Подложка для металлического катализатора большой мощности и использующий ее каталитический конвертер - RU2598030C2
Код документа: RU2598030C2
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к подложке для металлического катализатора большой мощности и использующему ее каталитическому конвертеру. Точнее, это изобретение касается подложки для металлического катализатора большой мощности и использующего ее каталитического конвертера, где несколько единичных блоков подложки катализатора имеют удобную форму для эффективной сборки, которая применяется в каталитическом конвертере, требующемся для обработки большого количества выхлопного газа такого происхождения, как большие суда или заводы, использующие много крупномасштабных двигателей внутреннего сгорания, или большие пищеперерабатывающие устройства, чтобы, таким образом, легко собирать единичные блоки подложки катализатора в крупномасштабную сборную структуру.
Автомобили и суда вырабатывают энергию, необходимую для их работы, из ископаемого топлива, такого как бензин или дизельное топливо, при этом производя выхлопной газ, такой как окись углерода и оксиды азота, вредные для человеческого организма из-за неполного сгорания топлива. Точнее, автомобили и суда содержат множество устройств в соответствующих узлах и компонентах, которые производят опасный из-за неполного сгорания топлива выхлопной газ - камера сгорания, где происходит сгорание топлива типа бензина или дизельного топлива, система воздухозаборника, где происходит смешение воздуха и топлива, и выхлопная система, которая обезвреживает выхлопной газ, чтобы тем самым максимально уменьшить его количество.
Таким образом, между выхлопной трубой, через которую выходит выхлопной газ, и внешней средой помещается и используется каталитический конвертер для удаления вредных компонентов из выхлопного газа. Каталитический конвертер включает катализатор окисления, чтобы окислять угарный газ (моноксид углерода CO) и углеводороды (УВ) в выхлопном газе до углекислого газа (CO2) и воды (H2O), и катализатор восстановления, который восстанавливает соединения азота (NOx) до азота (N2). Чтобы отвечать таким требованиям, как требуемая для реакции температура и время прохождения выхлопного газа, эффективная область каталитического конвертера становится большой и, кроме того, подложка катализатора на поверхности, к которой присоединены частицы катализатора, монтируется в кожухе.
Кроме того, подложка катализатора имеет сотовидную структуру, состоящую из покрытых катализатором прямоугольных или шестиугольных ячеек, вызывающих реакции окисления и восстановления вредных компонентов выхлопного газа.
Таким образом, выхлопной газ, поступающий внутрь кожуха через входной патрубок, вступает в каталитическую реакцию с участием катализатора, покрывающего подложку, и затем уходит в выхлопной патрубок.
Пример подложки катализатора сотовидной структуры раскрывается в корейской патентной заявке №527970 (фиг. 1 и 2).
Катализаторные подложки 1а и 1b образованы соответственно из ячеек 4а и 4b, имеющих прямоугольную ячеистую структуру (фиг. 1) или шестиугольную ячеистую структуру (фиг. 2). Каждая ячейка 4а или 4b образует сквозное отверстие (3a или 3b соответственно). Слой катализатора, такого как глинозем (например, Al2O3 и т.п.), содержащий драгоценные металлы, наносится между ячейкой 4а и ее стенкой 2а и между ячейкой 4b и ее стенкой 2b. Катализаторные подложки 1а и 1b обеспечивают реакцию окисления-восстановления выхлопного газа катализатором в слое его покрытия, тем самым выполняя функцию удаления вредных компонентов из выхлопного газа.
Каталитическая подложка для автомобилей изготавливается из керамической интегрированной ячеистой структуры с круглой ячеистой формой, чтобы таким образом получить однородное распределение слоя покрытия, и с малой вертикальной высотой между линиями ячеек, тем самым увеличивая плотность ячеистости. Таким образом, гарантируются необходимые условия реакции с достаточным контактом между подложкой катализатора и выхлопным газом, чтобы повысить полную эффективность очистки последнего в каталитическом конвертере.
Однако так как каталитическая подложка для автомобилей производится экструзией, когда керамическое сырье подается в экструдер и выдавливается из формы, преобразуясь в континуум с поперечным сечением сотовидной формы, такую подложку трудно применить там, где необходим каталитический реактор большой мощности - для больших судов или заводов, использующих много больших двигателей.
Кроме того, устройство очистки выхлопного газа дизеля, изготавливаемое экструзией высокотвердого материала (например, карбида кремния SiC), такое как дизельный фильтр сажи для использования в дизельных двигателях, является дорогостоящим, форма вытеснения недолговечна, и нужно иметь много форм в зависимости от типов продуктов массового производства.
Кроме того, подложка катализатора, раскрытая в корейской патентной заявке №527970, имеет цилиндрический внешний корпус независимо от ячеистой структуры. Таким образом, несколько катализаторных подложек не смогут быть легко состыкованы поперечно для объединения их в сборную структуру большой емкости.
Согласно описанной выше обычной практике были предприняты попытки объединения нескольких цилиндрических единичных блоков подложки катализатора из керамической структуры для получения подложки катализатора большой емкости, но, как говорилось выше, изготовить такую подложку было трудно.
Кроме того, когда подложки катализатора металлические, легко изготовить их 30 см или меньше в диаметре, но трудно изготовить подложки катализатора более 30 см в диаметре.
В частности, в 1973 г. Международная морская организация (IMO) приняла Международную конвенцию по предотвращению загрязнения моря судами (МАРПОЛ). Соответствующая Программа регулирования оксидов азота в выхлопах морских машин декларирует, что содержание оксидов азота (NOx) в выхлопах должно уменьшиться на 20% по сравнению с их количеством в 1973 г. в Периоде II, начинающемся с 2011 г., и уменьшиться на 80% в Периоде III, начинающемся с 2016 г. Для справки: Международная морская организация (IMO) - одно из специализированных учреждений ООН, которая на международном уровне координирует маршруты судов, правила движения, портовые сооружения и т.д. В результате производители крупных судов с большими двигателями проводили и продолжают проводить активные исследования для создания каталитического конвертера большой мощности для нейтрализации оксидов азота, содержащихся в выхлопном газе.
Поэтому требуется, чтобы каталитический конвертер имел структуру, которая позволяла бы изготавливать его из малых структур, соединяя их в структуру большой мощности, для обработки большого объема выхлопного газа больших судов или заводов, использующих много крупномасштабных двигателей внутреннего сгорания или большие пищеперерабатывающие устройства.
Для решения обозначенных проблем целью данного изобретения является разработка металлической подложки катализатора большой мощности и использующего ее каталитического конвертера, где единичные блоки подложки катализатора спроектированы для эффективной сборки с применением в каталитическом конвертере, требующемся для обработки большого объема выхлопного газа (от больших судов или заводов, использующих много крупных двигателей внутреннего сгорания или большие пищеперерабатывающие устройства), чтобы тем самым легко собирать единичные блоки подложки катализатора в крупномасштабную сборную структуру.
Другая цель данного изобретения - обеспечить металлическую подложку катализатора большой мощности и использующий ее каталитический конвертер, в котором собираются единичные блоки подложки катализатора, изготовленные из тонких металлических пластин (для легкости производства), чтобы тем самым упростить производственный процесс и удешевить производство.
Чтобы достигнуть поставленной цели, согласно одному аспекту данного изобретения, заявляется подложка катализатора большой мощности, включающая:
Несколько единичных блоков подложки катализатора, в которых ячеистые тела, образованные из ряда полых ячеек, выровнены в продольном направлении, сложены и помещены в многоугольный корпус, причем катализатор покрывает поверхности полых ячеек; и
Несколько сборочных элементов, каждый для фиксации пары смежных сторон, которые взаимно контактируют между сложенными единичными блоками подложки катализатора.
Предпочтительно, но не обязательно, каждый сборочный элемент включает:
верхнюю часть, выполненную в Т-образной форме, на обеих сторонах одного конца которой продольно сформирована пара первых выступов, образующая пару первых углублений;
нижнюю часть, выполненную в Т-образной форме, на обеих сторонах одного конца которой продольно сформирована пара вторых выступов, образующих пару вторых углублений; и
фиксирующий элемент для фиксации верхней и нижней частей.
Предпочтительно, но не обязательно, каждый сборочный элемент включает:
верхнюю часть, на обеих сторонах одного конца которой продольно сформирована пара первых выступов, образующих первое углубление, в которое вставляется одна сторона одной подложки;
нижнюю часть, на обеих сторонах одного конца которой продольно сформирована пара вторых выступов, образующая второе углубление, в которое вставляется одна сторона другой подложки; и
ряд штифтов, вставляющихся в углубления для штифтов, проделанные вдоль направления ширины каждой части для фиксации подложки.
Предпочтительно, но не обязательно, каждый сборочный элемент включает
верхнюю часть, в обеих сторонах одного конца которой продольно сформирована пара первых выступов, чьи внутренние поверхности скошены и образуют первое косое углубление, в которое вставляется одна сторона одной подложки; и
нижнюю часть, в обеих сторонах одного конца которой продольно сформирована пара вторых выступов, чьи внутренние поверхности скошены и образуют второе косое углубление, в которое вставляется одна сторона другой подложки.
Предпочтительно, но не обязательно, каждый сборочный элемент включает
верхнюю часть, в обеих сторонах одного конца которой продольно сформирована пара первых выступов, образуя первое углубление, в которое вставляется одна сторона одной подложки; верхняя часть имеет несколько пар первых фиксирующих выступов, которые выступают со внутренних поверхностей первых выступов и сжимают вставленную подложку; и
нижнюю часть, в обеих сторонах одного конца которой продольно сформирована пара вторых выступов, образуя второе углубление, в которое вставляется одна сторона другой подложки; нижняя часть имеет несколько пар вторых фиксирующих выступов, которые выступают со внутренних поверхностей вторых выступов и сжимают вставленную другую подложку.
Предпочтительно, но не обязательно, каждый сборочный элемент включает:
верхнюю часть, в обеих сторонах одного конца которой продольно сформирована пара первых выступов, где между первыми выступами продольно сформирован первый промежуточный выступ, образуя первое и второе углубления, в которые вставляются подложки; верхняя часть имеет первые сжимающие углубления, вогнуто сформированные на наружных поверхностях первых выступов; и
нижнюю часть, в обеих сторонах одного конца которой продольно сформирована пара вторых выступов, где между вторыми выступами продольно сформирован второй промежуточный выступ, образуя третье и четвертое углубления, в которые вставляются подложки; нижняя часть имеет вторые сжимающие углубления, вогнуто сформированные на наружных поверхностях вторых выступов.
Предпочтительно, но не обязательно, каждый сборочный элемент включает болты с гайками, вставляющиеся в отверстия смежных подложек.
Предпочтительно, но не обязательно, каждое ячеистое тело каждого единичного блока подложки катализатора включает:
центральные части, изготовленные намоткой конструкций из гофрированных и плоских пластин в форме круга, где конструкции из гофрированных и плоских пластин получены сборкой плоских пластин и волнообразных пластин, изготовленных гофрированием плоских пластин, и
несколько угловых частей, вставленных между внешней периферической поверхностью наиболее удаленной центральной части и каждой угловой частью многоугольного корпуса.
Предпочтительно, но не обязательно, каждая угловая часть образована формовкой кольцевого намотанного тела, полученного намоткой одной из конструкций из гофрированных и плоских пластин.
Предпочтительно, но не обязательно, каждое ячеистое тело каждого единичного блока подложки катализатора получено намоткой одной из конструкций из гофрированных и плоских пластин по форме многоугольного корпуса.
Предпочтительно, но не обязательно, каждое ячеистое тело каждого единичного блока подложки катализатора получено складыванием конструкций из гофрированных и плоских пластин сегментного типа, соответствующих длине одной стороны многоугольного корпуса, и помещением сложенных стопкой конструкций из гофрированных и плоских пластин в многоугольный корпус.
Предпочтительно, но не обязательно, каждое ячеистое тело каждого единичного блока подложки катализатора получено поочередным складыванием конструкций из гофрированных и плоских пластин сегментного типа под наклоном и поочередным помещением складываемых конструкций из гофрированных и плоских пластин в многоугольный корпус.
Предпочтительно, но не обязательно, каждое ячеистое тело и многоугольный корпус имеют форму (любую из) шестиугольников, прямоугольников, треугольников или пятиугольников.
Предпочтительно, но не обязательно, каждое ячеистое тело каждого единичного блока подложки катализатора получено нанесением покрытия одним или более металлами, отобранными из группы, состоящей из платины, кобальта, никеля, палладия, меди, марганца и наносеребра как катализаторов, на тонкую пластину из огнеупорного сплава на основе FeCrAl.
Предпочтительно, но не обязательно, каждая из полых ячеек имеет одну форму из группы, состоящей из волнообразной формы, полусферической формы, сотовидных форм, треугольников и прямоугольников.
Согласно другому аспекту данного изобретения, заявляется также каталитический конвертер, включающий:
подложку катализатора большой мощности, включающую:
несколько единичных блоков подложки катализатора, в которых ячеистые тела образованы рядом полых ячеек, выровненных в продольном направлении и помещенных в многоугольный корпус, причем катализатор покрывает поверхности полых ячеек;
несколько сборочных элементов, каждый для фиксации пары смежных подложек, которые соединяют сложенные единичные блоки подложки катализатора; и
нагреватель.
Предпочтительно, но не обязательно, подложка катализатора большой мощности образована помещением нагревателя между подложками каждого единичного блока подложки катализатора и сборкой нагревателя с подложками в целом.
Предпочтительно, но не обязательно, нагреватель имеет поверхностный тип, передние и задние поверхности которого покрыты изолирующим материалом.
Предпочтительно, но не обязательно, нагреватель помещен в газозаборную часть подложки катализатора большой мощности и предварительно подогревается до того, как извне поступит выхлопной газ.
Как указано выше, данное изобретение позволяет изготовить каталитический конвертер из нескольких единичных блоков подложки катализатора, имеющих форму, обеспечивающую их легкую сборку.
Данное изобретение позволяет изготавливать и собирать несколько единичных блоков подложки катализатора, идентичных по форме и размеру, упрощая производственный процесс и удешевляя производство без необходимости увеличивать формующее устройство и устройство тепловой обработки подложек катализатора.
Данное изобретение применимо для больших судов с большими двигателями, в соответствии с Морской программой регулирования оксидов азота в машинных выхлопах Международной конвенции по предотвращению загрязнения моря (МАРПОЛ), принятой Международной морской организацией (IMO), чтобы тем самым предоставлять услуги очистки выхлопного газа, соответствующие международным стандартам.
Вышеописанные и другие цели и преимущества данного изобретения станут более очевидными при подробном описании его предпочтительных воплощений со ссылкой на сопровождающие рисунки:
Фиг. 1 и 2 - виды в перспективе обычных подложек катализатора;
Фиг. 3 - вид спереди единичного блока подложки катализатора согласно первому воплощению данного изобретения;
Фиг. 4 - вид в перспективе подложки катализатора большой мощности, образованной сборкой единичных блоков подложки катализатора (фиг. 3);
Фиг. 5 - вид в перспективе, показывающий сборку двух единичных блоков подложки катализатора при помощи первого сборочного элемента согласно данному изобретению;
Фиг. 6 - увеличенный вид в перспективе первого сборочного элемента (фиг. 5);
Фиг. 7 - вид в перспективе второго сборочного элемента для соединения единичных блоков подложки катализатора согласно данному изобретению;
Фиг. 8 - вид в перспективе третьего сборочного элемента для соединения единичных блоков подложки катализатора согласно данному изобретению;
Фиг. 9 - вид в перспективе четвертого сборочного элемента для соединения единичных блоков подложки катализатора согласно данному изобретению;
Фиг. 10 - вид в перспективе пятого сборочного элемента для соединения единичных блоков подложки катализатора согласно данному изобретению;
Фиг. 11 - вид спереди единичного блока подложки катализатора согласно второму воплощению данного изобретения;
Фиг. 12 - блок-схема процесса производства единичного блока подложки катализатора (фиг. 11);
Фиг. 13 - вид в перспективе подложки катализатора большой мощности, образованной сборкой единичных блоков подложки катализатора (фиг. 3);
Фиг. 14 - вид спереди единичного блока подложки катализатора согласно третьему воплощению данного изобретения;
Фиг. 15 - вид спереди единичного блока подложки катализатора согласно четвертому воплощению данного изобретения;
Фиг. 16 - вид спереди единичного блока подложки катализатора согласно пятому воплощению данного изобретения;
Фиг. 17 - вид в перспективе подложки катализатора большой мощности, собранной из единичных блоков подложки катализатора согласно воплощениям со второго по пятый данного изобретения;
Фиг. 18 - вид спереди каталитического конвертера согласно другому аспекту данного изобретения;
Фиг. 19 - блок-схема каталитического конвертера согласно другому аспекту данного изобретения.
Выше заявленные и другие цели и преимущества данного изобретения станут более очевидными при подробном описании преимущественных воплощений изобретения с опорой на сопровождающие рисунки. Соответственно, любой специалист в данной области поймет технический дух настоящего изобретения.
Однако подробное описание известных функций и структур при разборе эксплуатационных принципов преимущественных воплощений данного изобретения будет опущено во избежание любого недоразумения по сути последнего.
Далее будут описаны подложка катализатора большой мощности и использующий ее каталитический конвертер согласно различным воплощениям данного изобретения со ссылкой на сопровождающие рисунки. Цифры обозначают соответствующие элементы.
Согласно данному изобретению, несколько единичных блоков подложки катализатора имеют форму, позволяющую эффективно собирать их для каталитического конвертера для обработки большого объема выхлопного газа (на больших судах или заводах, использующих много крупномасштабных двигателей внутреннего сгорания или большие пищеперерабатывающие устройства), так что единичные блоки подложки катализатора легко собираются в крупномасштабный каталитический конвертер.
В частности, единичные блоки подложки катализатора имеют форму различных многоугольников для облегчения сборки. Здесь будут описаны шестиугольная структура как первое воплощение данного изобретения и прямоугольная структура как второе-пятое воплощения данного изобретения, это - представительные сборочные структуры.
Сначала опишем единичные блоки подложки катализатора шестиугольной структуры согласно первому воплощению данного изобретения.
Фиг. 3 - вид спереди единичного блока подложки катализатора согласно первому воплощению данного изобретения, фиг. 4 - вид в перспективе подложки катализатора большой мощности, образованной сборкой единичных блоков подложки катализатора (фиг. 3).
Подложка катализатора большой мощности 20 согласно первому воплощению данного изобретения изготавливается из ряда единичных блоков подложки катализатора 10-10f, которые сложены и собраны, как показано на фиг. 4.
В случае, когда единичные блоки подложки катализатора 10-10f собраны в стопку, желательно, чтобы структура этой стопки минимизировала пространство между блоками, которое не заполняют подложки катализатора, и минимизировала пространство в оболочке 11, которое не заполняют подложки катализатора каждого единичного блока подложки катализатора, чтобы облегчить производственный процесс.
Ниже описаны единичные блоки подложки катализатора 10-10f, использующиеся в подложке катализатора большой мощности 20. Здесь будет проиллюстрирован только один единичный блок подложки катализатора 10 (фиг. 3).
Из фиг. 3 видно, что единичный блок подложки катализатора 10 включает оболочку 11 и сотовидную структуру 17. Каждая сотовидная структура 17 образована намоткой конструкции из гофрированных и плоских пластин 16, где гофрированные пластины 12 и плоские пластины 13 являются смежными друг с другом внутри оболочки 11 и образуют множество полых ячеек 14. В этом случае каталитическим слоем покрыты поверхности гофрированных пластин 12 и плоских пластин 13 для очистки поступающего выхлопного газа или удаления нежелательных запахов.
Гофрированные пластины 12 и плоские пластины 13 в единичном блоке 10 подложки катализатора изготовлены из материала, полученного нанесением слоя одного или более металлов, выбранных из группы, состоящей из платины, кобальта, никеля, палладия, меди, марганца и наносеребра как катализаторов, на тонкую пластину из огнеупорного сплава толщиной 20-100 мкм. В этом случае гофрированные пластины 12, полученные гофрированием плоских пластин 13, и плоские пластины 13 собираются в конструкцию из гофрированных и плоских пластин 16, и затем эти конструкции из гофрированных и плоских пластин 16 наматываются и вставляются в оболочку 11. Здесь описан случай, когда одновременно применяются гофрированные пластины 12 и плоские пластины 13, но можно применять только гофрированные пластины 12.
Кроме того, по требованию пользователя места контактов гофрированных пластин 12 и плоских пластин 13 свариваются во избежание отхода гофрированных пластин 12 от плоских пластин 13, тем самым образуются конструкции из гофрированных и плоских пластин 16; затем эти конструкции из гофрированных и плоских пластин 16 наматываются в форме круга, заполняя оболочку 11. Угловые части могут быть изготовлены отдельно и собраны внутри оболочки 11, чтобы углы оболочки 11 можно было заполнить угловыми частями. Кроме того, угловые части могут быть изготовлены складыванием нескольких конструкций из гофрированных и плоских пластин 16 в форме сегментов с различными длинами.
Ячеистые тела 17, которыми заполнена внутренняя часть оболочки 11, могут быть изготовлены по первому типу, когда ячеистые тела 17 сформированы во внутренней части оболочки 11, как показано на фиг. 3. Кроме того, ячеистые тела 17, которыми заполнена внутренняя часть оболочки 11, могут также быть изготовлены по второму типу, когда ячеистые тела 17 наматываются вкруговую, чтобы затем сформоваться в шестиугольной форме с выходом в наиболее удаленную часть оболочки 11, или в непрерывный намотанный тип, в котором ячеистые тела 17 намотаны в шестиугольной форме. Таким образом, единичные блоки подложки катализатора могут быть изготовлены множеством методов во множестве форм.
Однако желательно, чтобы форма оболочки 11 была многоугольной, в которой единичные блоки 10 подложки катализатора могут быть собраны без пустот. Например, форма оболочки 11 может быть шестиугольной (см. фиг. 3), прямоугольной (см. фиг. 11), треугольной, пятиугольной и т.д. Далее, в случае, когда единичные блоки подложки катализатора сложены и собраны друг с другом, форма оболочки 11 (шестиугольник, прямоугольник или треугольник) может образовать пустые места, в которых подложки катализатора не заполняют внутренние части корпуса каждого единичного блока подложки катализатора, но это может облегчить процесс сборки.
Ячеистые тела 17 в единичном блоке 10 подложки катализатора должны иметь температуру активации катализатора, например, 200-600°C в зависимости от типа металла катализатора. В этом случае единичный блок 10 подложки катализатора должен иметь много полых ячеек 14, сформированных в продольном направлении гофрированными пластинами 12 и плоскими пластинами 13. В центре единичного блока 10 подложки катализатора может быть проделано (или опущено) сквозное отверстие 15, через которое при необходимости вставляется дополнительная часть, например, нагреватель (не показан).
Каждая из полых ячеек 14 может иметь одну из форм: волнообразную, полусферическую, сотовидную, треугольную или прямоугольную. Тонкая пластина, из которой изготавливаются гофрированные пластины 12 и плоские пластины 13, может быть изготовлена, например, из огнеупорного сплава FeCrAl. В качестве материала сплава на основе FeCrAl желательно использовать сплав Fecalloy, синтезирующийся в отношении Fe-15Cr-5Al или Fe-20Cr-5Al-РЗЭ (редкоземельный элемент), с включением ~1% РЗЭ (Y, Hf, Zr).
Предпочтительный пример сборки нескольких единичных блоков 10 подложки катализатора в подложку катализатора большой мощности 20 иллюстрируется на фиг. 4.
На фиг. 4 подложка катализатора большой мощности 20 сформирована сборкой нескольких шестиугольных единичных блоков подложки катализатора 10-10f друг с другом. Соответствующие единичные блоки подложки катализатора 10-10f сложены в форме пучка, в котором боковые стороны шестиугольных единичных блоков подложки катализатора 10-10f плотно контактируют друг с другом. Здесь связь единичных блоков подложки катализатора 10-10f реализуется при помощи сборочных элементов с первого по пятый: 60, 70, 80, 90 и 95, которые показаны на фиг. 5-10 и будут описаны ниже. Подложка катализатора большой мощности 20 собирается из нескольких единичных блоков подложки катализатора 10-10f одинакового размера и формы. Соответственно, подложка катализатора большой мощности 20 может быть использована в мощном конвертере большого размера, и если число единичных блоков подложки катализатора подобрано согласно размеру или пропускной способности конвертера, подложка катализатора большой мощности 20 может быть изготовлена в соответствии с разнообразием размеров конвертеров с желаемыми площадями поперечного сечения и площадями поверхности.
Сборочные элементы с первого по пятый для сборки соответствующих единичных блоков подложки катализатора будут подробно описаны ниже со ссылкой на фиг. 5-10.
В последующем описании показаны только оболочки 11 и 11a из двух единичных блоков подложки катализатора для удобства объяснения.
Фиг. 5 - вид в перспективе, показывающий, как два единичных блока подложки катализатора собраны при помощи первого сборочного элемента согласно данному изобретению, и фиг. 6 - увеличенный вид в перспективе, показывающий первый сборочный элемент (фиг. 5).
На фиг. 5-6 первый сборочный элемент 60 расположен так, что две оболочки 11 и 11a соответствующих единичных блоков подложки катализатора 10-10f собраны на противоположных поверхностях первого сборочного элемента 60.
Первый сборочный элемент 60 включает Т-образные верхнюю и нижнюю части 63а и 63b. Т-образные верхняя и нижняя части 63а и 63b соединены сборочными винтами 62 через ряд отверстий 61, проделанных на одной поверхности каждой из Т-образных верхней и нижней частей 63а и 63b так, чтобы Т-образные верхняя и нижняя части 63а и 63b плотно контактировали друг с другом вертикально, образуя I-образное тело 63. I-образное тело 63 имеет выступы 64 и 64а и пазы 65 и 65а, в которые вставляются оболочки 11 и 11а.
Нижняя часть 63b подогнана к нижней стороне боковой поверхности каждой из оболочек 11 или 11а, и верхняя часть 63а подогнана к верхней стороне боковой поверхности каждой из оболочек 11 или 11a. Далее, в отверстия 61 вставляются сборочные винты 62, плотно свинчивая верхнюю и нижнюю части 63 и 63а друг с другом и соединяя две оболочки 11 и 11a.
Таким же, описанным выше, образом первые сборочные элементы 60 соединяют все остальные боковые поверхности оболочек 11 и 11a, расположенные в соответствующих наиболее удаленных частях единичных блоков подложки катализатора 10-10f, чтобы тем самым получить подложку катализатора большой мощности.
Фиг. 7 - вид в перспективе второго сборочного элемента для соединения единичных блоков подложки катализатора согласно данному изобретению.
На фиг. 7 второй сборочный элемент 70 включает пару верхних и нижних реек 70а и 70b, которые соединяют по вершинам и основаниям две смежные оболочки 11 and 11a. Каждая рейка 70а или 70b имеет ряд отверстий для штифтов 71 в обеих боковых поверхностях и соединяется с оболочками 11 и 11а путем вставки штифтов 72. В верхней и нижней рейках 70а и 70b есть траншейные углубления 73 и 73а, образованные выступами 74 и 74а соответственно.
Сначала две оболочки 11 и 11а вставляются в верхнюю рейку 70а и затем фиксируются штифтами 72, вставляемыми в отверстия 71. Нижняя рейка 70b также фиксируется вставкой штифтов в отверстия таким же образом, как и верхняя часть 70а.
Таким же образом, как описано выше, вторые сборочные элементы 70 полностью соединяют остальные части боковых поверхностей оболочек 11 и 11a, расположенные в соответствующих наиболее удаленных частях единичных блоков подложки катализатора 10-10f, тем самым образуя подложку катализатора большой мощности.
Фиг. 8 - вид в перспективе третьего сборочного элемента для сборки единичных блоков подложки катализатора согласно данному изобретению.
На фиг. 8 третий сборочный элемент 80 включает пару верхней и нижней реек 80а и 80b, соединяющих по вершинам и основаниям две смежные оболочки 11 и 11а, подобно второму сборочному элементу 70. Внутренние поверхности выступов 81 и 81а скошены внутрь, к пазам 82 и 82а. Оболочки 11 и 11а вставляются в пазы 82 и 82а, сжимаясь и соединяясь более надежно, причем винты 62 или штифты 72 могут быть опущены.
Фиг. 9 - вид в перспективе четвертого сборочного элемента для соединения единичных блоков подложки катализатора согласно данному изобретению.
На фиг. 9 у четвертого сборочного элемента 90 на обеих боковых поверхностях пазов 92 (как и у второго сборочного элемента 70) сформирован ряд фиксирующих полусферических выступов 93, он включает рейку 90а, в которой на одной ее стороне имеется пара продольных выступов 91 для фиксации оболочек 11 и 11a. В результате между парой продольных выступов 91 образуется траншейное углубление 92. Кроме того, вдоль внутренних поверхностей продольных выступов 91 в продольном направлении сформирован ряд попарных фиксирующих выступов 93, каждый друг против друга. Таким образом, когда оболочки 11 и 11а вставляются в пазы 92, оболочки 11 и 11а соединяются с пазами 92 посредством сжатия фиксирующими выступами подложки 93.
Фиг. 10 - вид в перспективе пятого сборочного элемента для сборки единичных блоков подложки катализатора согласно данному изобретению.
На фиг. 10 у пятого сборочного элемента 95 на одной стороне рейки 95а продольно сформированы с промежутками три выступа 96, в которые вставляются оболочки 11 и 11a: пара внешних выступов с обеих сторон рейки 95а соответственно, и промежуточный выступ между внешними выступами, образуя первые и вторые углубления 97 и 98, в которые вставляются оболочки 11 и 11a соответственно. На наружных поверхностях внешних продольных выступов вместо ряда выступов фиксации оболочки 93 четвертого сборочного элемента 90 сформированы продольные вогнутые сжимающие углубления 99а. Сжимающие углубления 99а сформированы в продольном направлении на нижних сторонах обеих боковых поверхностей внешних продольных выступов соответственно. Таким образом, после того как оболочки 11 и 11а вставлены в первое и второе углубления 97 и 98 соответственно, сжимающие углубления 99а препятствуют отделению оболочек 11 и 11а от первых и вторых продольных углублений 97 и 98.
Четвертый и пятый сборочные элементы 90 и 95 имеют верхнюю и нижнюю части, соединяющие друг с другом верхние и нижние части оболочек 11 и 11а соответственно. Однако на фиг. 9 и 10 показана (и была описана) только верхняя часть.
Как указано выше, подложку катализатора, согласно данному изобретению, можно легко нарастить путем сборки ряда единичных блоков подложки катализатора с помощью любого сборочного элемента с первого по пятый: 60, 70, 80, 90 и 95. Таким образом, когда подложка катализатора, согласно данному изобретению, используется для удаления нежелательных запахов в крупномасштабной пищеперерабатывающей установке, эта подложка может быть скомбинирована с нагревателем с образованием каталитического конвертера большой мощности. Кроме того, подложка катализатора может использоваться для очистки выхлопного газа на большом судне или заводе, одна или в сочетании с нагревателем.
Далее описаны воплощения со второго по пятый данного изобретения.
Фиг. 11 - вид спереди единичного блока подложки катализатора согласно второму воплощению данного изобретения, фиг. 12 - блок-схема процесса изготовления единичного блока подложки катализатора (фиг. 11), а фиг. 13 - вид в перспективе подложки катализатора большой мощности после сборки единичных блоков подложки катализатора (фиг. 3).
Единичный блок подложки катализатора 100 имеет в целом прямоугольную структуру и включает ряд ячеистых тел 117. Каждое из ячеистых тел 117 образовано гофрированной пластиной 112 и плоской пластиной 113 и включает множество полых ячеек 114, имеющих волнообразную или полукруглую форму. Так как ячеистые тела 117 сформированы аналогично показанным на фиг. 3, их описание опущено.
Как показано на фиг. 13, подложка катализатора большой мощности 120 согласно второму воплощению данного изобретения содержит ряд прямоугольных единичных блоков подложки катализатора 100-100h, сложенных и соединенных друг с другом. Единичные блоки подложки катализатора 100-100h, использующиеся для подложки катализатора большой мощности 120, описываются ниже. Однако будет описан только единичный блок подложки катализатора 100 как представительный пример со ссылкой на фиг. 11.
На фиг. 11 единичный блок 100 подложки катализатора включает прямоугольный корпус 111 и прямоугольные ячеистые тела 117. Каждое ячеистое тело 117 получено наматыванием конструкций из гофрированных и плоских пластин 116, где гофрированные пластины 112 и плоские пластины 113 смежны друг с другом в корпусе 111 и образуют ряд полых ячеек 114.
В этом случае слой катализатора покрывает поверхности гофрированных пластин 112 и плоских пластин 113 для очистки выхлопного газа или удаления нежелательных запахов. Здесь ячеистые тела 117 единичного блока 100 подложки катализатора включают: центральные части А, образованные намоткой конструкций из гофрированных и плоских пластин 116 в форме круга, где конструкции из гофрированных и плоских пластин 116 изготовлены сборкой плоских пластин 113 и гофрированных пластин 112, полученных гофрированием плоских пластин 113 соответственно, и которые касаются четырех сторон корпуса 111 спиралеобразно; и несколько угловых частей В1-В4, которые поочередно вставляются между внешней периферической поверхностью наиболее удаленной центральной части и каждой из угловых частей корпуса 111, то есть в четыре угла корпуса 111, в которых находятся частичные конструкции из гофрированных и плоских пластин, сформированные сборкой частичной плоской пластины с частичными гофрированными пластинами, полученными гофрированием частичных плоских пластин 113.
Центральные части А могут быть изготовлены намоткой конструкций из гофрированных и плоских пластин 116 в форме круга, как показано на фиг. 11. Кроме того, центральные части могут быть получены намоткой конструкций из гофрированных и плоских пластин сначала в форме многоугольника и дальнейшей намоткой конструкций из гофрированных и плоских пластин в форме круга, чтобы лучше заполнить корпус 111. Здесь центральные части А сварены в местах, где гофрированные пластины 112 и плоские пластины 113 контактируют друг с другом, чтобы предотвратить расхождение гофрированных пластин 112 и плоских пластин 113. Соответственно, конструкции из гофрированных и плоских пластин 116 могут быть намотаны в форме круга. Кроме того, угловые части В1-В4 получены вставкой ряда частичных конструкций из гофрированных и плоских пластин, полученных сборкой частичной плоской пластины с частичными гофрированными пластинами в форме сегментов различных длин соответственно, в углы прямоугольного корпуса 111.
Конструкции из гофрированных и плоских пластин 116, образующие ячеистые тела 117, изготовлены из того же самого материала и с той же формой ячейки, как и в первом воплощении данного изобретения.
Единичный блок 100 подложки катализатора может функционировать, например, при 200-600°C в зависимости от типа металла катализатора (температура активации катализатора). В этом случае единичный блок 100 подложки катализатора включает множество полых ячеек 114, образованных в продольном направлении гофрированными пластинами 112 и плоскими пластинами 113. Кроме того, в центральной части единичного блока 100 подложки катализатора может быть проделано (или опущено) сквозное отверстие 115, через которое вставляется дополнительная часть, например нагреватель (не показан). Нагреватель необходим для подогрева до температуры активации металла катализатора в случае, когда температура выхлопного газа поначалу низка. Случай, когда единичный блок 100 подложки катализатора применен в каталитическом конвертере большой мощности с нагревателем, будет описан ниже со ссылкой на фиг. 18 и 19.
Кроме того, угловые части В1-В4 могут быть получены из частей угловой формы, изготовленных посредством специально разработанного процесса (фиг. 12), и вставлены в четыре угла корпуса 111, вместо вставки частичных конструкций из гофрированных и плоских пластин в форме сегмента в четыре угла корпуса 111.
На фиг. 12, на этапах (а) и (b) тело кольцевой намотки 131, полученное намоткой конструкций из гофрированных и плоских пластин 116, вытягивается силами растяжения в трех направлениях, чтобы преобразовать тело кольцевой намотки 131 в треугольный модуль 132,имеющий форму, подобную каждому углу корпуса 111. При этом желательно сформировать треугольный модуль 132 как прямоугольный треугольник, который легко вставляется в каждый угол корпуса 111. Далее, на этапах (с) и (d) треугольный модуль 132 помещают между зажимами 134а и 134b, чтобы преобразовать наклонную сторону напротив прямого угла треугольного модуля 132 согласно искривлению центральных частей А и таким образом получить угловую часть В. Здесь для удобства объяснения угловые части В1-В4 коллективно обознаются как угловая часть В. На шаге (е) формируется центральная часть А и затем вставляется в корпус 111. На шаге (f) угловые части В1-В4 вставляются в четыре угла корпуса 111 соответственно, тем самым образуя прямоугольный единичный блок 100 подложки катализатора.
Предпочтительный пример сборки единичного блока 100 подложки катализатора для изготовления подложки катализатора большой мощности 120 проиллюстрирован на фиг. 13. На фиг. 13 подложка катализатора большой мощности 120 получена сборкой нескольких единичных блоков подложки катализатора 100-100h. Соответствующие единичные блоки подложки катализатора 100-100h сложены друг с другом так, чтобы их боковые поверхности находились в тесном контакте друг с другом. Здесь соответствующие единичные блоки подложки катализатора 100-100h собраны, как показано на фиг. 17 (описывается ниже). Подробное описание этого будет дано ниже со ссылкой на фиг. 17. Соответствующие единичные блоки подложки катализатора 100-100h могут быть собраны при помощи любого из сборочных элементов с первого по пятый: 60, 70, 80, 90 и 95, которые были описаны на фиг. 6-10. Поскольку сборка единичных блоков подложки катализатора 100-100h легко понятна специалисту соответствующего профиля, ее подробное описание будет опущено.
Фиг. 14 - вид спереди единичного блока подложки катализатора согласно третьему воплощению данного изобретения, фиг. 15 - вид спереди единичного блока подложки катализатора согласно четвертому воплощению данного изобретения, и фиг. 16 - вид спереди единичного блока подложки катализатора согласно пятому воплощению данного изобретения.
Как показано на фиг. 14-16, соответствующие ячеистые тела 217, 317 и 417 соответствующих единичных блоков 200, 300 и 400 подложки катализатора, согласно воплощениям данного изобретения с третьего по пятое, образованы введением конструкций из гофрированных и плоских пластин 216, 316, и 416 в соответствующие прямоугольные корпуса 211, 311, и 411 разнообразными способами. В этом случае ряд полых ячеек 214, 314 и 414 образуются, когда гофрированные пластины 212, 312 и 412 входят в контакт с плоскими пластинами 213, 313 и 413.
Более подробно: ячеистые тела 217 единичного блока 200 подложки катализатора согласно третьему воплощению, полученные сгибанием конструкций из гофрированных и плоских пластин 216 под прямым углом и затем намотанные в спиральной форме, вставляются в прямоугольный корпус 211 (см. фиг. 14). Согласно четвертому воплощению, ячеистые тела 317 единичного блока 300 подложки катализатора, сформированные последовательным складыванием конструкций из гофрированных и плоских пластин 316, каждая из которых соответствует одной стороне прямоугольного корпуса 311, вставляются в прямоугольный корпус 311 (см. фиг. 15). Согласно пятому воплощению, ячеистые тела 417 единичного блока 400 подложки катализатора, сформированные последовательным складыванием конструкций из гофрированных и плоских пластин 416 с определенным наклоном, вставляются в прямоугольный корпус 411.
Соответствующие единичные блоки 200, 300 и 400 подложки катализатора, согласно воплощениям данного изобретения с третьего по пятое, собраны друг с другом, образуя подложку катализатора большой мощности, таким же образом, как и единичный блок 100 подложки катализатора согласно второму воплощению (см. фиг. 13). Так как единичные блоки 200-400 подложки катализатора могут быть собраны методом, проиллюстрированным на фиг. 17 (описывается ниже), подробное описание этого будет дано ниже со ссылкой на фиг. 17 таким же образом, как и сборка единичных блоков 100-100h подложки катализатора согласно второму воплощению данного изобретения.
Фиг. 17 - вид в перспективе подложки катализатора большой мощности, собранной из единичных блоков подложки катализатора согласно воплощениям данного изобретения со второго по пятый. Здесь, для удобства объяснения, единичные блоки 100-400 подложки катализатора, согласно воплощениям данного изобретения со второго по пятый, обозначаются коллективно, как единичный блок 500 подложки катализатора, корпуса 111-411 единичных блоков 100-400 подложки катализатора согласно воплощениям данного изобретения со второго по пятый коллективно называются как корпус 511а, и ячеистые тела 117, 217, 317 и 417, вставляющиеся в корпуса 111-411 единичных блоков 100, 200, 300 и 400 подложки катализатора, согласно воплощениям данного изобретения со второго по пятый, коллективно называются как ячеистое тело 511b.
Корпус 511а сконфигурирован в прямоугольной форме, его верхние и нижние части открыты. В верхних и нижних краях каждой поверхности корпуса 511а проделано множество отверстий под болты 512. В этом случае высота h2 корпуса 511а превышает высоту h1 ячеистого тела 511b. Таким образом, хотя корпус 511а вмешает ячеистое тело 511b, смежные корпуса можно собрать болтами 513 через отверстия 512. Например, корпус 511а имеет размеры 324 мм (ширина)×324 мм (длина)×380 мм (высота h2), и ячеистое тело 511b имеет размеры 320 мм (ширина)×320 мм (длина)×280 мм (высота h1).
Подложка катализатора большой мощности 520 изготавливается сборкой ряда единичных блоков подложки катализатора 500-500h друг с другом, где соответствующие прямоугольные поверхности единичных блоков подложки катализатора 500-500h находятся в тесном контакте друг с другом, их затем соединяют друг с другом болтами через отверстия 512. Кроме того, подложка катализатора большой мощности 520 запаяна в корпусе 530 вдоль его наиболее удаленных краев верхних и нижних частей, что повышает долговечность и удобство сборки.
Так как подложка катализатора большой мощности 520 образована сборкой ряда единичных блоков подложки катализатора 500-500h друг с другом, где соответствующие прямоугольные поверхности единичных блоков подложки катализатора 500-500h находятся в тесном контакте друг с другом и затем соединяются друг с другом болтами через отверстия 512, возможно максимизировать фактор заполнения ячеистыми телами 511b и минимизировать полную деформацию ячеистого тела 511b. Кроме того, поскольку нагрузка подложки катализатора большой мощности 520 передается вниз через соответствующие прямоугольные поверхности единичных блоков подложки катализатора 500-500h, подложка катализатора большой мощности 520 устойчиво сохраняет форму. Кроме того, когда подложка катализатора большой мощности 520 смонтирована, единичные блоки подложки катализатора 500-500h могут быть распределены оптимально в силу прямоугольной формы.
Болтовая сборочная структура корпусов 111-411 относительно единичных блоков 500-500h подложки катализатора, согласно показанным на фиг. 17 воплощениям со второго по пятый, может быть применена и для сборки корпусов 11-11а согласно первому воплощению данного изобретения.
Напротив, сборочные элементы с первого по пятый: 60, 70, 80, 90 и 95, согласно первому воплощению данного изобретения, могут быть также применены к корпусам 111-411 в части единичных блоков подложки катализатора 500-500h согласно воплощениям данного изобретения со второго по пятый.
Фиг. 18 - вид спереди каталитического конвертера согласно другому аспекту данного изобретения.
Единичный блок 10 подложки катализатора, согласно первому воплощению данного изобретения, соответствует единичным блокам подложки катализатора 600а на фиг. 18, и единичные блоки 100-400 подложки катализатора, согласно воплощениям данного изобретения со второго по пятый, соответствуют единичным блокам подложки катализатора 600b на фиг. 18. Единичные блоки подложки катализатора 600b на фиг. 18 соответствуют единичным блокам 300 подложки катализатора согласно четвертому воплощению данного изобретения, но не ограничиваются ими, что легко понятно специалисту в данной области.
Как описано выше, единичные блоки 600а и 600b подложки катализатора во время формирования подложек катализатора большой мощности 610 и 620 комбинируются с нагревателем 612, составляя каталитический конвертер.
Каталитический конвертер, согласно данному изобретению (фиг. 18), получается помещением нагревателя 612 на корпус 611 соответствующих единичных блоков 600а и 600b подложки катализатора во время изготовления подложек катализатора большой мощности. То есть каталитический конвертер, согласно данному изобретению, образует выбранный подогреваемый каталитический конвертер, в котором корпус 611 объединен с нагревателем 612. Нагреватель 612 имеет нитевидный или поверхностный тип. Передние и задние поверхности нагревателя 612 покрыты и защищены изоляторами 613. На передних и задних поверхностях изоляторов 613 могут быть выборочно применены верхние и нижние покрытия 614 соответственно.
Фиг. 19 - блок-схема каталитического конвертера согласно другому аспекту данного изобретения.
Как описано выше, единичные блоки 10, 100, 200, 300 и 400 подложки катализатора, согласно воплощениям данного изобретения с первого по пятый, собраны друг с другом, составляя подложку катализатора большой мощности 700 (фиг. 19). Здесь подложка катализатора большой мощности 700 (фиг. 19) связана с нагревателем 710, располагающимся с промежутком от входного патрубка 711. Выхлопной газ, подающийся через входное отверстие 711, нагревается нагревателем 711 и затем очищается, проходя через подложку катализатора большой мощности 700, затем выходя через патрубок 712.
Как показано на фиг. 18 и 19, нагреватели 612 и 710 расположены относительно каталитических конвертеров выборочно. Таким образом, когда температура выхлопного газа ниже температуры активации катализатора, подложки катализатора большой мощности 610, 620 и 700 предварительно подогреваются для инициирования реакции, нуждающейся в дополнительном источнике тепла, при осуществлении реакции на подложках катализатора большой мощности 610, 620 и 700, тем самым формируя окружающую реакционную среду подложки катализатора большой мощности 610, 620 и 700 соответственно.
Данное изобретение описано выше на примерах особо преимущественных воплощений. Однако данное изобретение не ограничено вышеупомянутыми воплощениями, и специалист в данной области может произвести различные модификации и изменения, не отклоняясь от духа данного изобретения. Таким образом, защитная область данного изобретения определяется не подробным описанием всего этого, а определяется пунктами, перечисленными ниже, и техническим духом самого изобретения.
Настоящее изобретение может быть применено к подложкам катализаторов каталитических конвертеров большой мощности, использующихся на больших судах, заводах или предприятиях пищевой промышленности большой мощности.
Реферат
Заявляется подложка металлического катализатора большой мощности и использующий ее каталитический конвертер, в котором несколько единичных блоков подложки катализатора имеют форму, позволяющую эффективно собирать их для каталитического конвертера, требующегося для обработки большого количества выхлопного газа от больших судов или заводов, использующих много крупномасштабных двигателей внутреннего сгорания, или от больших пищеперерабатывающих устройств, и, таким образом, единичные блоки подложки катализатора легко собираются в крупномасштабную структуру. Металлическая подложка катализатора включает множество единичных катализаторных блоков подложки, собираемых в секции, из которых каждый единичный катализаторный блок включает оболочку, имеющую многоугольное поперечное сечение и длину; ячеистую структуру, размещенную внутри оболочки, имеющую множество полых ячеек, расположенных продольно относительно длины оболочки, и катализатор, нанесенный на поверхности полых ячеек, при этом полые ячейки сформированы свернутыми в рулон гофрированной пластиной и плоской пластиной, и имеет центральную часть с круглым поперечным сечением и угловые части для заполнения углов оболочки; а также множество сборочных элементов, предназначенных для соединения в пару и жесткой фиксации смежных сторон двух оболочек, обеспечивающих взаимный контакт с другими собранными в данную секцию единичными катализаторными блоками. Каталитический конвертер включает металлическую подложку катализатора большой мощности, включающую: несколько единичных блоков подложки катализатора, в которых ячеистые тела образованы из ряда
