FI113559B - Katalyytin kennorakenne ja katalyytti - Google Patents

Description

113559

Katalyytin kennorakenne ja katalyytti - Bikakestruktur för en katalysator och katalysator Tämä keksintö koskee katalyytin kennorakennetta, joka käsittää metallifolioista 5 muodostetun rakenteen, joista metallifolioista ainakin osa on rypytettyjä ja jossa kennorakenteessa on lukuisia läpivirtauskanavia kaasua varten. Keksintö koskee lisäksi katalyyttiä, joka käsittää tällaisen kennorakenteen ja sitä ympäröivän vaipan.

Metallinen katalyyttikenno muodostuu tavallisesti ohuista metallifolioista, jotka muodostavat kanaviston, jota pitkin kaasu läpäisee kennon. Tyypillisesti kenno 10 koostuu kahdesta foliosta, joista toinen on aaltomaisesti rypytetty ja toinen oleellisesti suorempi, jolloin foliot yhdistämällä vuoroittaisiksi kerroksiksi syntyy kanavis-to. Kennoston pintaan on lisätty keraaminen tukiaine, joka lisää katalyytin geometrista pinta-alaa ja sisältää sen toimintaa tehostavia yhdisteitä, jotka voivat esimerkiksi varastoida kaasumaisia yhdisteitä. Lisäksi tukiaine toimii alustana jalometal-15 leille, jotka ovat varsinaiset katalyyttisesti aktiiviset komponentit. Keraamisen tukiaineen lisääminen metallifolioiden pinnalle voi tapahtua ennen kennoston valmistamista, jolloin käytetään ilmaisua ’’avoimena pinnoittaminen”, tai kennoston rullauksen, latomisen tai taivuttamisen jälkeen, jolloin käytetään ilmaisua ’’kennona pinnoittaminen”.

* 20 Toimiakseen katalyytin on saavutettava sopiva toimintalämpötila (syttymislämpö- tila), joka katalyytin jalometallilatauksesta ja moottorityypistä riippuen voi olla esi-; ’ merkiksi luokkaa yli noin 250 °C. Emissiorajojen tiukentuminen on johtanut tarpee- *.,. · seen saavuttaa syttymislämpötila mahdollisimman nopeasti. Aiemmin eräänä ratkai- ·', / suna nopealle syttymiselle nähtiin varsinaisen katalyytin eteen asennettavan pie- 25 nemmän sähkökatalyytin kuumentaminen sähköteholla. Tällöin oli mahdollista säilyttää katalyytin perinteinen asema auton alustan alla. Tästä ratkaisumallista on kui-j v. tenkin lähes täysin luovuttu tekniikkaan liittyvien ongelmien ja kustannusten vuoksi.

.·· . Vakiintuneeksi tavaksi ratkaista nopean syttymisen vaatimus on tullut asentaa kata- '·' lyytti tai pienempi esikatalyytti välittömästi pakosarjan yhteyteen niin sanottuun * * 30 ’’close coupled” -asemaan, mikä kuitenkin asettaa katalyytin kestävyydelle suuria : : vaatimuksia, koska katalyyttiin kohdistuvat termiset ja mekaaniset kuormat ovat ,: huomattavia.

» > ' Tunnetaan erilaisia tapoja kennon muodostamiseksi ja sen kiinnittämiseksi vaip paan.

2 113559 FI-patenttijulkaisusta 74523 tunnetaan katalyytti, joka on valmistettu siten, että rypytetystä foliosta ja sileästä foliosta muodostettu foliopari kiinnitetään keskiakseliin, jota pyöritetään spiraalimaisesti rullatun kennon muodostamiseksi. Sitten kenno viedään putkivaippaan ja keskiakselin päihin kiinnitetään hitsaamalla poikittaiset pääty-5 tuet, jotka myös hitsataan kiinni vaippaan.

FI-patenttijulkaisusta 78161 tunnetaan katalyytti, joka käsittää rypytetystä foliosta ja sileästä foliosta spiraalimaisesti rullatun kennon, joka on sovitettu putkivaippaan tai puristettu kokoon ’’race track” -muotoon kahden vaippapuoliskon väliin. Katalyytin läpi on sitten viety ainakin yksi tuki, joka on kiinnitetty hitsaamalla vaippaan estäen 10 kennoston purkautumisen.

EP-0 245 737 kuvaa katalyyttirakenteen, jossa ladottu foliopakka taivutetaan tai rullataan vastakkaisiin suuntiin S-malliseksi kennoksi. Tälle rakenteelle on ominaista, että foliot liittyvät symmetrisesti vaipan kehälle kahteen vastakkaiseen sektoriin tai segmenttiin.

15 EP-0 631 815 kuvaa S-malliksi taivutetun kennon, jossa on käytetty lujemmasta metalliseoksesta tehtyjä rypytetyn ja suoran folion muodostamia nauhapareja, jotka toimivat lujittavina kerroksina.

WO 98/33593 kuvaa kennorakennetta, jossa foliot on tehty erittäin ohuiksi lämpö-kapasiteetin alentamiseksi, jotta syttymislämpötila saavutettaisiin nopeammin. Tämä ' ,; 20 parantaa kylmäkäynnistämistä. Ohuista folioista johtuen rakenteeseen on sisällytet- • ' tävä lujittava seinärakenne.

: ”: Kaikille edellä kuvatuille rakenteille on yhteistä, että rypytetyillä ja sileillä folioilla : ‘1 *; on sama leveys, joka vastaa valmiin kennon pituutta.

*···’ Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada kennorakenne, joka lämpenee nopeasti, 25 jolloin syttymislämpötila voidaan saavuttaa nopeammin.

.*··. Keksinnön mukaisesti on aikaansaatu katalyytin kennorakenne, joka käsittää metal- • _ lifolioista muodostetun rakenteen, joista metallifolioista ainakin osa on rypytettyjä, * * * » · ’ * ja jossa kennorakenteessa on lukuisia läpivirtauskanavia kaasua varten, jolloin ken- * · * ‘ · norakenne on muodostettu yhdestä tai useammasta rypytetystä foliosta ja yhdestä tai 30 useammasta lievästi rypytetystä tai olennaisesti sileästä foliosta, jolloin rypytetyllä foliolla on leveys, joka vastaa valmiin kennon pituutta, ja lievästi rypytetyllä tai • · olennaisesti sileällä foliolla tai osalla siitä on pienempi leveys, jolloin kennoon muodostuu tila, jossa on vähemmän foliota kuin kennon muussa osassa, joka tila 3 113559 ulottuu kennon otsapinnasta kennon sisään, jolle kennorakenteelle on tunnusomaista, että kennon vastakkaisessa päässä mainitun yhden tai useamman rypytetyn folion ja mainitun yhden tai useamman lievästi rypytetyn tai olennaisesti sileän folion päät on tasattu, ja että mainittua tilaa rajoittaa otsapinta, kennon ulkovaippa ja pinta, joka 5 on yhdensuuntainen otsapinnan kanssa, tai mainittua tilaa rajoittaa otsapinta, kennon ulkovaippa ja kovera pinta, tai mainittua tilaa rajoittaa otsapinta, kennon ulkovaippa ja olennaisesti kartiomainen pinta, tai mainittua tilaa rajoittaa otsapinnan ulompi osa, kennon ulkovaippa ja pinta, joka on yhdensuuntainen otsapinnan kanssa, sekä pinta, joka on vakio etäisyyden päässä kennon ulkovaipasta.

10 Kennon osassa, jossa on vähemmän foliota, kenno on kevennetty eli sillä on pienempi massa.

Keksinnön mukainen kennorakenne voidaan muodostaa yhdestä tai useammasta fo-lioparista spiraalimaisesti rullaamalla tai taivuttamalla, joka foliopari käsittää mainitun rypytetyn folion ja mainitun lievästi rypytetyn tai olennaisesti sileän folion. Voi-15 daan käyttää sinänsä tunnettua tekniikkaa, jota on esimerkiksi kuvattu edellä esitetyissä tekniikan tunnettua tasoa kuvaavissa julkaisuissa.

Keksinnön mukaista kennorakennetta voidaan haluttaessa vahvistaa sinänsä tunnetulla tavalla.

Mainittu tila voi käsittää noin 1-90 %, edullisesti noin 5-40 %, ja erityisen edulli-20 sesti noin 5-20 %, kennon tilavuudesta.

t I i ’ *.. Keksinnön mukaisesti mainittu tila on muodostettu kennon osaan siten, että - mainittua tilaa rajoittaa otsapinta, kennon ulkovaippa ja pinta, joka on yhdensuun-täinen otsapinnan kanssa, jolloin tilalla on lieriömäisen kennon tapauksessa lieriö-'···' mäinen muoto, : *.'. 25 - mainittua tilaa rajoittaa otsapinta, kennon ulkovaippa ja kovera pinta, • · ’ ·; ' - mainittua tilaa rajoittaa otsapinta, kennon ulkovaippa ja olennaisesti kartiomainen pinta, tai • , - mainittua tilaa rajoittaa otsapinnan ulompi osa, kennon ulkovaippa ja pinta, joka ':on yhdensuuntainen otsapinnan kanssa, sekä pinta, joka on vakio etäisyyden päässä '; · ·: 30 kennon ulkovaipasta.

4 113559

Kenno voi folioiden osalta olla tyypiltään spiraali tai S-malli. Kenno voi olla muodoltaan lieriömäinen tai ’’race track” tai ovaali tai mikä tahansa muu muoto.

Keksinnön mukainen kennorakenne voi olla etukennorakenne, takakennorakenne tai yksikennorakenne.

5 Erään edullisen sovellutusmuodon mukaan keksinnön mukainen kevennetty kennorakenne on takakenno, jonka eteen on sovitettu pienempikokoinen ei-kevennetty etukenno. Tällöin takakenno saavuttaa nopeammin syttymislämpötilan verrattuna tilanteeseen, jossa käytetään normaalia ei-kevennettyä takakennoa.

Keksinnön mukaisesti on lisäksi aikaansaatu katalyytti, joka käsittää edellä kuvatun 10 kennorakenteen ja sitä ympäröivän vaipan. Kennorakenne voi olla kiinnitetty vaippaan.

Keksinnön mukaisessa kennossa foliot voidaan kiinnittää toisiinsa tai lukita toistensa suhteen ja kenno voidaan kiinnittää ympäröivään vaippaan käyttäen hitsausta, juottamista, mekaanisia lukituselimiä tai muita tunnettuja tekniikoita, joita on esi-15 merkiksi kuvattu edellä viitatuissa, tekniikan tunnettua tasoa kuvaavissa julkaisuissa.

Keksinnön mukaisella rakenteella voidaan huomattavasti nopeuttaa kennon lämpiä-mistä alueella, jossa virtaus ei ole vielä kehittynyt laminaariseksi ja siten lämmön-,· siirtyminen on tehokasta nimenomaan alueella, jossa termistä massaa on pudotettu.

,,: 20 Tämä laminaarisen virtauksen kehittymisvyöhykkeen syvyys voidaan karkeasti las kea yhtälöllä: ::·ί ^ = 0,06^ ;;;· D μ • · jossa L = kehittymisvyöhykkeen syvyys t » . ’. 25 v = keskimääräinen virtausnopeus φ = kaasun tiheys ' μ = viskositeetti • • D = halkaisija [ Keksintöä kuvataan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa > · 30 kuva 1 esittää perpektiivikuvaa eräästä katalyyttirakenteesta, joka sisältää keksinnön mukaisen kennon, 5 113559 kuva 2 esittää samaa kennoa kuin kuva 1, kuva 3A esittää kuvassa 2 esitetyn kennon valmistuksessa käytetyn folionipun rakennetta, kuva 3B esittää kuvan 3A erästä yksityiskohtaa suurennetussa mittakaavassa, 5 kuva 4 esittää leikkausta keksinnön mukaisesta toisesta kennosta, kuva 5 esittää leikkausta keksinnön mukaisesta kolmannesta kennosta, kuva 6 esittää leikkausta keksinnön mukaisesta neljännestä kennosta, ja kuva 7 esittää graafisessa muodossa vertailukokeista saatuja tuloksia.

Kuvassa 1 keksinnön mukainen kenno on merkitty viitenumerolla 1. Tämän kennon 10 otsapinta eli etureuna on kevennetty (ks. kuva 2). Kuvan 1 tapauksessa kenno 1 on takakenno, jonka eteen on sovitettu pienempikokoinen etukenno 2, jota ei ole kevennetty. Kennot 1 ja 2 on sovitettu alempaan vaippapuoliskoon 3. Ylempää vaippapuo-liskoa ei ole esitetty kuvassa.

Kuva 2 esittää samaa kennoa 1 kuin kuva 1. Kennon 1 pituus 1 tässä esimerkkitapa-15 uksessa on 120 mm. Pituus k, joka on noin 30 mm, kuvaa sen alueen 4 syvyyttä, jossa kenno on kevennetty.

• * · • · · • * • ♦

Kuva 3A ja kuva 3B kuvaavat lähemmin kuvissa 1 ja 2 esitetyn kennon valmistuk- :·. sessa käytetyn folionipun rakennetta. Folionippu muodostuu ensimmäisestä foliopa- \.. rista, jossa on rypytetty folio 5 ja sileä folio 6, ja toisesta folioparista, jossa on rypy- • · I;; 20 tetty folio 7 ja sileä folio 8. Rypytettyjen folioiden 5 ja 7 leveys 1 vastaa valmiin ken- non pituutta (ks. kuva 2). Sileiden folioiden 6 ja 8 leveys on 1 - k. Folionippu rulla- • · ’*··' taan spiraalimaisesti, jolloin saadaan kuvassa 2 esitetty lieriömäinen kenno 1, jonka etureuna on kevennetty.

* » · • * . · \ Kuva 4 esittää kennorakennetta 9, jossa kevennetty alue on merkitty viitenumerolla * 25 10. Tällä alueella on lieriömäinen muoto, jossa on pallomainen syvennys. Nuolet * ' kuvaavat kaasun virtaussuuntaa.

‘ . Kuva 5 esittää kennorakennetta 11, jossa on kevennetty alue 12, jolla on lieriömäi- * nen muoto, jossa on kartiomainen syvennys.

• * · > ·

Kuva 6 esittää kennorakennetta 13, jossa on kevennetty alue 14, jolla on rengasmai-30 nen muoto.

6 113559

Esimerkki

Suoritettiin koe käyttäen kuvan 2 mukaista kennoa sekä vertailukennona vastaavaa kennoa, jossa ei ollut kevennystä, eli joka oli valmistettu käyttäen samanleveyksisiä rypytettyjä ja sileitä folioita. Kennoihin oli asennettu termoelin 25 mm:n ja 45 mm:n 5 päähän kennon etureunasta. Kennojen läpi puhallettiin kuumaa ilma käyttäen kuu-mailmapuhallinta. Koetulokset on esitetty graafisesti kuvassa 7, jossa on esitetty substraatin lämpötila ajan funktiona. Tulokset osoittavat, että keksinnön mukainen kenno kuumenee nopeammin kuin vertailukenno 25 mm:n kohdalla. 45 mm:n kohdalla ero on vielä suurempi, sillä koko kevennyksen vaikutus on tässä kohdassa nä-10 kyvissä. Koska syttymisvaihe dominoi tuloksen, on jokaisen sekunnin parannus tärkeä.

• · > » · • ( · t t • · • · ·

Claims (5)

113559

1. Katalyytin kennorakenne (1, 9, 11, 13), joka käsittää metallifolioista muodostetun rakenteen, joista metallifolioista ainakin osa on rypytettyjä, ja jossa kennora-kenteessa on lukuisia läpivirtauskanavia kaasua varten, jolloin kennorakenne on 5 muodostettu yhdestä tai useammasta rypytetystä foliosta (5, 7) ja yhdestä tai useammasta lievästi rypytetystä tai olennaisesti sileästä foliosta (6, 8), jolloin rypytetyllä foliolla (5, 7) on leveys, joka vastaa valmiin kennon pituutta, ja lievästi rypytetyllä tai olennaisesti sileällä foliolla (6, 8) tai osalla siitä on pienempi leveys, jolloin kennoon muodostuu tila (4, 10, 12, 14), jossa on vähemmän foliota kuin kennon 10 muussa osassa, joka tila ulottuu kennon otsapinnasta kennon sisään, tunnettu siitä, että kennon vastakkaisessa päässä mainitun yhden tai useamman rypytetyn folion (5, 7. ja mainitun yhden tai useamman lievästi rypytetyn tai olennaisesti sileän folion (6, 8) päät on tasattu, ja että mainittua tilaa (4) rajoittaa otsapinta, kennon ulkovaip-pa ja pinta, joka on yhdensuuntainen otsapinnan kanssa, tai mainittua tilaa (10) ra-15 joittaa otsapinta, kennon ulkovaippa ja kovera pinta, tai mainittua tilaa (12) rajoittaa otsapinta, kennon ulkovaippa ja olennaisesti kartiomainen pinta, tai mainittua tilaa (14) rajoittaa otsapinnan ulompi osa, kennon ulkovaippa ja pinta, joka on yhdensuuntainen otsapinnan kanssa, sekä pinta, joka on vakio etäisyyden päässä kennon ulkovaipasta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kennorakenne, tunnettu siitä, että kennora- , . kenne on muodostettu yhdestä tai useammasta folioparista spiraalimaisesti rullaa malla tai taivuttamalla, joka foliopari (5, 6; 7, 8) käsittää mainitun rypytetyn folion ja mainitun lievästi rypytetyn tai olennaisesti sileän folion. • ·

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kennorakenne, tunnettu siitä, että mai-25 nittu tila (4, 10, 12, 14) käsittää noin 1-90 %, edullisesti noin 5-40 %, kennon tila- » t .·*·, vuudesta. * t » * ·

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen kennorakenne, tunnettu siitä, * · · · että se on etukennorakenne, takakennorakenne tai yksikennorakenne. * > * t

· • · ·’ 5. Katalyytti, tunnettu siitä, että se käsittää jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mu- ’ ' · 30 kaisen kennorakenteen (1) ja sitä ympäröivän vaipan (3). i > I | S · s 113555