專利名稱：催化劑承載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及催化轉(zhuǎn)化器所用的承載裝置。
在內(nèi)燃機(jī)排氣系統(tǒng)中用于支承催化劑的基片主要是陶瓷材料片。然而近年來(lái)，金屬基片已被大量采用。金屬基片的優(yōu)點(diǎn)，在于它比陶瓷基片更迅速地達(dá)到工作溫度，相應(yīng)地，在啟始工作后的較早階段開始其廢氣凈化功能，這是最重要的性能。另外，金屬基片是更有效的熱導(dǎo)體，因此，它可更迅速地受熱，且局部過熱的危險(xiǎn)性也就減小了。而且，金屬基片比陶瓷基片承受更高的溫度。
所謂金屬單片作為支承催化劑的承載裝置而被采用。這些單片由最好是不銹鋼的金屬薄片構(gòu)成，是由平坦構(gòu)形的金屬薄片與波紋構(gòu)形的金屬薄片交替纏繞成卷制成的，從而形成穿透催化體的通流管。薄片的厚度小得通常僅為0.05nm。催化體包括一層金屬包復(fù)層，它形成一層外殼，圍繞著所接觸的單片。包復(fù)層的厚度可為大約1至1.6mm。
當(dāng)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行期間熱廢氣流經(jīng)單片時(shí)，薄的承載件薄片迅速受熱。通常，溫度迅速達(dá)到500至800℃。在有些類型的內(nèi)燃機(jī)中，溫度可升至1100至1200℃之間。一旦內(nèi)燃機(jī)停運(yùn)時(shí)，催化體的溫度迅速降至外界溫度的程度。
溫度反復(fù)變化，形成了一個(gè)影響催化體長(zhǎng)期使用壽命的問題。單片中那些迅速受熱的薄片，也迅速膨脹。貼靠著單片而不與廢氣緊密接觸的那層材料厚度較大的周圍外殼，以較慢的速度受熱及膨脹。因此，在受熱時(shí)，外殼防止單片擴(kuò)張，這樣會(huì)形成相當(dāng)大的致使單片變形的徑向壓力。當(dāng)達(dá)到上述高溫程度時(shí)，金屬的強(qiáng)度也會(huì)大大降低，通常降至其在室溫下強(qiáng)度的約10％，這會(huì)加劇變形并減短單片的壽命。
但內(nèi)燃機(jī)停運(yùn)且廢氣冷卻下來(lái)時(shí)，相反的現(xiàn)象發(fā)生了，即單片的薄片冷卻速度快于那層較厚的周圍外殼。因而，在單片的最外部與那層包復(fù)層之間，產(chǎn)生了相當(dāng)大的張力。
由于上述各種原因，就涉及到金屬單片在其外殼內(nèi)如何附接的很多問題。已有人就此提出并測(cè)試過不同的一些解決辦法，但通常收效甚微。也有人開發(fā)了一些行之有效的構(gòu)造，例如一家德國(guó)公司Emitec GmbH就開發(fā)過，但這些構(gòu)造比較復(fù)雜而且昂貴。所有這些在先工藝解決辦法的一個(gè)共同特征是，其中用于單片的不同金屬薄片層，是靠軟焊而相互連接的，而最外面那層薄片則軟焊在那層周圍外殼上。
本發(fā)明提供一種簡(jiǎn)便、可靠而經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的解決穩(wěn)固問題的方法。該辦法對(duì)于按上述方式軟焊在一起的金屬單片及不用軟焊而以某種其他方式把金屬單片連接在一起，均有作用。該附接方法的特征性能，表述在隨附的權(quán)利要求中。
下面，參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。這些附圖中

圖1是穿過催化體而繪制的縱向剖面局部示意圖；圖2是穿過催化體而繪制的相似縱向剖面圖，顯示一個(gè)符合本發(fā)明的附接裝置改進(jìn)品；以及圖3是符合本發(fā)明的附接裝置的一部分放大視圖。
圖1顯示發(fā)明標(biāo)的物的基本設(shè)計(jì)方案。催化體1包括一層圍封著所謂單片3的金屬外殼2。單片則由承載件構(gòu)成，這些承載件設(shè)計(jì)得支承著催化劑，并且，由一些安排得使平坦構(gòu)形的金屬薄片4與波紋構(gòu)形的金屬薄片交替而螺旋纏繞的金屬薄片構(gòu)成，以便形成穿通催化體1的通流管5。單片3的寬度或直徑，微小于外殼2的內(nèi)寬。相應(yīng)地，在外殼2與單片3之間形成空隙6，其大小依不同的溫度范圍而變化。
按照本發(fā)明，外殼2具有至少一個(gè)條狀凹陷部7，按附圖所示實(shí)施例是有兩個(gè)這樣的凹陷部，因而，在對(duì)著該凹陷部的區(qū)域，單片周圍的空隙6就消除了。沿著這些凹陷部7，外殼2與單片3最好僅在被隔開的間隔8處，例如以軟焊或焊接方式互相連接。
在單片3被流經(jīng)它的廢氣加熱時(shí)，單片3膨脹得比外殼2快，這部分是由于單片3與熱廢氣接觸較緊密，部分是由于外殼2的材料較厚的緣故。除了在單片3最外面的薄片4發(fā)生某種變形的凹陷7區(qū)域之外，此時(shí)基本上無(wú)妨礙地發(fā)生膨脹。因而，沿著單片3主要表面部分，不會(huì)產(chǎn)生壓力。當(dāng)外殼與單片3再度冷卻時(shí)，單片3可再度收縮，從而空隙6再度擴(kuò)開。
由于單片3在凹陷部7區(qū)域內(nèi)僅遭受少量的局部變形，且可以到處自由地膨脹與收縮，催化體1比起迄今所可能的來(lái)，可以在不受損傷的情況下長(zhǎng)期起作用，從而增加了其使用壽命。
可以省略為把一片或一些最外層的薄片4，沿著整個(gè)薄片的長(zhǎng)度，連接在緊挨在其之內(nèi)的薄片上，而不是一片接一片地連接在橫向離開附接點(diǎn)8的一些點(diǎn)上，來(lái)達(dá)到進(jìn)一步的改進(jìn)。當(dāng)單片3冷卻下來(lái)隨之收縮時(shí)，由于最外層薄片互相連接點(diǎn)之間的最外層薄片4被賦予的彈性，在附接點(diǎn)8處不會(huì)有多大的張力。
圖2與圖3顯示符合本發(fā)明的附接方式的改進(jìn)型。在此情況下，排氣管9用作外殼。根據(jù)這個(gè)改進(jìn)方式，單片3的每一端帶有一個(gè)圓環(huán)10，該環(huán)突出得在其相關(guān)的單片端部外，并被接在排氣管9上。環(huán)10最好按圖1所示實(shí)施例相同的方式，在分離的間隔12處，附接著單片3。環(huán)10跨越過排氣管9與單片3之間形成的空隙11，因此，單片一旦受熱與冷卻時(shí)，就被賦予一個(gè)供膨脹與收縮的比較自由的空間，同時(shí)，它還在排氣管9之內(nèi)被牢固地連接著。
本發(fā)明并不限于所顯示與說(shuō)明的幾個(gè)實(shí)施例，而是可在隨附權(quán)利要求的范圍內(nèi)以多種方式做修改。例如，可在外殼2與單片3之間插入一個(gè)或幾個(gè)插入物，而不是在外殼中形成凹陷部7，來(lái)消去空隙6。
權(quán)利要求
1.催化轉(zhuǎn)化器所用的承載裝置，包括一個(gè)由設(shè)計(jì)來(lái)支承催化劑的支承件單片(3)以及材料厚度超過金屬薄片(4)厚度并圍封著單片(3)的金屬外殼(2)構(gòu)成的催化體(1)，該承載件由一些交替疊加而螺旋纏繞成穿通催化體(1)的通流管(5)的平坦構(gòu)形金屬薄片與波紋構(gòu)形金屬薄片(4)構(gòu)成，該承載裝置的特征在于外殼(2、9)的內(nèi)寬超過單片(3)的內(nèi)寬從而在外殼(2、9)與單片(3)之間形成空隙(6、11)，還在于上述空隙(6、11)至少在圍著單片(3)的周邊伸展部分(7、10)區(qū)域內(nèi)被跨越，該單片(3)被沿著該部分(7、10)附接在殼(2、9)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于空隙(6)在上述部分(7)內(nèi)被外殼(2)的徑向凹陷部跨越。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于在上述部分(7)區(qū)域內(nèi)，單片(3)僅在周邊上圍著單片的一些點(diǎn)(8)中被附接在外殼(2)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于單片(3)形成于在單片(3)與外殼(9)之間跨越并附接在外殼(9)上的一個(gè)周邊圓環(huán)(10)的每一端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于環(huán)(10)僅在沿著單片周邊的一些點(diǎn)(12)上被附接在單片(3)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及催化轉(zhuǎn)化器所用的承載裝置,它包括一個(gè)由設(shè)計(jì)來(lái)支承催化劑的支承件單片(3)以及一個(gè)圍封著單片(3)的金屬外殼(2、9)構(gòu)成的催化體(1)。外殼(2、9)的內(nèi)寬超過單片(3)的內(nèi)寬,從而在外殼(2、9)與單片(3)之間形成空隙(6、11)。這個(gè)空隙(6、11)至少在圍著單片(3)的周邊伸展部分(7、10)區(qū)域內(nèi)被跨越,單片(3)被沿著該部分(7、10)附接在外殼(2、9)上。
文檔編號(hào)F01N3/28GK1182468SQ9619351
公開日1998年5月20日 申請(qǐng)日期1996年4月18日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月27日
發(fā)明者斯文·M·尼爾森 申請(qǐng)人:斯文·M·尼爾森