CZ334499A3 - Katalytický reaktor - Google Patents

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 tlouštka 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 ušlechtolých kovů, například rodia, platiny, paladia.

Uvedeným způsobem navinuté základní těleso je opatřeno uzavřeným kovovým pláštěm. Podle dosavadní technologie tlouštka vrstvy opláštění je mezi 1 a 1.5 mm, což je 10 až 30 krát větší tlouštka než kovových pásků. Důvod k značně větší tlouštce pláště spočívá v tom, že musí být možnost plášť upevnit svárem nebo přivařením na tvrdo k základnímu tělesu na jedné straně a na druhé straně ke krytu obklopujícímu plášť.

Problém, se kterým se setkáváme u takto kostruovaného 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 plynovémuprůtoku. Jelikož je kromě toho mnohem tlustčí a tím je třeba vyhřát větší hmotu, je ohřívání a roztahování mnohem pomalejší. Následkem toho vzniká značné pnutí v prostoru mezi nejvyšší povrchovou tenkou vrstvou základu a pláštěm, čímž nastává deformace vnějších vln v základu s následovnými trhlinami v mezerách této vrstvy.

*t ·» ·· ·· ·» • ·«·· · · · · • · · · 9 · · · · • · · · ··· * ··· ··· • · · · · ·

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

V základních tělesech, jejichž obal je jedinou vazbou působícího prostředí, vzniká překročeni pevnosti spoje, čímž se vytvoří trhliny a rozevření obvykle v páru nejblžších vrstev 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.

Rozdílné roztažení mezi pláštěm a základním tělesem je hlavní příčinou, že vzniká stlačení nebo tahové napětí. Úkolem vynálezu je vytořit katalytický reaktor s pláštěm, jenž by byl přizpůsobilý pohybům základního tělesa a tím se stal způsobilým zabránit základníu tělesu, aby bylo vystaveno škodlivému působení mechanického stlačení nebo tahové napětí.

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 tlouštce, která se rovná nebo je jen několikrát větší než tlouštka plochých nebo vlnitých kovových pásků.

• *

Tlouštka pláště má být téže velikosti jako tlouštka kovového pásku nebo ji přesahovat jen o zanedbatelnou míru tak, aby jakékoliv tlakové napětí vznikající na kovových páskových vlnách nebo tahové napětí způsobené pájením natvrdo či svařovanými sváry nepřesáhlo pevnost struktury. Jestliže tlouštka kovových pásků je v rozsahu dříve zmíněném, to je 0.5 - 0.1 mm, měla by vhodná tlouštka pláště být v rozsahu 0.1 - 0.5 mm.

Druhý docílený efekt pláště o vysoce redukované tlouštce ve srovnání s dosavadními plášti používanými v technické praxi se týká značného snížení hmoty. Následkem snížené 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 ani rozdíly v roztažení a smrštění mezi pláštěm a nejvyššími povrchovými vrstvami základního tělesa. Kromě toho se docílí zmenšení tlakového a tahového napětí. Redukovaný rozdíl ve smrštění mezi nejvyššími povrchovými vrstvami základního tělesa a pláště v důsledku jeho rychlejšího chlazení sníží nebo eliminují praskliny a sníží tvoření spár mezi těmito díly. V důsledku toho katalytický reaktor získá značně vyšší pevnost a trvanlivost.

Jak patrno ze shora uvedených důvodů vytváří tenký plášť dva efekty. Rozdíl mezi roztažením a smrštěním je zmenšen a pláštěm indukované stlačení je sníženo vzhledem k lepší vodivosti. Oba jevy působí v témže směru a zvyšují trvanlivost katalytického reaktoru.

Přehled obrázků na výkresech

Tenký plášť podle vynálezu poskytuje několik dalších cenných výhod jak bude vysvětleno v dalším popisu se zřetelem k připojeným výkresům jak následuje;

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

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

99 99 · · 9 9 9 9

9 9 9 9 9 ·

999 9 ··· 999

9 ·9

99 ··

Příklad provedeni vynálezu

Základní těleso 1 znázorněné v Obr. 1 je v průřezu příkladem dosavadní konstrukce kde se střídají ploché a vlnité kovové pásky 2 a 3 navinuté spirálovitě, čímž jsou vytvořeny průtokové kanálky 4 naveskrz základním tělesm 1. Jestliže před svinutím jsou tyto kovové pásky 2, 2 nejdříve oxydovány s následovným pokrytím katalytického povlaku, který je výhodný za účelem zajištění optimální účinnosti, vyskytuje se závada, že po skončeni vinutí kovových pásků 2, 3. je zapotřebí za účelem jejich spojení je navzájem svařit nebo pomosazit, načež oškrabat povlak na nejzevnějších místech 2a kovového pásku 2 jakož i sousední místa kovového pásku 2. Kromě toho oxydovaná vrstva nesmí být uzemněna. Při následující aplikaci běžně tlustého pláště kolem základního tělesa 1 tlakovým lisováním je plášť přivařen nebo připájen na tvrdo v jeho exoponovaných částech.

Nevýhody shora zmíněného způsobu spočívají na je pomocí sponekdné 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 shora uvedený způsob zjednodušit. Po svinutí základního tělesa 1 s aplikovaným povlakem jsou kovové pásky 2, 2 spolu spojeny na svých koncových částech 2a pomocí neznázoměných sponek, aby se zamezilo vyhnutí kovových pásků 2, 3.. Základní těleso 1 je potom možno vyjmout ze stroje, v němž byla provedena operace vinutí, načež se slícuje s pláštěm 6 a provedou se následné sváry a spoje.

Tento způsob jak patrno je mnohem výhodnější, rychlejší a v důsledku toho méně nákladný než dosavadní postupy. Kromě toho je možno využít dalších výhod, jež poskytuje tenší plášť 6 jak bude v další popise uvedeno.

Jestliže základní těleso 1 tvořené střídavě plochými a vlinitými kovovými pásky 2, 2 je vyrobeno takovým způsobem, že vtisky vytvořené ve vlnitých páscích 2 jsou použity k udržení pásků ve společném záběru s výložkami v kanálech vzniklých v plochých páscích při svinování do válce, přičemž základní těleso 1 nabývá vzhledu znázorněném na Obr. 3, kde jsou na jeho obvodovém povrchu patrny obvodové vytlačeniny nebo drážky 2. Protože v tomto případě je plášť 6 tenký, jsou v něm

9 '«9 · 9 9 9 9 9 · · • 9 9 9 · 9 9 9 9 9 9 9

9 9999 9999

9 9 9 9 999 9 999 999

9 9 9 9 9 9

9999 9999 99 99 99 99 snadno vytvořeny hřbety 8 s ostrými hranami. Hřbety lícují s drážkami 7 vytvořenými po obvodovém povrchu základního tělesa 1. Vazba mezi drážkami a hřbety stabilizuje plášť ů v axiálním směru vzhledem k základnímu tělesu 1, jak požadováno, přičemž vazby je docíleno aniž by bylo třeba plášť 6 odděleně upevňovat, jako například svárem, svařováním na tvrdo, nýtováním nebo podobným způsobem.

Tato metoda jak jasně patrno je mnohem vhodnější, rychlejší a v důsledku toho méně nákladná než obvyklé postupy. Kromě toho je možno využít dalších výhod, které poskytuje tenčí plášť, jak bude dále popsáno.

Základní těleso 1 je vyrobeno střídavě z plochých a v, které jsou vytvořenylnitých kovových pásků 2, 2 takovým způsobem, že ve vlnitých páscích 2 jsou vytvořeny vystouplé části určené k udržení pásků pospolu při jejich záběru s kanálky v plochých páscích 2 v průběhu svinování a na jeho obvodovém povrchu vyobrazeném na Ob. 3 jsou patrny periferní vtisky. Protože v tomto případě je plášť 6 tenký jsou v něm vytvořeny snadno hřbety 8. s ostrými hranami. Hřbety slícované s drážkami 2 tvoří povrch obvodu základního tělesa 1. Vazba mezi drážkami a hřbety stabylizuje plášť 6 v axiálním směru vzhledem k základnímu tělesu 1 jak požadováno, přičemž tato vazba nepotřebuje samostatné upevnění pláště 6, například sváření, pomosazení, nýtování nebo podobný postup.

Plášť 6 jak patrno z Obr. 3 je opatřen několika díly s prstencovými výstupky 2 po obvodu pláště 6. V dosavadních pláštích tyto prstencové výstupky sloužily pouze k o světlosti JLQ mezi pláštěm 6 a vnějším krytem 11 v katalytickém reaktoru za účelem snížení přenosu tepla na krát li.

Dalším význakem vynálezu je, že tyto prstencové výstupky 2. lze v tenkém plášti 6 využít k pružnému přetváření práce pláště 6 za účelem minimalizování jakéhokoliv axiálního napětí, které se může vyskytnout mezi základním tělese i a pláštěm 6, jestliže je katalytický reaktor ohříván nebo ochlazován.

Za účelem minimalizace jakýchkoliv sil v radiálním směru, kterým je plášť 6 vystaven a které může způsobit tuhost krytu 11, je plášť 6 výhodně opatřen na každém konci čela límcem vyčnívajícím ze základního tělesa. Límec 12 usnadňuje manipulaci • · φ φ φ φ · · φ φ φ · • · · φ φ * » * φ φ · φ • φ φφφφ φφφφ φ φφφφ φφφ φ ·Φ· ··· • φ φφφ φ φ • ΦΦΦ φφφφ φφ φφ ·· φφ při sváru dokončeného katalytického reaktoru s krytem 11. Před montáží lze udělit límci mírně kuželovitý tvar tak, že se rozšíří 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 význak usnadňující operaci při sváření.

Připojení katalytického reaktoru ke krytu 11 přes límec 12 na každém konci poskytuje dodatečnou výhodu v tom, že vibrace a jiné pohyby jako malé deformace v krytu 11 jsou sníženy nebo odstraněny pomocí pružných límců 12 a proto nepůsobí v plném rozsahu na základní těleso 1. Následkem toho uvedené uspořádání přispívá ke zvýšení pevností a trvanlivosti reaktoru.

Jak zřejmo z hořejšího popisu tenkostěnný plášť 6 podle vynálezu je účelný několika způsoby pro zvýšení pevnosti a trvanlivosti reaktoru. Vlivem pružného uzávěru základního tělesa 1 vytvořeného pláštěm 6 je, že riziko deformace základního tělesa 1, které má za následek tvoření trhlin v materiálu katalytického reaktoru je minimalizováno a tím je zvýšena provozní životnost katalytického reaktoru.

kalenský

ArrORNEY AT LAW

advokátní kancelář

VŠETECKA ZéLsímV svorcík kalenský A PARTNEŘI 120 00 Praha 2, Málkova 2 Česká republika

Claims (5)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Katalytický reaktor se základním tělesem (1) z tenkého kovového plechu tvořený střídavě plochými a vlnitými tenkými kovovými pásky (2, 3), které jsou vinuty na sobě kolem osy tak, že vytvářejí podélné mezery (4) v základním tělese, přičemž základní těleso obklopuje plášť (6), vyznačující se tím, že plášť (6). je tvořen kovovým plechem o tlouštce, která se rovná nebo je jen několikrát větší než tlouštka plochých nebo vlnitých kovových pásků (2, 3).
2. 2. Katalytický reaktor podle nároku 1, vyznačující se tím, že nejméně jedna svinutá část (9) je vytvořena v plášti (6), která tvoří prstencové výstupky vyčnívající ven z povrchu pláště (6), kterému dodávají pružnost za účelem redukce axiálních sil generovaných mezi základním tělesem (1) a pláštěm (6), které vznikají při ohřevu a ochlazení katalytického reaktoru.
3. 3. Katalytický reaktor podle kteréhokoliv z předchozích nároků, jehož obvodový povrch je opatřen obvodovou drážkou (7), vyznačující se tím, že plášť (6) je opatřen příslušmě tvarovanými hřbety (8), které jsou slícovány s drážkami (7) kolem základního tělesa (1), aby se zabránilo axiálním pohybům pláště (6) vůči základnímu těleseu (1).
4. 4. Katalytický reaktor podle kteréhokoliv z předchozích nároků, vyznačující se tím, že každý konec čela pláště(6) je opatřen límcem (12) vyčnívajícím ven od základního tělesa (1) ve směru jeho prodloužení, přičemž plášť je uspořádán tak, aby mohl být připojen ke krytu 11 uzavírajícího pomocí límce (12) katalytický reaktor.
5. 5. Katalytický reaktor podle nároku 4, vyznačující se tím, že límec (12) je mírně kuželovité rozšířen směrem ven od základního tělesa (1).