DE2358696A1

DE2358696A1 - Thermischer reaktor

Info

Publication number: DE2358696A1
Application number: DE2358696A
Authority: DE
Inventors: Winfried Oppermann; Peter Thauer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1973-11-24
Filing date: 1973-11-24
Publication date: 1975-05-28

Description

V O L K S W A G E Π W E E K
Aktiengesellschaft

5180 Vo 1 f β tür g

Unsere Zeichen: K 16O7
1702-pt-we-ti

2 2.11. 73

Thermischer Reaktor

Die Erfindung "bezieht sich auf einen thermischen Reaktor zur Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugmotoren, mit einem Gaseintritts- und Gasaustrittsstutzen aufweisenden Trägerbauteil, und mit einem den Reaktionsraum einschließenden Reaktorgehäuse aus hoch hitze-

beständigem Werkstoff.

Eine bekannte Möglichkeit zur Beseitigung der in den Abgasen von Brennkraftmaschinen enthaltenen Schadstoffe, insbesondere des Kohlenmonoxyds und· der unverbrannten Kohlenwasserstoffe, besteht in der Einschaltung eines thermischen Reaktors in die Abgasleitung. In diesem thermischen Reaktor werden die zuvor mit einer ausreichenden Menge an Frischluft (Sekundärluft) an-

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gereicherten Abgase bei hohen Temperaturen nachverbrannt, wobei die durch die unvollkommene Verbrennung in der Brennkraftmaschine entstandenen Kohlenmonoxyde und unverbrannten Kohlenwasserstoffe des Kraftstoffes mit dem Sauerstoff der Sekundärluft reagieren. Die Größe des Reaktionsraums und damit die Verweilzeit der Abgase in dem Reaktor muß so abgestimmt sein, daß eine möglichst vollständige Oxydation der in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe.erfolgt. Eine weitere Forderung besteht darin, daß in dem Reaktor die zur Reaktion erforderliche hohe Temperatur möglichst schnell erreicht wird.

Bekannte Ausführungen von thermischen Reaktoren weisen im allgemeinen ein inneres, aus hochwarmfestern Werkstoff bestehendes Gehäuse zur Bildung des Reaktionsraumes und ein das innere Gehäuse umgebendes, äußeres Gehäuse auf, das aus einem weniger hochwertigen Werkstoff besteht. Dabei dient das äußere Gehäuse mit den daran angeschlossenen Gaseintritts- und Gasaustritts- stutzen. dem Anschluß an die Abgasleitung bzw. die Brennkraftmaschine und ist zur Aufnahme von an der Abgasanlage einwirkenden äußeren Kräften ausgelegt. Damit die infolge der unterschiedlichen Temperaturen an dem inneren und äußeren Gehäuse auftretenden unterschiedlichen Wärmedehnungen nicht zu gefährlichen Wärmespannungen führen, muß das innere Gehäuse des Reaktors beweglich im äußeren Gehäuse gehalten sein. Die bekannten Ausführungen von thermischen, Reaktoren weisen aufwendige und deshalb schwere und kostspielige Konstruktionen auf.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht nun darin, unter Vermeidung der oben aufgeführten Nachteile einen thermischen Reaktor der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der einfach im Aufbau und leicht im Gewicht ist.

Diese Lösung wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß die Gaseintritts- und Gasaustrittsstutzen nebeneinanderliegend zu einer das Trägerbauteil einschließenden Baueinheit zusammenge-

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faßt sind und daß das Reaktorgehäuse an dieser Baueinheit fliegend gehalten ist. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung wird also ein schweres und kostspieliges Außengehäuse vermieden und das Trägerbauteil auf eine die nebeneinander liegenden Gaseintritts- und Gasaustrittsstutzen verbindende Baueinheit reduziert. Me fliegende Halterung des Reaktorgehäuses an dieser die äußeren Kräfte aufnehmenden Baueinheit ermöglicht die freie Ausdehnung des Reaktorgehäuses unter dem Einfluß der Temperatur.

Zweckmäßigerweise soll das Trägerbauteil in Form eines Flansches ausgebildet sein, an dessen einer Stirnseite die Gaseintrittsund Gasaustrittsstutzen und an dessen anderer Stirnseite das Reaktorgehäuse angeschlossen sind. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Reaktorgehäuse als einseitig geschlossenes Rohr ausgebildet ist, das mit seinem offenen, an dem Trägerbauteil gehaltenen Ende mit den Gaseintritts- und Gasaustrittsstutzen in Verbindung steht. Vorzugsweise soll dabei das rohrförmige Reaktorgehäuse durch eine mittlere, axial verlaufende Trennwand in zwei Teilräume aufgeteilt sein, die an dem geschlossenen Ende des Reaktorgehäuses miteinander verbunden sind und an dem offenen Ende mit den Gaseintritts- bzw. Gasaustrittsstutzen eine Durchströmung des Reaktorgehäuses sicherstellend in Verbindung stehen.

Um 'Wärmeverluste während des Betriebes des Reaktors zu vermeiden und die benachbarten Bauteile zu schützen, kann das rohrförmige Reaktorgehäuse von einer Wärmeisolierung umgeben sein. In weiterer Ausbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Trägerbauteil aus einem hohlzylindrischen Gehäuse besteht, das an seinem einen Ende eine radial nach innen eingezogene Führung für das rohrförmige Reaktorgehäuse und an seinem anderen "Ende einen Abschlußdeckel mit Durchtrittsöffnungen zum Anschluß der Gaseintritts-

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und Gasaustrittsstutzen aufweist, TJm die Festigkeit des tragenden Bauteils sicherzustellen bzw. um die Möglichkeit zu schaffen, Werkstoffe mit- niedrigeren Wärmefestigkeitswerten für das Trägerbauteil zu verwenden, sollen gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung Mittel zur Begrenzung der Temperatur des Trägerbauteils vorgesehen sein. Dazu kann das rohrförmige Reaktorgehäuse bis an den Abschluß deckel in die Führung des hohlzylindrischen Trägergehäuses, den zylindrischen Mantel des Trägergehäuses gegen die Gasströmung abschirmend eingeschoben sein.

Weitere Torteile und die wesentlichen Merkmale der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung enthalten, die das in der Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In der einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Reaktor darstellenden einzigen Figur der Zeichnung ist mit 1 ein rohrförmigen Reaktorgehäuse, mit 2 ein zylindrisches₉aus zwei Teilen 2a und 2b bestehendes Trägerbauteil, mit 5 ein Gaseintrittstmd mit 4 ein. Gasaustrittsstutzen bezeichnet. Das rohrförmige Reaktorgehäuse 1 ist an seinem freien Ende durch einen angeschweißten Boden 5 abgeschlossen und weist in seinem Innern eine axial verlaufende Trennwand 6 auf, die mit Ausstellungen 7 an der Innenwand des rohrförmigen Reaktorgehäuses 1 befestigt ist und das Reaktorgehäuse in zwei Teilräume 8a und 8b unter-" teilt. Die beiden Teilräume 8a und 8b sind an dem mit dem Boden 5 geschlossenen Ende des rohrförmigen Gehäuses 1 miteinander verbunden, während an dem entgegengesetzen, in dem Trägerkörper 2.gehaltenen Ende der Teilraum 8a mit dem Gaseintrittsstutzen 3 und der Teilraum 8b mit dem Gasaustrittsstutzen 4 in Verbindung steht. Auf diese Weise ergibt sich in dem Reaktorgehäuse 1 eine durch die Pfeile angedeutete Durchströmung, in deren Verlauf die in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe oxydiert werden.

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Das rohrförmige Reaktorgehäuse 1 ist durch einen Mantel 9 aus geeignetem Isolationsmaterial, beispielsweise- einem . hochtemperaturbeständigen keramischen Fäsermaterial, umgeben, so daß die in dem Reaktorkörper erzielte Temperatur gut gehalten werden kann und die in derMähe des Reaktors angeordneten Bauteile vor Überhitzung geschützt werden.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, ist der Trägerkörper 2 bei dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei miteinander verschweißten Teilkörpern 2a und 2b zusammengesetzt und bildet ein kurzes hohlzylindrisches Gehäuse, dessen Außenkontur von dem zylindrischen Teil 10 des Teilkörpers 2a gebildet wird« Der Teilkörper 2a weist weiterhin einen scheibenförmigen Teil 11 auf, der den deckeiförmigen Abschluß für den Trägerkörper 2 und den gesamten Reaktor bildet und lediglich Ausstellungen 12 und 13 für die Aufnahme des Gaseintrittsstutzens J ^nd des Gasaustrittsstutzens 4 besitzt. Der zweite, rohrförmige Teilkörper 2b des Trägerkörpers 2 weist einen ersten, radial äußeren Zylinderteil 14 auf, der in dem zylindrischen Teil 10 des Teükörpers 2a gehalten ist, und einen zweiten, radial inneren Zylinderteil 15> der zur Führung und Befestigung des rohrförmigen Reaktorgehäuses 1 an dem Trägerkörper 2 dient.

In der Zeichnung ist das Trägerbäuteil 2 zwar aus zwei einzelnen Bauteilen zusammengesetzt dargestellt;, es ist jedoch selbstverständlich, daß dieses Bauteil auch aus einem einzigen Teil

bestehen kann. ."'.-;- ■ .

Der wesentlich Torteil des erfindungsgemäßen Reaktors besteht darin, daß das zur Übertragung der an einem solchen Reaktor auftretenden Kräfte erforderliche Trägerbauteil auf eine verhältnismäßig kleine und kompakte Baueinheit reduziert ist, die zugleich die unmittelbar nebeneinander liegenden und starr an der Baueinheit befestigten Gaseintritts- und '_Gasaustrittsstutfcen

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mit umfaßt. Das den Reaktionsraum einschließende Reaktorgehäuse "besteht dagegen aus einem einseitig abgeschlossenen Rohrkörper aus hoch^warmfestern. Werkstoff, der an seinem offenen Ende an dem Trägerbauteil gehalten ist und sich somit unter dem Einfluß der hohen" Betriebstemperaturen frei dehnen kann.

TJm beim Start der dem Reaktor vorgeschalteten Brennkraftmaschine möglichst schnell auf die für die thermische Reaktion erforderliche hohe Temperatur zu kommen, soll die Masse des Reaktorgehäuses möglichst klein und gut gegen Wärmeverluste geschützt sein. Dies wird dadurch erreicht, daß das rohrförmige Reaktorgehäuse 1 verhältnismäßig dünnwandig ist und an seinem Außenumfang eine Isolierschicht 9 aufweist.

TTm für das Trägerbauteil 2 nach Möglichkeit weniger hochwertige und teure Werkstoffe verwenden zu können, soll dessen im Betrieb erreichte Temperatur möglichst niedrig liegen. Dazu ist das rohrförmige Reaktorgehäuse 1 vor der Befestigung an der zylindrischen IPührung 15 des Trägerbauteils 2 mittels der Schweißnaht 16 bis dicht an den deckeiförmigen Abschluß 11 herangeschoben. Auf diese Weise schirmt das vordere Teil des rohrförmigen Reaktorgehäuses 1 das Trägerbauteil 2 gegen die heißen Gase ab. Gleichzeitig wird zwischen dem rohrförmigen Reaktorgehäuse 1 und dem zylindrischen Hantel des Trägerbauteils 2 ein Ringraum 17 gebildet, der zur Isolierung ,beiträgt und gegebenenfalls auch mit einem Isoliermaterial ausgefüllt sein kann.

Der Vorschlag gemäß der Erfindung ermöglicht also einen thermischen Reaktor für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, der einfach und preiswert in der Herstellung und wirksam und sicher in der Funktion ist. Der lange Weg des Abgases durch den rohrförmigen Reaktorkörper sichert dabei eine weitgehende Oxydation der in den Abgasen enthaltenen Kohlenmonoxyde und Kohlenwasserstoffe.

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Claims

.A η s ρ r ü c h e

, 1./Thermischer Reaktor zur Reinigung der Abgase von Brennkraft-L-/ maschinen, insbesondere von Kraftfahrzeugmotoren, mit einem Gaseintritts- und Gasaustrittsstutzen aufweisenden Trägerbauteil und mit einem den Reaktionsraum einschließenden Reaktorgehäuse aus hochhitzebeständigem Werkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaseiniritts- und Gasaustrittsstutzen (5» 4) nebeneinanderliegend zu einer das Trägerbauteil (2) einschließenden Baueinheit zusammengefaßt sind und daß das Reaktorgehäuse (1) an dieser Baueinheit fliegend gehalten ist.
2.. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerbauteil (2) in Form eines Flansches ausgebildet ist, an dessen einer Stirnseite die Gaseintritts- und Gasaustrittsstutzen (3» 4) WQ-d- ^a*i dessen anderer Stirnseite das Reaktorgehäuse (1) angeschlossen sind.
3· Reaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktorgehäuse (1) als einseitig geschlossenes Rohr ausgebildet ist, das mit seinem offenen, an dem Trägerbauteil (2) gehaltenen Ende mit den Gaseintritts- und Gasaustrittsstutzen (5, 4) i*¹ Verbindung steht.
4« Reaktor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Reaktorgehäuse (i) durch eine mittlere, axial verlaufende Trennwand (6) in zwei Teilräume (8a, 8b) aufgeteilt ist, die an dem geschlossenen Ende des Reaktorgehäuses miteinander verbunden sind und an dem offenen Ende mit den Gaseintritts- bzw.

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den Gasaustrittsstutzen (3, 4) eine Durchströmung des Reaktorgehäuses sicherstellend in Verbindung stehen.
5· Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4j dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktorgehäuse·(1) von einer Wärmeisolierung (9) umgehen ist.
6. Reaktor nach einem der Ansprüche 3 Ms 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerbauteil (2) aus einem hohlzylincLrisclien Gehäuse "bestellt, das an seinem einen Ende eine radial nach innen eingezogene !Führung (I5) für das rohrförmige Reaktorgehäuse (i) und an seinem anderen Ende einen Abschlußdeckel (11) mit Ihirehtrittsöffnungen zum Anschluß der Gaseintritts- und Gasaustrittsstutzen (3> 4) aufweist.
7· Reaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Begrenzung der Temperatur des Trägerbauteils (2) vorgesehen sind.
8. Reaktor nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Reaktor gehäuse (1) "bis an den Ahschlußdeckel (11) in die Führung (15) des hohlzylindrischen Trägergehäuses (2) den zylindrischen Mantel des Trägergehäuses gegen die Gasströmung abschirmend eingeschoben ist.

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