CN220126706U - 涂层装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种涂层装置，其用于利用用于废气后处理的涂层悬浮液对基材(2)进行涂层，所述涂层装置具有：用于在竖直方向上接收和锁定所述基材(2)的第一单元(3)；在所述第一单元(3)下方的第二单元(8)，所述第二单元与所述第一单元气密地连接并且具有排出口(6)；用于提供负压的第三单元(4)，所述第三单元至少气密地包围所述第二单元(8)；其中所述第二单元(8)被设计成使得由所述第三单元(4)提供的负压只能通过打开的所述排出口(6)传递到所述基材上，所述排出口(6)的关闭和打开通过至少一个活塞阀(5)进行。本实用新型实现了对基材的充分均匀的涂层。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种涂层装置。
背景技术
基材或基材单体在化学工业中被用作催化剂载体。在汽车废气处理中，基材或基材单体也起着重要作用。为了从机动车辆的废气中除去对环境和健康有害的排放物质，开发出了许多催化废气净化技术，这些技术的基本原理通常以以下方法为根据：将待净化的废气引导经过基材，例如流通式(flow-through)或壁流式(wall-flow)蜂窝体或单体，该蜂窝体或单体具有涂覆于其上的催化活性涂层。催化剂促进各种废气组分发生化学反应，以形成例如二氧化碳和水这样的无害产物。
刚才描述的流通式或壁流式单体也被称为催化剂载体、载体或也称为基材单体，因为这些单体在其表面或在形成该表面的壁孔中携带催化活性涂层。在涂层工艺中，催化活性涂层通常以悬浮液的形式(在用于废气净化的催化剂的情况下通常称为“Washcoat”)涂覆到催化剂载体上。汽车废气催化器制造商过去为此公开了许多这类工艺(WO9947260A1、EP2521618B1、EP1136462B1、EP1900442A1)。
尽管这些方法在现有技术中是已知的，但对基材单体进行均匀的涂层仍然是一个挑战。例如，由于贵金属和稀土的高昂成本，要尽可能避免不同的涂层量。从催化的角度来看，也应优选均匀的涂层。将涂层介质涂在基材上之后该涂层介质的滴落对基材的制造而言是一个挑战。
这种方法的一个重要方面在于利用涂层介质(Washcoat)对这种催化剂载体的通道内侧进行精确且均匀的涂层，特别是在例如基材开口中的涂层长度、涂覆的涂层量、涂层厚度的均匀性、涂层长度的均匀性或沿催化剂载体纵轴的涂层梯度、以及在制备分层或分区涂层设计方面。
精确且均匀涂层的制备特别具有挑战性，因为需均匀地引入涂层的催化剂载体的通道非常窄。例如，典型的用于废气后处理的催化剂载体具有大约31至140个单元格/cm2(每平方英寸200至900个单元格，简称cpsi)，使得催化剂通道开口通常在十分之一毫米范围内。均匀的涂层更加复杂，因为涂层介质是无机颗粒的悬浮液，这些无机颗粒通常具有相对高的粘度。因此，原则上，尤其是在工艺变化较小的情况下，存在这样的风险，即各个通道被不均匀地加载涂层介质。其结果是，涂层介质渗透到催化剂载体中的渗透深度在局部区域可能有很大差异。当按预期使用时，催化涂层的不均匀分布会导致涂覆的催化剂的性能下降。由于涂层中含有铂和钯等贵金属以及稀土，出于成本原因，有效的利用也是有必要的。
EP2415522A1示出了一种用于催化剂载体的涂层方法，其中将涂层介质从上方涂在基材上。经由柱塞将涂层介质经由供应管道引导到空腔中，然后通过端板的喷嘴涂覆到基材上。在此，首先将用于催化剂载体的全部量的涂层介质引入到基材上方的区域中，然后通过施加负压将其吸入通道中。催化剂载体上方的区域可以通过护套横向限定。为了在工业生产中获得大量均匀涂层的基材，需要在基材上方的区域中始终均匀分布完全等量的涂层介质。
EP2533901B1提出了一种用于基材单体的涂层技术，该涂层技术可实现特别准确的分区涂层。在此，借助专门的涂层设备将过量的涂层悬浮液从下方泵入直立的基材单体。随后，向下吸走通道中多余的涂层悬浮液。其中特别重要的是，准确预定的涂层介质量保留在基材单体上。因为涂层悬浮液通常含有昂贵的贵金属，如铂金、钯金和/或铑，所以太多的悬浮液意味着对昂贵的贵金属的浪费。反之，太少的悬浮液可导致所需的催化剂催化活性不够。
尽管这些方法在现有技术中是已知的，但对基材单体进行充分均匀的涂层仍然是一个挑战。特别是在涂覆后将涂层介质从基材中吸出，这对相应涂层的基材的生产提出了挑战。例如，由于高昂的贵金属价格，要尽可能避免催化器中不同的涂层量。从催化的角度来看，也应优选均匀的涂层。
实用新型内容
本装置旨在对用于废气后处理的催化器(特别是在车辆中)进行涂层。在这方面，基材设有涂层悬浮液，该涂层悬浮液通常包含在废气后处理中具有催化活性的组分。该涂装装置由用于接收基材并随后进行其涂层的多个单元形成。
对于本领域技术人员而言显而易见的这些目的和其他目的通过根据本实用新型所述的涂敷器来实现。进一步阐述了根据本实用新型的涂敷器的优选实施方案。
所提出的任务的可靠解决方案通过一种涂层装置来实现，其用于利用用于废气后处理的涂层悬浮液对基材进行涂层，所述涂层装置具有：
-用于在竖直方向上接收和锁定所述基材的第一单元；
-在所述第一单元下方的第二单元，所述第二单元与所述第一单元气密地连接并且具有排出口，
-用于提供负压的第三单元，所述第三单元至少气密地包围所述第二单元，
其中，所述第二单元被设计成使得由所述第三单元提供的负压只能通过打开的所述排出口传递到所述基材上，所述排出口的关闭和打开通过至少一个活塞阀进行。此处所描述的装置允许将涂层介质精确计量在基材中或基材上，例如用于汽车废气后处理的基材单体。在此，可以在整个生产活动中实现基材中精确定义的区域边界和一致的贵金属含量。同样，利用该装置可以进一步缩短涂层的循环时间，这有助于节省工艺成本。
有利地，所述第二单元能够在所述排出口关闭时通过入口接收涂层悬浮液并将其引导到所述基材中，并且能够借助于由所述第三单元提供的负压，通过打开的所述排出口从所述基材上去除多余的涂层悬浮液，其中所述入口与所述排出口不同。
有利地，所述涂层装置具有布置在所述基材上方的第四单元，其中，所述第四单元被设计成，能够通过所述上方入口从上方将涂层悬浮液计量到所述基材上，并且其中，通过所述第三单元提供负压，并且能够通过打开的所述排出口从所述基材上去除多余的涂层悬浮液。
所述活塞阀的活塞在头部处的直径在5cm至25cm的范围内。
所述活塞阀是气动或电动控制的。
所述活塞阀能够通过柔性的密封件气密地关闭所述第二单元的所述排出口。
所述第二单元在所述基材下方具有扩散器，涂层悬浮液通过所述扩散器被导入所述基材中。
所述入口在所述第二单元的侧面安装在所述扩散器下方。
附图说明
图1示出按照本实用新型的涂层装置的第一实施方式；
图2示出具有三个活塞阀的按照本实用新型的涂层装置的视图；
图3示出按照本实用新型的涂层装置的第二实施方式。
具体实施方式
在优选的第一实施方式中，对基材单体进行涂层的程序如下：即可以从下方将涂层悬浮液泵入基材中(图1)。因此，优选一种涂层装置(1)，其中第二单元(8)能够在第一步骤中，在排出口(6)关闭时通过入口(7)接收涂层悬浮液并将其引导到基材(2)中，并且在第二步骤中，借助于由第三单元(4)提供的负压，通过打开的排出口(6)从基材上去除多余的涂层悬浮液，其中入口(7)和排出口(6)是不同的。关于该涂层装置，可以参考广泛的公开文献(DE102010007499A1、EP3200932A1、EP3285936A1、EP1273344A1、US20090130294A1)以获得进一步的实施方案。
在同样优选的第二实施方式中，对基材单体进行涂层的程序如下：即从上方将涂层悬浮液涂覆到基材上(图3)。因此，优选一种涂层装置(1)，其具有布置在基材(2)上方的第四单元(10)，其中该第四单元(10)被设计成，在第一步骤中，可以通过入口(7')从上方将涂层悬浮液计量到基材(2)上，并且在第二步骤中，通过第三单元(4)提供负压，并且如有必要，可以借助于由第三单元(4)提供的负压，通过打开的排出口(6)从基材上去除多余的涂层悬浮液。关于该涂层装置，可以参考广泛的公开文献(WO9947260A1、WO2015145122A2、US6627257B1、US20120021896A1、JP2008302304A)以获得进一步的实施方案。在此，优选地，基材(2)上设有涂层帽(11)，该涂层帽有助于防止涂层悬浮液流到基体(2)外部。
关于第一优选实施方式(图1)，当通过入口(7)将涂层悬浮液泵入第二单元(8)时，活塞阀(5)的活塞关闭排出口(6)。涂层悬浮液充满第二单元并通过扩散器渗透到基材(2)中。根据基材所需的涂层高度，将涂层悬浮液泵入基材中。然后入口(7)关闭。接着将悬浮液从基材上向下移除到第三单元中。为此，活塞阀的活塞向下移动，并且第三单元(4)中的负压将多余的涂层悬浮液从基材和第二单元(8)中吸出。在此，活塞阀(5)的活塞运动由传感器控制，例如单元(8)中的一个或多个压力传感器。如果传感器指示基材(2)被涂层悬浮液填充了足够的填充高度，则发送相应的信号到涂层装置(1)的控制系统，并且打开活塞阀(5)。活塞阀(5)可以极快地打开和关闭，从而可以相应地最小化涂层过程的循环时间。关闭和打开通常只需要几分之一秒。
在涂层装置的替代的第二优选实施方式(图3)中，在第一步骤中，通过单元(10)从上方将涂层悬浮液涂覆到基材(2)的上端上。同时或随后，如有必要，则进行基材上的涂层悬浮液的流平步骤(EP3648884A1和其中引用的文献)和/或将涂层悬浮液吸入基材(2)中。为此，活塞阀的活塞向下移动，并且第三单元(4)中的负压将可能的多余涂层悬浮液吸入基材中，并且在必要时将其从基材和第二单元(8)中吸出。如有必要，仅将少量涂层悬浮液涂覆到基材(2)上，以致全部涂层悬浮液保留在基材(2)中。活塞阀(5)可以极快地打开和关闭，从而可以相应地最小化涂层过程的循环时间。关闭和打开通常只需要几分之一秒。
活塞阀(5)的活塞气密地关闭排出口(6)。为此，活塞阀(5)的活塞应能够与第二单元(8)形成密封良好的连接。有利的是，活塞阀(5)的活塞的活塞直径比排出口(6)的直径大，以便能够实现相应的良好密封。通常，活塞阀(5)的活塞在头部处的直径在5cm至25cm的范围内、优选6cm至20cm、并且最优选7cm至15cm。然而，活塞直径的大小还取决于待涂层的基材(2)的直径。基材的直径或底面积越大，活塞直径就应越大。在用于卡车或轮船的大型基材(2)的情况下，可以有利的是，不是仅有一个活塞阀(5)关闭排出口(6)。也可以的是，有利地为相应数量的排出口(6)设置多达3个或甚至4个活塞阀(5)(图2)。
如前所述，活塞阀(5)的活塞可以非常快速地关闭和打开排出口(6)。活塞可以由本领域技术人员熟悉的机构驱动。它们尤其是选自机械驱动器、电子驱动器、气动驱动器、磁驱动器。优选的是，活塞阀(5)是气动或电动控制的。在这种情况下，电驱动器是非常优选的。
如前所述，活塞阀(5)可以与排出口(6)形成密封连接是有意义的。这可以按照本领域技术人员熟悉的措施来完成。优选的是，活塞阀(5)可以通过柔性的密封件气密地关闭第二单元(8)的排出口(6)。这种柔性密封件是本领域技术人员所熟知的。它们可以选自EPDM、NBR、硅氧树脂(Silicone)或PTFE(EPDM橡胶(三元乙丙橡胶：https://en.wikipedia.org/wiki/EPDM_rubber；NBR丁腈橡胶：https://en.wik-ipedia.org/wiki/Nitrile_rubber；硅橡胶：https://en.wikipedia.org/wiki/Sili-cone_rubber；聚四氟乙烯(PTFE)：https://en.wikipedia.org/wiki/Polytetra-fluoroethylene)。
第二单元(8)通常被称为涂层室。根据第一涂层装置，该第二单元可以接收来自供应管道或入口(7)的待涂覆的载体涂层(Washcoat)，并且随着载体涂层的进一步供应，将其引导到在该第二单元上方垂直对齐的基材(2)中。优选的实施方式是，第二单元(8)在基材(2)下方具有扩散器，涂层悬浮液通过该扩散器被导入基材(2)中。这样做是为了确保载体涂层尽可能均匀地流入基材(2)中。扩散器通常包括被以特定方式成形的通道贯穿的部件。在EP2921230A1中示出了这种扩散器的可能的设计方案。在进一步优选的实施方式中，入口(7)在侧面、在扩散器下方安装在第二单元(8)上。如前所述，载体涂层由此进入涂层室或单元(8)，然后进入基材(2)。这是有利的，因为载体涂层在其通过扩散器进入基材(2)之前，以垂直于基材取向的方式被引导到单元(8)中。这有助于抑制载体涂层在基材(2)中产生横向梯度。
对于该涂层装置，可以优选地考虑那些壁流式(壁流式过滤器)或流通式作为基材。流通式单体在现有技术中通常是催化剂载体，这些催化剂载体可由金属(瓦楞载体，例如，WO17153239A1、WO16057285A1、WO15121910A1和在此引用的文献)或陶瓷材料制成。优选地，使用例如堇青石、碳化硅或钛酸铝等耐火陶瓷。每个单位面积的通道数由单元格密度来表征，该通道数通常介于每平方英寸200个单元格和900个单元格之间(每平方英寸单元格数，简称cpsi)。陶瓷的通道壁的壁厚介于0.5mm至0.05mm之间。
可使用所有现有技术中常见的陶瓷材料作为壁流式单体或壁流式过滤器。优选地，使用由堇青石、碳化硅或钛酸铝制成的多孔壁流式过滤器基材。这些壁流式过滤器基材具有流入通道和流出通道，其中流入通道的流出侧端部和流出通道的流入侧端部各自彼此偏移地使用气密式“塞子”封闭起来。在此，迫使流动穿过过滤器基材的待清洁的废气穿越流入通道与流出通道之间的多孔壁，这带来出色的颗粒过滤效果。通过壁的多孔性、孔/半径分布和厚度，可设计针对颗粒的过滤性质。不带涂层的壁流式过滤器的多孔性一般来说为超过40％，通常为40％至75％，特别为50％至70％[按照申请时最新版的DIN66133标准测得]。不带涂层的过滤器的平均孔大小(直径)为至少7μm，例如7μm至34μm，优选大于10μm，尤其更优选为10μm至25μm或者完全优选为15μm至20μm[按照申请时最新版的DIN66134标准测得]。
在此考虑的涂层悬浮液优选地为结构粘性的(https://de.wikipedia.org/wiki/Strukturviskosit％C3％A4t)。这些涂层介质在100 1/s的剪切速率下具有1.0087mPas至1000mPas，优选100mPas至780mPas的粘度。这些涂层介质具有固体主体并且含有催化活性组分或其前体以及无机氧化物，如氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化铈或其组合，其中这些氧化物可掺杂有例如硅或镧。钒、铬、锰、铁、钴、铜、锌、镍或稀土金属如镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱或其组合的氧化物可用作催化活性组分。此外，贵金属如铂、钯、金、铑、铱、锇、钌以及其组合可用作催化活性组分。这些金属也可作为与彼此或与其他金属的合金，或作为氧化物存在。在流体涂层介质中，金属也可作为前体(如所提及的贵金属的硝酸盐、亚硫酸盐或有机基团，以及其混合物)存在；特别地，可使用硝酸钯、亚硫酸钯、硝酸铂、亚硫酸铂或Pt(NH3)4(NO3)2。之后可通过在约400℃至约700℃下的煅烧从该前体获得催化活性组分。
例如，来自铂族金属的金属离子，特别是铂、钯和铑的组已被证明适用于烃类的氧化，而已证明例如SCR反应对用铁和/或铜离子交换的沸石或类沸石(与沸石相比，在骨架中具有其他或更多元素作为阳离子的分子筛)最有效。这样控制向涂层混合物中加入对应的离子，使得最终的总催化剂中的金属离子，特别是Fe和/或Cu离子的总量为涂层量的0.5重量％至10重量％，优选1重量％至5重量％。
除了刚才所讨论的组分外，涂层介质也可含有其他成分。这些组分可进一步支持催化活性材料的催化功能，但它们本身不主动干预反应。在此使用的材料例如为所谓的粘合剂。另外，后者确保参与反应的材料和组分可足够牢固地粘附到对应的基材上。在这种情况下，已证实选自由氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、二氧化硅或它们的氧化物氢氧化物(例如勃姆石)或它们的混合物组成的组的粘合剂为有利的组分。在本文中，有利地使用具有高表面积的氧化铝。在涂层中使用一定量的粘合剂。对于涂层悬浮液中使用的固体材料，使用其他成分，例如使用量为最多25重量％，优选使用量为最多20重量％，和完全特别优选使用量为5重量％至15重量％的粘合剂。
如此制成的催化的在废气后处理中活性的基质单体原则上可用于对于本领域技术人员而言针对所有汽车废气领域已知的废气后处理。优选地，基材单体的催化涂层可选自由三向催化剂、SCR催化剂、氮氧化物储存催化剂、氧化催化剂、烟尘点燃涂层组成的组。关于个别考虑的催化活性和其解释，参考WO2011151711A1中的实施。
此处介绍的涂层系统的一部分的设计可以极其优选地用于涂层系统中，例如根据引用的现有技术(见上文)而构建的涂层系统。其他的也是可以考虑的。根据第一和第二实施方式，通过建立活塞阀作为第二单元(8)至第三单元(4)的关闭机构，实现了对基材进行涂层时的循环时间的减少。这是因为使用这种机构可以将涂层室设计得相对较小。由于死体积小，负压抽吸相应地比在具有其他阀门的涂层室中更快。还可以注意到，可以进一步提高涂层精度，特别是在基材中的区域长度的一致性方面。在其他阀门(例如瓣阀)中，在阀门打开过程中会产生不均匀的负压，而这里实现了360°的打开，这允许了第三单元(4)中存在的负压均匀分布在基材的整个截面上。因此，在每个涂层的通道中，多余的载体涂层被相对均匀地从基材上吸走。另一个令人惊讶的效果是，在较小的第二单元(8)中，来自之前的涂层工序的载体涂层的残留物较少。至少对于涂层装置的第一实施方式，这最终也导致从基材到基材的更一致的涂层，这对于基材中存在的相对恒定的贵金属含量而言具有特别有利的效果。在任何情况下，第二单元(8)都比不使用本实用新型时脏污的程度更小。这些优点在优先权日时是不可能预料到的。
附图标记列表：
1：涂层装置
2：基材
3：第一单元
4：第三单元
5：活塞阀
6：排出口
7、7’：涂层的入口
8：具有扩散器的第二单元
9：连接负压发生器的管道
10：涂层给料装置
11：涂层帽
Claims (8)
1.一种涂层装置，其用于利用用于废气后处理的涂层悬浮液对基材(2)进行涂层，所述涂层装置具有：
-用于在竖直方向上接收和锁定所述基材(2)的第一单元(3)；
-在所述第一单元(3)下方的第二单元(8)，所述第二单元与所述第一单元气密地连接并且具有排出口(6)，
-用于提供负压的第三单元(4)，所述第三单元至少气密地包围所述第二单元(8)，
其中，所述第二单元(8)被设计成使得由所述第三单元(4)提供的负压只能通过打开的所述排出口(6)传递到所述基材上，
其特征在于，
所述排出口(6)的关闭和打开通过至少一个活塞阀(5)进行。
2.根据权利要求1所述的涂层装置，
其特征在于，
所述第二单元(8)能够在所述排出口(6)关闭时通过入口(7)接收涂层悬浮液并将其引导到所述基材(2)中，并且能够借助于由所述第三单元(4)提供的负压，通过打开的所述排出口(6)从所述基材上去除多余的涂层悬浮液，
其中所述入口(7)与所述排出口(6)不同。
3.根据权利要求1所述的涂层装置，
其特征在于，
所述涂层装置具有布置在所述基材(2)上方的第四单元(10)，其中，所述第四单元(10)被设计成，能够通过上方入口从上方将涂层悬浮液计量到所述基材(2)上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涂层装置，
其特征在于，
所述活塞阀(5)的活塞在头部处的直径在5cm至25cm的范围内。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的涂层装置，
其特征在于，
所述活塞阀(5)是气动或电动控制的。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的涂层装置，
其特征在于，
所述活塞阀(5)能够通过柔性的密封件气密地关闭所述第二单元(8)的所述排出口(6)。
7.根据权利要求2所述的涂层装置，
其特征在于，
所述第二单元(8)在所述基材(2)下方具有扩散器，涂层悬浮液通过所述扩散器被导入所述基材(2)中。
8.根据权利要求7所述的涂层装置，
其特征在于，
所述入口(7)在所述第二单元(8)的侧面安装在所述扩散器下方。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |