DE2137818B2

DE2137818B2 - Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Fahrzeugabgasen

Info

Publication number: DE2137818B2
Application number: DE2137818A
Authority: DE
Inventors: Harutoki Toyonaka Nakamura (Japan)
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1970-07-30
Filing date: 1971-07-28
Publication date: 1979-10-11
Also published as: US3811845A; NL150193B; GB1355685A; NL7110466A; DE2137818A1; FR2099370A5; DE2137818C3; CA945767A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Fahrzeugabgasen in einer auspufftopfartigen Kammer mittels eines Katalysators, der auf einem Glasfasergewebe aufgebracht ist, das zuvor zur Erhöhung des SiO₂-Gehaltes der Glasfasern mit einer Säure behandelt wurde.

Glasfasergewebe als Träger für katalytisch aktives Material, auch zur Reinigung von Fahrzeugabgasen, ist bereits in der US-PS 3189563 vorgeschlagen worden, die Verwendung dieser bekannten Trägerkatalysatoren ist jedoch auf 600° C nicht überschreitende Reaktionen beschränkt (Spalte 2, Zeilen 63 bis 68), was ihre Lebensdauer je nach den Betriebsbedingungen stark beeinflußt.

Bekannt ist ferner aus der DE-PS 631368 eine Vorrichtung zum Unschädlichmachen der Abgase von Kraftfahrzeugen mittels zweier ineinandergeschachtelter Rohrstücke, von denen das innere Rohr v, dessen mit öffnungen versehene Doppelwände Katalysatoren enthalten, vom zweiten, stirnseitig offenen aber im übrigen gehäuseartigen Rohr mit vollen Wänden umschlossen ist. Dieser bekannten Katalysatorvorrichtung ist im Abgasstrom eine Ejektorvorrichtung zum Ansaugen von Zusatzluft für die Nachverbrennung vorgeschaltet. Das Doppelwandrohr ν ist durch ringartige Trennwände in der Längsrichtung unterteilt, so daß der Katalysator im Inneren der Doppelwand in mehreren, durch Trennwände voneinander abgetrennten, kleinen, zueinander im Abgasstrom parallel geschaltet angeordneten Katalysatoreinheiten vorliegt.

Ausgehend von der eingangs angeführten Vorrichtung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zur Verlängerung der Standzeit der Vorrichtung einer thermischen Desaktivierung des Katalysators wirksam vorzubeugen. Dabei soll sich die Vorrichtung insbesondere auch möglichst einfach fertigen lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur katalytischen Reinigung von Fahrzeugabgasen in einer auspufftopfartigen Kammer mittels eines Katalysators, der auf einem Glasfasergewebe aufgebracht ist, das zuvor zur Erhöhung des SiO₂-Gehaltes der Glasfasern mit einer Säure behandelt wurde, vorgeschlagen, daß der Katalysator im Inneren der Kammer in mindestens zwei durch wärmeleitende Trennwände voneinander abgetrennten, kleinen, zueinander im Abgasstrom parallel geschaltet angeordneten Katalysatoreinheiten aufgewickelt ist. Durch die Verwendung der wärmeleitenden Trennwände läßt sich ein gleichmäßigerer Temperaturanstieg im Katalysator erreichen. Zurückzuführen ist dies darauf, daß die aus Metall bestehenden Trennwände in einer an die erhitzten Katalysatoren angrenzenden Stellung angeordnet sind, so daß durch die Metalltrennwände eine Wärmeverteilung erfolgen kann, wodurch einer übermäßigen örtlichen Temperatursteigerung der Katalysatormassen vorgebeugt wird. Eine örtliche thermische Zerstörung der gegen Übertemperatur empfindlichen Katalysatoren wird in dieser Weise wirksam verhindert. Durch das Aufwickeln der Glasfasergewebe wird die Fertigung der Vorrichtung vereinfacht.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich die Vorrichtung durch eine zylindrische Ausbildung der Kammer aus, durch ein perforiertes Abgaseintrittsrohr, das mit dem Erlaß der Kammer verbunden ist, und durch eine Ringscheibenform der Trennwände auf dem Abgaseintrittsrohr, zwischen denen auf dem Abgaseintrittsrohr der Katalysator zu scheibenförmigen Einheiten aufgewickelt ist. Nach einer weiteren Ausführungsform dadurch, daß die in Richtung des Abgasstromes letzte Trennwand als geschlossene Scheibe ausgebildet ist, die das Abgaseintrittsrohr verschließt, dessen hinter dem Verschluß liegendes Teilstück die gereinigten Abgase aus einem Sammelraum in der Kammer in den Auslaßstutzen übertreten läßt, und nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform durch ein sich konisch in Richtung des Abgasstromes verjüngendes Abgaseintrittsrohr. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt zur Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt zur Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3a einen schematisierten Längsschnitt zur Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3b eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform, wobei ein Teil der Gehäusewand weggebrochen dargestellt ist.

Die üblichen Katalysatormassen bestehen im allgemeinen aus einem sehr porösen Träger in Form von

Tonerde-, Siliciumdioxid- oder Magnesiateilchen, die bei höheren Temperaturen gesintert sind und die mit Platin und mit Metalloxiden, wie beispielsweise Kupfer-, Nickel-, Mangan-, Kobalt- und Eisenoxid, beschichtet sind. Neuerdings wurde jedoch festgestellt, daß bestimmte neu entwickelte Glasfaser-Katalysatormassen für die Abgasreinigung wirksamer sind. Die Träger sind bei diesen Katalysatormassen Maschengeflechte aus Glasfasern oder Glasfasergewebe (nachstehend als »hitzebeständige Glasfasergewebe« bezeichnet), bei denen alle alkalischen Bestandteile der Glasfasern durch Eintauchen des Glasfasermaterials in ein Bad einer starken Säure entfernt sind, so daß der Siliciumdioxidgehait entsprechend höher ist, wobei das Material hierdurch hitzebeständig gemacht und seine Oberfläche stärker aktiviert wird. Auf diesen Träger bringt man nun Platin oder die oben erwähnten Metalloxide auf.

Im Rahmen der erfinderischen Bemühungen wurden umfangreiche Untersuchungen und Experimente durchgeführt, um die bestmögliche Nutzung der Katalysatormasse bei den innerhalb des Gehäuses vonstatten gehenden Reaktionen zu gewährleisten und um darüber hinaus auch sicherzustellen, daß sich die Temperatur der Katalysatormasse durch die von den Abgasen abgegebene Wärme nicht örtlich übermäßig erhöht, wobei auf diesem Wege schließlich Jie Vorrichtungen mit hervorragenden Leistungseigenschaften in der Reinigung von Fahrzeugabgasen geschaffen werden konnten, die nachstehend anhand der FIg. 1 bis 3 b beschrieben werden.

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 gezeigt. Eine Vielzahl von zusammengerollten Katalysatoreinheiten 58 ist in paralleler Anordnung zu bei ■ den Seiten eines Abgaseintrittsrohres 56 vorgesehen, das mit einem Einlaß 51 verbunden ist, der sich von einer Kammer 53 forterstreckt. Die mit den Katalysatoreinheiten 58 in Berührung gebrachten Abgase strömen durch Abgaskanäle 57 in Auslaßrohre 52 und 52' ein, die an ein gemeinsames Rohr angeschlossen sind, das in einen Schalldämpfer überleitet. Die Katalysatoreinheiten 58 sind als Zwischcnlagen zwischen je zv/ei durchlöcherte Metallplatten oder Drahtgeflechte 54 und 55 eingefügt und sind voneinander durch Trennwände 59 geschieden.

Eine in Fig. 2 gezeigte zweite Ausführungsform ist der vorstehend anhand der Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform ähnlich, wobei im Unterschied hierzu jedoch die Querschnittsfläche des zentralen Abgaskanals von einem Einlaß 61 aus in Richtung des hinteren Endes einer Kammer 63 allmählich abnimmt und wobei ferner an diesem hinteren Ende Auslaßrohre 62 und 62' vorgesehen sind, die auch in diesem Fall an ein gemeinsames Rohr angeschlossen sind, das in einen Schalldämpfer überleitet. Die Katalysatoreinheiten 67 sind auch hier wieder als Zwischenlagen zwischen je zwei durchlöcherten Metallplatten oder Drahtgeflechten 64 und 65 eingefügt und sind durch Trennwände 68 voneinander getrennt.

Eine dritte Ausführungsform der Erfindung soll anhand der Fig. I beschrieben werden, da sie im Längsschnitt im wesentlichen der ersten Ausführungsform gleicht. Während bei der ersten Ausführungsform ein kastenförmiges Gehäuse als Kammer vorgesehen ist, weist die dritte Ausführungsform ein zylindrisches Gehäuse als Kammer 53 mit einem Durchmesser von etwa 230 mm auf, wobei die obenerwähnten netzgef !echtartige η Katalyse tnreinhei ten 58 auf ein in der Kammer 53 vorgesehenes durchlöchertes Rohr 54 aufgewickelt sind, das mit dem Einlaß 51 verbunden ist. Die Abgase strömen durch Auslaßrohre 32 und 52' aus der Kammer 53 aus.

Eine vierte Ausführungsform der Erfindung soll unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben werden, da sie im Längsschnitt im wesentlichen der zweiten Ausführungsform gleicht. Ist die Kammer bei der zweiten Ausführungsform kastenförmig ausgebildet, so weist die vierte Ausführungsform eine zylindrische Kammer 63 auf. Der Durchmesser des Abgaseintrittsrohres 65 verringert sich hierbei fortschreitend, wie dies auch beider zweiten Ausführungsform der Fall ist. Die Katalysatoreinheiten 67 und die Trennwände sind jeweils ringförmig ausgebildet. Bei der zweiten und bei der vierten Ausführungsform ist der von einer Katalysatoreinheit eingenommene Raum um so größer, je näher diese am Austrittsende des Gehäuses liegt, doch soll durch die Ausbildung des in der Mitte des Gehäuses vorgesehenen Kanals mit einem sich fortschreitend verringernden Durchmesser primär erreicht werden, daß es nicht zu einem stärkeren Durchsatz der bis zum hinteren Ende des Kanals vorgedrungenen Abgase durch die letzte Katalysatoreinheit oder durch die letzten dieser Einheiten im Vergleich zum Durchsatz durch die vorangehenden Einheiten kommt.

In der folgenden Tabelle 1 sind die Zahl der Katalysatoreinheiten und das jeweilige Gewicht der Katalysatormasse bei der ersten, zweiten, dritten und vierten Ausführungsform angegeben.

Ausführungsform

Tabelle 1

Zahl der
Einheiten

Gesamtgewicht
des Katalysators
in Gramm

1	12	600
2	12	600
3	6	540
u. 4	6	540

Als nächstes soll unter Bezugnahme auf Fig. 3 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. An einer zylindrischen Kammer 73 sind ein Einlaßrohr 71 und ein Auslaßrohr 72 vorgesehen, wobei auf ein in der Kammer 73 angeordnetes durchlöchertes Rohr 78 als Abgaseintrittsrohr netzgeflechtartige Katalysatoreinheiten 77 wie die weiter oben beschriebenen aufgewickelt sind, die durch Trennwände 70 voneinander gesondert sind. Es ist zu beachten, daß die endseitig vorgesehene Trennwand 74 das durchlöcherte Rohr 78 verschließt, so daß die Abgase nicht unmittelbar in das Auslaßrohr 72 einströmen können, ohne vorher die Katalysatoreinheiten 77 passiert zu haben. Zwischen der letzten Trennwand 74 und dem Auslaßrohr 72 ist ein weiteres durchlöchertes Teilstück 75' vorgesehen, so daß die durch die Katalysatoreinheiten 77 hindurchgetretenen Abgase in dieses durchlöcherte Teilstück 75' einströmen, bevor sie in das Auslaßrohr 72 gelangen. Das Gewicht der Katalysatormasse in jeder Einheit beläuft sich auf 120 g und das Gesamtgewicht der Katalysatormasse in den vier Einheiten beträgt also 480 g. Die durch den Einlaß 71 in das Abgaseintrittsrohr 78 eingeströmten Abgase durchströmen die Katalysatoreinheiten 77 und werden dann durch das durchlöcherte Teilstück 75' und das Auslaßrohr 72 einem Schalldämpfer zugeleitet.

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Die zur Behandlung von Abgasen eines gegebenen die einzelnen Katalysatoreinheiten durchströmender

Volu.nens erforderlichen Katalysatormengen sind bei Volumenanteile der Abgase ermöglicht wird. Dei

der erfindungsgemäßen Vorrichtung geringer als bei Temperaturanstieg in den Katalysatoreinheiten fälli

den bekannten Vorrichtungen, wie Versuche mit Pia- daher noch gleichmäßiger aus und eine örtliche ther-

tinkatalysatoren unter Verwendung wärmebeständi- > mische Zerstörung der Katalysatoren wird noch wirk-

ger Glasfasern als Träger gezeigt haben. samer verhindert.

Bei der zweiten und vierten Ausführungsform ver- Bei der dritten, vierten und fünften Ausführungs-

ringert sich der Durchmesser des Abgaseintrittsrohres form sind zylindrische Kammern vorgesehen, so daE

vom Einlaßende fortschreitend in Richtung des Aus- der Fertigungsvorgang vereinfacht und der Herstel-

laßendes, wodurch eine gleichmäßige Verteilung der n> lungsaufwand gesenkt werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur katalytischen Reinigung von Fahrzeugabgasen in einer auspufftopfartigen Kammer mittels eines Katalysators, der auf einem Glasfasergewebe aufgebracht ist, das zuvor zur Erhöhung des SiO₂-Gehaltes der Glasfasern mit einer Säure behandelt wurde, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator im Inneren der Kammer (53, 63, 73) in mindestens zwei durch wärmeleitende Trennwände (59, 68, 70) voneinander abgetrennten, kleinen, zueinander im Abgasstrom parallel geschaltet angeordneten Katalysatoreinheiten (58, 67, 77) aufgewickelt ist.

2. Vorrichtung nach Ansprach 1, gekennzeichnet durch eine zylindrische Ausbildung der Kammer (53,63,73), durch ein perforiertes Abgaseintrittsrohr (56, 65, 75), das mit dem Einlaß (51, 61, 71) der Kammer verbunden ist, und durch ringscheibenförmige Trennwände (59,68,70) auf dem Abgaseintrittsrohr, zwischen denen auf dem Abgaseintrittsrohr der Katalysator zu scheibenförmigen Einheiten (58, 67, 77) aufgewickelt ist (Fig. 1).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung des Abgasstromes letzte Trennwand als geschlossene Scheibe (74) ausgebildet ist, die das Abgaseintrittsrohr (78) verschließt, dessen hinter dem Verschluß liegendes Teilstück (75') die gereinigten Abgase aus einem Sammelraum (79) in der Kammer (73) in den Auslaßstutzen (72) übertreten läßt (Fig. 3 a).

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein sich konisch in Richtung des Abgasstromes verjüngendes Abgaseintrittsrohr (65) (Fig. 2).