DE1476505A1

DE1476505A1 - Vorrichtung zur Halterung eines zerbrechlichen keramischen Elements,insbesondere einer keramischen Katalysatorpatrone

Info

Publication number: DE1476505A1
Application number: DE19641476505
Authority: DE
Inventors: Keith Carl D; Teunis Schreuders
Original assignee: Engelhard Industries Inc
Current assignee: Engelhard Industries Inc
Priority date: 1963-02-07
Filing date: 1964-02-07
Publication date: 1969-07-17
Also published as: GB1052106A; US3441382A

Description

Vorrichtung zur Halterung eines zerbrechlichen keramischen Elements, insbesondere einer keramischen Katalysatorpatrone

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Halterung eines zerbrechlichen keramischen Elements in einer Gasleitung und insbesondere eine neuartige keramische Katalysatorpatrone.

Zur Lösung beispielsweise des Problems der Behandlung der Abgase von Brennkraftmaschinen wurde vorgeschlagen, diese Abgase in Gegenwart von Katälysatormaterialien zu behandeln, um die Verbrennung von teilweise oxidierten Kraftetoffbestandteilen, hauptsächlich Kohlenmonoxid, zu vervollständigen, welch letztere in hohem Kasse für die schädlichen Wirkungen von Kraftfahrzeugabgasen verantwortlich sind· Ferner wurde vorgeschlagen, dass geformte keramische Körper, die mit einem katalytischen Material imprägniert oder in anderer Weise mit diesem versehen sind, mit Vorteil zur Lösung des Kraftfahrzeugabgasproblems verwendet werden können, da hierbei gewisse Vorteile erzielt werden· Wenn ein Körper aus einem herkömmlich gestalteten pelletförmigen Katalysator in einer Kraftfahrzeugabgas-

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leitung verwendet wird, entsteht ein Druckabfallproblem, durch daa der Zweck der katalytisehen Behandlung praktisch wieder aufgehoben werden kann, da Rückdrücke in der Abgasleitung erzeugt werden. Die Verwendung von Katalysatorpellets erfordert gewöhnlich auch einen Kontakt der Pellets mit den Metallsieben oder anderen Stützelementen. Gewöhnlich ist bei solchen Vorrichtungen, wenn ein Kontakt zwischen Metall und Katalysator besteht, eine beträchtliche Wärmeisolierung erforderlich, um die durch das Metall bewirkte Wärmeableitung zu vermeiden, welche zu niedrigen Verbrennungstemperaturen, Gasumleitung und Katalysatordeaktivierung führt. Das Vermeiden eines metallischen Kontakts ist bei jeder praktischen Ausführungsform von Vorrichtungen, bei denen ein pelletisierter Katalysator verwendet wird, der durch Siebe oder andere Metallteile gestützt werden muss, praktiseb nsimog .ich.

Es wurde festgestellt, dass ein einteiliges, katalytisch aktives keramisches Element mit verhältnismässig grossen unbehinderten Wegen für die Gasströmung zur katalytiechen Behandlung der Abgase dienen kann, ohne dass eine wesentliche Zunahme des Druckabfalls in der Abgasleitung oder eine Verlängerung der Verweilzeit durch den Katalysator verursacht wird. Für diese verbesserte Gasströmung kann beispielsweise ein im wesentlichen einteiliges, gewelltes keramisches Katalysatorelement verwendet werden, dessen Wellungen für den Durchtritt des Gases wabenförmig angeordnet sind. Die parellelen, benachbarten, in einer Richtung verlaufenden unbehinderten Strömungswege oder Strömungsleitungen in dem wabenförmigen Gebilde können Querschnitte von beliebiger gewünschter Form haben, so dass eine Querströmung zwischen diesen Strömungswegen gewöhnlich verhindert ist oder über im wesentlichen die volle Länge praktisch nicht besteht*

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Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Halterung eines geformten keramischen Elements Bit einem Rahmen aus einem wärmtisolierenden Material. Dieser Rahmen hat in den Vorrichtungen» in denen er verwendet wird, mehrere Funktionen. Vor allem wird natürlich eine Wärmeisolierung zwischen dem einteiligen Katalysatorelement und dem metallischen Katalysatorgehäuse» das in der Abgasleitung vorgesehen ist, erzielt. Der metallische Rahmenteil würde sonst Wärme an die Atmosphäre abstrahlen und Wärme vom Katalysator ableiten. Der Rahmen verhindert in zweierlei Welse den Austritt unbehandelter Abgase in die Atmosphäre. Einmal verhindert er durch die Blockierung des ^irchtritte zwischen dem Ka taly sat or element und dem Gehäuse« daöt. die Abgase nicht mit dent Katalysator in Kontakt kommen. Ferner verhindert die Isolierung dadurch, dass sie dazu beiträgtι das Katalysatorelement auf der Temperatur zu halten, die für die katalytiache Wirkung erforderlich ist, eine Verstopfung, Deaktivierung und den unbehandelten Durchtritt von Gas durch den Katalysator, da ein solches Durchblasen den Zweck der Vorrichtung teilweise zunichte macht, der darin besteht, das Austreten von schädlichen Oasen in die Atmosphäre zu vermeiden oder zumindest auf ein Hlndestmaes herabzusetzen. Aueserden wird durch die Isolierung eine raschere Erhitzung des Katalysators auf seine optimale Betriebstemperatur erreicht.

Der erfindungsgemässe Rahmen umschliesst die Selten des Katalysatorelements im wesentlichen vollständig mit Ausnahme der Gaseinlass- und -Auslassflächen. Er besteht aus einem im wesentlichen starren Material, das für die Gasströmung undurchlässig ist und eine niedrige Wärmeübergangszahl besitzt. Es

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sind viele keramische oder hitzebeständige Oxidmaterialien bekannt, aus denen ein solcher Rahmen hergestellt werden kann, beispielsweise feuerfeste Ziegel» gegossenes Alpha-Aluminiumoxid alt Luft- oder anderen Gastaschen u.dgl.. Sie Dicke des Rahmens-hängt τοη den Wärmeisolierungseigenschaften des Hate* rials ab. Es wird daher eine ausreichende Dicke verwendet» um die Aktivität des ganeen Katalysatorelemente dadurch aufrecht eu erhalten, dass eine Betriebstemperatur von beispielsweise nicht weniger als etwa 200° C beibehalten wird. Ferner müssen die Rahmenteile ausreichend dick sein, um einen Durchtritt von Gas zwischen dem Katalysatorelement und dem Metallgehäuse zu verhindern. Eine bevorzugte Dicke für die Wand des leolierrahmens in einer Abgasbehandlungsanlage für Kraftfahrzeugmotoren, beträgt etwa 6 mm bis etwa 19 mm (etwa 1/4" bis etwa 3/4"). Das geformte Katalysatorelement besitzt einen Film oder einen Oberzug aus einem hitzebeetändigen Metalloxid an der Aus8enflache eines katalytisch inerten hitzebeständigen Materials. Der Film enthält gewöhnlich ein Metall der Platingruppe, wie Ft oder Pd, entweder in metallischem oder oxidiertem Zustand. Die inerte hitzebeständige Stütze bzw. der Träger, auf den der aktive hitzebeständige Metalloxidfilm aufgebracht wird, ist ein fester einteiliger Körper mit einer Vielzahl von unbehinderten durchgehenden öffnungen in der Richtung der gewünschten Strömung und ist in seiner Grosse vorzugsweise so bemessen, dass er zumindest einen Hauptteil der Querschnittsfläche der zu verwendenden Reaktionszone beansprucht. Zweckmassig wird der einteilige Körper so geformt, dass er der Reaktionszone angepasst ist, in welcher er angeordnet werden βoll, wobei eine solche Formgebung in beliebiger herkömmlicher Weise* beispielsweise nach der britischen Patentschrift 882 434 erfolgen kann.

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Die Stütze» bet* der Träger ist aus einem chemisch im wesentlichen inerten, starren» festen Material hergestellt, das seine Porm und Festigkeit bei hohen Temperaturen von beispielsweise 1100° C und höher beibehält. Sas Material hat eine Sichte von etwa 0,45 bis 1*05 g je ecm, vorzugsweise von etwa 0,5 bis 0,9 g je com, und 1st unverglast, d.h. die Oberfläche ist im wesentlichen völlig von kristalliner Form und dadurch gekennzeichnet, dasβ glasartige oder amorphe Maorisen, wie sie beispielsweise in Pörzellanmaterialien gefunden werden, praktisch fehlen. Sie Stütse kann etwas porös sein, jedoch sind ihre Poren so gross, dass sie nicht wesentlich mam Oberflächeninhalt beitragen. Xm allgemeinen liegt die Gesamtoberfläche, d.h. einschliesslieh der Poren der Stütze bzw. des Trägers, zum Unterschied von der scheinbaren Oberfläche, unter etwa 10 m /g, günstiger unter etwa 1 m /g. Sie scheinbare Oberfläche des Trägers, elnschllesslloh der Wände der öffnungen, soll so gross sein, als es mit einem annehmbar niedrigen Rückdruck im Abgassystem vereinbar ist. Gewöhnlich werden bei der Behandlung von Kraftwagenabgasen das Volumen des Katalysators und die scheinbare Oberfläche so eingestellt, dass ein Rückdruck von weniger als etwa 0,70 kg/cm (etwa 10 psi) und vorzugsweise weniger als etwa 0,35 kg/cm (etwa 5 psi) bei maximaler Beschleunigung erhalten wird. Sie scheinbare Oberfläche beträgt oft etwa 0,5 bis 6, vorzugsweise 1 - 2,5 m /1 der Stütze. Saher können die öffnungen durch den Körper von einer beliebigen Form und Grosse sein, die mit der gewünschten scheinbaren Oberfläche vereinbar 1st, und gross genug sein, um den freien Surchtritt der Gase zu ermöglichen, die zur Reaktion gebracht werden sollen, und eine Verstopfung durch Teilchen zu verhindern, die in den Gasen vorhanden sein können, beispielsweise Bleiverbindungen. Sie erwähnten öffnungen sind im allgemeinen

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parallel und erstrecken sich durch die Stütze von der einen Seite zur entgegengesetzten Seite. Pie öffnungen sind voneinander gewöhnlich durch sie begrenzende Wände getrennt und für einen wirksameten Betrieb über im wesentlichen die ganze Fläche bzw. den ganzen Querschnitt der Stütze verteilt, der dem anfänglichen Kontakt mit den Abgasen ausgesetzt ist.

Eine bevorzugte Stütze bzw. ein bevorzugter Träger ist Alpha-Aluminium oxid und in noch höherem Masse bevorzugt ist eine Stütze aus Zlrkon-Mulllt, obwohl auch andere ähnliche chemisch inerte hitzebeständige Materialien verwendet werden können. Beispiele für ein anderes hitzebeständiges Material, das als Stütze oder Träger geeignet ist, sind Sillinanit, Magnesiumsilicate, Zirkon, Fetallt, Spodumen, Oordierit, Aluminiumsilicate u.dgl.

Die Dicke der Schicht bzw. des Films siis dem aktiven hitzebeständigen Metalloxid auf dem Träger verändert sich in Abhängigkeit von dem verwendeten besonderen Oxid, liegt jedoch im allgemeinen innerhalb des Bereiches von etwa' 0,0025 bis 0,127 mm (etwa 0,0001 bis 0,0054")* vorzugsweise etwa 0,0102 bis 0,0254 mm (etwa 0,0004 bis 0,001"). Sie hitzebeständigen Metalloxide, welche den auf die Außenfläche der Stütze bzw. des Trägers aufgebrachten Überzug oder Film bilden, sind gekennzeichnet durch eine poröse Struktur und besitzen ein grosses inneres Forenvolumen und eine grosse.Gesamtfläche. Im allgemeinen beträgt die Gesamtfläche des aktiven hitzebeatändigen Metalloxidfilms mindestens etwa $0 m /g, vorzugsweise mindestens etwa 100 m /g. Solche Oxide werden dadurch hergestellt, dass mindestens teilweise, vorzugsweise im wesentlichen vollständig, die Hydratform des Oxids durch Calcinieren gewöhnlich bei Tempera-

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türen von etwa 150 bis 700° C oder etwas höher dehydratisiert wird. Die bevorzugten aktiven Metalloxidfilme enthalten Glieder der Familie der Gamma- oder aktivierten Aluminiumoxide, welche beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass ein wasserhaltiges Aluminiumoxidgel ausgefällt und dann getrocknet und caloiniert wird, um das Hydratwasser auszutreiben und das aktive Gamma-Aluminiumoxid zu erhalten· Sin besonders bevorzugtes aktives hitzebeständiges Metalloxid wird erhalten durch Trocknen und Calcinieren bei !Temperaturen von etwa 300 bis 700° C eines Gemisches von wasserhaltigen Vorläufer-Aluminiumoxidphasen» von denen das kristalline Trihydrat überwiegt, d.h. das einen überschuss von etwa 50 $> der Gesamtaluminiumhydratmasse enthält, vorzugsweise etwa 65 -95 $> einer oder mehrerer der Trihydratfonnen Gibbsit, Bayerit und Nordstrandit (früher unter der Bezeichnung "Randomit* bekannt), welche durch Hontgenbeugung definiert werden können. Der beträchtliche Rest des Hydrats, d.h. mindestens 5 #t vorzugsweise etwa 5 - 35 #* kann wasserhaltiges amorphes oder Aluminiummonohydrat (Böhmit) sein* Das Calcinieren des wasserhaltigen VorlBufer-Altiminiumoxids wird vorzugsweise so geregelt, dass das erhaltene Gsmraa-Aluminiumoxid Aluminiummonohydrat in einer Menge enthält, die im wesentlichen derjenigen äquivalent ist, die in dem Gemisch der trihydratreiehen wasserhaltigen Vorläufer-Aluminiumoxidphasen ursprünglich vorhanden sind» Andere geeignete aktive Meta3io3d.de sind z.B. aktives oder calciniertes Berylliumoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid_f üühoriumoxid* Siliciumdioxid u. dgl. und Kombinationen von Metalloxiden, wie Boroxid-Aluminiumoxid _t Siliciumdi oxi<*-Aluminiumoxid u.dgl.. Vorzugsweise ist der Film überwiegend aus Oxiden eines oder mehrerer Metalle der Gruppen II, XII und 17 zusammengesetzt, deren Kernladungszahlen 40 nicht überschreiten.

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Bei einem keramischen Katalysatorelement besteht häufig Bruchneigung, so dass seine Lagerung oder Halterung in einem Kraftfahrzeug» das Beanspruchungen durch Mot or schwingungen sowie St üb sen von Fahrbahnunregelmässigkeiten ausgesetzt ist, oft ein Problem darstellt. Die Erfindung gibt ferner forschläge für eine solche Halterung, die ein elastisches Organ zwischen dem geformten keramischen Element und dem Metallgehäuse aufweist, welch letzteres verhältnismässig starr am Motor, am Kraftfahrzeugrahmen oder an einer anderen Quelle der zu behandelnden Gase angebracht 1st. Das elastische Organ kann zwischen dem geformten keramischen Element und dem keramischen Rahmen, zwischen den Metallplatten und dem Halter, oder zwischen den Metallplatten und dem keramischen Rahmen angeordnet werden« Diese Metallplatte en können an mindestens zwei anschllessenden Seiten des kera-

mischen Rahmens vorgesehen werden, um der Befestigungsbeanspruchung des Halters Widerstand zu leisten. Im allgemeinen wird das Katalysatorelement zur waagrechten Anordnung der Strötmmgskanäle gelagert, so dass selbst, wenn ein Riss im Element auftritt, die Teile sich nicht unter der Wirkung ihres Eigengewichts aus ihrer Läge verschieben.

Erfindungsgemäss ist die Verwendung eines oder mehrerer der einteiligen keramischen Katalysatorelemente in einer Abgasleitung vorgesehen. Wenn mehr als ein Element verwendet wird, befinden sich die Elemente in einem festen und bestimmten Verhältnis zueinander und zur Gasströmung· Beispielsweise können die Elemente parallel zur Gasströmung angeordnet sein, um einen ge-

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ringen Druckunterschied sicherzueteilen_t oder in Reihenschaltung, um eine intensivere Behandlung zu eraielen. Im letzteren Falle können Katalyaatoreleraente verwendet werden, die in der Art ihrer katalytischen Aktivität voneinander abweichen* Im allgemeinen kann bei Verwendung für Kraftfahrzeuge die Menge des verwendeten Katalysators durch verschiedene Faktoren des Motorbetriebs, wie Benzin« bzw« Kraftstoffverbrauch, Belastung des Hotors u.dgl., beeinflusst werden« jedoch verändert sich im allgemeinen die örSsse des ssu verwendenden Elementes mit der Srösse dea Kraftfahr&eugmotorsj geraessen in Rammsinheiten des beim Kolbenhub verdrängten Saums fosw. des Hubraums. Die Menge

des Katalysators kann ausreichend sein, um etwa 97 cm bis 1290 cm² (15 - 200 Quadratsoll) der scheinbaren Fläche je 16,4 esr (Kubifceoll) des ftotorhubrauma au erhalten. Für Peraoneitikraftwßgen der in den Vereinigten Staaten von Nordamerika am häufigsten verwendeten Grossen sollten jedoch 129 bis 560 cm (20 - 80 Quadratεoll) vorzugsweise etwa 194 bis 323 cm (30 - 50 Quadratzoll) scheinbare Katalysatorfläche je 16,4 ear (Ktahikssoll) des Motorhubraums vorgesehen werden. Me erfindungsgeiaässe Vorrichtung stellt eine wesentliche Verbesserung ge^enübss⁵ den Psllst-IataXys&torsystemen dar» welch® nach der ÜSA-Patentsehrift 5.024.593 etwa 742 bia 1613 cm² (115 -250 QuadratBoll) Satalysatorflache ^e 16»4 ce^ (Kubikaoll) Motorfeubrainsa, im allgeaieinsB mehr ale 1065 em /16,4 em^y (165 in /-in»⁵) in amerikanischen Personenkraftwagen erfordern.

laelifolgeM wird die Erfindung beispielsweise in Verbindung mit den b&ispielaweisen §S@ißhmmgen näher beschrieben,, und zwar

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Pigur 1 ein« Seitenansicht einer Ströniungaleitung mit einer katalytiscben Patrone, die eine erfindungsgeinä3se Halterung aufweist;

Figur 2 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 2-2 in gigur 1, welche in schema tischer Weis© das Yei'hältnis der Patrone au einem Kraftwagenmotor zeigt?

Figur 3 ©ine.schaubildliche Ansicht der Patrone;

Figur 4 eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 4-4 im Figur 1 %

Figur 5 eine waagrechte Ansicht» teilweise iia Schnitt, einer AbgasLehandlunga&nlage iait einesa Katalysatorelement und einem Auspufftopf und

Figur 6 eine waagrechte Schnitt ansicht ©irisr anderen Abgas sin-•rishtung mit einer erüindungsge&ässen

In den Zeichnungen ist die Stru^ungaleitung 11 an einer beliebigen geeigneten Stelle mit eiaam erweiterten Seil 13 gefomt, day die Katalysatorpatrone 15 enthält» Dies© Patron© eatha.lt dag wirksame keramische El©ii@nt 17» dessen Vorderseite 20 und dessen Rückseite 22 in offener YerMiadung mit der StröüSEingsleitung stehen. Wie ersichtlich* weist dieses einteilige Element unbehinderte Kanäle 23 &iar Gasströmung unmittelbar von der Vorderseite aur Rückseit© auf. Swsckmässig ist die Abgas« leitung oberetremeeitig des Katalysators ait <&&n®r Einrichtung zum Einleiten von Molekularem Sauerstoff von einer äusserea Quelle versehen, um die Oxidation der Abgase au unterstützen.

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Sine solche Einrichtung kann vorzugsweise etwa 3 - 50 i> Luft, besogen auf das Abgasvolumen, einblasen. Ferner kann die Einrichtung so vorgesehen werden, dass Luftvolumen im oberen Teil dieses Bereichs während des Leerlaufs des Fahreeugmotors eingeleitet werden und geringere Volumen während der Beschleunigung und der Reisegeschwindigkeit des Fahreeugs. Gegebenenfalls kann auch eine Anordnung sum Vorwärmen der Luft durch Wärmeaustausch alt einen Motor 24 oder anderen Teilen einer Abgasanlage vorgesehen werden.

Hoe "toten¹¹ Seitenflächen 25 und 27 und die "toten" Flächen und 33 an der Oberseite und an der Unterseite sind von Rahmenteilen 36, 39» 42 und 44 aus keramischen Blöcken bedeckt. Wie ersichtlich, urnechiieseen diese keramischen Blöcke die toten Seiten des Katalysatorelements im wesentlichen vollständig« jedoch kann die Verbindungsstelle «wischen den Seitenteilen und dem Bodenteil ausreichend "lose" sein, damit geringfügig "offene*¹ Verbindungsstellen 45 und 46 .erhalten werden« welche das festsiehen des Rahmens während des Gebrauchs der Vorrichtung ermöglichen» falls das Katalysatorelement etwas schrumpft. Mindestens ewei der aneinander anschllessenden "toten" Seiten des Katalysatorblooks sind vorzugsweise von Metallplatten bedeckt. In der Zeichnung sind dies der Keramikblock-Rahmenteil 36 und der Bodenteil 44» welche von den Metallplatten 43 und 50 bedeckt sind» jedoch können die netallbedeckten Teile entweder ein Seitenteil und der obere oder der untere Block sein oder drei oder vier dieser Teile. Zum Halten der Metallplatten gegen die Keramikblock-Isolierteile können beliebige geeignete Mittel vorgesehen werden, nachdem der Katalysator im Gehäuse angeordnet worden ist, wird der Keramikrahmen «wischen das Katalysatorelement 17 und die metallischen Elemente gebracht,

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um dadurch jeden Eontakt zwischen Metall und Katalysator zu verhindern« .

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, bilden die Bndkappen 52 und 55_S welche einen Teil der Strömungsleitung 11 darstellen, die beiden Seitenteile des Halters. Zum Erzielen einer elastischen Halterung ist bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungeform eine flache Feder 58 vorgesehen, um die Metallplatte 50 von der Bndkappe 52 zu trennen. Die Spannung der Feder 58 bzw· von gegebenenfalls verwendeten gleichwertigen Schraubenfedern .ist durch Schrauben 60, 66 u.s.w. regelbar die die Patrone im Halter sichern, durch den Halter geführt sind und die keramische Vorrichtung fest in ihrer Lage halten, jedoch eine ausreichende Elastizität ermöglichen, um einen Bruch des geformten Elements zu vermeiden, wenn dieses Schwingungen und Stössen ausgesetzt wird. Wie gezeigt, sind die erwähnten Federn in einem Teil des Gehäuses vorgesehen, der von der Strömung des Abgases durch den keramischen Rahmen im wesentlichen abgeschaltet ist, welcher mit enger Fassung im Metallgehäuse sitzt» Bei der Aueführungsform nach Figur 4 wird das elastische Element zwischen dem wirksamen geformten keramischen Element und dem Keramikrahmen verwendet. Bas elastische Element kann in diesem Falle ein Kissen 72 aus einem hitzebeständigen Fasermaterial, wie Aluainiumsilicat, Basalt", Glas oder Asbest, sein, das auf Mindestens zwei "toten" Seiten des keramischen Elements angeordnet ist, nämlich an den entgegengesetzten Seiten der keramischen Hahmenteile, welche die Metallplatten 48 und 50 tragen.

Figur 5 zeigt eine Ausführungeform, bei welcher die Katalysatorpatrone in das gleiche Abteil mit einem Auspufftopf 75 oder

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einer anderen Einrichtung zur Schalldämpfung oder Kühlung' der Abgase eingebaut werden kann. Das katalytisch© Element wird in diesen fällen vorzugsweise oberstromseitig des Auspufftopfes angeordnet.

Bei der Ausfübrungsform nach Figur 6 hat das Katalysatorabteil eine auegeflachte form, um ein längeres Katalysatorelement zu erzielen* Dieses Element kann beispielsweise durch zwei Katalysatorelemente von der Grosse derjenigen» wie sie bei den anderen AusfUhrungaformen vorgesehen sind» gebildet werden, die in Parallelschaltung in der Strömungsleitung in einer einzigen Patrone angeordnet sind. Bei der Ausführungsform nach Figur 6 ergibt die Gestaltung der Katalysatorkammer einen Einlassabschnitt 77 zur tangentialen oder vorbeistreifenden Verteilung der Abgase über die Fläche 20 des Katalysatorelements vor dem Eindringen in dieses sowie einen langgestreckten Auslassabschnitt 80 zum tangentialen oder vorbeistreifenden Sammeln d@s behandelten Abgases.

Die Abschnitte 77 und 80 sind an ihren dem Katalysator abgekehrten Seiten vorzugsweise abgerundet. Vom vorderen oder hinteren Ende eines Kraftfahrzeuges aus gesehen hat die Vorrichtung etwa ein elliptisches Aussehen. Diese Gestaltung mit Krümmungen erhöht die Festigkeit der Anordnung und beseitigt dis Schwäche und die Geräuschbildung, welche für flache Blechkonstruktionen charakteristisch sind. Wie gezeigt» besteht eine Überlappung der Einlass- und Auslassabschnitte 77 und 80, wobei sich das Katalyaatoreleiacnt über die Längs der Überlappung eratrsekt.o Auch bei der letztbeschriebenen Aue führungsform, kann eine Anordnung vorgesehen werden, welche das

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leichte Abnehmen und Auswechseln der gesamten Katalysatoreinheit als Patrone ermöglicht.

Die erfindungsgemässe Katalyaatorvorriehtung ermöglicht eine wirksame Behandlung von Abgasen, ohne dass ein wesentlicher Rückdruck in der Abgasleitung auftritt. Beispielsweise ergab ein Katalysatorelement mit einer Höhe von 15 cm (6^W), einer Breite von 15 cm (ö") und einer Länge von 7,5 cm (3^B) in der Richtung der Gasströmung eingebaut in eins Sammer ähnlich der in Figuren 1 und 2 dargestellten in einer Kraftfahrzeugabgas·» leitung einen Rückdruck von weniger als 0,07 kg/cm (1 psi) bei einer Motordrehsahl von 4000 tJ/sain. unter Strassenlastbedingungen im Vergleich au 0,245 bis 0,63 kg/cm (3_ε5 bis 9 psi) Rückdmck, &@r bei herkömmlichen Kraftfahrseug-Auspufftöpfen erzeugt wird.

Die Vorrichtung nash Figur 8 ist besondere raumsparend und kann in Grossen von nur etwa 20 cm (8") in der Länge (Richtung der Bintrittsgasströmung) bis su etwa 90 em (36") hergestellt werden» wobei die Höhe nicht grosser als etwa 20 em (etwa 8^B) zu sein braucht und gewöhnlich mindestens etwa 5 cm (etwa 2^H) beträgt. Die Breite der in Figur β gezeigten Ausführungsform der Behandlungsvorrichtung, d.h. die Länge ά&τ GasstrSmungskanäle plus der Breite der Einlass- und Auslassabschnitte kann nicht mehr als etwa 40 cm (etwa 16") oder sogar nicht mehr als etwa 25 cm (etwa 10") sein. Eine solehe Vorrichtung hat gewöhnlich eine Breite von mindestens etwa 12,5 cm (etwa 5^E') und vorzugsweise eine Länge von etwa 25 esa bis 75 cm (etwa 10" bis 30") und eine Höhe von 7,5 bis 15 eti (3 bis 6»)« Die Höhe und Breite des Katalysatorelements selbst beträgt bei dieser Ausführungsform im allgemeinen je mindestens etwa 2,5 cm (etwa 1") und

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ist nicht grosser als etwa 15 cm (etwa 6"). Sie maximale Höhe und Breite beträgt gewöhnlich etwa 7,5 ca (etwa 3"). Die Länge des Elements kann zwischen etwa 15 cm und 85 cm (etwa 6" und 34") achwanken und eine Katalysatorpatrone mit einer Länge von etwa 30 cm (etwa 12"), einer Breite von 7_f5 cm (3") und einer Höhe von 7_f5 cm (3ⁿ) ist für die kleineren "Compact-Cars besonders geeignet.

Durch die Verwendung eines keramischen oder eines anderen war-«, «»isolierenden Bahmene um die toten Seiten des Katalysatorelements werden WärmeVerluste durch einen Kontakt des Katalysators mit Metall verhindert und wird ferner die Notwendigkeit veruieden, einen Halter aus besonders teuren korrosionsbeständigen Metallen» wie korrosionsbeständiger Stahl, jsu bauen. Duroh den engen Sits der Isolierung innerhalb des Metallgehäuses wird verhindert* dass das au behandelnde Gas an dem einteiligen geformten keramischen Element vorbeiströmt, ferner kann ein geformtes zerbrechliches keramisches Blement in einen Halter unter Zwischenschaltung eines elastischen Organs zwischen dem Blement und, dem Halter eingebaut werden, wobei vier Seiten des Elements von einem keramischen oder einem anderen hitzebeständigen wärmeisolierenden Rahmen umschlossen sind und Haltemittel, s.B· Schrauben, verwendet werden» die durch den Halter geführt sind, um auf Metallplatten, welche mindestens zwei benachbarte Seiten des Rahmens bedecken, einen Druck su Übertragen, der ausreicht, das elastische Organ unter Spannung «u setzen. Ferner kann, wie sich aus dem vorangehenden ergibt, ein keramisches Element mit katalytlachen Eigenschaften so angeordnet werden, dass es sur Verwendung in einer Abgasleitung rasch auswechselbar ist, indem die toten Seiten des Elements durch den keramischen Rahmen eingeschlossen sind. Die den keramischen

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Rahmen bildenden Teile können durch beliebige mechanische Mittel, Klebstoffe od. dgl« zusammengehalten werden, welche der Wirkung hoher Temperaturen Widerstand leisten können, vorzugsweise jedoch eine geringe Elastizität zulassen. Die ausbaubare Patrone umfasst vorzugsweise ein hitsebeständiges elaetiecb.es Organ, beispielsweise Metallfedern, an der Aussenaeite der Metallplatten oder eine "Piberfrax^-Polsterung zwischen dem keramischen Rahmen und dem katalytisehen Element.

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Claims

U76505 -fr Engelhard Industries» Inc. B-793/E 26 367 Patentansprüche

1. Vorrichtung zur katalytischen Verbrennung von Abgasen, in welcher ein keramisches Katalysatorelement zwischen dem Einlass und Auslass einer Leitung für die Abgase liegt* dadurch gekennzeichnet, dass die das Katalysatorelement gegenüber dem metallischen Gehäuse wärmeisolierenden keramischen Isolierteile (36,39*^2^44) an ihren benachbarten Enden mit einem Spiel aneinandergrenzen, welches eine Nachstellbewegung angrenzender IsolierteiIe gegeneinander zulässt, und dass an mindestens zwei benachbarten Seiten des Gehäuses ein elastisches Element zwischen dem aus einem einzigen Block bestehenden Katalysatorelement (17) und dem Gehäuse angeordnet ist, um eine Nachstellung der Isolierteile bei einem Schrumpfen des Katalysatorelements zu ermöglichen«,

2» .vorrichtung- nach Anspruch 1, dadurch geKenjfiaeichnefc, dass das elastische Element aus einer #eder (53) besteht, deren Spannung durch eine in der Gehäosewand sitzend« Einstellschraube (60) regelbar ist» und die ]?ea©r unter Zwischenschaltung einer Metallplatte (50) am Katalysatorelement angreifte

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leue Unterlagen (Art. 7 ₈1 au,. 2 u., 1 satz 3 des fatorunm. v. 4.9. ·

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3ο Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Slernent aus einem Kissen aus hitzebeständigem Easermaterial besteht, und dass die auf das Kissen ausgeübte Pressung durch Einstellschrauben (60), welche über eine Metallplatte (48) am Katalysatorelement angreifen» verstellbar ist.

4ο Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element zwischen den keramischen Isolierteilen und dem latalyaatorelement liegt₀

5· Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element zwiechen der Metallplatte (4-8) und dem keramischen Isolierteil (36) liegt*

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