DE2343970A1

DE2343970A1 - Katalytische vorrichtung

Info

Publication number: DE2343970A1
Application number: DE19732343970
Authority: DE
Inventors: William Charles Bigler
Original assignee: Corning Glass Works
Current assignee: Corning Glass Works
Priority date: 1972-08-31
Filing date: 1973-08-31
Publication date: 1974-03-14
Also published as: JPS4964716A; FR2197645A1; CA960875A

Description

Anmelderin: Corning Glass Worlis
Corning, N. Y., USA

Katalytische "Vorricht-ung

Die Erfindung betrifft eine katalytische Vorrichtung zur Reinigung schädlicher Abgase*

Zur Reinigung von Abgasen, insbesondere der luftverschmutzenden Auspuffgase von Verbrennungsmotoren sind katalytische Vorrichtungen mit einem Kern aus keramischem Material geeignet, dessen Vielzahl von Längskanalwänden das katalytische Material tragen. Die Brüchigkeit des keramischen Materials verlangt eine gute und sichere Halterung des Trägers, der beim Betrieb z. B. von .Fahrzeugen leicht losrütteln, hin- und herschlagen und dabei abbröckeln, brechen oder sonst "beschädigt werden kann. Dabei muss auch die unterschiedliche Wärmedehnung des keramischen Kerns und des ihn aufnehmenden und halternden Gehäuses berücksichtigt werden. Die bisher hierzu bekannt gewordenen Gehäuse, meist aus Metall, sind

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aufwendig und nicht hinreichend zuverlässig, so dass die Bruchgefahr nach wie vor nicht gebannt ist.

'Die Erfindung hat eine die unterschiedliche Wärmedehnung von Kern und Gehäuse berücksichtigende und eine Beschädigung des Kerns verhindernde katalytische Vorrichtung zur Aufgabe.

Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemässe Vorrichtung dadurch gelöst, dass zwei gegenüberliegende, trichterförmige Gehäuseteile mit ihren einen etwas grösseren Durchmesser als ^vder Kern aufweisenden grösseren Enden die Umfangsrander von zwei an den beiden Kernendflächen anliegenden Hetallringen in abstützendem Kontakt umgeben, ein mittlerer zylindrischer Gehäuseteil den Kern zwischen den trichterförmigen Teilen umgibt und um den Gehäuseumfang gelegte Klammermittel die einzelnen Gehäuseteile unter Anlegung eines Kompressionsdrucks an einen Umfangsteil des Kerns zwischen den Ringflächen zusammenziehen.

Die weitere Erläuterung erfolgt anhand der ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnungen, nämlich:

der Fig. 1, einer Seitenansicht,
der Fig. 2, und

der Fig. 3, einer Ansicht im Querschnitt entlang der Schnittlinie 2-2 bzw. im Längsschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 der Fig. 1.

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Die katalytisch^ Vorrichtung enthält einen zylindrischen Wabenkörper oder Kern 11 aus feuerfestem, keramischem Material mit einer Vielzahl schmaler, vom einen bis zum anderen Ende reichender Längskanäle 12. Um den Umfang des Kerns kann ein hermetisches Band, ζ. B. aus dem gleichen keramischen Material, wie der Kern, gelegt sein. Zur Vereinfachung ist in der Fig. 2 nur ein Teil der Kanäle 12 dargestellt. Der Wabenkörper kann z. B. gem. US-PS 3,246,972 hergestellt und gem. US-PS 3,44-1,381 mit einem Katalysator überzogen werden.

Zwei Gehäuseteile 13, 14 bestehen aus je einem kleinen, zylindrischen Endteil 13ΐ>» 3At> für den Einlass bzw. Auslass der zu behandelnden Gase, je einem trichterförmigen Teil 13ai 14a, und einem mittleren, den Kanal 11 umgebenden zylindrischen Teil 13c An der Stoßstelle der Gehäuseteile 13a, 13c ist ein erster Ring 15 befestigt, z. B. angeschweisst, dessen innerer Umfang kleiner als der Kern 11 ist. Ein etwas grösserer Ring 16 liegt am grösseren Trichterende des Gehäuseteils 14a und wird sswischen Flanschteilen 13d und 14c der Gehäuseteile 13c und 14a gehalten, siehe die Fig. 3. Die Flanschflächen sollen möglichst eben und glatt sein, und die Gehäuseteile werden daher vorzugsweise aus rostfreiem Stahl gefertigt, der gleichzeitig gute Oxidationsfestigkeit und eine vergleichsweise niedrige Wärmedehnung besitzt.

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Zum Zusammenbau wird der Gehäuseteil mit dem offenen Ende 13c nach oben gehalten und der Kern 11 konzentrisch eingeführt und auf den Ring 15 gesetzt. Vorzugsweise wird dann in einen zwischen dem Kernumfang und dem Gehäuseteil 13c belassenen Ringraum Isoliermaterial 19 gegossen oder eingestopft. Sodann wird der Gehäuseteil 14 mit.dem Ring" 16 mit den Flanschen 13d, 14c einander gegenüberliegend angesetzt und mit zwei halbkreisförmigen Klammern 17, 18 über die Schraubenbolzen 21, 22 festgezogen. Die Klammern besitzen verjüngte Kanäle, deren Breite am oberen Ende grosser als die Summe der Dicke der beiden Flanschen 13d, 14c und am unteren Ende etwas kleiner als diese ist. Durch Anziehen der Klammerbolzen 21, 22 werden die Gehäuse 13, 14 daher gegeneinander gezogen. Dabei wird zumindest ein Teil des Kernumfangs einer an den Kernenden einander entgegengesetzt wirkenden Kompressionskraft ausgesetzt.

Im Betrieb der Vorrichtung fliessen die zu reinigenden Gase, z. B. die Auspuffgase eines Verbrennungsmotors in Pfeilrichtung vom Einlassende 13b, zum Auslassende 14b, oder auch in umgekehrter Richtung. Dabei erhitzt sich der Kern bis auf 15OO°F * 816°C und im Dauerbetrieb u. U. bis auf 1600⁰F = 871 ö, wobei die Gehäuseteile I3, 14 eine Temperatur von etwa 1100 F = 594⁰C erreichen. Die Wärmedehnung des Kerns liegt meist bei 12,5 x 10"V⁰E¹; für die Gehäuseteile I3 und 14 wird dann zweckmässig ein Material mit einer Wärmedehnung von

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6 χ 10" bzw. 11 χ 10" /⁰F gewählt. Bei zunehmender Temperatur dehnt sich nun der Kern 11 aus und steht unter zunehmenden Kompressionskräften, die aber durch die ebenfalls stattfindende Ausdehnung des Gehäuseteils IJc entlastet werden. Die Enden des Kerns könnten auf den Kontaktflächen der Ringe 15, 16 frei entlanggleiten, so dass die bei Erwärmung stattfindende Radialdehnung keine nennenswerten radialen Kompressionskräfte erzeugt. Gleichzeitig mit der Entlastung von Kompressionskräften hält das sich linear ausdehnende Gehäuseteil die Enden des Kerns 11 in festem Kontakt mit den Ringflächen 15, 16 und verhütet damit ein Losrütteln oder Schlagen und eine mögliche Beschädigung des Kerns 11.

Wird der Betrieb verlangsamt oder abgeschaltet, so kühlt der Kern zwar rascher ab, als die Gehäuseteile 13» I²*- und die Ringe 15, 16, schrumpft aber infolge der ursprünglichen Kompressionskräfte nicht so stark, dass der Kontakt mit den Ringen 15, 16 verlorenginge. Die folgende Schrumpfung der Gehäuseteile unterstützt den Anpressdruck noch zusätzlich. Auch nach Erreichen der Ausgangstemperatur (z. B. Zimmertemperatur) bleibt der Kern also im haltenden Kontakt mit den Ringflächen.

Das wahlweise vorgesehene Isoliermaterial 19 verhindert ein Überhitzen des Gehäuses zur Vermeidung von Brandgefahr, z. B. beim Überfahren von trockenem Gras mit hoher Geschwindigkeit oder nach längerer Fahrtdauer.

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In der gezeigten Ausführung ist der mittlere Gehäuseteil 15c einstückig mit den Gehäuseteilen 13a, 13b ausgebildet. Er kann aber auch, geteilt werden, wobei jeder Teil ein Stück der Gehäuseteile 13 und 14 bildet, mit den Flanschen 13<1, 14c in der Mitte und einer dem Hing 15 entsprechenden Anordnung des Rings 16. Möglich ist auch die Ausbildung des mittleren Stück«? als gesonderter Teil, vrobei der Gehäuseteil 13 dann dem gezeigten Gehäuseteil 14 und die Halterung des Rings 1? der rezeigten des Rings 16 entsprechen würde. Zur Verklammerung dienen dann zwei Satz Klemmbügel 17, 18, die die drei Gehäuseteile zusammenhalten und den Kern 11 einem linearen Kompressionsdruck zwischen den anliegenden Ringen 'L~, und 16 aussetzen. Dieser bereits im betriebslosen, unerwärmten Zustand gegebene Kompressionsdruck sowie das Fehlen eines Metallgewebes steiit einen wesentlichen Fortschritt gegenüber der Vorrichtung; rem. der US-PS 3,441,381 dar.

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Claims

Patentansprüche

1. Katalytische Vorrichtung mit einem das katalytische Material auf einer Vielzahl von Längskanälen aufnehmendem zylindrischen Kern aus feuerfestem Material, dadurch gekennzeichnet, dass zAvei gegenüberliegende, trichterförmige Gehäuseteile (15a, 14a) mit ihren einen etwas grösseren Durchmesser p.ls der Kern aufweisenden grösseren Enden die Umfangsränder von zwei an den beiden Kernendflächen anliegenden Metallringen (15» 16) in abstützendem Kontakt umgeben, ein mittlerer zylindrischer Gehäuseteil (15c) den Kern zwischen den trichterförmigen Teilen umpribt und um den Gehäuseumfang gelegte Klammermittel (17, 18) die einzelnen Gehäuseteile unter Anlegung eines Kompressionsdrucks an einen Umfangsteil des Kerns zwischen den Ringflächen zusammenziehen.

?. Katalytische Vorrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang des zylindrischen Kerns* zwischen seinen Endflächen von einem hermetischen Band umgeben ist.

5. Katalytische Vorrichtung gemäss Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass· zwischen dem zylindrischen Kern und dem zylindrischen Gehäuseteil ein Ringraum belassen wird, der mit einem stark wärmeisolierenden Material (19) gefüllt wird.

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4. Katalytisch^ Vorrichtung gemäss .Sn^prnc^ 1, 2 oder 3 ·> dadurch, gekennzeichnet, dass die GehäiiBeteil·= aus rostfreiem Stahl mit niedriger Wärmedehirang- bestehen.

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