專利名稱：廢氣催化劑用的載體部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種廢氣催化劑用的載體部件，更具體地涉及一種金屬載體部件，它包括卷繞的、疊合的或以其它方式分層的多層高溫耐腐蝕金屬薄片，它們形成多個通道或通路，能使廢氣通過這些通路流動。
背景技術(shù)：
此種金屬載體部件用于例如汽車的廢氣系統(tǒng)中。這些載體部件暴露于嚴重的交變熱應力中，后者限制載體部件的使用壽命。
已經(jīng)提出了增大此種載體部件的彈性和控制壓力與拉伸力的各種方法。日本公布的未審批申請JP-A62-83044(對應于德國公布的未審批申請DE-A3534904)公開了一種催化劑載體部件，該部件用兩種不相同的金屬薄片(薄板)的交替層制成，包括一種帶雙波紋的第一金屬薄片和一種不帶波紋的第二金屬薄片。在這種類型的載體部件中，兩種金屬薄片之間的接觸點的數(shù)目減少，由此提供需要的彈性。日本公布的未審批申請JP-A6-269683公開一種催化劑載體部件，其中形成交替層的兩種不相同的金屬薄片分別是一種帶簡單波紋的第一金屬薄片和一種不帶波紋的第二金屬薄片。根據(jù)該已知的載體部件，第一和第二金屬薄片中至少一種具有切口或開孔?；蛘呤?，第一和第二金屬薄片中至少一種分為多個間隔排列的區(qū)段。在這種載體部件中，區(qū)段之間的切口或開孔或間隔可以控制壓力和拉伸力。
已知有用兩種不同波紋的金屬薄片的交替層卷繞成的載體部件。在1989年7月4日頒布給Cyron的US-A4,845,073中描述了一個例子。在這種已知的載體部件中，金屬薄片有內(nèi)外表面，接觸點設(shè)置在第一金屬薄片的內(nèi)表面和第二金屬薄片的外表面上。在卷繞期間，向內(nèi)取向的波谷與第二金屬薄片的向內(nèi)取向的波谷同步。
本發(fā)明的目的是提供一種廢氣催化劑用的載體部件，該部件具有足夠高的結(jié)構(gòu)剛性，待加熱的質(zhì)量減小，而暴露給廢氣的有效表面積增大。
發(fā)明的公開內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種廢氣催化劑用的載體部件，它包括第一和第二金屬薄片的層，形成使氣體流動通過的通路相對于氣體流動的方向，所述層有一個上游區(qū)和一個下游區(qū)，這兩個區(qū)互相隔開；所述層有一個設(shè)置在所述上游區(qū)和下游區(qū)之間的中間區(qū)；所述第一金屬薄片具有這樣的波紋，使得所述第一波紋在所述上游區(qū)和下游區(qū)的每個區(qū)內(nèi)與所述第二金屬薄片接觸；所述第一金屬薄片在所述中間區(qū)內(nèi)不與所述第二金屬薄片接觸。
根據(jù)本發(fā)明的一個特定方面，第二金屬薄片的波紋不同于第一波紋狀金屬薄片，而且其中不同波紋的第一和第二金屬薄片具有周期性，這種周期性使它們能夠在每個上游區(qū)和下游區(qū)內(nèi)互相同步。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特定方面，不同波紋的第一和第二金屬薄片中只有一種延伸在所述中間區(qū)內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個特定方面，第一金屬薄片具有第一波紋，該第一波紋具有第一周期和第一波幅，而第二金屬薄片具有第二波紋，該第二波紋具有第二周期和第二波幅。第一周期基本上等于第二周期的第二波幅小于第一波幅。第一和第二金屬薄片中只有一種延伸在中間區(qū)內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的又一個特定方面，在上游區(qū)和下游區(qū)的每一個中，第一金屬薄片具有一個具有第一周期和第一波幅的第一波紋，而在中間區(qū)內(nèi)，第一金屬薄片具有一個具有第二周期和第二波幅的第二波紋，該第二波幅小于第一波幅。
附圖簡述

圖1是一種催化轉(zhuǎn)換器的部分縱向剖開的縱向視圖；
圖2是通過圖1中線2-2截取的截面圖，表示本發(fā)明的載體部件的第一實施例的一部分；圖3是通過圖1中線3-3截取的截面圖，表示本發(fā)明的第一實施例的另一部分；圖4是圖2的局部放大圖；圖5是圖3的局部放大圖；圖6是本發(fā)明的載體部件的第二實施例的局部圖；圖7是通過圖6的線7-7截取的截面圖；圖8是通過圖6的線8-8截取的截面圖；圖9是通過圖6的線9-9截取的截面圖；圖10是通過圖6的線10-10截取的截面圖；圖11是通過圖6的線11-11截取的截面圖；圖12是載體部件一部分的局部透視圖；圖13是載體部件另一部分的局部透視圖；圖14類似于圖6，示出本發(fā)明的載體部件的第三實施例；圖15是通過圖14的線15-15截取的截面圖；圖16是通過圖14的線16-16截取的截面圖；圖17是通過圖14的線17-17截取的截面圖；圖18是通過圖14的線18-18截取的截面圖；圖19是通過圖14的線19-19截取的截面圖；實施本發(fā)明的最佳方式參照附圖，特別參照圖1，從內(nèi)燃機出來的廢氣沿箭頭10的方向供向廢氣轉(zhuǎn)換器(凈化器)12。廢氣轉(zhuǎn)換器12有一個貝殼狀外殼14。外殼14沿其縱向的一端為入口16，而其另一端為出口18。廢氣催化劑用的載體部件20有一個支承件22，它被安裝在外殼14中。載體部件20可以分為和包括三個區(qū)，即上游區(qū)30、下游區(qū)32及在上下游區(qū)30和32之間的中游區(qū)34。
圖2表示上游區(qū)30中的排氣通路36，而圖4為其局部放大圖。下游區(qū)32的構(gòu)造與上游區(qū)30相同。圖3表示中游區(qū)34中的排氣通路38，而圖5為其局部放大圖。在上下游區(qū)的每個區(qū)中，載體部件20包括兩種不同波紋的金屬薄片即第一金屬薄片40和第二金屬薄片42的交替疊合層。在中間區(qū)34中，載體部件20包括兩種不同波形金屬薄片40和42之一的間隔層。
兩種波紋的金屬薄片40和42具有周期性，使它們能夠當其疊合時彼此同步。結(jié)果是接觸點的分布非常均勻，接觸點具有彼此適合的形狀和在兩種薄板40和42之間的相同彎曲方向。
參看圖4，第一金屬薄片40具有上下表面44和46，而第二金屬薄片42具有上下表面48和50。接觸點可以分為第一組和第二組。第一組接觸點位于第一金屬薄片40的下表面46上和第二金屬薄片42的上表面48上。換句話說，在一個接一個疊合金屬薄片40和42期間，第一金屬薄片40的波形的向下取向的波谷與第二金屬薄片42的波形的向下取向的波谷同步。第二組接觸點位于第一金屬薄片40的上表面44上和第二金屬薄片42的下表面50上。換句話說，在一個接一個疊合金屬薄片40和42期間，第一金屬薄片40的波形的向上取向的波峰與第二金屬薄片42的波形的向上取向的波峰同步。
在該例子中，第一金屬薄片40沿載體部件20的縱向延伸通過上游區(qū)30、中游區(qū)34和下游區(qū)32的整個長度。第二金屬薄片42僅僅延伸通過上游區(qū)30的整個長度和下游區(qū)32的整個長度32。換句話說，如圖3和5所示，第二金屬薄片42并不延伸通過中間區(qū)34。
第一金屬薄片40的波紋具有周期P1和波幅A1，而第二金屬薄片42的波紋具有周期P2和波幅A2。P2與P1基本相同，而A2比A1小得多，使得接觸點處第一金屬薄片40的曲率稍許大于接觸點處第二金屬薄片42的留率。
最好是，P1＝P2，A1＝nP1而A1＝mA2，其中n的范圍為0.2至0.3，m的范圍為2.4至6。
在該例子中，波紋基本上為正弦曲線。波形為正弦波形。第一金屬薄片40的波高2A1(波幅A1的兩倍)為1.2mm，而波長P1的范圍為2.0mm至3.0mm。第二金屬薄片42的波高2A2(波幅A2的兩倍)的范圍為0.2至0.5mm，而波長P2基本上等于P1。
由于P1基本上等于P2，第一金屬薄片40的疊層的波峰和波谷沿縱向通過中間區(qū)34的整個長度對準。在中間區(qū)34中，通路38的截面不會產(chǎn)生特別窄或特別寬的情況。這在隨后用催化劑材料涂敷載體部件20時是有利的，因為不會產(chǎn)生會堵塞的小間隙。
因此，在中間區(qū)34中，第一金屬薄片40具有足夠?qū)挼哪軌蚪佑|廢氣的有效表面面積，即催化劑涂層的表面積。這可以盡可能減少催化劑涂層的浪費。此外，可以保證廢氣與催化劑涂層充分接觸，從而提高催化劑的轉(zhuǎn)換效率。
在冷起動期間，廢氣轉(zhuǎn)換器12的催化劑低于其起動溫度，因而必須通過發(fā)動機的廢氣提高到它的工作溫度。待加熱的催化劑的質(zhì)量越小，它就越快地達到其起動溫度。在載體部件20的中間區(qū)34內(nèi)沒有使用第二金屬薄片42，使待加熱的質(zhì)量減小。其結(jié)果是減少了將催化劑加熱到其起動溫度所需的時間。
在載體部件20的中間區(qū)34內(nèi)，因為波峰和波谷沿載體部件20的縱向保持對準，所以第一金屬薄片40的疊合層可以密集而不會產(chǎn)生任何可能變成堵塞的局部狹窄間隙。這對于增大向廢氣暴露的催化劑涂層的有效表面積是有利的。
參照圖4，第一金屬薄片40的相鄰層之間的距離H可以由于使用波幅A2增大的第二金屬薄片42的層而變窄。
在前面敘述的實施例中，在中間區(qū)34中已經(jīng)除去第二中間薄片42。另一種辦法是，可以在載體部件20的中間區(qū)34中除去第一金屬薄片40。
按照第一實施例，載體部件20由兩種不相似的或不同波形的金屬薄片40和42的疊層構(gòu)成。但是，本發(fā)明可以做成一種包括不同波形金屬薄片40和42的卷繞層的載體部件。
在載體部件20的第一實施例中，由于在中間區(qū)34中除去了第二金屬薄片42，因此在中間區(qū)34中不存在第一和第二金屬薄片40和42之間的接觸點。
在下面敘述的第二實施例中，一種雙波紋金屬薄片用作第一金屬薄片。雙波紋金屬薄片除了第一波紋外還包括一種第二波紋，其波幅小于第一波紋的波幅。在載體部件的每個上游區(qū)和下游區(qū)內(nèi)，第一波紋與第二金屬薄片的層接觸。在中間區(qū)內(nèi)，第二波紋與第二金屬薄片成間隔關(guān)系。換句話說，在中間區(qū)內(nèi)不存在接觸點。
參照圖6至13，其中描述載體部件60的第二實施例。
圖6示出載體部件60的部分平面圖，其中箭頭10表示從內(nèi)燃機出來供給到載體部件60的廢氣的方向。載體部件60可以分成和包括五個區(qū)，即上游區(qū)62、第一過渡區(qū)64、中間區(qū)66、第二過渡區(qū)68和下游區(qū)70。圖7表示上游區(qū)62中的廢氣通路72。圖8表示第一過渡區(qū)64中的廢氣通路74。圖9表示中間區(qū)66中的廢氣通路76。圖10表示第二過渡區(qū)68中的廢氣通路78。
圖11表示下游區(qū)70中的廢氣通路80。
在這些區(qū)62、64、66、68和70的每一個中，載體部件60包括第一金屬薄片82和第二金屬薄片84的疊合交替層。在該例子中，第一金屬薄片82具有雙波紋，而第二金屬薄片84是一個光滑的平面薄片?；蛘呤牵诙饘俦∑?4可以具有正弦波波形。與第一實施例不同，第二金屬薄片84延伸通過第一過渡區(qū)64、中間區(qū)66和第二過渡區(qū)68的整個長度。
參看圖7至圖11，第一金屬薄片82具有上下表面86和88，而第二金屬薄片84具有上下表面90和92。第一和第二金屬薄片82和84相互疊合。結(jié)果是大量接觸點均勻分布在上下游區(qū)域62和72的每個區(qū)內(nèi)(見圖7和11)。在第一和第二過渡區(qū)64和70的每個區(qū)內(nèi)出現(xiàn)少量接觸點的均勻分布(見圖8和10)。在中間區(qū)內(nèi)(見圖9)，沒有接觸點。接觸點可以分為第一組和第二組。第一組接觸點設(shè)置在第一金屬薄片82的下表面88上和第二金屬薄片84的上表面90上。換句話說，在金屬薄片82和84互相疊合期間，第一金屬薄片82的雙波紋的第一波紋94的向下取向的波谷與第二金屬薄片84的上表面90接觸。第二組接觸點設(shè)置在第一金屬薄片82的上表面86上和第二金屬薄片84的下表面92上。換句話說，在金屬薄片82和84疊合期間第一金屬薄片82的第一波紋94的向上取向的波峰與第二金屬薄片84的下表面92接觸。
第一金屬薄片82除了第一波紋94外還有一個第二波紋96。第一波紋94具有周期P3和波幅A3。第二波紋96具有周期P4和波幅A4。A4小于A3，而P4由下式表示P4＝P3×(1/N)式中N≥2(N是整數(shù))。
在該例子中，N為2，因此P4＝P3×(1/2)成立。因為，在該例子中，波紋94和96基本上是正弦波而波形為正弦波形，所以第二波紋96的兩個小波已取代了第一波紋94的一個大波。
回到圖6，第一波紋94延伸通過用斜線(陰影線)表示的每個部分，而第二波紋96延伸通過每個空白部分。在圖8、9和10中，虛線表示第一波紋94，它延伸通過上游部分62。
在圖8所示的第一過渡區(qū)64中，如上所述，第二波紋96的兩個小波已經(jīng)取代了第一波紋94的每隔一個的大波。在圖9所示的中間區(qū)66中，第二波紋96的兩個小波已經(jīng)取代了第一波紋94的另一個大波。在圖10所示的第二過渡區(qū)68中，已經(jīng)被第一過渡區(qū)64中的第二波紋96的兩個小波取代的第一波紋94的每隔一個的大波如圖12中所示地恢復原狀。在圖11所示的下游區(qū)70中，第一波紋94的所有大波都恢復原狀。
沿上游區(qū)62和第一過渡區(qū)64之間的邊界，從點C到一個點切割第一波紋94的每隔一個的大波，允許如圖12中所示地形成第二波紋96的兩個小波。沿第一過渡區(qū)64和中間區(qū)66之間的邊界，從點d到點e切割第一波紋94的每一個剩余的大波，允許如圖13中所示地形成第二波紋96的兩個小波。
以相似的方式，形成第二過渡區(qū)70中第二波紋96的小波。
在載體部件60中，第二波紋96的小波已經(jīng)取代了第一過渡區(qū)64、中間區(qū)66和第二過渡區(qū)68中第一波紋94的大多數(shù)大波。結(jié)果是大量減少了第一和第二金屬薄片82和84之間的接觸點數(shù)目。這對隨后用催化劑材料涂敷載體部件60是有利的。
在上游區(qū)62和下游區(qū)70中，雙波紋的第一金屬薄片82固定在相鄰的兩層第二金屬薄片84上。這對于金屬薄片82保持其原先設(shè)計的形狀是有效的。這提高了載體部件60的結(jié)構(gòu)強度，使得可以延長使用壽命。
如上所述，在第二過渡區(qū)68之間的邊界處第一波紋94的每隔一個的大波轉(zhuǎn)換為第二波紋96的兩個小波。結(jié)果是提高了第一波紋94和第二波紋96之間的整體性。
關(guān)系P4＝P3×(1/N)成立，式中N為整數(shù)并且不小于2。這在第一和第二過渡區(qū)64和68的每一個中形成第二波紋96的小波方面是有利的。這是因為第一波紋94的大波和第二波紋96的小波是光滑而連續(xù)地橋接的。結(jié)果，不僅提高了結(jié)構(gòu)強度，而且還提高了生產(chǎn)率。
在載體部件60的第二實施例中，中間區(qū)66設(shè)置在上游區(qū)62和下游區(qū)70之間，在中間區(qū)只有第二波紋96的小波存在于第二金屬薄片84的相鄰兩層之間。換句話說，大波支配區(qū)62、小波支配區(qū)66和大波支配區(qū)70是沿通過載體部件60的廢氣方向排列的。這種排列可以沿廢氣方向按周期重復。這種周期性排列在使通過載體部件的廢氣擴散得以增強方面是有利的。這導致提高催化劑的轉(zhuǎn)換效率。這種排列沿廢氣方向并因而在載體部件的長度和寬度上增加接觸點的分布，從而提高載體部件的結(jié)構(gòu)強度。
參照圖14至19，圖中描述載體部件60A的第三實施例。
載體部件60A基本上與第二實施例中剛描述的載體部件60基本相同。但是，不同的是，下游區(qū)70A中第一波紋94的大波與上游區(qū)62中第一波紋94的大波相位不同。在載體部件60A的第二過渡區(qū)68A(見圖18)中，第二波紋96的兩個小波已經(jīng)替代了下游區(qū)70A中每隔一個的大波(見圖19)。
這種相位偏移使通過載體部件60A的廢氣擴散進一步增強。結(jié)果，催化劑的轉(zhuǎn)換效率進一步提高。
權(quán)利要求
1.一種廢氣催化劑用的載體部件，它包括第一和第二金屬薄片的層，形成使氣體流動通過的通路；相對于氣體流動的方向，所述層有一個上游區(qū)和一個下游區(qū)，這兩個區(qū)互相隔開；所述層有一個設(shè)置在所述上游區(qū)和下游區(qū)之間的中間區(qū)；所述第一金屬薄片具有這樣的波紋，使得所述第一波紋在所述上游區(qū)和下游區(qū)的每個區(qū)內(nèi)與所述第二金屬薄片接觸；所述第一金屬薄片在所述中間區(qū)內(nèi)不與所述第二金屬薄片接觸。
2.一種如權(quán)利要求1中所述的載體部件，其中所述第二金屬薄片被制成不同于所述第一波紋狀金屬薄片的波紋形，而且其中所述不同波紋的第一和第二金屬薄片具有周期性，這種周期性使它們能夠在每個所述上游區(qū)和下游區(qū)內(nèi)互相同步。
3.一種如權(quán)利要求2中所述的載體部件，其中所述不同波紋的第一和第二金屬薄片中只有一種延伸在所述中間區(qū)內(nèi)。
4.一種如權(quán)利要求1中所述的載體部件，其中所述第一金屬薄片具有第一波紋，該第一波紋含具有第一周期和第一波幅，而所述第二金屬薄片具有第二波紋，該第二波紋具有第二周期和第二波幅；其中所述第一周期基本上等于所述第二周期而所述第二波幅小于所述第一波幅；其中所述第一和第二金屬薄片中只有一種延伸在所述中間區(qū)內(nèi)。
5.一種如權(quán)利要求4中所述的載體部件，其中所述上游區(qū)和下游區(qū)包括一個和對置的端部，在它們之間所述層分別延伸。
6.一種如權(quán)利要求4中所述的載體部件，其中，在所述上游部分和下游部分的每一個中，所述波紋狀第一金屬薄片的相鄰兩層互相間隔一層所述波紋狀第二金屬薄片；而且其中所述第二波幅限定所述波紋狀第一金屬薄片的相鄰兩層之間的間隔。
7.一種如權(quán)利要求1中所述的載體部件，其中所述第二金屬薄片的相鄰兩層與所述第一金屬薄片的相鄰兩層接合，以便安置在所述第一金屬薄片的相鄰兩層之間。
8.一種如權(quán)利要求4中所述的載體部件，其中P1＝P2；A1＝nP1；和A1＝mA2式中n的范圍為0.2至0.3，m的范圍為2.4至6，P1為第一周期，P2為第二周期，A1為第一波幅，和A2為第二波幅。
9.一種如權(quán)利要求1中所述的載體部件，其中，在所述上游區(qū)和下游區(qū)的每一個中，所述第一金屬薄片有一個具有第一周期和第一波幅的第一波紋，而且其中，在所述中間區(qū)內(nèi)，所述第一金屬薄片有一個具有第二周期和第二波幅的第二波紋，該第二波幅小于所述第一波幅。
10.一種如權(quán)利要求9中所述的載體部件，其中，在所述中間區(qū)內(nèi)，所述第二波紋延伸通過所述第一金屬薄片的整個區(qū)域。
11.一種如權(quán)利要求9中所述的載體部件，其中所述上游區(qū)、所述中間區(qū)和所述下游區(qū)以這種順序周期地排列。
12.一種如權(quán)利要求9中所述的載體部件，其中，所述各層有一個在所述上游區(qū)和所述中間區(qū)之間的第一過渡區(qū)和一個在所述中間區(qū)和所述下游區(qū)之間的第二過渡區(qū)。
13.一種如權(quán)利要求12中所述的載體部件，其中，在所述第一和第二過渡區(qū)的每一個中，所述第一波紋和所述第二波紋共同存在。
14.一種如權(quán)利要求9中所述的載體部件，其中P4＝P3×(1/N)式中N≥2并且是一個整數(shù)，P3是第一周期，和P4是第二周期。
15.一種如權(quán)利要求9中所述的載體部件，其中所述下游區(qū)中的所述第一波紋與所述上游區(qū)中的第一波紋為不同相位。
16.一種如權(quán)利要求13中所述的載體部件，其中所述第二金屬薄片是基本上光滑的平面薄片，其中所述第一金屬薄片在每個所述上游區(qū)和下游區(qū)內(nèi)的第一接觸點處與所述第二金屬薄片相接合，而且其中所述第一金屬薄片在數(shù)目小于所述第一接觸點的第二接觸點處與所述第二金屬薄片接合。
全文摘要
一種金屬催化劑載體部件,包括第一和第二金屬薄片的層,形成使廢氣流動通過的通路。第一金屬薄片為波紋狀,并在每個上游區(qū)和下游區(qū)內(nèi)在許多接觸點處與第二金屬薄片接合。在上游區(qū)和下游區(qū)之間的中間區(qū)內(nèi),第一金屬薄片不與第二金屬薄片接合。
文檔編號B01J35/00GK1194596SQ97190610
公開日1998年9月30日 申請日期1997年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月31日
發(fā)明者堀池哲朗, 西澤公良, 高橋秀明 申請人:日產(chǎn)自動車株式會社