DE2160965B2 - Reaktor für Nachverbrennung der Auspuffgase einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Reaktoren der im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. In solchen Reaktoren werden mittels zusätzlich eingeführter Luft die verunreinigenden Bestandteile, wie Kohlenmonoxyd und unverbrannte Kohlenwasserstoffe, sofort verbrannt.

Die Innenwände solcher Reaktoren werden im Betrieb weit mehr erhitzt und daher weit mehr gedehnt als die Außenwand; sie müssen daher, um den Wärmedehnungen folgen zu können und nicht übermäßig beansprucht und gar zerbrochen zu werden, allseits wärmebeweglich gehalten werden.

Dieses Problem ist ganz allgemein bei Auspuffschalldämpfern von Brennkraftmaschinen mit konzentrisch ineinander angeordneten Wänden bekannt.

Bekannte Schalldämpfer und Reaktoren (deutsche Patentschrift 1 206 658, deutsche Offenlegungsschrift 1476 636, deutsches Gebrauchsmuster 1826 239, USA.-Patentschrift 2 259 516) können von den durch Temperaturschwankungen erzeugten Maßunterschieden zwischen Innenwand und Außenwand nur Längenunterschiede, nicht Durchmesserunterschiede, zwanglos aufnehmen.

Ein anderer bekannter Reaktor, und zwar Reaktor mit Eintrittsstutzen der im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 genannten Art (USA.-Patentschrift 3 413 803), kann freilich Durchmesserunterschiede zwischen Innenwand und Außenwand aufnehmen, nämlich dadurch, daß das Innengehäuse an seinen Enden durch axiale Gleitzapfen (so dort Abb. 1) oder durch nicht näher angegebene radiale Abstandhalter (so dort Legende der Abb. 3 in Sj.^lte6, Zeile 6) zentrisch gehalten ist und daß die Eintrittsstutzen, die zum Anschluß an die Auspuffleitungen der Brennkraftmaschine bestimmt und im Außengehäuse starr befestigt sind, durch je ein Rohr fortgesetzt sind, das im Innengehäuse starr befestigt ist und im Eintrittsstutzen mit Gleitsitz, also mit zur Achse des Reaktors radialer Beweglichkeit geführt ist; da dieser Gleitsitz den Stutzen in Richtung der Reaktorachse nur geringes Spiel bietet, müssen sich hei großen Längsdehnungen des Innengehäuses die in den Stutzen sitzenden Rohre schiefstellen, zu welchem Zweck die Stutzen innen kegelig gestaltet sind. Dieses Schiefstellen, also diese Verformung des Innengehäuses und der Rohre beansprucht den Werkstoff und gefährdet den Reaktor.

Die Erfindung soll diese Gefahr und diese Bauart vermeiden. Sie geht davon aus, daß die Stutzen nicht starr mit der Innenwand verbunden, sondern mit Spiel durch die Innenwand (wenn nur eine Innen-

wand vorhanden ist) oder durch jede Innenwand (wenn mehrere Innenwände vorhanden sind) hindurchgeführt sind. Dann ist ein anderes Mittel nötig, um das bzw. die Innengehäuse geg,:n Verschiebung in Achsrichtung festzuhalten. Eh·, solches Mittel wird durch die Erfindung geliefert. Dieses Mittel besteht in der im Anspruch 1 als das Kennzeichen der Erfindung genannten Maßnahme.

Diese Bauart hat die Vorteile, das bzw. die Innengehäuse erstens genau und eindeutig gegen Verschiebung in Längsrichtung zu fixieren und zweitens genau mit größter radialer Nachgiebigkeit und daher geringster Wei kstoffbeanspruchung — dies, weil die Befestigungspunkte gestaffelt, nämlich in Umfangsrichtung gestaffelt sind, also in Umfangsrichtung große Biegezange zwischen den Befestigungspunkten vorhanden sind — radial zu zentrieren.

Zwei Ausführungsbeispiele der E.findung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsoemäßcn Reaktors im Längsschnitt,

F - g. 2 dieselbe im Querschnitt entlang der Linie 2-2 derFig. 1,

F i g. 3 dieselbe im Querschnitt entlang der Linie 3-3 der F i g. 1,

F i g. 4 bis 6 eine zweite Ausführungsform in Schnitten entsprechend demjenigen der Fig. 1 bis3.

Tn der in Fig. 1 bis3 dargestellten ersten Ausführunasform hat der erfindungsgemäße Nach .'erbrenniiim^-Reaktor drei konzentrische rohrförmige Wände 1,2 und 3 mit der Achse X-X.

An die Außenwand 1 sind Stutzen 3 angeschweißt, die in Flanschen 5 enden, die an die Auspufföffnungen der Zylinder eines (nicht dargestellten) herkömmlichen Verbrennungsmotors angeschlossen werden. Im Innern der Stutzen 4 sind Rohre 6 angeschweißt, die sich mit Spiel durch Öffnungen 7 und 8 der Zwischenwand 2 und der Innenwand 3 erstrekken.

In dem in F i g. 2 gezeigten Querschnitt durch die Mitte des Reaktors weist die Wand 1 Eindellungen 9 auf. die Ausdellungen 10 der Wand 2 anliegen und zur Verbindung der beiden Wände 1 und 2 durch Schweißpunkte 11 dienen. In demselben Querschnitt sind Eindellungen 12 der Wand 2 und radial Ausdelhingen 13 der Wand 3 angeordnet, an denen die Wände 2 und 3 durch Schweißpunkte 14 miteinander verbunden sind. Die Schweißpunkte 11 und 12 sind gegeneinander versetzt angeordnet, etwa auf den Ekken zweier Quadrate, die eine gemeinseme Mitte habon. aber um 45° gegeneinander verdreht sind.

An jedem Ende ist die Wand 3 an ihrem Rand mit einem Deckel 15 verschweißt, der einen zylindrischen Teil 15« aufweist, der verschiebbar in einem Deckel 16 gelagert ist, welcher mit seinem zylindrischen Rand 16 a an den Endrand der Außenwand 1 angeschweißt ist. Ferner ist an jedem Ende die Zwischenwand 2 zu radialen Vorsprüngen 17 verformt, mit denen sie im Inneren der Wand 1 verschiebbar gehalten ist.

Die konzentrischen Rohre 1,2,3 umschließen einen Innenraum/, einen Zwischenringraum // und einen Außenringraum ///. Die Räume / und // sind durch Öffnungen 18 der Wand 3 miteinander verbunden.

Die Außenwand 1 weist an ihrem unteren Teil eine Ausgangsöffnung 19 auf, an die eine Leitung 20 für den Austritt der nachverbrannten Gase angeschlos-

sen ist. Durch Öffnungen 21 in jedem Stutzen 4 kann in bekannter Weise Zusatzluft eingeführt werden, die die Nachverbrennung der Auspuffgase des Motors sichern soll.

Wie ersichtlich, ist an der Wand 1 um jeden Stutzen 4 herum eine Sicke 22 ausgebildet; diese Sicken erlauben eine leichte Winkelverstellung der Stutzen und erleichtern den Anschluß der Flanschen 5 an den Motor und die Verformungen, die durch Dehnungen hervorgerufen werden.

Wenn der Motor arbeitet, folgen die Auspuffgase dem in F i g. 1 durch die Pfeile gezeigten Weg. Sie kommen aus den Brennräumen des Motors durch die Stutzen 6, strömen durch den Raum /- danach durch die Löcher 18 in den Ringraum // und von dort um die Enden der Zwischenwand 2 herum in den Raum ///. Die Gase entweichen dann durch die Leitung 20. Ein kleiner Teil der in den Raum/ eingeflossenen Gase strömt durch die die Rohre 6 umgebende Spalte 8 in den Raum // und danach in den Raum ///. Die Nachverbrennungs-Reaktion erfolgt hauptsächlich im Innenraum 1 des Reaktors; dadurch wird die Wand 3 auf sehr hohe Temperatur erhitzt, während die weiter entfernte und von der Außenluft berührte Wand 1 niedrige Temperatur hat. Dadurch entstehen beträchtliche Dehnungsunterschiede zwischen den Wänden; aber diese können, da die Wände nur in der Mittel-Querebene aneinander befestigt sind, ohne Längsbeanspruchung und, wei! die in F i g. 2 erkennbare gestaffelte Anordnung der Schweißpunkte 11 und 14 eine gewisse Schwankung des Abstands dieser Schweißpunkte von der Achse zuläßt, ohne Querbeanspruchung erfolgen. Der Umstand, daß zwischen den Rohren 6 einerseits und der Zwischenwand 2 und Innenwand 3 andererseits ein Spiel vorhanden ist, verhindert solche Beanspruchungen auch am Ort der Anschlußrohre.

Die Form der Deckel 15 und 16 erfüllt drei Aufgaben: erstens Abschluß an die Enden der Wände 1 und 3, zweitens Zentrierung der Wand 3 in der Wand 1, drittens Bildung eines Gaspolsters in den Räumen 23, das den Übergang zwisi.ien der hohen Innentemperatur des Innenraums und der wesentlich niedrigeren Temperatur der Umgebungsluft mildert und auch Wärmeverluste des Innenraums, die die Ergiebigkeit der Verbrennung mindern würden.

Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß F i g. 4 bis 6 ist die allgemeine Anordnung die gleiche, jedoch mit dem Unterschied, daß die Befestigung zwischen den Wänden 31, 32, 33 in Mittel-Querschnitt nicht durch Vorsprünge, die durch Verformung der Wände gebildet sind, sondern durch Hütchen 34 bewirkt ist, die auf die Wände aufgeschweißt und ebenfalls gestaffelt angeordnet sind. Diese Hütchen könnten natürlich durch einfache Füße von z. B. U- oder S-Form ersetzt werden.

F i g. 4 zeigt auch zusätzliche ringförmige Sicken 35 in der Wandl. Diese Sicken verringern noch mehr die Beanspruchungen, die in der Wand in der Nähe der Stutzen 36 durch die äußeren Anschlüsse mittels der Flanschen 37 entstehen könnten.

Auch diese zweite Ausführungsform hat dieselbe Wirkungsweise und dieselben Vorteile wie die erste, nämlich im wesentlichen Fehlen von Beanspruchungen durch Temperatur- und Dehnungsunterschiede, insbesondere dank der Art der Verbindung der konzentrischen Wände miteinander durch gestaffelt angeordnete Punkte, ferner dank dem zwischen den

Einströmrohren einerseits und der Innenwand und der Zwischenwand andererseits vorgesehenen Spiel, weiterhin dank der gleitenden Führung zwischen den Enden der Wände und dank dem Vorhandensein von Gaspolstern an den genannten Enden.

Alle diese Merkmale wirken zum gleichen Ergebnis zusammen. Sie lassen sich in mancherlei Weise abwandeln, was die Form der einzelnen Bauteile, die Anzahl und Anordnung der Befestigungspunkte, deren Versetzung in Umfangsrichtung mehr oder weniger regelmäßig sein kann, ferner in der Form des Strömungswegs der behandelten Gase usw.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Reaktor für die Behandlung, insbesondere Nachverbrennung der Auspuffgase einer Brennkraftmaschine mit mehreren konzentrischen Wänden, die miteinander in Verbindung stehende Räume begrenzen, ferner mit Eintrittsstutzen, die in den Innenraum münden und zum Anschluß an die Auspuffleitungen bestimmt sind und die fest mit der Außenwand verbunden sind und sich mit Spiel durch öffnungen der oder jeder Innenwand erstrecken, sowie mit mindestens einer Austrittsrohrleitung, die von einem anderen der Räume ausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (1,2,3; 31, 32, 33) paarweise mitein^ ander in der in der Mitte des Reaktors liegenden Querebene an von einem Wändepaar zum anderen Wändepaar gestaffelt angeordneten Befesti- so gungspunkten (11, 14) fest verbunden und an ihren Enden, wie an sich bekannt, durch Giehführungen (15a, 16a) gehalten sind (Fig. 1,2,3; F ig. 4,5,6).

2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- »5 zeichnet, daß jede von zwei einander benachbarten Wänden mit vorspringenden, zur anderen Wand hin gerichteten Teilen (9, 10; 12, 13) versehen ist und die Wände an den Gipfeln dieser Vorsprünge aneinander befestigt sind (Fig. 1,2,3).

3. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wand angesetzte Teile (34), z.B. Hütchen oder U- oder S-förmige Füße, trägt und die Befestigungspunkte auf den Gipfeln dieser Teile angeordnet sind (F ig. 4,5,6).

4. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungspunkte auf den Ecken zweier Quadrate von ge- meinsamer Mitte, aber gegeneinander im Winkel von 45 ' verdrehter Stellung angeordnet sind.

5. Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungspunkte an den Ecken zweier gleichseitiger Drei- ecke von gemeinsamer Mitte, aber gegeneinander im Winkel von 60° verdrehter Stellung angeordnet sind.

6. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (1) rings um die Eintrittsrohrstutzen (4,6; 36), wie an sich bekannt, mindestens eine Sicke (22) aufweist, welche eine Verformung der Wand zuläßt.

7. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand (1) zwischen diesen Leitungen (4,6; 36), wie an sich bekannt, mindestens eine in Umfangsrichtung verlaufende Sicke (35) aufweist.

8. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitführungen durch zwei zy- lindrische Flächen (15 a, 16«) gebildet sind, die von zwei Deckeln (15, 16) gebildet werden, welche die Enden der Innenwand (3) bzw. der Außenwand (1) verschließen.

9. Reaktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese Verschlußdeckel zwischen sich einen ein Gaspolster einschließenden Raum (23) begrenzen.

.1.0. Reaktor nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß eine rohiförmige konzentrische Zwischenwand (2) kürzer als die Außenwand und als die Innenwand ist und an ihren beiden Enden radiale Vorsprünge (17) aufweist, die sie relativ zu einer der Nachbarwände gleitend führen.

11. Reaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise Mittel für die Zufuhr von Zusatzluft, wie z.B. Öffnungen in den Eintrittsrohrstutzen (4,6; 36), vorgesehen sind.