CZ295523B6 - Katalytický reaktor - Google Patents

Abstract

Katalytický reaktor se základním tělesem (1) z tenkého kovového plechu je tvořený střídavě plochými a vlnitými kovovými pásky (2, 3), které jsou spirálovitě navinuty tak, že v základním tělese (1) vytvářejí podélné průtokové kanálky (4). Plášť (6) z kovového plechu o tloušťce, která se rovná nebo je jen několikrát větší než je tloušťka plochých a vlnitých kovových pásků (2, 3), obklopuje základní těleso (1). Jeden z plášťů (6) a vnější obvodový povrch mají v sobě vytvořené obvodové drážky (7), a druhý z plášťů (6) a vnější obvodový povrch mají výstupky (8) vyčnívající do odpovídajících drážek (7).ŕ

Description

Katalytický reaktor

Oblast techniky

Vynález se týká katalytických reaktorů obsahujících kovové základní těleso.

Základní těleso je celkově tvořeno střídavě plochými a vlnitými tenkými kovovými pásky, jejichž tloušťka je 0,05 až 0,1 mm, které jsou vinuty na sobě kolem osy tak, že vytvářejí podélné mezery v základním tělese pro průchod a katalytické čistění výfukových plynů.

Dosavadní stav techniky

K docílení požadovaného katalytického čistění jsou kovové pásky opatřeny pláštěm obvykle z kysličníku hlinitého a ušlechtilých kovů, například rhodia, platiny, paladia.

Uvedeným způsobem navinuté základní těleso je opatřeno uzavřeným kovovým pláštěm. Podle dosavadní technologie tloušťka vrstvy opláštění je mezi 1 a 1,5 mm, což je 10 až 30 krát větší tloušťka než tloušťka kovových pásků. Důvod ke značně větší tloušťce pláště spočívá v tom, že musí být možnost plášť upevnit přivařením na tvrdo k základnímu tělesu na jedné straně a na druhé straně ke krytu obklopujícímu plášť.

Problém, se kterým se setkáváme u takto konstruovaného katalytického reaktoru je jeho nedostatečná pevnost. Když protékají mezerami horké plyny až do 1000 °C, jsou stěny tenkých kovových pásků rychle ohřívány a následkem toho se základní těleso axiálně a radiálně roztahuje. Po jedné straně obklopující plášť není přímo vystaven plynovému průtoku. Jelikož je kromě toho mnohem tlustší a tím je třeba vyhřát větší hmotu, je ohřívání a roztahování mnohem pomalejší. Následkem toho vzniká značné pnutí v prostoru mezi nej vyšší povrchovou tenkou vrstvou základu a pláštěm, čímž nastává deformace vnějších vln v základu s následovnými trhlinami v mezerách této vrstvy.

Opačný problém vzniká, jestliže je základní těleso ochlazováno. Tenké stěny mezer jsou ochlazovány mnohem rychleji než je značně tlustší plášť, který jak bylo uvedeno výše, není v přímém styku s průtokem plynu. V důsledku toho se základní těleso smršťuje mnohem rychleji než plášť. Když se v této situaci spolu spojí jednotlivé kovové pásky, vznikne mezi vrstvami v radiálním směru značné napětí v důsledku rozdílů v míře smrštění mezi základním tělesem a pláštěm.

V základních tělesech, jejichž obal je jediným pojivém, vzniká překročení pevnosti spoje, čímž se vytvoří trhliny a rozevření obvykle ve dvojici vrstev nejbližších k plášti. V základních tělesech o průměru asi 100 mm mohou vznikat spáry 1 mm.

Značné napětí je vytvářeno v základních tělesech kde jsou vrstvy spolu spojeny svářením na tvrdo. Zejména mezi vrstvami nejblíže povrchu základního tělesa a pláště je velikost napětí tak velká, že svárům spájeným natvrdo hrozí riziko prasknutí. Těmito problémy je pevnost katalytického reaktoru vážně ohrožena.

Rozdílná rozpínavost mezi pláštěm a základním tělesem je hlavní příčinou vzniku tlakového nebo tahového napětí. Úkolem vynálezu je vytvořit katalytický reaktor s pláštěm, který by se přizpůsoboval pohybům základního tělesa a byl tak schopen zabránit základnímu tělesu, aby bylo vystaveno škodlivému působení mechanického tlakovému nebo tahovému napětí.

-1 CZ 295523 B6

Podstata vynálezu

Předmětem vynálezu je katalytický reaktor se základním tělesem z tenkého kovového plechu tvořený střídavě plochými a vlnitými tenkými kovovými pásky, které jsou vinuty na sobě kolem osy tak, že vytvářejí podélné mezery v základním tělese, přičemž základní těleso obklopuje plášť, jehož podstatou je, že plášť je tvořen kovovým plechem o tloušťce, která se rovná nebo je jen několikrát větší než tloušťka plochých nebo vlnitých kovových pásků.

Tloušťka pláště má být téže velikosti jako tloušťka kovového pásku nebojí zanedbatelně přesahovat tak, aby jakékoliv tlakové napětí vznikající na kovových páskových vlnách nebo tahové napětí způsobené pájením natvrdo či svařovanými sváry nepřesáhlo pevnost struktury. Je-li tloušťka kovových pásků ve výše uvedeném rozsahu, tj. 0,5 až 0,1 mm, měla by vhodná tloušťka pláště být v rozsahu 0,1 až 0,5 mm.

Druhý účinek získaný tím, že plášť má značně zmenšenou tloušťku oproti dosavadním plášťům používaným v technické praxi, se týká značného snížení hmoty. Následkem zmenšené velikosti je, že plášť se bude zahřívat a ochlazovat mnohem rychleji než dosavadní pláště. Teplotní rozdíly mezi pláštěm a základním tělesem nebudou tak velké a proto nebudou velké ani rozdíly v roztahování a smršťování pláště a nejvyšších povrchových vrstev základního tělesa. Kromě toho se docílí zmenšení tlakového a tahového napětí. Díky menšímu rozdílu ve smršťování mezi nejvyššími povrchovými vrstvami základního tělesa a pláště v důsledku jeho rychlejšího chlazení se zmenší nebo eliminují praskliny a sníží tvorba spár mezi těmito díly. V důsledku toho katalytický reaktor získá značně vyšší pevnost a životnost.

Jak vyplývá z výše uvedeného popisu, tenký plášť vytváří dva efekty. Rozdíl mezi roztažením a smrštěním je menší a pláštěm vyvolané stlačení je menší díky lepší poddajnosti. Oba jevy působí v témže směru a zvyšují trvanlivost katalytického reaktoru.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení znázorněných na výkresech, na kterých představuje

Obr. 1 a 2 průřezy základního tělesa z tenkého kovového plechu střídavě vinutého plochými a vlnitými tenkými kovovými pásky, znázorňující těleso obklopené pláštěm v příslušných otevřených a uzavřených pozicích a

Obr. 3 pohled ze strany na katalytický reaktor částečně uzavřený v krytu.

Příklady provedení vynálezu

Základní těleso 1 znázorněné v průřezu na obr. 1 je příkladem dosavadní konstrukce kde jsou do spirály navinuté střídavě ploché a vlnité kovové pásky 2 a 3, čímž jsou vytvořeny průtokové kanálky 4 skrz základním tělesem f. Pokud jsou tyto kovové pásky 2, 3 před svinutím nejdříve oxidovány s následným pokrytím katalytickým povlakem, který je výhodný pro zajištění optimální účinnosti, objevuje se závada v tom, že po skončení vinutí kovových pásků 2, 3 je zapotřebí, aby bylo možné je spojit navzájem svařením, oškrabat povlak na nejzevnějších koncových částech 2a kovového pásku 2 a také na sousední části kovového pásku 3. Oxidovaná vrstva navíc nesmí být uzemněna. Po aplikaci běžného tlustého pláště kolem základního tělesa 1 tlakovým lisováním je plášť přivařen k takto vystaveným částem.

-2CZ 295523 B6

Nevýhody výše zmíněného způsobu spočívají na jedné straně v komplikovanosti a časové náročnosti a na druhé straně v tom, že musí být odstraněn materiál povlaku, který je drahý.

Postupem podle vynálezu lze výše uvedený způsob zjednodušit. Po svinutí základního tělesa 1 s aplikovaným povlakem jsou kovové pásky 2, 3 spolu spojeny na svých koncových částech 2a pomocí neznázorněných sponek, aby se zamezilo vyhnutí kovových pásků 2, 3 od sebe. Základní těleso 1 potom lze vyjmout ze stroje, v němž byla provedena operace vinutí, načež se slícuje s pláštěm 6 a provede se následné svaření podélného spoje.

Jak je zřejmé, je tento způsob mnohem výhodnější, rychlejší a tudíž méně nákladný než dosavadní postupy. Kromě toho lze využít další výhody, které nabízí tenčí plášť 6 jak bude popsáno níže.

Je-li základní těleso 1 vyrobeno ze střídavých plochých a vlnitých kovových pásků 2, 3 takovým způsobem, aby poutka vytvořená ve vlnitých páscích 3 byla použita k udržení pásků u sebe zapadnutím poutek do kanálů vytvořených v plochých kovových páscích 2 při svinování, přičemž základní těleso 1 bude mít vzhled znázorněný na obr. 3, kde jsou na jeho obvodovém povrchu patrny obvodové vytlačeniny nebo drážky 7. Protože v tomto případě je plášť 6 tenký, jsou v něm snadno vytvořeny výstupky 8 s ostrými hranami. Výstupky lícují s drážkami 7 vytvořenými po obvodovém povrchu základního tělesa L Vazba mezi drážkami a výstupky upevňuje v případě potřeby plášť 6 axiálně vzhledem k základnímu tělesu 1, přičemž vazby je docíleno aniž by bylo nutné plášť 6 samostatně upevňovat, jako například svařováním, nýtováním nebo nějakým podobným způsobem.

Jak je dále vidět z obr. 3, plášť 6 je opatřen několika částmi, které jsou vytvořeny svinutím a které způsobem, který je sám o sobě znám, tvoří prstencové výstupky 9 po obvodu pláště 6. V pláštích podle dosavadního stavu techniky tyto prstencové výstupky sloužily pouze k tomu, aby tvořily mezeru 10 mezi pláštěm 6 a vnějším krytem 11 v katalytickém reaktoru pro snížení přenosu tepla na kryt 1L

Dalším charakteristickým znakem vynálezu je, že tyto prstencové výstupky 9 lze použít v tenkém plášti 6 k pružnému předávání deformovatelnosti plášti 6 za účelem minimalizace případného axiálního napětí, které se může vyskytnout mezi základním tělesem 1 a pláštěm 6 při ohřívání nebo ochlazování katalytického reaktoru.

Za účelem minimalizace jakýchkoliv sil v radiálním směru, kterým je plášť 6 vystaven a které mohou být způsobeny tuhostí krytu 11, je plášť 6 výhodně opatřen na každém konci čela límcem 12 vyčnívajícím ze základního tělesa 1 v jeho prodloužení. Límec 12 usnadňuje přivařování dokončeného katalytického reaktoru ke krytu 11. Před montáží lze límci dát mírně kuželovitý tvar rozšířením směrem od základního tělesa 1, čímž se zajistí spolehlivé ukončení límce 12 proti vnitřnímu čelu krytu 11 při montáži reaktoru do tohoto krytu, což je další znak usnadňující sváření.

Připojení katalytického reaktoru ke krytu 11 přes límec 12 na každém konci poskytuje dodatečnou výhodu v tom, že vibrace a jiné pohyby a také malé deformace v krytu 11 jsou menší nebo žádné díky pružným límcům 12, a proto nepůsobí v plném rozsahu na základní těleso L Následkem toho uvedené uspořádání přispívá ke zvýšení pevnosti a trvanlivosti reaktoru.

Jak je patrné z výše uvedeného popisu, tenkostěnný plášť 6 podle vynálezu slouží několika způsoby ke zvýšení pevnosti a trvanlivosti reaktoru. Vlivem pružného uzávěru základního tělesa 1 vytvořeného pláštěm 6 je, že je minimalizováno riziko deformace základního tělesa 1, která má za následek tvorbu trhlin v materiálu katalytického reaktoru, a tím je zvýšena provozní životnost katalytického reaktoru.

Claims (3)

1. Katalytický reaktor se základním tělesem (1) z tenkého kovového plechu tvořený střídavě plochými a vlnitými kovovými pásky (2, 3), které jsou spirálovitě navinuty tak, že vytvářejí jednak průtokové kanálky (4) procházející axiálně základním tělesem (1) a jednak plášť (6) obklopující základní těleso (1), přičemž plochý pásek (2) a vlnitý pásek (3) mají tloušťku menší nebo rovnu 0,1 mm, přičemž plášť (6) z kovového plechu obklopuje vnější obvodový povrch základního tělesa (1) a je s ním spojen, přičemž plášť (6) má tloušťku rovnou nebo menší než 0,5 mm, vyznačující se tím, že plášť (6) a vnější obvodový povrch mají v sobě vytvořené obvodové drážky (7), a plášť (6) a vnější obvodový povrch mají výstupky (8) vyčnívající do odpovídajících drážek (7) pro vymezení spojení mezi pláštěm (6) a základním tělesem (1) a pro zabraňování relativním axiálním pohybům mezi základním tělesem (1) a pláštěm (6), přičemž dále alespoň jedna část (9), která je vytvořená svinutím, je vytvořena v plášti (6), přičemž tato část tvoří prstencové výstupky (9) vyčnívající ven z povrchu pláště (6) pro zmenšení axiálních sil generovaných mezi základním tělesem (1) a pláštěm (6), které vznikají při ohřívání a ochlazování katalytického reaktoru.

2. Katalytický reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že každý konec čela pláště (6) je opatřen límcem (12) vyčnívajícím ven ze základního tělesa (1) ve směru jeho prodloužení, přičemž límec (12) má prostředky pro připojení pláště (6) ke krytu (11), uzavírajícímu katalytický reaktor.

3. Katalytický reaktor podle nároku 2, vyznačující se tím, že límec (12) má kuželovité rozšíření ve směru ven ze základního tělesa (1).