ES2309285T3 - Aparato de purificacion de gas de escape. - Google Patents
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Abstract
Un aparato de purificación de gas de escape, que comprende: un cilindro externo (40, 41, 42, 43) una pluralidad de soportes en forma de cilindro (20, 30, 21, 31, 22, 32, 23, 33) dispuestos en el cilindro externo (40, 41, 42, 43), y que tienen una superficie periférica externa y una superficie periférica interna, entrando en contacto al menos de los soportes vecinos en forma de cilindro con el uno con el otro con las superficies periféricas externas; y una capa catalítica cargada sobre al menos una de la superficie periférica externa y la superficie periférica interna de los soportes en forma de cilindro (20, 30, 21, 31, 22, 32, 23, 33); donde los soportes en forma de cilindro (20, 30, 21, 31, 22, 32, 23, 33) en contacto, pero no ajustados en el cilindro externo, están inscritos en un círculo que tiene un diámetro superior al diámetro interior del cilindro externo, al menos uno de los soportes (20, 21, 22) en forma de cilindro tiene una sección transversal de forma anular con un recorte (201, 211, 221, 231) que tiene una longitud periférica tal que, cuando el al menos uno (20, 21, 22) de los soportes en forma de cilindro está en estado elásticamente deformado, los soportes (20, 30, 21, 31, 22, 32, 23, 33) en forma de cilindro están inscritos en un círculo que tiene un diámetro inferior al diámetro interior del cilindro externo.
Description
Aparato de purificación de gas de escape.
La presente invención se refiere a un aparato de
purificación de gas de escape. Particularmente, se refiere a un
aparato de purificación de gas de escape que puede ser fabricado con
facilidad.
Para purificar los gases de escape emitidos por
los automóviles y motocicletas, se han utilizado aparatos de
purificación de gas de escape. Hay muchos tipos de aparatos de
purificación de gas de escape tales como el sistema de reactor
térmico, el sistema de combustión de gas pobre, el sistema de
modificación del motor, y los aparatos de purificación de gas de
escape con un sistema de catalizador. Entre ellos, los aparatos de
purificación de gas de escape con un sistema de catalizador se han
utilizado ampliamente.
Los aparatos de purificación de gas de escape
con un sistema de catalizador purifican los gases de escape usando
metales nobles catalíticos, tales como Pt, Rh y Pd. En los aparatos
de purificación de gas de escape con un sistema de catalizador, se
utilizan catalizadores de purificación de gas de escape que se hacen
de la manera siguiente. Se forma una capa de carga en una
superficie de un soporte de catalizador con alúmina activada, tal
como alúmina \gamma. Entonces, se carga uno o más metales nobles
catalíticos en la capa de carga.
En cuanto a los materiales de los soportes de
catalizador, se utilizan los materiales resistentes al calor porque
los soportes del catalizador se exponen a los gases de escape a alta
temperatura. Como materiales de este tipo, se puede nombrar las
cerámicas, por ejemplo cordierita, los metales resistentes al calor,
tales como los aceros inoxidables.
Los soportes de catalizador hechos de cerámica
sufren de desventajas tales como que son susceptibles a los choques
mecánicos y presentan una gran resistencia a la emisión. Por
consiguiente, se han venido a usar los soportes de catalizador
hechos de metales debido a las razones tales como que se debería
reducir la pérdida de presión de los dispositivos de escape o que
se debería mejorar la resistencia térmica de los soportes de
catalizador.
Por ejemplo, se puede fabricar un aparato de
purificación de gas de escape dotado de un soporte metálico de
catalizador de la manera siguiente. Un producto siderúrgico se
lamina como material de trabajo en forma de lámina o de hoja. El
producto de acero puede ser SUS304 (según la Norma Industrial
Japonesa (JIS), es decir, un acero inoxidable austenítico
18Cr-8Ni), o SUS430 (según JIS, es decir, un acero
inoxidable ferrítico 16Cr). El material de trabajo resultante en
forma de lámina u hoja es procesado convirtiéndolo en un soporte
metálico de catalizador. Entonces, se forma una capa de carga en
una superficie soporte metálico del catalizador resultante.
Finalmente, se cargan uno o más metales nobles catalíticos en la
capa de carga. Así, se completa un aparato de purificación de gas
de escape provisto de un soporte de catalizador metálico.
Dependiendo de las formas de los soportes de
catalizador, los aparatos de purificación de gas de escape se
pueden dividir en aparatos de purificación de gas de escape
monolíticos, granulares, en forma de panal y en forma de tubo.
En los aparatos de purificación de gas de escape
en forma de panal, hay un problema debido a que se pueden fundir
los soportes metálicos del catalizador por fallos de encendido que
se transmiten desde los motores de combustión interna.
Específicamente, cuando se derriten los soportes metálicos del
catalizador, puede disminuir la cantidad eficaz de carga de metales
nobles catalíticos, o las células en forma de panales se pueden
obstruir para bajar así la capacidad de purificación de gas de
escape de los aparatos de purificación de gas de escape en forma de
panal.
Por otra parte, en los aparatos de purificación
de gas de escape en forma de tubo, la longitud axial se debería
prolongar para asegurar una capacidad deseable de purificación de
gas de escape. Por consiguiente, podría asociarse un problema de
portabilidad abordo con los aparatos en forma de tubo de
purificación de gas de escape. Adicionalmente, cuando la longitud
axial de los aparatos de purificación de gas de escape en forma de
tubo se prolonga, la temperatura de gas de escape podría caer para
bajar la capacidad de purificación de gas de escape de los aparatos
de purificación de gas de escape en forma de tubo.
Por consiguiente, se han desarrollado aparatos
de purificación de gas de escape en forma de tubo cuya longitud
axial se acorta. Por ejemplo, Publicación de la Patente Japonesa No
Examinada (KOKAI) No. 9-228.832 y la Publicación de
la Patente Japonesa No Examinada (KOKAI) No.
9-317.452 proponen un aparato de purificación de gas
de escape de este tipo.
La Publicación de la Patente Japonesa No
Examinada (KOKAI) No. 9-228. 832 describe un
convertidor catalítico en el cual un soporte metálico, fabricado
por enrollamiento de una placa metálica corrugada, se coloca en un
cilindro externo.
Sin embargo, el convertidor catalítico descrito
en la Publicación de la patente japonesa no examinada (KOKAI) No.
9-228.832 sufre de un problema del capacidad de
adherencia entre el soporte metálico y el cilindro externo.
Específicamente, el soporte metálico es fabricado enrollando una
placa metálica corrugada. Sin embargo, en los contactos donde la
superficie periférica externa del soporte metálico entra en contacto
con la superficie periférica interna del cilindro externo, es
difícil hacer coincidir la curvatura de la superficie periférica
externa del soporte metálico con la superficie periférica curvada
interna del cilindro externo. Por consiguiente, cuando se coloca el
soporte metálico en el cilindro externo, el soporte metálico entra
en contacto con el cilindro externo por medio de contacto puntual.
Consecuentemente, no se puede asegurar ningún área de vinculación
suficiente entre el soporte metálico y el cilindro externo. Por
tanto, se presenta el problema de capacidad de adherencia.
La Publicación de la Patente Japonesa No
Examinada (KOKAI) No. 9-317.452 describe un aparato
de purificación de gas de escape en el cual una pluralidad de tubos
de menor diámetro se disponen en un tubo del tubo de diámetro
mayor.
El aparato de purificación de gas de escape
descrito en la Publicación de la Patente Japonesa No Examinada
(KOKAI) No. 9-317.452 tiene un problema en términos
de facilidad de ensamblaje de los tubos de menor diámetro. Para
ponerlo en términos concretos, los tubos de menor diámetro se
adhieren al tubo de diámetro mayor usando soldadura. Sin embargo,
se ha sabido que no se deja ningún espacio en las uniones entre el
tubo de mayor diámetro y los tubos de de menor diámetro en la
soldadura. Por consiguiente, se requiere fabricar el tubo de mayor
diámetro y los tubos de menor diámetro con una elevada precisión
dimensional. El requisito indica que no es posible utilizar tubos
soldados eléctricamente ordinarios. Por lo tanto, en la fabricación
del tubo de mayor diámetro y en la de tubos de menor diámetro, se
requiere realizar el trabajo secundario tal como la reducción o la
dilatación del tubo de mayor diámetro y de los tubos de menor
diámetro diametralmente. Consecuentemente, el coste de fabricar el
aparato de purificación de gas de escape descrito en la publicación
se eleva.
También se conoce de la solicitud de patente
internacional WO 94/13937 una unidad de convertidor catalítico para
escapes de motor. La unidad de convertidor catalítico comprende un
cuerpo portador que comprende una pluralidad de tiras de metal
enrolladas en espiral con una ranura.
La solicitud de patente internacional WO
89/64732 describe un dispositivo catalítico que se puede instalar
en una sección recta del tubo de escape de un motor de combustión
interna sin requerir la adaptación del tubo de escape para la
aceptación del dispositivo o del montaje permanente del dispositivo
al tubo de escape.
La presente invención se ha desarrollado a la
vista de las circunstancias ya mencionadas. Es por tanto un objeto
de la presente invención proporcionar un aparato de purificación de
gas de escape que muestre una alta capacidad de purificación y que
sea bueno en términos de sencillez de ensamblaje.
Los inventores de la presente invención
estudiaron los aparatos de purificación de gas de escape que
comprenden un cilindro exterior y una pluralidad de soportes en
forma de cilindro integrados. Como resultado, descubrieron que es
posible lograr el objeto propuesto anteriormente cuando al menos uno
de los soportes en forma de cilindro se presiona sobre los otros
soportes en forma de cilindro para que entren en contacto los
soportes en forma de cilindro los unos a con los otros y/o entren
en contacto los soportes en forma de cilindro con el cilindro
externo por medio de presión. Así, completaron la presente
invención.
Por ejemplo, un aparato de purificación de gas
de escape según presente la invención comprende:
un cilindro externo;
una pluralidad de soportes en forma de cilindro
dispuestos dentro del cilindro externo, y que tienen una superficie
periférica externa y una superficie periférica interna, entrando en
contacto al menos dos de los soportes vecinos en forma de cilindro
el uno con el otro con las superficies periféricas externas; y
una capa catalítica cargada en al menos una de
la superficie periférica externa y de la superficie periférica
interna de los soportes en forma de cilindro;
donde al menos uno de los soportes en forma de
cilindro tiene una sección transversal de forma anular con un
recorte, y se dispone en el cilindro externo en un estado
elásticamente deformado que se expande en la dirección
centrífuga.
En el presente aparato de purificación de gas de
escape, el soporte en forma de cilindro que tiene una sección
transversal de forma anular con un recorte se deforma elásticamente
para expandirse en la dirección centrífuga, presionando de tal modo
los otros soportes en forma de cilindro. Los soportes en forma de
cilindro presionados entran en contacto con los soportes vecinos en
forma de cilindro y/o con el cilindro externo. Específicamente, en
el presente aparato de purificación de gas de escape, es posible
fabricar el cilindro externo y los soportes en forma de cilindro
sin darles una alta precisión dimensional. Por otra parte, el
presente aparato de purificación de gas de escape puede entrar en
contacto con los gases de escape en un área ampliada, porque una
pluralidad de soportes en forma de cilindro está dispuesta en el
cilindro externo. Como resultado, el presente el aparato de
purificación de gas de escape muestra una alta capacidad de
purificación de gas de escape, y es bueno en términos de facilidad
de ensamblaje. Además, cuando el espesor de los soportes en forma de
cilindro aumenta, el presente aparato de purificación de gas de
escape mejora en términos de resistencia a los fallas de encendido
que se transmiten desde los motores de combustión interna.
Se conseguirá apreciar fácilmente de manera más
completa la presente invención y muchas de sus ventajas al igual
que su mejor comprensión haciendo referencia a la siguiente
descripción detallada cuando se considera en relación con los
dibujos anexos y especificación detallada, todo lo cual forma parte
de la descripción:
la Fig. 1 es un dibujo para ilustrar la
disposición de un aparato de purificación de gas de escape según el
Ejemplo No. 1 de la presente invención;
la Fig. 2 es un dibujo para ilustrar la
disposición de un aparato de purificación de gas de escape según el
Ejemplo No. 2 de la presente invención;
la Fig. 3 es un dibujo para ilustrar la
disposición de un aparato de purificación de gas de escape según el
Ejemplo No. 3 de la presente invención;
la Fig. 4 es un dibujo para ilustrar la
disposición de un aparato de purificación de gas de escape según el
Ejemplo No. 4 de la presente invención;
la Fig. 5 es una imagen para representar el
aparato de purificación de gas de escape según el ejemplo No. 4
después de haber sido sometido a una prueba de resistencia a un
fallo de encendido; y
la Fig. 6 es una imagen para representar un
aparato de purificación de gas de escape según el Ejemplo
Comparativo después de de haber sido sometido a una prueba de
resistencia a un fallo de encendido.
Habiendo descrito la presente invención en
términos generales, se puede obtener una comprensión adicional por
referencia a las realizaciones preferidas específicas que se
proporcionan a continuación sólo con fines de ilustración y sin
pretender limitar el alcance de las reivindicaciones anexas.
El presente aparato de purificación de gas de
escape comprende un cilindro externo, una pluralidad de soportes en
forma de cilindro, y una capa catalítica. Los soportes en forma de
cilindro se disponen en el cilindro externo, y tienen una
superficie periférica externa y una superficie periférica interna.
Al menos dos de los soportes vecinos en forma de cilindro entran en
contacto con el uno con el otro con las superficies periféricas
externas. La capa catalítica se carga en al menos una de la
superficie periférica externa y la superficie periférica interna de
los soportes en forma de cilindro. Al menos uno de los soportes en
forma de cilindro tiene una sección transversal de forma anular con
un recorte, y se dispone en el cilindro externo en un estado
elásticamente deformado tal que se expande en dirección
centrífuga.
En el presente aparato de purificación de gas de
escape, la capa catalítica está formada en al menos una de la
superficie periférica externa y de la superficie periférica interna
de los soportes en forma de cilindro, y purifica los gases de
escape que pasan a través del interior del cilindro externo. Puesto
que se dispone una pluralidad de los substratos en forma de
cilindro con la capa catalítica cargada en al menos una de la
superficie periférica externa y la superficie periférica interna en
el cilindro externo, la capa catalítica entra en contacto con los
gases de escape con un área ampliada.
En el presente catalizador de purificación de
gas de escape, al menos uno de los soportes en forma de cilindro
tiene una sección transversal de forma anular con un recorte, y se
dispone en el cilindro externo en un estado elásticamente deformado
que se expande en la dirección centrífuga.
En al menos uno de los soportes en forma de
cilindro, la sección transversal de forma anular con un recorte
significa que la sección transversal vertical del soporte en forma
de cilindro, tomada verticalmente con respecto a la dirección
axial, está formada como una forma de anillo que ha sido recortada
al menos parcialmente. Es satisfactorio que el soporte en forma de
cilindro pueda ser cortado parcialmente al menos en la sección
transversal vertical tomada verticalmente con respecto a la
dirección axial. El recorte no está limitado en términos de la fase
de disposición en la dirección periférica del soporte en forma de
cilindro. Específicamente, el recorte se puede formar linealmente
de manera
inclinada con respecto a la dirección axial del soporte en forma de cilindro, o se puede conformar como una curva.
inclinada con respecto a la dirección axial del soporte en forma de cilindro, o se puede conformar como una curva.
Por otra parte, en al menos uno de los soportes
en forma de cilindro, la sección transversal de forma anular denota
que la sección transversal vertical del soporte en forma de
cilindro, tomada verticalmente con respecto a la dirección axial,
adquiere una forma de anillo cuando el soporte en forma de cilindro
está libre del recorte. Se observa que la sección transversal de
forma anular en el soporte en forma de cilindro no se limita
solamente a una forma completa de anillo, sino que puede estar
conformada como formas de elipse, o incluso como formas de
rectángulo y formas de triángulo.
En al menos una de los soportes en forma de
cilindro, el recorte puede ser preferiblemente continuo a partir de
uno de los extremos axiales opuestos del soporte en forma de
cilindro la otra de los extremos contrarios axiales. Cuando el
recorte es continuo, el soporte en forma de cilindro es más probable
que se expanda en dirección centrífuga.
Como se describe anteriormente, al menos uno de
los soportes en forma de cilindro se dispone en el cilindro externo
en un estado elásticamente deformado tal que se expande en dirección
centrífuga. Específicamente, en al menos uno de los soportes en
forma de cilindro, se ejerce una fuerza de manera que la sección
transversal de forma anular, tomada verticalmente con respecto a la
dirección axial del soporte en forma de cilindro, se expande en
dirección centrífuga en el cilindro externo. La fuerza resultante
del soporte en forma de cilindro presiona la superficie periférica
externa de los otros soportes vecinos en forma de cilindro y/o la
superficie periférica interna del cilindro externo. Los otros
soportes en forma de cilindro así presionados presionan
adicionalmente a los soportes vecinos en forma de cilindro. Las
operaciones de prensado se realizan sucesivamente, y de tal modo se
sujeta posicionalmente en el cilindro externo una pluralidad de los
soportes en forma de cilindro.
Por otra parte, en el presente aparato de
purificación de gas de escape, cuando un par de extremos de abertura
que demarcan el recorte en la sección transversal de forma anular
se sitúan más cerca el uno del otro, o cuando uno de los extremos
de abertura es resaltado hacia el hueco axial del soporte en forma
de cilindro, al menos uno de los soportes en forma de cilindro se
puede disponer en el cilindro externo fácilmente en un estado
elásticamente deformado tal que se expande en la dirección
centrífuga simplemente ajustándose al soporte en forma de cilindro
así deformado en el cilindro externo. Se observa que "un par de
extremos de abertura que demarcan el recorte en la sección
transversal de forma anular se sitúan más cerca el uno del otro"
señala que la distancia entre los extremos de abertura se reduce, e
incluye también el caso en el que los extremos de abertura entran
en contacto el uno con el otro. Cuando un par de extremos de
abertura se sitúan más cerca el uno del otro, o cuando uno de los
extremos de abertura se hace sobresalir hacia el hueco axial en el
soporte en forma de cilindro, se reduce el diámetro del soporte en
forma de cilindro. Por consiguiente, el soporte en forma de
cilindro presiona y entra en contacto con los otros soportes en
forma de cilindro cuando se ajusta en el cilindro externo. Por lo
tanto, el soporte en forma de cilindro se puede ajustar en el
cilindro externo con facilidad.
La sección transversal de forma anular con el
recorte en al menos uno de los soportes en forma de cilindro puede
ser preferiblemente una sección transversal en forma de letra
"C". Con una disposición de este tipo, es posible fabricar el
soporte en forma de cilindro cuya sección transversal, de forma
anular, quede dotada de un recorte conformando simplemente un
recorte axial en la pared periférica de unos tubos redondos. Así,
es posible fabricar el soporte en forma de cilindro fácilmente y con
menor costo.
Los soportes en forma de cilindro se pueden unir
preferiblemente entre sí en las superficies periféricas externas
que entran en contacto. Por otra parte, cuando los soportes en forma
de cilindro de una pluralidad se unen los unos con los otros en las
superficies periféricas externas que entran en contacto, se inhiben
de desplazarse posicionalmente los unos con respecto a los otros, y
se inhiben de salir de los soportes vecinos en forma de cilindro.
Como resultado, es posible inhibir de daños la capa catalítica
cargada en al menos una de la superficie periférica externa y la
superficie periférica interna de los soportes en forma de cilindro,
y de tal modo es posible inhibir la degradación de la capacidad de
purificación de gas de escape de la capa catalítica.
Los soportes en forma de cilindro pueden entrar
en contacto preferiblemente con una superficie periférica interna
del cilindro externo con las superficies periféricas externas, y
pueden preferiblemente unirse al cilindro externo en las
superficies periféricas externas que entran en contacto. Con la
disposición, los soportes en forma de cilindro se inhiben de su
desplazamiento posicional en el cilindro externo, y se inhiben de
salir del cilindro externo.
El cilindro externo y los soportes en forma de
cilindro pueden preferiblemente ser metálicos. Cuando los soportes
en forma de cilindro se hacen de un metal, al menos uno de los
soportes en forma de cilindro tiene(n) más probabilidades de
deformarse elásticamente en dirección centrífuga. Cuando el cilindro
externo y los soportes en forma de cilindro se hacen de un metal,
es fácil unir el cilindro externo con los soportes en forma de
cilindro. Por otra parte, cuando el cilindro externo y los soportes
en forma de cilindro se hacen de un metal, el presente aparato de
purificación de gas de escape es probable que sea calentado por los
gases de escape, y de tal modo la capacidad catalítica de la capa
catalítica puede ser afectada rápidamente inmediatamente después de
que se enciendan los motores de combustión interna. El material
metálico que constituye el cilindro externo y los soportes en forma
de cilindro no se limita particularmente. Por consiguiente, es
posible utilizar los materiales metálicos convencionalmente
conocidos.
Los soportes en forma de cilindro pueden estar
formados preferiblemente de una placa de acero perforada que tenga
una pluralidad de agujeros pasantes. Cuando los soportes en forma de
cilindro se forman de una placa de acero perforada de este tipo,
están dotados de agujeros además del recorte. Cuando los gases de
escape pasan a través de los agujeros, los gases de escape tienen
más probabilidades de entrar en contacto con la capa catalítica, y
de este modo se puede mejorar la capacidad de purificación de gas de
escape del presente aparato de purificación de gas de escape.
Los soportes en forma de cilindro se pueden
combinar preferiblemente en una pluralidad de grupos, y los grupos
se pueden disponer en el cilindro externo a intervalos
predeterminados en la dirección axial del cilindro externo. Cuando
los grupos de soportes en forma de cilindro están dispuestos de esta
manera en el cilindro externo, la cuantía de caga de la capa
catalítica se amplía. En consecuencia, se puede mejorar la capacidad
de purificación del aparato de purificación de gas de escape.
El cilindro externo puede ser preferiblemente un
tubo de escape. Cuando el cilindro externo es un tubo de escape, es
posible purificar los gases de escape simplemente haciendo pasar los
gases de escape a través del interior del cilindro externo.
En el presente aparato de purificación de gas de
escape, la capa catalítica se carga en al menos una de la
superficie periférica externa y la superficie periférica interna de
los soportes en forma de cilindro. Así, es posible asegurar la
capacidad de purificación de gas de escape del presente aparato de
purificación de gas de escape cargando la capa catalítica sobre al
menos una de la superficie periférica externa y la superficie
periférica interna de los soportes en forma de cilindro. Se observa
que, el presente aparato de purificación de gas de escape, es
satisfactorio siempre que la capa catalítica se cargue sobre al
menos una de la superficie periférica externa y la superficie
periférica interna de los soportes en forma de cilindro. Por otra
parte, además de la superficie periférica externa y la superficie
periférica interna de los soportes en forma de cilindro, se puede
cargar adicionalmente una capa catalítica en una superficie
periférica interna del cilindro externo. Si tal es el caso, el
presente aparato de purificación de gas de escape puede ser mejorado
ulteriormente en términos de capacidad de purificación de gas de
escape. Por consiguiente, es preferible cargar adicionalmente una
capa catalítica en la superficie periférica interna del cilindro
externo.
En el presente aparato de purificación de gas de
escape, es posible utilizar capas catalíticas convencionalmente
sabidas como capa catalítica. La capa catalítica puede comprender
preferiblemente una capa de carga, y un ingrediente catalítico
cargado en la capa de carga.
En catalizadores de purificación de gas de
escape, la capa de carga aumenta el área que entra en contacto con
respecto a los gases de escape. En el presente aparato de
purificación de gas de escape, es posible utilizar óxidos
inorgánicos resistentes al calor, los cuales se han utilizado en
catalizadores ordinarios de purificación de gas de escape, para la
capa de carga. Por ejemplo, la capa de carga puede comprender
preferiblemente un óxido inorgánico resistente al calor cuyo
componente principal es alúmina activada. Por otra parte, la capa
de carga puede comprender preferiblemente además óxido de cerio y/u
óxido de circonio. Cuando la capa de carga comprende óxidos, el
presente aparato de purificación de gas de escape mejora en términos
características de purificación de gas de escape. Además, el
espesor de la capa de carga no se limita en particular, sino que
puede ser controlado adecuadamente dependiendo del uso del presente
aparato de purificación de gas de escape.
El ingrediente catalítico se carga en la capa de
carga. Se puede cargar el ingrediente catalítico en la capa de
carga después de que se forme la capa de carga, o se puede incluir
en la capa de carga simultáneamente con la formación de la capa de
carga mezclando el ingrediente catalítico con una mezcla integrada
por alúmina activada y revistiendo con la pasta de mezcla
resultante al menos una de la superficie periférica externa y la
superficie periférica interna de los soportes en forma de cilindro.
En los catalizadores de purificación de gas de escape, los
ingredientes catalíticos son componentes que purifican el gas de
escape. Por consiguiente, es posible utilizar ingredientes
catalíticos, que se han utilizado en catalizadores ordinarios de
purificación de gas de escape, para el ingrediente catalítico. Por
ejemplo, es posible utilizar uno cualquiera de catalizadores de
oxidación, catalizadores de reducción y catalizadores de 3 vías.
Específicamente, cuando se utiliza al menos un
miembro seleccionado del grupo que consiste en platino (Pt),
paladio (Pd) y rodio (Rh) para el ingrediente catalítico, es posible
purificar eficientemente monóxido de carbono (CO), hidrocarburos
(HC) y óxidos de nitrógeno (NO_{x}). Por otra parte, la cantidad
de carga del ingrediente catalítico no se limita en particular,
pero puede ser controlada adecuadamente dependiendo del uso del
presente aparato de purificación de gas de escape.
A continuación, se describirá la presente
invención más detalladamente haciendo referencia a ejemplos
específicos. Unos aparatos de purificación de gas de escape en
forma de tubo, ejemplos de la presente invención, se fabricaron
como se describe a continuación.
Ejemplo No.
1
En primer lugar, un suporte 20 en forma de
cilindro cuya sección transversal vertical fue conformada axialmente
como una forma de letra "C" se fabricó de la manera siguiente.
Se preparó un tubo redondo. El tubo redondo tenía un diámetro
exterior de \diameter19 mm, una longitud de 90 mm y un espesor de
0,6 mm, y estaba compuesto de SUS304 (según JIS). El tubo redondo
se cortó en una porción en la pared periférica continuamente en la
dirección axial, formando de tal modo una abertura 201. Se observa
que la abertura 201 tenía una longitud periférica de 2 mm. La
longitud periférica puede ser preferiblemente desde 1/100 a 10/100,
más preferiblemente de 1/100 a 5/100, de toda la longitud
periférica del tubo redondo o del soporte 20 en forma de
cilindro.
A continuación, se prepararon dos soportes en
forma de cilindro 30, 30 cuya sección transversal axialmente
vertical fue conformada como un anillo. Los soportes en forma de
cilindro 30, 30 tenían un diámetro exterior de \diameter19 mm,
una longitud de 90 mm y un espesor de 0,6 mm, y se componían de
SUS304 (según JIS). Por otra parte, se preparó un cilindro externo
40. El cilindro externo 40 tenía un diámetro exterior de \diameter
42,7 mm, una longitud de 90 mm y un espesor de 1,2 mm, y se
componía de SUS304 (según JIS). Junto con el soporte 20 en forma de
cilindro cuya sección transversal axialmente vertical fue conformada
en forma de una letra "C", los dos soportes en forma de
cilindro 30, 30 cuya sección transversal axialmente vertical fue
conformada con una forma de anillo se ajustaron en el cilindro
externo 40. Cuando los soportes en forma de cilindro 20, 30 y 30
fueron introducidos en el cilindro externo 40, la abertura 201 del
soporte 20 en forma de cilindro quedó contraída. Es decir, puesto
que el soporte 20 en forma de cilindro con una sección transversal
en forma de letra "C" - axialmente vertical fue así contraída
diametralmente, los soportes 20, 30 y 30 en forma de cilindro se
podrían ajustar en el cilindro externo 40 fácilmente. Por otra
parte, cuando el soporte 20 en forma de cilindro con una sección
transversal en forma de letra "C" axialmente vertical se ajustó
y se colocó en el cilindro externo 40, se generó una fuerza que
expande el soporte 20 en forma de cilindro en dirección centrífuga
por deformación elástica. Por consiguiente, el soporte 20 en forma
de cilindro entró en contacto con la superficie periférica interna
del cilindro externo 40 por presión, y entró en contacto con la
superficie periférica externa de los soportes 30, 30 en forma de
cilindro con una sección transversal axialmente vertical de forma
anular por presión. Además, debido a la tensión ejercida desde el
soporte 20 en forma de cilindro con una sección transversal
axialmente vertical en forma de letra "C" los dos soportes 30,
30 en forma de cilindro con una sección transversal axialmente
vertical de forma anular entraron en contacto con la superficie
periférica interna del cilindro exterior 40 por presión, y entraron
en contacto con la superficie periférica externa de los soportes
20, 30 vecinos en forma de cilindro por presión.
Posteriormente, los contactos respectivos entre
los tres soportes 20, 30 y 30 en forma de cilindro y el cilindro
externo 40 fueron soldados con una aleación de soldadura de Ni. Los
tres soportes 20, 30 y 30 en forma de cilindro y el cilindro
externo 40 se juntaron por medio de soldadura.
Mientras tanto, se preparó una pasta mezclando
uniformemente alúmina activada, un óxido compuesto de
Ce-Zr, un aglomerante, Pt, Rh y agua. La alúmina
activada era \gamma-Al_{2}O_{3}, y se utilizó
en una cantidad de 57,6 partes en peso. El óxido compuesto de
Ce-Zr se utilizó en una cantidad de 32,4 partes en
peso. Se observe que la cantidad de óxido compuesto de
Ce-Zr podría ser de 27,5 partes en peso por
conversión en CeO_{2}. El aglomerante se utilizó en una cantidad
de 5,8 partes en peso. El Pt fue utilizado en una cantidad de 3,6
partes por peso. El Rh se utilizó en una cantidad de 0,7 partes en
peso. Se utilizó agua en una cantidad de 250 partes en peso.
La mezcla resultante se revistió sobre la
superficie periférica interna del cilindro externo 40 y la
superficie periférica externa y la superficie periférica interna de
los soportes 20, 30 y 30 en forma de cilindro. Se observa que la
cantidad de revestimiento fue de 90 g/m^{2}. Después de eso, se
calcinó la mezcla revestida a 500ºC durante 1 hora.
De acuerdo con los procedimientos descritos
anteriormente, se fabricó un aparato de purificación de gas de
escape 10 en forma de tubo según el ejemplo No. 1. La Fig. 1 ilustra
la disposición del aparato 10 de purificación de gas de escape en
forma de tubo según el ejemplo No. 1. Se observa que, en el dibujo,
el cilindro externo 40 está ilustrado con las líneas quebradas para
hacer las disposiciones de los soportes en forma de cilindro 20, 30
y 30 sensibles en el aparato 10 de purificación de gas de escape en
forma de tubo según el ejemplo No. 1.
Ejemplo No.
2
Salvo que se utilizó un tubo de acero perforado
para preparar tres soportes 21, 31 y 31 en forma de cilindro los
cuales fueron dispuestos en un cilindro externo 41, se fabricó un
aparato 11 de purificación de gas de escape en forma de tubo según
el Ejemplo No. 2 de manera semejante al Ejemplo No. 1.
Específicamente, en el aparato 11 de
purificación de gas de escape en forma de tubo según el ejemplo No.
2, los tres soportes 21, 31 y 31 en forma de cilindro que se
sujetaron en el cilindro externo 41 se hicieron de un tubo
perforado de acero, respectivamente. Entre los soportes 21, 31 y 31,
en forma de cilindro, el soporte en forma de cilindro 21 fue dotado
de una sección transversal axialmente vertical en forma de letra
"C".
La Fig. 2 ilustra la disposición del aparato de
purificación de gas de escape en forma de tubo 11 según el Ejemplo
No. 2. Se observa que, en el dibujo, el cilindro externo 41 está
ilustrado con las líneas de trazos discontinuos para hacer visibles
las disposiciones de los soportes 21, 31 y 31 en forma de cilindro
en el aparato 11 de purificación de gas de escape según el ejemplo
según el Ejemplo No. 1.
Ejemplo No.
3
En primer lugar, se fabricó un soporte en forma
de cilindro 22 cuya sección transversal axialmente vertical fue
conformada en forma de letra "C" de la manera siguiente. Se
preparó un tubo redondo. El tubo redondo tenía un diámetro exterior
de \diameter 19 mm, una longitud de 90 mm y un espesor de 0,6 mm,
y estaba compuesto de SUS304 (según JIS). El tubo redondo se cortó
en una porción en la pared periférica continuamente en la dirección
axial, formando de tal modo una abertura 221. Se observa que la
abertura 221 tenía una longitud periférica de 2 mm.
A continuación, se prepararon dos soportes 32,
32 en forma de cilindro cuya sección transversal axialmente
vertical fue conformada como un anillo. Los soportes en forma de
cilindro 32, 32 tenían un diámetro exterior de \diameter 19 mm,
una longitud de 90 mm y un espesor de 0,6 mm, y se componían de
SUS304 (según JIS). Por otra parte, se preparó un cilindro externo
42. El cilindro externo 42 tenía un diámetro exterior de \diameter
42,7 mm, una longitud de 90 mm y un espesor de 1,2 mm y estaba
compuesto de SUS 304 (según JIS). Junto con el soporte 22 en forma
de cilindro cuya sección transversal axialmente vertical tenía una
forma de letra "C", los dos soportes 32, 32 en forma de
cilindro cuya sección transversal axialmente vertical tenía una
forma de cilindro, se ajustaron en el cilindro externo 42. Cuando
los tres soportes 22, 32 y 32 en forma de cilindro de ajustaron en
el cilindro externo 42, se dispusieron en el centro del cilindro
externo 42 en la dirección axial del cilindro exterior 42.
Por otra parte, se prepararon dos conjuntos de
soportes en forma de cilindro 22, 32 y 32. Específicamente, un
conjunto de soporte en forma de cilindro 22, 32 y 32 comprendía un
soporte 22 en forma de cilindro cuya sección transversal axialmente
vertical tenía la forma de la letra "C", y dos soportes 32, 32
en forma de cilindro cuya sección transversal axialmente vertical
tenía forma de anillo. Uno de los conjuntos se ajustó en el
cilindro externo 42 a partir de uno de los extremos de abertura
opuestos del cilindro externo 42. El otro de los conjuntos se
ajustó en el cilindro externo 42 desde el otro de los extremos de
abertura opuestos del cilindro externo 42. Cuando los tres
conjuntos de soportes en forma de cilindro 22, 32 y 32 se ajustaron
en el cilindro externo 42, se colocaron fuera de fase, o sus fases
de disposición no coincidieron las unas con las otras en el
cilindro externo 42. Específicamente, los tres conjuntos de soportes
22, 32 y 32 en forma de cilindro fueron dispuestos en el cilindro
externo 42 de modo que sus disposiciones axiales no coincidieran
las unas con las otras en el cilindro externo 42. En otras palabras,
los tres sistemas de soportes en forma de cilindro 22, 32 y 32
fueron dispuestos de una manera escalonada en la dirección axial del
cilindro externo 42.
Se observa que fue posible ajustar los soportes
22, 32 y 32 en forma de cilindro, nueve piezas en total, en el
cilindro externo 42 fácilmente tal como fue posible hacerlo en el
Ejemplo No. 1.
Posteriormente, de la misma manera que en el
Ejemplo No. 1, los soportes 22, 32 y 32 en forma de cilindro se
soldaron los uno con los otros, se soldaron también al cilindro
externo 42, y fueron dotados después de eso con una capa
catalítica, respectivamente.
De acuerdo con los procedimientos descritos
anteriormente, se fabricó un aparato de purificación de gas de
escape 12 en forma de tubo según el ejemplo No. 3. La Fig. 3 ilustra
la disposición del aparato 12 de purificación de gas de escape en
forma de tubo según el Ejemplo No. 3. Se observa que, en el dibujo,
el cilindro externo 42 está ilustrado con las líneas quebradas para
hacer las disposiciones de los soportes en forma de cilindro 22, 32
y 32 sensibles en el aparato 12 de purificación de gas de escape en
forma de tubo según el ejemplo No. 3.
Ejemplo No.
4
Salvo que se utilizó un tubo de acero perforado
para preparar nueve soportes 23, 33 y 33 en forma de cilindro, los
cuales fueron dispuestos en un cilindro externo 43, se fabricó un
aparato 13 de purificación de gas de escape en forma de tubo según
el Ejemplo No. 4 de manera semejante al Ejemplo No. 3.
Específicamente, en el aparato 13 de
purificación de gas de escape en forma de tubo según el ejemplo No.
4, los nueve soportes 23, 33 y 33 en forma de cilindro que se
sujetaron en el cilindro externo 43 se hicieron de un tubo de acero
perforado, respectivamente. En cada conjunto de tres soportes en
forma de cilindro 23, 33 y 33 que se dispusieron en la misma
posición axial en el cilindro externo 43, solamente el soporte en
forma de cilindro 23 fue dotado de una sección transversal
axialmente vertical con forma de letra "C".
La Fig. 4 ilustra la disposición del aparato de
purificación de gas de escape en forma de tubo 13 según el Ejemplo
No. 4. Se observa que, en el dibujo, el cilindro externo 43 está
ilustrado con las líneas de trazo discontinuo para hacer sensibles
las disposiciones de los soportes 23, 33 y 33 en forma de cilindro
en el aparato 13 de purificación de gas de escape en forma de tubo
según el ejemplo No. 4.
Cuando se fabrica los aparatos 10 a 13 de
purificación de escape en forma de tubo según los Ejemplo No. 1 a
4, era posible ajustar fácilmente los soportes en forma de cilindro
en el cilindro externo. Por otra parte, cuando los soportes en
forma de cilindro fueron ajustados y dispuestos en el cilindro
externo, los soportes en forma de cilindro se sujetaron por sí
mismos al cilindro externo. Por consiguiente, en la operación de
soldadura, no fue necesario sujetar temporalmente los soportes en
forma de cilindro al cilindro externo. Por consiguiente, fue
posible reducir en forma aguda los costes para fabricar los aparatos
10 a 13 de purificación de escape en forma de tubo según los
Ejemplos No. 1 a 4.
Ejemplo
comparativo
Se fabricó un aparato de purificación de gas de
escape según el Ejemplo Comparativo de la siguiente manera. Se hizo
un soporte en forma de panal metálico de un cilindro externo, una
hoja corrugada, y una hoja plana. El cilindro externo tenía un
diámetro exterior de \diameter 42,7 mm, una longitud de 90 mm y un
espesor de 1,2 mm, y estaba compuesto de SUS436L (según JIS). Las
hojas corrugadas y planas tenían un espesor de 0,1 milímetros, y
estaban compuestas de acero resistente al calor
20Cr-5Al. El soporte metálico en forma de panal
tenía 15,5 celdas por 1 cm^{2} (es decir, 100 celdas/pulg.^{2}
aproximadamente). El soporte metálico en forma de panal fue dotado
de una capa catalítica de manera semejante al Ejemplo No. 1.
A fin de evaluar el presente aparato de
purificación de gas de escape, los aparatos de purificación de gas
de escape según el Ejemplo No. 4 y el Ejemplo Comparativo fueron
sometidos a una prueba de resistencia de fallo de encendido. El
ensayo resistencia al fallo de encendido se realizó según lo
descrito más adelante. Se instalaron los respectivos aparatos de
purificación de gas de escape en un sistema de escape de una moto
en la cual se montó un motor de 4 tiempos. El motor tenía un
desplazamiento de 0,400 l (o 400 cc). Se hizo funcionar el motor
bajo condición de velocidad constante, es decir, a una velocidad de
60 km/h (o en la 4ª velocidad, o a 3600 rpm), y después se hizo
parar forzosamente apagando el interruptor de ignición. Así, se
produjo un fallo de encendido. En el ensayo de resistencia al fallo
de encendido, se evaluaron los aparatos de purificación de gas de
escape cuando el motor fue parado bruscamente una vez y para
todos.
Después de eso, los aparatos de purificación de
gas de escape en forma de tubo según el ejemplo No. 4 y el Ejemplo
Comparativo se retiraron del sistema de escape de escape de la moto,
y fueron examinados visualmente para ver como fueron afectados por
el fallo de encendido. Los aparatos de purificación de gas de escape
en forma de tubo fueron fotografiados después de la prueba de
resistencia al fallo de encendido. La Fig. 5 muestra el aspecto del
aparato 13 de purificación de gas de escape en forma de tubo según
el ejemplo No. 4 después de la prueba de resistencia al fallo de
encendido. La Fig. 6 muestra el aspecto del aparato de purificación
de gas de escape en forma de panal según el Ejemplo Comparativo
después de la prueba de resistencia al fallo de tiro.
Se verifica en la Fig. 6 que el aparato de
purificación de gas de escape en forma de panal según el Ejemplo
Comparativo se derritió y sufrió daños por el fallo de encendido.
Por una parte, según las indicaciones de la Fig. 5, es posible
reconocer que el aparato 13 de purificación de gas de escape en
forma de tubo según el ejemplo No. 4 apenas se derritió ni sufrió
daños por el fallo de encendido. Específicamente, en el aparato de
purificación de gas de escape en forma de panal según el Ejemplo
Comparativo, el espesor de la hoja que demarca las paredes
celulares era tan delgado que las paredes celulares se derritieron y
dañaron por el calor resultante del fallo de encendido. Por el
contrario, en el aparato 13 de purificación de gas de escape en
forma de tubo según el Ejemplo No. 4, el espesor de los soportes en
forma de cilindro 23, 33 y 33 en forma de cilindro era tan grueso
que los soportes 23, 33 y 33 no fueron apenas derretidos ni dañados
aun cuando fueron expuestos al fallo de encendido.
Así, en el aparato 13 de purificación de gas de
escape en forma de tubo según el Ejemplo No. 4, era posible dotar a
los soportes en forma de cilindro 23, 33 y 33 de un gran espesor.
Como resultado, el aparato 13 de purificación de gas de escape en
forma de tubo presentó una alta resistencia al fallo de encendido.
Se observa que es preferible controlar el espesor de los soportes
en forma de cilindro 0, 3 milímetros o más, incluso preferiblemente
en el intervalo de 0,3 a 1,0 mm.
Como se describe anteriormente, los aparatos 10
a 13 de purificación de gas de escape en forma de tubo según los
Ejemplos Nos. 1 a 4 dieron lugar a ventajas no solamente porque
podían ser fabricados a costo reducido y porque tenían una alta
capacidad de purificación de gas de escape, sino también por
presentar una resistencia mejorada al fallo de encendido.
Claims (10)
1. Un aparato de purificación de gas de escape,
que comprende:
un cilindro externo (40, 41, 42, 43)
una pluralidad de soportes en forma de cilindro
(20, 30, 21, 31, 22, 32, 23, 33) dispuestos en el cilindro externo
(40, 41, 42, 43), y que tienen una superficie periférica externa y
una superficie periférica interna, entrando en contacto al menos de
los soportes vecinos en forma de cilindro con el uno con el otro con
las superficies periféricas externas; y
una capa catalítica cargada sobre al menos una
de la superficie periférica externa y la superficie periférica
interna de los soportes en forma de cilindro (20, 30, 21, 31, 22,
32, 23, 33);
donde los soportes en forma de cilindro (20, 30,
21, 31, 22, 32, 23, 33) en contacto, pero no ajustados en el
cilindro externo, están inscritos en un círculo que tiene un
diámetro superior al diámetro interior del cilindro externo,
al menos uno de los soportes (20, 21, 22) en
forma de cilindro tiene una sección transversal de forma anular con
un recorte (201, 211, 221, 231) que tiene una longitud periférica
tal que, cuando el al menos uno (20, 21, 22) de los soportes en
forma de cilindro está en estado elásticamente deformado, los
soportes (20, 30, 21, 31, 22, 32, 23, 33) en forma de cilindro
están inscritos en un círculo que tiene un diámetro inferior al
diámetro interior del cilindro externo.
2. El aparato de purificación de gas de escape
establecido en la reivindicación 1, en el que la sección transversal
de forma anular con recorte tiene una forma de letra "C".
3. El aparato de purificación de gas de escape
establecido en la reivindicación 1, en el que los soportes en forma
de cilindro (20, 30, 21, 31, 22, 32, 23, 33) se unen cada uno con
otro en las superficies periféricas externas que entran en
contacto.
4. El aparato de purificación de gas de escape
establecido en la reivindicación 1, en el que los soportes en forma
de cilindro (20, 30, 21, 31, 22, 32, 23, 33) entran en contacto con
una superficie periférica interna del cilindro externo (40, 41, 42,
43) con las superficies periféricas externas, y se unen al cilindro
externo (40, 41, 42, 43) en las superficies periféricas externas
que han entrado en contacto.
5. El aparato de purificación de gas de escape
establecido en la reivindicación 1, en el que el cilindro externo
(40, 41, 42, 43) y los soportes (20, 30, 21, 31, 22, 32, 23, 33) en
forma de cilindro son metálicos.
6. El aparato de purificación de gas de escape
establecido en la reivindicación 5, en el que los soportes en forma
de cilindro (20, 30, 21, 31, 22, 32, 23, 33) se forman de una placa
perforada de acero que tiene una pluralidad de agujeros
pasantes.
7. El aparato de purificación de gas de escape
establecido en la reivindicación 1, en el que los soportes (20, 30,
21, 31, 22, 32, 23, 33) en forma de cilindro se combinan en una
pluralidad de grupos, y los grupos se disponen en el cilindro
externo (40, 41, 42, 43) a intervalos predeterminados en la
dirección axial del cilindro externo (40, 41, 42, 43).
8. El aparato de purificación de gas de escape
establecido en la reivindicación 7, en el que los grupos de
soportes (20, 30, 21, 31, 22, 32, 23, 33) en forma de cilindro se
disponen fuera de fase.
9. El aparato de purificación de gas de escape
establecido en la reivindicación 1, en el que el recorte (201, 211,
221, 231) es continuo a partir de uno de los extremos axiales
opuestos de al menos uno (20, 21, 22) de los soportes en forma de
cilindro al otro de los extremos axiales opuestos del mismo.
10. El aparato de purificación de gas de escape
establecido en la reivindicación 1, en el que el cilindro externo
(40, 41, 42, 43) es un tubo de escape.
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2003
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