HU218368B - Katalitikus egység - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya gáztisztító katalitikus egység, amely egy hőállófémszálból szőtt vagy fonott, hálószerű fémszövetet (10) tartalmaz,amely fémszövet (10) előre meghatározott formájú betétté vankialakítva, és amely betét több, egymással szomszédos rétegből áll,valamint egy olyan, a betétet körülvevő burkolatot tartalmaz, amely agáz számára átjárható csatornákkal rendelkezik. A találmány szerintikatalitikus egységet az jellemzi, hogy a fémszövet betétben (23) lévőrétegek legalább fele olyan fémszövetből (10) áll, amely legalább kétirányban folyamatosan redőzött, miáltal a redők a két irány között egyszöget (?) határoznak meg, továbbá a redőzött fémszövet (10) a betétenbelül úgy van elrendezve, hogy az említett szögek (?) a betéthossztengelyébe esnek, és azzal szimmetrikusak. ŕ

Description

A találmány olyan katalitikus gáztisztitó egységre vonatkozik, amely belső égésű motorokban, különösen kisebb és/vagy egyszerűbb motorokban, például fűnyíró gépekben, motorfűrészekben, mopedekben és egyéb, motorhajtású egységekben történő felhasználásra szolgál.

A belső égésű motorokból származó kipufogógázokat olyan katalitikus egységek segítségével tisztítják, amelyekben egy olyan katalizátorhordozót alkalmaznak, amelyre előzetesen felvittek egy alkalmas katalitikus anyagot, például platinát vagy palládiumot (amelyek a leggyakrabban alkalmazott ilyen típusú anyagok), de ezek mellett szerves anyagok is felhasználhatók.

Ezeket a katalitikus egységeket először a személygépkocsik kipufogógázainak a tisztítására alkalmazták, mivel az 1970-es és az 1980-as években az Amerikai Egyesült Államok különösen szigorú követelményeket állított fel a személygépkocsik kipufogógázaiból származó káros anyagok kibocsátásával kapcsolatban. A személygépkocsik számára kifejlesztett katalitikus egységek kerámiai anyagú hordozókat, úgynevezett monolitokat tartalmaznak, amelyek átjárható csatornákat foglalnak magukban, és a katalitikus anyag ezekben az átjárható csatornákban kerül elhelyezésre. A katalitikus berendezések katalitikus egységeivel szembeni szigorú követelmények - egyebek mellett - kiterjednek a katalitikus egységek hőállóságára is, tekintettel arra, hogy a belső égésű motorokból származó kipufogógázok hőmérséklete akár körülbelül 1000 °C-os értéket is elérhet.

A személygépkocsik motorjában történő felhasználásra szánt katalitikus egységek viszonylag drágák, mivel az ilyen rendszerektől igen magas fokú tisztítást várnak el, továbbá egyéb tényezők mellett azért is költségesek, mert a katalizátorhordozó anyagának egy korszerű kerámiai anyagnak kell lennie, ami viszont rendkívül törékeny, ezért a hordozó előállítása során igen nehezen megmunkálható. Ennek az az eredménye, hogy a kerámiai hordozóegységek nagyobb része megsérül, így az amúgy is magas gyártási költségek ezáltal még tovább nőnek.

Az előbbi okok miatt az olyan, kevésbé korszerű motorokban történő felhasználásra, amelyeknek esetén a károsanyag-kibocsátással kapcsolatban nem annyira szigorúak a követelmények, fém katalizátorhordozók alkalmazását javasolják. Ilyen katalizátorhordozókat használnak jelenleg például néhány robogótípusban. Ebben az esetben a katalizátorhordozó egy redőzött és hengerformára alakított fémlapból áll, amelyben a redők átjárható csatornákat képeznek. A hengerek körül egy fémvisszatartó karmantyú kerül elhelyezésre. Az ilyen hordozónak - egyebek mellett - az a hátránya, hogy a térfogatához és tömegéhez képest a felszíni területe erősen korlátozott.

Javaslatot tettek a korábbiakban arra is, hogy a katalitikus egységekben történő alkalmazásra szolgáló katalizátorhordozók szőtt vagy hurkolt fémhuzalból kerüljenek kialakításra. A DE 3 024 491 számú szabadalmi bejelentés (CA 1 165 247 számú szabadalmi bejelentés) olyan katalitikus egységgel ellátott motort ismertet, amelynek katalizátorhordozója hurkolt fémhuzalból áll, és a hordozón egy fém-oxid-réteg és egy katalizátorréteg került elhelyezésre. Az EP 0 061 304. számú szabadalmi bejelentés ugyancsak hurkolt fémhuzalból álló katalizátorhordozót ismertet, amely megfelelő térközöket foglal magában, és így például hengerelt formában alaktartó szerkezetű katalitikus egységet nyernek. Az US 3 362 783. számú szabadalmi leírásban az 1960-as években a hurkolt gyártmányok alkalmazása esetén Inconel típusú hőálló fémhuzalok felhasználását javasolták a katalitikus egységekhez.

A katalizátorhordozók egyéb típusaival kapcsolatos, a fentiekben említett hátrányok ellenére, a javasolt, szőtt vagy hurkolt fémgyártmányokon alapuló katalizátorhordozók közül - ismereteink szerint - egy sem került gyakorlati alkalmazásra és kereskedelmi forgalmazásra, ezzel szemben a jelenleg ipari méretekben termelt katalizátorhordozók kizárólag kerámiai anyagokból állnak, vagy bizonyos speciális esetekben - amint azt a fentiekben említettük - redőzött és hengerformára alakított fémlapból készülnek. Annak oka, hogy fémhuzalgyártmányok nem versenyképesek a hagyományos katalizátorhordozókkal (még a hagyományos katalizátorhordozókkal együtt járó, a fentiekben említett hátrányok ellenére sem), nem annyira a gazdaságossági problémákban keresendők, hanem sokkal inkább abban, hogy a fémhuzalhálós katalitikus egységek nem képesek eleget tenni a katalitikus egységekkel szemben támasztott műszaki követelményeknek. Mivel ezeknek a hálószerű kötésszerkezeteknek a huzalfüzések között nagy légnyílásaik vannak, az ilyen hordozók csak kis ellenállást fejtenek ki a tisztítandó gáz áramával szemben. Ennek következtében a gáz csak viszonylag rövid ideig van kitéve a katalitikus egység hatásának, azaz a katalitikus egység egységhosszán keresztül áramló gáz tartózkodási ideje rendkívül rövid, így ezeknek az egységhosszaknak a keresztmetszeti területükhöz képest nagyon hosszúnak kell lenniük ahhoz, hogy a kipufogógázokat kellőképpen nagy mértékben tisztítani lehessen. Jóllehet a fémhuzalháló rétegeinek mechanikaisűrűség-növelésével a gáznak viszonylag hosszú tartózkodási ideje érhető el, ez viszont fokozottan akadályozza a gázoknak a katalitikus egységen történő átáramlását, és így csökkenti a gáz átáramlási sebességét, ami viszont szükségessé teszi az egység áramlási felületének növelését. Ennek viszont az a következménye, hogy az egységek még terjedelmesebbek lesznek.

Az utóbbi időben figyeltek fel arra, hogy a kisebb és egyszerűbb belső égésű motorok veszélyes mértékben fokozzák a káros kipufogógáz-kibocsátást. Ezt alátámasztja az is, hogy az egyes fűnyíró gépekből származó kipufogógáz mennyisége nagyobb, ráadásul veszélyesebb, mint amekkora mennyiségű és amilyen mértékben káros egy gépjárműmotorból származó kipufogógáz. Ugyanakkor ma még nincs arra nézve előírás, hogy az ilyen kisebb és egyszerűbb motorokból származó kipufogógázokat tisztítani kellene.

Ilyen törvényi szabályozásra a közeljövőben valószínűleg nem is fog sor kerülni, tekintettel arra, hogy gazdaságossági megfontolások alapján - figyelembe véve az ismert katalizátorhordozók magas gyártáskölt1

HU 218 368 Β ségeit - jelenleg nincs reális lehetőség az ilyen kisebb és egyszerűbb motorokból származó kipufogógázok katalitikus tisztításának kiterjedt alkalmazására.

A jelen találmány egyik célkitűzése egy olyan katalizátoregység biztosítása, amely megoldja a kipufogógázokkal, különös tekintettel a kis és/vagy egyszerű belső égésű motorokból származó kipufogógázokkal kapcsolatos, fentiekben említett problémákat. A találmány egy további célkitűzése olyan katalitikus egységek kifejlesztése, amelyek alkalmazása kevéssé költséges alternatívát nyújtana más motorok esetén is. A találmány ezen utóbbi részét az olyan katalitikus egységek valósítják meg, amelyek jellemző tulajdonságait a melléklet szabadalmiigénypont-sorozatban foglaljuk össze.

A találmány szerinti katalitikus egység magában foglal egy hőálló fémhuzalból készült, hálószerű kötésű, szőtt vagy fonott fémszövetet, amely előre meghatározott formájú betétté van kialakítva, és amely betét több, egymással szomszédos rétegből áll, valamint egy olyan, a betétet körülvevő burkolatot, amely a gáz számára átjárható csatornákkal rendelkezik. A találmány szerinti katalitikus egységre az jellemző, hogy a fémszövet betétben lévő rétegek legalább fele olyan fémszövetből áll, amely legalább két irányban folyamatosan redőzött, miáltal a redők a két irány között egy szöget határoznak meg. A redőzött fémszövet a betéten belül úgy van elrendezve, hogy az említett szögek a betét hossztengelyébe esnek és azzal szimmetrikusak, és az átjárható csatornákra keresztirányban vannak. A redőzött fémszövet rétegei között nem redőzött fémszövetrétegek helyezkednek el. Legalább a redőzött fémszövet hagyományosan fonott vagy szőtt, mégpedig oly módon, amelyben legalább két párhuzamos szál vagy fonat van. A szomszédos rétegeket hagyományos úton állíthatjuk elő, amelynek során a fémszövetet lényegében hengeres betétté hengereljük. Alternatív módon a fémszövetet nemhengeres betétté, például paralelepipedon alakú betétté is redőzhetjük vagy préselhetjük.

A hőálló fémszál anyaga Inconel® 601, melyre a korábbiakban hivatkoztunk, vagy ehhez hasonló tulajdonságú anyag.

A találmány szerinti katalitikus egység különösen alkalmas a kis és/vagy egyszerű belső égésű motorok, például a fűnyíró gépek, motoros fűrészek, mopedek, hajóoldalon kívül elhelyezett, kisméretű motorok stb. kipufogógázainak a tisztítására. Ezeknek a motoroknak az esetében lényeges, hogy a katalitikus rendszer költsége nem lehet a teljes ár meghatározó része. A gyártók szempontjából igen fontos, hogy a katalitikus kipufogógáz-tisztító rendszert magukban foglaló motorokban olcsó katalizátorhordozókat kell alkalmazni.

A fémszövetnek a jelen találmány szerinti megoldás útján történő redőzésével meglepően nagy hatékonyság, és a katalitikus egységen áthaladó gáz igen nagy turbulenciája valósítható meg. Ez előnyösen hozzájárul a gáz relatív tartózkodási idejének a megnöveléséhez, ami nagyobb hatékonyságot biztosít, mint amekkora hatékonyság a katalitikus egységekben elhelyezett, szokásos fémszövet hordozókkal egyébként elérhető. A turbulencia magas foka lehetővé teszi, hogy a gázok hatásos tisztítása mellett a katalitikus egységeket rövidebbre méretezve lehessen előállítani. Ily módon a találmány - jutányos árak mellett - elfogadható méretű katalitikus egységek előállítását teszi lehetővé, amelyek különösen alkalmasak a fentiekben említett, egyszerűbb típusú motorokban történő felhasználásra.

A következőkben a mellékelt ábrákra hivatkozva részletesebben ismertetjük a találmány szerinti megoldást. Az

1. ábra eredeti méretben egy fémszövetdarabot mutat, a

2. ábra egy redőzött vagy hasonlóképpen hajtogatott fémszövetdarab oldalnézetét mutatja, a

3. ábra ugyanazt a redőzött fémszövetdarabot mutatja felülnézetben, a

4. ábra vázlatos formában egy találmány szerinti katalitikus egységet oldalnézetben ábrázol, az

5. ábra pedig a 4. ábrán jelölt A-A egyenesen felvett keresztmetszeti nézetet mutatja.

Az 1. ábra eredeti méretben egy 10 fémszövetet ábrázol, amely 12 hálószerű konfigurációban hőálló 11 fémszálból van kötve. A fémszál vastagsága körülbelül 0,2 mm. A 10 fémszövet különösen alkalmas a találmány szerinti megoldásban katalizátorhordozóként történő felhasználásra. A 2. ábra egy olyan 10 fémszövetet ábrázol, amelyet előzetesen redőztünk vagy más módon hajtogattunk, és így a 13 vonallal vázlatosan jelölt, váltakozó kiemelkedéseket és mélyedéseket nyertünk. Az ábrázolt esetben a redőzött 10 fémszövetet mindkét oldalán egy megfelelő 13A nem redőzött fémszövet réteg fedi. A redők hullámmagassága előnyösen 5-10 mm, például 7 mm. A 3. ábra vázlatos formában a redőzött 10 fémszövet egy részletét felülnézetben ábrázolja. A 10 fémszövetet a kötést követően a 14 és 15 egyenesek mentén redőzzük. A 14 és 15 egyenesek a szövetdarab hossztengelyével egy előre meghatározott a szöget zárnak be. A 14 és 15 egyenesek mentén kiterjedő redők nagyjából a szövet közepén találkoznak, ahol egy β szöget zárnak be egymással. A β szög értéke általában 110°; ez az érték jó gázörvénylést eredményez. A 4. ábra egy katalitikus 20 egységet ábrázol, amelynek van egy, a tisztítandó gázok számára szolgáló 21 bevezetőrésze, valamint egy 22 katalizátorrésze. A 22 katalizátorrészben van elhelyezve egy katalizátorhordozó 23 betét, amelyet egy hőálló fémből készült 24 katalizátorhordozó burkolat vesz körül. A katalitikus 20 egységnek sokféle keresztmetszeti alakja lehet, például a felhasználó kívánságainak és a katalizátorrendszer felhasználási területének megfelelően lehet négyzetes, kerek vagy ovális keresztmetszetű. A katalizátorhordozó 23 betét egy katalizátorhordozóból áll, amely magában foglal egy találmány szerinti, hőálló fémszálból kötött, hálószerű fémszövetet, amelyet egy megfelelő katalitikus anyag borít. Az 5. ábra a 22 katalizátorrésznek a 4. ábrán jelölt A-A egyenesen felvett keresztmetszeti nézetét mutatja be. A bemutatott katalizátorrész ovális keresztmetszetű, és tartalmaz egy katalizátorhordozó 23 betétet, amelynek ugyanolyan a profilja, mint a 24 katalizátorhordozó burkolatnak, továbbá magában foglalja a 22 katalizátorrésznek a 25 külső bur3

HU 218 368 Β kolatát. A találmány szerinti katalitikus egység az alacsony ár mellett jelentős további előnyöket eredményez. Például az egység - a térfogatához és tömegéhez képest - nagy fajlagos felülettel rendelkezik, ugyanakkor nagymértékű örvénylést hoz létre a gázáramban, ami a viszonylag alacsony áramlási ellenállás ellenére is jelentősen megnöveli a gáztisztítási időt.

Claims (6)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Gáztisztító katalitikus egység, amely egy hőálló fémszálból szőtt vagy fonott, hálószerű fémszövetet tartalmaz, amely fémszövet előre meghatározott formájú betétté van kialakítva, és amely betét több, egymással szomszédos rétegből áll, valamint egy olyan, a betétet körülvevő burkolatot tartalmaz, amely a gáz számára átjárható csatornákkal rendelkezik, azzal jellemezve, hogy a fémszövet betétben (23) lévő rétegek legalább fele olyan fémszövetből (10) áll, amely legalább két irányban folyamatosan redőzött, miáltal a redők a két irány között egy szöget (β) határoznak meg, továbbá a redőzött fémszövet (10) a betéten (23) belül úgy van elrendezve, hogy az említett szögek (β) a betét (23) hossztengelyébe esnek és azzal szimmetrikusak.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti katalitikus egység, azzal jellemezve, hogy az egység (20) a redőzött fémszövet (10) rétegek között egy nem redőzött fémszövet réteget (13A) foglal magában.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti katalitikus egység, azzal jellemezve, hogy legalább a redőzött fémszövet (10) hagyományos eljárással fonott vagy szőtt, és benne legalább két párhuzamos szál vagy fonat van.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti katalitikus egység, azzal jellemezve, hogy a fémszövet (10) hengeres betét (23) formára van hengerelve.
5. 5. Az 1 -3. igénypontok bármelyike szerinti katalitikus egység, azzal jellemezve, hogy a fémszövet (10) nemhengeres betét (10) formára van hajtogatva vagy préselve.
6. 6. Az 1 -5. igénypontok bármelyike szerinti katalitikus egység, azzal jellemezve, hogy a hőálló fémszál Iconal® 60, vagy más, ennek megfelelő hőellenállású, egyéb anyagból van.