ES2228754T3 - Soporte de catalizador para un sistema de purificacion de gases de escape y metodo para producir el mismo. - Google Patents

Abstract

Un soporte (14) de catalizador para un sistema (16) de purificación de gases de escape, que comprende bandas de al menos una lámina ondulada (1) y al menos una lámina plana (2) hechas de acero inoxidable, que soportan entre ellas elementos auxiliares (15) de unión, hechos de acero inoxidable, en el que dichos elementos auxiliares (15) de unión tienen una anchura más estrecha que la de dichas láminas onduladas y planas (1, 2), en el que dichas láminas onduladas y planas (1, 2) están alternadas y enrolladas para formar un rollo que tiene una estructura alveolar que comprende varios espacios celulares (4), en el que los materiales catalizadores están adheridos a dichas láminas onduladas y planas (1, 2), en el que dichas láminas onduladas y planas (1, 2) están unidas por difusión unas a otras a través de dichos elementos auxiliares (15) de unión, caracterizado porque dichos elementos auxiliares (15) están situados en el interior de los extremos laterales de la lámina ondulada (1) separados de las proyecciones (6), que se forman en dichos extremos laterales de la lámina ondulada (1) durante la producción de la lámina ondulada (1) a través de un par de engranajes (5) dentados, y en el que dichos elementos auxiliares (15) de unión tienen un espesor T superior a la altura H de dichas proyecciones (6).

Description

Soporte de catalizador para un sistema de purificación de gases de escape y método para producir el mismo.

La presente invención se refiere a un soporte de un catalizador para un sistema de purificación de gases de escape y un método para producir el soporte del catalizador. Más concretamente, se refiere al soporte de un catalizador que tiene una estructura alveolar formada por láminas planas y láminas onduladas de acero inoxidable que se enrollan, y dichas láminas están cubiertas con un material catalizador.

Los vehículos de dos ruedas, tales como motocicletas y escúter, y vehículos de cuatro ruedas están provistos, cada uno de ellos, de un dispositivo para la purificación de los gases de escape procedentes de los motores, que contienen sustancias nocivas. El dispositivo convencional para la purificación de los gases de escape tiene un soporte 3 del catalizador, como se muestra en la Fig. 3C, de una estructura alveolar que comprende, típicamente, una lámina ondulada 1 y una lámina plana que se enrollan hasta formar un rollo y que están provistas de una capa de material catalítico. Haciendo pasar los gases de escape a través de los espacios celulares 4 formados en el soporte 3 del catalizador, las sustancias nocivas contenidas en los gases reaccionan con el material catalítico y se purifican. El dispositivo y, por consiguiente, el soporte 3 del catalizador se usan en condiciones severas de alta temperatura o o repetición de calentamiento y enfriamiento y en un estado de vibración.

Para un soporte convencional 3 del catalizador, las láminas 1 y 2 de acero inoxidable de tipo ferrítico, que contenía aluminio, se usó un agente de soldadura basado en níquel para unir las láminas 1 y 2, una con otra.

La temperatura del soporte 3 del catalizador se eleva a 700ºC o más, debido a una reacción catalítica durante la marcha del vehículo, e incluso, últimamente, por encima de 1000ºC cuando se usa un catalizador de alto rendimiento. Algunas veces se descarga desde el motor gas crudo sin quemar. Una gran cantidad de gases sin quemar es descargada, particularmente, por parte de los vehículos de dos ruedas. Estos gases sin quemar se encienden cuando alcanzan el soporte 3 del catalizador y arden hasta elevar la temperatura del soporte por encima de 1.200ºC. Para hacer frente a esta situación, el aluminio contenido en las láminas 1 y 2 de acero inoxidable, forma una película oxidada protectora de Al_{2}O_{3} que impide que se oxiden las láminas.

Se ha señalado que las propiedades de resistencia a la oxidación y de resistencia al calor de las láminas 1 y 2 llegan a hacerse inestables por una oxidación inusual o por el fenómeno una nueva fusión del agente de soldadura.

Según la técnica anterior, el níquel, un componente principal del agente de soldadura se dispersa hacia la lámina ondulada 1 o la lámina plana 2 y reacciona con el aluminio para depositar Ni_{3}Al, un compuesto intermetálico, que da como resultado la reducción del aluminio en las láminas 1 y 2, en las porciones soldadas y la reducción de la duración de su resistencia a la oxidación. Cuando la temperatura del soporte se eleva por encima de los 1.050ºC, el aluminio en las láminas 1 y 2 reacciona con el nitrógeno del aire para depositar AlN, reduciéndose todavía más el aluminio en las láminas. Debido a estas razones, la capa oxidada de Al_{2}O_{3} de las láminas 1 y 2 disminuye, y las propiedades de resistencia a la oxidación de las láminas del soporte 3 del catalizador se reducen, dando lugar a una oxidación anormal, en particular en las porciones donde las láminas 1 y 2 están soldadas una con otra.

Además, el boro y el silicio, añadidos al agente de soldadura como reductores del punto de fusión para facilitar el trabajo de soldadura, se mueven hacia las láminas y reducen el punto de fusión por calor. En consecuencia, cuando las láminas del soporte se calientan por encima de 1.200ºC, las porciones soldadas se funden de nuevo y las porciones que rodean a las pociones soldadas de las láminas se funden o se forman poros.

Adopción de la unión por difusión

Recientemente, se ha desarrollado una tecnología para unir, por difusión, una lámina ondulada a una lámina plana de un soporte de un catalizador, sin usar el agente de soldadura. Según este método, las láminas se unen directamente una a otra y no tiene lugar el fenómeno de fundirse de nuevo o de oxidación anormal ya que no se usa ningún agente de soldadura. Por eso, las propiedades básicas de las laminas de acero inoxidable se mantienen bien, y las láminas son fuertes en cuanto a resistencia térmica. Ya que no se usa un agente de soldadura caro, el método es superior a la tecnología anterior.

Sin embrago, se han observado problemas en el soporte del catalizador producido por el procedimiento de unión por difusión. Al explicar los problemas, se hace referencia a las Figuras 10A a 10I, que ilustran la tecnología convencional usando el procedimiento de unión por difusión.

La lámina ondulada 1, usada para este tipo de soporte 3 de un catalizador, se forma normalmente haciendo pasar la lámina plana 2 entre un par de engranajes 5 roscados, mostrados en las figuras 1B y 1C.

La anchura L del soporte 3 y, por lo tanto, la anchura L de la lámina ondulada 1, varía según las necesidades y, así, se establece que la anchura M de los engranajes 5 dentados es más ancha que la anchura L, para hacer frente a las láminas que tienen diversas anchuras L. Es decir, la lámina plana 2, que tiene una anchura L que es más estrecha que la anchura M de un par de engranajes dentados, ha sido tratada para formar la lámina ondulada 1. La lámina ondulada formada tiene, inevitablemente, la forma mostrada en la figura 1D, en la que se forman las proyecciones triangulares 6 en los extremos de los lados izquierdo y derecho, en la parte superior e inferior de las láminas.

Las proyecciones 6 tiene una anchura N de aproximadamente 5 mm y una altura de aproximadamente 15 \mum. Cuando la lámina ondulada 1, que tiene las proyecciones 6, y la lámina plana 2 se enrollan para formar un rollo, como se muestra en la Figura 3C, y se unen por difusión, el soporte obtenido del primer ejemplo de la técnica anterior tiene una forma ilustrada en las Figuras 10A a 10C. Como resultará claro a partir de estas figuras, las láminas 1 y 2 enrolladas se unen por difusión en los extremos 7 de las proyecciones de la lámina 1, que se proyectan a manera de punto de contacto. Es decir, están unidas únicamente en pequeños puntos.

Se ha señalado que la resistencia de la unión entre las láminas es insuficiente ya que las láminas están unidas unas con otras en puntos determinados.

Con el fin de superar los inconvenientes anteriores, se ha propuesto usar un par de engranajes dentados 8, mostrados en las Figuras 10D y 10E de un segundo ejemplo de la técnica anterior. Los engranajes 8 tenían una forma especial en la que los extremos laterales del diente del engranaje dentado 5 son redondeados para formar una lámina ondulada 9 que no tiene proyecciones 6 en los extremos laterales, contrariamente a los engranajes 5 de la invención, donde los extremos laterales no son redondeados, como se muestra en las figuras 1B y 1C. En el soporte del catalizador del segundo ejemplo de la técnica anterior, la lámina ondulada 9 está unida linealmente a la lámina plana 2 y, por lo tanto la resistencia de la unión entre las láminas es superior a la del soporte del primer ejemplo de la técnica anterior.

Sin embargo, los engranajes 8 del segundo ejemplo prácticamente no se han usado por razones de costes. Esto es debido a que los engranajes 8 de forma especial se deberán preparar para cada uno de los diferentes tamaños de las láminas onduladas 1 y los soportes 3.

Un tercer ejemplo de la técnica anterior, no mostrado, es aplicar una fuerte tensión desde la parte posterior de la lámina plana 2, cuando la lamina ondulada 1 y la lámina plana 2 se enrollan para formar un rollo. Según el ejemplo, las láminas se insertan en el cilindro 10 (Fig. 3A) mientras las láminas se someten fuertemente a tensión para formar el soporte 3 del catalizador. Aplicando la fuerza de tensión, se aumenta la resistencia de la unión entre las láminas y por ello el soporte tiene suficiente resistencia. Pero es difícil insertar el rollo de la lámina en el cilindro 10 mientras que las láminas están en tensión, y se necesita mucha habilidad y experiencia. Además este ejemplo no resuelve el problema relativo a las proyecciones 6 de la lámina ondulada 1, como se señaló para el ejemplo 1 de la técnica anterior.

La cuarta solución para aumentar el área de contacto entre las láminas y aumentar, por ello, la resistencia de la unión, incluye únicamente hacer presión únicamente en los extremos laterales de la lámina ondulada 1 para quitar, a la fuerza, las proyecciones 6, usando una lámina ondulada de forma especial que tiene extremos no redondeados, y/o quitar la rugosidad superficial de las láminas.

La solución, sin embargo, requiere costes para las etapas de hacer presión en los extremos laterales, preparar la lámina 1 de forma especial y para quitar la rugosidad. Además, incluso si se llevan a cabo estas etapas, el problema relativo a las proyecciones 6 no se resuelve.

La quinta solución, no mostrada, es formar una porción estrangulada en el cilindro 10 después de que el rollo de la lámina se haya insertado allí mecánicamente o mediante el uso de diferencia de expansión térmica desde una plantilla u otra herramienta usada, para aumentar localmente la fuerza del contacto entre las láminas y para aumentar la resistencia de la unión. La solución también es deficiente en el tema del coste, ya que es necesario un trabajo adicional para formar la porción estrangulada.

El sexto ejemplo de la técnica anterior, mostrado en las Figuras 10F y 10G se analiza en la Publicación de Patente Japonesa, no examinada, (Kokai) 7-39765. En el ejemplo, una segunda lámina plana 11, semejante a una cinta, está insertada entre las láminas 1 y 2, en los extremos laterales, para aumentar la fuerza de contacto localmente entre las láminas y para aumentar la resistencia de la unión.

Según el sexto ejemplo, la zona entre la lámina plana 2 y la segunda lámina plana 11 está unida por difusión, pero la porción entre la lámina ondulada 1 y la segunda lámina plana 11 está unida en forma de puntos como se señaló en referencia al ejemplo 1 de la técnica anterior. Es decir, las láminas 1 y 11 están unidas una a otra únicamente por puntos en los extremos (puntos) de las proyecciones 6 y, por lo tanto, la resistencia de la unión es insuficiente.

El séptimo ejemplo de la técnica anterior, mostrado en las Figuras 10H y 10I se analiza en Publicación de Patente Japonesa, no examinada, (Kokai) 8-281123. Muestra una delgada película 12, semejante a una cinta, que se inserta entre las láminas 1 y 2 mientras que están enrolladas en un rollo, en la porción alejada de los extremos laterales de las láminas, para formar una porción abultada 13 alrededor del rollo. El rollo se inserta luego en el cilindro 10 cuyo diámetro interno se corresponde con el diámetro externo de la porción no abultada del rollo. Ya que el rollo que tiene la porción abultada 13 se inserta forzadamente en el cilindro 10, la porción abultada se estrangula, por lo que se incrementa la presión del contacto entre las láminas y se incrementa la resistencia de la unión entre las láminas.

Sin embargo, la etapa de insertar forzadamente requiere una gran fuerza compresiva, que da como resultado un aumento del coste para llevar a cabo la etapa y para la herramienta requerida para ello. Además, la forma ondulada puede desaparecer debido a la fuerza aplicada.

Según la invención, se proporciona un nuevo soporte de un catalizador para un sistema de purificación de gases de escape y un método para producir el soporte del catalizador con el fin de superar los problemas anteriormente mencionados. El soporte se hace enrollando elementos auxiliares de unión, semejantes cintas delgadas, entre la lámina ondulada, semejante a una cinta, y una lámina plana, cuando se enrollan las láminas, en donde cada uno de los elementos auxiliares están dispuestos en una posición predeterminada en el interior de los extremos laterales de la lámina ondulada, alejados de las proyecciones formadas en los extremos laterales de la lámina ondulada durante la producción de la lámina ondulada. El elemento auxiliar tiene un espesor superior a la altura de las proyecciones y una anchura predeterminada, y se usa a pares a través de la lámina plana.

El soporte del catalizador de la invención tiene una máxima resistencia de unión a pesar de que las láminas están unidas por difusión, tiene una incrementada resistencia a la vibración y al calor, y propiedades relajantes de una incrementada tensión térmica. Se produce mediante un procedimiento simplificado a bajo coste.

Según la invención, se proporciona un soporte de un catalizador para un sistema de purificación de gases de escape, que comprende bandas de al menos una lámina ondulada y al menos una lámina plana hechas de acero inoxidable que mantienen entre ellas elementos auxiliares de unión hechos de acero inoxidable, en el que dichos elementos auxiliares de unión tienen una anchura más estrecha que dichas láminas, en el que dichas láminas se alterna y se enrollan para formar un rollo que tiene una estructura alveolar que comprende varios de espacios celulares, en el que los materiales del catalizador están adheridos a la lámina, en el que dichas láminas están unidas unas a otras por difusión a través de elementos auxiliares de unión, en el que dichos elementos auxiliares de unión están colocados en lugares predeterminados en el interior de los extremos laterales de la lámina ondulada alejados de las proyecciones formadas en los extremos de la lámina ondulada durante la producción de la lámina ondulada mediante un par de engranajes dentados, y el que dichos elementos auxiliares de unión tienen un espesor superior a la altura de la proyec-
ción.

Según la reivindicación 2, se dispone de un soporte de catalizador de la reivindicación 1, que comprende una lámina ondulada y una lámina plana, estando hecha cada lámina de acero inoxidable que contiene aluminio, en el que ambas láminas tienen sustancialmente la misma longitud y anchura, y la longitud del elemento auxiliar es sustancialmente la misma que la de ambas láminas.

Según la reivindicación 3, se dispone de un soporte de catalizador de la reivindicación 1, en el que los elementos auxiliares están puestos en posiciones 5 mm, o más, en el interior de los extremos laterales de dichas láminas, y tienen un espesor de 20 a 200 \mum.

Según la reivindicación 4, se dispone de un soporte de catalizador de la reivindicación 3, en el que los elementos auxiliares se usan en un par, o pares, a través de una lámina plana, y en el que la anchura de un elemento auxiliar es 0,5 a 5 mm, y la relación de la anchura total de todos los elementos auxiliares respecto a la anchura de las láminas es del 0,3 al 20%.

Según la reivindicación 5, se dispone de un soporte de catalizador de la reivindicación 4, en el que cada uno de los elementos auxiliares emparejados está enfrentado al otro a través de una lámina plana para aumentar la presión de contacto entre las láminas onduladas y planas.

Según la reivindicación 6, se dispone de un soporte de catalizador de la reivindicación 4, en el que cada uno de los elementos auxiliares emparejados está desplazado respecto del otro mediante la lámina plana para aumentar las propiedades relajantes de la tensión térmica.

Método para producir el soporte del catalizador de la invención

Según la reivindicación 7, se dispone de un método para producir un soporte de catalizador para un sistema de purificación de gases de escape, que comprende

enrollar bandas de acero inoxidable en al menos una lámina ondulada y en al menos una lámina plana con elementos auxiliares de unión entre ellas, para formar un rollo, en el que dichos elementos auxiliares de unión tienen una anchura más estrecha que la de dichas láminas, y dichas láminas están alternadas,

en la que dichos elementos auxiliares de unión están colocados en lugares predeterminados en el interior de los extremos laterales alejados de las proyecciones, que se forman en los extremos laterales de la lámina ondulada durante la producción de la lámina ondulada mediante un par de engranajes dentados, y

calentar el rollo para unir por difusión dichas láminas una con otra, mediante los elementos auxiliares de unión, para producir el rollo que tiene una estructura alveolar que comprende varios espacios celulares, y

adherir materiales catalizadores a dichas láminas y a los elementos auxiliares de unión, en los que dichos elementos auxiliares de unión tienen un espesor superior a la altura de dichas proyecciones.

Funciones y efectos

Según la invención, el soporte del catalizador comprende un rollo de una lámina ondulada y una lámina plana con elementos auxiliares de unión entre ellas, y tiene una estructura alveolar de varios habitáculos celulares. La lámina ondulada y la lámina plana son del tipo cinta, y están hechas de un acero inoxidable que contiene aluminio. La lámina ondulada tiene proyecciones que tienen aproximadamente 5 mm de anchura y aproximadamente 15 \mum de
altura.

El elemento auxiliar de unión es una cinta de anchura estrecha, hecha de acero inoxidables, y está colocada en el interior de la posición de las proyecciones formadas en los extremos laterales de la lámina ondulada, y tiene un espesor superior a la altura de las proyecciones. Concretamente, cada uno de los elementos auxiliares está situado 5 mm, o más, en el interior de las posiciones de los extremos laterales de las láminas, y tiene un espesor de 20 a 200 \mum. Los elementos auxiliares se usan en un par o pares a través de una lámina plana, y donde el elemento auxiliar tiene 0,5 a 5 mm de anchura, y la relación de la anchura total de todos los elementos auxiliares respecto a la anchura de las láminas es del 0,3 al 20%. Además, cada uno de los elementos auxiliares emparejados se enfrenta al otro o está desplazado respecto al otro mediante una lámina plana.

Ya que las láminas onduladas y planas están enrolladas con elementos auxiliares de unión entre ellas, están libres de la influencia de las proyecciones de la lámina ondulada. Las láminas están radialmente unidas por difusión, en trazos cortos con una alta presión de contacto localmente concentrada. El soporte del catalizador producido tiene, por eso, mejor en resistencia en lo que respecta a la resistencia a la vibración y al calor, en las propiedades relajantes de la tensión térmica. Con el uso de elementos auxiliares de unión, el soporte del catalizador se produce fácilmente a bajo coste.

La invención se explica con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Fig. 1A es una vista en perspectiva de una lámina plana que se va a preparar;

La Fig. 1B es una vista en perspectiva de una lámina ondulada cuando está pasando a través de un par de engranajes dentados;

La Fig. 1C es una vista frontal de la Fig. 1B;

La Fig. 1D es una vista en planta de una lámina ondulada tratada;

La Fig. 1E es una vista lateral esquemática de una lámina ondulada tratada;

La Fig. 2A es una vista en perspectiva de las láminas durante el enrollamiento, en el que se usa una única lámina plana (estructura sencilla);

La Fig. 2B es una vista en perspectiva de las láminas durante el enrollamiento, en el que se usan dos láminas planas en la primera parte de un rollo de lámina y luego se usa una única lámina plana (estructura semi-doble);

La Fig. 2C es una vista en perspectiva de las láminas durante el enrollamiento, en el que se usan dos láminas planas para todas las porciones del rollo de láminas (estructura doble);

La Fig. 3A es una vista en perspectiva de un cilindro;

La Fig. 3B es una vista despiezada, en perspectiva, de un soporte de catalizador durante la unión por difusión;

La Fig. 3C es una vista en perspectiva de un soporte completado;

La Fig. 4A es una vista lateral en corte del soporte, parcialmente suprimida;

La Fig. 4B es una vista lateral en corte de un soporte en uso;

La Fig. 5A es una vista de la planta en corte de la parte principal del soporte;

La Fig. 5B es una vista lateral en corte de la parte principal del soporte;

La Fig. 5C es una vista frontal en corte del soporte;

La Fig. 5D es, cada una, una vista para explicar las capas de óxido;

La Fig. 6A es una vista frontal, en corte, del soporte soldado a un cilindro;

La Fig. 6B es una vista frontal, en corte, del soporte unido por difusión al cilindro;

Las Figs. 6C a 6F son, cada una, una vista frontal, en corte, de realizaciones en las que cada uno de los elementos auxiliares de unión emparejados se enfrenta uno a otro;

Las Figs. 6G a 6J son, cada una, una vista frontal, en corte, de realizaciones en las que cada uno de los elementos auxiliares emparejados está desplazado respecto al otro;

La Fig. 7A es una vista en perspectiva de un soporte en el que hay colocado un peso para los ensayos de resistencia;

La Fig. 7B es una representación gráfica que muestra la relación entre el espesor de los elementos auxiliares de unión y la resistencia del soporte;

La Fig. 8A es una representación gráfica que muestra la relación entre el número de elementos auxiliares y la resistencia del soporte;

La Fig. 8B es una representación gráfica que muestra la relación entre la relación de la anchura total de los elementos auxiliares respecto a la anchura de las láminas y la resistencia del soporte;

La Fig. 9A es una representación gráfica que muestra la relación entre la anchura de un único elemento auxiliar y la resistencia del soporte;

La Fig. 9B es una representación gráfica de la relación entre el número de elementos auxiliares y la resistencia del soporte;

Las Figs. 10A a 10I muestran, cada una, las técnicas anteriores, y en las que

La Fig. 10A es una vista de la planta en corte del primer ejemplo de las láminas de la técnica anterior;

La Fig. 10B es una vista lateral, en corte, del primer ejemplo de la técnica anterior;

La Fig. 10C es una vista frontal, en corte, del primer ejemplo de la técnica anterior;

La Fig. 10D es una vista frontal del segundo ejemplo de la técnica anterior, en producción;

La Fig. 10E es una vista de la planta en corte de una lámina ondulada del segundo ejemplo de la técnica anterior;

La Fig. 10F es una vista en perspectiva del sexto ejemplo de la técnica anterior, en producción;

La Fig. 10G es una vista de la planta en corte del sexto ejemplo de la técnica anterior;

La Fig. 10H es una vista en perspectiva del séptimo ejemplo de la técnica anterior, en producción; y

La Fig. 10I es una vista aclaratoria de la inserción del soporte del séptimo ejemplo en un cilindro.

El soporte 14 del catalizador de la invención se produce mediante las etapas de 1. preparar las láminas 1 y 2, 2. preparar los elementos auxiliares 15 de unión, 3. enrollar, 4. unir por difusión, y 5. la producción del soporte 14 del catalizador. La invención se explica con cada una de las etapas anteriores.

1. Preparación de la lámina ondulada

Se hace referencia a las Figs. 1A a 1E. La lámina ondulada 1 y la lámina plana 2 del soporte 14 del catalizador están hechas a partir una lámina de acero inoxidable en forma de hoja delgada que tiene 200 \mum, 100\mum o 50 \mum de espesor. Típicamente, se usa un acero inoxidables ferrítico que contiene aluminio, tal como la aleación Fe-20Cr-5Al y la aleación Fe-18Cr-3Al porque las láminas se usan en una atmósfera a alta temperatura y en una porción donde se repiten los estados calentados y enfriados.

Las superficies de la lámina ondulada 1 y la lámina plana 2, es decir, la superficie de acero inoxidable ferrítico, están cubiertas por una película oxidada protectora de Cr_{2}O_{3}. Pero la película se reduce en un intervalo de temperatura de 800ºC o superior, por lo que pierde sus propiedades protectoras frente a la oxidación. Por lo tanto, la película sobre las superficies de las láminas contiene Al_{2}O_{3} (alúmina) además de Cr_{2}O_{3}. El Al_{2}O_{3} no se reduce ni incluso a temperatura elevada de 1200ºC o superior, por lo que impide que se oxiden las láminas 1 ó 2, véase la Fig.
5D.

La lámina plana 2 se produce desenrollando un rollo hasta formar una cinta plana de 10 mm a 150 mm de anchura, y cortando la cinta a la longitud adecuada, como se muestra en la Fig. 1A.

La lámina ondulada 1 se produce haciendo pasar la lámina plana 2 obtenida, desenrollando un rollo entre un par de engranajes dentados 5 bajo calor y presión, como se muestra en las Figs 1B, 1C, 1D y 1E. La lámina ondulada 1 producida tiene ondas repetidas que tienen una altura predeterminada que se extiende a lo ancho, con una anchura L de 10 mm a 150 mm, y está cortada a una cierta longitud. La anchura L y la longitud de la lámina ondulada son iguales a las de la lámina plana 2.

El corte transversal de la onda es, típicamente un triángulo que tiene un canto redondeado.

La anchura M de los engranajes dentados 5 es más extensa que la anchura L de la lámina 1 ó 2, de forma que un único par de rodillos puede tratar las láminas onduladas 1 de diversas anchuras L. Es decir, un par de engranajes 5 que tienen aproximadamente 200 mm de anchura pueden tratar láminas planas 2 de una anchura de 150 mm, 100 mm, 75 mm, 50 mm, etc.

La onda de la lámina ondulada 1 tratada por los engranajes dentados 5 tiene, inevitablemente, una forma mostrada por la vista de la planta en corte mostrada en la Fig. 1D. Es decir, la lámina ondulada 1 tiene un reborde en los extremos derecho e izquierdo más estrecho que en la porción central, y por ello se forman las proyecciones 6 proyectadas desde los extremos derecho e izquierdo. La proyección tiene forma de un semitriángulo ligeramente inclinado. La proyección 6 tiene una anchura N de aproximadamente 5 mm partiendo del comienzo de la pendiente, y una altura H de aproximadamente 15 \mum. En otras palabras, la proyección 6 parte aproximadamente a 5 mm (anchura N) en el interior de los extremos derecho e izquierdo, y se proyecta aproximadamente 15 \mum (altura H) desde la porción central.

2. Preparación del elemento auxiliar de unión

Se hace referencia a las Figs. 2 y 5. El elemento auxiliar 15 de unión se usa en la etapa 3 de enrollamiento, mencionada más adelante, y funciona como una porción de unión en la etapa de unión por difusión, mencionada más adelante. El elemento auxiliar puede estar hecho de diversos tipos de acero inoxidable. Cuando está hecho de acero inoxidable ferrítico normal, tal como SUS 430 y SUS 409, se obtiene una velocidad de difusión más alta, por lo que la etapa 4 de unión por difusión transcurre rápidamente. Por otro lado, cuando está hecho de acero inoxidable del tipo austenítico normal, tal como SUS 304 y SUS 309, que tiene un mayor coeficiente de expansión térmica, aumenta la presión de contacto entre la lámina ondulada 1 y la lámina plana 2. Así, se obtiene el elemento auxiliar que es excelente en la resistencia de la unión.

Cuando las láminas 1 y 2 están unidas por difusión una a otra usando el elemento auxiliar 15 de unión, los componentes de cromo y aluminio se difunden desde la lámina 1 ó 2 del acero inoxidable ferrítico al elemento auxiliar 15. Como resultado, el elemento auxiliar 15 se integra en las láminas y se forma una capa protectora de Cr_{2}O_{3} y/o Al_{2}O_{3}, por lo que las porciones de unión se hacen resistentes a la oxidación.

Cuando el elemento auxiliar 15 de unión está hecho de un material igual al de las láminas, es decir, cuando el elemento auxiliar está hecho de acero inoxidable de tipo ferrítico, aleación Fe-Cr-Al, muestra propiedades de resistencia a la oxidación mucho más fuertes.

El elemento auxiliar 15 es una cinta delgada que tiene un espesor T de 20 a 200 \mum, generalmente 30 a 50 \mum. En la Fig. 5A, el elemento auxiliar 15 tiene un espesor T de 20 \mum o más, el cual tiene un espesor superior a la altura H, de alrededor de 15 \mum, de la proyección 6 de difusión formada en los extremos laterales de la lámina ondulada 1 como se mencionó anteriormente. El elemento auxiliar 15 se usa como una poción de unión entre las láminas 1 y 2. El espesor T tiene un máximo de 200 \mum, ya que si T es demasiado grande, el espacio hueco U entre las láminas 1 y 2 es más amplio, dando como resultado la reducción de la resistencia de la unión. En el Ejemplo 1 se discutirá con más detalle.

El elemento auxiliar 15 tiene una anchura W de 0,5 a 5 mm, debido al valor práctico de la anchura W más pequeño de una banda de acero inoxidable, que se puede cortar en consideración al coste, es de 0,5 mm. Por lo tanto, la anchura W es de 0,5 mm o más, y 5 mm o menos, debido a que si es superior a 5 mm, la presión de contacto entre las láminas 1 y 2 disminuye y está ampliamente distribuida. Como resultado, se obtiene una alta presión no concentrada localmente, y la resistencia de la unión entre las láminas disminuye. En el Ejemplo 4 se discutirán con más detalle. El elemento auxiliar 15 de unión con forma de cinta estrecha de espesor T y anchura W tiene una longitud sustancialmente similar a la de las láminas 1 ó 2.

3. Etapa de enrollamiento

Se hace referencia a las Figs. 2, 5 y 6. En la etapa de enrollamiento, las láminas de acero inoxidable 1 y 2, con los elementos auxiliares 15 entre ellas, se enrollan para formar un rollo.

Como resultará claro a partir de las Figs. 2A a 2C, la lámina ondulada 1, una o más láminas planas 2 de la misma longitud que la de la lámina 1, y uno o más elementos auxiliares 15 de la difusión delgados se superponen unos con otros. Luego se enrollan para formar un rollo redondo de múltiples capas.

Específicamente, la Fig. 2A muestra una estructura de lámina plana sencilla, que se usa muy frecuentemente, que comprende una única lámina ondulada 1 y una única lámina plana 2. La Fig. 2B muestra una estructura de lámina plana semi-doble, en la que se usa una única lámina ondulada 1 y dos láminas planas 2 en la porción exterior del rollo mientras que se usa una lámina 1 y una lámina plana 2 en la porción interior. Es decir, se usa una lámina plana parcialmente y luego se usan dos láminas planas 2. La Fig. 2C muestra una estructura de doble lámina plana en la que hay una lámina ondulada 1 y dos láminas planas 2 en todos los enrollamientos. En las Figs. 2B y 2C, se muestra un enrollamiento de dos láminas planas mediante una línea gruesa, mientras que se muestra un enrollamiento de una lámina plana mediante una línea fina.

El soporte 14 del catalizador de la estructura semi-doble o doble se usa en el caso en el que se le hace vibrar al soporte y está térmicamente sometido a tensión y, por lo tanto, se requieren propiedades de alta resistencia a la vibración y propiedades que relajen la tensión térmica. En la estructura semi-doble o doble, no se produce presión de contacto local entre dos láminas planas 2, y las láminas no se unen por difusión una con otra, aunque se mantiene una presión de contacto entre la lámina ondulada 1 y las láminas planas 2. Por lo tanto, ya que las láminas planas se deslizan una sobre otra, la estructura se mejora en las propiedades de resistencia a la vibración y de relajación de la tensión térmica.

El elemento auxiliar 15 de unión normalmente se pone, para estas estructuras, entre las láminas planas. En algunos casos, incluso se aplica a las láminas planas un agente preventivo de la unión. Sin embargo, cuando el soporte 14 del catalizador es endeble a la hora de conservar su forma tal como cuando la anchura axial L de la lámina 1 ó 2 es corta, se puede poner un mínimo número de elementos de unión entre las láminas 2 para mejorar las propiedades de conservación de la forma.

Para poner el elemento auxiliar 15 de unión entre las láminas 1 y 2 en la etapa del enrollamiento, el elemento auxiliar está axialmente dispuesto en la posición, radialmente en el interior de la proyección 6. Como se ha descrito, las proyecciones 6 se forman aproximadamente a 5 mm (anchura N) en el interior de los extremos de la lámina 1. Para estar fuera de las proyecciones 6, los elementos auxiliares 15 se colocan a más de 5 mm en el interior de los extremos.

Los elementos auxiliares 15 de unión se usan en forma de par o pares de láminas planas 2, como se muestra en las Figs, 2A-2C, 5A y 6. La anchura total del elemento o elementos auxiliares es del 0,3 al 20% de la anchura L de la lámina 1 ó 2.

El elemento auxiliar 15 tiene 0,5 a 5 mm de anchura W como previamente se discutió y se puede usar un único elemento o una pluralidad de elementos auxiliares en forma de par o pares.

El total de la anchura de los elementos auxiliares 15 está regulada por la anchura L de la lámina 1 ó 2. como se ha establecido, la anchura mínima W es 0,5 mm y el número mínimo de los elementos auxiliares es uno. La anchura máxima L de la lámina 1 ó 2, para el soporte 14 del catalizador, es normalmente 150 mm. Por lo tanto, la relación mínima del elemento auxiliar respecto a la anchura L se calcula mediante una fórmula (0,5/150) \times 100, es decir 0,3%. La relación del total será el 20% o menos. Si la relación está por encima del 20%, la presión de contacto entre las láminas 1 y 2 se hace insuficiente para una requerida fuerza de contacto entre las láminas. Esta cuestión se discutirá en el Ejemplo 3.

Se usan conjuntos o pares de elementos auxiliares 15 de unión para mantener la lámina plana 2 entre ellos. Las Figs. 6A a 6F muestran elementos auxiliares emparejados enfrentados uno al otro a través de la lámina 2, por lo que se intensifica la presión entre la lámina ondulada 1 y la lámina plana 2. Cuando un elemento auxiliar de unión en un lado de la lámina plana 2 está enfrentada a la del otro lado, la presión de contacto y, por consiguiente, la fuerza de contacto se aumentará. Por lo tanto, el soporte 14 del catalizador de este tipo se usa adecuadamente en un vehículo de dos ruedas, tal como motor-escúter cuyo soporte vibra fuertemente y tiene una débil tensión térmica.

Por el contrario, los elementos auxiliares 15 emparejados mostrados en las Figs. 6G a 6J, no están enfrentados uno al otro, sino que están desplazados uno respecto del otro a través de la lámina 2, por lo que se mejoran las propiedades de relajación de la tensión térmica entre las láminas 1 y 2. El soporte 14 del catalizador de este tipo se usa adecuadamente en un vehículo de cuatro ruedas cuyo soporte no está sometido fuertemente a vibraciones y recibe tensiones térmicas que se repiten.

Cuando el soporte del catalizador está sometido fuertemente a vibraciones y recibe altas tensiones térmicas, se pueden usar pares enfrentados o pares desplazados de elementos auxiliares 15 en combinación con la estructura semi-doble o doble de láminas planas 2 anteriormente mencionada.

El soporte 14 del catalizador usado en un vehículo sometido fuertemente a vibraciones tendrá una superficie específica tan grande como sea posible. Con este fin, el elemento auxiliar de unión tendrá la mayor anchura W mientras que se reduce el número de elementos auxiliares. Por el contrario, el soporte 14 para un vehículo cuyo soporte recibe una fuerte tensión térmica, recibirá menos tensión en cada porción de unión para mejorar las propiedades de relajación de la tensión. Por lo tanto, se usan elementos auxiliares 15 que tienen una anchura W más estrecha y se aumenta el número de elementos auxiliares.

4. Etapa de unión por difusión

Se hace referencia a las Figs. 3A a 3C. En esta etapa, las láminas 1 y 2, que se enrollaron hasta formar un rollo con uno o más elementos auxiliares de unión en la etapa 3 de enrollamiento anteriormente mencionada, se unen una con otra en las posiciones de unión.

Las láminas 1 y 2 enrolladas reciben presión únicamente para mantener la forma enrollada. Es decir, reciben únicamente una débil fuerza para mantener la forma enrollada y no recibir una fuerza considerable que cambie la forma de la lámina ondulada 1.

Se inserta un rollo de láminas 1 y 2 con los elementos auxiliares 15 en un cilindro 10 mostrado en la Fig. 3A. Las láminas se insertan suavemente sin recibir ninguna presión, en particular entre el cilindro 10 y el rollo.

El cilindro 10 de acero inoxidable, por ejemplo, tiene la ranura 17 que puede soldarse antes o después de la inserción de las láminas. Se puede usar un tubo sin costura como cilindro 10.

El rollo de láminas 1 y 2 con los elementos auxiliares 15, insertados en el cilindro 10, se transfiere a un horno de vacío 19 que tiene elementos calefactores 18 como se muestra en la Fig. 3B y son sometidos a una etapa de unión por difusión.

La unión por difusión se lleva a cabo a presión reducida o en atmósfera de desoxidación tal como a vacío, en una atmósfera de argón o de gas inerte, a una temperatura entre 1.150 y 1.300ºC. El proceso se lleva a cabo durante 30 minutos a 3 horas. Cuando se lleva a cabo a alta temperatura, el tiempo requerido se acorta mientras que a baja temperatura el tiempo se prolonga. Mediante el calor aplicado, la lámina ondulada 1 se expande hacia la dirección vertical, hacia la dirección axial, por lo que se ejerce localmente una alta presión de contacto entre los elementos auxiliares 15 de unión y la lámina 1 y entre los elementos auxiliares y la lámina 2. Por eso, se obtiene una alta presión necesaria para la unión por difusión.

Mediante el procedimiento anterior, la unión por difusión se efectúa entre la lámina ondulada 1 de la parte superior y las porciones del fondo y las correspondientes porciones del elemento auxiliar 15 de unión, y entre la lámina plana 1 y todas las superficies de los elementos auxiliares (Figs. 5A, 5B y 5C). En consecuencia, las láminas 1 y 2 se unen por difusión una a la otra en las porciones de contacto, de las áreas de trazos cortos, mediante los elementos auxiliares. Durante la unión, los átomos metálicos que forman el acero inoxidable se mueven entre las superficies de las láminas onduladas 1, las láminas planas 2 y los elementos auxiliares 15, por lo que las porciones de las láminas 1 y 2 que están en contacto se unen por difusión en fase sólida mediante los elementos auxiliares de unión.

En la unión de las láminas 1 y 2 al cilindro 10 mediante los elementos auxiliares, se puede usar el agente 20 de soldadura como se muestra en la Fig. 6A, ya que la temperatura en la porción cercana al cilindro 10 es relativamente baja en comparación con la de la porción del núcleo del soporte 14.

5. Soporte 14 del catalizador

El soporte 14 del catalizador, mostrado en las Figs. 3C y 5A a 5C, para usar en un sistema 16 de limpieza de gases de escape, se produce mediante las etapas de 1) preparar las láminas 1 y 2, 2) preparar los elementos auxiliares 15 de unión, 3) enrollar y 4) unir mediante difusión.

El soporte comprende un rollo de láminas 1 y 2 con los elementos auxiliares de unión entre ellas, y tiene una estructura alveolar en forma de panal que comprende varios espacios celulares 4.

Es decir, el soporte tiene forma de rollo y una estructura alveolar en forma de panal y está insertado en el cilindro 10. Un rollo típico tiene forma de corte transversal circular como se muestra en la Fig. 3A, pero el rollo puede tener forma de corte transversal elíptico o angular.

La estructura alveolar en forma de panal comprende varias columnas huecas de espacios celulares, definidas por las paredes celulares de láminas onduladas 1 y láminas planas 2, con los extremos de la columna abiertos. Las paredes celulares y los espacios celulares 4 tienen formas sustancialmente triangulares con los bordes romos en corte transversal como se muestra en la Fig. 4A, pero pueden tener forma trapezoidal u otras formas.

La estructura alveolar en forma de panal es excelente en la relación de resistencia respecto al peso, es ligera de peso, y tiene una elevada rigidez y resistencia. Además, tiene un buen efecto rectificador, tiene una gran superficie específica por unidad de volumen, y otras excelentes características.

Según la invención, el soporte 14 del catalizador utiliza el efecto de la gran superficie específica por unidad de volumen. El material catalizador 21 se adhiere a las superficies de las láminas 1 y 2 y los elementos auxiliares 15 de unión que constituyen las paredes celulares 4, como se muestra en la Fig. 4A. La Fig. 4B muestra que se obtiene una superficie mayor para el contacto entre los gases 22 de escape que pasan y el material catalizador 21, y que las sustancias nocivas contenidas en los gases 22 de escape reaccionan con el material catalizador 21 y se separan y, por lo tanto, se purifican los gases de escape.

El soporte 14 del catalizar se usa bajo un estado en que pasan los gases 22 de escape a alta temperatura y en el que el calor se genera mediante la reacción catalítica. Se usa en el sistema 16 de purificación de los gases de escape para vehículos de dos ruedas tales como motocicletas y escúteres, vehículos de cuatro ruedas, sierras de cadena, y otros motores de combustión interna.

El material catalizador 21 se selecciona de materiales tales como metales nobles que reaccionan con las sustancias nocivas tales como monóxido de carbono, óxido de nitrógeno e hidrocarburos, y se aplica sobre una superficie de las láminas 1 y 2 que contiene alúmina.

Las láminas 1 y 2 en forma de cintas, del soporte del catalizador, están hechas de acero inoxidable que contiene aluminio, y tienen sustancialmente la misma longitud y anchura L. La lámina ondulada 1 tiene proyecciones 6 de difusión a ambos extremos laterales de las porciones de la parte de arriba y del fondo, que se forman cuando la lámina 1 pasa a través de un par de engranajes dentados 5. La proyección 6 tiene forma de una pirámide sustancialmente triangular que tiene una anchura N de aproximadamente 5 mm y una altura H de aproximadamente 15 \mum, véase la Fig. 1D. El elemento auxiliar 15 de unión usado para el soporte 14 está hecho de acero inoxidable y tiene una longitud similar a la de las láminas 1 y 2, pero tiene una anchura más delgada, véanse las Figs. 2A a 2C.

Los elementos auxiliares 15 están situados radialmente en el interior de las posiciones de las proyecciones 6 formadas en los extremos a la derecha e izquierda de la lámina 1 y tienen espesores T superiores a la altura H de las proyecciones 6, véase la Fig. 5A. Están situados a 5 mm o más en el interior de los extremos laterales de las láminas 1 y 2, y tienen espesores T de 20 a 200 \mum. Los elementos auxiliares se usan en parejas a través de la lámina plana 2, una o varias en cada uno de los lados de la lámina 2, con una anchura W de 0,5 a 4 mm y siendo la anchura total de los elementos auxiliares del 0,3 al 20% de la anchura de la lámina 1 ó 2. Los pares de elementos auxiliares de unión que se enfrentan uno a otro a través de la lámina 2, aumenta, la presión de contacto entre las planchas 1 y 2, mientras que las parejas pueden estar desplazadas unas respecto de las otras para aumentar la capacidad de relajación de la tensión térmica, véase la Fig. 6.

Fundamentos técnicos

Según la presente invención, el soporte 14 del catalizador se produce mediante las etapas 1) preparar las láminas 1 y 2, 2) preparar los elementos auxiliares 15 de unión, 3) enrollar 4) unir por difusión. Las láminas 1 y 2 se enrollan con los elementos auxiliares 15 entre ellos, y el soporte 14 producido tiene las características que se dan más adelante.

Primero, las láminas 1 y 2 se unen por difusión una a otra mediante los elementos auxiliares 15 de unión con fuerte presión de contacto, sin la influencia de las proyecciones 6 formadas en los extremos laterales de la lámina 1. Es decir, la parte de arriba y la del fondo de la lámina 1 están unidas por difusión mediante una alta presión de contacto a la lámina plana usando elementos auxiliares de 15 de unión, no mediante contacto en puntos, sino mediante el contacto en áreas de trazos cortos. Los elementos auxiliares están situados en posiciones predeterminadas y tienen un espesor T y anchura W predeterminada. Por lo tanto, no están influenciados por las proyecciones 6 cuando están sometidas a presión, reciben alta presión cuando la lámina ondulada 1 se expande por el calor, y reciben presión localmente concentrada en áreas de trazos cortos, véanse las Figs. 5A y 5C.

En consecuencia, el soporte 14 del catalizador, cuyas láminas 1 y 2 están firmemente unidas una a otra por difusión, es mejor en cuanto a resistencia a la vibración, resistencia al calor, propiedades de relajación de la tensión térmica y es fuerte.

Segundo, las excelentes propiedades se llevan a cabo fácilmente manteniendo únicamente los elementos auxiliares 15 de unión, con un espesor T predeterminado y una anchura W, en posiciones predeterminadas y el soporte 14 se produce fácilmente como se discute más adelante.

Según la invención, se usan engranajes 5 dentados convencionales para producir láminas onduladas 1 que tienen proyecciones 6 de difusión en los extremos laterales, véase la Fig. 1, y no se necesitan engranajes dentados 8 especiales, mostrados en la Fig. 10D, y no hay necesidad de quitar las proyecciones 6 de las láminas onduladas 8, como se muestra en la Fig. 10E.

En la etapa de unión por difusión, el rollo de láminas 1 y 2 con elementos auxiliares se inserta en el cilindro 10 sin ejercerse fuertemente una presión, como se muestra en la Fig. 3.

Para la invención se usa una lámina ondulada 1 que tiene una forma aproximadamente triangular con extremos romos (partes superiores). Por lo tanto, no es necesario ningún procedimiento especial, tal como someter a presión la lámina 1 para quitar las proyecciones o usar una lámina que no tenga los extremos romos. Además, no se necesita ningún procedimiento para quitar la rugosidad superficial de la lámina 1 ya que se obtiene una alta presión de contacto para la unión fuerte mediante el uso de los elementos auxiliares 15.

Las láminas 1 y 2 enrolladas con presión para mantener únicamente su forma, se insertan simplemente en el cilindro 10, como se discutió anteriormente. Ya que la lámina 1 se expande por calor, se aplica localmente una alta presión de contacto a las posiciones en las que la lámina está en contacto con los elementos auxiliares de unión, y la unión por difusión transcurre con una fuerza de unión suficiente. No hay necesidad de proporcionar un procedimiento adicional para obtener suficiente presión de contacto para la unión por difusión.

La etapa de unión es sencilla en sí misma. Como se discutió anteriormente, se obtiene localmente una presión de contacto necesaria para la unión por difusión mediante el uso de elementos auxiliares 15 de unión, y no se necesita un control estricto de la atmósfera, la temperatura y el tiempo.

Una capa oxidada protectora, Al_{2}O_{3}, se forma sobre la superficie de las láminas 1 y 2, como se muestra en la Fig. 5D. Cuando se calienta la superficie, la capa se rompe debido a la diferencia entre el coeficiente de expansión térmica entre las láminas y la capa. Como resultado, el aluminio de las láminas se difunde hacia fuera, reacciona con oxígeno del aire y forma una nueva capa oxidada de Al_{2}O_{3}. De esta forma, la superficie de las láminas está siempre cubierta con una capa oxidada protectora para asegurar las propiedades de resistencia a la corrosión.

La capa oxidada protectora de Al_{2}O_{3} es bastante delgada (5 \mum o menos) y se rompe al calor. Por lo tanto, las capas de las láminas 1 y 2 están expuestas y directamente en contacto una con otra si se aplica alta presión como en el caso de la presente invención, y se unen por difusión. Contrariamente a esto, si no se puede aplicar una alta presión a las superficies, es necesario controlar estrictamente las condiciones del tratamiento, tal como la atmósfera, temperatura y tiempo, mientras que se evapora el aluminio.

Según la invención, se obtiene localmente una alta presión de contacto para unir las láminas usando elementos auxiliares 15 de unión, y las condiciones del tratamiento no necesitan estar estrictamente controladas. Es decir, el proceso de unión por difusión se puede llevar a cabo en un amplio intervalo de condiciones de reducción o de baja presión, a temperatura relativamente baja y en un tiempo relativamente corto. Por eso, el proceso de unión por difusión se puede simplificar según la invención.

Ejemplos Condiciones de los datos

En los ejemplos siguientes, se comprobó la resistencia del soporte 14 del catalizador, como se muestra en la Fig. 3C, usando elementos de unión de diversos espesores T y anchuras W como se ilustra en la Fig. 5A. La resistencia en este caso significa la resistencia a pasar a través del soporte o resistencia al esfuerzo cortante entre las láminas 1 y 2, es decir la resistencia de la unión.

Los datos comunes a los Ejemplos 1 a 5 son como sigue:

Diámetro (\phi) del soporte 14: 60 mm.

Número de celdas: 310.000 celdas/m^{2} (31 celdas/cm^{2})

Espesor de las láminas 1 y 2: 50 \mum

Diámetro (\phi) del penetrador 24: 40 mm

El ensayo de resistencia se llevó a cabo como sigue:

Se colocó longitudinalmente el soporte 14 del catalizador, que comprende un rollo de lámina en un cilindro 10, sobre un corto soporte 23 cilíndrico, véase la Fig. 7A. El soporte tiene un diámetro y un espesor igual a los del cilindro 10 y soporta al cilindro pero no lleva un rollo interior.

El penetrador 24, que tiene forma cilíndrica corta y un diámetro más pequeño que el del soporte 14, se colocó sobre la parte superior abierta del soporte del catalizador, y se presionó desde arriba con diversas cargas.

En las Figs. 7B, 8A, 8B y 9A que muestran los resultados del ensayo de los Ejemplos 1, 2, 3 y 4, respectivamente. Las líneas de trazos muestran los resultados de los ensayos con soportes convencionales 3 de catalizadores que no usan elementos auxiliares de unión, llevados a cabo en las mismas condiciones. Los resultados demuestran que los soportes 14 de catalizadores de los Ejemplos 1 a 4, que usan elementos auxiliares de unión, son mucho más fuertes que los soportes convencionales 3.

Ejemplo 1

La Fig. 7B muestra los resultados del ensayo de resistencia del soporte cuando se varía el espesor T de los elementos auxiliares 15 de unión. Los datos complementarios son como siguen:

Forma global: \phi 60 mm \times anchura L 60 mm

Elemento auxiliar de unión: 5 mm de anchura W \times T (2 pares de dos elementos auxiliares).

Es decir, el soporte 14 del catalizador tiene un diámetro de 60 mm y una anchura L de 60 mm, es decir, la lámina ondulada 1 y la lámina plana 2 tienen una anchura L de 60 mm. Los elementos auxiliares de unión mantenidos entre las láminas tienen una anchura W de 5 mm y se usan de forma que dos pares de dos elementos auxiliares cada uno, están enfrentados uno al otro a través de la lámina plana 2.

La Fig. 7B muestra que la fuerza de penetración o resistencia al esfuerzo cortante antes mencionado se redujo cuando el espesor T del elemento auxiliar 15 de unión es de 15 \mum, ya que es igual a la altura H, es decir, 15 \mum, de proyección 6 triangular formada en los extremos laterales de la lámina ondulada 1. Es decir, la presión de contacto o unión entre las láminas se redujo porque se dispersó a dos áreas de contacto de trazos cortos de dos elementos auxiliares con la lámina plana 2, y a dos puntos en las partes superiores de las proyecciones 6.

Cuando el espesor T de los elementos auxiliares 15 era superior a 15 \mum e inferior a 20 \mum, se obtuvo una resistencia suficiente, ya que la presión se concentró únicamente en dos áreas de contacto, de trazos cortos, de dos elementos auxiliares con la lámina plana 2.

Cuando el espesor T es superior a 200 \mum, la resistencia disminuye de nuevo, ya que el espacio hueco U entre los elementos auxiliares 15 correspondientes al espesor T (véanse las Figs. 6A y 6B) llega a ser demasiado grande para mantener a las láminas 1 y 2 en un estado plano. Los resultados obtenidos en el Ejemplo 1 muestra que el espesor T del elemento auxiliar 15 de unión será de 20 a 200 \mum.

Ejemplo 2

En este ejemplo, se comprobó la resistencia de la unión o la fuerza de contacto variando la anchura L del soporte 14 para obtener valores mostrados en la Fig. 8A. Los datos complementarios son como siguen:

Forma global: \phi 60 mm \times anchura L

Elemento auxiliar de unión: 5 mm de anchura W \times 100 \mum, de espesor T.

Es decir, se varió la anchura L, es decir la longitud axial del soporte 14 del catalizador que se corresponde con la anchura radial de las láminas 1 y 2, y se midió la resistencia. Se usaron elementos auxiliares 15 de unión, 1, 2, 3 o cuatro mantenidos entre las laminas que tenían una anchura W de 5 mm y un espesor T de 100 \mum.

Cuando se mantuvo un elemento auxiliar 15 de unión entre las láminas 1 y 2, la resistencia del soporte 14 se redujo cuando la anchura L era inferior a 25 mm, como se verá a partir de la Fig. 8A. Cuando se usaron dos elementos auxiliares, la resistencia se redujo en el caso en el que la anchura L era inferior a 50 mm. Cuando se utilizaron tres elementos auxiliares, la resistencia se redujo en el caso de menos de 75 mm y cuando se usaron cuatro elementos auxiliares la resistencia se redujo en el caso de menos de 100 mm.

A partir de los resultados del Ejemplo 2, se puso de manifiesto que la anchura total de los elementos auxiliares, es decir el total de cada anchura W de todos los elementos auxiliares que incluyen un elemento auxiliar mantenido entre láminas, está regulada por la anchura L del soporte 14 que corresponde a la anchura L de las lámina 1 y 2. La presión deberá estar localmente concentrada en la porción de contacto de los elementos auxiliares con las láminas. Si la relación de la anchura L de la lámina respecto a la anchura total de los elementos auxiliares es inferior a un cierto límite, la presión concentrada llega a ser insuficiente. Por eso, se puso de manifiesto que la anchura total de los elementos auxiliares 15 está regulada por la anchura L de las láminas 1 y 2.

Ejemplo 3

El Ejemplo 3 se obtuvo basándose en los resultados del Ejemplo 2. La Fig. 8B muestra los resultados del total de cada anchura W de todos los elementos auxiliares de unión con respecto a la anchura L del soporte 14 que corresponde a la anchura L, respecto de la carga. Las condiciones de los datos del Ejemplo 3 son las mismas que las del Ejemplo 2.

Como se discutió, el total de cada anchura W de los elementos auxiliares está regulado por la anchura L de las láminas 1 y 2 (anchura L del soporte 14). Si no es así, la presión no está concentrada, da como resultado una resistencia de la unión insuficiente entre las láminas.

La Fig. 8B muestra que la resistencia se reduce cuando la anchura total de cada anchura W de los elementos auxiliares 15 está por encima del 20% de la anchura L de las láminas y se puso de manifiesto que la anchura total era inferior al 20% de la anchura de las láminas.

Ya que la anchura mínima W es de 0,5 mm y el número mínimo de elementos auxiliares es uno, y ya que la anchura máxima L de las láminas es de 150 mm, el valor mínimo de la anchura total de cada uno de los elementos auxiliares respecto a la anchura L de la lámina se calcula mediante una fórmula, (0,5/150) \times 100 = 0,3%. Se puso de manifiesto, por lo tanto, que la relación del total de la anchura de los elementos auxiliares respecto a la anchura L de la lámina es 0,3% o más y 20% o menos.

Ejemplo 4

Se varió la anchura W de los elementos auxiliares 15 de unión y se midió la resistencia del soporte 14 para producir la Fig. 9A. Los datos complementarios son como siguen:

Forma global: (\phi) 60 mm \times 150 mm de anchura L

Elemento auxiliar de unión: anchura W \times 100 \mum de espesor T (dos pares de un elemento auxiliar).

Es decir, el soporte 14 del catalizador tiene un diámetro de 60 mm y una anchura L de 150 mm, es decir, la anchura L de la lámina ondulada 1 y la de la lámina plana 2 es 150 mm. Los elementos auxiliares de unión mantenidos entre las láminas tienen un espesor T de 100 \mum y se usa un elemento auxiliar por cada superficie de la lámina plana 2, de forma que un par de elementos auxiliares se enfrenta a cada uno de los otros a través de la lámina plana 2. Para este Ejemplo 4, se comprobó el soporte 14 con elementos auxiliares que tenían diversas anchuras W.

Si se usa un elemento auxiliar 15 de unión que tiene una anchura W de 30 mm para soporte 14 que tiene una anchura L (anchura L de la lámina) de 150 mm, la relación según la fórmula de cálculo del Ejemplo 3 es del 20%, y se deberá obtener una resistencia suficiente. Sin embargo, según la Fig. 9A que muestra los resultados del Ejemplo 4, se obtuvo suficiente resistencia para los elementos auxiliares que tenían anchura W de 5 mm o menos. Si la anchura W es superior a 5 mm, la resistencia del soporte 14 se reduce. Puede pensarse que la razón es la que
sigue.

Como se ha discutido, se deberá aplicar una presión localmente concentrada en la porción de contacto del elemento auxiliar 15, dispuesto entre las láminas 1 y 2. Si la anchura W del elemento auxiliar es demasiado amplia, es decir, por encima de 5 mm, la presión se dispersa y se obtiene, por ello, una presión no concentrada, dando como resultado una disminución de la resistencia. Cuando se aumenta el peso de la carga aplicada al soporte 14, el elemento auxiliar 15 se romperá antes del momento en el que se rompen las láminas, y las láminas no se romperán. En este caso, por lo tanto, el elemento auxiliar 15 de unión se rompe y se corta en la interfase de unión.

Contrariamente a esto, cuando la anchura W es de 5 mm o menos, y si se aumenta el peso, las láminas 1 ó 2 se romperán antes del momento en el que se rompa el elemento auxiliar 15, y el elemento auxiliar 15 no se romperá. Es decir, cuando se usa un elemento auxiliar 15 que tiene 5 mm o menos de anchura, no se obtiene una resistencia superior a la del punto de rotura de las láminas y, por eso, la resistencia a 5 mm, o menos, es relativamente constante, como se muestra en la Fig. 9A.

A partir del resultado anterior, se puso de manifiesto que la anchura W del elemento auxiliar de unión deberá ser 5 mm o menos. Naturalmente, la anchura mínima es de 0,5 mm y el valor de la anchura total deberá ser el 20% o menos que la anchura L del soporte, como se discutió en el Ejemplo 3.

Ejemplo 5

En el Ejemplo 5, se varió el número de elementos auxiliares de unión para producir los resultados mostrados en la Fig. 9B. Los datos complementarios son como siguen:

Forma global: (\phi) 60 mm \times 150 mm de anchura L

Elemento auxiliar de unión: 100 \mum de espesor T.

Es decir, el soporte 14 del catalizador tiene un diámetro de 60 mm y una anchura L (anchura L de la lámina) de 150 mm. Los elementos auxiliares 15 de unión mantenidos entre las láminas 1 y 2 tienen un espesor T de 100 \mum y un par o pares de elementos auxiliares están enfrentados unos con otros a través de la lámina plana 2. Para este ejemplo, se cambió el número (filas) de elementos auxiliares usados mientras que se dispuso que la anchura total de los elementos auxiliares fuera la misma que la de todos los soportes y se midió la resistencia del soporte 14.

Se puso de manifiesto que la resistencia del soporte no era diferente entre el caso en que se usó un elemento auxiliar que tenía una anchura relativa de 5 y el caso en el que se usaron cinco elementos auxiliares que tenían una anchura relativa de 1. Este resultado muestra que si la anchura total de los elementos auxiliares es la misma, la resistencia de los soportes y la resistencia al esfuerzo cortante o resistencia de la unión de las láminas son iguales incluso si el número de elementos auxiliares usados es diferente.

Ventaja técnica de la invención

El soporte del catalizador de la invención, para un sistema de limpieza de gases de escape, se produce sosteniendo un elemento auxiliar o elementos auxiliares de unión semejantes a una cinta delgada entre una lámina ondulada semejante a una cinta más ancha y una lámina plana, en el que los elementos auxiliares de unión están situados radialmente en el interior de las proyecciones formadas en los extremos de la lámina ondulada, con un espesor superior a la altura de las proyecciones y con una anchura predeterminada. Con la característica anterior, el soporte de la invención tiene las siguientes ventajas técnicas.

Resistencia

Primero, el soporte del catalizador es excelente en cuanto a resistencia con respecto a las propiedades de resistencia a la vibración y resistencia al calor y propiedades de relajación de la tensión térmica. Según la invención, las láminas 1 y 2 están unidas por difusión mediante alta presión localmente concentrada usando elementos auxiliares de unión, a pesar de las proyecciones formadas sobre las láminas onduladas. Es decir, las láminas están unidas no en puntos, como es el caso con un procedimiento convencional, sino en áreas de trazos cortos. Las láminas están fuertemente unidas y tienen la resistencia necesaria para hacer un soporte de catalizador fuerte. Por lo tanto, el soporte se mejora en las propiedades de resistencia a la vibración, por ejemplo, y resiste grandes secuencias de fatiga y presiones de gases de escape, y es muy adecuado para el uso en vehículos de dos y cuatro ruedas.

El soporte 14 del catalizador está compuesto de láminas 1 y 2 de acero inoxidable que contiene aluminio, y de elementos auxiliares 15 de unión, de acero inoxidable y, con seguridad, se produce una capa protectora oxidada sobre las superficies de las láminas, como se muestra en 5D. Por lo tanto, el soporte tiene excelentes propiedades de resistencia a la oxidación y está mejorado en las propiedades de resistencia al calor. Por eso, también desde esta cuestión, el soporte es muy adecuado para dispositivos de escape de gases a alta temperatura, y para vehículos de dos y cuatro ruedas.

De acuerdo con el soporte, las láminas no están unidas por difusión en todas las superficies, sino únicamente en la porción lineal de contacto de los elementos auxiliares de unión con las láminas y, por lo tanto, se mejoran las propiedades de relajación de la tensión térmica entre las láminas unidas. En particular, las propiedades se mejoran cuando cada uno de los pares de elementos auxiliares de unión está desplazado respecto al otro a través de la lámina plana.

Costes

Segundo, el efecto ventajoso anteriormente mencionado se pone de manifiesto de forma simple, ya que el soporte del catalizador puede producirse manteniendo los elementos auxiliares de unión de un espesor y una anchura predeterminada, en posiciones predeterminadas entre las láminas. La interpretación del coste ventajoso puede discutirse como sigue:

a. Según la invención, no hay necesidad de preparar varios engranajes dentados especiales para separar las proyecciones, que han sido necesarias para un procedimiento convencional. Ya que, generalmente, se pueden usar engranajes usados y láminas onduladas que tienen proyecciones, se tratan sin un procedimiento de separación de proyecciones.

b. No hay necesidad de aplicar presión a un rollo de láminas con elementos auxiliares de unión cuando se inserta el rollo en un cilindro como ha sido necesario en el procedimiento convencional. Según la invención, el rollo se inserta de forma sencilla en el cilindro y, por lo tanto no es necesaria mucha destreza.

c. No hay necesidad de repetir un trabajo de compresión para separar las proyecciones, para usar láminas onduladas planas que no tienen proyecciones o para tratar las láminas para aplanar la rugosidad de la superficie. Según la presente invención, se pueden usar láminas onduladas generalmente usadas, que tienen porciones que se doblan, sin un tratamiento adicional.

d. No hay necesidad de formar una porción estrangulada previamente establecida como en el quinto ejemplo de la técnica anterior. Por lo tanto, no es necesario ningún instrumento y no hay miedo de que se pueda destruir la forma ondulada.

e. No hay control estricto sobre las condiciones atmosféricas, temperatura y tiempo, ya que durante la unión por difusión se aplica a las láminas una alta presión de contacto.

Por consiguiente, los defectos sufridos en el tratamiento convencional son superados, todos ellos, según la presente invención.

Claims (7)

1. Un soporte (14) de catalizador para un sistema (16) de purificación de gases de escape, que comprende bandas de al menos una lámina ondulada (1) y al menos una lámina plana (2) hechas de acero inoxidable, que soportan entre ellas elementos auxiliares (15) de unión, hechos de acero inoxidable,

en el que dichos elementos auxiliares (15) de unión tienen una anchura más estrecha que la de dichas láminas onduladas y planas (1, 2),

en el que dichas láminas onduladas y planas (1,2) están alternadas y enrolladas para formar un rollo que tiene una estructura alveolar que comprende varios espacios celulares (4),

en el que los materiales catalizadores están adheridos a dichas láminas onduladas y planas (1, 2),

en el que dichas láminas onduladas y planas (1, 2) están unidas por difusión unas a otras a través de dichos elementos auxiliares (15) de unión, caracterizado porque

dichos elementos auxiliares (15) están situados en el interior de los extremos laterales de la lámina ondulada (1) separados de las proyecciones (6), que se forman en dichos extremos laterales de la lámina ondulada (1) durante la producción de la lámina ondulada (1) a través de un par de engranajes (5) dentados, y

en el que dichos elementos auxiliares (15) de unión tienen un espesor T superior a la altura H de dichas proyecciones (6).

2. Un soporte de catalizador según la reivindicación 1, que comprende una lámina ondulada (1) y una lámina plana (2), estando hecha cada una de acero inoxidable que contiene aluminio, en el que dichas láminas onduladas y planas (1, 2) tienen sustancialmente la misma longitud y anchura L, y la longitud de dichos elementos auxiliares (15) de unión es sustancialmente la misma que dichas láminas onduladas y planas (1, 2).

3. Un soporte de catalizador según la reivindicación 1, en el que los elementos auxiliares (15) están situados a 5 mm o más en el interior de los extremos laterales de dichas láminas onduladas y planas (1, 2), y tienen un espesor T de 20 a 200 \mum.

4. Un soporte de catalizador según la reivindicación 3, en el que dichos elementos auxiliares (15) de unión se usan en un par o pares a través de la lámina plana (2) y en el que la anchura W de dicho elemento auxiliar de unión es 0,5 a 5 mm, y la relación de la anchura total de todos los elementos auxiliares de unión respecto a la anchura L de dichas láminas onduladas y planas (1, 2) es de 0,3 a 20%.

5. Un soporte de catalizador según la reivindicación 4, en el que cada uno de los elementos del par o pares de dichos elementos auxiliares (15) de unión esta enfrentado al otro a través de la lamina plana (2) para aumentar la presión de contacto entre dichas láminas onduladas y planas (1, 2).

6. Un soporte de catalizador según la reivindicación 4, en el que cada uno de los elementos del par o pares de dichos elementos auxiliares (15) de unión esta desplazado respecto al otro a través de la lamina plana (2) para mejorar las propiedades de relajación de la tensión térmica.

7. Un método para producir un soporte (14) de catalizador para un sistema (16) de purificación de gases de escape, que comprende,

enrollar bandas de al menos una lámina ondulada (1) y al menos una lámina plana (2) hechas de acero inoxidable, que soportan entre ellas elementos auxiliares (15) de unión, hechos de acero inoxidable, para formar un rollo, en el que dichos elementos auxiliares (15) de unión tienen una anchura más estrecha que la de dichas láminas onduladas y planas (1, 2), y dichas láminas onduladas y planas (1, 2) están alternadas,

en el que dichos elementos auxiliares (15) de unión están situados en el interior de los extremos laterales de la lámina ondulada (1) separados de las proyecciones (6), que se forman en dichos extremos laterales de la lámina ondulada (1) durante la producción de la lámina ondulada (1) a través de un par de engranajes (5), teniendo dichos elementos auxiliares (15) de unión un espesor T superior a la altura H de dichas proyecciones (6), y

calentar el rollo para la unión por difusión de las láminas onduladas y planas (1, 2), a cada una de las otras a través de los elementos auxiliares (15) de unión para producir el rollo que tiene una estructura alveolar que comprende varios de espacios celulares (4), y

adherir un material catalizador (21) a dichas láminas onduladas y planas (1, 2) y a dichos elementos auxiliares (15) de unión.