DE2343973A1

DE2343973A1 - Katalytischer konverter zur behandlung von abgasen

Info

Publication number: DE2343973A1
Application number: DE19732343973
Authority: DE
Inventors: Leroy Edwin Fessler; Melvin Herman Wagner
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1972-09-05
Filing date: 1973-08-31
Publication date: 1974-03-28
Also published as: GB1436244A; FR2321232A5; JPS4992422A; CA979235A; IT997521B

Description

Katalytischer Konverter zur Behandlung von Abgasen

Die Erfindung bezieht sich auf katalytische Reaktoren oder Konverter für die Entfernung giftiger oder schädlicher Bestandteile aus dem Abgasstrom einer Maschine und insbesondere auf katalytische Konverter des Typs, bei denen der Katalysator in Form eines Überzugs auf einen Keramikkörper mit vielen Durchflußkanälen, häufig auch als Wabenkörper oder Wabeneinsatz bezeichnet, aufgebracht ist. Da derartige katalytische Einsätze nicht reaktiv sind, bevor sie auf eine Temperatur von etwa 200°C erhitzt worden sind, ist es wünschenswert, den katalytischen Einsatz gegen das Wärme abgebende Metallgehäuse zu isolieren, damit der katalytische Einsatz in der Lage ist, die Umwandlung der giftigen Abgase in unschädliche Produkte sobald wie möglich nach Inbetriebsetzen der die Abgase erzeugende Maschine aufzunehmen. Da der keramische Einsatz sehr zerbrechlich ist, ist es weiterhin wünschenswert, den Einsatz gegen Erschütterungen

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und Vibration zu schützen und Dimensionsänderungen des Metallgehäuses infolge Temperaturänderungen so gering wie möglich zu halten.

Es sind zahlreiche Bemühungen nach dem Stand der Technik darauf gerichtet worden, eine brauchbare Isolierung und stoßsichere Anordnung zu erreichen. Eine dieser Ausführungen benutzt ringförmige Metallflansche an einem äußeren Metallgehäuse zum Blockieren einer Axialbewegung eines keramischen Einsatzes, wobei ein gewellter rietallgef lechtkörper eine Radialbewegung.verhindern soll. Die Wärmeausdehnung des Gehäuses kann jedoch ein Wegbewegen der Metallflansche von den Endflächen des Keramikkörpers herbeiführen, und daher wurde ein Aluminiumsilikatzement auf die äußeren Poren aufgebracht, um diese Poren für einen Gasdurchfluß zu sperren und den Keramikkörper abzufedern. Eine solche Ausbildung ist verhältnismäßig aufwendig und störungsanfällig. Weiterhin tragen die Metallflansche, das Metallgeflecht und der metallhaltige Zement sämtlich zu einer Wärmeübertragung von dem keramischen Einsatz zu dem Metallgehäuse bei. Weiterhin vibriert bei hohen Maschinenlaufgeschwindigkeiten der Keranikeinsatz ständig gegen mindestens einen der ringförmigen Metallflansche, was schließlich ein Abplatzen des Keramikkörpers herbeiführt; hierdurch wird die axiale Abstützung verringert oder beseitigt und es kann eine weitere Zerstörung des Keramikkörper eintreten. Weiterhin führt das Abplatzen des Keramikkörpers dazu, daß sich der Keramikkörper von den ringförmigen Metallflanschen trennt, so daß Abgase den Keramikkörper umgehen können.

Die Erfindung beseitigt die vorgenannten und ähnliche Isolierungs- und Vibrationsprobleme der bekannten Einrichtungen. Sie schafft einen Konverter, der bei einfacher und wirtschaftlicher Herstellung und Anwendung sehr v/irksam und störungsunanfällig arbeitet. Der katalytisch^ Einsatz ist

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nicht nur in einer stoßsicheren Weise angebracht, sondern auch gut gegen das Metallgehäuse isoliert. Der katalytische Einsatz erreicht somit sehr rasch den katalytisch aktiven Zustand, da der Wärmeinhalt der ersten, den Konverter nach Inbetriebsetzen der Maschine erreichenden Abgase fast vollständig von dem isolierten katalytischen Einsatz absorbiert und eine Ableitung zum Gehäuse vermieden wird.

Gegenstand der Erfindung ist hierzu ein katalytischer Konverter zur Behandlung von Abgasen, der ein zylindrisches Metallgehäuse und einen zylindrischen, in Achsenrichtung durchlässigen, mit Katalysator überzogenen, keramischen Einsatz in dem Gehäuse umfaßt, welcher gekennzeichnet ist durch ein Paar im Abstand voneinander angeordneter, nicht-metallischer Isolierringe, von denen einer in einer Nut am oder in Nähe des einen Endes des keramischen Einsatzes und der andere in einer Nut am oder in Nähe des anderen Endes des keramischen Einsatzes liegt, wobei diese Isolierringe eine größere radiale Dicke als die Tiefe der Nuten aufweisen und in dichtendem Eingriff mit der inneren Wandung des Metallgehäuses und mit den Nuten stehen, so daß sie einen Fluß von Abgasen im axialen Bereich zwischen den Ringen im wesentlichen verhindern, sowie an dem Gehäuse befindliche Halterungen, die mit den Isolierringen in Eingriff stehen und die Isolierringe zur Verhinderung einer Axialbewegung relativ zu dem Gehäuse halten.

Die Ausbildung gemäß der Erfindung umfaßt ein

Paar Isolierringe, die in Ringnuten liegen, welche an den oder in Nähe der Enden der äußeren Umfangsflache des keramischen Einsatzes in diesen Einsatz eingeschnitten sind. Die Isolierringe können aus verschiedenen Materialien gefertigt werden, die wärmebedingte Dimensionsänderungen aushalten und Konverterbetriebstemperaturen bis herauf zu etwa 1100 C vertragen. Gut geeignete Ringe sind aus gepreßten oder geformten Asbestfasern

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hergestellt worden. Die Isolierringe, die sich dicht in das Gehäuse schmiegen, verhindern eine Radialbewegung des Keramikeinsatzes relativ zu dem Metallgehäuse. Eine Axialbewegung des Keramikeinsatzes wird durch angreifende Halterungen am Gehäuse, die mit den Isolierringen aber nicht mit dem Keramikkörper in Berührung stehen, verhindert. Bei einer Ausführungsform weisen die Endkappen des Gehäuses Schultern auf, die an den Isolierringen angreifen; letztere befinden sich in ringförmigen Aussparungen an den äußeren Umfangsrändern des Keramikkörpers. Bei einer abgewandelten Ausführungsform sind die ringförmigen Aussparungen oder Nuten in der äußeren Umfangsflache des Keramikeinsatzes in einem kurzen Abstand von den Endflächen des Keramikeinsatzes vorgesehen. Bei der letztgenannten Ausführungsform sind die Isolierringe vorzugsweise aufgeschnitten, damit sie in die Nuten eingesetzt werden können, und sie werden gegen axiale Bewegung durch Furchenpaare gehalten, die angrenzend an jeden Ring von Einschnürungen des Gehäuses gebildet v/erden.

Bei allen erläuterten Ausführungsformen sind die länge durch den keramischen Katalysatoreinsatz führenden Poren oder Kanäle, die von den ringaufnehmenden Nuten durchschnitten werden, durch die Isolierringe abgedichtet. Demgemäß ist die Wärmeentwicklung durch die Umsetzung der Abgase in Anwesenheit des Katalysators auf jene Teile des Keramxkeinsatzes beschränkt, die sich radial einwärts von den Isolierringen befinden. Weiterhin wirken die Lufträume innerhalb der blockierten äußeren Poren oder Kanäle mit den äußeren Schichten des Keramikkörpers und dem Luftraum zwischen dem Keramikkörper und dem Metallgehäuse zur Schaffung einer ausgezeichneten Isolierung gegen Wärmeübertragung zum Gehäuse zusammen. Ein weiterer Vorteil der erläuterten isolierenden Anordnung besteht darin, daß das Metallgehäuse kalter bleibt und demgemäß einer geringeren Wärmeausdehnung unterliegt, als das bei einer weniger wirksamen Isolierung

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der Fall wäre. Bei geringerer Wärmeausdehnung ist aber auch die Relativbewegung zwischen dem Gehäuse und den Isolierringen kleiner, was die mechanische Beanspruchung verringert. Insgesamt hat daher die Vorrichtung als Ganzes eine längere Lebensdauer als eine Vorrichtung, bei der eine stärkere Relativbewegung auftritt. ·

Nachstehend werden bevorzugte Äusführungsformen des Konverters in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform mit am Ende liegenden Isolierringen, der Schnitt geht längs Linie 1-1 der Fig. 3. ·

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt ähnlich dem der Fig. 1 durch eine abgewandelte Ausführungsform mit etwas.nach innen gerückten Isolierringen.

Fig. 3 zeigt eine Endansicht, teilweise aufgebrochen, der Ausführungsform gemäß Figur 1.

Bei der Ausführungsform nach Figur 1 umfaßt der katalytische Konverter 10 ein Gehäuse 12, das aus einem zylindrischen Mittelstück 14 und zwei Endstücken 16, die bei 18 mit dem Mittelstück verschweißt sind, besteht. Die Endstücke 16 sind so ausgebildet, daß sie in die Abgasleitung einer Verbrennungskraftmaschine (nicht dargestellt) oder einer anderen Schmutzgasquelle eingesetzt werden können. Ein keramischer Katalysatoreinsatz 24 ist in dem Gehäuse 12 angeordnet. Der Einsatz 24 weist eine Vielzahl von in Achsenrichtung verlaufenden Poren oder Kanälen 26 auf, deren Oberflächen mit einem Katalysator 28 überzogen sind,. Der keramische Einsatz ist an den Enden mit Nuten 30 versehen, so daß sich schulterförmige Aussparungen zur Aufnahme- der Isolierringe 34 ergeben. Um eine Axialbewegung der Ringe 34 und des von diesen getragenen keramischen Einsatzes 24 zu verhindern, sind in den Endstücken 16 des Gehäuses Schultern 36 gebildet. Da Öle'Isolier-

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ringe 34 eine größere radiale Dicke haben, als die Nuten 30 tief sind, ist der Einsat2 24 durch, einen Luftraum 38 von dem Gehäusestück 14 getrennt. Die Nuten 3O durchschneiden einen ringförmigen Kranz von Poren 26' in Umfangsbereich des Einsatzes 24, und die Isolierringe 34 bedecken und verschließen diese Poren 26' und verhindern somit einen Fluß von Abgasen durch diese Poren. Durch die Verhinderung eines Flusses von Abgasen durch die Poren 26' und die Bildung des geschlossenen Luftraums 38 bewirken die Isolierringe 34 eine sehr gute Isolierung des Keram-ikeinsatzes 24 von dem Gehäusestück 14 und gewährleisten hierdurch, daß die von einer noch kalten Maschine kommenden Abgase in der Lage sind, den Katalysator 28 rasch auf eine zur Erreichung aktiven Zustands hinreichend hohe Temperatur zu erhitzen.

Eine abgewandelte Ausführungsfom des Konverters ist in der Figur 2 dargestellt. In Figur 2 kennzeichnen die Bezugszeichen 11Ο-138 entsprechende oder ähnliche Bauteile wie die Bezugszeichen 10-38 in der Figur 1, so daß eine nochmalige Erläuterung entbehrlich ist. Der Unterschied zur Ausführungsform der Figur 1 besteht darin, daß die "uten 130 in einem Abstand einwärts von den Enden des Keramikeinsatzes vorgesehen sind und die Isolierringe 134 durch einwärts vorspringende Furchen 136, die im Mittelstück 114 des Gehäuses gebildet sind, gehalten werden. Da bei dieser Ausführungsform die Isolierringe 134 nicht als geschlossene Ringe, in die Nuten 130 eingesetzt werden können, werden hier zweckmäßig in zwei Hälften unterteilte Ringe oder, wenn das Ringmaterial biegsam genug ist, einstückige Ringe mit einem einzigen Spalt verwendet.

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Claims

31. August 197 3 U 823/73

Patentansprüche

1. Katalytischer Konverter zur Behandlung von Abgasen, der ein zylindrisches Metallgehäuse und einen zylindrischen _r in Achsenrichtung durchlässigen, mit Katalysator überzogenen, keramischen Einsatz in dem Gehäuse umfaßt, gekennzeichnet durch ein Paar im Abstand voneinander angeordneter, nicht-metallischer Isolierringe (34; 134), von denen einer in einer Nut (30; 130) am oder in Nähe des einen Endes des keramischen Einsatzes (24; 124) und der andere in einer Nut (30; 130) am oder in Nähe des anderen Endes des keramischen Einsatzes (24; 124) liegt, wobei diese Isolierringe (34; 134) eine größere radiale Dicke als die Tiefe der Nuten (30; 130) aufweisen und in dichtendem Eingriff mit der inneren Wandung des Metallgehäuses (12; 112) und mit den Nuten stehen, so daß sie einen Fluß von Abgasen im axialen Bereich zwischen den Ringen im wesentlichen verhindern, sowie an dem Gehäuse (12; 112) befindliche Halterungen (36; 136) , die mit den Isolierringen (34; 134) in Eingriff stehen und die Isolierringe zur Verhinderung einer Axialbewegung relativ zu dem Gehäuse halten.

2. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Isolierringe (34; 134) aus gepresstem oder geformtem Asbest bestehen.

3. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Nuten (30) eine Endfläche des keramischen Einsatzes (24) durchschneidet.

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4. Katalytischer Konverter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (12) einen radial einwärts vorstehenden Abschnitt (3ζ) aufweist, der an der in Achsenrichtung äußeren Stirnfläche des Γη der betreffenden Nut (30) liegenden Isolierrings (34) anliegt.

5. Katalytischer Konverter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Nuten (130) in dem keramischen Einsatz (124) in einem Abstand von der benachbarten Endfläche des Einsatzes angeordnet ist.

6. Katalytischer Konverter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der betreffenden Nu*·. (130) ein gespaltener Isolierring (134) angeordnet ist.

7. Katalytischer Konvertex nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (112) zur Bildung von Haltefurchen (136) auf beiden Selten des in der betreffenden Nut (130) liegenden Isolierrings (134) radial einwärts eingeschnürt ist.

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