ES2203689T3 - Conjunto soporte de catalizador. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UNA DISPOSICION DE SOPORTES PARA CONVERTIDORES CATALITICOS QUE COMPRENDEN UN CUERPO CATALIZADOR (1), QUE CONSTA DE UN MONOLITO (3) FORMADO POR ELEMENTOS SOPORTES DISEÑADOS PARA SUSTENTAR UN MATERIAL CATALITICO Y DE UN REVESTIMIENTO METALICO (2, 9) QUE ENCIERRA EL MONOLITO (3). EL ANCHO INTERIOR DEL REVESTIMIENTO (2, 9) ES SUPERIOR AL DEL MONOLITO (3), DE MODO QUE SE FORMA UNA HOLGURA (6, 11) ENTRE EL REVESTIMIENTO (2, 9) Y EL MONOLITO (3). ESTA HOLGURA (6, 11) ESTA CUBIERTA AL MENOS EN LA SUPERFICIE DE UN PERFIL (7, 10) QUE SE EXTIENDE CIRCUNFERENCIALMENTE EN TORNO AL MONOLITO (3), ACOPLANDOSE EL MONOLITO (3) AL REVESTIMIENTO (2, 9) A LO LARGO DEL CITADO PERFIL (7, 10).

Description

Conjunto soporte de catalizador.

La invención objeto se refiere a un dispositivo de soporte para convertidores catalíticos.

Como substratos que deben utilizarse para soportar el material catalítico en sistemas de escape de motores de combustión interna, se utilizan predominantemente los materiales cerámicos. No obstante, en los últimos años, los substratos metálicos se han puesto en uso hasta una extensión cada vez más grande. La ventaja de los substratos metálicos es su capacidad para alcanzar temperaturas de funcionamiento más rápidas que los cerámicos, comienzan, por consiguiente, su función de purificación de gases de escape en una etapa previa después del inicio, lo que es la característica más esencial. Además, los substratos metálicos son conductores térmicos más eficientes, y por tanto, pueden calentarse más rápidamente y se reduce el riesgo de sobrecalentamiento local. Además, los substratos metálicos soportan mayores temperaturas que los cerámicos.

Como los miembros de soporte que soportan el material catalítico, son utilizados los denominados monolitos metálicos. Estos constan de láminas metálicas, preferentemente, de acero inoxidable, enrolladas en rodillos donde las láminas metálicas de configuración plana alternan con las láminas metálicas de configuración ondulada, por lo que se forman canales de flujo continuo que se extienden a través del cuerpo del catalizador. El espesor de la lámina es pequeño, normalmente solo aproximadamente 0,05 mm. El cuerpo del catalizador incluye también una tapa metálica que forma una cubierta que rodea el monolito en contacto con el último. El espesor de la tapa puede equivaler a aproximadamente 1-1,6 mm.

Cuando los gases de escape calientes fluyen a través del monolito durante el funcionamiento del motor de combustión, las láminas finas del miembro de soporte son calentadas muy rápidamente. Normalmente, la temperatura alcanza rápidamente entre 500 y 800ºC. En muchos tipos de motores, la temperatura puede elevarse hasta el intervalo entre 1100 y 1200ºC. Tan pronto como el motor se para, la temperatura de la carcasa del catalizador disminuye rápidamente hasta el nivel de la temperatura ambiente.

Los cambios de temperatura repetidos constituyen un problema que afecta a la durabilidad a largo plazo del catalizador. Las láminas finas calentadas rápidamente del monolito se expanden también rápidamente. La carcasa de alrededor, que hace tope contra el monolito pero no está en contacto estrecho con los gases de escapes y que tiene además un espesor de material más grande, es calentada y se expande a un paso más lento. Durante el calentamiento, la carcasa previene, por tanto, que el monolito se expanda, lo que da lugar a fuerzas compresivas radiales considerables que provocan que se formen deformaciones en el monolito. Cuando se alcanzan los niveles de alta temperatura mencionados anteriormente, la resistencia del metal se reduce también de forma considerable, con frecuencia por debajo de aproximadamente el 10% de su resistencia a temperatura ambiente, lo que agrava las deformaciones y reduce la vida adicional del monolito.

Cuando el motor es interrumpido y los gases de escape se refrigeran se produce el fenómeno opuesto, es decir, las láminas de monolito se refrigeran a una velocidad mayor que la que rodea a la carcasa más gruesa. Como resultado, se generan las fuerzas de tracción considerables entre la parte más exterior del monolito y la tapa.

Por las razones indicadas anteriormente, están implicados problemas considerables con respecto a la fijación de los monolitos metálicos en sus carcasas. Se han propuesto y sometido a ensayo varias soluciones, pero con frecuencia con pobres resultados. Se han desarrollado algunas construcciones viables, por ejemplo, por la compañía Alemana Emitec GmbH, pero son comparativamente complejas y costosas. Una característica común a todas estas soluciones de la técnica anterior es que se aplican a monolitos donde varias de las capas de láminas metálicas están interconectadas por medio de soldadura, estando soldada la capa más exterior a la cubierta de alrededor.

El documento US 4.909.994 describe un dispositivo de soporte para convertidores catalíticos, que comprende un cuerpo del catalizador que consta de un monolito de miembros de soporte diseñados para soportar un material catalítico, dichos miembros de soporte formados por láminas metálicas superpuestas, alternativamente planas y onduladas que están enrolladas helicoidalmente para formar canales de flujo continuo que se extienden a través del cuerpo del catalizador, y de una carcasa metálica, cuyo espesor del material excede el de las láminas metálicas y cuya carcasa encierra el monolito, por lo que la anchura interior de la carcasa excede la del monolito, por lo que se forma un intersticio entre la carcasa y el monolito, y dicho intersticio está formado en puente al menos en el área de una sección por una depresión similar a una banda radial de la carcasa que se extiende circunferencialmente alrededor del monolito.

La invención objeto proporciona una solución simple, fiable y económica al problema de la fijación. La solución funciona tanto cuando se aplica a monolitos metálicos soldados juntos de la manera indicada anteriormente, como cuando se aplica a monolitos metálicos unidos juntos de cualquier otra manera, sin soldadura. Las características específicas del dispositivo de fijación aparecen en las reivindicaciones adjuntas.

La invención se describirá más detalladamente a continuación con referencia al dibujo que se acompaña, donde

La figura 1 es una vista en sección longitudinal esquemática, discontinua a través de un cuerpo de catalizador.

La figura 1 ilustra un diseño básico del objeto de la invención. Un cuerpo de catalizador 1 comprende una carcasa metálica 2 que encierra un denominado monolito 3. El último consta, a su vez, de miembros de soporte, diseñados para soportar un material catalítico y que consta de láminas metálicas enrolladas helicoidalmente, dispuestas de manera que las láminas metálicas planas 4 alternan con láminas metálicas onduladas, para formar canales de flujo continuo 5 que se extienden a través de la carcasa del catalizador 1. El monolito 3 tiene una anchura o diámetro que es ligeramente más pequeño que la anchura interna de la carcasa 2. Por consiguiente, se forma un intersticio 6 entre la carcasa 2 y el monolito 3, cuyo tamaño varía dentro de los diferentes intervalos de temperatura.

De acuerdo con la invención, la carcasa 2 está provista con al menos una depresión similar a una banda 7, de acuerdo con la forma de realización ilustrada en la figura del dibujo con dos depresiones de este tipo, siendo eliminado el intersticio 6 alrededor del monolito 3 en el área opuesta a las depresiones. A lo largo de estas depresiones 7, la carcasa 2 y el monolito 3 están interconectados, preferentemente solo a intervalos espaciados 8, por ejemplo, por medio de estañado o soldadura.

Cuando el monolito 3 es calentado por los gases de escape que fluyen a través de él, el monolito 3 se expande más rápidamente que la carcasa 2, lo que es debido, en parte, al contacto más íntimo del monolito 3 con los gases de escape, parcialmente a espesores de material más grande de la carcasa 2. La expansión puede tener lugar ahora esencialmente de forma no impedida con la excepción en el área de las depresiones 7 donde tendrá lugar cierta deformación de la lámina más exterior 4 del monolito 3. Como consecuencia, no se generarán fuerzas compresivas a lo largo de la parte principal de la superficie del monolito 3. Cuando la carcasa y el monolito 3 son refrigerados de nuevo, el monolito 3 puede retraerse de nuevo y por tanto, abrir de nuevo un intersticio 6.

Puesto que el monolito 3 está expuesto solamente a deformaciones menores locales en el área de las depresiones 7 y se le deja expandirse y contraerse libremente en cualquier parte, el cuerpo del catalizador 1 puede funcionar en una condición intacta sobre un periodo más largo de lo que ha sido posible hasta ahora, con el consecuente aumento de su vida de servicio.

Pueden conseguirse mejoras adicionales omitiendo para unir una o más de las láminas más exteriores 4 a lo largo de toda la longitud de las láminas inmediatamente en su interior pero en lugar de unirlas entre sí en los puntos espaciados lateralmente, desde los puntos 8 de fijación. Cuando el monolito 3 se refrigera, con la consecuente contracción, las fuerzas de tracción en los puntos 8 de la fijación no serán muy pronunciadas debido a la elasticidad impartida a las láminas más exteriores 4 entre sus puntos de conexión.

La invención no está limitada a las formas de realización como se muestran y describen, sino que podrían modificarse en una variedad de modos dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (2)

1. Un dispositivo de soporte para convertidores catalíticos, que comprende un cuerpo de catalizador (1) que consta de un monolito (3) de miembros de soporte diseñados para soportar un material catalítico, dichos miembros de soporte formados por láminas metálicas superpuestas, alternativamente planas y onduladas (4) que están enrolladas helicoidalmente para formar canales de flujo continuo (5) que se extienden a través del cuerpo del catalizador (1), y de una carcasa metálica (2), cuyo espesor del material excede el de las láminas metálicas (4) y cuya carcasa encierra el monolito (3), por lo que la anchura del interior de la carcasa (2) excede la del monolito (3), de manera que se forma un intersticio (6) entre la carcasa (2) y el monolito (3), y dicho intersticio (6) está formado en puente al menos en el área de una sección (7) por una depresión similar a una banda radial de la carcasa (2) que se extiende circunferencialmente alrededor del monolito, caracterizado porque dicho monolito (3) está estañado o soldado a la carcasa (2) a lo largo de dicha sección (7).

2. Un dispositivo como se indica en la reivindicación 1, caracterizado porque en el área de dicha sección (7) el monolito (3) está fijado a la carcasa (2) solamente en algunos puntos (8) circunferencialmente alrededor del monolito.