BRPI0618308A2 - método de filtragem de descarga refratária e dispositivo - Google Patents

Abstract

MéTODO DE FILTRAGEM DE DESCARGA REFRATáRIA E DISPOSITIVO.A presente invenção refere-se a um método para limpar cataliticamente um gás de descarga, incluindo receber o gás de descarga em um canal de entrada, bloquear o gás de descarga no canal de entrada, difundir o gás de descarga através de uma parede não-tecido substancialmente fibrosa porosa do canal de entrada, reagir o gás de descarga com pelo menos um material de catalisador para remover pelo menos parcialmente os óxidos nitrosos, hidrocarbonetos e monóxido de carbono do mesmo, o pelo menos um material de catalisador sendo disposto na parede porosa, prender a matéria particulada na parede não-tecido substancialmente fibrosa porosa, re- ceber o gás de descarga difundido em um canal de saída e passar o gás de descarga do canal de saída para a atmosfera.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DEFILTRAGEM DE DESCARGA REFRATÁRIA E DISPOSITIVO".

ANTECEDENTES

1. CAMPO

A presente invenção se refere, de forma geral, a um dispositivocatalítico para reduzir o conteúdo de poluição de um gás de descarga.

2. DESCRIÇÃO DA TÉCNICA RELACIONADA

Sistemas de descarga executam várias funções para um motormoderno. Por exemplo, espera-se que o sistema de descarga administre ocalor, reduza poluentes, controle o ruído e, algumas vezes, filtre matéria par-ticulada. De forma geral, essas funções individuais são executadas por com-ponentes separados e distintos. Toma-se, por exemplo, o sistema de des-carga de um motor a gasolina típico. O sistema de descarga do motor podeusar um conjunto de trocadores de calor ou defletores externos para captu-rar e dissipar o calor. Um silencioso separado pode ser acoplado na saídade descarga para controlar o ruído, enquanto um conjunto de conversor ca-talítico pode ser colocado na trajetória de descarga para reduzir os poluentesnão particulados. Embora os particulados atuais não sejam geralmente ospoluentes de interesse no motor a gasolina, é provável que regulamentaçõesmais restritivas possam se aplicar em breve.

Um sistema de descarga para um motor a gasolina moderno équase universalmente requerido para remover ou eliminar alguns dos polu-entes não particulados da corrente do gás de descarga, e, portanto poderiautilizar um dispositivo de controle de emissões conhecido, tal como conver-sor catalítico de três sentidos. Um tal conversor de três sentidos usa oxida-ção química e processos de redução para remover poluentes não particula-dos da corrente do gás de descarga. O conversor catalítico (ou de metal)conhecido mantém um material catalítico que, quando suficientemente a-quecido, reage com os gases de descarga para diminuir o potencial químicoda reação de poluentes não particulados em não poluentes. Mais particular-mente, o conversor conhecido usa um projeto de fluxo direto onde os gasesde descarga entram em uma extremidade do conversor, fluem através decanais paralelos abertos, entram em contato com um catalisador para con-verter um pouco dos poluentes na corrente do gás de descarga em não po-luentes antes de finalmente sair para a atmosfera. Quando o gás de descar-ga flui através dos canais, fluxos Iaminares são criados que fazem os gasesde descarga fluir para baixo do canal e, devido ao gradiente de concentraçãoe efeitos de transferência de massa, entram em contato com o catalisadorresidente nas paredes do canal. As paredes do canal têm o material catalíti-co disposto nas suas superfícies, e quando o gás de descarga quente conta-ta as paredes do canal, as paredes são aquecidas para elevar o materialcatalítico para a temperatura limiar acima da qual as reações catalisadasprontamente ocorrem. Isso é coloquialmente conhecido como a temperaturade "desligamento". Da mesma forma, o tempo que leva para a temperaturade desligamento ser alcançada é conhecido como o período de 'desligamen-to'. A seguir, quando o gás de descarga continua a fluir, o material catalíticointerage com os poluentes no gás de descarga para facilitar a sua conversãoem emissões não poluentes. Cerca de 50% da poluição gerada e emitidapelos motores modernos equipados com conversores catalíticos ocorremdurante esse período de desligamento quando o conversor está essencial-mente não operacional. Em certas aplicações de veículo, tais como em trá-fego de parar e andar e percursos curtos nas cidades, a utilidade geral doconversor catalítico para reduzir a poluição é amenizada desde que o con-versor gasta uma quantidade significativa de tempo na temperatura abaixodo desligamento do catalisador ou relacionado com baixas eficiências deconversão.

A ação de mover o gás de descarga através de canais abertos etransportar os poluentes para as paredes do canal ocorre via um mecanismode difusão gasoso. Depois que o catalisador alcançou sua temperatura deativação, a taxa de reação é dependente da taxa de transferência de massado volume da corrente gasosa (centro do fluxo do gás laminar) para as pare-des. Quando as reações de eliminação do poluente catalisado ocorrem nainterface de parede-gás (onde o catalisador está tipicamente localizado), umgradiente de concentração de poluentes é gerado na corrente do gás dedescarga. Uma camada de limite se desenvolve e, sendo o processo maislento sob tais condições, os princípios de transferência de massa ditam ataxa geral da reação. Desde que a difusão do volume é um processo relati-vamente lento, o número de canais abertos é tipicamente aumentado paracompensar e aumentar a taxa de reação geral. O efeito é essencialmentepara reduzir a distância que as moléculas de gás têm que percorrer paradifundir do volume para a camada de limite. Adicionalmente, a etapa de difu-são do volume relativamente limitadora pode ser compensada fabricando oconversor em um desenho alveolar ou, de outra forma, aumentando a áreade superfície catalítica eficaz. Pela redução simultânea do tamanho dos ca-nais abertos e aumento do número de canais, a taxa de difusão de volumepode ser efetivamente aumentada e a eficiência do conversor melhorada.Entretanto, fazer um tal projeto alveolar de "célula fechada" resulta em umadiminuição na espessura, e assim resistência, das paredes da célula e umaumento na contrapressão para o motor. Assim, o conversor é feito maisfrágil enquanto a economia de combustível do veículo é simultaneamentediminuída. Dessa maneira, existem limites práticos no tamanho mínimo doscanais abertos que restringem a capacidade de melhorar significativamentea taxa de transferência de volume dos conversores alveolares monolíticostradicionais além de um certo ponto.

Assim, devido à ineficiência do processo de transferência de vo-lume, o conversor é tipicamente feito muito grande e é, portanto pesado, vo-lumoso e relativamente lento para aquecer à temperatura de operação cata-lítica limiar. Tipicamente, vários conversores catalíticos podem ser dispostosem uma ordem seqüencial para melhorar o controle de emissão geral.

Conversores catalíticos a gasolina de três sentidos conhecidosnão filtram a matéria particulada. Estudos recentes mostraram que os parti-culados de um ICE (motor de combustão interna) a gasolina podem ser tantoperigosos para a saúde quanto gerados em quantidades aproximadamenteiguais aos níveis de emissão de PM (matéria particulada) pós-DPF (filtro par-ticulado de diesel). À medida que os padrões de emissões de PM são estrei-tados, ambos os motores a diesel e gasolina terão que ser também modifi-cados para reduzir as emissões de PM. Algumas agências européias já es-tão considerando a regulamentação das emissões de PM da gasolina.

A maior parte, se não todos, os sistemas catalíticos não operameficiente ou efetivamente até que uma temperatura operacional limiar sejaalcançada. Durante esse período de "desligamento", quantidades substanci-ais de poluição particulada e não particulada são emitidas para a atmosfera.

Dessa maneira, é freqüentemente desejável colocar um dispositivo catalíticotão perto quanto possível do tubo de distribuição do motor, onde os gases dedescarga são mais quentes e assim o tempo de desligamento é mais curto.

Dessa maneira, o catalisador pode extrair mais rapidamente calor suficientedos gases de descarga do motor para alcançar sua temperatura operacional.

Entretanto, os materiais, as restrições de projeto e/ou segurança podem limi-tar a colocação do conversor catalítico em uma posição separada do tubo dedistribuição. Quando os conversores catalíticos são separados do tubo dedistribuição, o tempo de desligamento é aumentado e poluentes adicionaissão assim descarregados para a atmosfera.

O projeto mais popular para conversores catalíticos é atualmenteo alveolar monolítico onde o material monolítico é cordierita e carbureto desilício. A fim de ser cada vez mais eficaz, a densidade da célula do projetoalveolar monolítico de cordierita foi aumentada fazendo as paredes individu-ais do canal mais finas e aumentando o número de canais por área unitária.Entretanto, a resistência das paredes (e, assim, do conversor monolítico)diminui com espessura de parede decrescente enquanto a contrapressãoaumenta (e a eficiência do motor e milhagem diminui de maneira correspon-dente) com densidade de célula crescente; assim, um limite prático paraaumentar a eficiência do conversor existe e é definido por uma resistênciamonolítica mínima e uma máxima contrapressão permissível provida pelaunidade. Uma outra abordagem para tratar padrões de emissão cada vezmais restringentes é utilizar conversores catalíticos a gasolina de três senti-dos dispostos em múltiplos estágios para obter controle de emissão razoávelde múltiplos poluentes. Entretanto, essa abordagem também adiciona custo,peso, penalidade de combustível e complexidade de engenharia. Assim, emum ambiente regulador de emissões cada vez mais restringente, existe umanecessidade de encontrar uma maneira eficaz para reduzir as emissões no-civas de um ICE típico.

Assim, padrões de poluição do ar, particularmente em relaçãoaos gases de descarga de veículo, estão surgindo sob pressão maior de go-vernos e organizações ambientais. A conseqüência das emissões continua-das é bem-reconhecida e regulamentações adicionais estão sendo adiciona-das enquanto regulamentações existentes estão sendo mais agressivamenteimpostas. Entretanto, emissões reduzidas e regulamentações de emissãomais restringentes podem ter um impacto negativo a curto prazo na econo-mia geral, já que dinheiro adicional deve ser gasto para satisfazer padrõesmais elevados. Na realidade, os governos têm sido relativamente lentos parase adaptar a regulamentações mais firmes, com conseqüências competitivase econômicas. Dessa maneira, um dispositivo catalítico eficaz e mais eficazno custo pode facilitar a transição para um mundo mais limpo, sem efeitoseconômicos prejudiciais substanciais. Em particular, seria desejável proverum dispositivo catalítico eficaz no custo para remover ambos a matéria polu-ente particulada e os poluentes não particulados de uma corrente de des-carga que é capaz de fácil instalação em veículos, pequenos motores e empilhas de descarga industrial. Também seria desejável que um tal dispositivofosse capaz de catalisar quimicamente reações importantes que podem nãoser consideradas como controle de poluição, tais como síntese química, rea-ções de biorreator, síntese de gás, etc. A presente invenção trata essa ne-cessidade.

Brevemente, a presente invenção provê um sistema de descargade motor de combustão interna para converter cataliticamente o monóxidode carbono, oxido nitroso e espécies poluentes de hidrocarboneto em espé-cies não poluentes (tais como bióxido de carbono, nitrogênio molecular eágua) e para prender a matéria particulada. Em geral, o dispositivo é capazde separar material condensado de uma corrente de fluido e ao mesmo tem-po suportar os agentes reativos (tais como membranas, polímeros, materiaishidrofóbicos, materiais hidrófilos, catalisadores etc.) que podem aumentar astaxas de reação dos constituintes na corrente de fluido. O sistema de motorinclui uma descarga de motor de combustão interna (tais como de um motora gasolina, diesel ou outro combustível), um conversor catalítico tendo umalojamento, um orifício de entrada formado no alojamento e conectado comfluidez na descarga do motor e um orifício de saída formado no alojamento econectado com fluidez na atmosfera. O conversor catalítico também incluiuma pluralidade de canais de entrada no alojamento, uma pluralidade decanais de saída dispostos adjacentes aos canais de entrada, uma pluralida-de de paredes porosas não-tecidas substancialmente fibrosas separando oscanais de entrada dos canais de saída, e tipicamente uma cobertura geraldisposta nas paredes porosas, um primeiro agente reativo ou material decatalisador disposto nas paredes porosas e um segundo agente reativo oumaterial de catalisador disposto nas paredes porosas.

Em um exemplo mais específico, o próprio dispositivo catalítico éconstruído còmo um tendo uma pluralidade de canais de entrada e canais desaída dispostos em um padrão alternado, uma parede porosa não-tecidasubstancialmente porosa entre canais de entrada e saída adjacentes respec-tivos, uma cobertura geral de aumento da área de superfície com estabiliza-dores e aditivos dispostos nas fibras constituindo as paredes porosas não-tecidas substancialmente fibrosas, uma porção de catalisador disposta nasparedes porosas não-tecidas substancialmente fibrosas, um orifício de en-trada acoplado nos canais de entrada, um orifício de saída acoplado noscanais de saída, um bloco de entrada em pelo menos alguns dos canais deentrada, cada bloco de entrada posicionado em canais de entrada respecti-vos e entre o orifício de entrada e o orifício de saída e um bloco de saída empelo menos alguns dos canais de saída, cada bloco de saída posicionadoem canais de saída respectivos e entre o orifício de entrada e o orifício desaída. Em um outro exemplo específico, o dispositivo catalítico é construídocomo um bloco substancialmente fibroso não-tecido monolítico tendo umaextremidade de entrada e uma extremidade de saída. Os canais de entradae os canais de saída são dispostos em um padrão alternado no bloco comuma parede porosa posicionada entre canais de entrada e saída adjacentes.Os canais de entrada e saída podem correr paralelos entre si, perpendicula-res entre si ou em alguma outra configuração. Um catalisador é disposto nasparedes porosas, tal que as paredes dos poros dentro da parede porosacontêm catalisador para reação com gases e particulados sólidos, e um blo-co de entrada é incluído em cada canal de entrada respectivo e posicionadona extremidade de saída enquanto um bloco de saída é incluído em cadacanal de saída respectivo e posicionado na extremidade de entrada. Os blo-cos forçam a corrente de fluido através do material refratário poroso não-tecido substancialmente fibroso.

Vantajosamente, o dispositivo catalítico provê um método pararemover a matéria particulada e o monóxido de carbono, oxido nitroso e po-luentes de hidrocarboneto e para prender a matéria particulada da correntede descarga de um motor. Isso é feito direcionando uma corrente do gás dedescarga de um motor através de um filtro não-tecido substancialmente fi-broso, catalisando a conversão dos poluentes de hidrocarboneto em bióxidode carbono e água, catalisando a conversão do monóxido de carbono embióxido de carbono, catalisando a conversão do óxido de nitrogênio em gásde nitrogênio molecular e extraindo a matéria particulada da corrente do gásde descarga via filtragem. A matéria particulada pode ser posteriormenteremovida durante o processo de regeneração na presença ou ausência decatalisadores, aquecedores e outros dispositivos.

Esses e outros aspectos da presente invenção se tornarão evi-dentes a partir de uma leitura da descrição seguinte, e podem ser realizadospor meio dos meios e combinações particularmente evidenciados nas reivin-dicações anexas.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos constituem uma parte desse relatório descritivo eincluem modalidades exemplares da invenção, que pode ser personificadaem várias formas. É para ser entendido que, em alguns casos, vários aspec-tos da invenção podem ser mostrados exagerados ou ampliados para facili-tar o entendimento da invenção.

A figura 1 é um diagrama de um dispositivo catalítico de acordocom a presente invenção.

A figura 2 é um diagrama de um dispositivo catalítico de acordocom a presente invenção.

A figura 3 é um diagrama de um dispositivo catalítico de acordocom a presente invenção.

As figuras 4A, 4B, 4C e 4D são gráficos mostrando as reduçõesdo tempo de desligamento devido ao uso de um dispositivo catalítico de a-cordo com a presente invenção.

A figura 5A é uma vista da extremidade de um dispositivo catalí-tico tendo um substrato monolítico de acordo com a presente invenção.

A figura 5B é uma vista da extremidade parcial ampliada da figu-ra 5A.

A figura 5C é uma vista média da seção transversal do dispositi-vo catalítico mostrado na figura 5A.

A figura 5D é uma vista recortada alongada de canais adjacen-tes do dispositivo catalítico mostrado na figura 5A.

A figura 5E é uma vista recortada plana de canais adjacentes dodispositivo catalítico mostrado na figura 5A.

A figura 5F é uma ilustração esquemática do dispositivo da figu-ra 5A quando posicionado em uma corrente de descarga fluindo de um mo-tor a gasolina para a atmosfera.

-As figuras 6A e 6B são um diagrama de um sistema de descargacatalítico de acordo com a presente invenção.

A figura 7 é um diagrama de um dispositivo catalítico de substitu-ição de acordo com a presente invenção.

A figura 8 é um diagrama de um dispositivo catalítico de fluxocruzado de acordo com a presente invenção.

A figura 9 é um diagrama de um dispositivo catalítico de acordocom a presente invenção.

A figura 10 é um diagrama de um dispositivo catalítico de acordocom a presente invenção.

A figura 11 é um diagrama da seção transversal dos canais paraum dispositivo catalítico de acordo com a presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Descrições detalhadas dos exemplos da invenção são providasaqui. É para ser entendido, entretanto, que a presente invenção pode serexemplificada em várias formas. Portanto, os detalhes específicos descritosaqui não devem ser interpretados como limitando, mas preferivelmente comouma base representativa para ensinar alguém versado na técnica como utili-zar a presente invenção em virtualmente qualquer sistema detalhado, estru-tura ou maneira.

As figuras do desenho aqui ilustram e se referem a um caminhodo sistema de descarga que é especificamente descrito como um compo-nente de um sistema de descarga de motor de combustão interna. Entretan-to, deve ser verificado que o caminho de descarga pode ser usado com ou-tros tipos de sistemas de descarga. Por exemplo, o caminho do sistema dedescarga pode ser usado na petroquímica, filtragem de ar, filtragem com gásquente, síntese química, biomédica, processamento químico, lojas de pintu-ra, lavanderias, descarga industrial, usina de geração ou aplicações de des-carga de cozinha comercial.

De forma geral, um dispositivo de conversão catalítico consisteem um hospedeiro ou um suporte de substrato estrutural e um catalisadorque pelo menos reveste parcialmente o suporte. Freqüentemente, os com-ponentes do catalisador residem em uma cobertura geral que inclui intensifi-cadores da área de superfície, modificadores de superfície, estabilizadores ecomponentes de armazenamento de oxigênio. Um dispositivo catalítico con-tém o tipo apropriado e massa de suporte e catalisador, de modo que elepode satisfazer uma função catalítica precisa sob as condições de operaçãoe ambientes adequados. Por exemplo, o dispositivo catalítico pode facilitaruma conversão química, tal como essa de uma primeira espécie gasosa emuma segunda espécie gasosa, uma primeira espécie líquida em uma outraespécie líquida, uma espécie líquida em uma espécie gasosa ou similares.Tipicamente, a reação de conversão química ou conjunto de reações é deli-berada e bem-definida no contexto de uma aplicação particular, por exem-pio, conversão simultânea de NOx, HC e CO em N2, H2O e CO2, a conver-são de MTBE para C02 e vapor, a conversão de fuligem para C02 e vapor esimilares.

A figura 1 mostra um dispositivo de conversão catalítico de 4sentidos 10 capaz de facilitar múltiplas reações catalisadas bem como capazde filtrar matéria particulada ou condensada de uma corrente de fluido. Odispositivo catalítico 10 tem alojamento 12 que tem orifício de entrada 14 eorifício de saída 16. Por conveniência, o dispositivo catalítico 10 será descri-to em conjunto com um motor de combustão interna a gasolina, mas seráverificado que ele pode ser usado em outros tipos de motores e em aplica-ções de descarga industriais, comerciais ou residenciais. O dispositivo catalí-tico 10 representa uma parede 25 no alojamento 12. A parede 25 é tipica-mente porosa e mais tipicamente tem uma camada de material catalítico 26disposta na sua superfície. O posicionamento da parede 25 dispõe o canalde entrada 19 adjacente ao canal de saída 21. Quando o gás de descarga(isto é, um gás tendo um conteúdo de poluente relativamente alto) de umafonte de gás de descarga (isto é, um motor a gasolina ou similar) entra noorifício de entrada 14, o gás é recebido no canal de entrada 19, e pelo me-nos um pouco do gás é movido através da parede porosa 25. O gás de des-carga é tipicamente um produto da combustão da gasolina e como tal estátipicamente um tanto quente. Em outros casos, o gás poderia ser aquecidoexternamente para trazer os catalisadores para as temperaturas de opera-ção. O gás de descarga assim aquece primeiro a parede porosa 25 suficien-temente para ativar o catalisador 26, e, depois que a temperatura de ativa-ção foi alcançada, os poluentes no gás de descarga são então cataliticamen-te reagidos com o contato com a camada do catalisador 26. Mais particular-mente, os gases não particulados interagem com o catalisador 26 via ummecanismo de difusão do poro 30 que surge do fluxo do gás através da pa-rede 25. Desde que o gás de descarga é forçado através das paredes, a Ii-mitação de fluxo do volume para a reação é removida e a taxa de reação dogás é primariamente limitada pela difusão do gás nos poros que é uma dis-tância muito menor do que o diâmetro dos canais. O gás de descarga podetambém experimentar fluxo laminar quando ele flui do canal de entrada 19para o canal de saída 21 e no canal de saída 21. Esses fluxos laminares nocanal de saída 21 levam a um processo de difusão de volume 32, que tam-bém remove poluentes não particulados. Em algumas construções, as pare-des do alojamento 12 podem incluir material de parede porosa 27 (como ma-terial de parede 25) e uma camada de catalisador 26, que também melhoraa eficiência de conversão e assim permite uma redução, ou até mesmo aeliminação substancialmente total, da necessidade de múltiplos fil-tros/conversores dispostos em série a fim de remover suficientemente espé-cies poluentes de uma corrente de gás de descarga.

Algumas construções podem ter o vão 29 entre o canal de en-trada 19 e o canal de saída 21. O vão 29 possibilita uma trajetória de des-carga de fluxo direto do orifício de entrada 14 para o orifício de saída 16.Dessa maneira, o dispositivo catalítico 10 pode usar uma combinação deprocessos de fluxo de parede (isto é, o gás passa através de uma paredeporosa) e fluxo direto (isto é, o gás interage com a parede, mas não passaatravés dela) para prover o efeito catalítico. O tamanho e a colocação dequalquer vão 29 podem ser ajustados de acordo com as exigências de con-trapressão, eficiência de filtragem requerida, fluxos de gás esperados e ní-veis de conversão requeridos.

O tamanho do poro na parede 25 e a parede 27 podem ser sele-cionados para prender a matéria particulada e para catalisar as reações par-ticulares. A porosidade geral, forma do poro e distribuição do tamanho doporo podem também depender da cobertura geral e do material de catalisa-dor sendo usado para revestir as paredes do material refratário poroso não-tecido substancialmente fibroso. A(s) parede(s) 25, 27 podem ter um gradi-ente de tamanho de poro. A natureza altamente porosa e fibrosa da(s) pare-de(s) 25, 27 permite que o dispositivo 10 seja feito menor e mais leve do queos conversores da técnica anterior e permite aquecimento mais rápido e'desligamento'. As fibras refratárias entrelaçadas que compõem as paredes25, 27 também contribuem para a dureza das paredes 25, 27, tornando-ascapazes de suportar condições mecanicamente severas, tal como essaspróximos do motor. Essa combinação de propriedades permite que o dispo-sitivo 10 seja posicionado mais perto do motor do que os dispositivos con-versores conhecidos, tal que o dispositivo 10 pode ser aquecido para suatemperatura de 'desligamento' mais rapidamente pelos gases do motor eassim começam a funcionar mais rápido com menos poluentes passandoatravés dele não convertidos durante a sua fase de desligamento.

O uso do fluxo da parede de difusão do poro aumenta dramati-camente a eficiência do dispositivo catalítico 10, particularmente durante odesligamento. Como um resultado do projeto de fluxo da parede, o gás dedescarga é forçado a passar através da parede e, portanto, a limitação dedifusão de volume é severamente reduzida. Assim, o gás de descarga preci-sa somente difundir nos poros para alcançar o catalisador residente nas pa-redes dos poros. Essa distância é muito mais curta, e, portanto, a eficiênciade conversão geral é muito mais alta. A eficiência é também aumentada de-vido a menor massa térmica das paredes altamente porosas 25, 27 possibili-tando que elas sejam aquecidas mais rapidamente. A eficiência maior e amenor massa térmica possibilitam que o dispositivo catalítico seja feito me-nor, ou tenha menos material catalítico e ainda mantenha processos catalíti-cos eficazes. Um tal tamanho e redução de massa economiza espaço, mate-rial e custo, enquanto reduzindo significativamente a emissão de poluentesdevido aos retardos mais curtos do desligamento. Adicionalmente, a emitân-cia/emissividade do material pode ser alterada, tal como com a aplicaçãodos agentes de emitância, de modo a afetar a eficiência de conversão e/oupara administração térmica.

A figura 2 mostra um dispositivo catalítico 50 similar ao dispositi-vo catalítico 10, exceto que o canal de entrada 59 é totalmente bloqueadopela parede fibrosa 65. Dessa maneira, a única trajetória de descarga daentrada 54 para a saída 56 é através da parede porosa 65 via um mecanis-mo de difusão de poro, de fluxo de parede 70. O comprimento e a porosida-de dos tampões ou material de bloqueio podem ser alterados para satisfazeras exigências de aplicação.

A figura 3 mostra um dispositivo catalítico 75 similar ao dispositi-vo catalítico 10, exceto que múltiplas paredes porosas 83, 84, 85, 86 sãoposicionadas entre o canal de entrada 79 e o canal de saída 81.

A figura 4 é um gráfico 100 que compara um conversor catalíticoconhecido típico, tal como é discutido na seção de antecedentes acima, comum dispositivo catalítico tal como o dispositivo catalítico 50. Será entendidoque o gráfico pode não estar em escala, e pode mostrar certos efeitos deforma exagerada para facilitar a explicação. O gráfico 100 tem um eixo geo-métrico y 108 mostrando "% de conversão", enquanto o eixo geométrico χ106 mostra o tempo. O tempo de desligamento é definido como o tempo queleva para os catalisadores alcançarem uma eficiência de conversão de umvalor definido (50% ou 90% exemplares). Alternativamente, o eixo geométri-co χ 106 pode indicar temperatura do gás de saída descarregado. Mais par-ticularmente, na ausência de elementos de aquecimento externos, o gás dedescarga inicial é usado para aquecer o conversor catalítico para temperatu-ras totalmente operacionais. Em outros casos, elementos de aquecimentoexternos podem ser necessários para elevar a temperatura dos catalisado-res para a faixa de operação. Quando o conversor catalítico alcança a tem-peratura de operação total, uma temperatura de estado estável é atingidaonde o fluxo de calor para dentro do sistema é equivalente ao fluxo de calorfora do sistema. Se as reações que ocorrem no conversor catalítico são exo-térmicas, a temperatura de saída pode ser mais alta do que a temperaturado gás de entrada. Para consistência de explicação, a figura 4 será descritacom referência ao tempo.

Com referência à figura 4A, três áreas do gráfico são indicadas.Em uma primeira área 101, a taxa de conversão é principalmente uma fun-ção das características do catalisador 66, particularmente sua temperaturade ativação. Naturalmente, as propriedades térmicas (massa térmica, condu-tividade térmica, capacidade térmica e similares) do substrato 65 tambémexercem uma parte, já que levará mais tempo para aquecer uma massa tér-mica maior, de modo que o catalisador depositado 66 alcance a temperaturade ativação. Na área 101, quando o gás de descarga aquece o catalisador66, moléculas poluentes tocando o catalisador 66 começam a sofrer reaçõesde conversão para espécies não poluentes; de forma geral, entretanto, talconversão é muito ineficiente abaixo do limiar da temperatura de desliga-mento. À medida que o gás de descarga continua a aquecer o substrato 65,as taxas de reação de conversão se tornam limitadas pela difusão do poro na área 103. Quando o gás de descarga é empurrado para dentro dos porosdo substrato 65, mais poluentes são colocados em contato com o catalisador66, e a taxa das reações catalisadas aumenta. Quando mais do substrato 65é aquecido, o processo continua para se tornar mais eficiente. Quando osubstrato 65 fica totalmente aquecido, o processo de conversão do poluente se torna limitado pela difusão de volume na área 105. Como os gases dedescarga fluem através do dispositivo catalítico típico 50, leva tempo para ofluxo laminar chegar totalmente ao equilíbrio. Com o tempo, gradientes deconcentração suficientes são gerados que agem para puxar as moléculaspoluentes em contato com as paredes do canal 65, 67. Dito um pouco dife- rentemente, ò gás de descarga perto das paredes 65, 67 reagiu com o cata-lisador 66 e, assim, tem uma menor concentração de poluentes do que o gásde descarga mais perto do centro do canal de descarga. Esse gradiente deconcentração cria uma força de impulsão eficaz que move a porção do gásno centro com uma concentração de poluente mais alta para a área de pare-de de concentração de poluente menor. Esse efeito de difusão de volumenas condições do fluxo laminar leva tempo para alcançar um estado estável,então a curva se aproxima gradualmente do seu limite de conversão.

A figura 4A compara o tempo que leva para um conversor catalí-tico da técnica anterior típico alcançar um tempo totalmente operacional 110com o tempo que leva para um dispositivo catalítico 50 alcançar um tempototalmente operacional 111. A diferença é mostrada como redução do tempo115.

A figura 4B compara o tempo 117 que leva para ativar primeiro ocatalisador em um conversor típico da técnica anterior com o tempo 116 queleva para ativar primeiro o catalisador 66 em um dispositivo catalítico 50. Adiferença é mostrada como redução do tempo 118. O tempo reduzido 118 éprimariamente uma função ou efeito da massa térmica reduzida do substratoda parede porosa no dispositivo catalítico 50, que permite que o materialcatalítico 66 alcance mais eficientemente a temperatura de ativação.

Depois que o catalisador ativa primeiro, um conversor catalíticopassa através de um período de tempo onde a taxa da reação catalisada élimitada primariamente pelos processos de difusão do poro. Em outras pala-vras, depois que o limiar de temperatura da primeira porção do catalisador éalcançado, a taxa da reação catalisada é agora limitada pela velocidade queo gás que aquece o catalisador pode ser transportado para o catalisador res-tante depois que ele já entrou nos poros e a velocidade que a espécie gaso-sa a ser reagida na interface do catalisador pode ser transportada atravésdas paredes porosas para ele. O efeito de difusão do poro domina a taxa dereação até que quantidades suficientes de substrato/catalisador tenham sidoaquecidas; nesse momento, a difusão de volume das espécies de poluentepara o catalisador na superfície do substrato se torna o processo dominantee limitador. A figura 4C compara o tempo 125 quando a difusão de volumedomina em um conversor típico com o tempo 131 quando a difusão do porodomina no dispositivo catalítico 50. A diferença é mostrada como redução dotempo 132. O tempo reduzido 132 é primariamente devido à trajetória dedescarga possibilitada através da parede porosa. No dispositivo catalítico 50,todo o gás de descarga precisa passar através da parede porosa 65. Desdeque as fibras individuais na parede porosa 65 são revestidas com o catalisa-dor 66, a taxa de reação é substancialmente aumentada quando as espéciesde poluentes são transportadas através dela via a difusão do poro. Além doque, desde que a parede 65 é altamente porosa, e tem uma pequena massatérmica, ela é mais rapidamente aquecida para a temperatura de ativação docatalisador.

Quando material de substrato suficiente 65, 67 foi aquecido, odispositivo catalítico 50 tem suas características de transferência de volumedominando e limitando a eficiência de conversão. Entretanto, o impacto dataxa de transferência de volume é tipicamente muito pequeno. Desde que oconversor catalítico típico tem uma massa térmica relativamente grande, le-va tempo 141 para se aproximar da sua eficiência de conversão final. Desdeque o dispositivo catalítico 50 tem uma menor massa térmica e um processode difusão de poro mais eficaz, o tempo 139 para se aproximar da sua efici-ência de conversão final é mais curto. A diferença é mostrada como reduçãode tempo 149. A redução de tempo total 115 (figura 4A) é uma soma da re-dução de tempo 118 (figura 4B), redução de tempo 132 (figura 4C) e redu-ção de tempo 149 (figura 4D). Essa redução no tempo para alcançar a efici-ência máxima de conversão resulta em prevenção significativa da poluição epermite que os engenheiros de controle de emissão projetem dispositivosmenores e mais econômicos para satisfazer as regulamentações de emis-sões.

As figuras 5A e 5B mostram um dispositivo catalítico 150 incor-porando alvéolo monolítico fibroso 155 no alojamento 151. O alvéolo 155tem um conjunto de canais de entrada 157 e canais de saída 159 dispostosem um padrão alternado. Nessa modalidade, o padrão alternado é um pa-drão de tabuleiro, embora outras modalidades possam incorporar outros pa-drões. Cada canal respectivo 157, 159 define uma extremidade aberta euma extremidade bloqueada opostamente disposta. Cada uma das extremi-dades bloqueadas inclui um elemento de bloqueio respectivo ou bloco 156disposto nela para impedir o fluxo do gás através dela. A figura 5A mostra olado de entrada 153 do dispositivo catalítico 150. Dessa maneira, as célulasabertas funcionam como canais de entrada 157. No lado de entrada, os ou-tros canais 159 são bloqueados com um material de bloqueio de modo quenenhum gás de descarga pode entrar a partir do lado de entrada. No lado desaída 154, os canais de entrada 157 são bloqueados, enquanto os canais desaída 159 estão abertos. A figura 5B mostra em mais detalhes os canais157, 159 e as paredes 161 separando e definindo os canais 157, 159, o ma-terial de bloqueio 163 disposto nas extremidades dos canais de saída 159 eo material fibroso compondo o bloco 155. Tipicamente, o bloco 155 e o ma-terial de bloqueio 163 são ambos compostos de material substancialmentefibroso não-tecido; mais tipicamente, o bloco 155 e o material de bloqueio163 têm substancialmente a mesma composição. Entretanto, o bloco 155 e omaterial de bloqueio 163 podem ter composições diferentes e/ou estruturasaté mesmo substancialmente diferentes.

A figura 5C mostra uma seção transversal em um ponto entre olado de entrada 153 e o lado de saída 154. Aqui, os canais de entrada 157são dispostos adjacentes aos canais de saída 159, com paredes porosas160 dispostas entre eles. Dessa maneira, o gás dos canais de entrada 157 éimpelido através das paredes 160 para dentro dos canais de saída adjacen-tes 159 e a seguir transportado para fora do orifício de saída 154.

A figura 5D mostra que os canais de entrada 167, 168 são sepa-rados de canais de saída adjacentes 170, 171 por paredes porosas 173A-E.Também, os canais de entrada 167, 168 são bloqueados no lado de saída154 por blocos 175, 177, enquanto os canais de saída 170, 171 são bloque-ados no lado de entrada 153 por blocos 179, 181. Essa construção possibili-ta que o gás se mova de um canal de entrada respectivo 167, 168 para umcanal de saída adjacente 170, 171 para substancialmente todo o comprimen-to do bloco fibroso 155.

A figura 5E mostra que o fluxo laminar é estabelecido dentro doscanais 167, 168, 170, 171 para facilitar a difusão de volume, enquanto o flu-xo da parede ou difusão do poro é estabelecido entre os canais para facilitartaxas de reação mais altas.

Será verificado que o dispositivo catalítico 150 pode ser projeta-do em muitas disposições físicas. O diâmetro, comprimento, densidade docanal, padrão de bloqueio, material de bloqueio, colocação do material debloqueio, material catalítico, colocação do catalisador, porosidade da parede,tamanho do poro, forma do poro e espessura da parede podem todos serajustados para necessidades específicas da aplicação. Cada uma dessascaracterísticas pode afetar a taxa de conversão, contrapressão e tempo dedesligamento. O efeito de cada uma dessas propriedades é discutido, deforma geral, abaixo.

a. No dispositivo catalítico 150, o fluxo de parede melhoradopossibilita a diminuição significativa no tempo de desligamento aumentandoa eficiência e dependência da taxa de reação geral na taxa de difusão doporo. Dessa maneira, as propriedades das paredes do canal 160 são sele-cionadas para facilitar uma taxa desejada de atividade de difusão do poro.Por exemplo, foi verificado que o gás de descarga é mais efetivamente cata-lisado quando leva de aproximadamente uns poucos microssegundos a a-proximadamente 2 segundos para o gás de descarga passar através dasparedes do canal 160. Em uma descarga de motor a gasolina típico, o gáspode fluir em aproximadamente 5,1 metros cúbicos (180 pés cúbicos) porminuto. Dessa maneira, se a parede do canal 160 é formada de um materialnão-tecido substancialmente fibroso tendo uma porosidade entre aproxima-damente 60 e aproximadamente 90 por cento e uma espessura de aproxi-madamente 20 mil, então levará na ordem de microssegundos para o gásatravessar. Naturalmente, será entendido que muitos fatores são considera-dos na determinação da espessura da parede, tais como porosidade da pa-rede, permeabilidade, limitações da contrapressão, taxa de conversão re-querida e comprimento geral. O tempo de permanência mais longo dos ga-ses passando através do conversor 10 e a tortuosidade dos gases quandoeles passam através dele combinam para aumentar a probabilidade de umaespécie de poluente entrar em contato com o catalisador 166, e assim serconvertido em uma espécie não poluente. Entretanto, a tortuosidade exces-siva pode também aumentar a contrapressão substancialmente.

b. A porosidade e a permeabilidade das paredes 160 são sele-cionadas para acomodar as limitações da contrapressão, bem como paraprover uma trajetória suficientemente tortuosa de modo que o gás de des-carga é impelido para contato com o catalisador 166. Na prática, uma poro-sidade entre aproximadamente 60% e aproximadamente 90% proveu taxasde conversão eficazes, enquanto ainda possibilitando características de con-trapressão suficientemente baixas. Essa faixa de porosidade também contri-bui para uma massa térmica relativamente baixa, o que, por sua vez, contri-bui para aquecimento mais rápido e tempos de desligamento mais curtos.Será entendido que outras porosidades podem ser selecionadas para supor-tar exigências específicas de contrapressão e conversão.

c. A distribuição do tamanho do poro médio e do tamanho doporo é selecionada para acomodar limitações requeridas de contrapressão,bem como para capturar poluentes particulados de tamanhos específicospredeterminados, se desejado. Tipicamente, a cobertura geral e os catalisa-dores são colocados dentro dos poros, e mais tipicamente tal que eles nãobloqueiem os poros. Em uma construção específica, o diâmetro do poro éselecionado para otimizar a captura da matéria particulada de um tamanhocaracterístico desse encontrado em uma descarga de motor a gasolina, quetipicamente varia de aproximadamente 5 nanômetros a aproximadamente 1mícron. Adicionalmente, o comprimento do poro médio é também um fatorna determinação da capacidade do substrato poroso 155, 161 para capturarmatéria particulada de um dado tamanho. Além do mais, a distribuição dotamanho do poro pode ser manipulada para maximizar a captura de partícu-las de tamanhos diferentes. Por exemplo, se um gás de descarga contémpopulações de partícula caracterizadas por dois tamanhos de partícula mé-dia discretos, a distribuição do tamanho do poro pode ser manipulada tal queduas populações de poros estejam presentes, cada uma dimensionada paraotimizar a captura de partículas de um tamanho médio respectivo. Uma talestrutura de poro poderia levar a um filtro de comprimento mais eficiente on-de as partículas são capturadas dentro da parede do substrato e não apenasna parede do substrato. Tamanhos de poro típicos variam de 1 mícron a 100mícrons, e mais tipicamente 20-50 mícrons.

As partículas filtradas da corrente de descarga precisariam serremovidas do filtro (isto é, o filtro precisaria ser regenerado) em intervalosperiódicos para manter o filtro limpo, sua permeabilidade alta e sua eficiênciade conversão alta. Em tais casos, as estratégias de regeneração 'ativas' ou'passivas' podem ser utilizadas. Na regeneração passiva, os particuladoscapturados são queimados periodicamente na presença do catalisador deoxidação à medida que as temperaturas ficam mais altas do que o ponto dequeima da fuligem. Nas regenerações ativas, o calor tem que ser supridopara um tal conversor catalítico para aumentar a temperatura da fuligem su-ficientemente para remover por queima para primariamente C02 e H20. Aregeneração ativa também utiliza os catalisadores transportados pelo com-bustível e dispositivos mecânicos, tais como coletoes de calor, válvulas depressão, etc. No caso de particulados que foram capturados usando filtra-gem de profundidade, o contato eficiente entre os particulados, catalisador eo gás que chega permite remoção por queima rápida, eficiente e mais com-pleta dos particulados e regeneração.

Em uma configuração, o dispositivo catalítico 150 é conectadocom fIuidez na corrente de descarga que sai de um motor a gasolina 190 etambém em um orifício de injeção de combustível 152 que, de tempos emtempos, é usado para injetar o combustível para dentro do monólito alveolarcatalítico 155 (vide figura 5F). O combustível injetado imediatamente queimae aquece o dispositivo catalítico 150 suficientemente para oxidar/removersubstancialmente a matéria particulada coletada. Esse processo de regene-ração pode ser feito periodicamente, ou pode ser iniciado em resposta a umparâmetro medido, tal como uma temperatura ou contrapressão limiar. Amaior dureza contribuída pela natureza fibrosa entrelaçada do material domonólito alveolar 155 facilita regenerações mais freqüentes; a dureza e anatureza altamente refratária do material do monólito alveolar 155 permitema colocação do dispositivo 150 mais perto do motor (e em uma porção detemperatura mais alta da corrente de descarga ou onde maior impacto térmi-co no material pode ser esperado) do que de outra forma seria possível comdispositivos conversores conhecidos. Isso permite um tempo de desligamen-to mais rápido para o dispositivo 150 e assim uma redução na poluição emi-tida.

d. O padrão de bloqueio e a posição do bloco são selecionadosde acordo com a disposição física do dispositivo catalítico 150, bem comoexigências de contrapressão e conversão ditadas por seu ambiente de ope-ração. Pelo ajuste do padrão de bloqueio ou da posição de bloqueio, o volu-me relativo ou a forma dos canais de entrada ou saída 157, 159 pode serajustada. Por exemplo, fazendo mais volumes de canal de entrada disponí-veis, a contrapressão pode ser reduzida. Em um outro exemplo, os blocos156 podem ser dispostos para ajustar quanta área é usada para o fluxo daparede, e quanta área é usada para o fluxo do canal. Isso permite que o pro-jetista do dispositivo ajuste o nível relativo de difusão do poro quando com-parado com a difusão de volume. Sob esse aspecto, 0 projetista pode, porexemplo, posicionar os blocos 156 em uma disposição que provê mais fluxode canal e menos fluxo de parede. Isso provê mais fluxo laminar (difusõesde volume), com menos fluxo de parede (difusão de poro), mas pode diminu-ir a contrapressão. Similarmente, o canal pode ter uma variedade de tama-nho e formas, dependendo da contrapressão, natureza das reações e dacapacidade de armazenamento de cinza necessária.

e. A densidade do canal é selecionada para maximizar a passa-gem do gás de descarga e tal que o transporte do fluxo laminar das espéciespoluentes para a interface do catalisador é otimizado enquanto os aumentosde contrapressão são minimizados. A natureza fibrosa do material do monó-Iito (isto é, fibras entrelaçadas, interligadas sinterizadas ou de outra formaunidas ao máximo, se não substancialmente toda, nos seus pontos de inter-seção) permite um material de substrato excepcionalmente forte e duro ten-do um grau de porosidade relativamente alto (pelo menos aproximadamente50 por cento poroso, e mais tipicamente entre aproximadamente 60 por cen-to e aproximadamente 90 por cento poroso) enquanto simultaneamentepermanecendo leve e definindo uma massa térmica relativamente baixa. Es-sas propriedades resultam em um material duro e relativamente não quebra-diço tendo porosidade inerente e permeabilidade suficientes de modo a nãocontribuir tão significativamente para a contrapressão como substratos decordierita sinterizados tradicionais, especialmente se as variedades de fluxoda parede dos substratos de cordierita foram utilizadas). Da mesma forma,os comprimentos dos canais podem ser relativamente curtos, desde que acombinação de fluxo de parede e alta porosidade tornem a exposição aocatalisador mais provável. Assim, canais relativamente curtos 157, 159 po-dem ser formados no presente material em uma densidade de canal relati-vamente alta (isto é, muitos canais de áreas menores de seção transversal)sem substancialmente aumentar a contrapressão para um motor conectadocom fluidez nele. Da mesma forma, substratos de menos densidade de canal(densidade de célula) com paredes mais grossas podem também ser cons-truídos para aumentar o tempo de permanência do gás de descarga nos po-ros da parede.

f. O material catalítico é selecionado para facilitar as reaçõesdesejadas das espécies poluentes em espécies não poluentes em taxas re-lativamente altas em baixas temperaturas. Tipicamente, para aplicações demotor de combustão interna, essas espécies são óxidos de nitrogênio (NOx),monóxido de carbono (CO) e vários hidrocarbonetos (HC) presentes na ga-solina ou outra corrente de descarga do ICE. Tipicamente, o número de ca-talisadores discretos presentes é igual ao número de poluentes que se dese-ja eliminar da corrente de descarga, embora se um catalisador pode funcio-nar para catalisar as reações de dois ou mais poluentes em não poluentes,um número menor de catalisadores pode ser requerido. Por exemplo, umacombinação de platina e ródio pode estar presente na superfície do substra-to e/ou paredes do poro para catalisar a reação de NOx em N2 e O2, paracatalisar a reação de CO em CO2 e para catalisar a reação de HCs em CO2e H2O. Catalisadores mais complexos que incluem estruturas de perovskita,metais preciosos, óxidos de metal de base, terras raras e assim por diantepodem também ser usados. Para outras reações, os catalisadores podematé mesmo consistir em moléculas biológicas tal como enzimas. Os catalisa-dores podem ser aplicados como revestimentos discretos e espaçados, co-mo uma mistura física, como faixas ou tiras discretas ou em qualquer manei-ra conveniente que resulta em interfaces catalíticas presentes na parede esuperfícies de poro. Assim, canais particulares ou porções de canal podemser revestidas com um tipo de catalisador, enquanto outros canais ou por-ções de canal podem ser revestidas com um outro tipo de catalisador. A co-bertura geral e os catalisadores podem também ser dispostos tipicamentesobre fibras individuais e nas junções entre as fibras individuais na parededo substrato.

g. Será verificado que os critérios de projeto discutidos em a-facima são providos somente como um conjunto de linhas de referência ge-rais. Será entendido que muitas permutas e acordos são tipicamente feitosdurante o projeto de um dispositivo catalítico. O dispositivo catalítico 150 éum projeto altamente flexível e pode ser construído em muitas construçõesespecíficas.

As figuras 6A e 6B mostram um sistema de descarga 200 opera-cionalmente acoplado em um dispositivo catalítico 202 que opera como des-crito acima. O gás de descarga é gerado pelo motor 201 e impelido atravésdo caminho do gás de descarga 203 e através do dispositivo catalítico 202,que está conectado com fluidez como parte do caminho 203. A entrada dogás de descarga 204 e a saída do gás de descarga 205 são definidas peloalojamento 206. O gás de descarga entra no dispositivo catalítico 202 via aentrada do gás de descarga 204, interage com as paredes fibrosas 207 nelae sai através da saída do gás de descarga 205.

A figura 7 mostra um dispositivo catalítico 225 configurado paraaplicação como um dispositivo de reposição ou conserto. O dispositivo 225inclui uma parede fibrosa interna 227 confinada dentro de um alojamento228. O alojamento 228 define uma entrada de descarga 231 e uma saída dedescarga 233. O alojamento 228 também define um acoplador de entrada235 e um acoplador de saída 237 que são configurados para conectar emum sistema de descarga existente. Os acopladores 235, 237 podem serconstruídos para suportar qualquer tipo de acoplamento conveniente, talcomo um acoplamento soldado, de atrito e/ou rosqueado.

A figura 8 ilustra esquematicamente um filtro de fluxo cruzado250 tendo conjuntos em camadas de canais perpendiculares 252. Um con-junto de canais de entrada 254 recebe um líquido ou gás tendo pelo menosdois componentes (aqui dados como Ά'+'Β'). As paredes entre os canais deentrada 254 e os canais de saída 262 são construídas de material porososubstancialmente fibroso e são revestidas com um catalisador para facilitar aseparação de ou reação da substância B em uma nova espécie diferente deB, enquanto simultaneamente passando a substância A através delas subs-tancialmente inalterada. Dessa maneira, pelo menos um pouco do material Bé removido do fluxo do fluido através do filtro 250. O fluido que surge da saí-da do filtro 260 assim tem uma concentração menor da espécie B e umaconcentração mais alta da espécie A. Será entendido que o material B adi-cional pode ser removido (isto é, a concentração de B pode ser ainda maisreduzida) aumentando o comprimento do filtro, aumentando o número decanais ou aumentando a quantidade de revestimento reativo.

A figura 9 mostra um dispositivo catalítico 275 similar ao disposi-tivo catalítico 10, exceto que os canais de entrada e os canais de saída sãoaleatoriamente providos. Mais particularmente, um bloco fibroso 285 foi po-sicionado dentro de um alojamento 277 e é caracterizado por uma alta poro-sidade, dessa maneira possibilitando um fluxo aleatório de gás através dobloco 285. O alojamento 277 pode representar opcionalmente uma paredefibrosa 279 (da mesma composição ou diferente que o bloco 285) conectadano interior do alojamento. O bloco 285 tipicamente tem um gradiente de po-rosidade para encorajar uma trajetória de fluxo de gás mais longa ou maistumultuosa. O alojamento 277 também inclui um orifício de entrada de gás281 e um orifício de saída de gás espaçado 283, definindo os pontos finaisda trajetória de fluxo de gás através do bloco 285.

A figura 10 mostra um dispositivo catalítico 300 similar ao dispo-sitivo catalítico 10, exceto que o canal de entrada 310 é mais largo do que ocanal de saída 311. O alojamento 302 inclui um revestimento de parede fi-brosa interna 204 e define orifícios de entrada e saída espaçados 306, 308que também definem os pontos finais da trajetória de fluxo do gás através dodispositivo 300, incluindo através da parede fibrosa 315 posicionada nele. Acontrapressão pode ser reduzida provendo canais de entrada mais largos,ou em maior número, os canais de entrada 310 quando comparado com oscanais de saída 311.

A figura 11 mostra um dispositivo catalítico 350 similar ao dispo-sitivo catalítico 150, exceto que blocos 379, 381 para os canais de saídarespectivos 371, 370 são posicionados distantes das extremidades do ca-nal/saída de descarga 354. Os canais 367, 368, 370 e 371 são ainda defini-dos pelas paredes 373 e conectados com fluidez entre a entrada de descar-ga 353 e a saída de descarga 354. Entretanto, posicionando os blocos 379,381 separados das extremidades do canal, capacidade adicional é providanos canais de entrada adjacentes 367, 368, assim permitindo uma reduçãona contrapressão. Também, a área provida para o fluxo laminar e difusão devolume é aumentada.

Além do tempo de desligamento mais rápido e conversão maiseficiente de poluentes em não poluentes proporcionados pela natureza fibro-sa e porosa dos materiais de substrato de suporte do catalisador usadosaqui, a natureza fibrosa e porosa dos dispositivos descritos aqui acima tam-bém tendem a amortecer e atenuar o som e o ruído gerados pelo motor efluxo de gás associados. Assim, os dispositivos são adicionalmente atrativosjá que seu uso tende a reduzir ou minimizar a necessidade de dispositivossilenciadores ou defletores de som estranho.

Embora a invenção tenha sido ilustrada e descrita em detalhesnos desenhos e descrição precedentes, a mesma é para ser consideradacomo ilustrativa e não restritiva em caráter. É entendido que as modalidadesforam mostradas e descritas no relatório descritivo precedente em satisfaçãoao melhor modo e exigências de habilitação. É entendido que alguém versa-do na técnica poderia facilmente fazer um número infinito alto de mudançase modificações insatisfatórias nas modalidades acima descritas e que nãoseria prático tentar descrever todas tais variações de modalidade no presen-te relatório descritivo. Dessa maneira, é entendido que se deseja que todasas mudanças e modificações que se situam dentro do espírito da invençãosejam protegidas.

Claims (10)

1. Dispositivo conversor catalítico para remover poluentes gaso-sos e para prender matéria particulada da corrente de descarga de um pro-cesso de combustão, o dispositivo compreendendo:um conjunto de canais de entrada posicionados para receber acorrente de descarga,um conjunto de canais de saída adjacentes a e alternando com oconjunto de canais de entrada,paredes porosas não-tecido substancialmente fibrosas separan-do canais de entrada respectivos de canais de saída respectivos, e construí-das de modo que a corrente de descarga é direcionada dos canais de entra-da, através das paredes porosas não-tecidas substancialmente porosas paraprender a matéria particulada e para dentro dos canais de saída eum agente reativo disposto nas paredes porosas.

2. Dispositivo conversor catalítico de acordo com a reivindicação-1, no qual os canais de entrada e os canais de saída são orientados em umaposição respectiva substancialmente paralela.

3. Dispositivo conversor catalítico de acordo com a reivindicação-1, no qual os canais de entrada e os canais de saída são orientados em umaposição relativa substancialmente perpendicular.

4. Dispositivo conversor catalítico de acordo com qualquer umadas reivindicações de 1 a 3, no qual o agente reativo é adaptado para catali-sar a redução dos poluentes de oxido de nitrogênio.

5. Dispositivo conversor catalítico de acordo com a reivindicação-4, no qual o agente reativo é adaptado para catalisar a oxidação do monóxi-do de carbono em dióxido de carbono.

6. Dispositivo conversor catalítico de acordo com a reivindicação-5, no qual o agente reativo é adaptado para catalisar a oxidação dos hidro-carbonetos não queimados em dióxido de carbono e água.

7. Dispositivo conversor catalítico de acordo com a reivindicação-6, no qual o agente reativo compreende um primeiro e um segundo catalisa-dores que são fisicamente separados.

8. Dispositivo conversor catalítico de acordo com a reivindicação-6, no qual o agente reativo é disposto dentro das paredes porosas não-tecido substancialmente fibrosas sem reduzir a porosidade.

9. Dispositivo conversor catalítico de acordo com a reivindicação-6, no qual a matéria particulada presa é removida por um processo de rege-neração.

10. Dispositivo conversor catalítico de acordo com a reivindica-ção 1, também compreendendo um alojamento tendo um orifício de entradae um orifício de saída, acoplados em um motor de combustão interna a ga-solina.