RU2172412C2

RU2172412C2 - Cellular element with heat insulation for catalyst exhaust gas conveter

Info

Publication number: RU2172412C2
Application number: RU99108794A
Authority: RU
Inventors: Рольф БРЮКК; Петер ХИРТ
Original assignee: Эмитек Гезельшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх
Priority date: 1996-10-04
Filing date: 1997-09-17
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering; exhaust systems of internal combustion engines. SUBSTANCE: invention relates to catalyst converters of exhaust gases for internal combustion engines with forced ignition of working mixture. Proposed element has great number of channels forming cellular structure and heat insulation formed by layers of several set up into pack and/or coiled into roll insulating metal sheets thrusting against each other through microstructures of sheets. Thanks to it, spaces are formed between layers of sheets. Height of microstructures is from 10 μm to 250 μm. EFFECT: reduced losses of heat radiated into ambient medium. 10 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к сотовому элементу со множеством образующих его сотовую структуру проточных каналов и теплоизоляцией, образованной слоями нескольких набранных в пакет и/или свернутых в рулон изолирующих металлических листов. Такой сотовый элемент предпочтительно предназначен для применения в качестве корпуса-носителя каталитического нейтрализатора отработавших газов (ОГ) в транспортных средствах. Для нейтрализации ОГ двигателей внутреннего сгорания стенки этих проточных каналов покрыты каталитическим материалом. The present invention relates to a honeycomb element with a plurality of flow channels forming its honeycomb structure and heat insulation formed by layers of several insulating metal sheets stacked and / or rolled into a roll. Such a honeycomb element is preferably intended to be used as a carrier body of a catalytic converter (exhaust gas) in vehicles. To neutralize the exhaust gas of internal combustion engines, the walls of these flow channels are coated with catalytic material.

В WO 90/08249 и WO 96/09892 описаны элементы, сотовая структура которых определяется макроструктурами. Дополнительно такие сотовые элементы имеют микроструктуры, которые определенным образом воздействуют на поток ОГ, проходящих через образованные макроструктурами проточные каналы. WO 90/08249 and WO 96/09892 describe elements whose honeycomb structure is determined by macrostructures. Additionally, such cellular elements have microstructures that in a certain way act on the exhaust gas flow passing through the flow channels formed by the macrostructures.

В сотовом элементе его проточные каналы ограничены стенками, которые могут быть выполнены, например, из металла. При этом такие металлические сотовые элементы могут быть изготовлены пайкой с образованием соответствующих проточных каналов с металлическими стенками. Соответствующие способы пайки описаны, например, в WO 89/07488. In the honeycomb element, its flow channels are limited by walls that can be made, for example, of metal. Moreover, such metal honeycomb elements can be made by soldering with the formation of the corresponding flow channels with metal walls. Suitable soldering methods are described, for example, in WO 89/07488.

Из ЕР 0229352 известно применение защиты от теплового излучения. Такая защита образована металлическими листами, расположенными в один или несколько слоев снаружи трубчатого кожуха. При этом используют такие же металлические листы, что и образующие сотовую структуру внутри трубчатого кожуха. From EP 0229352, the use of thermal radiation protection is known. Such protection is formed by metal sheets located in one or more layers outside the tubular casing. In this case, the same metal sheets are used as those forming the honeycomb structure inside the tubular casing.

К характеристикам каталитических нейтрализаторов ОГ предъявляются все более высокие требования и прежде всего в автомобилестроении. Поэтому по мере ужесточения норм токсичности ОГ существует необходимость в постоянном улучшении характеристик каталитических нейтрализаторов прежде всего при пуске холодного двигателя и повторном пуске двигателя. При повторном пуске не работавшего некоторое время двигателя особое внимание следует уделять тому, чтобы сотовый элемент каталитического нейтрализатора продолжал сохранять как можно более высокую температуру. В WO 96/07021 описан термический нейтрализатор для каталитического превращения ОГ, кожух которого и изнутри, и снаружи снабжен теплоизоляцией. В качестве примеров такой изоляции в указанной публикации названы воздушный зазор и изолирующие маты. The characteristics of exhaust catalytic converters are being met with ever-increasing demands, especially in the automotive industry. Therefore, as the standards for exhaust gas toxicity are tightened, there is a need to constantly improve the characteristics of catalytic converters, especially when starting a cold engine and restarting the engine. When restarting an engine that has not been working for some time, special attention should be paid to ensure that the honeycomb element of the catalytic converter continues to maintain the highest possible temperature. WO 96/07021 describes a thermal converter for catalytic conversion of exhaust gas, the casing of which is insulated both from the inside and the outside. As examples of such insulation, an air gap and insulating mats are mentioned in the publication.

В известных решениях для теплоизоляции используют воздух, соответственно твердые изолирующие материалы. Обладая по сравнению с известными твердыми изолирующими материалами более низкой теплопроводностью, неподвижный воздух тем не менее лишь в очень ограниченной степени препятствует лучистой теплопередачи. В отличие от этого предложенное в WO 96/07021 применение нескольких слоев металлических листов обеспечивает значительное снижение теплового излучения. Однако в местах контакта слои металлических листов образуют своего рода теплопроводные перемычки, что в результате также может привести к отдаче вовне значительного количества тепла за счет теплопроводности этих перемычек. Known solutions for thermal insulation use air, respectively, solid insulating materials. Compared to the known solid insulating materials, having lower thermal conductivity, still air nevertheless only to a very limited extent impedes radiant heat transfer. In contrast, the use of several layers of metal sheets proposed in WO 96/07021 provides a significant reduction in thermal radiation. However, at the contact points, the layers of metal sheets form a kind of heat-conducting jumper, which as a result can also lead to the transfer of a significant amount of heat outside due to the thermal conductivity of these jumpers.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать сотовый элемент таким образом, чтобы в максимально возможной степени снизить потери тепла, отдаваемого в окружающее пространство. Based on the foregoing, the present invention was based on the task of improving the honeycomb element in such a way as to minimize the loss of heat transferred to the surrounding space.

Указанная задача решается согласно изобретению с помощью сотового элемента с отличительными признаками п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения этого элемента представлены в зависимых пунктах. This problem is solved according to the invention using a honeycomb element with the hallmarks of paragraph 1 of the claims. Preferred embodiments of this element are presented in the dependent clauses.

Предлагаемый в изобретении сотовый элемент указанного в начале описания типа отличается тем, что изолирующие металлические листы опираются друг на друга через имеющиеся у них микроструктуры, в результате чего между слоями этих листов образованы полости, при этом высота микроструктур составляет примерно от 15 мкм до 250 мкм. Тем самым такие микроструктуры значительно ниже известных из ЕР 0229352 структур, образующих сотовые проточные каналы для прохождения отработавших газов. Микроструктуры с такой высотой известны из WO 96/09892, где их предлагалось использовать для перемешивания отработавших газов, протекающих по таким сотовым каналам ламинарным потоком. Однако в предлагаемом согласно изобретению сотовом элементе такие микроструктуры используются с абсолютно иной целью. Малая высота этих микроструктур позволяет набрать в компактный пакет несколько изолирующих металлических листов, что значительно снижает лучистую теплопередачу от такого пакета листов в окружающее пространство. Поскольку указанное снижение теплопередачи зависит в основном лишь от количества образующих изолирующие слои металлических листов, сотовый элемент по сравнению с известными решениями можно выполнить не только более компактным, но и повысить эффективность его теплоизоляции. The honeycomb element of the type indicated at the beginning of the description of the invention is characterized in that the insulating metal sheets are supported by each other through their microstructures, as a result of which cavities are formed between the layers of these sheets, the height of the microstructures being about 15 microns to 250 microns. Thus, such microstructures are significantly lower than the structures known from EP 0229352, which form cellular flow channels for the passage of exhaust gases. Microstructures with such a height are known from WO 96/09892, where it was proposed to use them for mixing exhaust gases flowing through such cellular channels in a laminar flow. However, in the honeycomb according to the invention, such microstructures are used for a completely different purpose. The low height of these microstructures makes it possible to stack several insulating metal sheets into a compact package, which significantly reduces the radiant heat transfer from such a package of sheets to the surrounding space. Since the indicated decrease in heat transfer depends mainly only on the number of metal sheets forming the insulating layers, the honeycomb cell, in comparison with the known solutions, can be made not only more compact, but also increase the efficiency of its thermal insulation.

Кроме того, более высокая плотность упаковки листов в пакете обладает и другим преимуществом. Так, в частности, за счет придания микроструктурам определенной формы, например, при их выполнении в виде гофров с узкой остроугольной вершиной, существенно сокращается площадь поверхности, по которой соприкасаются металлические листы в двух смежных слоях. Кроме того, такая малая поверхность контакта благодаря своей малой теплопроводности позволяет значительно снизить теплопередачу между смежными слоями металлических листов. In addition, a higher packing density of sheets in a bag has another advantage. So, in particular, by giving the microstructures a certain shape, for example, when they are made in the form of corrugations with a narrow acute-angled peak, the surface area along which the metal sheets are in contact in two adjacent layers is substantially reduced. In addition, such a small contact surface due to its low thermal conductivity can significantly reduce heat transfer between adjacent layers of metal sheets.

Для эффективной защиты сотового элемента со множеством образующих его сотовую структуру проточных каналов прежде всего от тепловых потерь слои изолирующих металлических листов должны по возможности полностью охватывать и закрывать центральную часть элемента с проточными каналами. У сотовых элементов, предназначенных для применения в качестве корпусов-носителей каталитических нейтрализаторов ОГ, отверстия для входа, соответственно выхода ОГ должны, как очевидно, оставаться открытыми. Однако предлагаемую в изобретении теплоизоляцию при ее соответствующем конструктивном исполнении можно также использовать для защиты термочувствительных объектов, находящихся рядом с сотовым элементом. С этой целью теплоизоляция должна окружать проточные каналы лишь частично, чтобы теплоизолирующий эффект проявлялся, если смотреть со стороны проточных каналов, лишь в пределах ограниченного телесного угла. In order to effectively protect a honeycomb element with a plurality of flow channels forming its honeycomb structure, first of all, from heat losses, the layers of insulating metal sheets should, as far as possible, completely cover and cover the central part of the element with flow channels. For cellular elements intended for use as carrier bodies for exhaust catalytic converters, the openings for the entrance, respectively the exhaust outlet, should obviously remain open. However, the thermal insulation proposed in the invention, with its corresponding design, can also be used to protect heat-sensitive objects located near the cellular element. For this purpose, the thermal insulation should surround the flow channels only partially, so that the heat insulating effect is manifested, when viewed from the side of the flow channels, only within a limited solid angle.

В одном из предпочтительных вариантов выполнения сотового элемента предлагается по меньшей мере частично жестко соединять друг с другом изолирующие металлические листы, предпочтительно пайкой. Преимущество такого решения состоит в придании теплоизоляции высокой механической жесткости. In one of the preferred embodiments of the honeycomb element it is proposed to at least partially rigidly connect insulating metal sheets to each other, preferably by soldering. The advantage of this solution is to provide thermal insulation with high mechanical rigidity.

В другом предпочтительном варианте проточные каналы имеют металлические стенки, образованные слоями свернутых в рулон гладких и гофрированных металлических листов. В тех случаях, когда прилегающие к расположенным в центральной части сотового элемента проточным каналам изолирующие слои также выполнены из металлических листов, за один технологический переход пайкой одновременно можно соединять не только образующие эти проточные каналы металлические листы между собой, но и изолирующие металлические листы с указанной центральной частью сотового элемента. In another preferred embodiment, the flow channels have metal walls formed by layers of rolled into a roll of smooth and corrugated metal sheets. In those cases when the insulating layers adjacent to the flow channels located in the central part of the honeycomb element are also made of metal sheets, during one technological transition by soldering, not only metal sheets forming these flow channels can be joined together, but also insulating metal sheets with the specified central part of the cell element.

Однако в других вариантах стенки проточных каналов могут быть изготовлены и из иных материалов, например из керамики, или же из сочетания различных материалов. Так, в частности, в одном из вариантов поверх сырой керамики со множеством выполненных в ней проточных каналов можно разместить образующие изолирующие слои металлические листы, а затем подвергнуть такую керамику обжигу. В одном из таких вариантов слои изолирующих металлических листов могут удерживаться в сырой керамике своими микроструктурами, вдавленными в эту сырую керамику. However, in other embodiments, the walls of the flow channels can be made from other materials, such as ceramic, or from a combination of different materials. So, in particular, in one embodiment, on top of raw ceramics with a plurality of flow channels made therein, metal sheets forming the insulating layers can be placed, and then such ceramics are fired. In one such embodiment, layers of insulating metal sheets can be held in the raw ceramic by their microstructures pressed into the raw ceramic.

В случае изготовления проточных каналов с металлическими стенками к последним предъявляются высокие требования в отношении коррозионной стойкости. Предлагаемый в изобретении сотовый элемент, на стенки проточных каналов которого соответствующим образом нанесен каталитически активный материал, пригоден для использования в качестве каталитического нейтрализатора отработавших газов двигателей внутреннего сгорания, прежде всего двигателей внутреннего сгорания с принудительным воспламенением рабочей смеси. Температура ОГ у таких двигателей обычно составляет более 800^oC. Применяемый в подобных целях сотовый элемент при такой температуре должен сохранять свою коррозионную стойкость в течение многих тысяч часов эксплуатации. Однако в отличие от этого к теплоизоляции такие требования не предъявляются. Теплоизоляция не подвергается воздействию столь же высоких температур, что и стенки проточных каналов. При высокоэффективной теплоизоляции до такой высокой температуры в худшем случае могут нагреваться лишь те изолирующие слои, которые непосредственно примыкают к стенкам проточных каналов. Поэтому для изготовления металлических стенок проточных каналов и изолирующих металлических листов можно использовать различный материал. При этом материал, используемый для изготовления металлических стенок проточных каналов, должен обладать коррозионной стойкостью при температурах свыше 800^oC, а материал, используемый для изготовления изолирующих металлических листов, может обладать меньшей коррозионной стойкостью. Для повышения механической прочности сотового элемента часть стенок проточных каналов можно жестко соединить, предпочтительно пайкой, по меньшей мере с одним слоем изолирующих металлических листов. Кроме того, в еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого сотового элемента теплоизоляция имеет такую конструкцию, при которой она даже не вступает в контакт с корродирующими газами, в частности имеет конструкцию, предотвращающую любое попадание газов в полости между изолирующими слоями.In the case of manufacturing flow channels with metal walls, the latter have high demands on corrosion resistance. The honeycomb element according to the invention, on the walls of the flow channels of which a catalytically active material is appropriately applied, is suitable for use as an exhaust gas catalytic converter of internal combustion engines, in particular internal combustion engines with forced ignition of the working mixture. The exhaust gas temperature for such engines is usually more than 800 ^o C. Used for such purposes, the cell element at this temperature should maintain its corrosion resistance for many thousands of hours of operation. However, in contrast to thermal insulation, such requirements are not imposed. Thermal insulation is not exposed to temperatures as high as the walls of the flow channels. With highly efficient thermal insulation to such a high temperature, in the worst case, only those insulating layers that are directly adjacent to the walls of the flow channels can be heated. Therefore, for the manufacture of metal walls of flow channels and insulating metal sheets, various materials can be used. In this case, the material used for the manufacture of metal walls of the flow channels must have corrosion resistance at temperatures above 800 ^o C, and the material used for the manufacture of insulating metal sheets may have less corrosion resistance. To increase the mechanical strength of the honeycomb element, part of the walls of the flow channels can be rigidly connected, preferably by soldering, to at least one layer of insulating metal sheets. In addition, in another preferred embodiment of the proposed honeycomb element, the thermal insulation has a structure in which it does not even come into contact with corrosive gases, in particular, has a structure that prevents any entry of gases into the cavity between the insulating layers.

В еще одном варианте выполнения сотовый элемент имеет трубчатый кожух, в который заключены проточные каналы. Такое решение предпочтительно не только с точки зрения повышения механической жесткости сотового элемента, но и с точки зрения технологичности его изготовления. Кроме того, такое решение позволяет варьировать конструкцию сотового элемента. Так, в частности, описанную выше теплоизоляцию можно поместить также внутрь трубчатого кожуха. Однако вместо этого или в дополнение к этому теплоизоляцию можно расположить и снаружи трубчатого кожуха. При этом внешний изолирующий слой можно выполнить из особотолстого металлического листа либо предусмотреть второй, наружный трубчатый кожух, что обеспечивают дополнительную защиту сотового элемента от механических повреждений. При использовании металлических трубчатых кожухов их предпочтительно соединять с теплоизоляцией, по крайней мере частично, пайкой. In yet another embodiment, the honeycomb element has a tubular casing in which flow channels are enclosed. Such a solution is preferable not only from the point of view of increasing the mechanical rigidity of the honeycomb element, but also from the point of view of the manufacturability of its manufacture. In addition, this solution allows you to vary the design of the honeycomb element. Thus, in particular, the thermal insulation described above can also be placed inside the tubular casing. However, instead or in addition to this, thermal insulation can also be located outside the tubular casing. In this case, the outer insulating layer can be made of extra thick metal sheet or provide a second, outer tubular casing, which provide additional protection of the honeycomb element from mechanical damage. When using metal tubular casings, it is preferable to connect them with thermal insulation, at least partially, by soldering.

В другом варианте выполнения слои изолирующих металлических листов могут быть образованы витками свернутой в спираль цельной металлической ленты. При этом в особом случае теплоизоляция может быть выполнена из двух металлических лент, по меньшей мере одна из которых имеет микроструктуры, причем обе эти ленты совместно свернуты спирально. Для получения такой спиральной намотки обе ленты, например, можно сначала уложить одна на другую, а затем, соединив их на одном конце одна с другой и/или с какой-либо частью сотового элемента, например с трубчатым кожухом, свернуть в рулон. В других вариантах можно использовать и более двух лент. Спиральная намотка предпочтительна, в частности, в том отношении, что она особенно проста в изготовлении. Однако можно использовать и замкнутые в кольцо слои изолирующих металлических листов. Для применения в особых целях теплоизоляции можно придать и абсолютно иную конфигурацию, принципиально не изменяя при этом ее конструкцию. Так, в частности, для защиты от теплового излучения отдельных термочувствительных объектов, находящихся вне сотового элемента, на ограниченной части поверхности этого элемента можно, например, расположить пакет слегка изогнутых изолирующих металлических листов. In another embodiment, the layers of insulating metal sheets may be formed by turns of a coiled whole metal strip. Moreover, in a special case, the thermal insulation can be made of two metal tapes, at least one of which has microstructures, both of which tapes are coiled together spirally. To obtain such a spiral winding, both tapes, for example, can first be laid one on top of the other, and then, connecting them at one end with one another and / or with any part of the honeycomb element, for example with a tubular casing, can be rolled up. In other embodiments, you can use more than two tapes. Spiral winding is preferred, in particular in that it is particularly easy to manufacture. However, layers of insulating metal sheets closed in a ring can also be used. For application for special purposes, thermal insulation can be given a completely different configuration, without fundamentally changing its design. So, in particular, to protect against heat radiation of individual heat-sensitive objects located outside the honeycomb element, on a limited part of the surface of this element, for example, you can place a package of slightly curved insulating metal sheets.

В еще одном варианте выполнения по меньшей мере часть стенок проточных каналов можно выполнить с подогревом. Теплоизоляция позволяет без существенных тепловых потерь быстро доводить температуру снабженной таким подогревом зоны сотового элемента до требуемой рабочей температуры. Кроме того, теплоизоляция в этом случае способствует экономному расходованию энергии, подаваемой от соответствующего источника, например от аккумуляторной батареи транспортного средства. In yet another embodiment, at least a portion of the walls of the flow channels can be heated. Thermal insulation allows, without significant heat loss, to quickly bring the temperature of the honeycomb zone provided with such heating to the required operating temperature. In addition, thermal insulation in this case contributes to the economical use of energy supplied from an appropriate source, for example, from a vehicle’s battery.

В рассмотренных выше различных вариантах выполнения теплоизоляция имеет торцы, к которым примыкают края нескольких слоев изолирующих металлических листов. Если один из торцов такого сотового элемента обдувается, например, воздухом, то поток этого воздуха, протекая в полостях между слоями изолирующих металлических листов, может оказывать нежелательное охлаждающее действие. Поэтому в предпочтительном варианте изолирующие металлические листы предлагается по меньшей мере частично соединить друг с другом вблизи указанного торца или торцов, чтобы воспрепятствовать или блокировать таким путем воздухо- или газообмен между полостями, образованными между слоями изолирующих металлических листов, и окружающей теплоизоляцию средой. С этой целью, например, слои изолирующих металлических листов либо вблизи торца соединяют друг с другом пайкой, либо расположенные с этого торца полости между ними герметизируют наполнителем, либо на торец дополнительно устанавливают герметизирующую крышку. In the various embodiments described above, the thermal insulation has ends to which the edges of several layers of insulating metal sheets are adjacent. If one of the ends of such a honeycomb element is blown, for example, with air, then the flow of this air flowing in the cavities between the layers of insulating metal sheets may have an undesirable cooling effect. Therefore, in a preferred embodiment, the insulating metal sheets are proposed to be at least partially connected to each other near the specified end or ends in order to prevent or block in this way the air or gas exchange between the cavities formed between the layers of insulating metal sheets and the environment surrounding the insulation. For this purpose, for example, the layers of insulating metal sheets are either soldered to each other by soldering, or the cavities located on this end are sealed between them by the filler, or a sealing cover is additionally installed on the end.

Кроме того, эффективность теплоизоляции можно повысить, воздухонепроницаемо закрыв и вакуумировав все полости между слоями изолирующих металлических листов или их часть. In addition, the effectiveness of thermal insulation can be improved by airtight closing and evacuating all the cavities between the layers of insulating metal sheets or part thereof.

Помимо снижения общей теплопроводности, такое решение при определенных условиях позволяет также воспрепятствовать проникновению в теплоизоляцию коррелирующих газов. In addition to reducing the overall thermal conductivity, under certain conditions, this solution also prevents the penetration of correlating gases into the thermal insulation.

Тепловое излучение внутри теплоизоляции и/или отдачу тепла сотовым элементом вовне можно дополнительно уменьшить, если по меньшей мере на части слоев изолирующих металлических листов теплоизоляции, в частности по меньшей мере на внешнем слое изолирующих металлических листов, предусмотреть поверхность, коэффициент теплового излучения которой составлял бы менее 0,1. Поэтому в одном из вариантов такие слои предлагается целиком выполнить из материала с требуемыми характеристиками теплового излучения, а в другом варианте на поверхность образующего такой изолирующий слой металлического листа предлагается нанести покрытие из материала, отличного от материала остальной части этого изолирующего слоя. Такое покрытие можно наносить, например, осаждением из паровой фазы или напылением. Thermal radiation inside the insulation and / or heat transfer by the honeycomb element to the outside can be further reduced if at least part of the layers of insulating metal sheets of thermal insulation, in particular at least on the outer layer of insulating metal sheets, is provided for a surface whose thermal emissivity would be less 0.1. Therefore, in one embodiment, such layers are proposed to be entirely made of a material with the required characteristics of thermal radiation, and in another embodiment, it is proposed to coat a surface of a metal sheet forming such an insulating layer, which is different from the material of the rest of this insulating layer. Such a coating can be applied, for example, by vapor deposition or by spraying.

Другие преимущества и отличительные особенности предлагаемого в изобретении сотового элемента более подробно рассмотрены ниже на примере нескольких не ограничивающих вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:
на фиг. 1 - вид в перспективе цилиндрического сотового элемента со свернутой в рулон теплоизоляцией,
на фиг. 2 - поперечное сечение сотового элемента с двумя трубчатыми кожухами,
на фиг. 3 - сотовый элемент с теплоизоляцией, выполненной из одной металлической ленты,
на фиг. 4 - сотовый элемент с теплоизоляцией, выполненной из двух металлических лент,
на фиг. 5 - участок образующего изолирующий слой металлического листа с микроструктурой и препятствующим тепловому излучению покрытием,
на фиг. 6 - изолирующий металлический лист с выступающими с обеих сторон параллельными микроструктурами,
на фиг. 7 - изолирующий металлический лист с перекрестно-параллельными микроструктурами,
на фиг. 8 - изолирующий металлический лист с параллельными торцовой кромке микроструктурами,
на фиг. 9 - местный разрез сотового элемента, теплоизоляция которого выполнена из образующих изолирующие слои металлических листов с микроструктурами и без них, и
на фиг. 10 - местный разрез сотового элемента, теплоизоляция которого выполнена из образующих изолирующие слои металлических листов с микроструктурами с обеих сторон.Other advantages and distinctive features of the proposed cell of the invention are described in more detail below using several non-limiting embodiments as an example with reference to the accompanying drawings, in which:
in FIG. 1 is a perspective view of a cylindrical honeycomb element with rolled insulation,
in FIG. 2 is a cross section of a honeycomb element with two tubular casings,
in FIG. 3 - honeycomb element with thermal insulation made of one metal tape,
in FIG. 4 - honeycomb element with thermal insulation made of two metal tapes,
in FIG. 5 is a plot of a metal sheet forming an insulating layer with a microstructure and a coating that prevents thermal radiation,
in FIG. 6 - insulating metal sheet with protruding parallel microstructures on both sides,
in FIG. 7 - insulating metal sheet with cross-parallel microstructures,
in FIG. 8 is an insulating metal sheet with microstructures parallel to the end edge,
in FIG. 9 is a local section of a honeycomb element, the thermal insulation of which is made of metal sheets that form insulating layers with and without microstructures, and
in FIG. 10 - a local section of a honeycomb element, the thermal insulation of which is made of metal sheets forming micro-layers with microstructures on both sides.

На фиг. 1 показан предпочтительный вариант выполнения предлагаемого в изобретении сотового элемента 1. В сечении центральная часть этого элемента имеет сотовую структуру, состоящую из множества проточных каналов 2, образованных слоями свернутых в рулон гладких и гофрированных металлических листов. Эти проточные каналы проходят сквозь сотовый элемент между его торцами 10. Центральная часть сотового элемента заключена в цилиндрический трубчатый кожух 6, который в свою очередь окружен теплоизоляцией 43. Теплоизоляция 43 в данном варианте образована слоями изолирующих металлических листов, один 4 из которых является гладким, а другой 34 с обеих сторон имеет микроструктуры 5. На фиг. 1 сотовый элемент показан в момент незадолго до того, как оба изолирующих металлических листа 4 и 34 будут полностью обернуты вокруг центральной части этого элемента. In FIG. 1 shows a preferred embodiment of the honeycomb element 1 according to the invention. In cross section, the central part of this cell has a honeycomb structure consisting of a plurality of flow channels 2 formed by layers of smooth and corrugated metal sheets rolled into a roll. These flow channels pass through the honeycomb element between its ends 10. The central part of the honeycomb element is enclosed in a cylindrical tubular casing 6, which in turn is surrounded by thermal insulation 43. Thermal insulation 43 in this embodiment is formed by layers of insulating metal sheets, one of which 4 is smooth, and the other 34 has microstructures 5 on both sides. FIG. 1, a honeycomb element is shown shortly before both insulating metal sheets 4 and 34 are completely wrapped around the central part of this element.

На фиг. 2 сотовый элемент имеет такую же, как и в варианте по фиг. 1, центральную часть, заключенную во внутренний трубчатый кожух 6. В этом варианте отношение толщины теплоизоляции 3, примыкающей снаружи к этому внутреннему трубчатому кожуху 6, к диаметру центральной части существенно превышает такое же отношение в варианте по фиг. 1. Теплоизоляция 3 заключена также во второй, наружный трубчатый кожух 6. In FIG. 2, the cell element is the same as in the embodiment of FIG. 1, the central part enclosed in the inner tubular casing 6. In this embodiment, the ratio of the thickness of the heat insulation 3 adjacent externally to this inner tubular casing 6 to the diameter of the central part substantially exceeds the same ratio in the embodiment of FIG. 1. Thermal insulation 3 is also enclosed in a second, outer tubular casing 6.

На фиг. 3 показана особая конструкция теплоизоляции 23. Металлические изолирующие слои в этом случае образованы витками свернутой в спираль цельной металлической ленты 11, в форме которой выполнен металлический лист 24, с микроструктурами 5, выступающими с внутренней стороны этой ленты 11. Внутренний край 8 образованной металлической лентой 11 спирали соединен с трубчатым кожухом 6, а ее наружный край 9 соединен с предыдущим витком этой же ленты. In FIG. 3 shows a special construction of thermal insulation 23. The metal insulating layers in this case are formed by turns of a coiled metal strip 11, in the form of which a metal sheet 24 is made, with microstructures 5 protruding from the inside of this tape 11. The inner edge 8 of the formed metal tape 11 the spiral is connected to the tubular casing 6, and its outer edge 9 is connected to the previous turn of the same tape.

Другая возможная конструкция теплоизоляции 33 показана на фиг. 4. Эта конструкция аналогична варианту по фиг. 1, но отличается от нее тем, что в данном случае микроструктуры 5 на металлической ленте 11, в форме которой выполнен металлический лист 34, проходят примерно параллельно каналам, тогда как в примере по фиг. 1 они проходят практически поперечно им. В рассматриваемом варианте теплоизоляция 33 в отличие от теплоизоляции 23 по фиг. 3 образована двумя спирально свернутыми металлическими лентами 11, 12, одна 12 из которых является гладкой, т.е. не имеет микроструктур 5. Another possible construction of thermal insulation 33 is shown in FIG. 4. This design is similar to the embodiment of FIG. 1, but differs from it in that in this case, the microstructures 5 on the metal tape 11, in the form of which the metal sheet 34 is made, pass approximately parallel to the channels, whereas in the example of FIG. 1 they pass almost transversely to them. In the present embodiment, thermal insulation 33, in contrast to thermal insulation 23 of FIG. 3 is formed by two spirally rolled metal bands 11, 12, one of which 12 is smooth, i.e. does not have microstructures 5.

На фиг. 5 в увеличенном масштабе показан участок образующего изолирующий слой металлического листа 14 для более наглядного пояснения двух характерных особенностей его структуры. Этот изолирующий лист 14 имеет микроструктуру 5 примерно такой же высоты и толщины, что и в остальных случаях. Подобную микроструктуру получают, например, рельефной формовкой (выдавливанием) или гибкой металлического листа 14. В другом варианте такие микроструктуры можно сформировать нанесением на металлический лист дополнительного материала. Изолирующий металлический лист 14 в рассматриваемом варианте имеет слоистую структуру. На одну сторону этого листа 14 сплошным слоем нанесено более тонкое покрытие 15, препятствующее тепловому излучению. Это покрытие 15 нанесено на материал основы 16. Покрытие 15, препятствующее тепловому излучению, можно наносить на основу 16, например, гальваническим осаждением. In FIG. 5 on an enlarged scale shows a portion of the metal sheet 14 forming the insulating layer for a more visual explanation of two characteristic features of its structure. This insulating sheet 14 has a microstructure 5 of approximately the same height and thickness as in the remaining cases. A similar microstructure is obtained, for example, by embossing (extrusion) or a flexible metal sheet 14. In another embodiment, such microstructures can be formed by applying additional material to the metal sheet. The insulating metal sheet 14 in the present embodiment has a layered structure. On one side of this sheet 14, a thinner coating 15 is applied in a continuous layer to prevent thermal radiation. This coating 15 is applied to the base material 16. The coating 15, which prevents thermal radiation, can be applied to the base 16, for example, by galvanic deposition.

На фиг. 6 показан изолирующий металлический лист 34, микроструктуры 5 которого образованы рядом проходящих параллельно друг другу прямолинейных гофров, которые попеременно выступают с разных сторон листа 34. Кроме того, микроструктуры 5 проходят перпендикулярно торцовой кромке 10 листа 34. In FIG. 6 shows an insulating metal sheet 34, the microstructures 5 of which are formed by a series of rectilinear corrugations running parallel to one another, which alternately protrude from different sides of the sheet 34. In addition, the microstructures 5 extend perpendicular to the end edge 10 of the sheet 34.

Такой изолирующий металлический лист 34 в сочетании с другими изолирующими металлическими листами такого же типа позволяет получить теплоизоляцию 3 наиболее предпочтительной конструкции. В данном случае изолирующие металлические листы набирают в пакет таким образом, чтобы в смежных слоях гофры, образующие микроструктуры, проходили в перекрестных направлениях. Иными словами, изолирующие металлические листы набирают в пакет таким образом, чтобы по меньшей мере одна пара слоев этих изолирующих металлических листов, между которыми заключена по меньшей мере одна общая полость, опирались друг на друга точно через расположенные рядами гофры, которые в смежных слоях проходят в перекрестных направлениях. В такой конструкции со взаимно перекрещивающимися гофрами обеспечивается практически точечное их соприкосновение, при этом места контакта в одном слое находятся друг от друга на расстоянии, равном двойному шагу, с которым расположены соседние параллельные микроструктуры 5. Места контакта листа 34 со смежными в пакете верхним и нижним листами находятся друг от друга на расстоянии, равном шагу между параллельными микроструктурами 5. Сами параллельные микроструктуры предпочтительно располагать с шагом от 1 до 20 мм, при этом наиболее оптимальными являются значения от 5 до 15 мм. При такой конструкции тепло, которое в целом распространяется перпендикулярно этим листам 34, должно проходить по значительно более длинным обходным путям. Благодаря таким обходным путям, а также благодаря точечным местам контакта смежных слоев металлических листов эффективность теплоизоляции существенно повышается. Such an insulating metal sheet 34 in combination with other insulating metal sheets of the same type allows thermal insulation 3 of the most preferred design to be obtained. In this case, the insulating metal sheets are stacked in such a way that in adjacent layers the corrugations forming microstructures extend in cross directions. In other words, the insulating metal sheets are stacked in such a way that at least one pair of layers of these insulating metal sheets, between which at least one common cavity is enclosed, rests against each other exactly through the corrugations arranged in rows, which in adjacent layers extend into cross directions. In this design, mutually intersecting corrugations ensure their almost point contact, while the contact points in the same layer are at a distance equal to the double step with which adjacent parallel microstructures are 5. The contact points of the sheet 34 with the upper and lower adjacent in the packet the sheets are spaced from each other at a distance equal to the step between parallel microstructures 5. It is preferable to arrange the parallel microstructures themselves in increments of 1 to 20 mm, while the most optimal Values are from 5 to 15 mm. With this design, heat that generally extends perpendicular to these sheets 34 should pass along significantly longer bypass paths. Thanks to such workarounds, as well as to the point of contact of adjacent layers of metal sheets, the efficiency of thermal insulation is significantly increased.

В показанном на фиг. 7 варианте выполнения металлический лист 44 благодаря параллельно-перекрестному расположению гофров, образующих микроструктуры 5, обладает высокой механической жесткостью. Такая структура листа в зависимости от выбранного радиуса изгиба допускает его гибку и обертывание вокруг сотового элемент лишь в определенных направлениях. Поскольку гофры выступают только с одной определенной стороны листа 44, с другой его стороны предпочтительно располагать листы 14, 24, 34 либо 44, также имеющие микроструктуры. Использование же изолирующих металлических листов, не имеющих микроструктур, привело бы к образованию с одной стороны таких листов 44 нежелательной, слишком большой поверхности контакта. В сочетании с листом 44 наиболее целесообразно использовать листы 14, 24 и 34, микроструктуры которых по своей форме, углу пересечения и/или шагу между ними отличаются от тех же параметров микроструктур на листе 44. Такое сочетание разнородных по своей структуре листов позволяет не допустить, чтобы микроструктуры одного слоя изолирующих металлических листов входили с геометрическим замыканием в микроструктуры другого слоя. На фиг. 8 показан изолирующий металлический лист 24 с микроструктурами 5, который наиболее пригоден для использования в сочетании с листом, показанным на фиг. 7. As shown in FIG. 7 of the embodiment, the metal sheet 44, due to the parallel-cross arrangement of the corrugations forming the microstructure 5, has high mechanical rigidity. Such a sheet structure, depending on the selected bending radius, allows it to be bent and wrapped around the honeycomb element only in certain directions. Since the corrugations protrude only from one particular side of the sheet 44, it is preferable to arrange sheets 14, 24, 34 or 44, also having microstructures, on its other side. The use of insulating metal sheets without microstructures would lead to the formation on one side of such sheets 44 of an undesirable, too large contact surface. In combination with sheet 44, it is most advisable to use sheets 14, 24 and 34, the microstructures of which in their shape, angle of intersection and / or the pitch between them differ from the same parameters of the microstructures on sheet 44. This combination of sheets that are heterogeneous in structure can prevent so that the microstructures of one layer of insulating metal sheets are included with a geometric circuit in the microstructures of another layer. In FIG. 8 shows an insulating metal sheet 24 with microstructures 5, which is most suitable for use in combination with the sheet shown in FIG. 7.

На фиг. 9 и 10 в сечении показаны фрагменты центральной части сотового элемента и теплоизоляции 43 и 53 соответственно. В этом случае переходный слой от центральной части к теплоизоляции 43, соответственно 53 образован изолирующим металлическим листом 4 без микроструктур (фиг. 9), соответственно изолирующим металлическим листом 34 с микроструктурами (фиг. 10). Листы 4 и 34 соответственно образуют один пакет, но с различными слоями. На фиг. 10 все слои этого пакета образованы листами 34, которые с обеих сторон имеют микроструктуры. На фиг. 9 слой из листов 34 с микроструктурами перемежается по меньшей мере с одним слоем из листа 4 без микроструктур. Помимо этого в показанном на фиг. 9 варианте внешний слой изолирующих металлических листов 7 толще расположенных под ним слоев изолирующих металлических листов 4, 34. При этом в сочетании с таким металлическим листом 7 можно использовать и описанные выше металлические листы 14, 24 и 44. In FIG. 9 and 10 in section show fragments of the central part of the honeycomb element and thermal insulation 43 and 53, respectively. In this case, the transition layer from the central part to thermal insulation 43, respectively 53, is formed by an insulating metal sheet 4 without microstructures (Fig. 9), respectively, by an insulating metal sheet 34 with microstructures (Fig. 10). Sheets 4 and 34 respectively form one package, but with different layers. In FIG. 10, all layers of this stack are formed by sheets 34, which have microstructures on both sides. In FIG. 9, a layer of sheets 34 with microstructures is interspersed with at least one layer of sheet 4 without microstructures. In addition, as shown in FIG. 9, the outer layer of the insulating metal sheets 7 is thicker than the layers of insulating metal sheets 4, 34 located below it. In addition, the metal sheets 14, 24 and 44 described above can be used in combination with such a metal sheet 7.

Форма предлагаемого в изобретении сотового элемента не ограничена только показанной на фиг. 1 трехмерной цилиндрической формой, соответственно его профиль в сечении не ограничен представленным на последующих чертежах круглым профилем. Более того, такой сотовый элемент может иметь, например, трехмерную коническую или пирамидальную форму, соответственно многоугольное поперечное сечение. Далее, металлические листы с микроструктурами, образующие теплоизоляцию 3; 23; 33; 43; 53, можно располагать и иначе относительно проточных каналов 2, а не только так, как это показано на чертежах. Например, теплоизоляция может лишь частично окружать проточные каналы 2, например, половину центральной части с такими каналами, или же проточные каналы 2 дополнительно могут располагаться и снаружи нее. The shape of the honeycomb according to the invention is not limited only to that shown in FIG. 1 in a three-dimensional cylindrical shape, respectively, its cross-sectional profile is not limited to the round profile shown in the subsequent drawings. Moreover, such a honeycomb element can have, for example, a three-dimensional conical or pyramidal shape, respectively a polygonal cross section. Further, metal sheets with microstructures forming thermal insulation 3; 23; 33; 43; 53, it is possible to arrange differently with respect to the flow channels 2, and not just as shown in the drawings. For example, thermal insulation can only partially surround the flow channels 2, for example, half of the central part with such channels, or the flow channels 2 can additionally be located outside it.

Claims

1. A cell element with a plurality of flow channels forming its honeycomb structure and thermal insulation (3, 23, 33, 43, 53) formed by layers of several insulated metal sheets stacked and / or rolled into a roll (4, 7, 14, 24, 34, 44), characterized in that the insulating metal sheets (4, 7, 14, 24, 34, 44) are supported by each other through their microstructures (5), resulting in between the layers of these sheets (4, 7, 14, 24, 34, 44) cavities are formed, while the height of the microstructures (5) is about 15 - 250 microns.

2. The cell element according to claim 1, characterized in that the thermal insulation (3, 23, 33, 43, 53) surrounds the flow channels (2) only partially.

3. The cell element according to claim 1 or 2, characterized in that it is a catalytic converter of exhaust gases, especially exhaust gases of an internal combustion engine, preferably an internal combustion engine with forced ignition of the working mixture.

4. A cell element according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the insulating metal sheets (4, 7, 14, 24, 34, 44) are at least partially rigidly connected to each other, preferably by soldering.

5. A cell element according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the flow channels (2) have metal walls formed by layers of smooth and corrugated metal sheets rolled into a roll.

6. The cell element according to claim 5, characterized in that the metal walls of the flow channels are at least partially rigidly connected to each other, preferably by soldering.

7. The cell element according to claim 5 or 6, characterized in that the material of the metal walls of the flow channels differs from the material of the insulating metal sheets (4, 7, 14, 24, 34, 44), the first of these materials having corrosion resistance at temperatures over 800 ^o C, and the second of them has less corrosion resistance.

8. A cell element according to any one of claims 5 to 7, characterized by the presence of a tubular casing (6), in which flow channels (2) are enclosed.

10. The cell element according to claim 9, characterized in that the thermal insulation (3, 23, 33, 43, 53) is located outside the tubular casing (6).

11. A cell element according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the outer layer of the insulating metal sheets (7) is thicker than the layers of insulating metal sheets located below it (4, 7, 14, 24, 34, 44).

12. The cell element according to claim 9, characterized in that the insulation (3, 23, 33, 43, 53) is located inside the tubular casing (6).

13. A cell element according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the layers of insulating metal sheets (4, 14, 24, 34, 44) are formed by turns of a coiled metal strip (11, 12).

14. A cell element according to any one of claims 1 to 12, characterized in that the thermal insulation (33) is made of two coiled metal coils (11, 12), at least one of which has microstructures (5).

15. The cell element according to any one of claims 1 to 14, characterized in that at least part of the walls of the flow channels (2) is made with heating.

16. A cell element according to any one of claims 1 to 15, characterized in that the thermal insulation (3, 23, 33, 43, 53) has an end face (10) to which the edges of several layers of insulating metal sheets are adjacent (4, 7, 14 , 24, 34, 44), and these sheets themselves (4, 7, 14, 24, 34, 44) are at least partially connected to each other near the end face (10), preventing or blocking in this way air or gas exchange between the cavities formed between the layers of insulating metal sheets and the surrounding thermal insulation (3, 23, 33, 43, 53).

17. The cell element according to any one of claims 1 to 16, characterized in that all the cavities between the layers of insulating metal sheets or part of them are airtight closed and evacuated.

18. A cell element according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the coefficient of thermal radiation on the outside of at least part of the layers of insulating metal sheets (4, 7, 14, 24, 34, 44) forming thermal insulation (3, 23, 33, 43, 53), in particular on the outer side of at least the outer layer of such insulating metal sheets (4, 7, 14, 24, 34, 44), is less than 0.1.

19. A cell element according to claim 18, characterized in that a surface (15) preventing the heat radiation from the material other than the material of the rest (16) of this insulating layer is applied to the surface of the metal sheet (14) forming said insulating layer.

20. A cell element according to any one of claims 1 to 19, characterized in that at least one, preferably all insulating metal sheets (14, 24, 34, 44) having microstructures (5) these microstructures (5) are formed by at least one row of straight corrugations running parallel to each other.

21. The cell element according to claim 20, characterized in that in the corresponding row, the corrugations forming the microstructures (5) are arranged in increments of 1 to 20 mm, preferably 5 to 15 mm.

22. The cell element according to claim 20 or 21, characterized in that the microstructure (5) is formed by two rows of corrugations with a parallel-cross arrangement.

23. The cell element according to claim 20 or 21, characterized in that the insulating metal sheets of at least one pair of layers of these insulating metal sheets (4, 7, 14, 24, 34, 44), between which at least one common cavity, rely on each other exactly through the corrugations located in the indicated rows, which in adjacent layers pass in cross directions.