FI93484C - Metallikatalysaattorin lujitusmenetelmä - Google Patents

Description

93484

Metallikatalysaattorin lujitusmenetelmä

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään lujittaa metalli-folioista tehtyä katalyyttikennostoa, jolloin muodostetaan päällekkäin asetetuista poimutetusta ja suorasta folionauhasta kierteinen tai ladottu kennosto ja keksinnön mukaan liitetään sidosaineella, kuten keraamisella liimalla, rypytetyn folion ja sileän folion yhtymäkohtaa hyväksikäyttäen foliot toisiinsa ja täten lisätään mekaanista lujuutta.

Metallikennostojen mekaanista lujuutta on parannettu eri tavoin. Tällainen kennosto tunnetaan ennestään mm. GB-patentista 2 069 364. Kyseisessä patentissa esitetyn menetelmän mukaisesti päällystämättömistä folionauhoista valmistetaan ensin kennosto ja kennoston molempiin tai toiseen päähän hitsataan yksi tai useampia saumoja, joiden tarkoituksena on estää kierteisten folionauhojen aksiaalinen liikkuminen toistensa suhteen. Tässä menetelmässä kennosto voidaan pinnoittaa tukiainekerrok-sella ja katalyyttiaineella vasta hitsaamisen jälkeen, koska tukiaine alentaa sähkönjohtokykyä ja estää virran kulkua hitsaamisen aikana. Kun tukiaine levitetään valmiiseen kennos-toon, se ei leviä tasaisesti, vaan kerääntyy folioiden yhtymäkohtien muodostamiin koloihin ja nurkkiin ja kerää itseensä varsinaista katalyyttisesti aktiivista ainetta, joten kata-lyyttiaine ei tule tehokkaasti käytettyä, mikä puolestaan lisää kustannuksia ja heikentää tehoa.

DE-patentissa 2 924 592 on esitetty menetelmä katalyyttiken-noston valmistamiseksi, jossa päällystämätön poimutettu ja suora folionauha kiinnitetään toisiinsa juottamalla. Tämän menetelmän haittana on se, että juottamisen yhteydessä joudutaan käyttämään korkeita lämpötiloja, mikä saa aikaan rakenteen heikkenemistä ja pinnan huonontumista. Menetelmänä juottaminen on kallis toimenpide ja juottaminen rajoittaa kennos-tomateriaalien valintaa vain sellaisiin metalleihin, joita voidaan juottaa. Tuollaiset materiaalit eivät välttämättä ole parhaita katalyyttikennostojen materiaaleja. Tässäkin menetelmässä kennosto voidaan pinnoittaa tukiainekerroksella ja katalysoivilla aineilla vasta sen jälkeen, kun foliot on 2 93484 kiinnitetty toisiinsa.

Suomalaisessa patentissa 74 523 on esitetty menetelmä kata-lyyttikennoston valmistamiseksi ja lujittamiseksi. Menetelmää sekä tukiainekerroksella että katalyyttikerroksella etukäteen päällystetyt poimutettu ja suora folionauha kiinnitetään kes-kiakseliin, joka on ohut tanko, ja jonka ympärille halutun kokoinen kennosto muodostetaan, minkä jälkeen akselin päihin kiinnitetään päätytuet siten, että ne painuvat hieman kennos-ton sisään estäen folioiden aksiaalisen liikkumisen. Tässä menetelmässä kennoston sisään jäävä keskiakseli tai -levy aiheuttaa lisäpainoa kennostoon ja lisäksi keskiakseli päätytukineen pienentää hieman katalyyttikennoston poikkileikkauksen avointa alaa.

FI-patentissa no 78 161 on esitetty lujitusmenetelmä, jossa on esipinnoitettu poimutettu ja sileä metallifolio ja kääritty näistä katalysaattorikenno. Kennon läpi viedään erikoivalmis-teinen naula jolloin tehty rakenneratkaisu estää irtonaisten levyjen liukumisen pakokaasun virtauksen mukaan.

Tällä menetelmällä on haittana se, että kennon ohuet folioker-rokset ovat irti toisistaan ja siten pääsevät liikkumaan hieman toisiinsa nähden. Korkeissa lämpötiloissa, kun pakokaasun painepulssit saavat kennon värähtelemään, saattavat yksittäiset foliot pahimmassa tapauksessa murtua. Murtuminen tapahtuu helpommin silloin, kun katalysaattorikennon värähtely sattuu kennoston ominaisvärähdysalueelle. Tällöin katalysaattorikenno voi joutua resonanssiin pakokaasujen aiheuttamien kiihtyvyyksien nousun vuoksi. Samanaikaisesti esiintyvät korkeat lämpötilat (700-1000 °C) alentavat lujuutta.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä lujittaa katalysaattorikennosto, jolla menetelmällä ei ole ennestään tunnettujen menetelmien haittapuolia. Tämä aikaansaadaan keksinnön mukaisesti siten, että liitetään irtonaiset 3 93484 foliot sopivalla aineella kosketuskohdistaan toisiinsa. Keksinnön mukaisessa menetelmässä ei käy foliokerroksien juottaminen ja/tai hitsaaminen koska foliot päällystetään jo ennen kennon valmistusta huokoisella, keraamisella tukiaineella.

Yllättäen on havaittu, että käyttämällä sinänsä tunnettuja tulenkestäviä sidosaineita poimutetun (2) ja sileän folion (3) liittymäkohdissa (4) voidaan metallisen katalysaattorikennos-ton mekaanista lujuutta lisätä erittäin paljon. Metallifoliot ovat etukäteen päällystetyt ns. tukiainekerroksella ja käytetty sidosaine on sellainen, että se tunkeutuu syvälle em. huokoiseen tukiainepinnoitteeseen ja muodostaa kiinteän elastisen sidoksen tukiainekerroksen kanssa. Tuloksena on luja, kiinteä kennosto, jonka ominaisvärähtelyalue on korkeammalla taajuudella kuin pakokaasupulssien aiheuttama värähtely. Tällöin ei katalysaattorikenno joudu sellaiseen resonanssitilaan joka ylikuormittaessaan murtaisi sitä.

Keksinnön pääasialliset tunnusmerkit ilmenevät oheisista patenttivaatimuksista .

Jäljempänä selostetussa kuumaravistustestissä on keksinnön mukaisen kennon kestoikää monikymmenkertaistettu.

Kennosto voidaan lujittaa keksinnön mukaisesti myös siten, että osa kennoston pilleistä täytetään joko kokonaan tai osittain sidosaineella esim. keraamisella liimalla. Jos tukiaine sisältää jo katalyyttiaineet, niin tällöin pieni osa katalyyttisestä pinnasta menetetään, mutta saadaan erittäin luja kom-paktirakenne kennostolle. Tavallisemmin lujitus tehdään ennen jalometallien imeyttämistä, jolloin em. haitta poistuu.

Kuvassa 1 on esitetty rypytetyn (2) ja sileän (3) folion rullaaminen päällekkäin käyttäen harjanteiden kohdalla si-dosainetta.

4 93484

Kuvassa 2 on esitetty keksinnön mukaisen katalyyttikennoston (1) rakenne.

Kuvissa 3a, b, c on esitetty esimerkkejä miten pillien täyttäminen voidaan suorittaa. Nämä ovat esimerkkejä ja keksintö luonnollisesti sisältää myös muut mahdollisuudet.

Mikäli katalysaattorikennossa on käytetty sähkölämmitystä on edullista mikäli sidosaineen sähkönjohtokyky on alhainen.

Käytettäväksi sopivien sidosaineiden lukumäärä on suuri. Pääasiallinen ominaisuus on se, että se muodostaa sidefaasin, joka sitoo rypytetyn ja sileän folion toisiinsa.

Sidoksia ovat mm.

- Keraaminen sidos: sitoutuminen yleensä silikaat-tisen sidefaasin välityksellä.

- Kemiallinen sidos: jolloin sitoutuminen tapahtuu vastaavalla kemiallisella yhdisteellä.

- Hydraulinen sidos: sitoutuminen sementtisidoksel-la.

- Suorasidos: syntyy korkeissa lämpötiloissa.

Käytettävä sideaine voi siten olla hyvinkin erilainen koostumukseltaan. Esim. plastinen savi on yleisesti tunnettu. Sen haittapuolena ovat kutistuminen ja melko alhainen tulenkestä-vyys. Savi muodostaa keraamisen sidoksen.

Kalsiumaluminaattisementti on myös tunnettu sideaine. Sillä on lujuusminimi ja se ei tahdo kestää CO:ta. Sidoksia kutsutaan hydraulisiksi sidoksiksi.

Silikaateista yleisin on natriumsilikaatti eli vesilasi. Muita ovat Ca-Na-silikaatit, Al-silikaatit, orgaanisesti modifioidut silikaatit ja happamat silikaattiliuokset.

5 93484

Myös tunnetaan ns. fosfaattisidos, jolloin sideaineena on tavallisemmin Al-fosfaatti, Na-Al-fosfaatti tai boorifosfaat-ti.

Esimerkki 1.

Esimerkin kennon metallifoliot päällystetään tukiaineella ja niihin imeytetään jalometallit.

Imeytetyt kaksi foliota, sileä ja rypytetty, rullataan päällekkäin ja rullauksen yhteydessä pannaan rypytetyn folion harjanteiden kohdalle vain toiselle puolen ja osalle harjanteita kittimäistä sidosainetta, joka on yleisesti saatavilla olevaa paikkaustahnaa kauppanimeltään Firegum FG 1/ESI/F66 ja joka pääosin sisältää natriumsilikaattia (Na20 · Si02) .

Ilman naulatukea saadun kennon periaate on kuvattu kuvassa 2.

Paksu tahna eli sidosaine näkyy mustina pisteinä (4).

Sidosainetta voidaan myös levittää molemmille puolin foliota jolloin periaate on kuvattu kuvassa 1. Sidosaine kuvattu mustina pisteinä (4).

Esimerkki 2.

Tässä esimerkissä on sidosaine pantu valmiiseen kennoon. Kun kenno on rullattu normaalisti, lisätään sidosaine sen molemmista päistä (Kuva 3a).

Sidosmassana käytettiin samaa kittiä kuin esimerkissä 1 ja massa tarttuu molempiin folioihin eikä aksiaalisuunnassa mene kovin syvälle. Sidosainetta pantiin ns. ristikkäin. Osaksi massa täyttää myös reikää, joka ei ole toivottavaa.

6 93484

Keksinnön mukaisen menetelmän avulla saadut kennot testataan seuraavasti: Katalysaattori kiinnitetään telineeseen, joka on sähkömagneettisessa täryttimessä. Testissä on täryttimen arvoiksi valittu: - kiihtyvyys 40 g (g = 10 m/s2) - taajuus 90 Hz (hertsiä)

Katalysaattoria tärytettiin aksiaalisuunnassa.

Myös katalysaattoria lämmitettiin siten, että lämpötila kennon etupuolella oli 930 °C.

Kun katalysaattoriin tulee näkyviä vaurioita, katsotaan se rikkoutuneeksi ja taulukossa oleva aika on kestoaika. Useasti on folio ensiksi rikkoutuva kohta. Myöskin foliot lähtevät liikkumaan nimenomaan aksiaalisuunnassa.

Seuraavat edellä selostetussa tärytestissä saavutetut tulokset osoittavat keksinnön mukaisen mentelmän vahvistavan kennoston rakennetta oleellisesti:

Rakenne Kestoaika

Nykyinen rakenne:

Koekappale 18 min

Koekappale 30 min

Keksinnön mukainen rakenne:

Sidosaine laitettu kennoon kuvan 3a mukaisesti 9 h 6 min

Sidosaine laitettu rullatessa kuvan 2 mukaisesti 15 h 29 min

Sidosaine laitettu rullatessa kuvan 1 mukaisesti kaikkiin harjoihin 30 h

Claims (3)

93484

1. Menetelmä lisätä tukiaineella etukäteen pinnoitetun metallisen katalyyttikennoston (1) mekaanista lujuutta tunnettu siitä, että ennen kennostoksi muodostamista sijoitetaan joko kokonaan tai osittain epäorgaanista, huokoiseen tukiainepinnoitteeseen tunkeutuvaa pääosin natriumsilikaattia sisältävää sidosainetta metallifolioi-den yhtymäkohtiin.

2. Patenttivaatimus 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että kennoston muodostavat etukäteen tukiaineella pinnoitettu rypytetty folio (2) ja etukäteen tukiaineella pinnoitettu sileä folio (3).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että sidosainetta lisätään sileän folion (3) toiselle tai molemmille puolille joihinkin kohtiin ennen kennon tekemistä valmiiksi. 93484