專利名稱：催化系統(tǒng)及其使用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按照權(quán)利要求1的前序部分，適用于內(nèi)燃機(jī)、尤其較小和/或較簡(jiǎn)單的發(fā)動(dòng)機(jī)例如草地割草機(jī)、汽動(dòng)鋸、機(jī)動(dòng)自行車等機(jī)動(dòng)裝置上使用的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體凈化催化系統(tǒng)。
內(nèi)燃機(jī)排出的尾氣是借助于催化系統(tǒng)凈化的，該系統(tǒng)包括含有催化劑載體的催化裝置，載體上施用了一種適用催化物質(zhì)，例如鉑和/或鈀等最常用的物質(zhì)，盡管也使用有機(jī)材料。
這類催化系統(tǒng)最初是用來(lái)凈化私人小轎車的尾氣的，因?yàn)樵?970年代和1980年代，尤其是美國(guó)，對(duì)消除私人小轎車尾氣中的有害物質(zhì)有很高的要求。私人小轎車上裝配的催化系統(tǒng)使用所謂獨(dú)石的陶瓷材料載體，該載體有施用了催化物質(zhì)的通透孔道。對(duì)催化系統(tǒng)的催化裝置有很高的要求，除其它方面外主要涉及其耐熱性能，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)排出的尾氣可能達(dá)到大約1000℃的溫度。
打算用于私人小轎車發(fā)動(dòng)機(jī)的催化裝置相當(dāng)昂貴，其原因是期望它們達(dá)到的凈化程度高，而且，除其它方面外，因?yàn)榇呋瘎┹d體必須包含極脆的因而在該載體制造期間難以處置的高級(jí)陶瓷材料。結(jié)果，所生產(chǎn)的陶瓷載體裝置大部分不得不報(bào)廢，這大大增加了已經(jīng)很高的制造成本。
因此，已經(jīng)有人提出在那些對(duì)其純尾氣排放物的要求不太高的較低級(jí)別發(fā)動(dòng)機(jī)中使用金屬催化劑載體。這樣的催化劑載體目前用于例如一些小型摩托車型號(hào)中。在這種情況下，催化劑載體由一種壓成波紋狀并卷成圓柱形的金屬薄板組成，這些波紋形成通透孔道。在這些圓柱周圍放置一個(gè)金屬卡套。然而，這種載體的一個(gè)缺點(diǎn)是它的表面積相對(duì)于其體積和質(zhì)量而言是有限的。這種載體也是相當(dāng)昂貴的。
也已經(jīng)有人提出從紡織或針織金屬絲制作催化裝置的催化劑載體。DE-A-3,024,491(CA-A-1,165,247)描述了一種配備催化系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，該系統(tǒng)的催化劑載體由一種針織金屬絲組成，并載帶分別為金屬氧化物和催化劑的兩層?xùn)|西。 EP-A-0,061,304也公開一種針織金屬絲催化劑載體，它包括一些間距，從而當(dāng)諸如呈卷曲形式時(shí)能得到一種有形狀穩(wěn)定構(gòu)造的催化裝置。1960年代US-A-3,262,783中提出了使用諸如由Inconel型耐熱金屬絲組成的針織織物制造催化裝置。
盡管有與其它類型催化劑載體相聯(lián)系的上述缺點(diǎn)，但所提出的以紡織或針織金屬織物為基礎(chǔ)的催化劑載體無(wú)一迄今為止業(yè)已在實(shí)際上被使用，就目前所知，這樣的載體也還沒有商業(yè)性銷售，而目前有商業(yè)性銷售的催化劑載體都是從陶瓷材料制造的，或如前面所提到的，是為了某些特殊目的而從波紋狀和卷曲的金屬薄板制造的。盡管常用載體有各種各樣的問題，不只是以上指出的經(jīng)濟(jì)問題，金屬絲織物還是不能與常用催化劑載體競(jìng)爭(zhēng)，其原因看來(lái)是由于金屬絲織物催化裝置不能滿足對(duì)它們提出的技術(shù)要求。由于它們的開孔式網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，金屬絲針腳之間的空隙度高，這樣的載體對(duì)要凈化的氣體的流動(dòng)阻力低。因此，該氣體在催化裝置中的相對(duì)暴露時(shí)間，即該氣體流經(jīng)該催化裝置的一個(gè)單位長(zhǎng)度所需的時(shí)間，是如此之短，以致于這些單位長(zhǎng)度相對(duì)于其橫截面而言必須做得很長(zhǎng)才能使(內(nèi)燃機(jī))尾氣凈化到足夠高的程度。雖然增加金屬絲織物層次的機(jī)械裝填量可以得到相當(dāng)長(zhǎng)的氣體暴露時(shí)間，但這將增大氣體流經(jīng)該催化裝置的阻力，從而降低氣體通流率，使得有必要增大該裝置的通流面積，造成裝置體積更加龐大。
最近已經(jīng)觀察到，較小和較簡(jiǎn)單的內(nèi)燃機(jī)嚴(yán)重地造成有害尾氣排放。甚至已經(jīng)有人認(rèn)為草地割草機(jī)的尾氣比機(jī)動(dòng)車輛的尾氣更大也更嚴(yán)重，雖然法律上還沒有規(guī)定這類內(nèi)燃機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣必須凈化。
這很可能是由于目前對(duì)這類發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣采用催化凈化還沒有技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的可能性，尤其當(dāng)看到已知催化劑載體的高成本這一背景時(shí)更是如此。
本發(fā)明的目的是提供一種能解決上述與尾氣，尤其小型和/或簡(jiǎn)單內(nèi)燃機(jī)的尾氣排放有關(guān)的問題的催化系統(tǒng)，而且也提供一種可用作對(duì)其它發(fā)動(dòng)機(jī)也是不昂貴代用品的催化裝置。為此，本發(fā)明的特征是一種具有在以下權(quán)利要求中提出的各種特色的催化裝置。
因此，本發(fā)明的催化裝置包括一種適合于形成一個(gè)有預(yù)定形狀、包含若干相互鄰接層的組件的耐熱金屬絲開孔網(wǎng)目針織或紡織織物，和一個(gè)構(gòu)成氣體通流孔道的組件殼體。本發(fā)明催化裝置的特征在于，該金屬織物組件中這些層的至少一半基本上由在至少兩個(gè)方向上呈基本上連續(xù)波紋狀的金屬織物組成，因而這些波紋將確定它們之間的夾角。這種波紋狀金屬織物在該組件中的安排要使得所述夾角的頂點(diǎn)能指向與該通流孔道方向橫切的方向。在這些波紋狀金屬織物層之間安排無(wú)波紋金屬織物層。至少這種波紋狀金屬織物是用至少兩根平行金屬絲或線方便地針織或紡織成的，這些鄰接層可以方便地通過把該金屬織物卷成一個(gè)基本上圓柱形的組件來(lái)產(chǎn)生。此外，這種金屬織物還可以制成波紋狀或壓制成一種非圓柱形組件，例如一種平行六面體組件。
耐熱金屬絲較好由一種符合1.4767(DIN)標(biāo)準(zhǔn)的材料構(gòu)成或由某種具有相應(yīng)耐熱性能的其它材料構(gòu)成，例如Inconel601。
本發(fā)明的催化裝置尤其適合于凈化小型和/或簡(jiǎn)單內(nèi)燃機(jī)如草地割草機(jī)、汽動(dòng)鋸、機(jī)動(dòng)自行車、小型艇外推進(jìn)機(jī)等的發(fā)動(dòng)機(jī)或馬達(dá)的尾氣。在這類發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，重要的是催化系統(tǒng)的成本不構(gòu)成總價(jià)格的一個(gè)過大的百分率，因此，為了讓制造商把催化尾氣凈化系統(tǒng)裝進(jìn)有關(guān)的機(jī)器中，必須使用一種不昂貴的催化劑載體。
通過以按照本發(fā)明規(guī)定的方式把金屬織物壓成波紋狀，令人驚訝地實(shí)現(xiàn)了流經(jīng)該催化裝置的氣體的有效和充分湍動(dòng)。這有利于延長(zhǎng)相對(duì)的氣體暴露時(shí)間，因而能提供比催化裝置中用金屬織物載體本來(lái)會(huì)達(dá)到的更高的效率。本發(fā)明催化裝置所提供的高度湍動(dòng)，使這種裝置能做得更短同時(shí)仍能有效地凈化氣體。因此，本發(fā)明以合理的成本提供有合理比例的催化裝置，特別適用于前面所指出的、較簡(jiǎn)單類型的發(fā)動(dòng)機(jī)和馬達(dá)。
本發(fā)明現(xiàn)在要參照附圖更詳細(xì)地加以描述，其中

圖1說(shuō)明一種自然尺寸的金屬織物坯料；圖2是一種波紋狀或褶成類似形狀的金屬織物坯料的測(cè)視圖；圖3是同一種波紋狀金屬織物坯料的頂視圖；圖4是本發(fā)明催化裝置的示意側(cè)視圖；圖5是圖4中沿A-A線的剖視圖。
圖1說(shuō)明一種以其自然尺寸表示的金屬織物坯料10，它是從耐熱金屬絲11針織成的，呈12所示的開孔網(wǎng)目構(gòu)型。這種金屬絲有約0.2mm粗。金屬織物坯料10特別適合于用作按照本發(fā)明的催化劑載體。圖2說(shuō)明一種已成波紋狀或褶成類似形狀以提供如線13示意說(shuō)明的脊谷交替結(jié)構(gòu)的金屬織物坯料10。在這種圖示說(shuō)明的情況下，波紋狀金屬織物層10在其兩側(cè)均覆蓋一個(gè)非波紋層13A。這些波紋的波高較好是5-10mm，例如7mm。圖3示意地說(shuō)明波紋狀織物10的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的部分頂視圖。金屬織物10在針織后沿線14和15形成波紋，所述線與該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的縱軸形成預(yù)定的角α。沿線14和15延伸的波紋大致在該網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的中心彼此會(huì)合，在此相互構(gòu)成一角β。角β方便地是約110°，這導(dǎo)致良好的氣體湍動(dòng)。圖4說(shuō)明一種催化裝置20，包括待凈化氣體的入口部21，和催化劑部22。催化劑部22容納一個(gè)催化劑載體組件23，該組件周圍是一個(gè)由耐熱金屬制成的催化劑載體殼24。催化裝置20可以有眾多橫截面形狀中的任何一種，例如，其橫截面可以是方的、圓的或橢圓的，因用戶的意愿而異，也因該催化系統(tǒng)的預(yù)期用途而異。催化劑載體組件23包含一種催化劑載體，其中包括一種按照本發(fā)明從耐熱金屬絲針織成并涂有適當(dāng)催化物質(zhì)的開孔網(wǎng)目金屬織物。圖5是圖4中沿A-A線的催化劑部22的剖視圖。所說(shuō)明的催化劑部22有橢圓橫截面，并包括一種其剖面與催化劑載體殼24和催化劑部22的外殼25相同的催化劑載體組件23。本發(fā)明的催化裝置除成本方面外還有重要優(yōu)點(diǎn)。例如，本裝置相對(duì)于其體積和質(zhì)量而言有很大的比表面積，也造成氣流高度湍動(dòng)，從而延長(zhǎng)了氣體凈化時(shí)間，盡管流動(dòng)阻力相當(dāng)?shù)汀?br> 權(quán)利要求
1.一種氣體凈化催化裝置，包括一個(gè)從耐熱金屬絲生產(chǎn)并成形為有許多鄰接金屬織物層的預(yù)定形式組件的開孔網(wǎng)目針織或紡織織物，和一個(gè)圍繞組件并構(gòu)成氣體通流孔道的殼體，其特征在于，金屬織物組件中這些層的至少一半由一種金屬織物組成，所述金屬織物在至少兩個(gè)確定它們之間夾角的方向上呈基本上連續(xù)的波紋狀，其特征還在于，波紋狀金屬織物在組件中的安排使得所述角的頂點(diǎn)指向與該通流孔道方向橫切的方向。
2.按照權(quán)利要求1的裝置，其特征在于，裝置在波紋狀織物層之間有一層非波紋狀金屬織物。
3.按照權(quán)利要求1和權(quán)利要求2的裝置，其特征在于，至少該波紋狀金屬織物是用至少兩根平行金屬絲針織或紡織的。
4.按照權(quán)利要求1～3的裝置，其特征在于，該金屬織物卷成一種總體上呈圓柱形的組件形式。
5.按照權(quán)利要求1～3的裝置，其特征在于，該金屬織物折成或壓制成一種非圓柱形組件。
6.按照權(quán)利要求1～5的裝置，其特征在于，該耐熱金屬絲由一種符合Werkstoff 4.4767標(biāo)準(zhǔn)的材料構(gòu)成或由某種具有相應(yīng)耐熱性能的其它材料構(gòu)成。
7.一種用于凈化小型內(nèi)燃機(jī)例如草地割草機(jī)、汽動(dòng)鋸、機(jī)動(dòng)自行車、艇外推進(jìn)機(jī)等原動(dòng)機(jī)的尾氣的催化裝置。
全文摘要
一種氣體凈化催化裝置包括一個(gè)從耐熱金屬絲生產(chǎn)并成型為具有許多鄰接金屬織物層的預(yù)定形式組件的開孔網(wǎng)目針織或紡織織物，和一個(gè)圍繞該組件并形成氣體通流孔道的殼體。該裝置的特征在于，該金屬織物組件中這些層的至少一半由一種一般在至少兩個(gè)方向上連續(xù)并在兩個(gè)方向之間形成一個(gè)角的波紋狀金屬織物組成；其特征還在于，該波紋狀金屬織物在該組件中的安排使得所述的頂點(diǎn)指向與該通流孔道方向橫切的方向。
文檔編號(hào)B01D53/86GK1123009SQ9419210
公開日1996年5月22日 申請(qǐng)日期1994年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月14日
發(fā)明者K·A·J·發(fā)爾克 申請(qǐng)人:過濾產(chǎn)品有限公司