TW382040B - A catalyst converter, a process for producing the same and a foll for the catalyst converter or the process - Google Patents

Description

經濟部中央標準而找工消费合作社印製 A7 ___________________ B7 , 五、發明説明（1 ) 本發明係關於-種清潔小引擎廢氣流用之觸媒轉化器 及小引擎用觸媒轉化器之用法。 由於近數十年來立下嚴格廢氣管理條例，内燃引擎特 別機動車輛之觸媒工程持續發展而獲得更高效率及更短點 火延遲。如此發展方向係針對構成大面積觸媒其可有效催 化接近100%之待轉化廢氣成分。一方面係進一步發展且 有更高抗性之觸媒床其具有大面積例如揭示於w〇 96Π篇。它方面隨著觸媒技術使用之增加，有關觸媒材 料及其性能及材料之發展選擇知識增加。觸媒轉化來自内 燃引擎之廢氣流與之發展係確保獲得儘可能較高之轉化率 〇 觸媒技術已經用於小引擎領域至某種程度。de 37 Μ 477 C2揭示一種觸媒其係設置於消音器殼體，由電鋸排放 之廢氣流流過觸媒。觸媒也可利用消音器改型配合電雜。 本發明之目的係提供一種小引擎用觸媒轉化器，立一 方面提供充分觸媒轉化率，及它方面可用於小^擎之廢氣 系統，可以少數工作步驟生產觸媒轉化器。本&明之另一 .目=係提供—種小引擎用觸媒轉化器製法，該<法可無須 =量昂貴之生產站即可生產觸媒。未發明之又另一目的係 疋義觸媒轉化器用之適當材料D. 此種目的係利用具有如申請專利範圍第丄項之特徵之 觸媒轉化器，利用具有如申請專利範圍㈣項之特徵之觸 媒轉化器製法，及利用具有如申請專利範圍第咖員之特徵 之箱達成。較佳構造、特點及;限制列舉於申請專利範圍之 ；--------- - '氏張尺度適^^國家標準（CNS ) A4規格（-------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-4- 經济部中央樣隼而Μ工消t合作社印製 A7 ----------------- B7__ 五、發明説明（2 ) 個別附屬項。 清潔小引擎廢氣流用之觸媒轉化器包含賤金屬，其氧 化物對廢氣流之氣體成分具有催化活性，賤金屬呈薄月形 且構成一個本體附有廢氣流可流過其中之槽道。具有此種 特性之觸媒可提供觸媒活性表示一個全新方向。雖然塗布 以韻洗塗層及貴金屬之觸媒床先前用於達成最高可能的轉 化率，但本發.明之觸媒可提供較為廉價的解決之道。比較 其他觸媒’於某些條件下，本觸媒具有較低廢氣轉化率。 但此種轉化率仍然足夠使小引擎廢氣系統之廢氣中滿意的 比例被轉化。 ' 1 較佳觸媒係設置於小引擎之消音器。如此使觸媒固定 遠離消音器外壁。結果可防止由直接接觸而傳熱至外殼。 至目前為止使用之觸媒發生於觸媒轉化過程變成過熱之問 題，特別於例如小型二行程引擎之廢氣含量極高之例。排 出的廢氣過熱因而對操作員或環境造成風險。本發明提議 之觸媒具有滿意的觸媒活性。但其選擇方式為廢氣不超過 最高溫。例如於森林中可能置於地上之電鑛，此種溫度之 最高值約750°C。因此一種觸媒形式具有平均轉化率占觸 媒之廢氣流中可轉化廢氣成份總量至少2〇%及至多約5〇%丨 〇 特佳構造中，觸媒本身提供觸媒活性者為合金。業已 S登實合金含有至少一種成份為較佳，該等成份選自包括： 鈦”、鐵、鉻、鋼、錄、姑；當然此等成份各自表 示觸媒之材料。此等成份之排列順序顯示其氧化物之觸媒 本紙張尺度.適中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚） ~装-- , --------. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經"·•部中央樣率而货工消費合作社印製 A7 _________________Β7 ' 五、發明侧（3 ) ~ ~~： ~~~ -- 2性遞減。試驗顯示有些特殊金屬其首先具有所需長期穩 定性’特別對廢氣系統普遍存在之高溫具穩定性，其次具 有要求的觸媒活性。包括下列成份之合金證實特別適= 鎳及鉻或釩及鐵或鈷及鐵或鉻及鐵或鈦及鐵，或此等合金 成伤之組合。當銳占合金中之極高比例時證實為特佳。* 除了此種具有前述成份之合金外，某些二成份或三成 份式合金證實也適合。此等合金、也含有生產關聯雜質:試 驗證實下列個別合金比例為佳：NiCr 8〇 2〇。 因觸媒之賤金屬本身無法進行觸媒轉化，故首先必須 形成觸媒活性氧化物，故於金屬用作觸媒前必須先確保此 點。結果由開始㈣定充分形成氧化物。另一限制，金屬 事先準備至充分程度而可供小引擎之預定操作，需要要求 儘可能快速形成觸媒反應用之氧化物層。為了達到此目的 小引擎必須儘可能使用過量氧或氧氣，最方便為空氣經由 適當進料管線傲進金屬而操作。如此導致氧化物層特別下 列組成之氧化物增長：v2〇5、Cr2〇3、％〇3及/或Ti〇2。 此等氧化物具有特佳催化活性，也可以以控制方式與合金 > 形成。 . ’ 至於氧化物形成本身，證實較佳將金屬成形為箱。一 方面如此可特佳成形為本體附有氣體可流過其中的槽道， 它方面，箱可預先製造至除了隨後形成氧化物外不^要 其他顯著措施俾確保觸媒之觸媒活性。 觸媒之長期穩定性係與有足量金屬材料可供補償於賤 金屬要求的工作小時内於工作期間材料不斷損失有關。此 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再核寫本頁) 裝-

1T -6- 敍满部中央^1率^β工消費合作社印製 A7 ___________________________ B7 ' 五、發明説明（4 ) ~~ 係藉適當壁厚度證實。因此較佳金屬壁特別箔壁其設置於 廢氣流使其厚度至少〇.〇5毫米及較佳〇 〇65毫米至至少〇^ ι 毫米。證實此種厚度之箔於觸媒生產過程極其容易成形而 穩定性不會過低。但依據用途而定也可使用更高厚度 '箔 厚度無需整體相等，反而可配合隨後用於觸媒之箔部分之 各區厚度。 可用於控制觸媒之觸媒轉化率之另一參數為觸媒可提 供之特定表面積。測量顯示比表面積至少7平方米/克較 佳10平方来/克至20平方米/克可獲得滿意的觸媒轉化率。 此種情況下’比表面積係由觸媒之氐度空間構造決定。故 對尚比表面積而g以金屬之多孔面為較佳。此種性質之多 孔性受適當金屬合金或合金化成份影響或湘適當製法影 響，也實衫響多孔性之重要因素為溫度，以及溫度隨時間 之函數之d湘溫度與該溫度維持_間之適當交互 關係’例如可影響金屬或合金之晶體結構，因此形成具有 所需性質之特殊氧化物層。 於每小時5至25立方米之廢氣流且具有下列廢氣成份 之例：6%容積比—氧化碳，1%容積比烴，觸媒之觸媒活 性表面較佳約1〇至20平方米/克及至少7平方米/克。此種 性質之廢氣流為小引擎特別手持小引擎之典型。觸媒活性 表面足夠達成適當轉化率而未造成溫度 -方面為了有足量可供利用之氧化物，它方面升二使 觸媒㈣滿足職於其幾何要求之強度值，較佳若觸媒之 金屬或合金之期望合金化成份被氧化至約至少20%及較佳 本紙張以剌彳’_家轉（CNS ) — ----- -7- 、—襄----------- ’ C 』 (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 修 A7 -------------------^__Β7 五、發明説明（5 ) 25至50%程度時，對觸媒轉化為較佳。也於試驗中證實觸 媒金屬之氧化物層厚度至少2毫米及較佳3毫米至5毫米。 此等值可高於或低於前述範圍，依據使用之金屬或合金化 成份而定。例如若使用鈦，證實氧化至至少3 5%及較佳 至10%程度為佳。 特別於小引擎之例，其容納於殼體内，殼體空間極有 限因此容易處理，需要確保一旦點火後由觸媒發散之熱到 達環境俾便冷卻。若觸媒具有極高轉化率，則於某些情況 下產生之熱流過咼。為了防止此點，如前述觸媒之設計中 轉化率限於至少20%及至多50%。丨. 經濟部中央標準局只工消費合作社印製 I _ }萊— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) »1 較佳改良為觸媒具有冷卻裝置。此種冷卻裝置可發散 或減低觸媒反應產生之熱量。冷卻裝置許可觸媒及/或觸 媒發出之廢氣被冷卻至足夠程度而排除產熱危險。此種冷 卻裝置述於WO 96/23133，另一種進行冷卻之可能揭示於 DE-U 88 07 068，進一步設計來自於加4〇 17 267 乂及加 37 29 477 C1。此等對應構造也可優異地用於本觸媒，因 此理由故可參考前述該等文件。至於冷卻裝置之特點，此 '等參考文件之内容也構成本說明之一部分。如此於觸媒之 進一步改良中，冷卻裝置可使觸媒具有轉化率大於5〇%及 產生之額外熱量可利用冷卻裝置散逸因而降低溫度。 本發明也提供一種具有蜂窩狀幾何供清潔小引擎之廢 氣流用之觸媒轉化器之製法。觸媒係由金屬箱組成。金屬 V白加熱處理至含金屬之氧化物層由箔生成，其隨後作為觸 媒。較佳使用含鉻作為合金化成份或大體含純質鈦之箔。 中國國家標準（（：1^)厶4規格（210父297公釐） 五、發明説明（6 A7 B7 經济部中央标率扃只工消费合作社印繁 二面具有此種特點之合金方便氧化，氧化物又可用作催 化劑，它方面合金也容易成形。 為了形成氧化物層箱較佳維持於約* 〇 〇至約ι刚。c ==某—段時間。溫度大體依據例如材料，氧化氣氛， 樣化材料要求之晶格形式等而定’又可配合極端多 ίΓ 時選擇方式係確保可形成足夠厚度之氧化 θ可用於多種金屬之溫度範圍為500°C至850°c。某些 :況下須注意觸媒周圍材料，故於該範圍内之其他溫度也 適合。例如於肥粒鐵外殼之例可方便使用高達8阶之溫 度’該種情況下維持約半小時或Μ時時間即足。 氧化過程中，須考慮於高溫時形成的氣化物伴隨有高 密度。此外結果可能比表面積比較於形成氧化物層之較低 溫所得之比表面積更低。於較低溫氧也有較低密度。此種 關係與時間組合可對個別材料探討，使其餘各例中可於金 屬上形成具有所需比表面積及密度之適當氧化物層。 許可氧化物層增長也可利用箱加熱處理之性質及方式 以鎖定目前方式控制。氧化係利用含有比空氣更高氧含量 之氣氛促進。結果金屬猪可形成具有所需氧化物層及厚度 ’而不會造成其他非期望的成份也堆積於此層^舉例言 J可使用保護氣體其至少含有5%氧氣作為氣氛。此種抓 護氣體之選擇為不許可於表面上與惰性氣體產生任何非期 望的反應。Μ果可防止由於還原作用可能干擾反應之空 成份例如一氧化碳或烴類。 此外’許可氧化物層增長也可藉施加加熱時可放出 諳 先 聞 讀 背 之 注 3 i η 之 保 氣 氧 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -9- A7 . --------------_ B7 _ 1 五、發明説明（7 ) ~- 虱之物質至待氧化材料而以鎖定目前方式控制。例如可經 由粗化或其他表面處理方法經由影響待氧化表面而增進氧 化作用。 該方法之另-種構型可提供由辖生產蜂寓狀幾何隨後 此本體可供氧化。相反地也可首先氧化箱隨後生產蜂窩狀 幾何。 其他較佳修改及構造顯示於附圖，附圖中： 第1圖顯示金屬箔氧化之生產線， 第2圖顯示氧化金屬箔之剖面， 第3圖顯示具有蜂窩狀幾何之箔觸媒，及 第4圖顯示具廢氣系統之小引擎。 第1圖顯示輸送帶線1，於帶上由賤金屬製成之箔2於 箭頭方向連續輸送。蓋3設置於輪送帶線2上方。加熱裝置 4位於蓋内。此種裝置可將產生之熱量直接發射至箔2。許 可或輔助箔2上層氧化之特殊氣氛5位於蓋3内。氧化取決 於多種參數例如輪送帶線1之帶速度，氣氛5之組成，加熱 裝置4發射之熱，箔2使用之材料，及若屬適宜對應之其他 ，氧化助劑。但除此種連續生產附有氧化面之箔2之方法外 ，也可非連續進行製程。供此種目的使用，一項設計中，丨 '泊2係置於轉鼓且於熱作用下維持於對應爐内。 第2圖顯示箔2之示意剖面圖。氧化物層7形成於表面6 上。此層可觸媒轉化廢氣。 第3圖顯示包含箔2附有氧化物層7之蜂窩8之具體例。 蜂窩8特別可用於小引擎消音器，其兩外侧撐體9包含夾緊 本紙張尺料财 ϋ ®^ΤΒ^Τ^7_21〇Χ297^Γ) (讀先聞讀背面之注意^項真填寫本頁) ----- .'-口 »1 -10 - A7 B7 五、發明説明（ 在一起之箔2用於安裝於消音器内及導引氣流流經蜂窩8外 圍。 第4圖顯示小引擎10，其連接廢氣系統丨丨。第一廢氣 流12以箭頭指示來自於,η丨擎1()。第—廢氣流似經設置 觸媒之消音器13。第二觸媒轉化廢氣流14來自消音器13。 某些情況下，第-廢氣流U與第二廢氣流14間可能有質量 差異。其係由於廢氣系統11具有冷卻裝置15引起。周圍办 氣财過第-闊16及第二閥17由廢氣系統u外側流進^ :廢氣溫度。第二m取有流徑）也可由外側冷卻位 曰is 13之觸媒。

I 包含賤金屬而其氧化物具有觸媒活自 、啊媒可以&士 效益方式生產，因此此種觸媒可用於 取本 具。 物付有小”之手持工 本纸張尺錢则，關家標準（CNS ) A4規格（210X297i^y

經"部中央樣率而只工消费合作社印製 五、發明説明（9) 元件標號對照 1…輸送帶線 10...小引擎 2··.箔 11...廢氣系統 3…蓋 12...第一廢氣流 4...加熱裝置 13...小引擎 5 - * ·氣京！ 14...第二廢氣流 6...表面 15...冷卻裝置 7…氧化物層 16…第一閥 8...蜂窩 .17·..!第二閥 9...撐體 18...周圍空氣 - --------衣 II (諳先閔讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12-

Claims (1)

1. ABCD

   b8^Q4Q 申請專利範圍 第87111602號專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期：88年9月 1. 一種供清潔小引擎（1〇)之廢氣流（12)用之觸媒轉化器， 其包S種.賤金屬，其氧化物對廢氣流（12)中之氣體 成份具有觸媒活性，該賤金屬係呈薄片形式其構成本 體（8)附有槽道，廢氣流可流過該等槽道。 2. 如申請專利範圍第丨項之觸媒轉化器，其中該觸媒係設 置於小引擎（10)之消音器〇3)。 3. 如申請專利範圍第〗項之觸媒轉化器，其中該金屬為合 金。 4. 如申請專利範圍第3項之觸媒轉化器，其中該合金含有 至少一種成份選自包括：Ti、Va、zn、Fe、Cr、Cu、 Ni、Co。 5. 如申請專利範圍第4項之觸媒轉化器，其中該合金具有 下列成份Ni及Cr，Va及Fe，Co及Fe，Cr及Fe，Ti。 6. 如申請專利範圍第4項之觸媒轉化器，其中該合金化成 份係占合金2%至20%較佳5%至i 〇%比例。 7. 如申請專利範圍第!項之觸媒轉化器，其中該金屬於用 作觸媒前已經被氧化且已經形成觸媒活性氧化物。 8. 如申請專利範圍第旧之觸媒轉化器，其中該金屬係成 形為箔（2)。 9 _如申請專利範圍第1項之觸拔絲h 貝疋觸媒轉化器，其中該廢氣流 (12)之金屬壁厚度為至少〇 暮 米，較佳0.065至至少 準(CNS )爾( 丨 ！裝 ---訂一Γν (#先間讀背面之注意事項再填寫本頁) .樣. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製' ABCD

   b8^Q4Q 申請專利範圍 第87111602號專利申請案申請專利範圍修正本 修正日期：88年9月 1. 一種供清潔小引擎（1〇)之廢氣流（12)用之觸媒轉化器， 其包S種.賤金屬，其氧化物對廢氣流（12)中之氣體 成份具有觸媒活性，該賤金屬係呈薄片形式其構成本 體（8)附有槽道，廢氣流可流過該等槽道。 2. 如申請專利範圍第丨項之觸媒轉化器，其中該觸媒係設 置於小引擎（10)之消音器〇3)。 3. 如申請專利範圍第〗項之觸媒轉化器，其中該金屬為合 金。 4. 如申請專利範圍第3項之觸媒轉化器，其中該合金含有 至少一種成份選自包括：Ti、Va、zn、Fe、Cr、Cu、 Ni、Co。 5. 如申請專利範圍第4項之觸媒轉化器，其中該合金具有 下列成份Ni及Cr，Va及Fe，Co及Fe，Cr及Fe，Ti。 6. 如申請專利範圍第4項之觸媒轉化器，其中該合金化成 份係占合金2%至20%較佳5%至i 〇%比例。 7. 如申請專利範圍第!項之觸媒轉化器，其中該金屬於用 作觸媒前已經被氧化且已經形成觸媒活性氧化物。 8. 如申請專利範圍第旧之觸媒轉化器，其中該金屬係成 形為箔（2)。 9 _如申請專利範圍第1項之觸拔絲h 貝疋觸媒轉化器，其中該廢氣流 (12)之金屬壁厚度為至少〇 暮 米，較佳0.065至至少 準(CNS )爾( 丨 ！裝 ---訂一Γν (#先間讀背面之注意事項再填寫本頁) .樣. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製' A8 B8 C8 D8

   S8E040 -—____ 、申請專利範圍 〇· 11毫來 1〇_如申請專利範圍第】項之觸媒轉化器，其中該觸媒具有 比表面積至少7平方米/克，較佳1G平方米/克至平方 米/克。 11‘如申請專利範圍第W之觸媒轉化器，其中該金屬表面 (6)為多孔。 12. 如申請專利範圍請之觸媒轉化器，其中該金屬係氧 化至約至少20%之輕度，較佳25%至5〇%程度；或於使 用鈦之例氧化至至少3.5%程度及較佳5〇/〇至15%程度。 13. 如申請專利範圍第！項之觸媒轉化器，其中該金屬又具有 氧化物層（7)其厚度至少2毫米較佳3毫米至5毫米、 14. 如申請專利範圍第旧之觸媒轉化器，其中該觸媒之平 均轉化率係占觸媒上游之廢氣流（η)之可轉化廢氣成 份總量之至少20%及至多約50%。 15. 如申請專利範圍第旧之觸媒轉化器，其中—個冷卻装 置（15)連接至觸媒。 16. —種如申請專利範圍丨到15項中任一項之觸媒轉化器之 用途，其用於附有小引擎（10)之手持工具。 17. —種生產供清潔小引擎(1〇)之廢氣流（12)用且具有蜂窩 狀幾何之觸媒轉化器之方法，該觸媒係由金屬荡⑺組 成，該方法包含： -加熱處理金屬箔（2)至形成氧化物層（7)為止，該 氧化物層包含來自箱（2)本身之金屬其隨後作為觸媒^ 18.如申請專利範圍第17項之方法，其係使用由以與〇、 本紙張尺度朝t顏家轉（CNS )纟4祕（21GX297公釐） 1^— -T-----..裝.i L (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) 、-· 樣 -14 - 的so· I ~~~~~-——-- 申請專利範圍 ~'~~ ---- V、C〇及/或Ti之合金製成之帥)作為觸媒。 19-如申請專利範圍第17項之方法，其中箱⑺係維持於约 4〇〇°C至約50(TC歷至少3〇分鐘時間。 瓜如申請專利範圍第19項之方法，其中許可增長v2〇5、 Cr2〇3、Fe6〇3、C〇3〇4i或Ti〇2之氧化物層⑺。 21.如申請專利範圍第17項之方法，丨中氧化係於至少含 5%氧之氣氛進行。 江如申請專利範圍第17項之方法，其包含㈣⑺生產蜂 窩狀幾何然後氧化該本體，反之亦然。 23. —種用於如申請專利範圍第丨至15項中任一項之觸媒轉 化器中或用於如申請專利範圍第17至22項中任一項之 方法中之箔（2)，其中該箔（2)具有见與(：1：或¥與1^或（^ 與Fe或Co與Fe或主要為Ti之合金。 24. 如申請專利範圍第23項之箱（2)，其厚度至少〇.〇5毫来 ’特別0.065至至少0.11毫米。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製· 張 紙 本

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