專利名稱：帶有外露熱輻射面的催化劑載體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有權(quán)利要求1前序內(nèi)容所述特征的催化劑載體及其制造方法。
公知的催化劑載體通常卷繞、編繞成圓柱體或者鋪覆或疊堆成其他形狀的物體。其自身蜂窩狀的矩陣體結(jié)構(gòu)這樣實現(xiàn)，基本上平滑的板層與波浪狀板層或線材或線材格網(wǎng)交替地相互卷繞、相互編繞或相互疊堆。通過相互卷繞或相互卷繞的板層產(chǎn)生的基本上圓柱形的物體具有大量的通流通道，在通道的內(nèi)表面涂覆實現(xiàn)催化反應(yīng)的物質(zhì)。催化反應(yīng)釋放出熱量，使得在各自通道中析出的能量傳遞到對應(yīng)的各相鄰?fù)ǖ?。因此位于矩陣體中間的通道比直接位于周邊或排流側(cè)的通道更劇烈地被加熱，通過通道將熱量輻射到外界或嵌有催化劑載體的排氣系統(tǒng)。
在EP 0 121 175 B1中描述了一種催化劑載體，該載體由圓錐形螺旋狀卷繞的帶鋼制成。帶材寬度與螺旋螺距或催化劑載體矩陣體直徑的比例這樣來選擇，使得沒有一個卷筒橫截面與所有的鋼帶板層相交。這意味著，這樣產(chǎn)生的空心圓錐載體的軸向長度大于鋼帶兩倍的寬度。如此構(gòu)成的矩陣體這樣安裝進(jìn)催化劑里面，使通過圓錐狀矩陣體的外露錐尖實現(xiàn)入流。如此構(gòu)成的矩陣體在延伸自由度方面具有很大的彈性。缺點是，由于在背向流動方向一側(cè)的板層的各個截段將能量基本上完全發(fā)散在各相鄰的板層里，因此在矩陣體中發(fā)生的散熱反應(yīng)所析出的能量長時間滯留在催化劑載體各自的板層里。因此矩陣體在局部范圍遭受到很高的溫度，這最終有可能導(dǎo)致至少是載體的局部過熱。
因此本發(fā)明的目的在于，創(chuàng)造一種催化劑載體及其制造方法，這種載體在各矩陣體板層具有改善的熱輻射特性。
這個目的通過具有權(quán)利要求1特征的催化劑載體以及通過具有權(quán)利要求11或12特征的這種催化劑載體的制造方法而實現(xiàn)。
適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)在那些從屬的權(quán)利要求中闡明。
按照本發(fā)明的用于內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)，尤其是汽車排氣系統(tǒng)的催化劑載體由矩陣體所組成，矩陣體由至少部分制有凹凸結(jié)構(gòu)的薄材料板層所組成。在此這些板層被卷繞、編繞或疊堆成捆束，使得在矩陣體的內(nèi)部存在大量用于廢氣環(huán)流的催化劑面。優(yōu)選設(shè)置在一個外殼里面的矩陣體在通流方向上具有入流面和排流面。按照本發(fā)明矩陣體至少在其排流面的中心區(qū)域上具有一個向前凸起的外形，這個外形由各催化劑面的端部部位相互間錯開地設(shè)置而構(gòu)成。由此使矩陣體至少在其中心區(qū)域上具有外露的、通過向外朝著催化劑載體周邊的其它催化劑面不被遮蓋的排流側(cè)的催化劑面的前緣區(qū)。按照本發(fā)明這個外露的催化劑面的前緣區(qū)指向催化劑載體的周邊方向，即它們是向外指向的。對于“向外指向”在這種情況下可以理解為從一個假想的、在通流方向上延伸的催化劑載體軸線方向指向向著外部周邊的或者外殼(如果存在的話)的方向。為了改善熱輻射至少在排流面中心區(qū)域上具有盡可能大的前緣區(qū)是有優(yōu)點的。
這種結(jié)構(gòu)的矩陣體的一個主要優(yōu)點在于，通過向外指向的外露的催化劑面的前緣區(qū)使由于散熱反應(yīng)在催化劑載體內(nèi)部析出的能量直接發(fā)散到外界，即排氣系統(tǒng)的范圍里，這個范圍不是催化劑載體的組成部分。因此將避免由于散熱反應(yīng)由催化劑面接受的能量完全發(fā)散到相鄰的催化劑面。相鄰板層的催化劑面的前緣區(qū)錯開得越多，即外露的催化劑面的前緣區(qū)越大，沒有發(fā)散到相鄰催化劑面的能量部分，即直接輻射到外界的能量部分就越多。
矩陣體最好由至少部分制成凹凸花紋的薄板板層卷繞、編繞或疊堆成蜂窩狀，以便形成大量的氣體通流通道，其通道壁為催化劑面。
按照實施例排流面的前緣區(qū)具有一個基本上從矩陣體周邊方向向著軸線，即向著中心延伸的、至少部分凹入的曲率，使得在催化劑載體軸線區(qū)域上構(gòu)成在中央部位上的指狀凸起。這種形式構(gòu)成的向前凸起的外形的優(yōu)點在于，通道壁前緣區(qū)越靠近催化劑載體軸線設(shè)置，前緣區(qū)相對錯開的就越多。最終由于承受在催化劑載體中進(jìn)行催化反應(yīng)而產(chǎn)生的最強烈的能量并因此來保證在較大前緣區(qū)的情況下改善的熱輻射。
按照本發(fā)明的另一個實施例，向前凸起的外形通過一個基本上從矩陣體周邊向著中心催化劑載體軸線方向延伸的、至少部分凸起的曲率而構(gòu)成。當(dāng)這個凸起的曲率基本上連續(xù)時，通過這個凸起的曲率產(chǎn)生一個催化劑載體排流面穹頂式的外翻。特別是向前凸起的外形做成拋物體、半球體或橢圓體的一部分。
但是按照本發(fā)明的另一個實施例，還可以實現(xiàn)排流面的向前凸起的外形通過凸起與凹入的曲率段構(gòu)成。從催化劑載體周邊向著中心軸線方向變化的排流面曲率最好這樣構(gòu)成，在由于散熱反應(yīng)產(chǎn)生局部溫度尖峰的催化劑載體位置上，通過在這個局部溫度尖峰位置上的通道壁的前緣區(qū)比其它部位更加強烈地相互錯開的方法，可以增加散熱量。
按照本發(fā)明的另一實施例，排流面向前凸起的外形至少部分地做成錐形或截錐形。但是排流面也可以由多個不同的錐形和/或截錐形段組合而成。
按照本發(fā)明的另一實施例，催化劑載體的蜂窩狀矩陣體是可伸縮的，使得入流面基本上與排流面的向前凸起的外形形狀全等。這意味著，在入流側(cè)具有外露的、通過朝著催化劑載體周邊的其它通道壁不被遮蓋的通道壁的前緣區(qū)，這些通道壁指向催化劑載體的內(nèi)部方向，即指向軸線方向。
優(yōu)選外露的通道壁的前緣區(qū)至少在排流面的局部區(qū)域上，并根據(jù)伸縮性的強弱，具有通道長度55％至90％的大小或長度。這意味著，一方面通道長度的多一半存在外露的側(cè)壁，并因此存在足夠大的、向外朝著催化劑載體周邊方向的矩陣體熱量發(fā)散面。尤其是矩陣體中心區(qū)域上的伸縮性應(yīng)選擇盡可能大。相鄰?fù)ǖ辣谙嗷ゴ罱映叽绲拇笮∵@樣來選擇，使矩陣體本身具有足夠的強度并相對于熱負(fù)荷具有相應(yīng)的膨脹性。
排流面的中心區(qū)域最好為5％至35％。對于“中心區(qū)域”在此理解為設(shè)置在矩陣體通流軸線區(qū)域里面的矩陣體區(qū)域。尤其是設(shè)置在催化劑載體通流軸線區(qū)域上的各通道的伸縮部位遭受最大的熱負(fù)荷，因此按照這個優(yōu)選的實施例需要最大的熱輻射面，即最大的外露通道壁前緣區(qū)。
構(gòu)成催化劑載體蜂窩狀矩陣體的各板層最好相互間是不連接的。由此可以使這種按照本發(fā)明的催化劑載體的安裝關(guān)系存在相應(yīng)的伸縮性。這種催化劑載體也被稱為廉價催化劑載體或B催化劑載體。
按照本發(fā)明的另一個方面提出對制造上述催化劑載體方法的權(quán)利要求，在這種催化劑載體中，帶有大量廢氣通流通道的蜂窩狀矩陣體由至少部分制有凹凸花紋的構(gòu)成通道壁的薄材料板層這樣來卷繞、編繞或疊堆成帶具有凸起形狀的排流面的板垛，使得至少在其中心區(qū)域上、通過向外朝著催化劑載體周邊的其它通道壁、構(gòu)成外露的沒有被遮蓋的通道壁的前緣區(qū)，由此提高向外朝著催化劑載體周邊方向上的熱輻射。這種按照本發(fā)明的催化劑載體例如可以這樣來制造，各個板層具有變化的寬度，使得例如在卷繞時產(chǎn)生蜂窩狀矩陣體，該矩陣體具有基本上為平面的入流面，但是在排流面上各通道壁的前緣區(qū)相互間這樣來錯開，使設(shè)置在中心、即蜂窩狀矩陣體中心區(qū)域上的通道的前緣區(qū)由假定的排出平面最大可能地突出出來。
按照本發(fā)明的另一個方面創(chuàng)造一種制造這種催化劑載體的方法，在這種催化劑載體中，帶有大量廢氣通流通道的蜂窩狀矩陣體由至少部分制有凹凸花紋的構(gòu)成通道壁的薄材料板層這樣來卷繞、編繞或疊堆成具有基本上平行的入流面和排流面的板垛，在此矩陣體接著被伸縮，使得產(chǎn)生帶有向前凸起的外形的排流面，在這種外形中至少在其中心區(qū)形成通過向外朝著催化劑載體周邊的其它通道壁、外露的沒有被遮蓋的通道壁的前緣區(qū)，由此提高向外朝著催化劑載體周邊方向上的熱輻射。對于“伸縮”在這種情況下可以理解為，由蜂窩狀矩陣體構(gòu)成的各板層在通流方向上這樣相對移動，使設(shè)置在矩陣體中間部位的通道壁由假定的矩陣體排出平面比相應(yīng)的、靠近矩陣體體周邊設(shè)置的通道壁最好更為強烈地突出出來。
按照一個實施例，板層在其接觸點或接觸面上既可以在卷繞后也可以在伸縮后被釬焊。但是尤其是對于廉價催化劑載體釬焊工序也可以省去。
現(xiàn)在根據(jù)實施例參照附圖來詳細(xì)闡述本發(fā)明其它的優(yōu)點、特征和應(yīng)用可能性，在此

圖1根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)成圓柱形催化劑載體的側(cè)視圖，圖2垂直于圖1所示催化劑載體通流方向的橫截面圖，圖3按照本發(fā)明的催化劑載體的矩陣體排流面上的向前凸起的外形結(jié)構(gòu)的實施例a，b，c，d，e圖。
在圖1中畫出了通常公知的、基本上為圓柱體形狀的催化劑載體的側(cè)視圖。催化劑載體具有帶有入流面3的蜂窩狀矩陣體1，要被催化凈化的、用箭頭表示的廢氣流進(jìn)入此入流面，催化劑載體還具有排流面4和周邊2。在周邊2上存在包圍自身蜂窩狀矩陣體1的外殼。
在圖2中畫出了通過用A-A表示的截切平面的催化劑載體的橫截面圖。外殼2包圍蜂窩狀矩陣體，矩陣體通過基本上平滑的板層6與波浪狀板層7的交替地卷繞實現(xiàn)自身的蜂窩結(jié)構(gòu)，在此波浪狀板層7內(nèi)的中間空隙是可流通的通道5。由此在蜂窩狀矩陣體1里構(gòu)成大量這種形式的可通流通道。
在圖3中畫出了催化劑載體矩陣體1的排流面4向前凸起的外形結(jié)構(gòu)的不同實施例。在圖3中實施例a左側(cè)畫出的箭頭表示通流方向。按照實施例a，向前凸起的外形具有一個從矩陣體1周邊向中心在催化劑載體縱軸方向上延伸的連續(xù)的凹入曲率。連續(xù)的凹入曲率在催化劑載體縱軸區(qū)域上構(gòu)成指狀凸起。在圍繞催化劑載體縱軸的中心區(qū)域上各通道壁9在排流側(cè)比在邊緣部位、即矩陣體1的周邊2區(qū)域上更加強烈地相對錯開。因此排流面4的曲率表示一種程度，它體現(xiàn)了矩陣體1的相互間相鄰設(shè)置的通道壁9的錯位。這種錯位越強烈，向外指向催化劑載體周邊方向上的外露的通道壁9的前緣區(qū)8就越大。
在圖3中的實施例b中催化劑載體矩陣體1的排流面4向前凸起的外形的外輪廓由連續(xù)的凸起曲率構(gòu)成。由此產(chǎn)生穹頂狀結(jié)構(gòu)的排流面4，對于這種排流面各通道5越靠近矩陣體1周邊設(shè)置，向外指向的通道壁9的前緣區(qū)8就越大。
圖3中的實施例c，d，e畫出了矩陣體1的排流面4向前凸起的外形，這些形狀由錐形(實施例c)、截錐形(實施例d)以及由截錐形截段與錐形塊組合(實施例e)而構(gòu)成。對于各實施例c，d，e排流面的主要部分構(gòu)成向前凸起的外形，該外形構(gòu)成向外指向的外露的通道壁9的前緣區(qū)8。
在圖3中還明確畫出了實施例c的排流面錐形尖部的局部放大圖，各板層這樣卷繞或這樣相對移動，使得各由基本上平滑的板層6與波浪狀板層7構(gòu)成的完整的板層具有向外指向的、即指向矩陣體1周邊方向的、外露的前緣區(qū)8，通過板層構(gòu)成帶有各自通道壁9的通道5。這種外露的前緣區(qū)能夠改善由矩陣體1里排出的熱輻射，而不會使各通道壁9的熱量發(fā)散到緊鄰的通道壁9。
圖3中的實施例a，b，c，d，e畫出的僅僅是示例。向前凸起的外形還可以由多個錐形和/或截錐形截段組合而成。向前凸起的外形也可以由錐形、截錐形和彎曲形組合而成。最好構(gòu)成蜂窩狀矩陣體1的各板層相互間不釬焊。由此可以使基本上圓柱形卷繞的催化劑載體伸縮成所需的排流面4的外形。
但是卷繞成矩陣體的板層6，7也可以具有不同的寬度，使得對應(yīng)于板層6，7寬度的變化產(chǎn)生所需的排流面4向前凸起的外形。根據(jù)使用情況各板層的接觸點或接觸面相互釬焊。
權(quán)利要求
1．用于內(nèi)燃機排氣系統(tǒng)、尤其是汽車排氣系統(tǒng)的催化劑載體，帶有一矩陣體(1)，該矩陣體具有大量用于廢氣環(huán)流的催化劑表面(5)和廢氣入流面(3)及排流面(4)，其特征為，排流面具有這樣的外形，它至少在其中心區(qū)域里具有外露的、通過向外朝著催化劑載體周邊(2)的其它催化劑表面(9)不被遮蓋的催化劑表面(9)的前緣區(qū)(8)，由此提高向外的熱輻射。
2．如權(quán)利要求1的催化劑載體，其特征為，矩陣體(1)由至少部分制有凹凸紋路的薄材料板層(6，7)卷繞、編繞或疊堆成蜂窩狀，其催化劑表面構(gòu)成大量用于廢氣的帶有通道壁(9)的可流通通道(5)。
3．如權(quán)利要求1或2的催化劑載體，其特征為，凸起的外形通過一個基本上從矩陣體(1)周邊向中心延伸的、在矩陣體(1)中央?yún)^(qū)域帶有指狀凸起的至少部分凹入的曲率而構(gòu)成。
4．如權(quán)利要求1或2的催化劑載體，其特征為，凸起的外形通過一個基本上從矩陣體(1)周邊向中心延伸的、至少部分凸起的曲率而構(gòu)成。
5．如權(quán)利要求4的催化劑載體，其特征為，凸起的外形由拋物體、半球體或橢圓體的一部分而構(gòu)成。
6．如權(quán)利要求3或4的催化劑載體，其特征為，凸起的外形由凸起的與凹入的曲率段構(gòu)成。
7．如權(quán)利要求1或2的催化劑載體，其特征為，凸起的外形至少局部構(gòu)成錐形或截錐形。
8．如權(quán)利要求2至7之一的催化劑載體，其特征為，入流面(3)以與排流面(4)向前凸起的外形基本全等的形狀這樣來構(gòu)成，使得存在外露的、通過朝著催化劑載體周邊(2)的其它通道壁不被遮蓋的入流側(cè)的通道(5)的前緣區(qū)，前緣區(qū)在方向上指向催化劑載體的中心。
9．如權(quán)利要求8的催化劑載體，其特征為，外露的前緣區(qū)(8)至少在排流面(4)局部范圍里占據(jù)通道長度的55％至90％。
10．如權(quán)利要求1至9之一的催化劑載體，其特征為，排流面(4)的中心區(qū)域為5％至35％。
11．用于制造催化劑載體的方法，在這種催化劑載體中，帶有大量廢氣通流通道的蜂窩狀矩陣體由至少部分制有凹凸紋路的、構(gòu)成通道的薄材料板層這樣卷繞、編繞或疊堆成帶有向前凸起的外形的排流面的板垛，使得至少在其中心外露的、通過向外朝著催化劑載體周邊的其它通道壁構(gòu)成不被遮蓋的通道壁的前緣區(qū)，由此提高向外的熱輻射。
12．用于制造催化劑載體的方法，在這種催化劑載體中，帶有大量廢氣通流通道的蜂窩狀矩陣體由至少部分制有凹凸紋路的、構(gòu)成通道的薄材料板層卷繞、編繞或疊堆成具有基本上平行的入流面和排流面的板垛，接著為了實現(xiàn)帶有向前凸起的外形的排流面矩陣體這樣伸縮，使得至少在其中心外露的、通過向外朝著催化劑載體周邊的其它通道壁構(gòu)成不被遮蓋的通道壁的前緣區(qū)，由此提高向外的熱輻射。
13．如權(quán)利要求11或12的方法，在這些方法中材料板層在其接觸點或接觸面上被釬焊。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種催化劑載體和用于制造這種載體的方法。催化劑載體用于內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng),尤其是汽車的排氣系統(tǒng),催化劑載體具有矩陣體(1),它最好由至少部分制有凹凸紋路的薄材料層卷繞、編繞或疊堆而成。矩陣體(1)具有大量用于廢氣環(huán)流的催化劑面(5)以及入流面(3)和排流面(4)。按照本發(fā)明的矩陣體至少在其中心區(qū)域上具有外露的、通過向外朝著催化劑載體周邊(2)的其它催化劑表面(9)不被遮蓋的催化劑表面(9)的前緣區(qū)(8)。由此構(gòu)成向外外露的熱輻射面,通過這種輻射面來保證改善催化劑載體向外界或排氣系統(tǒng)中的散熱。
文檔編號B01J35/04GK1282400SQ98812463
公開日2001年1月31日 申請日期1998年11月4日 優(yōu)先權(quán)日1997年11月7日
發(fā)明者羅伯特·迪瓦爾德, 羅爾夫·布呂克 申請人:發(fā)射技術(shù)有限公司