DE19881673B4 - Katalysator-Trägerkörper mit freiliegenden Wärmeabstrahlungsflächen - Google Patents

Katalysator-Trägerkörper mit freiliegenden Wärmeabstrahlungsflächen Download PDF

Info

Publication number
DE19881673B4
DE19881673B4 DE19881673T DE19881673T DE19881673B4 DE 19881673 B4 DE19881673 B4 DE 19881673B4 DE 19881673 T DE19881673 T DE 19881673T DE 19881673 T DE19881673 T DE 19881673T DE 19881673 B4 DE19881673 B4 DE 19881673B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
carrier body
catalyst carrier
matrix
catalyst
channels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE19881673T
Other languages
English (en)
Other versions
DE19881673D2 (de
Inventor
Robert Diewald
Rolf BRÜCK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH filed Critical Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Priority to DE19881673T priority Critical patent/DE19881673B4/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19881673D2 publication Critical patent/DE19881673D2/de
Publication of DE19881673B4 publication Critical patent/DE19881673B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/945Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific catalyst
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9445Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC]
    • B01D53/9454Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or nitrogen oxides making use of three-way catalysts [TWC] or four-way-catalysts [FWC] characterised by a specific device
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807Metal other than sintered metal
    • F01N3/281Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2892Exhaust flow directors or the like, e.g. upstream of catalytic device
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

Katalysator-Trägerkörper für ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeuges, mit einer Matrix (1), welche eine Vielzahl von Abgas umströmbarer Katalysatorflächen und eine Zuströmfläche (3) und eine Abströmfläche (4) aufweist, wobei die Matrix (1) wabenartig aus zumindest teilweise strukturierten Lagen (6, 7) dünnen Materials gewickelt, geschlungen oder gestapelt ist, deren Katalysatorflächen eine Vielzahl von für Abgas durchströmbaren Kanäle (5) mit Kanalwänden (9) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmfläche (4) eine solche Form hat, dass sie zumindest in ihrem inneren Bereich freiliegende, durch andere Katalysatorflächen (9) nach außen zum Umfang (2) des Katalysator-Trägerkörpers hin nicht abgedeckte Vorderbereiche (8) der Katalysatorflächen (9) aufweist, wodurch die Wärmeabstrahlung nach außen erhöht wird, wobei die freiliegenden Vorderbereiche (8) zumindest in einem Teilbereich der Abströmfläche (4) 55% bis 90% der Länge der Kanäle (5) betragen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Katalysator-Trägerkörper mit den Merkmalen gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Die bekannten Katalysator-Trägerkörper sind in der Regel zu zylindrisch geformten Körpern gewickelt, geschlungen oder zu anderweitig geformten Körpern gelegt bzw. gestapelt. Die eigentliche wabenartige Matrixstruktur entsteht dabei dadurch, daß abwechselnd im wesentlichen glatte Blechlagen und gewellte Blechlagen oder Drähte oder Drahtgitter übereinander gewickelt, übereinander geschlungen oder übereinander gestapelt werden. Die beim Übereinanderschlingen bzw. Übereinanderwickeln der Blechlagen entstehenden im wesentlichen zylindrischen Körper weisen eine Vielzahl von Durchströmkanälen auf, an deren innerer Oberfläche eine die katalytische Reaktion realisierende Substanz aufgebracht ist. Die katalytische Reaktion läuft exotherm ab, so daß die in den einzelnen Kanälen freiwerdende Energie an die entsprechenden. jeweiligen benachbarten Kanäle abgegeben wird. Damit heizen sich die im Inneren des Matrixkörpers befindlichen Kanäle stärker auf als die unmittelbar am Umfang bzw. an der Abströmseite befindlichen Kanäle, von welchen eine Wärmeabstrahlung an die Umgebung bzw. an das Abgassystem, in welchem der Katalysator-Trägerkörper eingebettet ist, erfolgt.
  • In der EP 0 121 175 B1 ist ein Katalysator-Trägerkörper beschrieben, welcher aus konisch wendelförmig gewickelten Blechstreifen aufgebaut ist. Das Verhältnis von der Breite der Blechbänder zur Steigung der Wendel bzw. dem Durchmesser der Matrix des Katalysator-Trägerkörpers ist dabei so gewählt, daß kein Querschnitt durch die Wicklung alle Lagen von Blechbändern schneidet. Das bedeutet, daß die axiale Ausdehnung des so erzeugten hohlkegelartigen Trägerkörpers größer als die zweifache Breite der Blechbänder ist. Diese so ausgebildete Matrix wird im Katalysator so eingebaut, daß die Anströmung über die außenliegende Spitze des kegelförmigen Matrixkörpers erfolgt. Der so ausgebildete Matrixkörper weist eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Dehnungsfreiheit auf. Nachteilig ist, daß die infolge der in dem Matrixkörper ablaufenden exothermen Reaktion freiwerdende Energie lange in den einzelnen Schichten des Katalysator-Trägerkörpers verbleibt, da jeder Abschnitt einer Lage auf der strömungsabgewändten Seite die Energie im wesentlichen vollständig an eine jeweilige benachbarte Lage abgibt. Örtlich erfährt daher der Matrixkörper relativ hohe Temperaturen, was letztlich zu zumindest lokalen Überhitzungen des Trägerkörpers führen kann.
  • Aus der DE 29 05 241 ist eine Trägermatrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen bekannt. Diese ist mit einem gewellten und einem glatten Metallband aufgebaut, das mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen ist. Zur Bereitstellung einer höheren katalytischen Aktivität sind die Kanäle zur Längsachse des Wabenkörpers schräg angeordnet, so dass ein Strömungsdrall entsteht. Zur Verlängerung des Reaktionsweges und zur Integration des Wabenkörpers in gebogene Leitungsabschnitte wird eine teleskopierte Ausführung des Wabenkörpers vorgeschlagen.
  • Ferner ist auch in der EP 0 245 738 A1 ein teleskopartig gestalteter metallischer Katalysator-Trägerkörper beschrieben, wobei dieser eine Tragwand aufweist, um die einzelnen Metallbleche in ihrer Lage innerhalb des Gehäuses zu fixieren.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Katalysator-Trägerkörper zu schaffen, welcher ein verbessertes Wärmeabstrahlungsverhalten von den einzelnen Lagen der Matrix aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Katalysator-Trägerkörper mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
  • Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Gemäß der Erfindung besteht der Katalysator-Trägerkörper, welcher für ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeu ges, vorgesehen ist, aus einer Matrix, welche aus Lagen eines zumindest teilweise strukturierten dünnen Materials besteht. Diese Lagen sind dabei zu einem Paket gewickelt, geschlungen oder gestapelt, so daß im Inneren der Matrix eine Vielzahl von von Abgas umströmbare Katalysatorflächen vorhanden ist. Die Matrix, welche vorzugsweise in einem Mantel angeordnet ist, weist in Durchströmrichtung eine Zuströmfläche und eine Abströmfläche auf. Erfindungsgemäß besitzt die Matrix zumindest im inneren Bereich ihrer Abströmfläche eine vorspringende Form, welche dadurch gebildet ist, daß die Endbereiche einzelner Katalysatorflächen zueinander versetzt angeordnet sind. Dadurch weist die Matrix zumindest in ihrem inneren Bereich freiliegende, durch andere Katalysatorflächen nach außen zum Umfang des Katalysator-Trägerkörpers hin nicht abgedeckte abströmseitige Vorderbereiche der Katalysatorflächen auf. Erfindungsgemäß weisen diese freiliegenden Vorderbereiche der Katalysatorflächen in Richtung auf den Umfang des Katalysator-Trägerkörpers, d.h. sie sind nach außen gerichtet. Unter "nach außen gerichtet" wird in diesem Zusammenhang eine Richtung von einer gedachten, in Durchströmrichtung verlaufenden Achse des Katalysator-Trägerkörpers in Richtung auf den Außenumfang bzw., falls vorhanden, den Mantel verstanden. Für eine verbesserte Wärmeabstrahlung sind möglichst große Vorderbereiche zumindest im inneren Bereich der Abströmfläche vorteilhaft.
  • Ein wesentlicher Vorteil einer so aufgebauten Matrix besteht darin, daß über die nach außen weisenden freiliegenden Vorderbereiche der Katalysatorflächen die infolge der exothermen Reaktion im Inneren des Katalysator-Trägerkörpers freiwerdende Energie direkt an die Umgebung, d.h. an Bereiche des Abgassystems abgegeben wird, welche nicht Bestandteil des Katalysator-Trägerkörpers sind. Es wird somit vermieden, daß die infolge der exothermen Reaktion von den Katalysatorflächen aufgenommene Energie vollständig an benachbarte Katalysatorflächen abgegeben wird. Der Anteil an nicht an benachbarte Katalysatorflächen abgegebener Energie, d.h. an Ener gie, welche direkt an die Umgebung abgestrahlt wird, ist umso höher, je stärker die Vorderbereiche der Katalysatorflächen benachbarter Lagen zueinander versetzt sind, d.h. je größer die freiliegenden Vorderbereiche der Katalysatorflächen sind.
  • Die Matrix ist wabenartig aus zumindest teilweise strukturierten dünnen Blechlagen gewickelt, geschlungen oder gestapelt, so daß eine Vielzahl von von Abgas durchströmbare Kanäle gebildet sind, deren Kanalwände die Katalysatorflächen sind.
  • Dabei weisen die freiliegenden Vorderbereiche der Kanalwände zumindest in einem Teilbereich der Abströmfläche, und zwar je nach Stärke der Teleskopierung, eine Größe bzw. Länge von 55% bis 90% der Länge der Kanäle auf. Das bedeutet, daß einerseits mehr als die Hälfte der Länge der Kanäle mit freiliegenden Seitenwänden versehen sind, und daß demzufolge ausreichend große, nach außen in Richtung auf den Umfang des Katalysator-Trägerkörpers gerichtete Wärmeabgabeflächen der Matrix vorhanden sind. Die Teleskopierung insbesondere des inneren Bereiches der Matrix ist also möglichst groß gewählt. Die Größe, um welche die benachbart zueinander liegenden Kanalwände überlappt sind, wird dabei so gewählt, daß die Matrix. selbst eine ausreichende Festigkeit und entsprechend geforderte Dehnbarkeit gegenüber thermischer Belastung aufweist.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel besitzt die vorspringende Form der Abströmfläche eine im wesentlichen vom Umfang der Matrix in Richtung auf die Achse, d.h. nach innen verlaufende, zumindest abschnittsweise konkave Krümmung, so daß im Bereich der Achse des Katalysator-Trägerkörpers ein fingerartiger Vorsprung im zentralen Bereich ausgebildet ist. Der Vorteil einer derartig ausgebildeten vorspringenden Form besteht darin, daß die Vorderbereiche der Kanalwände umso stärker gegeneinander versetzt sind, je dichter sie zu der Achse des Katalysator-Trägerkörpers angeordnet sind. Letztere sind nämlich der stärksten Energieaufnahme infolge der im Katalysator-Trägerkörper ablaufenden katalytischen Reaktion ausgesetzt und gewährleisten demzufolge bei größeren Vorderbereichen eine bessere Wärmeabstrahlung.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die vorspringende Form durch eine im wesentlichen vom Umfang der Matrix nach innen in Richtung auf die Achse des Katalysator-Trägerkörpers verlaufende, zumindest abschnittsweise konvexe Krümmung gebildet. Durch diese konvexe Krümmung entsteht, wenn diese im wesentlichen kontinuierlich vorgesehen ist, eine domartige Ausstülpung der Abströmfläche des Katalysator-Trägerkörpers.
  • Vorzugsweise ist die vorspringende Form als Teil eines Paraboloids, einer Halbkugel oder eines Ellipsoids- ausgebildet.
  • Es ist jedoch gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel auch möglich, daß die vorspringende Form der Abströmfläche durch konvexe und konkave Krümmungsabschnitte gebildet ist. Die vom Umfang des Katalysator-Trägerkörpers zum Inneren in Richtung auf die Achse sich ändernde Krümmung der Abströmfläche ist vorzugsweise so ausgebildet, daß an Stellen des Katalysator-Trägerkörpers, an welchen infolge der exothermen Reaktion lokale Temperaturspitzen auftreten, eine erhöhte Wärmeabgabe möglich ist, indem in diesen Bereichen mit lokalen Temperaturspitzen die Vorderbereiche der Kanalwände stärker als in anderen Bereichen zueinander versetzt sind.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die vorspringende Form der Abströmfläche zumindest abschnittsweise kegelig oder kegelstumpfförmig ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, daß die Abströmfläche aus mehreren unterschiedlichen kegeligen und/oder kegelstumpfförmigen Abschnitten zusammengesetzt ist.
  • Gemäß noch einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die wabenartige Matrix des Katalysator-Trägerkörpers teleskopiert, so daß die Zuströmfläche im wesentlichen formkongruent zu der vorspringenden Form der Abströmfläche ausgebildet ist. Das bedeutet, daß auf der Zuströmseite freiliegende, durch andere Kanalwände zum Umfang des Katalysator-Trägerkörpers hin nicht abgedeckte Vorderbereiche der Kanalwände vorhanden sind, welche in Richtung auf das Innere des Katalysator-Trägerkörpers, d.h. in Richtung auf die Achse weisen.
  • Vorzugsweise beträgt der Innenbereich der Abströmfläche 5% bis 35% Unter "innerer Bereich" ist dabei der Bereich der Matrix zu verstehen, welcher im Bereich der Durchströmachse der Matrix angeordnet ist. Insbesondere der im Bereich der Durchströmachse des Katalysator-Trägerkörpers angeordnete teleskopierte Bereich der einzelnen Kanäle ist den höchsten thermischen Belastungen ausgesetzt und erfordert daher gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel die größte Wärmeabstrahlungsfläche, d.h. die größten Vorderbereiche der Kanalwände, welche freiliegen.
  • Vorzugsweise sind die einzelnen Lagen, aus welchen die wabenartige Matrix des Katalysator-Trägerkörpers aufgebaut ist, nicht untereinander verbunden. Dadurch kann eine den Einbauverhältnissen eines derartigen erfindungsgemäßen Katalysators entsprechende Teleskopierung vorgenommen werden. Diese Katalysatoren werden auch als sogenannte Billig-Katalysatoren oder B-Katalysatoren bezeichnet.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines oben beschriebenen Katalysator-Trägerkörpers beansprucht, bei welchem eine wabenartige Matrix mit einer Vielzahl von von Abgas durchströmbaren Kanälen aus zumindest teilweise strukturierten Lagen dünnen Materials, welche die Kanalwände bilden, in ein Paket mit einer eine vorspringende Form aufweisenden Abströmfläche so gewickelt, geschlungen oder gestapelt wird, daß zumindest in ihrem inneren Bereich, durch andere Kanalwände nach außen zum Umfang des Katalysator-Trägerkörpers hin, freiliegende nicht abgedeckte Vorderbereiche der Kanalwände gebildet werden, wodurch die Wärmeabstrahlung nach außen in Richtung auf den Umfang des Katalysator-Trägerkörpers erhöht wird. Ein solcher erfindungsgemäßer Katalysator-Trägerkörper kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, daß die einzelnen Lagen eine variierende Breite aufweisen, so daß beispielsweise beim Aufwickeln eine wabenartige Matrix erzeugt wird, welche beispielsweise eine im wesentlichen ebene Zuströmfläche aufweist, bei welcher jedoch auf der Abströmseite die Vorderbereiche der einzelnen Kanalwände so zueinander versetzt sind, daß die Vorderbereiche der im inneren, d.h. zentralen Bereich der wabenartigen Matrix angeordneten Kanäle am weitesten aus einer gedachten Austrittsebene hervorstehen.
  • Erläuternd wird ein Verfahren zum Herstellen eines Katalysator-Trägerkörpers angegeben, bei welchem eine wabenartige Matrix mit einer Vielzahl von für Abgas durchströmbaren Kanälen aus zumindest teilweise strukturierten Lagen dünnen Materials, welche die Kanalwände bilden, in ein Paket mit im wesentlichen parallelen Zuström- und Abströmflächen gewickelt, geschlungen oder gestapelt wird, wobei die Matrix anschließend teleskopiert wird, so daß eine Abströmfläche mit einer vorspringenden Form entsteht, bei welcher zumindest in ihrem inneren Bereich freiliegende, durch andere Kanalwände nach außen zum Umfang des Katalysator-Trägerkörpers hin nicht abgedeckte Vorderbereiche der Kanalwände gebildet werden, wodurch die Wärmeabstrahlung nach außen in Richtung auf den Umfang des Katalysator-Trägerkörpers erhöht wird.
  • Unter "Teleskopieren" wird in diesem Zusammenhang verstanden, daß die einzelnen Lagen, aus welchen die wabenartige Matrix aufgebaut ist, in Richtung der Durchströmrichtung so gegeneinander verschoben werden, daß die im Mittelbereich der Matrix angeordneten Kanalwände vorzugsweise stärker aus einer gedachten Austrittsebene der Matrix herausgeschoben werden als entsprechende, näher am Umfang des Matrixkörpers angeordnete Kanalwände.
  • Gegebenfalls werden die Lagen an ihren Berührungspunkten oder Berührungsflächen entweder nach dem Wickeln oder nach dem Teleskopieren verlötet. Insbesondere bei B-Katalysatoren kann der Schritt des Verlötens jedoch auch entfallen.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert, wobei:
  • 1 eine Seitenansicht eines zylindrisch ausgebildeten Katalysator-Trägerkörpers gemäß dem Stand der Technik zeigt;
  • 2 einen Schnitt senkrecht zur Durchströmrichtung durch den Katalysator-Trägerkörper gemäß 1 zeigt; und
  • 3 die Ausführungsbeispiele a, b, c, d, e der Ausbildung der vorspringenden Form an der Abströmfläche der Matrix eines erfindungsgemäßen Katalysator-Trägerkörpers zeigt.
  • In 1 ist eine Seitenansicht eines Katalysator-Trägerkörpers in einer allgemein bekannten, im wesentlichen zylindrischen Form dargestellt. Der Katalysator-Trägerkörper weist eine wabenartige Matrix 1 mit einer Zuströmfläche 3, in welche ein katalytisch abzureinigender, durch den Doppelpfeil dargestellter Abgasstrom eintritt, eine Abströmfläche 4 und einen Umfang 2 auf. Am Umfang 2 ist ein Mantel vorgesehen, welcher die eigentliche wabenartige Matrix 1 umschließt.
  • In 2 ist ein Querschnitt durch die durch A-A angedeutete Schnittebene durch den Katalysator-Trägerkörper dargestellt. Der Mantel 2 umschließt die wabenartige Matrix, welche durch abwechselndes Aufwickeln von im wesentlichen glatten Blechlagen 6 und gewellten Blechlagen 7 die eigentliche Wabenstruktur schaffen, wobei die Zwischenräume in den gewellten Lagen 7 durchströmbare Kanäle 5 darstellen. Dadurch ist eine Vielzahl derartiger durchströmbarer Kanäle 5 in der wabenartigen Matrix 1 ausgebildet.
  • In 3 sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Gestaltung der vorspringenden Form der Abströmfläche 4 der Matrix 1 des Katalysator-Trägerkörpers dargestellt. Der in 3 links von Ausführungsbeispiel a dargestellte Doppelpfeil stellt die Durchströmrichtung dar. Die vorspringende Form gemäß Ausführungsbeispiel a weist eine vom Umfang der Matrix 1 nach innen in Richtung auf die Längsachse des Katalysator-Trägerkörpers verlaufende kontinuierliche konkave Krümmung auf. Die kontinuierliche konkave Krümmung bildet im Bereich der Längsachse des Katalysator-Trägerkörpers einen fingerartigen Vorsprung. Im zentralen Bereich um die Längsachse des Katalysator-Trägerkörpers sind die einzelnen Kanalwände 9 an der Abströmseite stärker gegeneinander versetzt als am Randbereich, d.h. im Bereich des Umfanges 2 der Matrix 1. Die Krümmung der Abströmfläche 4 stellt somit ein Maß dar, welches den Versatz benachbart zueinander angeordneter Kanalwände 9 der Matrix 1 repräsentiert. Je stärker dieser Versatz ist, umso größer sind die nach außen in Richtung auf den Umfang des Katalysator-Trägerkörpers weisenden freiliegenden Vorderbereiche 8 der Kanalwände 9.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel b gemäß 3 ist die äußere Kontur der vorspringenden Form der Abströmfläche 4 der Matrix 1 des Katalysator-Trägerkörpers durch eine kontinuierlich konvexe Krümmung ausgebildet. Dadurch wird eine domartig ausgebildete Abströmfläche 4 erzeugt, bei welcher die nach außen weisenden Vorderbereiche 8 der Kanalwände 9 umso größer sind, je näher die jeweiligen Kanäle 5 zu dem Umfang der Matrix 1 angeordnet sind.
  • Die Ausführungsbeispiele c, d, e gemäß 3 zeigen vorspringende Formen der Abströmfläche 4 der Matrix 1, welche kegelig (Ausführungsbeispiel c), kegelstumpfförmig (Ausführungsbeispiel d) bzw. aus einem Kegelstumpfabschnitt und einem kegeligen Stück (Ausführungsbeispiel e) zusammengesetzt ausgebildet ist. Bei jedem der Ausführungsbeispiele c, d, e sind wesentliche Teile der Abströmfläche 4 zu einer vorspringenden Form ausgebildet, bei welcher nach außen weisende freiliegende Vorderbereiche 8 der Kanalwände 9 ausgebildet sind.
  • Die in 3 ebenfalls dargestellte Teilvergrößerung des Spitzenbereiches der Kegelform der Abströmfläche 4 des Ausführungsbeispiels c verdeutlicht, daß die einzelnen Blechlagen so gewickelt sind bzw. so gegeneinander verschoben sind, daß jeweils eine aus im wesentlichen gerader Blechlage 6 und gewellter Blechlage 7 gebildete komplette Lage, durch welche die Kanäle 5 mit den jeweiligen Kanalwänden 9 gebildet sind, nach außen weisende, d.h. in Richtung auf den Umfang der Matrix 1 weisende, freiliegende Vorderbereiche 8 aufweisen. Diese freiliegenden Vorderbereiche ermöglichen eine verbesserte Wärmeabstrahlung aus der Matrix 1 heraus, ohne daß die Wärmeabgabe von den einzelnen Kanalwänden 9 an direkt benachbarte Kanalwände 9 erfolgt.
  • Die Ausführungsbeispiele a, b, c, d, e gemäß 3 stellen lediglich Beispiele dar. Die vorspringende Form kann auch aus mehreren kegeligen und/oder kegelstumpfartigen Abschnitten zusammengesetzt sein. Es ist auch möglich, daß die vorspringende Form aus kegeligen, kegelstumpfförmigen und gekrümmten Formen zusammengesetzt ist. Vorzugsweise sind die einzelnen Lagen, aus denen die wabenartige Matrix 1 aufgebaut ist, nicht miteinander verlötet. Dadurch kann der im wesentlichen zu einer zylindrischen Form gewickelte Katalysator-Trägerkörper in eine gewünschte Form der Abströmfläche 4 teleskopiert. werden.
  • Es ist jedoch auch möglich, daß die zu der Matrix 1 zu wickelnden Blechlagen 6, 7 eine variierende Breite aufweisen, so daß entsprechend der Variation der Breite der Blechlagen 6, 7 die gewünschte vorspringende Form der Abströmfläche 4 erzeugt wird. Je nach Anwendungsfall sind die Berührungspunkte bzw. Berührungsflächen der einzelnen Lagen miteinander verlötet.

Claims (8)

  1. Katalysator-Trägerkörper für ein Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeuges, mit einer Matrix (1), welche eine Vielzahl von Abgas umströmbarer Katalysatorflächen und eine Zuströmfläche (3) und eine Abströmfläche (4) aufweist, wobei die Matrix (1) wabenartig aus zumindest teilweise strukturierten Lagen (6, 7) dünnen Materials gewickelt, geschlungen oder gestapelt ist, deren Katalysatorflächen eine Vielzahl von für Abgas durchströmbaren Kanäle (5) mit Kanalwänden (9) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Abströmfläche (4) eine solche Form hat, dass sie zumindest in ihrem inneren Bereich freiliegende, durch andere Katalysatorflächen (9) nach außen zum Umfang (2) des Katalysator-Trägerkörpers hin nicht abgedeckte Vorderbereiche (8) der Katalysatorflächen (9) aufweist, wodurch die Wärmeabstrahlung nach außen erhöht wird, wobei die freiliegenden Vorderbereiche (8) zumindest in einem Teilbereich der Abströmfläche (4) 55% bis 90% der Länge der Kanäle (5) betragen.
  2. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorspringende Form durch eine im wesentlichen vom Umfang der Matrix (1) nach innen verlaufende, zumindest abschnittsweise konkave Krümmung mit einem fingerartigen Vorsprung im zentralen Bereich der Matrix (1) gebildet ist.
  3. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine vorspringende Form durch eine im Wesentlichen vom Umfang der Matrix (1) nach innen verlaufende, zumindest abschnittsweise konvexe Krümmung gebildet ist.
  4. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorspringende Form als Teil eines Paraboloids, einer Halbkugel oder eines Ellipsoids ausgebildet ist.
  5. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorspringende Form durch konvexe und konkave Krümmungsabschnitte gebildet ist.
  6. Katalysator-Trägerkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vorspringende Form zumindest abschnittsweise kegelig oder kegelstumpfförmig ausgebildet ist.
  7. Katalysator-Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuströmfläche (3) im wesentlichen formkongruent zu der vorspringenden Form der Abströmfläche (4) so ausgebildet ist, dass freiliegende, durch andere Kanalwände zum Umfang (2) des Katalysator-Trägerkörpers hin nicht abgedeckte zuströmseitige Vorderbereiche der Kanäle (5) vorhanden sind, welche in Richtung auf das Innere des Katalysator-Trägerkörpers weisen.
  8. Katalysator-Trägerkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Bereich der Abströmfläche (4) 5% bis 35% beträgt.
DE19881673T 1997-11-07 1998-11-04 Katalysator-Trägerkörper mit freiliegenden Wärmeabstrahlungsflächen Expired - Fee Related DE19881673B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19881673T DE19881673B4 (de) 1997-11-07 1998-11-04 Katalysator-Trägerkörper mit freiliegenden Wärmeabstrahlungsflächen

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19749379A DE19749379A1 (de) 1997-11-07 1997-11-07 Katalysator-Trägerkörper mit verbesserter Wärmeabstrahlung
DE19749379.3 1997-11-07
PCT/EP1998/007048 WO1999024700A1 (de) 1997-11-07 1998-11-04 Katalysator-trägerkörper mit freiliegenden wärmeabstrahlungsflächen
DE19881673T DE19881673B4 (de) 1997-11-07 1998-11-04 Katalysator-Trägerkörper mit freiliegenden Wärmeabstrahlungsflächen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19881673D2 DE19881673D2 (de) 2002-11-07
DE19881673B4 true DE19881673B4 (de) 2007-08-02

Family

ID=7848017

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19749379A Ceased DE19749379A1 (de) 1997-11-07 1997-11-07 Katalysator-Trägerkörper mit verbesserter Wärmeabstrahlung
DE19881673T Expired - Fee Related DE19881673B4 (de) 1997-11-07 1998-11-04 Katalysator-Trägerkörper mit freiliegenden Wärmeabstrahlungsflächen

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19749379A Ceased DE19749379A1 (de) 1997-11-07 1997-11-07 Katalysator-Trägerkörper mit verbesserter Wärmeabstrahlung

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6528454B1 (de)
JP (1) JP4278862B2 (de)
KR (1) KR20010031886A (de)
CN (1) CN1098410C (de)
AU (1) AU1158099A (de)
DE (2) DE19749379A1 (de)
RU (1) RU2188325C2 (de)
WO (1) WO1999024700A1 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10020170C1 (de) * 2000-04-25 2001-09-06 Emitec Emissionstechnologie Verfahren zum Entfernen von Rußpartikeln aus einem Abgas und zugehöriges Auffangelement
DE19949568A1 (de) 1999-10-14 2001-04-19 Basf Ag Hydrodynamisch optimierter katalytischer Formkörper
DE10060371A1 (de) * 2000-12-05 2002-06-20 Emitec Emissionstechnologie Reaktor zur partiellen Oxidation
DE102006001831A1 (de) * 2006-01-13 2007-09-20 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung der Partikelanzahl im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine
KR20100052689A (ko) * 2008-11-11 2010-05-20 삼성에스디아이 주식회사 모노리스 촉매 지지체와 그 제조 방법 및 모노리스 촉매 지지체를 구비한 개질기
JP5501632B2 (ja) 2009-02-16 2014-05-28 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
KR102198752B1 (ko) * 2014-07-01 2021-01-06 한국자동차연구원 배기가스 저감장치
RU175170U1 (ru) * 2016-11-07 2017-11-24 Общество с ограниченной ответственностью "Управление регионального сотрудничества" Нейтрализатор автомобиля "шевроле нива" (ваз 2123)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2905241A1 (de) * 1979-02-12 1980-08-14 Bremshey Ag Traegermatrix fuer einen katalytischen reaktor zur abgasreinigung bei brennkraftmaschinen
EP0121175B1 (de) * 1983-03-30 1987-01-21 INTERATOM Gesellschaft mit beschränkter Haftung Katalysator-Trägerkörper für Verbrennungskraftmaschinen aus konisch wendelförmig gewickelten Blechstreifen
EP0245738A1 (de) * 1986-05-12 1987-11-19 INTERATOM Gesellschaft mit beschränkter Haftung Metallischer Wabenkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörper, mit Tragwand und Verfahren zu seiner Herstellung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2552615A (en) * 1948-05-29 1951-05-15 Lawrence F Baltzer Muffler with spiral conical insert
RU2107828C1 (ru) * 1992-04-03 1998-03-27 Эмитек Гезелльшафт Фюр Эмиссионстехнологи Мбх Элемент с сотовой структурой
JP3336035B2 (ja) * 1992-04-27 2002-10-21 臼井国際産業株式会社 金属製ハニカム担体
CA2119604C (en) * 1993-07-29 1997-02-18 Minoru Machida Ceramic honeycomb structural body and catalyst comprising the same
US5512250A (en) * 1994-03-02 1996-04-30 Catalytica, Inc. Catalyst structure employing integral heat exchange

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2905241A1 (de) * 1979-02-12 1980-08-14 Bremshey Ag Traegermatrix fuer einen katalytischen reaktor zur abgasreinigung bei brennkraftmaschinen
EP0121175B1 (de) * 1983-03-30 1987-01-21 INTERATOM Gesellschaft mit beschränkter Haftung Katalysator-Trägerkörper für Verbrennungskraftmaschinen aus konisch wendelförmig gewickelten Blechstreifen
EP0245738A1 (de) * 1986-05-12 1987-11-19 INTERATOM Gesellschaft mit beschränkter Haftung Metallischer Wabenkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörper, mit Tragwand und Verfahren zu seiner Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
KR20010031886A (ko) 2001-04-16
AU1158099A (en) 1999-05-31
WO1999024700A1 (de) 1999-05-20
RU2188325C2 (ru) 2002-08-27
DE19749379A1 (de) 1999-05-20
JP2001522965A (ja) 2001-11-20
CN1098410C (zh) 2003-01-08
DE19881673D2 (de) 2002-11-07
US6528454B1 (en) 2003-03-04
CN1282400A (zh) 2001-01-31
JP4278862B2 (ja) 2009-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0151229B1 (de) Matrix für einen katalytischen Reaktor
EP0845074A1 (de) Katalysator zur verringerung von kohlenwasserstoff in abgasen eines kraftfahrzeuges
EP0635097B1 (de) Konischer wabenkörper
EP0483256A1 (de) Wabenkörper mit internen strömungsleitflächen, insbesondere katalysatorkörper für kraftfahrzeuge.
EP0245738A1 (de) Metallischer Wabenkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörper, mit Tragwand und Verfahren zu seiner Herstellung
DE19881673B4 (de) Katalysator-Trägerkörper mit freiliegenden Wärmeabstrahlungsflächen
EP2285560B1 (de) Metallischer wabenkörper mit definierten verbindungsstellen
EP1467072B1 (de) Flexibles Leitungselement
DE102005045492A1 (de) Wabenkörper mit stirnseitiger Hartlot-Zone
DE60118421T2 (de) Abgaskatalysator, Verfahren zu seiner Herstellung und Halte-und Dichtungsmaterial für Katalysatoren
DE3926072C2 (de) Katalysator zur Abgasreinigung mit elastischen Elementen zum Ausgleich von Längsdehnungen
EP2250352B1 (de) Wabenkörper mit flexibilitätszonen
EP0306705B1 (de) Trägerkörper für die Herstellung eines katalytischen Reaktors zur Abgasreinigung
EP0983425A1 (de) Wabenkörper mit einem system zur vermeidung mechanischer schwingungen
DE19646242C2 (de) Katalytischer Konverter für einen Kleinmotor
DE10226282A1 (de) Nicht-zylindrischer Katalysator-Trägerkörper sowie Werkzeug und Verfahren zu seiner Herstellung
DE3821397C2 (de) Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Verbrennungsmotor-Abgasen
EP0988109B1 (de) Metallischer katalysator-trägerkörper zur reinigung eines abgasstromes, insbesondere von einem kleinmotor
EP1577515B1 (de) Vorrichtung zum Reinigen von Fahrzeugabgasen
DE102005043196A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines ringförmigen Wabenkörpers, sowie ringförmiger Wabenkörper
WO1998034726A2 (de) Wabenkörper mit im inneren eingerahmtem querschnittsbereich, insbesondere für kleinmotoren
DE10009124A1 (de) Katalysator zur Reinigung eines Abgases einer Verbrennungskraftmaschine
WO2021083705A1 (de) Elektrische gasströmungsheizung und fahrzeug
DE19636662B4 (de) Abgaskatalysator für Verbrennungsmotoren
DE10223452A1 (de) Partikelfilter für Abgase von Brennkraftmaschinen

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee