只可以看到其中一个出口端99b。废气从分流管98、99的出口端出来，进入排出管102的入口端102a，经过该排出管流到出口104。这种已知的结构用于发动机噪音的隔音，这对于本领域技术人员是公知的。为了给废气E提供或补充催化处理，可以将根据本发明的一个或多个适合催化剂元件例如插入排气管92的弯曲部分92b。这种适合催化剂元件可以在弯曲部分92b的相对侧上延伸一段距离，例如延伸到弯曲部分92d或超过弯曲部分92d。或者，可以使根据本发明的另一种适合催化剂元件通过排气管92的弯曲部分92d。还可以将根据本发明的适合催化剂元件插入弯曲的分流管98、99和/或排出管102中。图9中未示出适合催化剂元件，仅简单地示出其一种典型的使用环境。如图4中所示，通过涂敷排气管92、分流管98、99和/或排出管102的全部或部分可以提供另外的催化剂。另外，可以将传统的刚性催化剂元件插入排气管92的直线段中。可以将一种具有内封闭件、环形隔板和穿孔(例如图9实施例的内封闭件58、环形隔板60和穿孔54)的适合催化剂元件，例如图4中的适合催化剂元件226应用在排气管92中。
尽管已经参照特定的实施例对本发明进行了详细描述，但对于本领域的技术人员应该知道，其它落在本发明和所附权利要求范围内的实施例也是可以的。

Claims (29)

1.一种用在适合催化剂元件中的柔性难熔金属载体，具有涂覆其上的一锚固层，当弯曲该柔性载体时，该层能使施加到其上的催化涂层在载体上保持完好。
2.根据权利要求1所述的柔性载体，具有多个形成在其中的穿孔。
3.根据权利要求1所述的柔性载体，在所述锚固层上具有一催化涂层，用以提供一适合的催化剂元件。
4.根据权利要求1、2或3所述的柔性载体，包括一管。
5.根据权利要求4所述的柔性载体，其特征在于：所述管具有波纹状结构。
6.根据权利要求1所述的柔性载体，其特征在于：所述锚固层是一种金属间锚固层。
7.一种柔性难熔金属载体，包括：
(a)一定长度的柔性管，该管具有(i)一外表面，(ii)一限定管通道的内表面，和(iii)多个沿至少一部分管道长度延伸的穿孔；
(b)一个或多个从管外表面向外径向延伸的环形隔板；和
(c)一个或多个内封闭件，用于封闭管通道但至少保留一些穿孔是开口的；
其特征在于：所述环形隔板和内封闭件沿管的长度方向彼此交错设置，而且沿管的长度至少和环形隔板及内封闭件同延伸范围地设置穿孔，从而在各对内封闭件之间设置一个或多个穿孔。
8.根据权利要求7所述的柔性载体，还包括多个环形隔板和多个内封闭件，各自以间隔开的关系沿至少一部分管道长度设置。
9.根据权利要求1所述的柔性载体，包括多个穿孔板元件，所述元件具有相对表面并以线形阵列形式面对面设置，从而使载体形成为柱状。
10.根据权利要求9所述的柔性载体，其特征在于：所述板元件具有从其表面延伸的突起，这些突起用于使相邻的板元件彼此隔开。
11.根据权利要求9所述的柔性载体，包括一个被折叠以形成多个手风琴式褶的条状物，这些褶限定所述板元件。
12.根据权利要求11所述的柔性载体，其特征在于：所述板元件具有从其表面延伸的突起，这些突起用于使相邻的板元件彼此隔开。
13.根据权利要求6至12中任一所述的柔性载体，在所述锚固层上具有一催化涂层，用以提供适合的催化剂元件。
14.一种难熔金属载体，具有一细长的主体部分，该部分被设定尺寸和结构以安装在具有开口排出端的管道中，所述载体上涂敷有一锚固层，适用于使一催化涂层施加到其上，所述载体具有一个远端和一个近端，近端包括一个安装元件，该安装元件的尺寸和结构设计成当载体的主体部分设置在管道中时适于被固定到所述管道的开口排出端处。
15.根据权利要求14所述的载体，其特征在于：所述安装元件包括一个限定一安装凸缘的环形套环，该凸缘设置在催化元件近端的径向向外处并沿从近端向远端的方向延伸，从而在安装凸缘和催化元件的近端之间限定了一个环形槽，使该槽具有一定的尺寸和结构，以便当载体的主体部分设置在管道中时将管道的开口排出端容纳在该槽中。
16.根据权利要求14或15所述的载体，在所述载体的至少一些主体部分上涂敷催化材料，用以提供一催化元件。
17.根据权利要求14或15所述的载体，其特征在于：所述主体部分是柔性的而且锚固层被设置在至少一部分主体部分上，而且当主体部分弯曲时，该层能使催化涂层在载体上保持完好。
18.根据权利要求17所述的载体，在所述锚固层上具有一催化涂层，用以提供适合的催化剂元件。
19.一种适合的催化剂元件，包括至少一个柔性难熔金属载体，所述载体上具有一锚固层，在锚固层上设置一第一催化材料涂层，当柔性载体弯曲时，锚固层能使该催化涂层在载体上保持完好，柔性载体在其中设置至少一个可透气的且其上分散有第二催化材料的柔性插塞式载体。
20.根据权利要求19所述的柔性催化剂元件，其特征在于：所述柔性插塞式载体包括一种金属泡沫材料。
21.一种适合催化剂元件，包括：
(a)呈一定长度管形式的柔性难熔金属载体，其具有(i)一外表面，(ii)一限定管通道的内表面，和(iii)多个沿至少一部分管道长度延伸的穿孔；
(b)多个从管道外表面向外径向延伸的环形隔板；
(c)多个内封闭件，用于封闭管通道，但至少留下一些穿孔是开口的；
(d)承载在载体上的第一催化材料；
其特征在于：所述环形隔板和内封闭件沿管的长度方向彼此交错设置，而且沿管的长度至少和环形隔板及内封闭件同延伸范围地设置穿孔。
22.根据权利要求21所述的适合催化剂元件，其特征在于：柔性载体在其中设置至少一个可透气的且其上分散有第二催化材料的柔性插塞式载体。
23.根据权利要求22所述的适合催化剂元件，其特征在于：所述插塞式载体包括一种金属泡沫材料。
24.  一种按照权利要求21、22或23所述的适合催化剂元件和一具有内表面的管的组件，所述适合的催化剂元件设置在管内，以在柔性载体的外表面和管内表面之间限定一环形空间，使环形隔板具有一定的尺寸和结构，以封闭所述环形空间，而且沿柔性载体的长度方向至少和环形隔板同延伸范围地设置所述穿孔。
25.一种用于将适合催化剂元件装入管中的方法，所述管具有一开口的排出端和至少一个弯曲的纵向段，所述催化剂元件包括一个其上涂敷有催化材料的柔性难熔金属载体，催化剂元件具有一个远端和一个近端，而且所述方法包括下述步骤：
将催化剂元件的远端插入管道的开口排出端，而且使催化剂元件通过管道前行，包括使催化剂元件弯曲以使它符合管道的弯曲纵向段的曲率，以使催化剂元件的近端邻近管道的排出端设置；和
将催化剂元件固定到所述管道上。
26.一种将催化剂元件安装到具有开口排出端的管中的方法，所述催化剂元件包括一个其上具有催化涂层的难熔金属载体，并具有一个远端和一个近端，近端具有一安装元件，使该元件具有一定的尺寸和结构，以便在至少一部分载体设置在管中时该元件可以被固定到管的开口排出端，所述方法包括下述步骤：
将催化剂元件的远端插入管的开口排出端，而且使催化剂元件通过管前行，以使管的排出端和安装元件对准；
将催化剂元件固定到所述管道的排出端。
27.根据权利要求26所述的方法，其中：所述安装元件包括一个环形套环，该套环限定一安装凸缘，该凸缘设置在催化元件近端的径向向外处并沿从近端向远端的方向延伸，从而在安装凸缘和催化元件的近端之间限定了一个环形槽，使该槽具有一定的尺寸和结构，以将管的开口排出端容纳在其中，而且使催化剂元件通过管前进的步骤包括将管的排出端设置在所述环形槽中；和
通过将所述安装凸缘固定到管的排出端而将所述安装元件固定到管的排出端。
28.一种将适合的催化剂元件安装在废气源的废气管道内部的一选定位置处的方法，所选定的位置可以通过到那的入口通道接近，所述适合的催化剂元件包括至少一个其上具有催化涂层的柔性难熔金属载体，所述方法包括下述步骤：将适合的催化剂元件插入入口通道，通过弯曲适合的催化剂元件以使它符合选定位置处的形状而将该元件前进到选定的位置。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述排气管是内燃机的排气管。
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