DE2432285A1

DE2432285A1 - Abgaskatalysator

Info

Publication number: DE2432285A1
Application number: DE2432285A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Gaysert; Walter Dipl Ing Oettle
Original assignee: J Eberspaecher GmbH and Co KG
Current assignee: Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
Priority date: 1974-07-05
Filing date: 1974-07-05
Publication date: 1976-01-22

Description

Abgaskatalysator Die Erfindung betrifft einen Abgaskatalysator, bestehend aus einem in einem Behälter angeordneten monolithischen Katalysatorkörper, mit in dem Behälter angeordneten Halteelementen zur Halterung dieses Katalysatorkörpers.
Es ist bekannt, SUr die Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen Abgaskatalysatoren zu verwenden, bei denen der aktive Teil aus einem monolithischen Katalysatorkörper besteht und bei denen dieser monolithische Katalysatorkörper in einem metallischen Gehäuse angeordnet ist. Dieser Katalysatorkörper wird von dem zu reinigenden Abgas durchströmt.
Beim Betrieb derartiger Abgaskatalysatoren in Kraftfahrzeugen treten hohe Temperaturen auf, sie liegen in der Größenordnung von 8500C.
Es ist bekannt, daß eine der Hauptschwierigkeiten bei d drartigen Abgasreinig1angsanlagen in der Lagerung der monolithischen Katalysatorkörper besteht. Es sind daher auch verschiedene Haltereinrichtungen für die monolitlrlisnhen Ratalysatorkörper bekannt geworden.
So beschreibt z.B. die DAS 1476507 eine Anordnung, bei welcher der Katalysatorkörper Über ein federndes gewelltes Teil an der inneren Oberfläche einer Gehäusewand abgestützt ist.
In Durchströmungsrichtung ist er durch nach innen weisende ringförmige Gehäuseflansche stirnseitig gehalten. Eine weitere bekannte Vorrichtung ist in der DAS 2220921 beschrieben, bei dieser Vorrichtung ist der Katalysatorkörper in einem doppelwandig ausgebildeten Gehäuse gelagert, wobei das Gehäuse zwischen den beiden Wandungen elastische Elemente aufweist und die stirnseitige Lagerung des Katalysatorkörpers durch Ringe aus nachgiebig elastischem nicht brennbarem Werkstoff erfolgt. Nach dieser bekannten Vorrichtung soll der Katalysatorkörper so im Innern eines Gehäuses gelagert sein, daß er auch extremen Stoßbeanspruchungen durch Pulsation der Abgase und durch von außen wirkende Kräfte auf Dauer widerstehen kann. Die Katalysatorkörper weisen bei den bekannten Anordnungen durch die geringen Wandstärken ihrer Rippenstruktur relativ geringe mechanische Festigkeiten aut' uyld sie sind gegen Beanspruchung durch schnell wechselnde Temperaturen sehr anfällig. Es ist ferner bekannt, daß der Temperaturausdehnungskoeffizient der gebräuchlichen Katalysatorkörpor merklich kleiner ist als der Ausdehnungskoeffizient den zur Halterung dienenden aus metallischen Werkstoffen bestehenden Teilen. Das hat aber zur Folge, das bei den im Betrieb auftretenden hohen Temperaturen zwischen dem Katalysatorkörper und der Lagerung Relativdehnungen auftreten, die bei Anord nungen nach dan bekannten Arten von solcher Größe e sind, daß sie zu einer Zerstörung des Katalysatorkörpers @@ar@@. @@@-nen. Es mui3 nämlich unter allen Betriebsbedienungen sichergestellt sein, daß zwischen Halterung und Katalysatorkörper stets ein Kraftschluß vorhanden ist, das heißt, der Katalysatorkörper darf sich in seiner Halterung micht bewegen.
Dieses gilt besonders für die axiale Halterung, @@shalb sind bei weiteren bekannten Anordnungen zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmedehnungen Ringe aus nachgiebig elastischen Werkstoffen vorgesehen.
Es sind ferner Anordnungen bekannt bei denen dem Katalysatorkörper von einer metallischen Umhüllung umgeben ist, wobei zwischen dieser metallischen Umhüllung und dem Katalysatorkörper ein elastischer Werkstoff angeordnet ist und diese Umhüllung auf abgewinkelten Lagerelementen, die mit dem Gehäuse verbunden sind, aufliegt. Dadurch soll erreicht werden, die unterschiedlichen Wärmedehnungen des Katalysators und der ihn umgebenden tragenden Umhüllung nicht von den @lastischen Ringen in vollem Umfang aufgenommen werden müssen, da die auf den Katalysator wirkenden Einspannkräfte von der außen liegenden Gehäusewand aufgebracht werden. Bei den bekannten Anordnungen soll damit die den Katalysatorkörper umgebende Umhüllung nur zur radialen Halterung und Führung des Katalysators dienen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, durch konstruktive Maßnahmen die auftretenden Relativbewegungen zu begrenzen und die die thermischen Ausdehnungen bewirkende Wrme zu Heizungszwecken auszunutzen.
Diese Auf'gabe wird erfindungsgemaß dadurch gelöst, daß der Behälter im Bereich des Katalysatorkörpers eine doppelte Wandung aufweist und der entstehende Ringraum von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmt ist, hierdurch wird erreicht, daß die Temperatur des metallischen Behälters sowie der metallischen Halteelemente auf die Größe herabgesetzt werden kann, daß die Ausdehnung der metallischen Teile der des monolithischen Katalysatorkörpers in etwa entspricht und somit eine stets sichere Halterung des Katalysatorkörpers gewälirleistet ist. Um die auf das Wärnemedium übertragende Wärme auszunutzen, ist gemäß einer Weiterführung der Erfindung vorgesehen, daß dem Katalysator ein Wärmetauscher zugeordnet ist, in dem das Wärmeübertragungsmedium seine Wärme an ein Heizmedium überträgt.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß mit dem Heizmedium, auf das die Wärme übertragen wird, die Beheizung des Fahrzeuginnenraumes durchgeführt werden kann. Außerdem körmen die Scheiben des Fahrzeuges eisfrei gehalten werden.
Selbstverständlich kann durch das Heizmedium auch eine Aufheizung von anderen Fahrzeugaggregaten durchgeführt werden, dieses ist deshalb möglich, da dic anfallende Temperatur unmittelbar nach Inbetriebnahme des Fahrzeugmotors anfällt und es keinen längeren Zeitraumes bis zum Eintreten des Heizeffektes bedarf.
Schließlich hat es sich weiterhin als zweckmässig herausgestellt, daß der Wärmetauscher als weiterer den Ringraum konzentrisch umgebender Ringraum angeordnet ist. Hierdurch läßt sich eine besondere raumsparende Anordnung aufbauen und eine Ubertragung der Wärme mit besonders günstigem Wirkungsgrad.
Um eine vorteilhafte Abstimmung der Wärmedehnungen zu erreichen, ist gemäß einer weiteren zweckmässigeren Ausgeßtaltung vorgesehen, daß zwischen dem Ketalysatorkörper und dein Ringraum eine Wärmeisolierwig angeordnet ist.
Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung sind anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungabelspleles näher erläutert und beschrieben. Es zeigt: Figur 1 den Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Jedoch ohne den Wärmetauscher.
In dem dargestellten Beispiel ist der vom Abgas durchströmte monolithische Katalysatorkörper (1) in dem Behälter (2) angeordnet, die Zufuhr des heißen Abgases erfolgt durch die Rohrleitung (3), das Abgas wird als gereinigtes Abgas über die Rohrleitung (4) abgeführt, der Behälter (2) ist mit der Rohrleitung (3) über ein Übergangsstück (5) verbunden, diese Anordnung kann durch Schweißen gebildet sein, es kann aber auch der Behälter (2) mittels Flansche an die Abgasleitung eingebaut werden, ein weiteres Ubergangasttlck (6) ist zwischen dem Behälter (2) und dem Abgasrohr (4) angeordnet. Zur Aufnahme von radialen Spannungen, die während des BetrieBes auftreten und zur elastischen Lagerung des Katalysatorkörpers 9 die wegen der Pulsation des Abgases und eventuell von außen wirkender Stoßbelastung erförderlich ist, kanal der Katalysatorkörper (1) von einem elastischen Werkstoff, z.B. einem metallischen Gestrick, umgeben sein.
Die Halterung und Fixierung des monolithischen Katalysatorkörpers (1) erfolgt über in dem Behälter (2) angeordnete Halteelemente (7) und (8).
Da sich gezeigt hat, daß die unterschiedlichen Längenände rungen in Abhängigkeit von der auftretenden Temperatur von dem monolithischen Katalysatorkörper (1) einerseits und dem Behälter (2) andererseits vielfach zur Zerstörung des Katalysatorkörpers (1) führen, ist erfindungsgemäß eine Anordnung getroffen, mittels deren die Längenänderungen von Katalysatorkörper (1) und Behälter (2) so aufeinander abgestimmt sind, daß diese Zerstörung ausgeschlossen ist. Hierzu ist erfindungsgemäß um den Behälter (2) im Bereich des monolithischen Katalysatorkörpers (1) ein weiterer Mantel (9) angeordnet, so daß zwischen dem Behälter (2) und diesem weiteren Mantel (9) ein Ringraum (io) entsteht. Dieser Ringraum wird von einem Kühlmedium durchflossen, welches durch einen Eintrittsstutzen (11) zugeführt und nach der Wärmeaufnahme silber einen Austrittsstutzen (12) einem Wärmetauscher zugefÜhrt wird. Es hat sich nun gezeigt, daß durch das den Ringraum (10) durchströmende Ktlhlmedium (es kann sich hierbei um Wasser, Öl oder dergleichen handeln) eine ausreichende Wärmemenge Übertragen werden kann, um z.B. den Fahrzeuginnenraum zu beheizen hierzu wird das dem Abgangsstutzen (12) entfließende Wärmeübertragungsmedium einem in der Figur nicht dargestellten Wärmetauscher zugeführt. Bei diesem Wärmetauscher handelt es sich vorzugsweise um einen Flüssigkeitsluftwärmetauscher, wobei die den Wärmetauscher beaufschlagende buft gleichzeitig als Helzluft fÜr den Fahrzeuginnenraum Verwendung findet. Wie Untersuchungen gezeigt haben, ist es mit dieser Anordnung möglich, Wärmemengen in der Größenordnung von 1000 bis 10000 kcal h zu übertragen. Eine derartige Wärmemenge reicht zur Beheizung des Fahrzeuginnenraumes voll aus.
Um eine noch feinere Abstimmung zwischen den Längenänderungen des Katalysators und des Behälters (2) zu erreichen, ist gemäß einer Fortführung der Erfindung zwischen dem monolithischen Katalysatorkörper (1) und dem Behälter (2) eine Isolation (13) angeordnet, diese Isolation (13) ist in ihrer Stärke entsprechend der durchzuführenden Abstimmung zu wählen.
Um den angestrebten geringen Dehnungsunterschied zwischen Gehäuse (2) und monolithischem Katalysatorkörper (1) zu erreichen, ist eine Abstimmung der Axialerstreckung des Ktaamantels sowie eine passende Wahl der Werkstoffe von Gehäuse (2) und Katalysatorkörper (1) erforderlich.
Außerdem ist die Art und Temperatur des KühLmediums und die Auslegung der Isolation (13) von Einfluß.
Es hat sich gezeigt, daß mit dieser verhältnismäßig einfachen Einrichtung sowohl ein sicherer Betrieb der Katalysatoranordnung zur Abgasreinigung möglich ist, als auch eine gleichzeitige zusätzliche Aufheizung des Fahrzeuginnenraumes. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, daß die anfallende Wärme unmittelbar nach Starten des Motors zur Verfugung steht, so daß sie auch zu einer schnellen Erwärmung des Motors auf Betriebstemperatur dienen kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1.) Abgaskatalysator, bestehend aus einem in einem Behälter an6eordneten monolithischen Katalysatorkörper, mit in dem Behälter angeordneten Halteelementen zur Halterung dieses Katalysatorkörpers, dadurch gskennzeichnet, daß der Behälter (2) im Bereich des Katalvsatorkörpers (1) eine doPpelte Wandung (299) aufweist und der a tehende

Ringraum (10) von einem Wärmeüber- tragun£sm

durchströmt ißt.

2.) Abgaskatalysator nach Anspruch 1 , dadurch geRennzeichnet, daß dem Katalysator ein Wärmetauscher zugeordnet ist, in dem das Wärmeübertragungsmedium seine Wärme an ein Heizmedium überträgt.

3.) Abgaskatalysator nach Anspruch 2, dadruch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher als weiterer, den Ringraum (10) konzentrisch umgebender Ringraum angeordnet ist.

4.) Abgaskatalysator nach einem der Ansprüche 1...3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Katalysatorkörper (1) und dem Ringraum (10) eine Wärmeisolierung angeordnet ist.

L e e r s e i t e