FI116237B - Kaasujen käsittelyssä käytettävä katalysaattori sekä menetelmä sen valmistamiseksi ja toiminnan säätämiseksi - Google Patents

Description

116237

Kaasujen käsittelyssä käytettävä katalysaattori sekä menetelmä sen valmistamiseksi ja toiminnan säätämiseksi

Keksinnön kohteena on kaasujen käsittelyssä käytettävä katalysaattori. Keksinnön 5 kohteena on myös menetelmä tällaisen katalysaattorin valmistamiseksi ja toiminnan säätämiseksi.

Tekniikan tausta

Kaasujen, kuten pakokaasujen, käsittelyssä käytetään yleisesti kaasuputkistoon asennettuja kennolla varustettuja katalysaattoreita. Kennossa on kanavia, joiden 10 läpi kaasu johdetaan. Kennon kanavien pinnalla on yleensä katalyyttisesti aktiivia aineita, joiden avulla kaasun sisältämiä aineita voidaan muuttaa haitattomampaan muotoon. Kenno voidaan liittää katalysaattoriin ja kennoa voidaan sisäisesti vahvistaa esim. liitosnauloilla ja liitoslevyillä. Liitosnauloja ja -levyjä käytetään erityisesti metallisissa rakenteissa, jotka on pinnoitettu katalyyteillä ennen katalysaattorin ko-15 koamista. Katalysaattorin osien liittämisessä voidaan käyttää myös hitsausta tai juottamista.

Pakokaasujen käsittelyssä käytettävä katalysaattori pyritään yleensä asentamaan ··... pakokaasuputkistossa mahdollisimman lähelle moottoria, jotta sen toiminta olisi te- • · hokasta ja katalysaattori lämpenisi mahdollisimman nopeasti sopivaan toimintaläm-20 potilaansa. Lämmetessään katalysaattorin tulee saavuttaa tietty syttymislämpötila ‘ ennen kuin se alkaa toimia. Moottorin lähelle asennettuun katalysaattoriin kohdistuu toisaalta erittäin suuria rasituksia, koska polttoaine pyritään hyötysuhteen paranta-‘:'1: miseksi ja päästöjen vähentämiseksi polttamaan mahdollisimman korkeassa lämpö- I t · ·*.,,! tilassa. Katalysaattorin kennon lämpötila nouseekin bensiinikäyttöisillä moottoreilla 25 helposti yli 1000 °C:een. Katalysaattorin mekaaninen ja terminen kestävyys on kui- * tenkin olennaisesti parempi, mikäli sitä voidaan käyttää esim. 1000 °C:een asemes- ;*··. ta 800-900 °C:ssa.

• I »

Myös korkeissa lämpötiloissa katalysaattorin toimintaedellytykset saattavat heiken-tyä. Tällöin se ei enää toimi moitteettomasti esim. moottorin suurilla kierrosnopeuk-30 silla. Katalysaattoria tulisikin esim. moottorin käynnistyksen yhteydessä lämmittää .;1: ja pakokaasujen lämpötilan noustua sitä tulisi puolestaan jäähdyttää.

I » i

Typen oksidien pelkistys hiilivedyillä laihoissa olosuhteissa tapahtuu suhteellisen kapealla lämpötila-alueella. Pt-katalysaattorilla tämä alue on 200-300 °C ja metalli- 2 116237 oksidi-katalysaattorilla on 300-600 °C. Vastaavasti NOx- adsorptiokatalysaattorit (NOx trap) toimivat tyypillisesti lämpötila-alueella 150-550 °C ja ne tuhoutuvat termisesti merkittävästi lämpötilan noustessa yli 700-800 °C. Näissä kohteissa on tarpeen sekä estää liian korkeita lämpötiloja että pitää lämpötila sopivassa toiminta-5 lämpötilassa. Typen oksidien pelkistyksessä tarvittava pelkistin, kuten polttoine tai erityinen pelkistin, syötetään erillisellä injektiolla pakokaasujen joukkoon pakokaa-suputkistoon tai jälkirikastuksella moottoriin.

Etenkin Pt-katalysaattoreiden kanssa on esitetty käytettäväksi erilaisia lämmönsiir-rinratkaisuja. Usein käytetään erillistä lämmönsiirrintä pakokaasujen jäähdyttämi-10 sessä. Erillinen lämmönsiirrin lisää kuitenkin olennaisesti termistä massaa sekä aiheuttaa painehäviöitä pakokaasuputkistossa. Jos käytetään auton lämmönsiirtones-tettä katalysaattorin lämmönsiirrossa, niin häiriö- ja korroosiotilanteissa sekä katalysaattorin lämmönsiirto että auton jäähdytysjärjestelmä vaurioituvat ja samalla myös moottori voi vaurioitua. Moottorin käynnistyksen yhteydessä lämmönsiirrin joudu-15 taan kuitenkin usein ohittamaan, jottei se jäähdyttäisi pakokaasuja. Tämä johtaa teknisesti monimutkaisiin ratkaisuihin ja laitteistot ovat usein myös herkkiä toimintahäiriöille esim. venttiilien osalta.

Myös katalysaattorin lämpötilaa voidaan säätää. Tunnetaan (DE 34 37 477) katalysaattorin kennon lämmönsiirtomenetelmä, jossa kennon pakokaasukanavia jäähdy-20 tetään ristikkäisillä lämmönsiirtokanavilla. On kehitetty (US 5 987 885) myös kataly-: saattori, jossa pakokaasu virtaa katalysaattoriputkissa, joita jäähdytetään niiden ympärille puhalletun lämmönsiirtoilman avulla. Näissä molemmissa menetelmissä katalysaattorin säätö on toteutettu teknisesti suhteellisen monimutkaisilla erillisillä .·*·. rakenteilla.

* ’ 25 Keksinnön yleinen kuvaus • t • · ·

Nyt on keksitty kaasujen käsittelyssä käytettävä katalysaattori, jossa osien liittämi- : nen ja katalysaattorin säätö on toteutettu teknisesti erittäin yksinkertaisesti. Nyt on * · · ’ ί -V myös keksitty menetelmä tällaisen katalysaattorin valmistamiseksi ja käyttämiseksi.

:v; Tämän tavoitteen saavuttamiseksi keksinnölle ovat tunnusomaisia seikat, jotka on .·*, 30 esitetty itsenäisissä patenttivaatimuksissa. Muissa patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön eräitä edullisia sovellutusmuotoja.

Keksinnön mukaisessa katalysaattorissa on kennon liittämiseksi ontto liitosväline, johon on johdettavissa aineita ao. katalysaattorin tai jonkin muun kaasuputkistoon liitetyn katalysaattorin säätämiseksi. Onttoihin liitovälineisiin johdettava aine voi olla 3 116237 mm. lämmönsiirtoainetta tai katalysaattorin toimintaan tai ominaisuuksiin vaikuttavaa muuta ainetta, kuten pelkistintä, hapetinta tai katalysoivaa ainetta. Aineen vaikutus voi kohdistua siihen katalysaattoriin, johon ainetta johdetaan tai esim. katalysaattorin perässä olevaan toiseen katalysaattoriin. Aineen johtamisella voidaan vai-5 kuttaa mm. katalysaattorin toimintaan sekä parantaa sen mekaanista ja termistä kestävyyttä.

Onttoja liitosvälineitä voi samassa katalysaattorissa olla yksi tai useampia. Ontto lii-tosväline voi olla kennon läpi asennettu tai se voi myös olla osittain katalysaattorin kaasukanavassa, edullisesti kennon edessä. Keksinnön mukaisia katalysaattoreita 10 voi samassa kaasuputkistossa olla yksi tai useampia.

Keksinnön erään kohteen mukaisesti onttoon liitosvälineeseen voidaan johtaa katalysaattorin säätämiseksi lämmönsiirtoainetta. Lämmönsiirtoaine voi olla kaasua, kuten ilmaa tai pakokaasua, nestettä tai suolaa. Onttoa liitosvälineitä voidaan käyttää lämmönsiirrossa niin jäähdyttämisessä kuin lämmittämisessä. Katalysaattorin ken-15 no ja ontot kiinnitysrakenteet toimivat ikään kuin kaasuvirtaan asennettuna läm-mönvaihtimena.

Onttoon liitosvälineeseen voidaan johtaa esim. pakokaasua ennen tai jälkeen pakokaasun virtaamista katalysaattorin kennon läpi. Tällä tavoin saadaan aikaan hyvin tasainen lämpötila kennoon. Osaa ontoista liitosvälineistä voidaan käyttää kennon 20 jäähdytykseen ja osaa voidaan käyttää lämmitykseen, jolloin katalysaattorin lämpö-Yi tilaa kyetään säätämään erittäin joustavasti jo pakokaasunkin avulla. Keksinnön mukaisella katalysaattorilla koko kaasuputkistoa voidaan käyttää lämmönvaihtime-na ja katalysaattoria voidaan tilanteen mukaan joko lämmittää tai jäähdyttää.

·:··· Onttojen liitosvälineiden käytöstä on olennaista etua, koska katalysaattorissa ei täl- 25 löin tarvita esim. erillisiä ulkopuolisia lämmönsiirtolaitteistoja. Katalysaattorin terminen massa ei myöskään olennaisesti lisäänny verrattuna esim. vastaavaan umpi-; naisilla nauloilla liitettyyn kennoon. Lämmönsiirto kyetäänkin keksinnön mukaisessa YY katalysaattorissa toteuttamaan teknisesti erittäin yksinkertaisesti. Liitosvälineiden käyttö lämmönsiirtolaitteina ei myöskään olennaisesti lisää kaasun virtausvastuksia, j Y 30 jolloin katalysaattorin painehäviö pysyy alhaisena.

Y Katalysaattorin, jonka lämpötila on säädettävissä lämmönsiirtoaineen avulla, ulko- 1 pinnan lämpötila voidaan myös pitää halutuissa arvoissa, jolloin eristeiden ja suoja- :‘ * i levyjen määrää voidaan vähentää.

4 116237

Keksinnön eräänä kohteena on se, että ontot liitosvälineet ovat katalysaattorissa olennaisesti käsiteltävän kaasun virtaussuunnan vastaisia. Onton liitosvälineen ja kaasun välinen lämmönsiirto on tällöin tehokasta, koska onton liitosvälineen ulkopinnan ja sitä vasten viilaavan kaasun välille muodostuu erityisen hyvä lämmönsiir-5 to.

Keksinnön mukaisessa katalysaattorissa ontot liitosvälineet ovat onteloruuveja, joissa on kierrehampaat. Näillä on esim. ontelonauloihin verrattuna moninkertainen lämmönsiirtopinta-ala ja niiden asennus on yksinkertaista, koska ruuvit voidaan kiertää helposti kennon läpi. Ruuvin kierrehampaat toimivat tehokkaina lämmönsiirto topintoina. Kennon foliot kiinnittyvät ruuvien kierrehampaiden väliin tehokkaasti ja folioiden liikkuvuus onkin etenkin rasitustilanteissa selvästi pienempää kuin esim. sileitä nauloja käytettäessä. Kaasu pääsee myös tehokkaasti ohittamaan onteloruu-vin kennossa, jolloin siitä ei aiheudu suurta painehäviötä. Sileää naulaa käytettäessä kaasun virtaus helposti estyy ja samalla myös lämmönsiirto heikkenee.

15 Hammastuksen korkeudella, tiheydellä ja nousukulmalla voidaan vaikuttaa lämmönsiirron tehoon ja kennon mekaaniseen kestävyyteen. Onteloruuvien hammas-tus voi ruuvin eri kohdassa olla erilainen ja osasta ruuvia hammastus voi myös puuttua. Onteloruuvien hammastus voidaan valita niin, että se sopii folioiden keskinäiseen etäisyyteen. Käytettäessä harvaa hammastusta voi hammastuksen korke-20 us olla suuri, jolloin hammastus kattaa suurimman osan ruuvista radiaalisuunnassa. Harva hammastus ei myöskään riko kennorakennetta. Tiheämmällä hammastuksel-:'i'; la kennoa voidaan tukea tehokkaasti ja samalla lisätä lämmönsiirtopintaa.

Ruuvin molemmissa päissä kuoren ulkopuolella ja/tai sisäpuolella voi olla mutteri, *···* jolla voidaan kiristää esim. ohutkuorinen pyöreä-, ovaali- tai race track -muotoinen 25 kenno tiukaksi rakenteeksi. Kuori voi jopa painua hieman kasaan kiristyksessä, mi-kä tukee rakennetta mekaanisesti.

: Liitosväline voi olla myös vain osittain ontto aksiaalisuunnassa, jolloin lämmönsiir- ‘!λ* toaine ei virtaa liitosvälineen läpi vaan se ikään kuin huuhtelee onteloa joko toiselta *” tai molemmilta puolin.

,···. 30 Ontot liitosvälineet voivat toisiinsa nähden eri suuntaisia. Onttojen liitosvälineiden • ‘ asennuspaikka voidaan valita siten, että esim. lämmönsiirto saadaan keskitettyä ’ esim. katalysaattorin kennon etuosaan tai keskiosaan, jolloin lämmönsiirto voidaan \'i kohdistaa kiivaimpaan reaktiovyöhykkeeseen. Liitosvälineet voidaan asentaa esim.

siten, että ne ovat toisiinsa nähden ristissä. Poikkileikkaukseltaan pyöreän kennon 5 116237 liitosvälineet voidaan asentaa toisiinsa nähden vinoon kulmaan, jolloin liitosvälineis-tä muodostuu viuhkamainen lämmönsiirtolaitteisto, jossa lämmönsiirto on radiaali-suunnassa kennon keskellä tehokkainta.

Keksinnön mukaisen katalysaattorin kenno voi olla avoimena pinnoitettu katalyytti-5 rakenne, joka koostuu sileästä ja rypytetystä folioparista. Tällöin kennon lujittamisessa tyypillisesti tarvitaan kennon läpi asettuja nauloja, jotka kiinnitetään hitsaamalla kennon ympärillä olevaan kuoreen.

Erittäin tehokas lämmönsiirto saadaan aikaan keksinnön mukaisessa katalysaattorissa käyttämällä kennossa kaasun virtaussuunnan suhteen vinoon rypytettyä folio-10 nauhaa, jota taitetaan kennoon sopivin välein päällekkäin. Vinoon rypytetyssä rakenteessa aineensiirto ja sitä myöten myös lämmönsiirto on huomattavan tehokasta myös radiaalisuunnassa verrattuna suoriin kennorakenteisiin. Näin ollen kennoon muodostuu kanavaverkosto, jossa aineen- ja lämmönsiirto on tehokasta, mutta jonka rakenteita ei tarvitse hitsata tai juottaa kokoamalla pienistä palasista.

15 Folionauha voidaan ennen kennon kokoamista ja jopa ennen folion rypytystä pinnoittaa suorana foliona. Käyttämällä avointa pinnoitusta ja onttoja liitosvälineitä voidaan käyttää hyvinkin ohutta folionauhaa (esim. 30-80 pm) ja pieniä kanavakokoja (esim. 10-300 reikää per cm2). Onttoja liitosvälineitä voidaan käyttää myös juottamalla tai hitsaamalla valmistetuissa kennoissa parantamaan lämmönsiirtoa ja lu-20 juutta.

*·* * Katalysaattorista saadaan erityisen tehokas, kun siinä on peräkkäin kaksi vinoon : rypytetystä foliosta koottua kennoa, joiden foliot ovat 90°:n kulmassa toisiinsa näh- ·...· den ja myös kennojen liitosvälineet ovat 90°:n kulmassa toisiinsa nähden. Näin saadaan aikaan 3 D -sekoitus, jossa katalysaattorin toiminta on mahdollisimman 25 tehokasta ja myös sen lämmönsiirto on optimaalista. Ontot liitosvälineet voivat lisäksi sijaita aksiaalisesti eri kohdissa kennoa, jolloin kaasu törmää onttoihin liitos- • välineisiin mahdollisimman tehokkaasti.

* I

’··* Kahden peräkkäin asennetun kennon korkeus ja leveys voivat olla oleellisesti erilai- set, esim. toisen kennon leveys voi olla 2-10 x toisen kennon leveys, jolloin kahden 30 kennon yhteen liittäminen aiheuttaa kennon kanavien lisäksi välitilassa tehokkaan • . sekoitusvyöhykkeen. Sekoitusfolioiden asennussuunta voi olla lyhyemmän tai pi demmän sivun suuntainen.

Avoimena pinnoitettu folionauha valmistetaan esim. ruiskuttamalla nauha molemmin puolin pinnoitusmateriaalilla ennen kennon kokoamista. Valmis kennorakenne 6 116237 voidaan toisaalta pinnoittaa esim. upottamalla se katalyyttejä sisältävään lietteeseen.

Katalysaattorin säätämiseen käytettävä aine on ohjattavissa onttoon liitosvälinee-seen erillisen siirtovälineen kautta. Siirtoväline voi olla esim. onton liitosvälineen 5 päähän asennettu putki, putkisto tai suutin. Siirtoväline voi myös olla katalysaattorin kuoren ja kennon osa, jonka kautta katalysaattorin säätämiseen käytettävä aine johdetaan onttoon liitosvälineeseen.

Siirtovälineenä voi toimia esim. katalysaattorin kuoreen tehty kolo, joka voidaan varustaa erillisellä ilmaohjainlevyillä. Ulkoilma ohjautuu tällöin kuoren kolojen kautta 10 onttoihin liitosvälineisiin ja sieltä pois. Katalysaattorista saadaan tällöin teknisesti yksinkertainen ja se on erittäin hyvin jäähtyvä, koska esim. lämmönsiirtoilma pääsee suoraan siirtymään katalysaattorin kuoren läpi. Kolojen ilmaohjainlevyt voidaan muotoilla siten, että ajoneuvon nopeuden kasvaessa onttoihin liitosvälineisiin ohjautuvan ilman määrä kasvaa. Tällöin siis katalysaattorin jäähdytys tehostuu moottorin 15 kierrosnopeuden kasvaessa ja kaasujen lämpötilan noustessa.

Säädettäessä katalysaattorin lämpötilaa voidaan esim. lämmönsiirtonestettä ohjata siirtovälineiden kautta onttoon liitosvälineeseen joko erillisestä nestekierrosta tai se voidaan johtaa esim. ajoneuvon lämmönsiirtojärjestelmästä. Katalysaattorin kennon lämmönsiirrossa käytettävä suola voidaan syöttää omasta erillisestä lämmönsiirto-20 järjestelmästä. Tähän voidaan myös kytkeä sulan suolan kierrätyslaitteisto.

; Onttoon liitosvälineeseen voidaan ohjata esim. ilmaa ajoviiman aiheuttaman pato- paineen avulla ajoneuvon etupäästä. Ilma virtaa tällöin siirtovälineen avulla kataly-saattorin onttoon liitosvälineeseen.

Lämmönsiirtoaine voidaan ontosta liitos välineestä johtaa edelleen siirtovälinettä pit-25 kin ulkoilmaan tai lämmönsiirtoainetta voidaan kierrättää esim. erillisen lämmönsiir-timen kautta takaisin onttoon liitosvälineeseen. Lämmönsiirtoaineeseen siirtynyttä : lämpöä voidaan hyödyntää myös muuten auton toiminnoissa. Erillinen lämmönsiir- «* · rin voi olla myös oleellisesti onton liitosvälineen sisällä. Onton liitosvälineen sisällä voi olla myös lämmitysvastus tai muu lämmönlähde.

• I

• · I

*·;·“ 30 Keksinnön erään kohteen mukaan katalysaattorin toimintaan vaikuttavaa ainetta ·:·: voidaan johtaa käsiteltävän kaasujen joukkoon esim. katalysaattorin sisälle tai kaa- suputkistoon. Osasta ontoista liitosvälineistä esim. lämmönsiirtoaine, kuten ilma, voidaan johtaa esim. katalysaattorin ulkopuolelle ja osasta ontoista liitosvälineistä aine voidaan johtaa esim. pakokaasujen joukkoon.

7 116237

Johdettaessa esim. jäähdytysilmaa pakokaasujen joukkoon voidaan siinä hyödyntää pakokaasujen virtauksen aiheuttamaa alipainetta. Tällöin ontto liitosväline ja jäähdytysilman siirtoväline sovitetaan sellaisiksi, että pakokaasut eivät virtaa onttoon liitosvälineeseen, vaan pakokaasun virtaus aiheuttaa alipaineen, joka imee 5 jäähdytysilmaa siirtovälinettä pitkin onttoon liitosvälineeseen. Tällä järjestelyllä voidaan joissakin tapauksissa korvata puhaltimen tai imurin käyttö. Pakokaasun vir-taussuunta voidaan varmistaa äkillisiä painevaihteluja varten siten, että siirtovälineeseen tai onttoon liitosvälineeseen asennetaan takaiskuventtiili, mikä estää pakokaasun virtauksen siirtovälineeseen.

10 Pakokaasujen joukkoon johdettu jäähdytysilma lisää palamisessa tarvittavan ilman määrää, mistä on hyötyä silloin kun pakokaasun seossuhde on rikas. Mikäli jäähdytetään esim. ΝΟχ-adsorptiokatalysaattoria, jonka perässä on hapetus- tai 3-toimi-katalysaattori, on edullista johtaa jäähdytysilma pakokaasujen joukkoon, jolloin esim. hiilimonoksidi, vety, hiilivedyt, rikkivety ja ammoniakki saadaan tehokkaasti 15 poistettua pakokaasusta. Katalysaattorien välissä johdettu lisäilma muuttaa seoksen laihaksi, jolloin etukatalysaattorissa rikkaalla seossuhteella syntyneet päästöt voidaan poistaa takakatalysaattorissa. Keksinnön mukaisen katalysaattorin takana voi olla myös normaali NOx-adsorptiokatalysaattori tai SCR-katalysaattori, jossa typen oksideja pelkistetään ammoniakilla tai sen johdannaisilla.

20 Keksinnön mukaisen katalysaattorin takana voi olla myös pinnoittamaton tai kata-: lyyttisesti pinnoitettu partikkelierotin, kuten partikkeliloukku. ilmalla ja muilla kataly- saattoriin tai partikkeliloukkuun vaikuttavilla aineilla, kuten voimakkailla hapettimilla, ;'f: voidaan tehostaa noen palamista. Lisäilmalla voidaan nostaa typpidioksidin muo- .···, dostumista, mikä edistää noen palamista.

i t i i i ‘ ' 25 Onton liitosrakenteen kautta voidaan johtaa käsiteltävän kaasun joukkoon paitsi il- maa niin myös muita katalysaattorin vaikuttavia aineita. Tällaisia aineita ovat esim. NOx:n pelkistimet, kuten ammoniakki, urea ja hiilivedyt. Kaasujen joukkoon voidaan i : : ohjata myös esim. nesteitä, kuten pelkistimiä, jotka kennon sisällä haihtuessaan samalla jäähdyttävät sitä.

: \: 30 Keksinnön erään kohteen mukaisesti katalysaattorin toimintaan vaikuttava aine voi- daan johtaa onttoon liitosvälineeseen katalysaattorin tai kaasuputkiston jostakin vaippatilasta. Esim. katalysaattorin lämpötilaa säädettäessä vaippatilaan johdettu i>> . lämmönsiirtoaineen lämpötila saadaan säädettyä joko kylmemmäksi tai kuumem maksi. Vaippatila voi esim. olla kuten katalysaattorin kuoren ja kennon tukiraken- 8 116237 teen välinen vaippatila, katalysaattorin tukirakenteen ja katalysaattorin kuoren välinen vaippatila tai kennon edessä olevan etukartion tai putken vaippatila.

Keksinnön erään kohteen mukaisesti ainevirtaa voidaan tarvittaessa säätää esim. siirtovälineeseen tai onttoon liitosvälineeseen liitetyn säätölaitteen, kuten venttiilin, 5 avulla. Säätölaitteen asentoa voidaan puolestaan säätää esim. kaasuputkistoon, katalysaattoriin, tai katalysaattorin säätämiseen käytettävän aineen putkistoon asennetun mitta-anturin avulla. Mitta-anturilla voidaan mitata esim. lämpötilaa, painetta tai tietyn yhdisteen, kuten typen oksidien, ammoniakin, hiilimonoksidin, rikki-vedyn, vedyn tai hiilivetyjen pitoisuutta kaasussa. Säätölaite voi esim. moottorin 10 käynnistyksen yhteydessä olla täysin kiinni ja pakokaasujen lämpötilan noustessa säätölaitetta säädetään siten, että kennon lämpötila on sen toiminnan ja mekaanisen ja termisen kestävyyden kannalta optimaalista. Koska säätölaite sijaitsee tässä tapauksessa erillään pakokaasusta ja sen läpi virtaa esim. vain ilmaa, ovat sen toimintaedellytykset hyvät.

15 Lämmönsiirtoaineen virtausta voidaan säätää venttiilien lisäksi myös muilla säätölaitteilla, kuten esim. pumpun, puhaltimen tai imurin avulla. Tällaista tekniikkaa voidaan käyttää esim. silloin, kun ajoneuvolla liikutaan alhaisella nopeudella tai pysähdytään äkkiä suuresta nopeudesta, jolloin esim. ajoviiman aiheuttama ilmavirtaus ei ole riittävän tehokas yksin jäähdyttämään katalysaattoria. Myös paikallaan olevissa 20 moottoreissa katalysaattoria voidaan jäähdyttää erillisen pumpun tai puhaltimen avulla tai lämmönsiirtoaineen johtamiseen voidaan käyttää työkoneen moottorin lämmönsiirtolaitteita.

Keksinnön mukaista onttoa liitosvälinettä voidaan käyttää erilaisissa katalysaatto-'···’ reissä. Katalysaattorin kennot voivat olla esim. avoimena ladottuja tai rullattuja, juo- 25 tettuja tai hitsattuja. Kennon muoto voi olla esim. päällekkäin taitettu, päällekkäin :,V ladottu, spiraalimaisesti S-muotoon tai J-muotoon kierretty. Myös kennon materiaali ja kennon kanavien katalyytti voi vaihdella. Edullisesti kennon materiaali on ohutta i metallifoliota. Metallisen kennon hyvä lämmönsiirto tasaa lämpötiloja kennon etu- osassa, vaikka ontto liitosväline olisi kennon keskiosassa.

• · » IV 30 Vaikka keksinnön mukaisessa katalysaattorissa lämmönsiirtopinta-ala on yleensä : ” selvästi pienempi kuin varsinaisissa massiivisissa lämmönsiirtimissä, on jo suhteel- ,V: lisen pienellä lämmönsiirtoaineen virtauksella merkittävästi vaikutus etenkin silloin, . . kun käsiteltävän kaasun lämpötila on korkea. Lämmönsiirto riippuu esim. pakokaa- ’* : sun ja lämmönsiirtoaineen välisestä lämpötilaerosta, lämmönsiirtopinta-alasta sekä 35 virtausmääristä. Esim. ilman ja pakokaasun lämpökapasiteetit ovat olennaisesti 9 116237 samanlaiset, jolloin vähäinen lämpötilan lasku, esim. 50-100 °C saadaan aikaan jo suhteellisen pienellä ilmamäärällä, kun ilman lämpötila nousee 100-500 °C ontoissa liitosvälineissä kennon läpi mennessään.

Keksinnön mukaista katalysaattoria voidaan käyttää esim. kaikkien sellaisten moot-5 toreiden pakokaasujen puhdistamiseen, joissa katalysaattorin säätö on ongelmana.

Se soveltuu käytettäväksi esim. 3-toimikohteissa sekä 2-tahtisten pienkoneiden, dieselmoottoreiden, laihabensiinimoottoreiden (esim. GDI-moottoreiden) ja maa-kaasumoottoreiden tai biokaasumoottoreiden pakokaasujen käsittelyyn. Samaa rakennetta voidaan käyttää myös prosesseissa tai synteeseissä, joissa voidaan käyt-10 tää vastaavanlaisia katalysaattorirakenteita ja joissa katalysaattoria on tarpeen säätää. Keksinnön mukaisella rakenteella avulla voidaan säätää esim. katalysaattorin lämpötila kulloinkin sopivaksi tai lisätä puhdistusprosessin tehostamiseksi tarvittavia aineita.

Keksinnön erityinen kuvaus 15 Seuraavassa keksinnön eräitä sovellutuksia selostetaan yksityiskohtaisesti oheisiin piirustuksiin viittaamalla.

Kuvio 1 esittää katalysaattoria, jossa vinoon rypytetty kenno on liitetty pyöreän katalysaattorin kuoreen onteloruuveilla.

* · * : Kuvio 2 esittää katalysaattoria, jossa vinoon suora kenno on liitetty pyöreän kata- ν’ : 20 lysaattorin kuoreen onteloruuveilla.

• · ·

Kuvio 3 esittää kaasuputkistoon asennettua katalysaattoria, jossa on toistensa • t suhteen erisuuntaisia onteloruuveja.

* I

: Kuviossa 1 katalysaattorin 1 kuoreen 3 on liitetty vinoon rypytetty kenno 2 ontelo- ruuvien 4 avulla. Onteloruuvien 4 sisälle on johdettu lämmönsiirtoainetta 5. Ontelo-j ;·; 25 ruuvien 4 kierrehampaat 7 toimivat tehokkaana lämmönsiirrinpintana ja samalla ne

• * · I

. · , myös tehokkaasti kiinnittävät kennon 3 folioita 9.

:**[: Kuviossa 2 katalysaattorin 2 kuoreen 3 on liitetty suora kenno 6 onteloruuvien 4 avulla. Onteloruuvien 4 sisälle on johdettu lämmönsiirtoainetta 5. Onteloruuvien 4 • * * ’ , kierrehampaat 7 toimivat tehokkaana lämmönsiirrinpintana ja samalla ne myös te- ’ ‘ 30 hokkaasti kiinnittävät kennon 3 folioita 8.

• · >

• * I

• »

Kuviossa 3 pakokaasuputkistoon 68-68' on asennettu katalysaattori 61, jonka kenno 62 on liitetty kuoreen 63 onteloruuvien 64, 64' avulla. Onteloruuvit 64 ja 64' ovat 10 116237 kohtisuorassa toisiaan vastaan. Kennossa 62 on lisäksi sen sisällä ontelonaula 64" tukemassa kennoa ja lisäämässä lämmönsiirtopintaa. Kaasu 67 virtaa katalysaattorin 61 läpi putkesta 68 putkeen 68'. Onteloputkiin 64 voidaan johtaa esim. ilmaa ja onteloputkiin 64' voidaan johtaa esim. käsittelemätöntä kaasua, joka on lämpimäm-5 pää kuin ilma. Tällöin katalysaattori etuosastaan kylmenee ja takaosastaan se puolestaan lämpenee.

· t

I I

I I

» · * a » * * f i a * a a a a t • * » • · a * • I t

Mill

• I

a · * a » a i a a a a · * t * a a i

Ml | I 4 » a t taa a ta a * » » » a ’

I I I

a a a i a « a « laati a a i a a « a > a

Claims (19)

116237

1. Kaasujen käsittelyssä käytettävä katalysaattori, jossa on kenno (2) ja kenno on liitetty katalysaattorin johonkin muuhun osaan liitosvälineen avulla, tunnettu siitä, että liitosväline on yksi tai useampi ontto liitosväline (4), jossa on kierrehampaita 5 (7) kennon (1, 2) folioiden (8, 9) kiinnittämiseksi, ja johon onttoon liitosvälineeseen (4) on johdettavissa aineita katalysaattorin säätämiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen katalysaattori, tunnettu siitä, että ontto liitosväline (4) on olennaisesti pakokaasun virtaussuunnan vastainen.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen katalysaattori, tunnettu siitä, että kaksi 10 tai useampia onttoja liitosvälineitä (84, 84’) ovat toisiinsa nähden eri suuntaisia.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen katalysaattori, tunnettu siitä, että onttoon liitosvälineeseen (84) on liitetty yksi tai useampi siirtoväline (86), kuten putki, putkisto, kanava, suutin, katalysaattorin kuoren osa tai kennon osa, katalysaattorin säätämiseen käytettävän aineen siirtämiseksi katalysaattoriin tai kata- 15 lysaattorista.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen katalysaattori, tunnettu siitä, että ontto liitosväline (105) tai siirtoväline (107) on sellainen, että katalysaattorin säätämiseen käytettävä aine on johdettavissa onteloruuvista (4) käsiteltävän • · « : '.·* kaasun joukkoon katalysaattorin sisälle tai kaasuputkistoon. * ♦ t • « · t · #

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen katalysaattori, tunnettu • # · siitä, että ontossa liitosvälineessä (74) tai siirtovälineessä (79) on virtauksen säätö- • · laite (78), kuten venttiili tai pumppu, katalysaattorin säätöön käytettävän aineen virtauksen säätämiseksi. • · I • · « · ·

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen katalysaattori, tunnettu 2. siitä, että kaasuputkistossa (68), katalysaattorissa (71) tai katalysaattorin säätämi- • · · I .···. seen käytettävän aineen putkistossa on mitta-anturi (77), jonka antaman viestin / avulla virtauksen säätölaite (78) on säädettävissä. « »

8. Menetelmä kaasun käsittelyssä käytettävän katalysaattorin valmistamiseksi, * . tunnettu siitä, että katalysaattorin kenno liitetään katalysaattorin johonkin muuhun .* ’ 30 osaan yhdellä tai useammalla ontolla liitosvälineellä (4), johon on johdettavissa ka- talysaattorin säätämiseen käytettävää ainetta, ja että ontossa liitosvälineessä (4) on kierrehampaita (7) kennon (2, 6) folioiden (8, 9) kiinnittämiseksi. 116237

9. Menetelmä kaasun käsittelyssä käytettävän katalysaattorin, jossa on liitosväli-neellä toisiinsa liitetyt kenno (2) ja kuori (3), toiminnan säätämiseksi, tunnettu siitä, että katalysaattorin kenno on liitetty katalysaattorin johonkin muuhun osaan yhdellä tai useammalla ontolla liitosvälineellä ja että liitosvälineenä on käytetty yhtä tai use- 5 ampaa onttoa liitosvälinettä (4), jossa on kierrehampaita (7) kennon (2, 6) folioiden (8, 9) kiinnittämiseksi, ja liitosvälineeseen (4) johdetaan aineita katalysaattorin säätämiseksi.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalysaattorin säätämiseen käytettävä aine on kaasu, kuten ilma, pakokaasu tai savukaasu, 10 neste tai kaasuuntuva tai nesteeksi muuttuva kiinteä aine.

11. Patenttivaatimuksen 9-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalysaattorin säätämiseen käytettävää ainetta johdetaan katalysaattorin onttoon liitos-välineeseen ajoviiman tai moottorin lämmönsiirtojärjestelmän avulla.

12. Patenttivaatimuksen 9-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kataly-15 saattorin säätämiseen käytettävää ainetta ohjataan onttoon liitosvälineeseen käsiteltävän kaasun virtauksen onttoon liitosvälineeseen aiheuttaman alipaineen avulla.

13. Patenttivaatimuksen 9-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalysaattorin säätämiseen käytettävää ainetta, kuten lämmönsiirtoainetta, kierrätetään , erillisen käsittely-yksikön, kuten lämmönvaihtimen, kautta. • · • · * * * v : 20

14. Patenttivaatimuksen 9-13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kataly- saattona säädetään toimilaitteella, kuten lämmitysvastuksella tai lämmönsiirtimellä, joka on ontossa liitosvälineessä (4) tai onttoon liitosvälineeseen liitetyssä välinees- •« · sä. • · '···' 15. Patenttivaatimuksen 9-14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kataly- 25 saattorin säätämiseen käytettävää ainetta ohjataan ontosta liitosvälineestä (105) j käsiteltävän kaasun joukkoon, kuten katalysaattorin (101’) sisälle tai kaasuputkis- toon. I · | • ·’ 16. Patenttivaatimuksen 15 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalysaat- torin säätämiseen käytettävää ainetta käsitellään katalysaattoriin tai kaasuputkis-30 toon liitetyllä muulla katalysaattorilla, kennolla tai muulla laitteella, kuten hapetuska-: talysaattorilla, 3-toimikatalysaattorilla, NOx-adsorptiokatalysaattorilla, SCR-kataly- saattorilla tai katalyyttisesti pinnoitetulla tai pinnoittamattomalla partikkelierottimella. 116237

17. Patenttivaatimuksen 9-16 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalysaattorin säätämiseen käytettävää ainetta ohjataan onttoihin liitosvälineisiin katalysaattorin ja/tai kaasuputkiston vaippatilasta, kuten katalysaattorin kuoren ja kennon tukirakenteen välisestä vaippatilasta, katalysaattorin tukirakenteen ja katalysaattorin 5 kuoren välisestä vaippatilasta tai kennon edessä olevan etukartion tai putken vaippatilasta.

18. Patenttivaatimuksen 9-17 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että katalysaattorin säätämiseen käytettävän aineen virtausta säädetään säätölaitteen, kuten venttiilin tai pumpun, avulla.

19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että säätölaitet ta ohjataan kaasuputkistoon, katalysaattoriin ja/tai katalysaattorin säätämiseen käytettävän aineen siirtovälineeseen tai putkiston asennetun mitta-anturin antaman viestin avulla.

15 Patentkrav