專利名稱：催化反應(yīng)器的改進(jìn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一類包括金屬基體的催化反應(yīng)器的改進(jìn)。一般說來，這種基體由交錯的平直和波紋形的薄金屬帶(厚度為0.05-0.1mm)構(gòu)成，它們環(huán)繞一軸線自身纏繞，從而形成軸向穿過基體的通道，使廢氣得以直流通過和催化凈化。
為實現(xiàn)所需的催化純化，在金屬帶上噴涂涂層(所謂的清洗涂層)，所述涂層通常由鋁的氧化物及貴金屬(諸如銠、鉑、鈀)構(gòu)成。
如此纏繞而成的基體設(shè)置有環(huán)繞的金屬罩。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的工藝，此罩具有的薄層厚度在1與1.5mm之間，也即，其厚度是金屬帶厚度的10至30倍。罩采用如此大厚度的理由是必須有可能通過焊接或釬焊一方面將罩緊固在基體上，另一方面緊固至環(huán)繞罩的殼體(包殼)上。
在這種結(jié)構(gòu)的催化反應(yīng)器中遇到的一個問題是其強(qiáng)度不足。當(dāng)熱氣體(高達(dá)1000℃)流過通道時，薄金屬帶的壁迅速被加熱，結(jié)果，基體軸向和徑向膨脹。另一方面，環(huán)繞著的罩不是直接暴露于氣流中。除此之外，它很厚，因而要加熱的質(zhì)量也大得多，它變熱和膨脹的速率也低得多。其結(jié)果是在最外的基體薄層和罩之間的空間中產(chǎn)生相當(dāng)大的壓縮力，因而后者是引起基材中外波紋變形、接著層中通道被破壞的潛在原因。
當(dāng)基體冷卻時，產(chǎn)生相反的問題。薄通道壁比厚得多的罩以高得多的速率冷卻，后者如已指出的不直接接觸氣流。因此，基體將比罩收縮快得多。在此情況，假如單獨(dú)的金屬帶被連接在一起，則由于基體和罩之間的不同收縮程度會沿徑向在層之間產(chǎn)生相當(dāng)大的應(yīng)力。
在基體中，其中涂層是唯一的粘結(jié)劑，通常在最靠近罩的兩層中，粘結(jié)強(qiáng)調(diào)將被超過，形成裂紋和間隙。在直徑尺寸約100mm的基體中，可形成一個1mm的間隙。
在這樣一類基體中會產(chǎn)生相當(dāng)大的應(yīng)力，其中多層用釬焊連接在一起。特別在基體的最外層與罩之間，應(yīng)力會如此之大，以致有釬焊粘結(jié)裂開的危險。催化反應(yīng)器的強(qiáng)度受這些問題的嚴(yán)重影響。
罩與基體之間的膨脹差別是產(chǎn)生壓縮或拉伸應(yīng)力的主要原因。本發(fā)明的目的是提出一種催化反應(yīng)器，其罩能更適應(yīng)于基體的運(yùn)動，從而防止基體處于有害的機(jī)械壓縮或拉伸應(yīng)力之下。表征此罩的特征呈現(xiàn)于所附權(quán)利要求中。罩的厚度應(yīng)與金屬帶厚度為同一數(shù)值，或厚度超過不多，從而使作用在金屬帶波紋形上的任何壓縮應(yīng)力、或作用在釬焊或焊接結(jié)合上的任何拉伸應(yīng)力不會超過結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。假如金屬帶的厚度位于開始提及的、即0.05-0.1mm的范圍，則罩的厚度在0.1-0.5mm范圍是適當(dāng)?shù)摹?br> 罩厚度比有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)罩的厚度大為減少的第二個效果是其質(zhì)量大大減少。厚度減少的一個后果是罩的加熱和冷卻要比現(xiàn)有技術(shù)中的罩快得多。在罩與基體之間的溫差不會很大，因此罩與基體最外層之間的膨脹和收縮也不會有很大差別。此外，這將導(dǎo)致較小的壓縮和拉伸應(yīng)力?；w最外層和罩之間的收縮差別由于后者的較快冷卻將減少，這將減少或消除裂紋，并減少形成在這些部件間的間隙。結(jié)果是催化反應(yīng)器的強(qiáng)度/耐久性大為改進(jìn)。
由上可見，薄的罩產(chǎn)生兩種效果。由于展延改進(jìn)，膨脹和收縮的差別減少，罩導(dǎo)致的壓縮也減少。這兩種效果在同一方向作用，從而增加了催化反應(yīng)器的耐久性。
由下述詳細(xì)說明并結(jié)合附圖還將看到本發(fā)明提出的薄罩還有其它若干有價值的優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1和圖2是由交錯的平直和波紋形金屬帶環(huán)繞它們自身螺旋纏繞構(gòu)成的基體的橫截面圖，它們分別表示環(huán)繞基體的罩處于打開和關(guān)閉狀態(tài)，以及；圖3是催化反應(yīng)器的側(cè)視圖，部分被殼體即所謂的包殼所環(huán)繞。
圖1中所示的是基體1的橫截面圖，它是現(xiàn)有技術(shù)結(jié)構(gòu)中的一個實施，其中交錯的平直和波紋形金屬帶2和3螺旋地進(jìn)行纏繞，從而形成通過基體1的直流通道4。如果這些金屬帶2，3在進(jìn)行纏繞之前，首先進(jìn)行氧化，然后在其上噴涂催化涂層(清洗涂層)，這本身在確保最佳反應(yīng)器效率方面是有益的，但也產(chǎn)生了缺點(diǎn)，因為一旦金屬帶2，3完成纏繞后，為了能用焊接或釬焊將帶連接在一起，必須將平直金屬帶2的最外部分2a以及波紋形金屬帶3的鄰近部分上的涂層刮掉。此外，氧化層也必須磨掉。然后通過壓模法將一個常規(guī)的較厚的罩環(huán)繞在基體上，并將罩焊接或釬焊至其外露的帶部分上。
此方法的缺點(diǎn)一方面是相對來講較為復(fù)雜和耗費(fèi)時間，另一方面是昂貴的涂層材料必須去除。
由于根據(jù)本發(fā)明思想提出的薄罩的出現(xiàn)，以上的方法可得以簡化。在其上已涂有涂層的基體1纏繞之后，將金屬帶2，3在端部2a借助卡釘(未示出)固定在一起，以防止金屬帶2，3彎曲分開。然后可將基體1從已完成纏繞工序的機(jī)器上取走，并將薄罩6非常貼切地裝配至基體1上，此后可沿著長度方向接縫將罩6焊接至一起。
顯然，此方法更為簡便、快捷，因而比常規(guī)方法費(fèi)用小。此外，如下文所描述的，還可能利用由薄罩6提供的其它優(yōu)點(diǎn)。
當(dāng)基體1是按如下方式由交錯的平直和波紋形的金屬帶2，3制成時，即在波紋形帶3上成形的小突出部被用于通過所述小突出部嚙合在平直帶2中滾壓形成的通道中以使帶保持在一起時，基體1將具有圖3所示的外觀，即它在其周邊表面上具有周邊凹陷或凹槽7。這時，因為罩6較薄，容易在其上形成銳緣的隆起部分8。隆起部分8裝配在形成于基體周邊表面的凹槽7中。凹槽與隆起部分之間的結(jié)合按要求將罩6沿軸向相對基體固定，如此獲得的這種結(jié)合無需采用諸如焊接、釬焊、鉚接或任何其它方法單獨(dú)固定罩6。
由圖3還可看到，罩6同樣具有若干由滾壓產(chǎn)生的部分9，它是以實際上已知的方法形成環(huán)繞罩6周向延伸的環(huán)形突出部9。在現(xiàn)有技術(shù)的罩中，這些環(huán)形突出部只用于在催化反應(yīng)器的罩6和外殼11(包殼)之間形成間隙或縫隙10以減少向殼體11的熱傳導(dǎo)。
作為本發(fā)明的又一特點(diǎn)，這些環(huán)形突出部9在薄罩6中可用于賦予罩6以彈性，以便在催化反應(yīng)器加熱和冷卻時，使得可能在基體1與罩6之間產(chǎn)生的任何軸向變形最小。
為使罩6可能受到的、并可能是由于殼體11的剛性引起的任何徑向力達(dá)到最小，可在罩6的每一端面裝備有環(huán)狀件12，它從基體1沿其延長方向向外突出。環(huán)狀件12有利于將成品催化反應(yīng)器焊接至殼體11的作業(yè)。在安裝之前，可使環(huán)狀件沿基體1向外的方向加寬略呈錐形，這一形狀能在反應(yīng)器安裝在殼體11中時確保環(huán)狀件12可靠地頂住殼體11的內(nèi)表面，這是一個進(jìn)一步有助于焊接工序的特點(diǎn)。
通過兩側(cè)上的環(huán)狀件12將催化反應(yīng)器安裝至殼體11上還具有另外的優(yōu)點(diǎn)，即振動和其它運(yùn)動、以及殼體11的輕微變形通過所述彈性環(huán)狀件12而減少或消除，因而不會全部傳播至基體上。結(jié)果，這種結(jié)構(gòu)有益于增加反應(yīng)器的強(qiáng)度/耐久性。
由以上說明可見，本發(fā)明提出的薄壁罩6以幾種方式增加了催化反應(yīng)器的強(qiáng)度/耐久性。由罩6形成的基體1的彈性環(huán)繞體的結(jié)果是使由于催化反應(yīng)器材料裂紋引起基體1的變形風(fēng)險減至最小，從而增加了催化反應(yīng)器的使用壽命。
權(quán)利要求
1.催化反應(yīng)器的改進(jìn)，此類催化反應(yīng)器包括一個薄金屬層的基體(1)和包圍基體(1)的罩(6)，基體由交錯的平直和波紋形金屬帶(2，3)構(gòu)成，這些金屬帶自身纏繞從而形成軸向穿過基體(1)的直流通道(4)，其特征在于，罩(6)由薄金屬片制成，其厚度等于平直和波紋形金屬帶(2，3)的厚度或僅比它們大幾倍。
2.如權(quán)利要求1的催化反應(yīng)器，其特征在于，通過滾壓在罩(6)上形成至少一個部分(9)，所述部分形成一個從罩(6)的表面向外突出的環(huán)形突出部并布置成使罩(6)具有彈性，從而減小由于催化反應(yīng)器加熱和冷卻在基體(1)和罩(6)之間產(chǎn)生的軸向力。
3.如前所述任一權(quán)利要求的催化反應(yīng)器，在基體(1)的圓周表面上成形有周邊延伸的凹槽(7)，其特征在于，罩(6)設(shè)置有相應(yīng)形狀的隆起部分(8)，用于在環(huán)繞基體(1)安裝罩(6)時裝配在所述凹槽(7)中，以防止所述罩(6)相對所述基體(1)的軸向運(yùn)動。
4.如前述任一權(quán)利要求的催化反應(yīng)器，其特征在于，罩(6)在其每一個端面上裝配有從基體(1)沿其延長方向伸出的環(huán)狀件(12)，罩布置成借助所述環(huán)狀件(12)安裝至包圍所述催化反應(yīng)器的所謂包殼的殼體(11)上。
5.如權(quán)利要求4的催化反應(yīng)器，其特征在于，環(huán)狀件(12)從基體(1)沿向外方向略呈錐形地加寬。
全文摘要
本發(fā)明涉及催化反應(yīng)器的改進(jìn),此類催化反應(yīng)器包括一個基體(1),基體由交錯纏繞的平直和波紋形金屬帶(2,3)構(gòu)成,這些金屬帶形成軸向穿過基體(1)的直流通道(4)。包圍基體(1)的罩(6)由薄金屬片制成,其厚度等于平直和波紋形金屬帶(2,3)的厚度或僅比它們大幾倍。
文檔編號F01N3/28GK1249017SQ97182060
公開日2000年3月29日 申請日期1997年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月21日
發(fā)明者斯文·梅爾克·尼爾松 申請人:斯文·梅爾克·尼爾松