專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有一加強(qiáng)壁結(jié)構(gòu)的擠制式蜂窩體,特別是催化劑載體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的蜂窩體。這種蜂窩體用于例如內(nèi)燃機(jī)的排氣的催化轉(zhuǎn)化。
WO94/15712中公開(kāi)了一種陶瓷和/或金屬材料的擠制式蜂窩體，其具有若干由隔段壁彼此隔開(kāi)的通道，這些通道大致彼此平行。與先前公知的蜂窩體相比，這種特殊的壁結(jié)構(gòu)提高了彈性。
在JP54-150406A中描述了一種擠制式蜂窩體，其通道由大致彼此垂直的交叉壁段隔開(kāi)。在蜂窩體的橫截面上，在兩個(gè)彼此交叉地分別從蜂窩體的一外側(cè)延伸到其相對(duì)的外側(cè)的區(qū)域內(nèi)的隔段壁的厚度大于隔段壁的基本厚度。具有厚隔段壁的壁段穿過(guò)與所述區(qū)域的延伸方向?qū)堑膮^(qū)域，因此，壁段部分厚，部分薄。在一關(guān)于機(jī)械強(qiáng)度的試驗(yàn)中將這種蜂窩體與兩種蜂窩體做了比較，在這兩種蜂窩體中，在所述區(qū)域內(nèi)的隔段壁的厚度等于隔段壁的基本厚度。試驗(yàn)結(jié)果在JP54-150406A中列出表格，從該表格中清楚地看出，在所述區(qū)域具有較厚隔段壁的蜂窩體與兩種另外的蜂窩體相比，在機(jī)械強(qiáng)度方面沒(méi)有任何優(yōu)點(diǎn)，甚至在與所述壁段的方向?qū)堑囊环较蛏蠙C(jī)械強(qiáng)度更低。
近年來(lái)，新的蜂窩體的發(fā)展方向是減小熱容量。當(dāng)蜂窩體用于排氣催化器中時(shí)，在較小的熱容量下能夠達(dá)到一種較好的冷啟動(dòng)狀態(tài)。較早就可達(dá)到使催化過(guò)程開(kāi)始的點(diǎn)火溫度。除了熱容量之外，發(fā)展的另一方向涉及氣流穿過(guò)蜂窩體時(shí)發(fā)生的壓力損失。這種壓力損失應(yīng)盡可能的小。兩個(gè)發(fā)展目標(biāo)-熱容量減小和壓力損失減小-都可通過(guò)薄的通道壁厚來(lái)實(shí)現(xiàn)。然而通道壁不能做得任意的薄，否則壁結(jié)構(gòu)就會(huì)不穩(wěn)定，在熱和/或機(jī)械負(fù)荷下會(huì)受到損壞。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種具有薄通道壁并具有穩(wěn)定的壁結(jié)構(gòu)的擠制式蜂窩體。
按照本發(fā)明，這一任務(wù)通過(guò)一種具有權(quán)利要求1的特征的蜂窩體完成。按照本發(fā)明，這一任務(wù)還通過(guò)具有權(quán)利要求12的特征的蜂窩體來(lái)完成。
一個(gè)按照本發(fā)明的蜂窩體具有若干第一厚度的通道壁和若干第二厚度的通道壁，第一厚度小于第二厚度。具有第二厚度的通道壁設(shè)計(jì)成穩(wěn)定的骨架式壁結(jié)構(gòu)。這種骨架式壁結(jié)構(gòu)具有若干大致為直線(xiàn)的壁段，它們垂直于蜂窩體邊緣的局部結(jié)構(gòu)，各壁段從蜂窩體的外側(cè)延伸到其內(nèi)側(cè)或穿過(guò)蜂窩體。壁段應(yīng)理解成彼此伸入到對(duì)方內(nèi)部的連續(xù)的多個(gè)通道的通道壁。
在按照本發(fā)明的蜂窩體的一種實(shí)施形式中，若干壁段穿過(guò)蜂窩體的內(nèi)部，從一外側(cè)到另一相對(duì)的外側(cè)。通過(guò)這種方式，可以將從外部作用在蜂窩體上，特別是在壁段從蜂窩體內(nèi)穿出的蜂窩體邊緣區(qū)域上的力引走，不會(huì)使蜂窩體受到破壞。但是在不穿過(guò)蜂窩體內(nèi)部的第二厚度壁段的情況下，作用在蜂窩體邊緣的力也可以被引走。伸入內(nèi)部的壁段可以將力傳遞給許多與其相連的第一厚度的壁，從而將從外部作用的力分配到蜂窩體的內(nèi)部。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，若干第二壁厚的壁段至少延伸到一共同的節(jié)點(diǎn)，它們?cè)谠摴?jié)點(diǎn)上彼此連接，此節(jié)點(diǎn)位于蜂窩體內(nèi)部?！肮?jié)點(diǎn)”指的是這樣一個(gè)區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)至少兩個(gè)大致直的壁段彼此固定連接。節(jié)點(diǎn)是沿一直線(xiàn)延伸的一長(zhǎng)的壁段連接區(qū)域。在蜂窩體的某些實(shí)施例中，在節(jié)點(diǎn)上彼此連接的壁段從一外側(cè)延伸到一大致相對(duì)的外側(cè)，在某些實(shí)施例中，(大致為直的)壁段結(jié)束于節(jié)點(diǎn)中，在某些實(shí)施例中，所有或一部分在節(jié)點(diǎn)上連接的壁段經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)向外連續(xù)，并到達(dá)一相對(duì)的外側(cè)。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以構(gòu)造具有薄壁的穩(wěn)定的蜂窩體。這樣，例如可以實(shí)現(xiàn)高蜂窩密度，這就是說(shuō)，在蜂窩體的橫截面上，單位平面內(nèi)有大量的通道，卻不會(huì)帶有使排氣壓力損失的缺點(diǎn)。高蜂窩密度有利于排氣的催化轉(zhuǎn)變，因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)單位體積上的大的催化作用上表面。
在一帶有排氣催化器的內(nèi)燃機(jī)的冷啟動(dòng)階段或重新啟動(dòng)階段，重要的是盡可能早地達(dá)到催化器的點(diǎn)火溫度。薄壁實(shí)現(xiàn)了這種可能性，因?yàn)槠錈崛萘啃?。起決定作用的是，至少在薄壁的局部上早達(dá)到點(diǎn)火溫度，而不必在整個(gè)催化器中大約同時(shí)達(dá)到，因?yàn)樵谶_(dá)到點(diǎn)火溫度后進(jìn)行的是放熱化學(xué)反應(yīng)。點(diǎn)火溫度達(dá)到或超過(guò)的區(qū)域迅速擴(kuò)大。
應(yīng)用按照本發(fā)明的蜂窩體導(dǎo)致了催化器中的催化過(guò)程的及早開(kāi)始。在熱排氣大約同時(shí)流入第一和第二壁厚的通道壁的情況下，催化過(guò)程在第一壁厚的壁(較薄)處開(kāi)始，并向第二厚度的壁上擴(kuò)展。與比較均勻熱容量但是只具有一個(gè)壁厚的的蜂窩體相比，在按照本發(fā)明的蜂窩體中，催化過(guò)程較早開(kāi)始。然而，只要使用較薄的壁，即使按照本發(fā)明的蜂窩體熱容量大，催化過(guò)程仍然較早開(kāi)始。
按照本發(fā)明的蜂窩體的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，還可以通過(guò)在與第二厚度的壁段的方向偏差的方向上連接于蜂窩體的穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)來(lái)引導(dǎo)力。特別是，在按照本發(fā)明的穩(wěn)定的壁結(jié)構(gòu)具有至少四個(gè)交叉在一個(gè)節(jié)點(diǎn)中的壁段的蜂窩體的情況下，對(duì)這種負(fù)荷具有抵抗能力。在這一實(shí)施例的發(fā)展中，所述至少四個(gè)壁段之間在節(jié)點(diǎn)處在蜂窩體的橫截面上的角度相同。在蜂窩體具有大致旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的外表面并且其通道大致平行于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)穿過(guò)蜂窩體的情況下，優(yōu)選使節(jié)點(diǎn)大致設(shè)置在該旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上。此外，還可以為切入位于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上的節(jié)點(diǎn)的壁段設(shè)置與其它壁段連接的節(jié)點(diǎn)。
按照本發(fā)明的蜂窩體的另一優(yōu)點(diǎn)是其有利的振動(dòng)性能。由于其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這種骨架式壁結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)很敏感。然而，這也減小了垂直于蜂窩體的軸向長(zhǎng)度的僅具有薄通道壁的壁結(jié)構(gòu)區(qū)域的振動(dòng)長(zhǎng)度。該振動(dòng)長(zhǎng)度符合蜂窩體的一定的使用目的。對(duì)此需注意的是，不要引起蜂窩體的共振。
在按照本發(fā)明的蜂窩體的一種發(fā)展中，在蜂窩體內(nèi)部，由第一厚度的通道壁構(gòu)成的通道壁面部分大于由第二厚度的通道壁構(gòu)成的通道壁面部分。第一厚度優(yōu)選至少比第二厚度少20％。
一通道壁的“一”厚度理解成通道壁的平均厚度，局部的壁厚與該平均厚度的差別可以為百分之幾。
在這種蜂窩體的一實(shí)施例中，第一厚度的值在20μm與60μm之間，優(yōu)選大約為30μm。
在這種蜂窩體的一有利的實(shí)施例中，蜂窩體具有一外周邊，通道設(shè)置在其內(nèi)，若干與第二壁厚的直壁段交叉的封閉環(huán)繞的壁段與蜂窩體的外周邊的距離不同，但其中各壁段的該距離大致恒定，因此，在橫截面上構(gòu)成環(huán)段區(qū)域。在一種實(shí)施中，至少一部分封閉環(huán)繞的壁段具有第一壁厚。在另一實(shí)施例中，其它的通道壁將環(huán)段區(qū)域細(xì)分，這些細(xì)分的通道壁垂直于封閉環(huán)繞的壁段。在另一實(shí)施例中，所有通道的橫截面大小，至少在環(huán)段區(qū)域內(nèi)相同。
本發(fā)明的基本任務(wù)還通過(guò)一具有若干一種流體可流過(guò)的通道的蜂窩體來(lái)完成，其中至少一部分通道由一第一厚度的通道壁限界并/或彼此隔開(kāi)，至少一部分通道由第二厚度的通道壁限界并/或彼此隔開(kāi)，第一厚度小于第二厚度，蜂窩體具有一使其穩(wěn)定的壁結(jié)構(gòu)，該壁結(jié)構(gòu)由第二厚度的通道壁構(gòu)成。
在這種蜂窩體中，穩(wěn)定的壁結(jié)構(gòu)具有若干第二厚度的大致直的壁段，這些壁段分別從蜂窩體邊緣上的一位置穿過(guò)蜂窩體內(nèi)部延伸到邊緣上的另一位置。優(yōu)選至少兩個(gè)第二厚度的壁段起始于或終止于這種位置。
下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明的實(shí)施形式。這些實(shí)施形式是例子，但本發(fā)明并不限于這些例子。
附圖中的各圖分別為

圖1示出一具有輻條狀穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)的蜂窩體，圖2示出一具有橢圓形橫截面的蜂窩體，圖3示出一具有星狀穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)的蜂窩體，圖4示出一具有三個(gè)連接在一節(jié)點(diǎn)上的第二厚度壁段的蜂窩體，圖5示出一具有八個(gè)第二厚度的平面壁段的蜂窩體的一橫截面，這八個(gè)壁段之間沒(méi)有節(jié)點(diǎn)。
圖1示出一具有圓形橫截面的蜂窩體11，其具有一輻條狀的使其穩(wěn)定的壁結(jié)構(gòu)14，該壁結(jié)構(gòu)帶有四個(gè)交叉于一節(jié)點(diǎn)5處的第二厚度的壁段13。壁段13分別從一外側(cè)穿過(guò)蜂窩體11的內(nèi)部到另一相對(duì)外側(cè)。節(jié)點(diǎn)5大致位于蜂窩體11的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上。每?jī)蓚€(gè)相鄰的壁段在節(jié)點(diǎn)5處包圍一角度α，角α大致為45°。外部環(huán)繞的罩殼6使輻條狀壁結(jié)構(gòu)14形成一完整的整體，該罩殼還為壁結(jié)構(gòu)14提供輔助的穩(wěn)定性。在這種情況下，罩殼6的厚度與第二厚度的壁段相同。但也可以有另一種實(shí)施形式，其中罩殼6更厚些。在圖1中舉例示出三個(gè)不同區(qū)域，整個(gè)通道壁的結(jié)構(gòu)可以這樣實(shí)施。在右側(cè)的圖象部分中可以看到一由第一壁厚的通道壁2構(gòu)成的圖形。在那里，通道7具有大致為正方形的橫截面。各通道7由第二厚度的通道壁3所限定，尤其是在第二厚度的直壁段13所在處由直壁段13截?cái)噙@些圖形。在圖1的左下側(cè)的圖形中可以看到第一厚度的彎曲延伸的壁段12，其與第二壁厚的壁段13交叉，各壁段12以相對(duì)蜂窩體11的外周邊不同的但各自基本恒定的距離設(shè)置，因此，在橫截面上構(gòu)成每?jī)蓚€(gè)第一厚度的壁段12和兩個(gè)第二厚度的直的壁段13之間的環(huán)段區(qū)域。其它的第一厚度的通道壁2將環(huán)段狀區(qū)域細(xì)分。細(xì)分的通道壁2在每?jī)蓚€(gè)第一厚度的壁段12之間彎曲延伸。通道壁2不沿徑向延伸，因此，蜂窩體11的彈性得到提高。具有這種通道壁2的蜂窩體的其它細(xì)節(jié)在WO94/15712中予以公開(kāi)。第一厚度的通道壁2的另一種結(jié)構(gòu)在圖1的左上部示出。其與上述結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于細(xì)分環(huán)段區(qū)域的通道壁2是直的。這樣構(gòu)成的通道7在橫截面上的大小幾乎都相同。按照本發(fā)明的蜂窩體還有另外的實(shí)施形式(未示出)，其中在彎曲的第一厚度壁段12上連接其它的第二厚度的壁段，并且壁段12連接于蜂窩體的邊緣。那些第二厚度的壁段不在邊緣與節(jié)點(diǎn)5之間延伸。
圖2示出一具有橢圓罩殼16的蜂窩體21，其由一穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)24所穩(wěn)定。在蜂窩體21內(nèi)的所有四個(gè)第二厚度的壁段13中有兩個(gè)在節(jié)點(diǎn)5處交叉。另兩個(gè)壁段13附加地支撐蜂窩體21，它們將蜂窩體21的兩相對(duì)的外側(cè)的平的邊緣面連接起來(lái)。在橢圓形罩殼16的罩殼連接位置8處分別會(huì)聚著兩個(gè)第二壁厚的壁段13。
圖3中示出一具有星狀穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)34的蜂窩體31。其所有六個(gè)直的壁23分別穿過(guò)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)5。穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)34總共具有六個(gè)這種節(jié)點(diǎn)5。
圖4示出另一種實(shí)施形式。三個(gè)第二厚度的壁段13將蜂窩體41的邊緣上的三個(gè)位置連接于一節(jié)點(diǎn)5。這種穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)44通過(guò)壁段13將蜂窩體41細(xì)分成三個(gè)同樣大小的部分。
圖5中示出另一實(shí)施形式。穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)54具有八個(gè)直的壁段33，它們首先將蜂窩體51的外部區(qū)域加強(qiáng)。壁段33之間沒(méi)有節(jié)點(diǎn)。它們分別設(shè)置在一罩殼連接位置8，垂直于蜂窩體51的邊緣處的各切平面，并使垂直于切平面作用在蜂窩體51上的力能夠被引導(dǎo)到蜂窩體內(nèi)。該力傳遞到第一厚度的通道壁2的結(jié)構(gòu)上，并分配到蜂窩體51內(nèi)。
從這些例子中可以看出，按照本發(fā)明的蜂窩體的各種實(shí)施形式具有與迄今公知的蜂窩體相似的結(jié)構(gòu)。它們可以以與迄今公知的蜂窩體相同的方法制造。因此，這種具有穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)的蜂窩體可以以大致相同的成本制造。
附圖標(biāo)記11、21、31、41、51蜂窩體2 第一厚度通道壁3 第二厚度通道壁14、24、34、44、54穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)5 節(jié)點(diǎn)6 罩殼7 通道8 罩殼連接位置12封閉的環(huán)繞壁段13第二厚度的直壁段16橢圓形罩殼22第一厚度壁段
23 穿過(guò)第二節(jié)點(diǎn)的壁段33 未穿過(guò)節(jié)點(diǎn)的壁段α 角
權(quán)利要求
1.擠制式蜂窩體(11；21；31；41；51)，特別是催化劑載體，具有若干可流過(guò)一種流體的通道(7)，在這些通道中，至少一部分由具有第一厚度的通道壁(2)限界并/或彼此隔開(kāi)，至少一部分由具有第二厚度的通道壁(3)限界并/或彼此隔開(kāi)，第一厚度小于第二厚度，蜂窩體(11；21；31；41；51)具有一種使其穩(wěn)定的壁結(jié)構(gòu)(14；24；34；44；54)，該結(jié)構(gòu)由第二壁厚的通道壁(3)構(gòu)成，其特征在于所述穩(wěn)定的壁結(jié)構(gòu)(14；24；34；44；54)具有若干大致直的第二厚度的壁段(13、23、33)，它們垂直于蜂窩體邊緣的局部結(jié)構(gòu)，從蜂窩體(11；21；31；41；51)的一個(gè)外側(cè)延伸到其內(nèi)部，或者穿過(guò)蜂窩體(11；21；31；41；51)。
2.如權(quán)利要求1的蜂窩體，其特征在于若干壁段(13、23)從一外側(cè)到另一相對(duì)的外側(cè)穿過(guò)蜂窩體(11；21；31；41)的內(nèi)部。
3.如權(quán)利要求1或2的蜂窩體，其特征在于若干壁段(13、23)至少延伸到蜂窩體(1；11)內(nèi)部的一共同的節(jié)點(diǎn)(5)，在該節(jié)點(diǎn)上它們彼此連接。
4.如權(quán)利要求3的蜂窩體，其特征在于穩(wěn)定壁結(jié)構(gòu)(14)至少具有壁段(13)中的四個(gè)在節(jié)點(diǎn)(5)中交叉的壁段。
5.如權(quán)利要求4的蜂窩體，其特征在于所述在節(jié)點(diǎn)(5)上的至少四個(gè)壁段(3)之間的角度(α)在蜂窩體(11)的橫截面上大約相等。
6.如權(quán)利要求5的蜂窩體，其具有大致旋轉(zhuǎn)的外表面，并且其通道(7)大致平行于該旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)穿過(guò)蜂窩體，其特征在于節(jié)點(diǎn)(5)大致位于旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)上。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的蜂窩體，其特征在于在蜂窩體(11；21；31；41；51)內(nèi)部，由第一厚度的通道壁(2)構(gòu)成的通道壁面部分大于由第二厚度的通道壁(3)構(gòu)成的通道壁面部分，第一厚度優(yōu)選至少比第二厚度少20％。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)的蜂窩體，其特征在于第一厚度的值在20μm與60μm之間，優(yōu)選大約為30μm。
9.如權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)的蜂窩體，其特征在于若干封閉環(huán)繞的壁段(12)與蜂窩體(11)的外周邊的距離不同，但其中各壁段的該距離大致恒定，因此，在橫截面上構(gòu)成環(huán)段區(qū)域。
10.如權(quán)利要求9的蜂窩體，其特征在于至少一部分封閉環(huán)繞的壁段(12)具有第一壁厚。
11.如權(quán)利要求9或10的蜂窩體，其特征在于垂直于封閉環(huán)繞的壁段(12)的其它通道壁(2)將環(huán)段區(qū)域細(xì)分。
12.如權(quán)利要求11的蜂窩體，其特征在于所有通道(7)的橫截面大小大致相同。
13.擠制式蜂窩體(11；21；31)，特別是催化劑載體，具有若干一種流體可穿過(guò)的通道(7)，其中至少一部分由具有第一壁厚的通道壁(2)限界并/或彼此分離，至少一部分由具有第二壁厚的通道壁(3)限界并/或彼此分開(kāi)，第一厚度小于第二厚度，蜂窩體(11；21；31)具有一使其穩(wěn)定的壁結(jié)構(gòu)(14；24；34)，所述壁結(jié)構(gòu)由第二厚度的通道壁(3)構(gòu)成，其特征在于穩(wěn)定的壁結(jié)構(gòu)(14；24；34)具有若干大致直的第二壁厚的壁段(13；23)，這些壁段分別從蜂窩體(11；21；31)的邊緣上的一位置穿過(guò)蜂窩體內(nèi)部(11；21；31)延伸到邊緣上的另一位置。
全文摘要
一種擠制式蜂窩體(11),特別是一種催化劑載體,其具有若干用于一種流體的通道(7),通道的至少一部分由第一厚度的壁(2)所限定并/或分離,至少一部分由第二厚度的壁(3)所限定并/或分離,第一厚度比第二厚度薄。蜂窩體(11)具有由第二厚度的通道壁(3)構(gòu)成的穩(wěn)定的壁結(jié)構(gòu)(14),并具有若干大致直的第二厚度壁(13),其垂直于蜂窩體邊緣的負(fù)荷方向,從蜂窩體(11)的一個(gè)外側(cè)延伸到其內(nèi)側(cè),或者穿過(guò)整個(gè)蜂窩體(11)。這些蜂窩體非常穩(wěn)定,同時(shí)又可以具有若干薄的通道壁,因此,它們至少在局部具有特別低的熱容量。
文檔編號(hào)B01D53/94GK1246078SQ98802211
公開(kāi)日2000年3月1日 申請(qǐng)日期1998年1月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月4日
發(fā)明者羅爾夫·布呂克, 沃爾夫?qū)っ?申請(qǐng)人:發(fā)射技術(shù)有限公司