PL175209B1 - Katalizator do oczyszczania gazów, zwłaszcza spalin z silników spalinowych - Google Patents

Abstract

1. Katalizator do oczyszczania gazów, zwla- szcza spalin z silników spalinowych, wyposazony w korpus zlozony z czesci wlotowej oraz czesci kata- litycznej ze znajdujacym sie wewnatrz niej wkladem skladajacym sie z obudowy oraz z umieszczonych wewnatrz niej, stykajacych sie ze soba warstw nosnika substancji katalitycznej w postaci tkanej wzglednie dzianej siatki metalowej wykonanej z drutu odpor- nego na dzialanie wysokiej temperatury, najkorzy- stniej ze stopu Fe-Ni-Cr typu Inconel, znamienny tym, ze wklad (23) jest wyposazony w uklad równo- leglych, ulozonych na przemian warstw plaskich (13A) oraz warstw pofaldowanych (13) dzianej wzglednie tkanej metalowej siatki (10), o faldach przebiegajacych wzdluz rozbieznych wzgledem sie- bie, tworzacych miedzy soba rozwarty k a t " ß" linii osiowych (14, 15), a linia laczaca wierzcholki tych katów jest prostopadla do kierunku (16) przeplywu gazów, przy czym pofaldowane warstwy (13) stanowia co najmniej polowe wszystkich warstw wkladu (23). F i g . 2 F ig . 3 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest katalizator do oczyszczania gazów, zwłaszcza spalin z silników spalinowych, wyposażony w korpus złożony z części wlotowej oraz z części katalitycznej, ze znajdującym się wewnątrz niej wkładem, składającym się z obudowy oraz z umieszczonych wewnątrz niej, stykających się ze sobą warstw nośnika substancji katalitycznej, w postaci tkanej względnie dzianej siatki metalowej, wykonanej z drutu odpornego na działanie wysokiej temperatury, najkorzystniej ze stopu Fe-Ni-Cr typu 'Inconel.

Katalizator jest przeznaczony zwłaszcza do stosowania w silnikach spalinowych małej mocy, napędzających ma przykład kosiarki do trawy, piły łańcuchowe, motorynki itp.

Gazy wydechowe silników spalinowych oczyszcza się za pomocą katalizatorów, wyposażonych w nośnik pokryty substancją katalityczną, na przykład platyną, palladem lub katalitycznymi materiałami organicznymi.

Katalizatory są ostatnio powszechnie stosowane w związku z wymaganiami ochrony środowiska do oczyszczania spalin wydzielanych z silników spalinowych samochodów.

Katalizatory samochodowe są zwykle wyposażone w ceramiczne nośniki z układem kanałków pokrytych substancją katalityczną. Ich zasadniczą wadą są zarówno wysokie koszty wytwarzania materiałów ceramicznych odpornych na działanie wysokiej temperatury (spaliny wydzielane przez silniki spalinowe osiągają temperaturę około 1000°C jak i kruchość takich materiałów ceramicznych, powodująca łatwość uszkodzenia nośnika, tak w produkcji jak i w eksploatacji.

W mniej zaawansowanych technicznie silnikach spalinowych służących na przykład do napędu narzędzi, stosuje się katalizatory wyposażone w metalowy nośnik substancji katalitycznej, stanowiący na przykład arkusz pofałdowanej blachy, przy czym fałdy te tworzą kanaliki, przez które przepływają gazy.

Z polskiego opisu patentowego nr PL 168 680 znany jest na przykład katalizator z nośnikiem wykonanym z blachy falistej pokrytej specyficzną powłoką i spawanej na obrzeżu, a

175 209 z opisu nr PL 170 289· katalizator z nośnikiem z blachy falistej o różnych szerokościach fali. W obydwu rozwiązaniach kanały utworzone przez sfalowane blachy są równolegle do kierunku przepływu gazu przez katalizator. Niedogodnością tego typu katalizatorów jest bardzo organiczna powierzchnia czynna nośnika w stosunku do jego ciężaru.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE-A-3 024 491 znany jest silnik spalinowy wyposażony w katalizator, którego nośnik jest utworzony z dzianej metalowej siatki, na której powierzchni nałożona jest warstwa tlenku metalu oraz pokrywająca ją warstwa substancji katalitycznej.

Z europejskiego opisu patentowego nr EP-A-0 061 304 znany jest nośnik w postaci zwoju dzianej siatki metalowej, a z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Ameryki nr US-A- 3 362 783 podobny nośnik z dzianej tkaniny metalowej, wykonanej z odpornego na działanie temperatury drutu metalowego typu Inconel (stop Fe-Ni-Cr).

W praktyce eksploatacyjnej okazało się jednak, że tego rodzaju nośniki charakteryzują otwarte przestrzenie między oczkami siatki oraz niewielki opór przepływu, w wyniku czego czas przepływu gazu przez taki układ jest stosunkowo krótki i nie pozwala na uzyskanie dostatecznie wysokiego stopnia oczyszczania gazu. W celu osiągnięcia możliwie wysokiego stopnia oczyszczenia gazu zwiększono liczbę warstw nośnika z metalowej tkaniny. Powodowało to jednak wzrost oporu przepływu gazów, a równocześnie zmniejszenie szybkości przepływu, co pociągało za sobą konieczność zwiększenia czynnego przekroju katalizatora, a tym samym jego wymiarów i kosztów. W związku z tym katalizatory wyposażone w takie nośniki nie znalazły szerszego zastosowania.

Celem wynalazku jest opracowanie katalizatora wyposażonego w nośnik substancji katalitycznej wykonanej z dzianej względnie tkanej metalowej tkaniny, o możliwie wysokim stopniu oczyszczania gazów i niewielkim koszcie wytwarzania, przystosowanego zwłaszcza do stosowania w silnikach spalinowych o mniejszym zaawansowaniu technicznym, służących na przykład do napędu kosiarek do trawy, pił łańcuchowych itp.

Katalizator do oczyszczania gazów, zwłaszcza spalin z silników spalinowych, wyposażony w korpus złożony z części wlotowej oraz części katalitycznej ze znajdującym się wewnątrz niej wkładem składającym się z obudowy oraz z umieszczonych wewnątrz niej, stykających się ze sobą warstw nośnika substancji katalitycznej w postaci tkanej względnie dzianej siatki metalowej wykonanej z drutu odpornego na działanie wysokiej temperatury, najkorzystniej ze stopu Fe-Ni-Cr typu Inconel, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że wkład jest wyposażony w układ równoległych, ułożonych na przemian warstw płaskich oraz warstw pofałdowanych dzianej względnie tkanej siatki metalowej, o fałdach przebiegających wzdłuż rozbieżnych względem siebie, tworzących między sobą rozwarty kąt β linii osiowych, a linia łącząca wierzchołki tych kątów jest prostopadła do kierunku przepływu gazów, przy czym pofałdowane warstwy stanowią co najmniej połowę wszystkich warstw wkładu. Kąt β, etóry tworzą ze sobą linie osiowe pofałdowanej warstwy siatki metalowej wynosi około 110°. Stanowiąca nośnik substancji katalitycznej metalowa siatka jest dziana względnie tkana co najmniej z dwóch drutów.

Katalizator według wynalazku jest szczególnie przydatny do oczyszczania gazów spalinowych z silników stosowanych w kosiarkach do trawy, piłach łańcuchowych, w przyczepnych silnikach do łodzi i im podobnych. W zastosowaniach tych istotnym jest niewielki koszt katalizatora w stosunku do całkowitego kosztu silnika. Dzięki zastosowaniu układanych przemiennie warstw płaskich i pofałdowanych dzianej lub tkanej metalowej tkaniny jako nośnika substancji katalitycznej, w której linie osiowe fałd tworzą ze sobą kąt rozwarty około 110° uzyskano nie tylko zwiększenie drogi zetknięcia cząsteczek gazów spalinowych z substancją katalityczną, ale również nadspodziewanie skuteczną turbulencję przepływającego gazu, co przyczyniło się do zwiększenia wydajności katalizatora i stopnia oczyszczenia gazu.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia siatkę metalową naturalnej wielkości, z której wykonany jest nośnik, w widoku z góry, fig. 2 - warstwę nośnika złożoną z warstwy pofałdowanej otoczonej

175 209 warstwami płaskimi, w przekroju poprzecznym, fig. 3 - warstwę pofałdowaną nośnika, w widoku z góry, fig. 4 - katalizator, w osiowym przekroju podłużnym, a fig. 5 - katalizator, w przekroju wzdłuż linii A-A na fig. 4.

Figura 1 przedstawia stanowiącą nośnik substancji katalitycznej siatkę metalową 10 z przelotowymi oczkami 12, dzianą z odpornego na działanie wysokiej temperatury drutu 11, którego grubość wynosi około 0,2 mm, najkorzystniej ze stopu Fe-Ni-Cr typu Incotel.

Figura 2 przedstawia warstwę pofałdowaną 13 dzianej siatki metalowej pokrytą z obydwu stron warstwami płaskimi 13A wykonanymi z takiej samej siatki metalowej 10. Fałdy warstwy 13 mają wysokość od 5 do 10 mm, najkorzystniej 7 mm.

Figura 3 przedstawia warstwę pofałdowaną 13 nośnika w widoku z góry. Fałdy siatki przebiegają wzdłuż linii osiowych 14 i 15 tworzących z podłużną osią tej warstwy kąt α, a między sobą kąt rozwarty β=2α. Wartość kąta β wynosi najkorzystniej 110°. Linie osiowe 14 i 15 łączą się sobą wzdłuż podłużnej osi siatki 10 prostopadłej do kierunku 16 przepływu gazów. Dzięki takiej konstrukcji nośnika przepływ gazów ma charakter turbulentny, zwiększający czas styku cząsteczek gazu z powierzchnią pokrytą substancją katalityczną, a tym samym i efekt oczyszczania.

Figura 4 przedstawia katalizator 20, którego korpus 25 (fig. 5) jest złożony ze stożkowej części wlotowej 21 i z walcowej części katalitycznej 22, wewnątrz której umieszczony jest wkład 23 nośnika. Wkład 23 jest złożony z obudowy 24, wewnątrz której są umieszczone równolegle, na przemian warstwy płaskie 13A i warstw pofałdowane 13 dzianej lub tkanej siatki metalowej, stanowiące nośnik substancji katalitycznej. Warstwy pofałdowane 13 są tak ułożone w obudowie 24, że linia łącząca wierzchołki kąta β jakie tworzą linie osiowe 14 i 15 fałd jest prostopadła do kierunku 16 przepływu gazów. Zarówno korpus 25 jaki i obudowa 24 wkładu 23 są wykonane z metalu odpornego na wysoką temperaturę. Korpus 25 katalizatora, a tym samym wkład 23 mogą mieć kształt, na przykład walca lub prostopadłościanu. Katalizator przedstawiony na fig. 5 ma w przekroju wzdłuż linii A-A na fig. 4, kształt owalny. Katalizator według wynalazku charakteryzuje się dużą powierzchnią czynną w stosunku do swego ciężaru i objętości, przy czym dzięki turbulentnemu przepływowi gazu przedłużony jest czas styku cząsteczek gazu z substancją katalityczną, przy stosunkowo niewielkim oporze przepływu gazu, zapewniając efektywność i wysoki stopień oczyszczania.

175 209

175 209

175 209

Fig.4

Fig-S'

175 209

/6y- 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 2,00 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Katalizator do oczyszczania gazów, zwłaszcza spalin z silników spalinowych, wyposażony w korpus złożony z części wlotowej oraz części katalitycznej ze znajdującym się wewnątrz niej wkładem składającym się z obudowy oraz z umieszczonych wewnątrz niej, stykających się ze sobą warstw nośnika substancji katalitycznej w postaci tkanej względnie dzianej siatki metalowej wykonanej z drutu odpornego na działanie wysokiej temperatury, najkorzystniej ze stopu Fe-Ni-Cr typu Inconel, znamienny tym, że wkład (23) jest wyposażony w układ równoległych, ułożonych na przemian warstw płaskich (13a) oraz warstw pofałdowanych (13) dzianej względnie tkanej metalowej siatki (10), o fałdach przebiegających wzdłuż rozbieżnych względem siebie, tworzących między sobą rozwarty kąt β'' linii osiowych (14,15), a linia łącząca wierzchołki tych kątów jest prostopadła do kierunku (16) przepływu gazów, przy czym pofałdowane warstwy (13) stanowią co najmniej połowę wszystkich warstw wkładu (23).
2. 2. Katalizator według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt β, który tworzą ze sobą linie osiowe (14 i 15) pofałdowanej warstwy (13) siatki metalowej (10) wynosi około 110°.
3. 3. Katalizator według zastrz. 1, znamienny tym, że stanowiąca nośnik substancji katalitycznej metalowa siatka (10) jest dziana względnie tkana co najmniej z dwóch drutów (11).