CN106536883A - 催化器装置和废气催化器 - Google Patents

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Abstract

一种催化器装置(10)，尤其用于船用柴油内燃机的SCR废气催化器的SCR催化器装置，带有由废气穿流的陶瓷的催化器主体(11)，该催化器主体(11)具有带有基本上矩形的入流侧(13)和基本上矩形的出流侧(14)的基本上方形的轮廓，带有金属的罩壳(12)，该金属的罩壳(12)局部区段地包围催化器主体(11)，带有至少一个支承垫，该至少一个支承垫定位在构造在催化器主体(11)和罩壳(12)之间的间隙(18)中，其中催化器主体(11)的限制入流侧(13)和出流侧(14)的边界或边缘(19)分别具有在210mm和280mm之间的尺寸；并且其中在催化器主体(11)和金属的罩壳(12)之间的间隙(18)垂直于催化器主体(11)的穿流方向(15)观察具有这样的尺寸，即该尺寸根据下面的关系确定：s≤ρ*5，其中s是以mm为单位的间隙的尺寸，并且其中ρ是所述或每个支承垫的以kg/m2表达的密度的无量纲的数值。

Description

催化器装置和废气催化器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的催化器装置。此外本发明涉及一种废气催化器。
背景技术
用于大型发动机例如用于在发电站中的内燃机或也用于船用柴油内燃机的废气催化器典型地具有多个催化器装置，其中每个催化器装置具有非金属的、尤其陶瓷的或由纤维垫(Fasermatte)构建的、由废气穿流的催化器主体以及金属的罩壳，该金属的罩壳局部区段地包围催化器主体。相应的催化器装置的金属的罩壳用于将相应的催化器装置限定地连结到内燃机的废气系统的其他的组件处，那么例如连结到引导废气的线路处。催化器装置的陶瓷的催化器主体(该催化器主体在用于大型发动机的废气催化器中具有带有基本上矩形的入流侧和基本上矩形的出流侧的基本上方形的轮廓)也称为蜂窝或蜂巢并且催化器装置的罩壳也称为罐装壳(Canning)。用于催化器装置的陶瓷的催化器主体通过至少一个支承垫固定在催化器装置的金属的罩壳中，该至少一个支承垫定位在在相应的催化器装置的催化器主体和罩壳之间的间隙中。对于固定式的发电站应用催化器主体能够在没有另外的特别的措施的情况下通过一个或多个支承垫充分地固定在催化器装置的罩壳中。然而尤其对于非固定式的应用(例如对于船用应用或海事应用)存在这样的问题，即催化器装置经受振荡或振动，该振荡或振动能够导致在相应的催化器装置中催化器主体的滑动或甚至能够导致该催化器主体从催化器装置的罩壳松开。
因此存在对于尤其用于船用应用或海事应用的这样的催化器装置的需求，即在该催化器装置中尽管通过振动或振荡引起负载催化器装置的催化器主体仍然能够可靠地保持在催化器装置的罩壳中，而不存在催化器主体的滑动或催化器主体的松开的危险。
发明内容
以此为出发点本发明的任务在于，创造一种新颖的用于废气催化器的催化器装置以及一种带有这样的催化器装置的废气催化器。
本发明通过根据权利要求1所述的催化器装置解决。根据本发明催化器主体的限制入流侧和出流侧的边界或边缘分别具有在210mm和280mm之间的尺寸；其中在催化器主体的边界和金属的罩壳之间的间隙垂直于催化器主体的穿流方向观察具有这样的尺寸，即该尺寸根据下面的关系确定：s≤ρ*5，其中s是以mm为单位的间隙的尺寸，并且其中ρ是所述或每个支承垫的以kg/m2表达的密度的无量纲的数值。本发明的认识是，通过催化器主体的入流侧和出流侧的限定的尺寸并且通过在催化器主体和罩壳之间的间隙的限定的尺寸确定(该尺寸确定取决于所述或每个支承垫的密度)，催化器主体能够在形成催化器装置的情况下特别地有利地容纳在罩壳中，而不存在这样的危险，即由于在运行中出现的振动负载和振荡负载而使催化器主体在罩壳中滑动或从相应的催化器装置的罩壳松开。在此在相应的催化器装置的罩壳中布置有唯一的催化器主体。
根据一种有利的改进方案在催化器主体的边界和金属的罩壳之间的间隙的尺寸根据下面的规定确定：s≤ρ*4，其中所述或每个支承垫的密度为在0.9kg/m2和2.2kg/m2之间。就此能够进一步改善催化器装置的催化器主体在催化器装置的罩壳中的固定。
根据另一有利的改进方案罩壳在垂直于催化器主体的穿流方向延伸的横截面中具有基本上矩形的剖切面，其中罩壳的限制剖切面的平行于催化器主体的限制入流侧和出流侧的边界或边缘伸延的边界或边缘具有在220mm和290mm之间的尺寸，其中罩壳的侧壁垂直于催化器主体的穿流方向具有在0.9mm和2.2mm之间的壁厚度，并且其中垂直于催化器主体的穿流方向的间隙的尺寸为最大8mm，优选地6mm。就此能够进一步改善催化器装置的催化器主体在催化器装置的罩壳中的固定。
根据另一有利的改进方案罩壳在催化器主体的入流侧的区域中并且在催化器主体的出流侧的区域中具有突出部，该突出部至少部分地封闭在催化器主体和罩壳之间的间隙并且该突出部在投影中邻近催化器主体的限制入流侧和出流侧的边界或边缘覆盖入流侧和出流侧。通过该突出部能够进一步改善催化器装置的催化器主体在催化器装置的罩壳中的固定。此外该突出部承担密封功能并且因此改善利用废气穿流催化器装置的催化器主体。该突出部最大具有20mm的宽度，优选地具有7mm到17mm的宽度。
根据本发明的废气催化器在权利要求11中限定。
附图说明
本发明的优选的改进方案从从属权利要求以及随后的描述中得出。本发明的实施例根据图纸更详细地被解释，而不应受限于这些实施例。在此：
图1示出了根据本发明的用于废气催化器的催化器装置的透视图；
图2示出了催化器装置的入流侧的俯视图；
图3示出了图1和2的根据本发明的催化器装置的催化器主体的透视图；并且
图4示出了催化器主体的入流侧的俯视图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于为船用应用或海事应用所用的内燃机的废气催化器的催化器装置以及一种废气催化器。
根据本发明的催化器装置尤其构造为用于船用柴油内燃机的SCR废气催化器的SCR催化器装置。
图1和2示出了根据本发明的催化器装置10的不同的视图，其中催化器装置10具有由废气穿流的陶瓷的催化器主体11，该催化器主体11布置在金属的罩壳12中。在催化器装置10的金属的罩壳12中布置有唯一的陶瓷的催化器主体11。
催化器主体11(该催化器主体11在图3和4中以单独示图的形式示出)具有带有基本上矩形的入流侧13和同样基本上矩形的出流侧14的基本上方形的轮廓。由废气穿流的通道在入流侧13和出流侧14之间延伸，其中催化器主体11的穿流方向在图3中通过箭头15显示。催化器主体11的封闭的侧壁16在催化器主体11的入流侧13和出流侧14之间延伸。
带有基本上方形的轮廓的催化器主体11因此具有四个封闭的侧壁16，该四个封闭的侧壁16在催化器主体11的入流侧13和出流侧14之间延伸，其中不仅入流侧13和出流侧14而且纵向侧16设计成基本上矩形的轮廓。入流侧13和出流侧14使利用废气穿过催化器主体11的在入流侧13和出流侧14之间延伸的通道而穿流催化器主体11成为可能，其中催化器主体11在在入流侧13和出流侧14之间延伸的纵向侧16的区域中封闭。
催化器装置10的金属的罩壳12局部区段地包围催化器主体11，即如此包围使得罩壳12不妨碍利用废气穿流催化器主体11。
那么能够尤其从图1中得出，催化器装置11的罩壳12具有侧壁17，该侧壁17平行于催化器主体11的封闭的侧壁16延伸。在催化器主体11的入流侧13和出流侧14的区域中罩壳12释放催化器主体11。
在催化器装置10的催化器主体11和罩壳12之间构造有间隙18，该间隙18垂直于催化器主体11的穿流方向观察环绕地围绕催化器主体11延伸，从而间隙18构造在催化器主体11的所有四个侧壁16和催化器装置10的罩壳12的邻接的侧壁17之间。
在该间隙18中定位有至少一个在图中未示出的支承垫，以为了在催化器装置10的罩壳12中固定催化器主体11。
在根据本发明的催化器装置10中催化器主体11的限制入流侧13和出流侧14的边界或边缘19分别具有在210mm和280mm之间的尺寸。当所有四个边界或边缘19具有一致的尺寸时，则入流侧13和出流侧14设计成基本上正方形的轮廓。
在催化器主体11和金属的罩壳12(即催化器主体11的侧壁16和罩壳12的侧壁17)之间的间隙18垂直于催化器主体11的穿流方向15观察具有这样的尺寸，即该尺寸根据下面的关系确定：s≤ρ*5，其中s是以mm(毫米)为单位的间隙的尺寸，并且其中ρ是所述或每个支承垫的以kg/m2(千克每平方米)表达的密度的无量纲的数值。优选地在催化器主体11和金属的罩壳12之间的间隙18垂直于催化器主体11的穿流方向15观察根据下面的关系确定尺寸：s≤ρ*4。被插入以用于在罩壳12中固定催化器主体11的所述或每个支承垫的密度优选地为在0.9kg/m2和2.2kg/m2之间。
被插入以用于固定的支承垫优选地具有在50%和70%之间的总纤维份额以及在30%和50%之间的蛭石份额。在总纤维份额处的SiO2份额为至少55%。
由废气穿流的催化器主体11具有这样的长度，即该长度通过在入流侧13和出流侧14之间的间距确定，其中该长度尤其为在500mm和690mm之间，优选地550mm到660mm，极度优选地590mm到630mm。催化器主体11的垂直于在入流侧13和出流侧14处的边界19延伸的边界或边缘20的长度因此处于该范围中。
优选地间隙18的垂直于穿流方向15限定的尺寸在催化器主体11的整个长度上是一致的。然而由于催化器主体11的公差在穿流方向上观察垂直于穿流方向的间隙18的尺寸也能够变化。
特别地优选这样的催化器装置，即该催化器装置的限制入流侧13和出流侧14的边界或边缘19分别具有在210mm和280mm之间、优选地在230和260mm之间的尺寸，并且该催化器装置的限定催化器主体11的长度的边界或边缘20具有在500mm和690mm之间、优选地550mm到660mm、极度优选地590mm到630mm的长度。那么罩壳12具有这样的边界或边缘21，即该边界或边缘21基本上平行于催化器主体11的入流侧13和出流侧14的边界或边缘19延伸并且具有在220mm和290mm之间、优选地240mm到260mm的长度。罩壳12的垂直于罩壳12的边界或边缘21并且基本上平行于催化器主体11的边界或边缘20伸延并且确定罩壳12的长度的边界或边缘22具有在510mm和710mm之间、优选地在590mm和630mm之间的尺寸。
罩壳12的侧壁17垂直于催化器装置10的穿流方向观察具有在0.9mm和2.2mm之间的厚度。
由催化器主体11的侧壁16和罩壳12的侧壁17限定的或限制的间隙18垂直于穿流方向15观察具有最大8mm、优选地最大6mm的尺寸。
催化器装置10的罩壳12(该罩壳12至少在催化器主体11的侧壁16的区域中局部区段地包围催化器装置10的催化器主体11)优选地在朝向催化器主体11的方向上缩进(einziehen)，以为了改善催化器主体11在罩壳12中的固定。由此能够在中间布置有至少一个支承垫的情况下调整在罩壳12和罩壳11之间限定的挤压。
在催化器主体11的长度上观察优选地至少两个垫子定位在间隙18中。
如果在催化器主体11的穿流方向15上观察在间隙18的区段中应当没有支承垫定位在催化器主体11和罩壳12之间时，那么对于重量降低有利的是，在这样的区段中给罩壳12设有凹口，即没有支承垫定位在该区段中。
在示出的优选的实施例中罩壳12在催化器主体11的入流侧13和出流侧14的区域中具有突出部23。
突出部23在入流侧13和出流侧14的区域中至少局部区段地封闭在催化器主体11和罩壳12之间的间隙18并且在投影中局部区段地然而仅仅稍微直接邻近催化器主体11的入流侧13和出流侧14的边界或边缘19覆盖催化器主体11的入流侧13和出流侧14。由此在入流侧13和出流侧14的区域中间隙18能够被密封并且此外能够改善催化器主体11在催化器装置10的罩壳12中的固定。突出部23能够构造为侧壁17的折边。此外可能的是，例如通过焊接将提供突出部23的金属桥接部与侧壁17连接。突出部最大具有20mm的宽度，优选地具有7mm到17mm的宽度。
催化器主体10优选地具有至少0.8mm、优选地至少0.9mm、特别优选地至少1.0mm的外壁厚度，以为了确保足够的机械的稳定性。
催化器主体11的边界或边缘优选地倒圆角，尤其带有小于6mm的半径，优选地带有小于5mm的半径，特别地优选地带有小于4mm的半径。
催化器主体11的内壁厚度(通过该内壁厚度构造流动通道)优选地根据下面的关系确定：
1.75*Y(-0.3)≤dIW≤1.75*Y(-0.4)，
其中dIW是以mm(毫米)为单位的内壁厚度的尺寸，并且其中Y是催化器主体11的以cpsi(每平方英寸的单元数(cells per square inch，有时称为每平方英寸的巢室数))表达的单元密度(Zelldichte，有时称为巢室密度)的无量纲的数值。
催化器主体11的密度为尤其小于550kg/m3，优选地小于500kg/m3，特别优选地小于450kg/m3。
催化器主体11的热膨胀系数优选地处于5.1*10-61/K和7.0*10-61/K之间。
催化器主体11的等静压强度(isostatische Druckfestigkeit)为尤其至少6巴，优选地至少7巴，特别优选地至少8巴。
催化器主体11的自由的穿流横截面(该自由的穿流横截面通过由催化器主体11的可由废气穿流的通道限定的流动横截面和在入流侧13和出流侧14的区域中的催化器主体11的总横截面的比例限定)为至少68%，优选地至少70%，特别地优选地至少73%。
由催化器主体11、罩壳12和至少一个支承垫组成的催化器装置10的总重量为小于40kg，优选地小于30kg，特别地优选地小于26kg。
根据本发明的催化器装置10特别优选地适用于应用为用于船用应用或海事应用的柴油内燃机的SCR废气催化器的SCR催化器装置，但是不限于此，也就是说，根据本发明的催化器装置10也应用于氧化催化器和微粒过滤器。
即使当催化器装置10经受振动负载时，催化器主体11也可靠地保持在催化器装置10的罩壳12中。不存在这样的危险，即催化器主体11在罩壳12中滑动或甚至松开。
如已经提到的那样，根据本发明的催化器装置10包括罩壳12，在该罩壳12中定位有唯一的陶瓷的催化器主体11。因此在根据本发明的催化器装置10中在罩壳中未容纳多个催化器主体，相反地对于每个催化器主体11提供了单独的罩壳12。
根据本发明的废气催化器包括多个如此的催化器装置10。
参考符号列表
10 催化器装置
11 催化器主体
12 罩壳
13 入流侧
14 出流侧
15 穿流方向
16 侧壁
17 侧壁
18 间隙
19 边界/边缘
20 边界/边缘
21 边界/边缘
22 边界/边缘
23 突出部。

Claims (13)

1.一种催化器装置(10)，尤其用于船用柴油内燃机的SCR废气催化器的SCR催化器装置，带有
由废气穿流的、非金属的尤其陶瓷的或含纤维的催化器主体(11)，该催化器主体(11)具有带有基本上矩形的入流侧(13)和基本上矩形的出流侧(14)的基本上方形的轮廓；
金属的罩壳(12)，该金属的罩壳(12)局部区段地包围所述催化器主体(11)；
至少一个支承垫，该至少一个支承垫定位在构造在所述催化器主体(11)和所述罩壳(12)之间的间隙(18)中；
其特征在于，
所述催化器主体(11)的限制所述入流侧(13)和所述出流侧(14)的边界或边缘(19)分别具有在210mm和280mm之间、优选地在230mm和260mm之间的尺寸；
在所述催化器主体(11)和所述金属的罩壳(12)之间的所述间隙(18)垂直于所述催化器主体(11)的穿流方向(15)观察具有这样的尺寸，即该尺寸根据下面的关系确定：s≤ρ*5，其中s是以mm为单位的所述间隙的尺寸，并且其中ρ是所述支承垫的以kg/m2表达的密度的无量纲的数值或是在应用多个支承垫时所述支承垫的平均的密度。
2.根据权利要求1所述的催化器装置，其特征在于，在所述催化器主体(11)和所述金属的罩壳(12)之间的所述间隙(18)垂直于所述催化器主体(11)的穿流方向(15)观察具有这样的尺寸，该尺寸根据下面的关系确定：s≤ρ*4。
3.根据权利要求1或2所述的催化器装置，其特征在于，所述支承垫或每个支承垫的密度为在0.9kg/m2和2.2kg/m2之间。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的催化器装置，其特征在于，所述支承垫或每个支承垫具有在50%和70%之间的总纤维份额以及在30%和50%之间的蛭石份额，该总纤维份额带有在总纤维份额处至少55%的SiO2纤维份额。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的催化器装置，其特征在于，
所述罩壳(12)在垂直于所述催化器主体(11)的穿流方向(15)延伸的横截面中具有基本上矩形的剖切面，其中所述罩壳(12)的限制所述剖切面的平行于所述催化器主体(11)的限制所述入流侧(13)和所述出流侧(14)的边界或边缘(19)伸延的边界或边缘(21)具有在220mm和290mm之间的尺寸，
所述罩壳(12)的侧壁(17)垂直于所述催化器主体(11)的穿流方向(15)具有在0.9mm和2.2mm之间的壁厚度，
垂直于所述催化器主体(11)的穿流方向(15)的所述间隙(18)的尺寸为最大8mm、优选地最大6mm。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的催化器装置，其特征在于，所述罩壳(12)在这样的区段中在朝向所述催化器主体(11)的方向上缩进，即在该区段中在所述罩壳(12)和所述催化器主体(11)之间定位有至少一个支承垫。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的催化器装置，其特征在于，所述罩壳(12)在这样的区段中具有凹口，即在该区段中没有支承垫定位在所述罩壳(12)和所述催化器主体(11)之间。
8. 根据权利要求1到6中任一项所述的催化器装置，其特征在于，所述罩壳(12)在所述催化器主体(11)的所述入流侧(13)的区域中且在所述催化器主体(11)的所述出流侧(14)的区域中具有突出部(23)，该突出部(23)至少部分地封闭在所述催化器主体(11)和所述罩壳(12)之间的间隙(18)并且该突出部(23)在投影中邻近所述催化器主体(11)的限制所述入流侧(13)和所述出流侧(14)的边界或边缘(19)覆盖所述入流侧(13)和所述出流侧(14)。
9.根据权利要求1到7中任一项所述的催化器装置，其特征在于，所述催化器主体(11)
具有至少0.8mm、优选地至少0.9mm、特别优选地至少1.0mm的外壁厚度；
具有带有小于6mm、优选地小于5mm、特别优选地小于4mm的半径的倒圆角的边界或边缘(19,20)；
具有这样的内壁厚度，即该内壁厚度根据下面的关系确定：1.75*Y(-0.3)≤dIW≤1.75*Y(-0.4)，其中dIW是以mm(毫米)为单位的所述内壁厚度的尺寸，并且其中Y是所述催化器主体(11)的以cpsi(每平方英寸的单元数)表达的单元密度的无量纲的数值。
10.根据权利要求1到8中任一项所述的催化器装置，其特征在于，所述催化器主体(11)
具有小于550kg/m3、优选地小于500kg/m3、特别优选地小于450kg/m3的密度；
具有在5.1*10-61/K和7.0*10-61/K之间的热膨胀系数；
具有至少6巴、优选地至少7巴、特别优选地至少8巴的等静压强度；
具有至少68%、优选地至少70%、特别优选地至少73%的自由的穿流横截面。
11.根据权利要求8所述的催化器装置，其特征在于，所述突出部(23)具有最大20mm、优选地7mm到17mm的宽度。
12.根据前述权利要求中任一项所述的催化器装置，其特征在于，所述催化器主体的长度为在500mm和690mm之间、优选地在550mm和660mm之间、极度优选地在590mm和630mm之间。
13.一种废气催化器，带有多个根据权利要求1到12中任一项所述的催化器装置(10)。
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