МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ НОСИТЕЛЬ КАТАЛИЗАТОРА

Полезная модель относится к теплопроводным носителям для катализаторов, используемых для очистки от токсичных веществ отработавших газов, например, отработавших газов двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, а также стационарных силовых установок, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, и может найти применение при изготовлении элементов каталитических очистителей.
Известен перфорированный металлический носитель катализатора (пат. США №3994831, опубл. 1976.11.30) в форме перфорированного кольца Лессинга, сформированного из металлической ленты толщиной 0,005-0,01 дюйма и шириной 1/16-1/4 дюйма с отверстиями диаметром от 1 до 5 мм, выполненными с помощью лазерного луча. Катализатор может быть нанесен на множество перфорированных колец Лессинга, размещенных преимущественно плотным слоем в блоке выбранного размера и формы. Недостатком известного носителя катализатора является трудоемкость его изготовления, поскольку упомянутые кольца Лессинга достаточно сложны в изготовлении, а их укладка является трудоемкой, при этом достаточно сложно обеспечить ее равномерность.
Известен металлический носитель катализатора (полезная модель Китая №2573067, опубл. 2003.09.17), выполненный в виде металлического листа с чередующимися бороздами и выступами прямоугольного сечения, при этом в выступах имеются расположенные в шахматном порядке отверстия, которые позволяют организовать турбулентное движение потока выхлопного газа при размещении носителя в выхлопной трубе двигателя. Недостатком известного носителя является сложность его изготовления, а также его недостаточная устойчивость к механическим повреждениям и вибрации.
Наиболее близким к заявляемому является описанный в патенте РФ №2107171, опубл. 1998.03.20, металлический (изготовленный из никеля, кобальта, меди, железа, хрома либо их сплавов) носитель катализатора для очистителя выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания от токсичных веществ, размещенный внутри корпуса с патрубками для входа и выхода выхлопных газов и выполненный в виде пакета последовательно установленных на расстоянии 0-40 мм друг от друга плоских либо конических элементов из пористого металла (от 1 до 20) со сквозными порами диаметром 0,5-5,0 мм, на поверхность которых нанесено каталитически активное покрытие, причем суммарное аэродинамическое сопротивление пакета составляет 10-50 кПа.
К недостаткам известного носителя катализатора относится высокая стоимость используемых пористых цветных металлов, связанная со сложностью получения, их низкая механическая прочность, сокращающая срок службы каталитического устройства в целом; а также обусловленное извилистыми каналами, преимущественно малым диаметром и хаотичностью расположения сквозных пор в пористом металле, высокое сопротивление протоку газа, которое ухудшает эксплуатационные свойства каталитического устройства, сокращает срок его службы и может привести к его разрушению.
Задачей полезной модели является создание простого в изготовлении и сравнительно недорогого металлического носителя катализатора, обладающего значительной механической прочностью и высокими эксплуатационными свойствами.
Технический результат полезной модели заключается в повышении механической прочности носителя катализатора, уменьшении его аэродинамического сопротивления, улучшении эксплуатационных свойств и увеличении срока службы при одновременном упрощении и снижении стоимости его изготовления.
Указанный технический результат достигается металлическим носителем катализатора, размещенным в корпусе с патрубками для входа и выхода отработавших газов и выполненным в виде последовательно установленных плоских металлических элементов со сквозными отверстиями, в котором, в отличие от известного, указанные элементы выполнены в виде дисков с отверстиями диаметром не менее 3 мм, расположенными вдоль концентрических окружностей, находящихся друг от друга на расстоянии не более 3 упомянутых диаметров, и установлены таким образом, что их центры находятся на продольной оси симметрии корпуса, при этом упомянутые диски связаны четырьмя стержнями, один из которых проходит через центры, а три других сквозь края дисков, каждый последующий диск повернут около упомянутой оси симметрии относительно предыдущего на 15-20° и отделен от него прокладкой, выполненной в виде металлической шайбы, причем крайние диски закреплены на стержнях концевыми элементами.
Предлагаемый носитель катализатора наглядно представлен на чертежах, где на фиг.1 показана конструктивная схема предлагаемого носителя катализатора (в сечении), размещенного в корпусе очистителя выхлопных газов, на фиг.2 представлен плоский элемент носителя катализатора.
Предлагаемый носитель катализатора включает пакет идентичных металлических дисков 1, установленных в корпусе 2 с входным и выходным патрубками (на чертеже не показаны) и связанных между собой четырьмя стержнями 3, один из которых проходит по продольной оси симметрии корпуса 2 сквозь центры дисков 1, а три других пропущены сквозь диски 1 вблизи их края на равном расстоянии друг от друга и совмещены с отверстиями крайней из концентрических окружностей. Диски 1 отделены друг от друга шайбами 4 толщиной не менее 1 мм. Два крайних диска закреплены в пакете с помощью концевых элементов 5, например, гаек, навинчивающихся на выступающие концы стержней 3, снабженные винтовой нарезкой. Диски 1, изготовлены из листового металла, подходящего для использования в качестве носителя катализатора, преимущественно из стали либо алюминия, титана или их сплавов, и выполнены с отверстиями 6 одинакового размера диаметром не менее 3 мм, расположенными вдоль условных концентрических окружностей, центр которых совпадает с центром дисков 1. Расстояние между соседними отверстиями составляет 1-2 их диаметра; расстояние между условными концентрическими окружностями не превышает 3 диаметров отверстий и преимущественно равно 2 их диаметрам. Толщина металлического диска 1 составляет 1-5 мм.
Предлагаемая конструкция носителя катализатора за счет подобранного размера и упорядоченного расположения отверстий позволяет значительно снизить его аэродинамическое сопротивление и улучшить эксплуатационные свойства, одновременно обеспечивая оптимальную площадь каталитически активной поверхности и эффективную очистку формируемого турбулентного потока отработавших газов.
Жесткая конструкция предлагаемого носителя катализатора обеспечивает его механическую стабильность, устойчивость к возможным нежелательным воздействиям (толчки, удары, вибрация), в то время как выполненный из пористого металла известный носитель катализатора отрицательно реагирует на подобные воздействия, что снижает срок его возможной эксплуатации и приводит к ухудшению эксплуатационных свойств.
Каталитическое покрытие на предлагаемый носитель может быть нанесено любым известным способом; в частности, при использовании в качестве материала носителя алюминия, титана либо их сплавов перспективным является метод плазменно-электролитического оксидирования с последующими пропиткой полученного оксидного слоя, осуществляемой простым окунанием в раствор соответствующего состава, сушкой и отжигом.
Нанесение каталитического покрытия на известный носитель, выполненный из пористого металла, в ряде случаев требует специальных технических приемов, например, пропитку носителя необходимо осуществлять путем пропускания соответствующего раствора под давлением, что усложняет изготовление каталитических очистителей и приводит к увеличению их стоимости.