SE461018B - Katalysatorbaerare - Google Patents

Description

461 018 använda katalytiskt aktiva material tillhör de s.k. "Platinagrupp- metallerna“, vilka är mycket dyrbara, och trots att det t.ex. endast åtgår ca 3 g aktivt material till en för att bilavgassystem avsedd konventionell katalysator är detta katalysatorns dyraste beståndsdel.

Tidigare kända katalysatorbärare kan i princip delas in i två grupper, nämligen de som är tillverkade av keramiskt material och de som är tillverkade av metall. Av dessa två typer är den keramiska den som är vanligast (ca 90-95%), när det gäller katalysatorer för bilavgassystem. Dylika keramiska katalysatorbärare har emellertid vissa nackdelar. Den största nackdelen är sålunda den relativt stora väggtjockleken. Eftersom flödet genom en katalysator är det som huvud- sakligen bestämmer bärarens storlek, blir dessa keramiska bärare för- hållandevis utrymmeskrävande, vilket i sin tur medför konstruktions- tekniska problem. Vidare är keramiska materials värmeledningsförmåga mycket dålig, vilket medför att det tar förhållandevis lång tid för en katalysator med keramisk bärare att nå sin arbetstemperatur. Även detta är en avsevärd nackdel, eftersom katalysatorn endast fungerar, när den är tillräckligt varm.

Dessutom är det känt att framställa katalysatorbärare genom att linda en slät och en korrugerad materialbana på varandra på så sätt, att de bildar en rulle med längsgående kanaler. Dessa material- banor består vanligen av rostfri plåt. Detta framställningsförfarande fordrar emellertid att de på varandra lindade materialbanorna låses vid varandra genom t.ex. lödning eller svetsning. När det gäller löd- ning har man funnit, att detta ej fungerar tillfredsställande, på grund av att katalysatorns arbetstemperatur är så hög, ått det är risk för att lodet smälter. I de fall där svetsning användes för låsning av materialbanorna, har man funnit, att lasersvetsning är den enda prak- tiskt användbara metoden. Detta är emellertid en mycket dyrbar svets- metod, vilket gör att det ej är ekonomiskt försvarbart att använda en dylik tillverkningsmetod.

Samtliga dessa tidigare kända katalysatorbärare har dess- utom den nackdelen, att strömningen genom dem är laminär, vilket inne- bär, att det längs kanalernas väggar uppstår ett tunt, mer eller »v 461 018 mindre stillastående mediaskikt, ett s.k. laminärt gränsskikt. Detta laminära gränsskikt hindrar en stor del av de genom katalysatorn pas- serande gaserna att komma i kontakt och reagera med det katalytiskt aktiva materialet på kanalernas väggar, vilket innebär, att katalysa- torns funktion blir bristfällig. Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en katalysa- torbärare av metall som är billig att tillverka och som ej uppvisar någon av de ovan beskrivna nackdelarna.

Detta ändamål uppnås medelst en katalysatorbärare av inled- ningsvis nämnt slag, som kännetecknas av att den förstnämnda banans åsar såväl vid topp som botten är försedda med inpressningar med samma delning som räfflorna, i vilka inpressningar räfflorna på den andra banan ingriper för bildande av en mekanisk låsning mellan de två banorna.

Ytterligare kännetecken på uppfinningen framgår av under- kraven och den efterföljande beskrivningen av ett fördelaktigt utfö- ringsexempel.

En mycket viktig fördel med katalysatorbäraren enligt upp- finningen är, att de i förhållande till genomströmningsriktningen tvärgående räfflorna åstadkommer en turbulent strömning i kanalerna.

Tack vare att ut- resp. inpressningarna är belägna mittför varandra, ändras inte kanalens tvärsnitt. Detta är en väsentlig fördel, eftersom en strypning av en kanal, vilket är det normala sättet att erhålla turbulent strömning, ger upphov till ett onödigt stort tryckfall.

Ytterligare en fördel med katalysatorbäraren enligt uppfinningen är, att man genom att välja olika höjd på och avstånd mellan räfflorna kan styra turbulensens form och förlopp utan att det påverkar de tillverk- ningsmässiga fördelarna med anordningen.

I det följande skall ett fördelaktigt utföringsexempel på katalysatorbäraren enligt uppfinningen beskrivas närmare med hänvis- ning till de bifogade ritningarna, varå fig. 1 är en perspektivuy av en katalysator avsedd att monteras i ett bilavgassystem, fig. 2 är 461 018 en delvis bruten vy framifrån av katalysatorn enligt fig. 1, fig. 3 är en perspektivvy av en del av katalysatorbäraren i större skala, fig. 4 är en bruten vy av en konventionell kanal i en katalysatorbärare, i vilken gasflödet visats med pilar, fig. 5 är en vy motsvarande den i fig. 4 men med en kanal från katalysatorbäraren enligt uppfinningen och fig. 6 visar i kraftig förstoring ett snitt genom en kanals vägg med ett på denna anbragt poröst bärarmaterialskikt.

Det på ritningarna visade utföringsexemplet avser en kata- lysator 1 för rening av avgaser från en bilmotor, som drivs med ben- sin. Katalysatorn 1 består av ett avlångt hölje 2, i vilket en kataly- satorbärare 3 enligt uppfinningen är inbyggd. Höljet 2 är vid sina ändar försett med anslutningar 4, 5, varav den ena är ett inlopp 4 och den andra är ett utlopp 5.

Av fig. 3 framgår hur katalysatorbäraren 3 enligt uppfin- ningen är uppbyggd. För att göra figuren tydligare har bärarens nor- malt bågformiga struktur uträtats. Bäraren består av två på varandra lindade materialbanor 6, 7, av vilka den ena banan 6 uppvisar tvär- gående åsar 8 för bildande av axiella kanaler 9 genom den som en rulle utformade katalysatorbäraren 3 och den andra banan 7 uppvisar längs- gående râfflor 10, varvid den förstnämnda banans åsar såväl vid topp som botten är försedda med inpressnignar 11 med samma delning som räfflorna 10 i den andra materialbanan 7. När dessa båda materialbanor 6 och 7 lindas på varandra griper inpressningarna 11 in i räfflorna 10 och åstadkommer en mekanisk låsning som gör, att det ej erfordras något dyrbart svetsningsförfarande för att säkertälla uppbyggnaden av katalysatorbäraren 3 enligt uppfinningen. Denna färdiga katalysatorbä- rare 3 doppas sedan i bad med bärarmaterial resp. katalytiskt aktivt material, varefter den inmonteras i ett hölje 2.

Ytterligare en viktig fördel med katalysatorbäraren 3 en- ligt uppfinningen framgår av figurerna 4 och 5, vilka är brutna per- spektivvyer av en enskild kanal 9 i en katalysatorbärare, varvid fig. 4 visar en konventionell utformning och fig. 5 visar en utformning enligt uppfinningen. Vidare visas i dessa båda figurer medelst pilar gasernas väg genom kanalerna 9.

I den konventionella kanalen enligt fig. 4 passerar den största delen av gaserna rakt igenom kanalen 9 utan att vidröra det (f: 461 018 vid dess väggar anbragta katalytiskt aktiva materialet. Detta medför följaktligen en bristfällig katalysatorfunktion. I kanalen enligt fig. 5 erhålles emellertid tack vare räfflorna 10 en turbulent strömning, vilken alstras utan någon nämnvärd strypning av kanalen 9 beroende på att inpressningarna 11 är placerade mitt ovanför räfflorna 10. Denna turbulenta strömning medför, att det ej bildas något laminärt gräns- skikt, som skiljer gasströmningen från kanalens 9 väggar. Denna effek- tivitetsökning innebär i sin tur, att en katalysator 1 med en bärare 3 enligt uppfinningen kangöras avsevärt mycket mindre än en katalysator med en konventionell bärare. Detta medför, förutom att den blir enk- lare att bygga in i t.ex. avgassystem på bilar, framför allt att det går åt mindre katalytiskt aktivt material till varje katalysator, vilket ger väsentliga kostnadsbesparingar.

För att ytterligare understryka betydelsen av denna turbu- lenta strömning visas 1 fig. 6 en schematisk bild av en kanalvägg 12, på vilken ett poröst bärarmaterial 13 för det katalytiskt aktiva materialet är anbragt. (Det bör påpekas att detta är en starkt för- storad framställning, eftersom tjockleken på bärarmaterialskiktet nor- malt är mellan 5 - 15 my). På grund av bärarmaterialets porösa utform- ning med djupa porer är det mycket fördelaktigt, om man kan få de gaser som strömmar genom kanalen 9 att böja av, så att de slår emot kanalens väggar. Detta uppnås genom ovan beskrivna turbulenta ström- ning.

Slutligen bör även framhållas att uppfinningen ej är be- gränsad till det ovan beskrivna utföringsexemplet utan att flera olika utföranden är möjliga inom ramen för efterföljande patentkrav. Exem- pelvis behöver det ej röra sig om en katalysator för rening av bilav- gaser, eftersom katalysatorbäraren enligt uppfinningen är lika fördel- aktig att använda vid alla sorters katalysatorer, som är avsedda att genomströmmas av gasformiga medier. Vidare är det även möjligt att tillverka katalysatorbâraren 3 enligt uppfinningen i en annan form än cirkelrund. Exempelvis kan det av utrymmesskäl vara fördelaktigt att tillverka den med s.k. “racetrack"-form, vilken erhålles genom att istället för kärnhylsan användes en platta.

Claims (4)

461 018 s P A T E N T K R A V

1. Katalysatorbärare (3), bestående av två kring en kärnhylsa lindade, på varandra lagda materialbanor (6, 7), av vilka den ena banan (6) har tvärgående åsar (8) för bildande av axiella kanaler (9) genom bäraren (3) och den andra materialbanan (7) har längsgående räfflor (10), k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den förstnämnda banans (6) åsar (8) såväl vid topp som botten är försedda med inpressningar (11) med samma delning som räfflorna (10), i vilka inpressningar (11) räfflorna (10) på den andra banan (7) ingriper för bildande av en mekanisk läsning mellan de två banorna (6, 7).

2. Katalysatorbärare enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den har ett cirkelformigt tvärsnitt.

3. Katalysatorbärare enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v, att den har ett s.k. “racetrack"-formigt tvärsnitt.

4. Katalysatorbärare enligt något av föregående krav, k ä n- n e t e c k n a d d ä r a v, att materialbanorna (6, 7) består av rostfritt stål. hg,