Brevet FR2475933A1 — publié le 19810821

APPAREIL DE CATALYSE. La présente invention concerne un appareil de catalyse. Des appareils de catalyse sont très utilisés pour l'épuration des gaz d'échappement de véhi- cules automobiles et d'installations industrielles, telles que des installa- tions de fabrication d'acide nitrique, ainsi que dans des réactions cataly- tiques d'oxydation et de réduction dans de nombreux processus industriels. Des appareils de catalyse comprennent souvent un substrat en nid d'abeilles (parfois appelé un support) sur lequel une matière catalytique est déposée. Pour augmenter la surface finale de la matière catalytique et, également, pour faciliter l'incorporation de cette matière catalytique au substrat, celui-ci est habituellement revétu d'un oxyde réfractaire de grande surface, tel que de l'alumine, de la magnésie ou de l'oxyde de béryllium. Le revêtement est habituellement déposé sous la forme d'une solution et, dans le domaine des catalyseurs, on l'appelle souvent un "revêtement par lavage" soit wash coat. On peut fabriquer un substrat métallique en nid d'abeilles en enroulant en hélice deux bandes superposées d'une feuille métallique dont une est ondulée transversalement, tandis que l'autre est plane, afin de former un cylindre ayant le diamètre extérieur nécessaire. Ensuite, le nid d'abeilles est pourvu d'un revêtement et la matière catalytique, par exemple un métal du groupe du platine ou bien un alliage contenant un métal du groupe du platine, est déposée. Le catalyseur ainsi formé est ensuite placé dans un carter en métal réfractaire ou autre - parfois appelé une boite - qui est agencé pour être installé dans un conduit, par exemple le tuyau d'échappement d'un véhicule automobile. D'une manière classique, le diamètre de la boîte est un peu supérieur au diamètre extérieur du substrat et l'intervalle intercalaire est souvent rempli d'une matière thermiquement isolante, telle que la matière connue sous la désignation commerciale de "Fiberfax ". Pour fixer la position longitudinale du substrat dans la boite, on soude des rondelles annulaires pour les fixer autrement sur la surface intérieure de la boite. Les rondelles annulaires, parfois appelées des fenêtres, assurent non seu- lement la fixation longitudinale du substrat dans la boite mais servent également à retenir l'isolation et à empêcher des gaz réactifs de contourner le catalyseur. Bien que, pendant la fabrication du substrat en nid d'abeilles comme précédemment décrit, les bandes ondulée et plane de feuille métallique soient enroulées ensemble de façon serrée, et bien que le revêtement et le catalyseur établissent dans une certaine mesure une liaison en des points de contact entre des spires successives du substrat enroulé en hélice, lesdites spires du substrat enroulé en hélice ont néanmoins tendance, en cours d'usage, à se déplacer axialement les unes par rapport aux autres. Ce déplacement est principalement dû au passage de gaz réactifs sous une pression relativement élevée au travers du substrat et, dans des cas limites, les extrémités du substrat prennent, lorsqu'on les examine en coupe longitudinale, une forme presque parabolique. Suivant un aspect de la présente invention, on empêche un déplacement axial ou une extrusion des spires d'un substrat métallique enroulé en hélice en réalisant une ou plusieurs soudures dans au moins une face ex- trême du substrat. Avantageusement, chaque soudure est continue et elle est orientée diamétralement sur la face extrême du substrat. De préférence, chaque soudure a une largeur supérieure à 3 mm. On a trouvé qu'il était préférable de souder ainsi le substrat avant son oxydation et avant le dépôt ultérieur du revêtement et de la matière de catalyse puisque cela réduit la conduction électrique et l'écoulement du courant en cours de soudage. On peut utiliser des procédés de soudage à l'arc sous argon ou MIG sous C02, ce dernier procédé étant particulière- ment avantageux lorsqu'on utilise un équipement de soudage automatique. Cependant, on peut également utiliser un procédé de soudage à l'arc sous plasma de faible puissance, qui ne nécessite pas un trajet de courant de retour, pour souder des substrats complètement traités, c'est-à-dire des substrats qui ont été oxydés et revêtus, par lavage (wash-coat) et o le catalyseur a été déposé sur ledit revêtement. Pour réduire les frais de montage du substrat portant le catalyseur dans une boîte ainsi que pour éviter la disposition d'une isolation entre le substrat et la boite ainsi que la prévision de rondelles de retenue ou de fenêtres, on a trouvé que le substrat pouvait être logé dans un cylindre métallique de montage relativement serré et qu'on pouvait le sceller dans celui-ci en réalisant une soudure circonférenteille entre l'extrémité du cylindre, qui peut être formé d'acier inoxydable, et le substrat. En variante, le cylindre peut être constitué de deux parties demi-cylin- driques ayant chacune une dimension périphérique qui est légèrement inférieure. à la moitié de la circonférence du substrat cylindrique. En conséquence, lorsque les deux parties sont bloquées autour du substrat, il subsiste deux intervalles longitudinaux diamétralement opposés et étroits qui correspondent au substrat sous-jacent et on réalise deux soudures en une seule passe non seulement pour fixer ensemble les parties du cylindre mais, également, ces parties sur le substrat. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et de la figure jointe, données à titre illustratif mais non-limitatif. La Figure unique représente une vue éclatée d'un substrat portant un catalyseur et d'une partie d'un carter ou boite en deux parties (identiques). Sur le dessin, un substrat cylindrique 1 pour catalyseur, se présentant sous la forme d'un nid d'abeilles, est réalisé par enroulement en hélice de deux bandes superposées de feuilles métalliques dont l'une est ondulée trans- versalement, tandis que l'autre est plane, afin de former un cylindre ayant le diamètre extérieur nécessaire. Quatre soudures 2 sont réalisées diamétra- lement, avec chacune une largeur inférieure à 3 mm, transversalement à au moins une face extrême du cylindre 1. Ensuite, on revêt le substrat d'une couche d'oxyde réfractaire, par exemple d'alumine, et on dépose ensuite le catalyseur sur la couche d'alumine. La boîte est formée de deux parties identiques 3, dont une seule est visible sur la figure. Chaque partie 3 comporte une zone centrale 4 de forme essentiellement demi-cylindrique et deux zones tronconiques 5, qui servent de parties de liaison avec réduction ou expansion en vue du montage de la boite dans un tuyau d'échappement. La dimension périphérique de chaque partie demi-cylindrique 4est légèrement inférieure à la moitié de la cir- conférence du substrat 1, de sorte que, quand le substrat est bloqué entre les parties 4, il subsiste un intervalle longitudinal dégageant une zone 6 du substrat qui a été nettoyée en préparation au soudage. On a trouvé que des soudures en une seule passe permettaient non seulement de souder les deux parties 3 ensemble mais, également, de souder les parties 3 sur le substrat. On peut utiliser un procédé de soudage à l'arc sous argon à l'aide d'un pistolet manuel faisant arriver le fil-électrode de remplissage lorsque le nombre d'ensembles boîte/substrat à réaliser est petit. Cependant, pour une production en série à l'aide d'un équipement de soudage automatique, il est préférable d'utiliser un procédé de soudage MIG sous C02. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDI CATIONS 1.- Appareil de catalyse, comprenant un substrat de forme sensiblement cylindrique qui supporte directement ou indirectement un catalyseur, le substrat se composant de deux bandes métalliques superposées et enroulées en hélice qui sont agencées de manière qu'une pluralité de canaux s'étendant d'une face extrême du substrat à l'autre face extrême soit formée quand les deux bandes sont enroulées en hélice, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs soudures sont effectuées sur au moins une face extrême du substrat, la ou les soudures servant à chevaucher et en même temps à fixer un certain nombre de spires successives l'une sur l'autre. 2.- Appareil de catalyse selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux bandes métalliques superposées et enroulées en hélice se compo- sent d'une bande ondulée transversalement et d'une bande plane. 3.- Appareil de catalyse selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque soudure est continue et s'étend diamétralement à la ou à chaque face extrême du substrat. 4.- Appareil de catalyse selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le substrat est enfermé dans une boite de montage serré. 5.- Appareil de catalyse selon la revendication 3, caractérisé en ce que la boite comprend deux parties ou plus, qui entourent circonférentiel- lement ensemble le substrat et en ce que des parties adjacentes de la botte sont soudées l'une avec l'autre et avec le substrat sous-jacent. 6.- Appareil de catalyse selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites deux parties ou plus de la botte sont soudées ensemble et sur le substrat dans une direction qui est orientée parallèlement ou essentiel- lement parallèlement, à l'axe du substrat. 7.- Appareil de catalyse selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que chaque partie a une forme essentiellement demi-cylindrique. 8.- Appareil de catalyse selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est revêtu d'une couche d'oxyde réfractaire avant le dépôt du catalyseur sur ledit substrat. 9.- Appareil de catalyse selon la revendication 7, caractérisé en ce que le catalyseur est un métal du groupe du platine ou bien un alliage contenant un métal du groupe du platine.