MXPA98007205A - Estructura de panal para un catalizador - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un catalizador que comprende un panal (1) y una camisa circundante, el panal comprende una estructura formada a partir de una pila de láminas de metal, de las cuales por lo menos parte de ellas son perfiladas, y la estructura de panal incluyendo varios canales de flujo pasante para gas. Los extremos libres de las láminas de metal están distribuidos sobre una parte (S1) de la periferia de panal en forma no simétrica al centro del panal de manera que la parte (F1) de la periferia de panal estálibre de los extremos libres de las láminas de metal. El panal se une ya sea directamente o a través de una capa intermedia a la camisa sobre unárea (l1) que comprende por lo menos parte de los extremos libres.

Description

ESTRUCTURA DE PANAL PARA UN CATALIZADOR La presente invención se refiere a un catalizador que comprende un panal y una camisa circundante; el panal comprende una estructura formada de una pila de láminas de metal, por lo menos parte de las cuales son perfiladas, la estructura de panal comprendiendo numerosos canales de flujo pasante para gases. La invención especialmente se refiere a un panal para una catalizador y a la sujeción del panal a la camisa circundante; el producto típicamente es utilizado para purificar emisiones de un motor de combustión oxidando impurezas gaseosas o impurezas adheridas a las superficies de partícula, y reduciendo los óxidos de nitrógeno .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Un panal de metal para un catalizador típicamente consiste de láminas de metal delgadas, las cuales forman una multiplicidad de canales a través de los cuales el gas puede penetrar hacia el panal. Típicamente, el panal consiste de dos 'láminas de metal, una de las cuales es corrugada y la otra es sustancial me nte más lisa de manera que se generan una multiplicidad de canales combinando las láminas en capas alternantes. Un soporte de cerámica se agrega sobre la superficie del panal, incrementando el área geométrica del catalizador, e incluye compuestos que intensifican ia actividad; los compuestos pueden, por ejemplo, almacenar compuestos gaseosos. Además, el soporte actúa como una base para metales preciosos, los cuales son los componentes catalíticamente activos reales. El soporte de cerámica puede ser agregado sobre la superficie de las láminas de metal antes de que el panal sea fabricado, el método siendo denominado entonces como "revestimiento abierto"; o el soporte puede ser agregado después del enrollamiento, mezclado o flexión del panal, cuando se utiliza la expresión "revestimiento de panal" . Con el fin de operar, el catalizador tiene que llegar a una temperatura de operación apropiada (temperatura de ignición) , la cual puede ser, por ejemplo, sobre 250°C, dependiendo de la carga de metal precioso del catalizador y el tipo de motor. La restricción de los límites de emisión ha dado resultado la necesidad de alcanzar la temperatura de ignición lo más rápidamente posible, previamente, calentando un catalizador eléctrico más pequeño instalado enfrente del catalizador actual con energía eléctrica, se consideraba como una solución para una rápida ignición. De esta manera, era posible mantener la posición tradicional del catalizador bajo el chasis del carro. Sin embargo, esta solución ha sido casi totalmente abandonada, debido a costos y problemas relacionados con la tecnología. Se ha hecho una práctica establecida resolver la demanda para la rápida ignición instalando un catalizador o un p r e - ca t a 1 i z ado r más pequeño directamente junto con el múltiple de escape en una posición así llamada "cierre acoplado", la cual, sin embargo, forma grandes demandas en la capacidad de duración del catalizador, ya que las tensiones térmicas y mecánicas aplicadas al catalizador son considerables. En la posición "acoplada cerrada", se aplican grandes fuerzas de aceleración al catalizador sobre secuencias típicamente de 50-400 Hz,, en el peor de los casos, estos valores de aceleración transmitidos desde el cuerpo de motor hacia el catalizador a través del múltiple de escape son varias docenas de veces la aceleración de la gravedad de la tierra. Además, los impulsos pulsivos d l flujo de y as de escape afectan el panal del catalizador y especialmente su superficie frontal, dichos impulsos ocasionando vibraciones de la superficie fio n tal del panal a la frecuencia de combustión del motor. A este respecto, se utiliza la expresión de fatiga de alta frecuencia para estos fenómenos . Además de la fatiga de alta frecuencia, una considerable ciclización de fuerzas' t e rmo- t é rmi ca s es dirigida hacia el panal de catalizador, las cuales son peores en la posición "acoplada cerrada". Cuando se enciende un autom.ó vil o cuando se aumenta más rápidamente la carga del motor, la temperatura del gas de escape se incrementa, y también las concentraciones de los componentes que serán oxidados en el catalizador, se incrementan, conduciendo al calentamiento del catalizador y a un incremento drástico en la temperatura, especialmente en las primeras partes centrales del panel. La expansión térmica del panal de metal debido al gradiente térmico contra la camisa más fría que rodea al panal conduce a la tensión por compresión en el panal; esto significa que, en altas tensiones en temperaturas de aproximadamente 900-1000°C, el panal, el cua] típicamente está fabricado de acero de íerrita, os inevitablemente deformado a cierto grado, dependiendo, por ejemplo del tamaño del gradiente térmico, el cual de nuevo es afectado por, por ejemplo, el aislamiento térmico externo o interno utilizado en la camisa, y la dist ibución de flujo. Cuando la carga de motor es reducida o el motor es apagado, la temperatura del motor cae, y el panal y la camisa se contraen. El panal después tiende a tomar el nuevo volumen más pequeño que adoptó en la temperatura alta, y se genera una tensión entre el panal y ,1a camisa, que, en el peor de los casos, conduce a la ruptura del panal desde la cubierta. Además de la dirección radial, los gradientes de temperatura también están presentes en el panal en la dirección de flujo, es decir, en la dirección axial, ocasionando tensiones ex t r a t é rmi ca s . Las fuerzas generadas por la ciclización térmica son denominadas fatiga térmica.

Tecnología Actual Formas establecidas para controlar la fatiga de alta frecuencia dirigida al panal de metal han incluido el refuerzo de la estructura de pañal, de anera que, po ejemplo, se han utilizado láminas de metal más fu rtes. Estas pueden hacerse de un material más rueso o de otra anera más fuerte. Los productos han estado comercialmente disponibles durante mucho tiempo, en donde una lámina más suave, a la cual se aplican tensiones más altas que a una lá ina corrugada, ha sido hecha de un material más fuerte que la lámina corrugada, o su espesor ha sido incrementado. Estas láminas que forman los canales han sido unidas conjuntamente ya sea a través de soldadura o soldadura de viga. Se ha tratado de controlar el pulso de tipo de impacto causado por el gas de escape también mejorando la distribución de flujo del producto, o incrementando el área transversal del panal; la mejor forma de combinar esto ha sido voltear el panal en una posición diagonal con relación al flujo de entrada de gas. El problema de fatiga térmica se ha presentado fuertemente por sí mismo solo junto con la posición "acoplada de cierre", especialmente con estructuras soldadas al tubo de la camisa y en el interior del panal en donde la temperatura es cíclicamente cambiante, ha ocasionado enormes tensiones residuales. El control de esta situación se ha relacionado principalment'e con el incremento de la flexibilidad del panal reduciendo la superficie de unión entre el tubo de camisa y el panal en la dirección axial. Con estructuras en donde las láminas individuales o pares de láminas formadas a través de bandas unidas corrugadas y lisas están separadas, las tensiones causadas por la fatiga térmica son mucho más pequeñas, pero, sin embargo, pueden ocasionar que el panal se reduzca, lo cual da como resultado la capacidad de duración para la fatiga de alta frecuencia. En la patente EP-0 245 738 se describen estructuras flexionadas y enrolladas en las cuales la resistencia del panal ha sido incrementada a través de paredes de refuerzo. Las paredes de refuerzo pueden ser utilizadas para afectar las frecuencias naturales del panal y de esta manera incrementar la capacidad de duración para la fatiga de alta frecuencia. Sin embargo, ha sido difícil controlar la capacidad de duración para fatiga térmica con estas estructuras en donde la rigidez incrementada del panal puede seguir siendo peligrosa para la capacidad de duración del panal. Además, la pared de refuerzo en la estructura presenta una masa extra y costos extras.

La EP-0 245 737 describ una estructura de catalizador en la cual un pila reunida de láminas de metal es fl xionada o enrollada en direcciones opuestas. El punto característico de esta estructura es que las láminas están simétricamente unidas a la periferia de la camisa en dos rectores opuestos o segmentos. La estructura es fle ible, en el caso de que las láminas individuales estén separadas, pero si la capacidad de duración para la fatiga de alta frecuencia de la estructura es incrementada uniendo las láminas entre sí, se presenta una situación en donde es necesario incrementar la capacidad de duración para la fatiga térmica típicamente reduciendo el área de unión en la dirección axial, como se ha descrito en la publicación O-96/26805. La Patente EP-0 631 815 describe un panal flexionado en forma de S en donde se utilizan pares de bandas de láminas corrugadas y lisas hechas de una aleación más fuerte, los pares actuando como capas de refuerzo. Además, la patente describe como una lámina no corrugada puede hacer una vuelta extra y de esta manera formar una camisa para el panal. En esta estructura, también se concentra en la rigidez de la estructura interna del panal, con la cual no es posible afectar la capacidad de uración del anal para la fatiga térmica. La ublicación SAE-910615 describe problemas relacionados con un catalizador instalado cerca del motor. La diferencia de temperatura entre la camisa de 1 catalizador y la parte más externa del panal se dice que es de 400 ° C , lo cual conduce a una fatiga térmi a fuerte. Se probaron tres diferentes estructuras de catalizador, de las cuales una estructura en donde el borde frontal del panal, y así mismo los pliegues más externos de un rollo en espiral fueron soldados, y se probó que fue la mejor. La sujeción a la camisa se logró en el lado de salida. El interior y el extremo de salida del panal se dejaron sin soldar. De acuerdo con esta publicación, el panal no se desprendió de la camisa ni mostró daños en lugares en donde la superficie frontal soldada se rompió ni salió hacia adelante. Dejando el interior del panal y la salida sin soldar, y sujetando el panal solamente en el extremo de salida, fue posible incrementar la elasticidad de la estructura con respecto a la fatiga térmica, de manera que paso la prueba utilizada. La publicación O-96/26805 describe una estructura, en donde una banda lisa que pertenece a la estructura de panal rodea una longitud parcial del panal en una dirección axial. De esta anera, es posible evitar uniones de soldadura no deseadas entre el panal y el tubo de camisa. De acuerdo con la publicación, de esta manera es posible evitar la unión en cualquier forma entre la camisa y la cubierta y de esta manera mejorar la capacidad de duración para la fatiga térmica del producto. El método descrito requiere la configuración de la banda lisa o, alternativamente, el uso de una o más bandas estrechas, las cuales rodean parte de la longitud del panal. La publicación de patente EP-0 486 2 1 6 describe la unión entre un panal y un tubo de camisa en un panal semiovalado con el cual, de acuerdo con la publicación, es posible obtener una capacidad de duración excelente para fatiga térmica. En la publicación, la sujeción del panal al tubo de camisa está limitada a partes curvas o como, alternativamente, partes paralelas. Es típico de algunos de los productos descritos que el panal se haga enrollando un par continuo de bandas que consisten de una lámina corrugada y una lisa, las cuales han sido unidas conjuntamente a través de soldadura a través de la stiuctura; la soldadura posiblemente ha sido reducida en ol interior del panal con el fin de incrementar la elasticidad. Otra forma de fabricar el panal es sobreponer láminas corrugadas y lisas simplificadas y flexionar los extremos de la pila de láminas generalmente rectangular así formada en direcciones opuestas. Los extremos de las láminas del panal formado se sujetan a la camisa típicamente a intervalos típicamente iguales o en dos sectores, los cuales están muy cercanos entre sí, y la soldadura típicamente se lleva a cabo en el área entre tales sectores. La soldadura rodea el producto y su cantidad posiblemente ha sido reducida en la dirección axial para incrementar la elasticidad. Además, existen estructuras de configuración transversal y en forma de U, V, las cuales, sin embargo, carecen de la habilidad con relación a un rollo en espiral para equilibrar la expansión térmica torciéndose dentro del panal. Es un objeto de la invención proporcionar un catalizador el cual tenga tanto una buena capacidad de duración para la fatiga térmica como una buena capacidad de duración para la fatiga de alta frecuencia .

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con la invenci ón, se proporciona una catalizador que comprende un panal y una camisa circundante. El panal incluye una estructura formada de una pila de láminas de metal, por lo menos parte de las cuales están perfiladas, la estructura de panal teniendo varios canales de flujo pasante para gas. En el panal, los extremos libres de las láminas de metal están distribuidos sobre una parte de la periferia del panal en forma no simétrica hacia el centro del panal, de manera que una parte de la periferia del panal está libre en los extremos libres de las láminas de metal, y el panal estando unido ya sea directamente o a través de una capa intermedia a la camisa sobre un área que comprende por lo menos parte de los extremos libres. De acuerdo con la invención, la estructura de panal puede ser formada flexionando los extremos de la pila de lámina de metal en direcciones opuestas para formar un así llamado panal de modelo con forma de S. En una estructura de panal formada de esta manera, los extremos libres de las láminas de metal se originan desde ambos extremos de la pila de lámina de metal.

De acuerdo con la invención, la estructura do panal también puede ser formada enrollando espiralmente una pila de láminas de metal, el espesor de las cuales se incrementa en la dirección de enrollamiento. Si el punto de partida del enrollamiento incluye láminas de corte, los extremos libres de las láminas de metal en la estructura de panal producida se hacen más gruesos en su extremo de la pila de lámina de metal. Si de nuevo el punto de partida del enrollamiento incluye láminas flexionadas, los extremos libres de las láminas de metal en la estructura de panal vienen del extremo más grueso no flexionado de la pila de lámina. Los extremos libres de las láminas de metal son distribuidos sobre una parte de la periferia del panal, preferiblemente formando aproximadamente 25-90% de la longitud de la periferia. La pila de láminas de1 metal ventajosamente consiste de varios pares de ' láminas, los pares individuales comprendiendo una lámina ligeramente corrugada o sustancialmente lisa y una lámina corrugada. De acuerdo con la invención, la lámina sustancialmente lisa o ligeramente corrugada y la lámina corrugada de un par individual de láminas uede unirse entre sí, por ejemplo a través de . oldadura . Por ejemplo, la pila de láminas de metal puede comprender aproximadamente de 2 a 15 pares de láminas pero, dependiendo de la estructura, es posible utilizar un número aún mayor de pares. De acuerdo con una modalidad ventajosa de la presente invención, existe un área de sujeción entre el panal y la camisa a lo largo de toda la longitud o su parte en la dirección axial del panal, el área comprendiendo la parte de la periferia en donde los extremos libres de las láminas de metal están situados; en la dirección periférica del panal, existe un área sin sujeción, la cual comprende por lo menos parte de la parte periférica la cual está libre de los extremos libres de las láminas de metal. De acuerdo con la invención, el panal y la camisa pueden unirse entre sí en el área de sujeción, por ejemplo, a través de soldadura fuerte o soldadura. La camisa de un catalizador de la invención puede tener una sección transversal circular, semiovalada (pista) u ovalada. El panal del catalizador de la invención además puede incluir una o varias láminas de refuerzo, el espesor de las cuales es mayor que aquel de las otras láminas de metal. La longitud de la lámina de refuerzo puede ser más larga que aquella de las otras láminas de manera que la lámina de refuerzo forma la capa intermedia entre la periferia del p nal o su parte y la camisa. Como se presentó anteriormente, los extremos libres de las láminas de metal están distribuidos sobre una parte de la periferia de panal en forma no simétrica hacia el centro del panal. Además, es posible que el centro del panal no sea uniforme con el eje de simetría de la camisa En la fabricación de un catalizador de la invención, el "revestimiento abierto" o la técnica de "revestimiento de panal" puede ser utilizada. La presente invención ahora será descrita con mayor detalle haciendo referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La Figura 1 presenta una estructura de un catalizador de la invención; la Figura 2 muestra la estructura de la pila de láminas de metal utilizadas en la fabricación del catalizador en la Figura 1 en una vista parcial; la Figura 3 muestra otra estructura de un catalizador de la invención; la Figura 4 es una vista parcial de la estructura de la pila e lámina de metal utilizada en la fabricación de un catalizador en la Figura 3 ; la Fi ura 5 presenta una tercera estructura de un catalizador de la invención; la Figura 6 es una vista parcial de la estructura de la pila de lámina de metal utilizada en la fabricación de un catalizador en la Figura 5; la Figura 7 describe una cuarta estructura de una catalizador de la invención; la Figura 8 es una vista superior de una estructura de láminas corrugadas utilizadas en la fabricación de catalizadores de la invención; la Figura 8A describe la misma est'ructu a como la Figura 8, pero como una vista lateral y en escala agrandada; la Figura 8B es una vista en sección del punto A-A en la Figura 8A; y la Figura 9 describe un catalizador de la invención con conos extremos. En la Figura 1, se describe un panal 1 para un catalizador de la invención enrollado como una espiral en expansión. De acuerdo con la invención, este producto consiste de pares sobrepuestos de láminas de metal hechas de «láminas corrugadas 3 y lisas A de corte en lados fijos; estos pares de láminas, (típicamente por ejemplo 2-15 pares) están apilados en una pila 2, el espesor de l cual se incrementa en la dirección transversal de los canales de flujo, como se muestra en la Figura 2. E pezando la formación del rollo en espiral a partir del extremo de la pila, en donde el espesor de la pila es más pequeño, como se muestra en la Figura 2, y prosiguiendo hacia la dirección en donde las nuevas capas 7, 8 son continuamente introducidas a las pilas de láminas de metal, es posible hacer un producto en donde la estructura del cual forme una espiral continuamente en expansión. En el caso de la Figura 2, el elemento 7, 8 que incrementa el espesor de la pila se forma por lo menos de un par de las láminas de metal que consisten de una lámina corrugada y una lámina lisa, las cuales no necesariamente tienen una longitud uni forme . Haciendo referencia a la Figura 2, la velocidad de expansión de la espiral puede ser controlada seleccionando las distancias X, a partir del origen en espiral en una forma deseada e incrementando el número de elementos en el punto en cuestión. La manera en la cual se sitúan los puntos d expansión con respecto al origen en una espiral i 01 minada puedo afectar la finalización 'de las láminas en la periferia externa. Este procedimiento unto con la longitud de corte controlado de las láminas que forman la pila puede generar estructuras dt panal en donde los extremos de corte de las láminas satisfacen el sector deseado Si de la camisa o a lo largo de una longitud deseada de la periferia de camisa. Con este procedimiento, es posible eliminar la necesidad de soldadura fuerte, por ejemplo, de un producto redondo a lo largo de toda la longitud de la periferia, de manera que todos los extremos de lámina pueden ser trabados a la .camisa. Con el fin de hacer la capacidad de duración del producto suficiente contra fuerzas de aceleración axialmente dirigidas, el sector deseado preferiblemente es de entre 90°-330° con un producto redondo, dependiendo de la situación de tensión. Con productos diferentes de los redondos, el sector de unión puede ser indicado como un porcentaje de la periferia de camisa, y es correspondientemente alrededor de 95-90%. El área Li, a lo largo de la cual el panal está sujetado a la camisa, es por lo menos del tamaño del sector de unión Si, pero generalmente un poco más grande debido a razones técnicas de fabricación. Un sector de unión grande reduce la elasticidad del panal y debilita de esta manera la capacidad de duración para tensiones térmicas. El área Fi , la cual per anece en la camisa fuera del sector de unión y la cual no contiene láminas unidas con la periferia, recibe la deformación causada por las fuerzas tér m.i cas e incrementa la posibilidad de que la estructura de panal que se asemeja a un espiral reciba el movimiento térmico causado por las fuerzas térmicas mediante torcimiento. Ya que en el producto de la invención, dicho movimiento y posiblemente su deformación asociada son dirigidos y controlados, está parte del panal puede, por ejemplo, junto con envasado, ser protegido contra el pulso de escape, asegurando así la capacidad de duración del componente separado de la pared. Ya que la capacidad de duración del panal para las fuerzas térmicas se basa en el movimiento térmico dirigido y de deformación, la sujeción puede realizarse en la dirección axial a partir de los extremos de lámina en la longitud de la pared o su parte, si así se desea. Diferentes formas de soldadura fuerte o, por ejemplo, técnicas de soldadura de viga pueden ser utilizadas en la sujeción.

Un pío ucto, el cual se caracteriza por una e tructura e espiral en expansión, puede ser utilizado para la fácil fabricación de productos, las propiedades del cual cambian, en la dirección radial ya que, por ejemplo, las láminas que se extienden hacia el centro del producto pueden ser de resistencia diferente, o pueden tener diferentes números de aberturas, propiedades catalíticas (revestimiento abierto) o algunas otras propiedades de las láminas que son introducidas a la pila en la parte final de la espiral. De esta manera, por ejemplo, es posible influenciar la istribución de flujo del producto de manera que los canales más grandes que reducen la resistencia de flujo o los canales, la forma de los cuales es más fácil de liberar gases, están situados en el área periférica del producto, en donde el flujo de gas típicamente es más pequeño que en el centro. También, pares de láminas o elementos de capas que unen la estructura en etapas pueden ser sujetados a las láminas en diferentes formas. De esta manera, parte de las láminas pueden ser soldadas conjuntamente, por ejemplo, a través de un método de láser, y una parte está libre sin ' sujeciones. La sujeción de'l área reforzada puede ser dirigida hacia un lugar en donde la fatiga d lta frecuencia es más fuerte. En este producto de la invención, el movi iento térmico es alisado a través del movimiento helicoidal de la espiral, conduciendo a un buena capacidad de duración para la fatiga térmica. El producto de la invención puede hacerse de láminas de metal de diferentes tipos, por ejemplo, grupos austénicos de níquel-cromo-a lumino-ferroso y grupos de f e r r i t a - f i e r r o'- c r omo - a 1 umi n i o . En la lámina de metal, el aluminio o parte del mismo puede haber sido unido a través de un método de revestimiento, incluyendo típicamente, por ejemplo, alum i. nización por calor, revestimiento mecánico, vaporización o desintegración. El panal típicamente es instalado en el tubo de camisa o entre las cubiertas de extracción profunda, o también puede ser colocado directamente dentro del molde de colado y la camisa puede ser colada como parte de, por ejemplo, el múltiple de escape del motor. En la Figura 3, se describe un panal de catalizador 9 de la invención enrollado como una espiral en expansión. Dicho producto de la invención es una modificación de la estructura mostrada en la Figura 1. El producto es fabricado de una pila de láminas de metal 10 mostrada en la Figura 4. La pila de lámina de metal 10 consiste de dos pares de láminas sobre uestos 11, 12, los cuales han sido doblados y los cuales contienen elementos que inc ementan el espesor de la pila fijada entre ellos, los elementos consistiendo de pares dobles de lá inas de m tal. En la Figura 4, dos de estos pares de láminas de metal se indican con los números de referencia 13, 14. Un par individual de láminas de metal consiste de una lámina de metal corrugada y una lisa. El enrollamiento en espiral es iniciado desde el extremo de la pila, en donde el espesor es más pequeño, como se muestra en la Figura 4. «De esta manera, se obtiene un producto, la estructura del cual forma una espiral continuamente en expansión. En la forma descrita anteriormente, es posible fabricar un panal en donde el centro del enrollamie to espiral se haya movido a partir de por lo menos un eje de simetría del producto. Esta transición está indicada con a en la Figura 3. L4 representa el área a lo largo de la cual el panal esta sujetado a la camisa. La Figura 5 describe un panal de catalizador 15 de la invención, enrollado como una espiral en expansión. Este producto de la invención es una modificación de las estructuras mostradas en las Figuras 1 y 3. El producto es fabricado de una pila de láminas de etal 16 mostradas en la Figura 6. La pila de láminas de metal 16 se forma de un par doblado de láminas 17, el cual tiene elementos que incrementan el espesor de la pila fijada entre ellos, los elementos estando formados de. pares doblados de láminas de metal. Dos de estos pares de láminas de metal están indicados con los números de referencia 18, 19 en la Figura 6. Los elementos que incrementan el espesor de la pila también han sido fijados sobre el par de láminas de metal 17, los cuales así mismo hacen los pares dobles de láminas de metal, uno de los cuales está marcado con el número de referencia 20. El enrollamiento de la espiral se inicia desde el extremo de la pila con el espesor más pequeño, como se muestra en la Figura 6, de manera que un producto puede hacerse, la estructura del cual forma una espiral continuamente en expansión. En la forma descrita anteriormente, es posible fabricar un panal 15, en donde el centro del enrollamiento en espiral - se ha movido desde por lo menos un eje de simetría del producto. Esta transición se marca con a en la Figura 5. L3 representa un área a lo largo de la cual el panal es sujetado a la camisa. En la Figura 7, se muestra un producto de la invención que comprende un panal de catalizador con forma de S e céntrico 21. Este roducto consiste de pares sobrepuestos de láminas de metal formadas a través de láminas corrugadas y lisas cortadas a los tamaños fijos, los pares de láminas de etal siendo de diferente longitud (típicamente, por ejemplo, 4-35 pares) . El producto es enrollado espiralmente sujetando la pila de láminas de metal en uno o dos lugares precisamente predeterminados, el lugar del centro entre los pares no está situado en el centro con respecto a la dirección de enrollamiento de la pila, sino que la unión es no simétrica. Con este procedimiento, es posible fabricar un panal en donde el centro del enrollamiento en espiral se ha movido por lo menos a partir de un eje de simetría del producto. Esta transición se indica con a. Este procedimiento junto con la longitud de corte controlado de las láminas de metal puede ser utilizado 'para producir estructuras de panal en donde los extremos de las láminas de metal de corte coinciden con el' sector deseado de la camisa 22 o a lo largo de una longitud deseada de la periferia de la camisa. Con este procedimiento, es posible eliminar la necesidad de soldadura fuerte, por ejemplo, de un producto redondo a lo largo de la longitud periférica completa con el fin de trabar los extremos de todas las láminas de metal a la camisa. Con el fin de hacer la capacidad de duración del producto contra las fuerzas de aceleración axial suficiente, con un producto redondo, el sector deseado es de aproximadamente 90°-330°, dependiendo de la situación de tensión. Con productos no circulares, el sector de unión puede ser indicado como un porcentaje de la periferia de la camisa, y es correspondientemente alrededor de 25 a 90%. El área L4 a lo largo de la cual el panal está sujetado a la camisa, está en su mínimo de tamaño del sector de unión, pero generalmente un poco más grande, debido a razones técnicas de fabricación. Un sector de unión grande reduce la elasticidad de la c'amisa y debilita de esta manera su capacidad de duración para tensiones térmicas. El área F4 , la cual permanece en la camisa fuera del sector de unión y la cual no incluye láminas de metal unidas con la periferia, recibe la deformación causada por las fuerzas térmicas e incrementa la posibilidad de que la estructura de panal se asemeje a un espiral para recibir el movimiento térmico causado por las fuerzas térmicas a través del torcimiento. Ya que dicho movimiento y su defo mación posiblemente relacionada, se dirigen y se controlan en el producto de la invención, esta parte del panal puede, por ejemplo, junto con envasado, ser protegido contra el pulso de escape, y de esta manera es posible asegurar la capacidad de duración de la parte separada de la pared. Ya que la capacidad de duración del panal para las fuerzas térmicas se basa en el movimiento térmico y de deformación, la sujeción puede realizarse desde los extremos de las láminas de metal en una dirección axial a lo largo de la longitud total o su parte, si así se desea. Varias formas de soldadura fuerte o, por ejemplo, soldadura por viga pueden ser utilizadas como técnicas de sujeción. En las Figuras 8, 8A y 8B, se muestra una lámina de metal corrugada, la cual puede ser utilizada en la fabricación de catalizadores de la presente invención. La lámina de metal corrugada está indicada con el número de referencia 23. El extremo frontal 24 de la lámina de ' etal corrugada 23 es configurado durante el proceso de corr u*g ación, de manera que está en un nivel más alto que las otras partes de la lámina de metal corrugada. El borde frontal 24 de la lámina de metal corrugada y una lámina de metal lisa pueden . unirse conjuntamente, por ejemplo, a través de soldadura por láser. La soldadura puede realizarse, por ejemplo, a partir de cada segunda parte superior de corrugación, de manera que la corrugación entre ellos es capaz de recibir la flexión causada por el enrollamiento que es elástico. En la Figura 9, se muestra una estructura de una catalizador terminado que comprende un panal 25 y un tubo de camisa circundante 28. Un cono extremo 26 está unido al lado de entrada de panal 25, el pono siendo instalado diagonalmente al eje longitudinal del panal. En la Figura 9, la dirección de flujo del gas está indicada con una flecha. Un cono extremo 27 está fijado al lado de salida del panal 25. Con los productos de la invención, se pueden lograr ventajas mayores a través de un cuerpo de panal circular; en su fabricación, el problema usual es lograr una suficiente elasticidad especialmente cuando el enrollamiento del panal es a partir de una pila de láminas de metal. Sin embargo, la invención no está limitada a esta geometría individual, ya que la excentricidad del centro de enrollamiento en una dirección perpendicular a la dirección de los canales de flujo puede ser utilizada también, por ejemplo, en una geometría ovalada. De esta manera, es posible alinear los puntos de 'partida y de finalización de las láminas de metal con un sector deseado en la periferia interna de la camisa y dejar la otra parte del panal sin su eción de su parte principal a la cubierta. Utilizando una espiral de expansión, se puede fabricar un panal, el centro del cual contiene una abertura de un - tamaño deseado. Aplanando el panal de manera que la abertura se cierre, se forma un panal semiovalado, en donde la asimetría de los puntos de unión de 'las láminas de metal con relación al centro del panal es controlada a través de la asimetría de la expansión en espiral también a través de la dirección de aplanado. Los productos de la invención, su fabricación y propiedades ahora serán descritos con ayuda de los siguientes ejemplos.

E j emplo 1 Un producto A de acuerdo con la invención, el cual comprende un panal de catalizador 1 enrollado como una espiral en, expansión y que se muestra en la Figura 1 , se hizo pre-revis'tiendo una lámina de acero corrugada y una lisa de manera que una tira con una anchura de 7 mm se dejó sin revestimiento a partir de su borde frontal. La adhesión del soporte con la lámina se mejoró limpiando la lámina recociéndola a una temperatura de 550 ° C durante 4 horas. Este procedimiento no se encontró que interfiera con la soldadura mediante láser conducida posteriormente. El tratamiento preliminar o esa parte de los tratamientos preliminares oxidando o nitrificando la superficie de lámina también puede ser aplicada solamente a la parte particular de la lámina, a la cual el soporte se añade en la primera etapa, y la parte que será soldada es limpiada en una forma diferente. En una limpieza química o electrolítica, esto puede, por ejemplo, basarse en la inmersión parcial de la lámina en una solución de reactivo o e 1 e c t r o.l i t i ca , y en un tratamiento térmico, o dejando la parte que será soldada fuera de resistencia o calentamiento por llama o aplicando el calentamiento por inducción sobre el borde que será revestido con un soporte. El borde frontal de la lámina corrugada se configuró durante la etapa de corrugación en una forma mostrada en las Figuras 8, 8A y 8B, de manera que una lámina corrugada y una lisa pueden ser unidas conjuntamente a través de soldadura láser Nd-YAG, del borde no revestido, y los elementos necesarios en una espiral en expansión pueden ser formados. La soldadura fuerte se realizó en la parte superior de corrugación cada segundo, de manera que la corrugación entre ella fue capaz de recibir la flexión causada por el enrollamiento y ser elástica. Después de la soldadura fuerte, se llevó a cabo el enrollamiento desde el extremo delgado de la pila, y finalmente, el soporte se agregó al borde extremo del panal sumergiendo el panal en el s porte . Finalmente, la cantidad de paladio fue agregada al soporte que la carga de paladio del catalizador fue de 200g de paladio por pie cúbico. La relación entre las longitudes de las láminas corrugadas y lisas fue fijada de manera que la geometría de enrollamiento corrugada utilizada, el número de aberturas del producto, es decir el número de canales- por centímetro cúbico, fue de 400. Calculando desde antes y por prueba, los puntos no centrales con relación al origen fueron buscados para unir las capas que se expanden en la espiral hacia la estructura de manera que la finalización de los pares de lámina en la periferia exte rn a pudo ser controlada en el intervalo del se c_t or de 90°-330°.

En un producto fabricado, el sector Sj se eligió para ser 270°. La soldadura fuerte a la camisa se condujo en el sector L i de 290° en una dirección •axial sobre una distancia de 16mm a partir del centro del panal utilizando un método de in d-u c c i ó n . Los conos extremos se unieron al producto fabricado en la forma mostrada en la Figura 9. El producto de referencia B fue un panal fabricado a través de soldadura fuerte al vacío. El panal se soldó mediante soldadura fuerte a través de y se unió a la camisa sobre toda la longitud. No se agregó- ningún soporte o metales preciosos a un panal, de manera que su temperatura .de operación en la prueba realizada fue un poco más baja que aquella de un panal hecho de pares de láminas, ya que las reacciones de oxidación no se presentaron^ en el panal en un alto grado. De esta manera, se puede considerar que las condiciones de prueba fueron más fáciles para el producto B que para el producto A. Los datos con respecto al producto A de acuerdo con la invención y el producto de referencia B se reúnen en la. siguiente tabla 1.

Tabla 1 La capacidad de duración para la fatiga térmica y la fatiga de alta frecuencia del catalizador A de acuerdo con la invención y del catalizador de referencia B se probó instalando dos de estos col a t e r a lmen t e al múltiple de escape de un motor en una así liapa-da posición acoplada cerrada. En las pruebas, se utilizó un motor de 16 válvulas de 2 litros, el cual se unió a una mesa de trabajo. El ciclo de prueba utilizado se muestra en la siguiente Tabla 2.

Tabla 2 El ciclo de prueba generó tensiones térmicas fuertes a los catalizadores a medida que la temperatura de gas de escape cambia agudamente en la entrada del catalizador de entre 620°C-880°C, y a medida que los catalizadores fueron no aislados, la tensión generada fue fuerte, especialmente en la dirección radial. Los catalizadores fueron inspeccionados cada horas. Después, se observó que los catalizadores de referencia B, los cuales tenían tanto panales rígidos como sujeciones rígidas a la cubierta, fueron totalmente destruidos cuando el ciclo transcurrió 20 horas. Los panales fueron desprendidos de la camisa debido a ' las fuerzas térmicas radiales y axiales, y después se hicieron vibrar dentro de la camisa de manera que la periferia externa de los panales careció de capas de lámina de metal sobre toda la longitud periférica.

El catalizador A de acuerdo con la invención se inspección una segunda vez después de que el ciclo de prueba duró 40 horas. Se puede observar que los panales de catalizador siguieron sin daño, y después de que el cono frontal se removió, se observó que el movimiento de expansión térmica fue dirigido hacia el área deseada en un sector no unido a la camisa, debido a la sensación de la superficie frontal del panal, que fue muy hermética. Con un panal enrollado como un espiral en expansión, en donde los extremos de las láminas de metal se sujetaron a un sector limitado, fue posible dirigir el movimiento térmico de manera que no se presentó ningún aflojamiento, y se mejoró tanto la capacidad de duración para la fatiga térmica como se incrementó la rigidez con relación a la fatiga de alta frecuencia.

E j emplo 2 Se fabricó un producto C de acuerdo con la invención, comprendiendo un panal de catalizador flexionado en una forma de S y mostrado en la Figura 7, p r e - r e vi s t i endo 'una lámina de acero corrugada y una lisa de manera que una tira de 7 mm se dejó sin revestir desde el borde frontal. La adhesión del soporte a la lámina se mejoró limpiando la lámina recociéndola a una temperatura de 550°C durante 4 horas. Este tratamiento no se encontró que interfiriera con la soldadura por láset. Los tratamiento preliminares de la lámina o la parte de los tratamientos preliminares oxidando o nitrificando la superficie de la lámina también puede ser dirigido solamente en esta parte de la lámina a la cual se agrega el soporte en la primera etapa, y la parte que será soldada es limpiada de otra manera. En la limpieza química o electrolítica esto puede basarse, por ejemplo, en la inmersión parcial de la lámina en una solución de reactivo o electrolítica, y en el tratamiento térmico sobre esa parte que será soldada se deja fuera . de la resistencia o calentamiento por llama, o el calentamiento por inducción es dirigido hacia el borde que será revestido con el soporte. El borde frontal de la lámina corrugada se configuró durante la etapa de corrugación en la forma mostrada en las Figuras 8, 8A y 8B, de manera que fue posible unir conjuntamente las láminas corrugadas y lisas a través de soldadura mediante láser Nd-YAG en la etapa no revestida sin agujeros que se quemaran en las láminas. Después de la soldadura, se agregó un soporte al extremo frontal del panal sumergiendo el panal en el soporte. Después de la calcinación, se agregó paladio al panal a través de un método de absorción, de manera que la carga de paladio del catalizador fue de 200 g de paladio por pie cúbico. El piar terminado de láminas fue cortado a tamaños fijos en la forma mostrada en la Figura 3 y apilados en pilas de 5 pares de láminas sobrepuestos. Una lámina lisa de la misma resistencia como la" lámina utilizada en los pares se colocó en la parte superior con el fin de evitar que las bandas corrugadas se traslaparan en el enrollamiento. La relación entre las láminas corrugadas y lisas fue fijada de manera que la geometría de enrollamiento de corrugación utilizó el número de aberturas del producto, es decir, el número de canales por centímetro cuadrado, que fue de 400. Calculando por adelantado y mediante experimentación, los puntos de sujeción no centrales de las pilas de láminas fueron buscados de manera que al final de los pares de lámina la finalización de los pares de lámina hacia la periferia externa pudo ser controlada en el intervalo del sector de 90°-330°. En el producto fabricado, el sector se eligió para ser de 180°. La excentricidad de la sujeción se presenta en la Tabla 3. a soldadura de la camisa se realizó en un sector L4 de 200° en una dirección axial sobre una distancia de 16 mm a partir del centro del panal a través de un método de inducción. Los conos extremos se unieron al producto en la forma mostrada en la Figu a 9.

Tabla 3 El producto de referencia D se fabrico de la misma manera como el producto C de la invención, pero la sujeción de la pila de lámina fue simétrica, y ambos extr mos de todos los pares de láminas fueron distribuidos uniformemente sobre la periferia externa del panal, de manera que se 1-1 evo a cabo la soldadura fuerte sobre toda la longitud de la periferia (360°), y ningún punto libre se generó de esta manera en el área de la periferia externa del producto, que opera en promedio a una baja temperatura, la cual es capaz de amortiguar el movimiento térmico y de esta manera reducir las tensiones térmicas. Los datos con respecto al producto C de la invención y el producto de referencia D se reúnen en la siguiente Tabla 4.

Tabla 4 La capacidad de duración para la fatiga térmica y la fatiga de alta frecuencia del catalizador C de la invención y el catalizador de referencia D se probó exactamente a través de las mismas pruebas, en el Ejemplo 1. Estas pruebas revelaron lo siguiente: El catalizador de referencia D, en donde los panales fueron estructuras elásticas hechas de pares de lámina se inspeccionó cuando la prueba transcurrió durante 40 horas; ambos panales siguieron sin daño. Los conos frontales fueron re ovidos del catalizador, y cuando se percibió la rigidez de las superficies frontales de los panales, se pudo detectar un ligero aflojamiento, el cual se debió al hecho de que la expansión radial del panal hacia una camisa más fría ocasionó tensiones por comprensión y una ligera deformación en la estructura. La deformación se distribuyo uniformemente entre los diferentes pares de lámina y de esta manera se percibió como un aflojamiento ligero de la estructura. Dicho cambio en la rigidez del borde frontal sobre la carrera de longitud incrementa el riesgo de daños a la fatiga de alta frecuencia . El catalizador C de la presente invención se inspeccionó después de que el ciclo de prueba duró 40 horas. Entonces, se pudo observar que los panales de catalizador siguieron sin daño, y después de que el cono fron al fue removido, se observó que el movimiento de expansión térmica fue dirigido hacia el área deseada en el sector, que no estaba unido a la camisa, ya que cuando se percibió la superficie frontal del panal, este fue sustancialmente más her tico comparado con la estructura D. Con un panal enrollado en forma no central, en donde los extremos de lámina se unieron a un sector limitado, fue posible dirigir el movimiento térmico de manera que no existió ningún aflojamiento interno, y se mejora tanto la capacidad de duración para la fatiga térmica como se incrementó la rigidez con relación a la fatiga de alta frecuencia.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un catalizador que comprende un panal y una camisa circundante, el panal comprendiendo una estructura formada de una pila de láminas de metal, por lo menos parte de las cuales eatán perfiladas, y la estructura de panal e incluyendo varios canales de flujo pasante para gases, caracterizado porque los extremos libres de las láminas de metal están distribuidos sobre una parte de la periferia del panal en forma no simétrica con relación al centro de panal, de manera que la parte de la perife.ria del panal está libre desde los extremos libres de las láminas de metal, y el panal se une ya sea directamente o a través de una capa intermedia a la camisa sobre un área., comprendiendo por lo menos parte de los extremos libres.

2. El catalizador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura de panal se forma flexionando los extremos de la pila de lámina de metal en direcciones opuestas.

3. El catalizador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura de panal se forma enrollando espiralmente una pila de lámina de metal, el espesor de la cual se incrementa en la dirección de enrollamiento.

4. El catalizador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, carac fe rizado porque los xtremos libres de las láminas de metal están distribuidos sobre una parte de la periferia del panal formando de 25 a 90", de la longitud del panal .

5. El «catalizador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la pila de lámina del metal comprende varios pares de lámina de metal, los pares individuales comprendiendo una lámina de metal sustancialmente lisa o ligeramente corrugada y una lámina cor ugada.

6. El catalizador de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la lámina sustancialmente lisa o ligeramente corrugada y la lámina corrugada de un par individual de lámina están unidas entre sí a través de soldadura.

7. El catalizador de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la pila de lámina de metal comprende de 2 a 15 pares de 1 ámi ñas.

8. El catalizador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el área de sujeción está dispuesta entre el panal y la camisa en la diré c_c ion axial del panal sobre toda la longitud o su parte, el área de sujeción comprende la parte de la periferia e*n donde los extremos libres de las láminas están situados; en la dirección periférica del panal existe un área no sujetada que comprende por lo menos parte de dicha parte de la periferia la cual está libre de los extremos libres de la lámina con forma de S.

9. El catalizador de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde existe una unión de soldadura fuerte o una unión de soldadura entre el panal y la camisa.

10. El catalizador de a-cuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la camisa tiene una sección transversal circular, semiovalada u ovalada.

11. El catalizador de acuerdo con la cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la estructura de panal además incluye una o más láminas de refuerzo, el espesor de las cuales es mayor que aquel de las otras láminas.

12. El catalizador de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado porque la longitud de la lámina de refuerzo es mayor que las longitudes de las otras láminas, de manera que la lámina de refuerzo forma la capa intermedia entre la periferia del panal o su parte y la camisa.

13. El catalizador de conformidad con la cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el centro del panal no es uniforme con el eje de simetría de la camisa.