CZ274498A3 - Voštinová struktura pro katalyzátor - Google Patents

Voštinová struktura pro katalyzátor Download PDF

Info

Publication number
CZ274498A3
CZ274498A3 CZ982744A CZ274498A CZ274498A3 CZ 274498 A3 CZ274498 A3 CZ 274498A3 CZ 982744 A CZ982744 A CZ 982744A CZ 274498 A CZ274498 A CZ 274498A CZ 274498 A3 CZ274498 A3 CZ 274498A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
honeycomb
sheets
catalyst
metal
catalyst according
Prior art date
Application number
CZ982744A
Other languages
English (en)
Inventor
Keijo Torkkell
AIMO LEHTIMäKI
Timo Avikainen
Original Assignee
Kemira Metalkat Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kemira Metalkat Oy filed Critical Kemira Metalkat Oy
Publication of CZ274498A3 publication Critical patent/CZ274498A3/cs

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/9454—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56—Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K1/00—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering
    • B23K1/0008—Soldering, e.g. brazing, or unsoldering specially adapted for particular articles or work
    • B23K1/0014—Brazing of honeycomb sandwich structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • F01N3/2814—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates all sheets, plates or foils being corrugated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2839—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration
    • F01N3/2842—Arrangements for mounting catalyst support in housing, e.g. with means for compensating thermal expansion or vibration specially adapted for monolithic supports, e.g. of honeycomb type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K2101/00—Articles made by soldering, welding or cutting
    • B23K2101/02—Honeycomb structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2450/00—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements
    • F01N2450/22—Methods or apparatus for fitting, inserting or repairing different elements by welding or brazing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/1234—Honeycomb, or with grain orientation or elongated elements in defined angular relationship in respective components [e.g., parallel, inter- secting, etc.]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24149—Honeycomb-like

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Description

(54) Název přihlášky vynálezu:
Voitínová struktura pro katalyzátor (57) Anotace:
Vynález se týká katalyzátoru zahrnujícího voštinu /1/ a jl obklopující plášť /22/. Voština je tvořena strukturou vytvořenou ve stohu kovových plechů, z nichž alespoň část je profllována tak, že voštinová struktura zahrnuje množství průtočných kanálků pro plyn. Volné konce kovových plechů jsou umístěny v části /Si/ obvodu voštiny nesymetricky vzhledem ke středu voštiny tak, že část /Fi/ obvodu voštiny volné konce kovových plechů neobsahuje. Voština je připojena buď přímo, nebo přes vloženou vrstvu k plášti v připojovací oblasti /Li /, obsahující alespoň část volných konců plechuů.
• ·
»·· ···· *· ?k £1¼ - <ig
VoStinová struktura pro katalyzátor#
Oblast techniky
Vynález se týká katalyzátoru zahrnujícího voštinu a ji obklopující plášt. Voština zahrnuje strukturu tvořenou svazkem kovových plechů, z nichž alespoň část je profilovaná. Voštinová struktura zahrnuje množství průtočných kanálů pro průchod plynů.
Vynález se pak zejména týká voštiny určené pro katalyzátory, a dále připevnění této voštiny k vnějšímu plášti. Katalyzátor je obvykle používán pro čištění emisí ze spalovacího motoru oxidací plynných nečistot nebo nečistot ulpělých na povrchu částic, a redukcí oxidů dusíku.
Dosavadní stav techniky
Kovové voštiny určené pro katalyzátory sestávají obvykle z tenkých kovových plechů, které vytvářejí množství kanálků, jimiž může voštinou procházet plyn. Voština obvykle sestává ze dvou kovových plechů, z nichž jeden je zvlněný a druhý je vpodstatě hladký tak, že naskládáním těchto plechů střídavě do vrstev vznikne množství kanálků. Na povrch voštiny je pak přidán keramický nosič zvětšující geometrickou plochu katalyzátoru a zahrnující sloučeniny, které zesilují aktivitu. Uvedené sloučeniny mohou příkladně vázat plynné sloučeniny. Nosič navíc slouží jako základna pro drahé kovy, které jsou katalyticky aktivními látkami. Keramický nosič může být na povrch kovových plechů přidán před vytvořením voštiny. Takový způsob se pak nazývá otevřené povlakování. Nosič může být přidán také až po stočení nebo přehnutí voštiny. Pro tento postup se používá termín povlakování voštiny.
Aby katalyzátor začal pracovat, musí dosáhnout vhodné pracovní teploty (zážehové teploty), která může být příkladně ·*·· větší než ' - a to v závislosti na drahém kovu obsaženém v katalyzátoru a v závislost’.! na typu motoru. 3 požadavkem na snižování emisních limitu vzniká potřeba, aby se zážehové teploty dosáhlo co možná nej rychleji, za jedno z řešení, umožňujících rychlé dosažení pracovní eploty katalyzátoru bylo původně považováno elektrické ohřívání menšího katalyzátoru, umístěného před vlastním katalyzátorem. Tímto způsobem bylo možno udržet tradiční umístění katalyzátoru pod podvozkem vozidla. Toto řešení však bylo vpodstatě zcela opuštěno v důsledku nákladnosti a problémů s touto technologií. Běžnou praxí se stalo problém rychlého dosažení pracovní teploty katalyzátoru řešit instalací katalyzátoru, nebo menšího předřazeného katalyzátoru, přímo do spojení s výfukovým potrubím do tzv. těsně spojené polohy. Ta však klade vysoké požadavky na odolnost katalyzátoru, nebot je zde nutno počítat se značným tepelným a mechanickým namáháním katalyzátoru.
V této těsně spojené poloze působí na katalyzátor velké zrychlující síly s frekvencí obvykle 50 až 400 Hz. V nej horším případě dosahují hodnoty zrychlení přenášené na katalyzátor z motoru přes výfukové potrubí několika desítek násobků gravitačního zrychlení. Navíc, pulsující rázy proudu výfukových plynů působí na voštinu katalyzátoru, zejména na její čelní plochu, kde vyvolávají vibrace čelní plochy voštiny, a to v závislosti na spalovací frekvenci motoru. Pro uvedený jev se užívá pojem vysokofrekvenční únava voštiny.
Kromě vysokofrekvenční únavy působí na voštinu katalyzátoru také značné tepelné síly, které jsou největší právě u této těsně spojené polohy. Po nastartování vozidla, nebo při rychlém zvyšování zátěže motoru, stoupá teplota výfukových plynů a stoupá také koncentrace látek, které mají být v katalyzátoru oxidovány, což vede k ohřívání katalyzátoru a k drastickému růstu teploty, nejprve a zejména ve středových částech voštiny. Tepelné roztahování kovové voštiny v důsledku existence tepelného gradientu ve směru k chladnějšímu plášti obklopujícímu voštinu, vede k tlakovému namáhání voštiny. Znamená to, že při vysokých tlacích za teploty kolem 900 až • to • to toto··
♦ · to • to · ·
1000°C je voština, která je obvykle vyrobena z feritické oceli, n e vyhnu tel ně do určité míry deformována. K deformacím dochází' v závislosti napr. na velikosti uvedeného tepelného gradientu, který je ovlivněn mj . vnější nebo vnitřní izolací použitou na plášti voštiny a také na distribuci proudění ve voštině. Po snížení výkonu motoru, nebo po vypnutí motoru, teplota motoru klesne a voština i plášt se smrštují. Voština pak má snahu zaujmout nový menší objem než zaujímala při vysoké teplotě a vzniká tak tahové napětí mezi voštinou a jejím pláštěm, které v nejhorším případě vede k oddělení voštiny od pláště. Kromě radiálního směru jsou teplotní gradienty přítomny také ve směru proudění ve voštině, tj . ve směru axiálním, a vyvolávají další tepelné namáhání. Síly vyvolané tepelnými cykly jsou označovány jako tepelná únava.
Známé způsoby ovládání vysokofrekvenční únavy kovové voštiny zahrnovaly vyztužení voštinové struktury například tak, že se použily silnější kovové plechy. Ty musely být vyrobeny z silnějšího nebo jinak zesíleného materiálu. Po dlouhou dobu byly komerčně dostupné výrobky, u nichž byl hladší plech, na který působí větší napětí než na plech zvlněný, vyroben ze silnějšího materiálu než zvlněný plech, nebo byla jeho tloušťka zvětšena. Plechy vytvářející kanálky byly vzájemně k sobě připájeny nebo přivařeny. Vyzkoušeno bylo ovládání rázům podobných pulsů vyvolaných výfukovými plyny také zdokonalením distribuce proudění látek nebo zvětšením plochy průřezu voštiny. Nej lepším způsobem, jak zkombinovat tyto způsoby, bylo stočení voštiny diagonálně vzhledem ke směru proudu vstupujícího plynu.
Problém tepelné únavy se silně vyskytuje pouze ve spojitosti s těsně spojenou polohou katalyzátoru, zejména u struktur připájených k trubicovítému plášti a uvnitř voštin, u nichž cyklická změna teploty nutně vyvolává velká zbytková napětí, Ovládání této situace se provádělo hlavně zvětšením pružnosti voštiny tak, že se zmenšila styková plocha mezi trubicovým pláštěm a voštinou v axiálním směru. U struktur, kde samostatné plechy, nebo dvojice plechů vytvořené spojením ··*« • » · ·
· ··» ·
zvlněného a plochého pásu, jsou od sebe vzájemně vzdáleny, je namáhám' vyvolané tepelnou únavou mnohem menši', avšak i tak rnúže dojit k uvolnění voštiny, což snižuje její odolnost proti vysokofrekvenční únavě.
Evropský patent EP - 0 245 7 38 popisuje přehnuté a stočené struktury voštin, u nichž je pevnost voštiny zvětšena použitím výztužných stěn. Výztužné stěny lze použít pro vyvolání vlasnního kmitočtu voštiny, a tím pro zvýšení odolnosti proto vysokofrekvenční únavě. U těchto struktur však bylo obtížné ovládat odolnost proti tepelné únavě, nebot u nich může být zvětšená tuhost voštiny až nebezpečím pro tepelnou odolnost voštiny. Navíc použiti výztužných stěn u těchto struktur představovalo dodatečnou hmotnost a také vznik dodatečných mimořádných nákladů.
Evropský patent EP-0 245 737 popisuje strukturu katalyzátoru, u něhož je navršený stoh kovových plechů přehnut nebo stočen v opačných směrech. Charakteristické pro tuto strukturu je, že plechy jsou symetricky připojeny k obvodu pláště ve dvou protilehlých oblastech, nebo úsecích. V případě použití jednotlivých nespojených plechů je tato struktura pružná, avšak dojde-li ke zvýšení odolnosti proti vysokofrekvenční únavě struktury vzájemným spojením plechů, dojde k situaci, kdy je nezbytné zvětšit odolnost proti tepelné únavě, obvykle zmenšením stykové plochy v axiálním směru tak, jak je to popsáno ve zveřejněné přihlášce WO-96/26805.
Evropský patent EP-0 631 815 popisuje voštinu přehnutou do tvaru písmene S, u které jsou použity dvojice pásů zvlněných a rovných plechů vyrobených z pevnější slitiny, kde tyto dvojice působí jako výztužné vrstvy. Patent dále popisuje jak může být zvlněný plech speciálně stočen a vytvořit plášt voštiny. U této struktury je pozornost soustředěna především na zpevnění vnitřní struktury voštiny, která neumožňuje ovlivňovat odolnost voštiny proti tepelné únavě.
Zveřejněná přihláška SAE-910615 popisuje problémy týkající se instalace katalyzátoru v blízkosti motoru. Rozdíl teplot mezi pláštěm katalyzátoru a okrajovou částí voštiny je
·· ···· ♦
·· « zde uváděn hodnotou 400°C, která způsobuje velkou tepelnou únavu. Testovány zde byly tri různé struktury katalyzátoru, přičemž jako nejlepší byla shledána struktura, u níž byla přední část voštiny, a podobně vnější vrstvy stočeného válce, připájeny na tvrdo. Připojení k plášti bylo provedeno na výstupní straně. Vnitřek a výstupní konec voštiny byly ponechány nepřipájené. Voština podle tohoto zveřejněného řešení se neodtrhovala od pláště, a ani nevykazovala poškození v místech, kde připájená přední plocha vyčnívá vpřed. Tím, že vnitřek voštiny a její výstup zůstávají neprípájeny, a tím, že voština je připevněna pouze na své výstupní straně, se umožní zvýšení elasticity struktury s ohledem na tepelnou únavu tak, že vyhověla použitému testu.
Zveřejněná přihláška WO-96/26805 popisuje strukturu, kde hladký pás, patřící ke struktuře voštiny, obklopuje část délky voštiny v axiálním směru. Tím se umožní předejít vzniku nežádoucích pájených spojů mezi voštinou a trubicovítým pláštěm. Podle tohoto řešení je možné nevytvářet spoj po celé délce mezi pláštěm a pouzdrem a tím zlepšit odolnost výrobku proti tepelné únavě. Popsaný způsob vyžaduje vytvoření hladkého pásu, nebo alternativně použití jednoho nebo více úzkých pásků, které budou obklopovat část délky voštiny.
Patentová přihláška EP-0 486 276 popisuje spoj mezi voštinou a trubicí pláště u polooválné voštiny, u níž je, podle tohoto spisu, možno získat vynikající odolnost proti tepelné únavě. Připojení voštiny k trubici pláště je omezeno na zakřivené části, nebo alternativně na rovnoběžné části.
U některých popsaných výrobků je běžné, že voština je vyrobena stočením kontinuální dvojice pásů, tvořených zvlněným plechem a hladkým plechem, které byly spolu spojeny pájením na tvrdo. Pro zvýšení pružnosti bylo pájení uvnitř voštiny zredukováno. Dalším způsobem výroby voštiny je navrstvení nařezaných zvlněných a hladkých plechů a přehnutím konců obecně pravoúhlého stohu plechů takto vytvořeného na opačné strany. Konce plechů vzniklé voštiny jsou připojeny k plášti obvykle ve stejných intervalech nebo ve dvou úsecích, které jsou vzájemně ··♦ » 9 «·· velmi blízké, ^ájení je provedeno obvykle v oblasti mezi těmito úseky. Jeho ocjem muže být pro zlepšení pružnosti v axiálním směru redukován. Dále existují struktury mající tvar písmene U, V a tvar kříže, které schopnost spi rálovitě stočených struktur vyvážit tepelné roztahování vnitřním zkroucením nemáj í.
Cílem tohoto vynálezu je vytvořit katalyzátor, který bude mít jak dobrou odolnost proti tepelné únavě, tak i dobrou odolnost proti vysokofrekvenční únavě.
Podstata vynálezu
Vynálezem je vytvořen katalyzátor zahrnující voštinu a ji obklopující plášt. Voština zahrnuje strukturu tvořenou stohem kovových plechů, z nichž alespoň část je profilovaná. Struktura voštiny má několik průtočných kanálků pro plyn. Ve voštině jsou volné konce kovových plechů rozloženy v části obvodu voštiny nesymetricky vzhledem ke středu voštiny tak, že část obvodu voštiny volné konce kovových plechu neobsahuje. Uvedená voština je přitom k plášti připojena bud přímo, nebo prostřednictvím mezilehlé vrstvy, a to v oblasti zahrnující alespoň část z uvedených volných konců.
Voštinová struktura podle vynálezu může být vytvořena ohnutím konců stohu kovových plechů v opačných směrech za vzniku voštiny tzv. typu S. U voštinové struktury vytvořené tímto způsobem vznikají volné konce kovových plechů z obou konců stohu kovových plechů.
Uvedená voštinová struktura podle tohoto vynálezu může být vytvořena saké spirálovitým stočením stohu kovových plechů, jehož tlouštka se ve směru stáčení zvětšuje. Jestliže jsou počátečním bodem stáčení zaříznuté konce plechů, budou volné konce těchto kovových plechů ve vytvořené voštinové struktuře pocházet z tenčího konce stohu kovových plechů. Jestliže budou počátečním bodem stáčení ohnuté plechy, budou volné konce • Φ •φ <*·· * ·*·* ·· • · <
• ·· ·« · · • · · ·· ·· kovových plechů ve vytvořené voštinové struktuře pocházet z. nepřehnutého tenčího konce stohu plechů.
Uvedené volné konce kovových plechů jsou rozmístěny pouze v části obvodu voštiny, která výhodně tvoří kolem 25 až 90 % délky jejího obvodu.
Uvedený stoh kovových plechů je pak výhodně tvořen několika dvojicemi plechů, kde jedna taková dvojice je tvořena jedním vpodstatě hladkým, nebo mírně zvlněným, plechem a jedním zvlněným plechem. Tento vpodstatě hladký, nebo mírně zvlněný, plech může být se zvlněným plechem téže dvojice plechů podle vynálezu spojen, například svařením.
Příkladně, uvedený stoh kovových plechů může být tvořen asi 2 aŽ 15 dvojicemi plechů, avšak, v závislosti na požadované struktuře, je možno použít třeba i větší počet dvojic plechů.
Podle výhodného provedení tohoto vynálezu je mezi voštinou a pláštěm vytvořena spojovací oblast, a to v axiálním směru podél celé délky voštiny nebo podél její Části. Tato spojovací oblast zahrnuje uvedenou část obvodu voštiny, v níž se nacházejí volné konce kovových plechů, ve směru obvodu voštiny je tak vytvořena nepřipevněná oblast, která zahrnuje alespoň část uvedené obvodové části, v níž se nenacházejí volné konce kovových plechů. U řešení podle tohoto vynálezu mohou být voština a plášt katalyzátoru vzájemně spojeny v uvedené spojovací oblasti, příkladně za použití pájení nebo svařování.
Plášt katalyzátoru podle vynálezu může mít kruhovitý, polooválný nebo oválný průřez.
Voština katalyzátoru podle vynálezu může navíc zahrnovat jeden, nebo několik výztužných plechů s tloušťkou větší než je tloušťka ostatních kovových plechů voštiny. Délka tohoto výztužného plechu může být větší než délka ostatních plechů, takže výztužný plech může tvořit uvedenou mezilehlou vrstvu, vloženou mezi obvod voštiny, nebo jeho část, a plášt katalyzátoru.
Jak jíž bylo uvedeno, jsou volné konce kovových plechů rozmístěny na části obvodu voštiny nesymetricky vzhledem ke
středu voštiny. Navíc je možné, aby střed voštiny neležel v ose symetrie pláště katalyzátoru.
Při výrobě katalyzátoru podle vynálezu muže být použito techniky otevřeného povlakování nebo techniky voštinového povlakování.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude dále podrobněji popsán na svých příkladných provedeních s odkazem na přiložené výkresy, kde:
Obr. 1 znázorňuje strukturu katalyzátoru podle tohoto vynálezu;
Obr. 2 zobrazuje strukturu stohu kovových plechů, použitého při výrobě katalyzátoru z Obr, 1;
Obr. 3 zobrazuje další strukturu katalyzátoru podle vynálezu;
Obr. 4 je pohled na část struktury stohu kovových plechů, používaného při výrobě katalyzátoru z Obr. 3;
Obr. 5 uvádí třetí strukturu katalyzátoru podle tohoto vynálezu;
Obr. 6 je pohled na část struktury stohu kovových plechů, použitého při výrobě katalyzátoru z Obr. 5;
Obr. 7 znázorňuje čtvrtou strukturu katalyzátoru podle tohoto vynálezu;
Obr . 8 je půdorys struktury zvlněných plechů
používaných při výrobě katalyzátoru podle vynálezu;
Obr . 8A znázorňuje stejnou strukturu j ako Obr. 8, avšak
v bokoryse a ve zvětšeném měřítku;
Obr . 8B zobrazuje řez v místě A-A z Obr. 8A; a
Obr . 9 znázorňuje katalyzátor podle vynálezu
s připojenými koncovými kužely.
Příklady proveáení vynálezu
Obr. 1 zobrazuje voštinu 1 pro katalyzátor podle tohoto vynálezu stočenou do rozšiřující se spirály. Tento výrobek je podle vynálezu tvořen na sebe navrstvenými dvojicemi 5, £j_, 7, 8. kovových plechů, vytvořenými z jednoho zvlněného plechu a z jednoho hladkého plechu, nařezaných na stejný rozměr. Tyto dvojice plechů (obvykle příkladně 2 až 15 dvojic) jsou naskládány do stohu 2, jehož tloušťka se ve směru příčném na průtočné kanálky zvětšuje, jak je dobře vidět na Obr. 2. Vytvořit výrobek, který tvoří plynule se rozšiřující spirála, je možno tak, že se se stáčením stohu plechů začne na tom jeho konci, jehož tloušťka je nejmenší (jak je vidět na Obr. 2) a pokračuje se ve směru, v němž jsou do stohu kovových plechů postupně přidávány nové vrstvy 7., 8..
V případě zobrazeném na Obr. 2 je prvek 7, 8., kterým se zvětšuje tloušťka stohu, tvořen alespoň jednou dvojicí kovových plechů, tvořenou jedním zvlněným a jedním hladkým plechem, které nemusí mít nezbytně stejnou délku.
Míru rozšiřování spirály (Obr. 2) lze ovládat vhodnou volbou vzdálenosti χχ od začátku spirály a zvětšováním počtu prvků v těchto místech. Místa rozšiřování jsou umístěna se zřetelem na to, aby bylo se ovládalo rozmístění konců plechů na vnějším obvodě dokončené spirály. Tímto způsobem, spolu s ovládáním délky plechů tvořících stoh, se mohou vytvářet voštinové nacházej í zaříznuté konce plechů
S pláště, nebo podél výhodně namáhání struktury, u nichž se v požadovaném sektoru požadované délky obvodu pláště. U tohoto způsobu je možno pro připojení všech konců k plášti eliminovat nutnost pájení po celé délce obvodu výrobku. Aby se zajistila dostatečná odolnost katalyzátoru proti akceleračním silám v axiálním směru, je žádoucí, aby uvedený sektor měl u výrobku kruhového průřezu rozsah 90° až 330°, v závislosti na okolnostech U jiných než kruhovitých výrobků může být rozsah ·· ·· ··♦ ···· spojovacího ' ··.. stanoven procentním podílem obvodu pláště, a pohybuje se v tomto případě odpovídajícím způsobem kolem 25 až 90 % délku tohoto obvodu. Oblast l·^, v níž je voština připájena k pléšti, má alespoň velikost spojovacího sektoru S , avšak z výrobně technických důvodů je obecně poněkud větší. Velký spojovací sektor snižuje pružnost voštiny a oslabuje tak její odolnost proti tepelnému namáhání. Plocha FlZ která na plášti leží mimo spojovací sektor Sx, a která neobsahuje plechy připojené k obvodu, pohlcuje deformace vyvolané tepelným namáháním a zvyšuje tak schopnost voštinové struktury, připomínající spirálu, reagovat na pohyb vyvolaný tepelnými silami zkroucením. Jelikož je u výrobku podle tohoto vynálezu uvedený pohyb, a s ním spojené deformace, usměrněn a ovládán, může být tato část voštiny chráněna proti rázům vznikajícím ve výfuku. Jelikož je odolnost voštiny proti tepelným silám založena na usměrnění tepelného pohybu a deformace, může být upevnění v axiálním směru provedeno od konců plechů po délce stěny, nebo její části, jestliže je to žádoucí. Pro připevnění je možno pouzít různé druhy pájení nebo, příkladně různé druhy elektrodového svařování.
Voština, která je charakterizována rozšiřující se spirálovou strukturou, může být použita pro snadnou výrobu výrobků, jejichž vlastnosti se mění v radiálním směru, protože, příkladně plechy zasahující do středu výrobku mohou mít jinou pevnost, nebo mohou mít jiný počet otvorů, jiné katalytické vlastnosti, nebo některé jiné vlastnosti oproti plechům, které jsou do stohu vloženy až v další části spirály. Tím je možno příkladně ovlivňovat rozdělení proudění ve výrobku, a to tak, že větší kanály, snižující odpor proti proudění, nebo kanály, jejichž tvar usnadňuje uvolňování plynů, jsou umístěny v obvodové oblasti výrobku, v níž je průtok plynů obvykle menší, než je comu ve středu výrobku. Také dvojice plechů nebo vrstvených prvků, které se do struktury postupně přidávají, mohou být k plechům připojeny různými způsoby. Část plechů může být spolu svařena, příkladně metodou laserového svařování, a část může býc volná bez připevnění. Svým vhodným připevněním může být výztužná oblast nasměrována do místa, kde je
vysokofrekvenční únava nejsilnější, šroubovitým pohybem spirály je u výrobku podle tohoto vynálezu tepelný pohyb zmírněn, což je podstatou jeho dobré odolnosti proti tepelné únavě.
Výrobek podle tohoto vynálezu může být vyroben z kovových plechů různých druhů, příkladně z austenitických druhů nikl - chrom-hliníkových ocelí nebo z chrom-hliníkových feritických druhů ocelí. Hliník, nebo jeho část, může být do kovového plechu přidán metodou povlakování, příkladně včetně obvyklého difuzního hliníkování, mechanického povlakování, odpařování nebo pokovování rozprašováním. Vytvořená voština je pak obvykle umístěna do. trubicovitého pláště, nebo mezi hlubokotažená poudra, nebo také může být umístěna přímo do licí formy a plášt katalyzátoru může být odlit příkladně jako součást výfukového potrubí motoru.
Na Obr. 3 je zobrazena voština pro katalyzátor podle vynálezu stočená do rozšiřující se spirály. Tento výrobek je modifikací voštinové struktury podle vynálezu zobrazené na Obr. i. Výrobek je vyráběn ze stohu 10 kovových plechů zobrazeného na Obr. 4. Stoh 10 kovových plechů je tvořen dvěma přeloženými dvojicemi plechů 11, 12, které byly přehnuty, a které obsahují prvky zvětšující tloušťku stohu, umístěné mezi nimi. Tyto prvky zvětšující tloušťku jsou tvořeny přehnutými dvojicemi kovových plechů. Na Obr. 4 jsou dvě takové dvojice kovových plechů označeny vztahovými značkami 13 . 14. Jedna dvojice kovových plechu je tvořena jedním zvlněným a jedním hladkým plechem. Spirálovité stáčení stohu, jak je vidět na Obr. 4, je započato od toho jeho konce, který má nejmenší tloušťku. Získá se tak výrobek, jehož struktura vytváří plynule se rozšiřující spirálu. Způsobem popsaným v předchozí části je možno vyrobit voštinu, u níž je střed stáčení spirály posunut mimo alespoň jednu z os symetrie výrobku. Toto posunutí je na Obr. 3 označeno jako Jako je zde označena oblast, podél níž je voština připevněna k plášti.
Obr. 5 znázorňuje voštinu 15 katalyzátoru podle tohoto vynálezu stočenou do rozšiřující se spirály. Tato voština podle vynálezu představuje modifikací struktur zobrazených na Obr. 1 a Obr. 3. Tento výrobek je vyroben ze stohu 16 kovových plechů zobrazeného na Obr . 6. Stoh 16 kovových plechů je tvořen přehnutou dvojicí 17 plechů, která má prvky zvětšující tlouštku stohu umístěné uvnitř. Tyto prvky jsou rovněž tvořeny přeloženými dvojicemi kovových plechů. Dvě takové dvojice kovových plechů jsou na Obr. 6 označeny vztahovými zančkami 18. 19 . Prvky zvětšující tloušťku stohu jsou připevněny také na dvojici 17 kovových plechů, a jsou podobně tvořeny přehnutými dvojicemi kovových plechů. Jeden z těchto prvků je označen vztahovou značkou 20 . Stáčení spirály je započato, jak je vidět na Obr. 6, na tom konci stohu 16., který má nejmenší tlouštku. Stočením vznikne výrobek, jehož struktura tvoří plynule se rozšiřující spirálu. Výše popsaným způsobem je možno vyrobit voštinu 15., u které je střed stáčení spirály posunut mimo alespoň jednu osu symetrie výrobku. Toto posunutí je na Obr. 5 označeno jako a, zde označuje oblast, ve které je voština připevněna k plášti katalyzátoru.
Obr. 7 zobrazuje výrobek podle tohoto vynálezu, který zahrnuje voštinu 2J katalyzátoru ve tvaru excentrického „S. Tento výrobek je tvořen na sebe naskládanými dvojicemi kovových plechů, které jsou tvořeny zvlněnými a hladkými plechy nařezanými na stejnou velikost. Dvojice kovových plechů (obvykle například 4 až 35 dvojic) mají různou délku. Výrobek je stočen spirálovitě tak, že stoh kovových plechů je upnut na jednom nebo na dvou přesně stanovených místech. Místo středu mezi dvojicemi se nenachází ve středu vzhledem ke směru stáčení stohu, a svazek je tudíž nesymetrický. Použitím tohoto postupu lze vyrobit voštinu, u níž je střed spirálového stáčení posunut mimo alespoň jednu osu symetrie výrobku. Tento posun je na výkrese označen jako ct. Tento postup, spolu s ovládáním délky kovových plechů, může být použit pro výrobu voštinových struktur, u kterých se odříznuté konce kovových plechů soustřeďují ve stanovené oblasti pláště 22, nebo ve stanovené délce obvodu pláště 2 2.
Tento způsob umožňuje pro připevnění všech kovových plechů k plášti eliminovat nutnost pájení, například * *
kruhovitého výrobku, po celé délce jeho obvodu. Aby se dosáhlo dostatečné odolnosti. takového výrobku proti axiálním akceleračním silám, je u kruhovitého výrobku žádoucí, aby uvedený připevňovací sektor měl rozsah 90° až 330°, v závislosti na okolnostech namáhání. U jiných než kruhovitých výrobků lze rozsah připojovacího sektoru uvádět jako procento z délky obvodu pláště. U takových výrobků se rozsah pohybuje kolem 25 až 90 % délky obvodu. Oblast LA, podél níž je voština připevněna k plášti, je minimálně tak velká, jako připojovací sektor, avšak obecně je z výrobně technických důvodů poněkud větší. Velký připojovací sektor zmenšuje pružnost pláště a snižuje tak odolnost proti tepelnému namáhání. Oblast F , která na plášti leží mimo připojovací sektor, a která neobsahuje kovové plechy připevněné k obvodu, pohlcuje deformace způsobované tepelnými silami a zvyšuje tak schopnost voštinové struktury zkrucovat se do spirály a pohlcovat tak tepelný pohyb vyvolaný tepelnými silami. Jelikož uvedený pohyb, a s ním spojené deformace, jsou u výrobku podle vynálezu usměrněny a ovládány, může být tato část voštiny chráněna proti rázům způsobovaným výfukem. Jelikož je odolnost voštiny proti tepelným silám založena na usměrnění tepelného pohybu a tepelné deformace, může být připevnění provedeno v axiálním směru od konců kovových plechů po celé délce, nebo po její části, jestliže je to požadováno. Jako připevňovací technologii lze úspěšně použít různé druhy pájení, nebo, příkladně, svařování elektrodou.
Obr. 8, Obr. 8A a Obr. 8B znázorňují zvlněný kovový plech, který je možno použít pri výrobě katalyzátoru podle tohoto vynálezu. Tento zvlněný kovový plech je označen vztahovou značkou 23 . Přední okraj 24 zvlněného kovového plechu 23. je při zvlňování vytvarován tak, že leží ve vyšší úrovni než ostatní části tohoto zvlněného kovového plechu 23 . Přední okraj 24 zvlněného kovového plechu 23 je možno spojit s hladkým kovovým plechem, například svařením laserem. Svar lze provést například na každém druhém vrcholu vlny zvlněného plechu tak, aby mezilehlá vlna mohla svou pružností pohlcovat ohybové síly vyvolané stáčením stohu plechů.
• *
Obr. 9 zobrazuje srvukturu hotového katalyzátoru zahrnujícího vošr.inu 25 a j i obklopující trubicoví tý plášt 28 Na vstupní štvaně voštiny 25 jo připevněn koncový kužel 26 . Tento kužel 26 je umístěn diagonálně k podélné ose voštiny. Směr proudu plynu znázorňuje na Obr. 9 šipka. Na výstupní straně voštiny 25 je pak připevněn koncový kužel 27.
U výrobků podle tohoto vynálezu se kruhovitým tvarem tělesa voštiny dosáhne značných výhod. Při jeho výrobě je obvyklým problémem dosáhnout dostatečné pružnosti, zejména při svinování voštiny ze stohu kovových plechů. Vynález však není omezen pouze na toto jediné geometrické uspořádání. V důsledku excentricity středu stáčení ve směru kolmém na směr průtočných kanálů je možno využívat také například oválné geometrické uspořádání. Tím je možno umístit počáteční a koncové body kovových plechů do žádoucího úseku vnitřního obvodu pláště a ponechat další část voštiny bez upevnění k plášti. Použitím rozšiřující se spirály je také možno vyrobit voštinu, jejíž střed zahrnuje otvor o požadované velikosti. Zploštěním této voštiny tak, že se otvor uzavře, vznikne polooválná voština, u které je asymetrie spojovacích míst kovových plechů vzhledem ke středu voštiny dána asymetrií rozšiřování spirály a také směrem zploštování.
Výrobky podle tohoto vynálezu, jejich výroba a vlastnosti budou dále popsány na následujících příkladech, l
Příklad 1
Výrobek A podle tohoto vynálezu, který zahrnuje voštinu 1 katalyzátoru stočenou do rozšiřující se spirály, a který je zobrazen na Obr. 1, byl vyroben povlakováním zvlněného a hladkého ocelového plechu tak, že bez povlaku byl ponechán pás o šířce 7 mm od předního okraje plechů. Přilnavost nosiče a plechu byla zvětšena vyčištěním plechu žíháním při teplotě 550°C po dobu 4 hodin. Bylo zjištěno, že tento postup následně prováděnému svařování laserem nevadí. Předběžné zpracování
plechu, nebo ta část předběžného zpracování, při níž dochází k oxidaci nebo nitridaci povrchu plechu, může být také provedena pouze na určité části, plechu, na níž je v první ráži. přidán nosič, přičemž ta část. plechu, která bude svařována, je čištěna jiným způsobem. Při chemickém nebo elektrolytickém čištění lze tento postup provést například Částečným ponořením plechu do reagující látky nebo do elektrolytické lázně, a při tepelném zpracování ponecháním části plechu, která má být svařována mimo indukci nebo mimo ohřev plamenem, nebo indukčním ohřevem okraje na který má být nanesen nosič. Přední strana zvlněného plechu byla v průběhu zvlňování vytvarována způsobem zobrazeným na Obr. 8, Obr. 8A a Obr. 8B tak, aby zvlněný a hladký plech mohly být spolu spojeny svařením nepovlakovaného okraje laserem, a aby bylo možno vytvořit prvky potřebné pro rozšiřování spirály. Svařování bylo provedeno v každém druhém vrcholu vlny tak, aby mezilehlá vlna byla svou pružností schopna přijmout ohyb ke kterému dochází při stáčení stohu plechů. Po svaření je stoh plechů stočen od svého tenkého konce, a nakonec je na přední stranu voštiny přidán nosič, a to ponořením voštiny do nosiče. Nakonec je do nosiče přidáno takové množství paladra, aby naplnění katalyzátoru paladiem dosáhlo hodnoty 7,062 kg paladia na lm3 objemu katalyzátoru. Poměr mezi délkami zvlněných a hladkých plechů je přitom stanoven tak, aby při použité geometrii zvlnění počet otvorů katalyzátoru, tj . počet průtočných kanálků, byl 62/cm3. Předběžným výpočtem a testováním byly nalezeny body určené pro vložení vrstev rozšiřujících spirálu do struktury tak, aby konce dvojic plechů na vnějším ovbodě byly nasměrovány do sektoru v rozsahu 90° až 330°. U vyrobeného výrobku byl zvolen rozsah sektoru S. 270°. Připájení k plášti katalyzátoru bylo provedeno v oblasti L, mající rozsah 290°, v axiálním směru do vzdálenosti 16 mm od středu voštiny, za použití indukční metody. Koncové kužele byly k hotovému výrobku připojeny způsobem podle Obr. 9.
Referenčním výrobkem B byla voština vyrobená vakuovým pájením. Voština byla spájena a připojena k plášti po celé jeho délce. Žádný nosič nebo drahý kov nebyly do voštiny přidávány, • · »·· ··<· takže její pracovní teplota při prováděném testu byla poněkud nižší než u voštiny vyrobené z dvojic plechů, nebot k oxidačním reakcím ve vošcině nedocházelo v takovém rozsahu. Je tedy třeba vzít v úvahu, že podmínky testu byly pro referenční výrobek B lehčí než pro výrobek A podle vynálezu.
Údaje týkající se výrobku A podle tohoto vynálezu a referenčního výrobku B jsou shrnuty v Tabulce l·.
Tabulka 1
A: výrobek podle vynálezu B ·. Referenční výrobek
průměr voštiny 68,5 mm 68,5 mm
délka voštiny 74,5 mm 74,5 mm
počet otvorů 400 400
plechy 50 pm/Fe-20Cr-5A1 50 gm/Fe-20Cr-5Al
obsah Pd 7,062 kg/m3 0
popis struktury laserem svařené dvojice plechů, rozšiřující se spirála, připojení k plášti v úseku s rozsahem 290°, připojovací úsek 270° vakuově pájená struktura, voština zcela připájena k plášti (360°), jednotlivé navrštvené plechy vzájemně spojené
Odolnost proti tepelné únavě a vysokofrekvenční únavě katalyzátoru A podle tohoto vynálezu a referenčního katalyzátoru B byla testována instalací těchto dvou katalyzátorů vedle sebe do výfukového potrubí motoru do tzv. „těsně spojené polohy. Při testu byl použit dvoulitrový šestnáctiventilový motor, který byl upevněn na zkušební lavici. Průběh testovacího cyklu je popsán v následující Tabulce 2.
• ·
Tabulka 2
fáze i fáze 2
čas 6,5 min 7,5 min
otáčky motoru 2800 ot/min 5200 ot/min
zatížení 2 0 Nm plný výkon
teplota výfukových plynu 620°C 880°C
Při testu docházelo k silnému tepelnému namáhání katalyzátorů, nebot teplota výfukových plynů se na vstupu do katalyzátoru rychle měnila mezi 620°C až 880°C, a vzhledem k tomu, že katalyzátory nebyly izolovány, vznikalo velké napětí, zvláště v radiálním směru.
Katalyzátory byly podrobeny prohlídce každých 20 hodin. Bylo zjištěno, že referenční katalyzátor B, který měl tuhou voštinu a tuhé připojení k plášti, byl zcela zničen po 20 hodinách cyklického testu, voština se v důsledku radiálních a axiálních tepelných sil odtrhla od pláště a pak kmitala v plášti tak, že vnější obvod voštiny ztratil vrstvy kovových plechů po celé délce obvodu.
Katalyzátor A podle tohoto vynálezu byl podruhé prohlédnut poté, co proběhlo 40 hodin cyklického testu. Bylo shledáno, že voštiny katalyzátoru jsou stále nepoškozené a po odstranění čelního kužele bylo zjištěno, že pohyb způsobený tepelnou expanzí byl úspěšně usměrněn do stanovené oblasti v úseku nepřipojeném k plášti, nebot při omaku byla přední strana voštiny velmi těsná. Stočení voštiny do rozšiřující se spirály, u níž byly konce kovových plechů připevněny pouze v omezeném sektoru, umožnilo usměrnit tepelný pohyb tak, že nedocházelo k vnitřnímu uvolňování voštiny a umožnilo zvýšit odolnost proti tepelné únavě a zároveň zajistit dostatečnou proti • to · •
··· to · toto · toto toto voštinu Obr. 7,
.. ..
tuhost voštiny s ohledem na potřebu odolnosti vysokofrekvenční únavě.
Příklad 2
Výrobek C podle vynálezu, zahrnující katalyzátoru ohnutou do tvaru „S, jak je zobrazeno na byl vyroben povlakováním zvlněného a hladkého ocelového plechu tak, še byl ponechán nepovlakovaný pás do vzdálenosti 7 mm od předního okraje plechu. Přilnavost nosiče k plechu byla zvýšena žíháním plechu při teplotě 550°C po dobu 4 hodin. Toto tepelné zpracování nekoliduje s následně používanou technologií laserového svařování. Předběžné zpracování plechu, nebo ta část předběžného zpracování, při níž dochází k oxidaci nebo nitridaci povrchu plechu, mohla být aplikována pouze na tu část plechu, na kterou se přidává nosič v první fázi, přičemž část plechu, která se svařuje mohla být čištěna jiným způsobem. Při použití chemického nebo elektrolytického čištění lze tento postup uskutečnit příkladně částečným ponořením plechu do reaktantu nebo do elektrolytického roztoku, při použití tepelného zpracování příkladně ponecháním části plechu, která má být svařována, mimo odpor nebo mimo ohřev plamenem, nebo indukčním ohřevem toho okraje plechu, na který má být nanesen nosič. Přední strana zvlněného plechu byla v průběhu zvlňování vytvarována způsobem, který je zobrazen na Obr, 8, Obr. 8A a na Obr. 8B tak, aby zvlněný a hladký plech mohly být spolu spojeny svařením laserem na nepovlakovaném okraji bez toho, že by do plechu byly vypáleny otvory. Po svaření byl na přední stanu voštiny přidán nosič, a to ponořením voštiny do nosiče. Po kalcinaci bylo do voštiny absorbční metodou přidáno paladium tak, aby množství paladia v katalyzátoru bylo 7,062 kg/m3. Hotové dvojice plechů byly nařezány na stanovené rozměry způsobem zobrazeným na Obr . 3 a naskládány do stohu po pěti dvojicích plechů. Jeden hladký plech stejné pevnosti jako plech použitý ve dvojicích plechů, byl umístěn na horní stranu stohu tak, aby se zabránilo překrývání zvlněných pásů při stáčení ·· voštiny. Vztah mezi zvlněnými a hladkými plechy byl vytvořen tak, aby při. použité geometrii zvlněni počet otvorů ve výrobku, tj . počet průtočných kanálků, byl 62/cmh Předběžným výpočtem a experimenty byly zjištěny upínací body stohu plechů tak, aby konce dvojic plechů na vnějším obvodě byly usměrněny do sektoru s rozsahem 90° až 330°. U vyrobeného katalyzátoru byl zvolen rozsah sektoru na 180°. Excentricita upínacích bodů je uvedena v Tabulce 3. Připájení k plášti bylo provedeno v úseku L4 v rozsahu 200°, v axiálním směru do vzdálenosti 16 mm od středu voštiny indukční metodou. Koncové kužele byly k výrobku připojeny způsobem podle Obr. 9.
Tabulka 3
Číslo dvojice plechů délka dvojic plechů upínací bod při stáčení, měřeno od konce dvojice plechů
vrchní hladký pás 53 0 mm 26 4 mm
1 547 mm 27 5 mm
2 549 mm 280 mm
3 56 2 mm 294 mm
4 56 5 mm 29 6 mm
5 56 2 mm 29 0 mm
Referenční výrobek D byl vyroben stejným způsobem jako výrobek C podle vynálezu, avšak upnutí stohu plechů bylo symetrické a oba konce všech dvojic plechů byly rozmístěny rovnoměrně po celém obvodu voštiny tak, že pájení bylo provedeno po celé délce obvodu (360°) a nezůstala tak žádná volná místa na vnějším obvodu výrobku, pracujícího při v průměru nižší teplotě. Referenční výrobek je schopen tlumit tepelné pohyby a tím snižovat tepelné namáhání.
Údaje týkající se výrobku C podle vynálezu a referenčního výrobku D jsou shrnuty v Tabulce 4.
··♦· • * • · to·
Tabulka 4
C: Výrobek podle vynálezu D: Referenční výrobek
průměr voštiny 68,5 mm 68,5 mm
délka voštiny 74,5 mm 74,5 mm
počet otvorů 400 400
plechy 50 μιη/Fe - 20Cr - 5A1 50 μιη/Fe - 20Cr - 5A1
obsah Pd 7,062 kg/m3 7,062 kg/m3
popis struktury laserem svařované dvojice plechů, excentricky stočené a připájené k plášti v úseku s rozsahem 200°, připojovací úsek 180° laserem svařené dvojice plechů stočené a připevněné k plášti po celé délce obvodu 360°
Odolnost proti tepelné únavě a vysokofrekvenční únavě katalyzátoru C podle tohoto vynálezu a referenčního katalyzátoru D byla testována zcela identickým testem jako tomu bylo u příkladu 1.
Referenční katalyzátor D, v němž měly voštiny pružnou strukturu vytvořenou z dvojic plechů, byl po testu v trvání 40 hodin prohlédnut; obě voštiny byly stále nepoškozeny. Přední kužely byly odstraněny z katalyzátoru a při omaku bylo zjištěno, že tuhost čelních ploch voštin byla poněkud menší. K tomu došlo v důsledku skutečnosti, že radiální roztahování voštiny směrem k chladnějšímu plášti vyvolalo tlaková napětí a možnost deformace struktury. Deformace byla rovnoměrně rozložena na různé dvojice plechů a byla tudíž pociťována jako mírné uvolnění struktury voštiny. Takováto změna tuhosti předního okraje voštiny zvyšuje při dlouhodobém provozu nebezpečí poškození katalyzátoru vysokofrekvenční únavou.
»·♦· «0
Katalyzátor C podle tohoto vynálezu byl prohlédnut po cyklickém testování v trvání 40 hodin. Bylo shledáno, že voština katalyzátoru byla stále nepoškozena, a po odstranění čelního kužele bylo zjištěno, že pohyb způsobený tepelnou expanzí byl usměrněn do stanovené oblasti v úseku, který nebyl připojen k plášti, nebot při omaku byla přední strana voštiny podstatně tužší než tomu bylo u referenčního katalyzátoru D. U excentricky stočené voštiny, v níž jsou konce plechů připojeny k omezenému úseku pláště, bylo možno tepelný pohyb usměrnit tak, že nedošlo k vnitřnímu uvolnění, a bylo tak možno zlepšit jak odolnost proti tepelné únavě, tak i zvýšit odolnost ve vztahu k vysokofrekvenční únavě.
A. T E
Ν T O V É
NÁROKY .27 W - 7<ř

Claims (13)

1. Katalyzátor zahrnující voštinu (i, 9, 15, 21) a ji obklopující plášt (22), kde uvedená voština zahrnuje strukturu tvořenou stohe~ kovových plechů (2, 10, 16), z nichž alespoň část je profilovaná, a kde voštinová struktura zahrnuje několik průtočných kanálů pro plyny, vyznačující se tím, že volné konce kovových plechů jsou rozmístěny v části (SJ obvodu voštiny nesymetricky vzhledem ke středu voštiny tak, že část (Flř Fj obvodu voštiny zůstává bez volných konců kovových plechů a tím, že voština je připevněna, bud přímo, nebo přes vloženou vrstvu, k uvedenému plášti v oblasti {Llř L2, L3, L4) zahrnující alespoň část volných konců.
2. Katalyzátor podle nároku l, vyznačující se tím, že voštinová struktura je vytvořena ohnutím konců stohu kovových plechů v opačných směrech.
3. Katalyzátor podle nároku 1, vyznačující se tím, že voštinová struktura je vytvořena spirálovitým stočením stohu (2, 10, 12) kovových plechů, jehož tloušťka se zvětšuje ve směru stáčení.
4. Katalyzátor podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že volné konce kovových plechů jsou rozmístěny v části (S.) obvodu voštiny tvořící 25 až 90 % délky voštiny.
5. Katalyzátor podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že stoh (2) kovových plechů zahrnuje několik dvojic kovových plechů (5, 6, 7, 8), kde jedna dvojice zahrnuje vpodstatě hladký, nebo mírně zvlněný, kovový plech (4) a zviněný plech (3), »··· » « * ·· · · · « · · · · · a v · · · · · • * ♦ · · · >3 ·· ·♦ »»· ····
6. Kur.al.yzátor. podle nároku 5, vyznačující se tím, že uvedený vpo“6 hladký, nebo mírně zvlněný plech, a uvedený zvlněný plech - edné dvojice plechů jsou spolu spojeny svařením.
7. Katalyzátor podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že stoh kovových plechů zahrnuje 2 až 15 dvojic plechů.
8. Katalyzátor podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že připojovací oblast {L,, L2, L3,
L4) je vytvořena mezi voštinou a pláštěm v axiálním směru voštiny po celé délce, nebo její části, přičemž připojovací oblast zahrnuje uvedenou část {Sj obvodu, v níž se nacházejí volné konce plechů; v obvodovém směru voštiny je ponechána nepřipevněná oblast zahrnující alespoň část uvedené části (Fx, F4) obvodu, která volné konce plechu neobsahuje.
9. Katalyzátor podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že mezi voštinou a pláštěm je pájený spoj nebo svarový spoj.
10. Katalyzátor podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že plášt má kruhovitý, polooválný nebo oválný průřez,
11. Katalyzátor podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že voštinová struktura dále zahrnuje jeden nebo více výztužných plechů, jejichž tloušťka je větší než tloušťka ostatních plechů.
12. Katalyzátor podle nároku ll, vyznačující se tím, že délka výztužného plechu je větší než délky ostatních plechů, takže výztužný plech tvoří uvedenou vloženou vrstvu mezi obvodem voštiny, nebo jeho částí, a pláštěm.
13. Katalyzátor podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že střed voštiny neleží v ose symetrie pláště.
99 ··
9 ·0
0 0 90
0 0 0
9 9 9
09 ··
09 0900
9 9 ·
9 9
9 0
9 ·
900 9 9
9 0 0 ·
9 9··
9 0 0 9 *
0 9 · • 9 9* oby-. 2_ obr. 4
ΦΦ φφφφ ·* ·« « ·
ΦΦ* φ ·· ** .Μ. ZW φ φ φ · φ φ ·· φφφ φ · φ φ * ♦ · *· .·;, : ~2 1 1 .ϊίίίΓ ί ·£ « obr. 3 obr. 5
CZ982744A 1997-09-05 1998-08-27 Voštinová struktura pro katalyzátor CZ274498A3 (cs)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI973609A FI104202B1 (fi) 1997-09-05 1997-09-05 Katalysaattorikennorakenne

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ274498A3 true CZ274498A3 (cs) 1999-04-14

Family

ID=8549482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ982744A CZ274498A3 (cs) 1997-09-05 1998-08-27 Voštinová struktura pro katalyzátor

Country Status (13)

Country Link
US (1) US6258328B1 (cs)
EP (1) EP0919280A3 (cs)
JP (1) JPH11156210A (cs)
KR (1) KR100295580B1 (cs)
CN (1) CN1213588A (cs)
AU (1) AU8085998A (cs)
BR (1) BR9803378A (cs)
CZ (1) CZ274498A3 (cs)
FI (1) FI104202B1 (cs)
ID (1) ID23540A (cs)
PL (1) PL328362A1 (cs)
TW (1) TW434149B (cs)
ZA (1) ZA988048B (cs)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6577828B1 (en) * 1999-12-02 2003-06-10 Xerox Corporation Ozone catalytic converter unit of optimal design
US7404254B2 (en) * 2002-04-18 2008-07-29 Emitec Gesellschaft Fuer Emissions Technologie Mbh Calibrated catalyst carrier body with corrugated casing and method for manufacturing the same
US7032312B2 (en) * 2002-07-16 2006-04-25 Calsonickansei North America, Inc. Catalytic converter and method for manufacture thereof
DE102005028044A1 (de) * 2005-06-17 2006-12-28 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Herstellung von, insbesondere großen, Wabenkörpern für die mobile Abgasnachbehandlung
EP3325144A4 (en) 2015-07-22 2019-01-16 BASF Corporation HIGH GEOMETRIC SURFACE CATALYSTS FOR THE MANUFACTURE OF VINYL ACETATE MONOMER

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3527111A1 (de) 1985-07-29 1987-01-29 Interatom Metallischer, gewickelter abgaskatalysatortraegerkoerper mit geometrisch komplizierter form des querschnitts sowie verfahren, vorrichtung und rohling zu seiner herstellung
DE3760479D1 (en) * 1986-05-12 1989-09-28 Interatom Honeycomb body, particularly a catalyst carrier, provided with opposedly folded metal sheet layers, and its manufacturing process
ES2010687B3 (es) 1986-05-12 1989-12-01 Interatom Ges Mit Beschrankter Haftung Cuerpo alveolado metalico, especialmente cuerpo portante de catalizador con pared portante y procedimiento para su fabricacion.
DE3743723C1 (de) 1987-12-23 1989-04-20 Sueddeutsche Kuehler Behr Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Traegerkoerpers fuer einen katalytischen Reaktor
BR8907458A (pt) 1988-09-22 1991-04-02 Emitec Emissionstechnologie Corpo alveolar,especialmente corpo de suporte de catalisador,constituido de uma multiplicidade de pilhas de chapa entrelacadas
JP2553733B2 (ja) 1990-04-17 1996-11-13 昭和飛行機工業株式会社 耐熱構造体
JPH0815559B2 (ja) * 1990-11-13 1996-02-21 新日本製鐵株式会社 耐熱応力・耐熱疲労特性の優れたレーストラック型自動車排ガス触媒用金属担体
JP3222542B2 (ja) * 1992-04-24 2001-10-29 株式会社デンソー 金属製触媒担体
US5422083A (en) 1993-06-29 1995-06-06 W. R. Grace & Co.-Conn. Reinforced converter body
DE19507299A1 (de) * 1995-03-02 1996-09-05 Emitec Emissionstechnologie Wabenkörper mit nur teilweiser Anbindung an ein Mantelrohr
AU6488196A (en) * 1995-07-12 1997-02-10 Engelhard Corporation Structure for converter body

Also Published As

Publication number Publication date
AU8085998A (en) 1999-03-18
TW434149B (en) 2001-05-16
KR100295580B1 (ko) 2001-10-27
FI973609A (fi) 1999-03-06
BR9803378A (pt) 1999-11-23
EP0919280A2 (en) 1999-06-02
FI104202B (fi) 1999-11-30
CN1213588A (zh) 1999-04-14
ZA988048B (en) 1999-04-28
EP0919280A3 (en) 2000-01-19
PL328362A1 (en) 1999-03-15
US6258328B1 (en) 2001-07-10
JPH11156210A (ja) 1999-06-15
ID23540A (id) 2000-05-04
FI973609A0 (fi) 1997-09-05
KR19990029483A (ko) 1999-04-26
FI104202B1 (fi) 1999-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5110561A (en) Exhaust gas cleaning device
US5502023A (en) Apparatus for catalytically decontaminating exhaust gases and method for producing the apparatus
US8389438B2 (en) Non-cylindrical catalytic-converter carrier element and tool, and method for manufacturing it
US5620666A (en) Exhaust gas cleaning metallic substrate
RU2264543C2 (ru) Корпус для сотового элемента, носитель каталитического нейтрализатора с таким корпусом и способ изготовления носителя каталитического нейтрализатора
CZ274498A3 (cs) Voštinová struktura pro katalyzátor
KR100327850B1 (ko) 재킷튜브에용접된촉매코팅금속스트립의매트릭스를포함하는금속캐리어를구비한촉매변환기
JP2862298B2 (ja) 排気ガス浄化装置
WO1997023277A1 (en) Assembly and method for making catalytic converter structures
KR20120003028A (ko) 금속성 하니컴 구조체 및 그 제조방법
JP4152445B2 (ja) 補強された壁構造を有する、ハニカム本体、特に、触媒コンバータキャリヤ本体
JP2558005B2 (ja) 良好な耐久性を有する自動車排ガス触媒用金属担体
JPH0663421A (ja) 排気ガス浄化用触媒担体
EP0389645A1 (en) Metal carrier having thermal fatigue resistance for automobile exhaust gas cleaning catalysts
EP1504817B1 (en) Metal carrier for exhaust emission control
EP1120163B1 (en) Method for manufacturing a metallic carrier for a catalytic converter
JP2676262B2 (ja) 排気マフラ
MXPA98007205A (es) Estructura de panal para un catalizador
JP3056747B2 (ja) 排気ガス浄化装置
JP4024318B2 (ja) 排気ガス浄化用高耐久性メタル担体
KR940006761Y1 (ko) 배기가스 정화장치
JPH084106Y2 (ja) 排気ガス浄化用触媒の金属製担持母体
JPH08131847A (ja) メタル担体の製造方法
JPH08229411A (ja) 排気ガス浄化触媒用メタル担体
JPH06226111A (ja) 触媒装置用メタル担体

Legal Events

Date Code Title Description
PD00 Pending as of 2000-06-30 in czech republic