DE4234931A1 - Catalytic converter for automotive and other fossil fuel applications - has roughened gas passage surfaces to disrupt laminar gas flow and maximising gas contact with catalytic material - Google Patents
Catalytic converter for automotive and other fossil fuel applications - has roughened gas passage surfaces to disrupt laminar gas flow and maximising gas contact with catalytic materialInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Beseiti gung von schädlichen Bestandteilen aus dem Abgas eines Verbrennungsmotores oder aus einer Verbrennungsanlage für fossile Brennstoffe, der ein oder mehrere tempera turfeste und korrosionsbeständige Katalysatorwände aufweist, die Strömungskanäle bilden, wobei die Ober flächen der Katalysatorwände, an denen das Abgas auf dem Wege von einem Einlaß zu einem Auslaß entlang strömt, mit katalytisch wirkenden Werkstoffen versehen sind.The invention relates to a catalyst for Beseiti generation of harmful components from the exhaust gas Internal combustion engine or from an incinerator for fossil fuels, the one or more tempera door-resistant and corrosion-resistant catalytic converter walls has, the flow channels form, the upper surfaces of the catalytic converter walls on which the exhaust gas along the path from an inlet to an outlet flows, provided with catalytically active materials are.
Bekannte Katalysatoren haben den Nachteil, daß die Oberflächen der Katalysatorwände sehr glatt bzw. rei bungsarm sind, so daß das Gas laminar durch die Kanäle des Katalysators strömt. Durch diese laminare Strömung kommt nur ein geringer Teil des Abgases mit der kata lytischen Beschichtung der Katalysatorwände in Berüh rung. Aus diesem Grunde ist der Wirkungsgrad des Kata lysators beschränkt.Known catalysts have the disadvantage that the Surfaces of the catalyst walls very smooth or clean are low in exercise so that the gas is laminar through the channels of the catalyst flows. Through this laminar flow only a small part of the exhaust gas comes with the kata lytic coating of the catalyst walls in Berlin tion. For this reason, the efficiency of the kata lysators limited.
Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist bereits vorge schlagen worden, durch in die Kanäle eingesetzte Schi kanen, Hindernisse oder dergleichen oder durch ein Verdrehen und/oder Versetzen der Kanäle eine turbulen te Strömung des Abgases zu erreichen, durch die auf grund der Verwirbelung ein besserer Kontakt mit den Katalysatorwänden auftritt.To avoid this disadvantage is already pre been hit by skis inserted into the channels kanen, obstacles or the like or by a Twisting and / or moving the channels a turbulent to achieve the flow of exhaust gas through which due to the turbulence better contact with the Catalyst walls occurs.
Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist jedoch, daß entweder das Ergebnis immer noch nicht zufriedenstel lend ist, oder daß ein verhältnismäßig hoher Aufwand erforderlich ist, um eine gute Wirkung zu erzielen.A disadvantage of the known method, however, is that either still unsatisfied with the result is lend, or that a relatively high effort is necessary to achieve a good effect.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, einen Katalysator der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, daß ohne großen Aufwand mit die sem ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann, insbe sondere in dem eine verbesserte Abgasführung erzielt wird. The present invention therefore has the object reasons, a catalyst of the type mentioned to improve so that with little effort sem high efficiency can be achieved, esp special in which an improved exhaust system is achieved becomes.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß wenigstens ein Teil der Oberflächen der Katalysator wände durch darauf aufgebrachte faserige, körnige oder pulverförmige Materialien aufgerauht ist.According to the invention this object is achieved in that at least part of the surfaces of the catalyst walls by fibrous, granular or powdery materials is roughened.
Durch die erfindungsgemäße Aufrauhung der Oberflächen der Katalysatorwände wird nicht nur eine Verwirbelung des durchströmenden Abgases und damit eine bessere Kontaktierung mit der katalytischen Beschichtung der Katalysatorwände erreicht, sondern darüber hinaus wird damit auch die Oberfläche vergrößert, was sich eben falls positiv auf den Wirkungsgrad auswirkt. Der Kon vertierungsgrad der im Abgas vorhandenen schädlichen Bestandteile wird damit deutlich verbessert.Due to the roughening of the surfaces according to the invention the catalyst walls will not only become a vortex of the exhaust gas flowing through and thus a better one Contact with the catalytic coating of the Catalyst walls are reached, but beyond that thus also enlarging the surface of what is happening if it has a positive effect on efficiency. The con Degree of verticalization of the harmful substances present in the exhaust gas Components are significantly improved.
Um optimale Wirkungen zu erzielen, kann dabei vorgese hen sein, daß die aufgebrachten Materialien ebenfalls katalytische Eigenschaften besitzen. Im Bedarfsfalle können die aufzubringenden Materialien sogar überhaupt die katalytische Beschichtung bilden und als Basis für den Katalysatorkörper wird nur ein Grundmaterial ein facher und billiger Art verwendet, wobei lediglich darauf zu achten ist, daß es genügend temperaturfest und korrosionsbeständig ist.In order to achieve optimal effects, it can be pre-designed hen be that the applied materials also have catalytic properties. If necessary can even apply the materials to be applied at all form the catalytic coating and as the basis for the catalyst body will only be a base material facher and cheaper type used, only It is important to ensure that it is sufficiently temperature-resistant and is corrosion resistant.
Von Vorteil ist es dabei, wenn vorgesehen ist, daß die aufzubringenden Materialien unterschiedliche Dicken und/oder Größen besitzen.It is advantageous if it is provided that the materials to be applied have different thicknesses and / or have sizes.
Durch unterschiedliche Dicken und/oder Größen läßt sich eine noch bessere Verwirbelung erreichen.By different thicknesses and / or sizes achieve even better swirling.
Der Katalysatorkörper kann sowohl hinsichtlich seiner Form als auch seines Aufbaues entsprechend den Anfor derungen aufgebaut sein.The catalyst body can both with regard to its Form as well as its structure according to the requirements changes.
Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn vorgesehen ist, daß der Katalysator aus einem Band ge bildet ist, das mit noppen- oder wabenartigen Erhöhun gen oder mit wellenartigen Ausbauchungen versehen ist, und das in Zylinderform gewickelt ist, wobei auf einer Stirnseite der Einlaß und auf der anderen Stirnseite der Auslaß angeordnet ist.A very advantageous embodiment results when it is provided that the catalyst from a tape ge is that with nub or honeycomb-like elevation gene or is provided with wave-like bulges, and which is wound in a cylindrical shape, on one Face the inlet and on the other face the outlet is arranged.
Ein derartiger Aufbau ist grundsätzlich bereits Stand der Technik, wobei das relativ dünne Band aus einem hochtemperaturfesten und korrosionsbeständigen Werk stoff, im allgemeinen Stahlblech, gebildet ist, das mit katalytisch wirkenden Stoffen beschichtet ist. Hierzu kann z. B. ein an sich bekanntes Wash-Coat-Ver fahren verwendet werden. Dabei wird das Blechband in eine Suspension bzw. einen Keramikbrei, in dem kataly tische Materialien, wie z. B. Platin, Palladium oder Rhodium eingebracht ist, eingetaucht. Anschließend wird das mit einer Überzugsschicht versehene Blechband in einem Sinterofen getrocknet und "gebrannt" bzw. aufgesintert.In principle, such a structure is already in place of technology, the relatively thin band consisting of one high temperature resistant and corrosion resistant plant fabric, generally sheet steel, is formed that is coated with catalytically active substances. For this, e.g. B. a known wash-coat Ver driving can be used. The metal strip is in a suspension or a ceramic slurry in which kataly table materials such. B. platinum, palladium or Rhodium is introduced, immersed. Subsequently becomes the sheet metal strip provided with a coating layer dried in a sintering oven and "burned" or sintered on.
Als Nachteil dabei hat sich nun herausgestellt, daß sich die katalytische Beschichtung bei sehr hohen Tem peraturen, die im Gebrauch auftreten können und/oder nach einer langen Dauer ablösen kann.It has now emerged as a disadvantage that the catalytic coating at very high temperatures temperatures that can occur during use and / or can peel off after a long period.
In überraschender Weise hat man nun festgestellt, daß sich dann, wenn vorgesehen wird, daß die Materialien vor dem Eintauchen des Blechbandes in ein mit kataly tisch wirkenden Stoffen versehenes Beschichtungsbad aufgebracht werden, die in dem Tauchbad erfolgende ka talytische Beschichtung wesentlich besser auf dem Ka talysatorkörper bzw. dem Blechband haftet. Dies bedeu tet, daß das auf die Oberflächen der Katalysatorwände aufgebrachte Material noch einen zweiten unerwarteten Vorteil bringt.Surprisingly, it has now been found that then when it is provided that the materials before immersing the metal strip in a with kataly Coating bath provided with table-like substances are applied, the ka taking place in the immersion bath talytical coating much better on the Ka Talysator body or the sheet metal strip adheres. This means tet that on the surfaces of the catalyst walls applied material a second unexpected Brings advantage.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Aufbringung der Materialien auf die Katalysatorwände besteht dar in, daß gegebenenfalls auf eine separate Beschichtung des Katalysatorkörpers mit katalytisch wirkenden Be standteilen verzichtet werden kann, wenn die aufzu bringenden Materialien selbst entsprechend katalyti sche Wirkungen besitzen und in einer entsprechenden Schichtstärke aufgebracht werden.Another advantage of the application according to the invention of the materials on the catalyst walls in that possibly on a separate coating of the catalyst body with catalytic Be components can be dispensed with if the open bringing materials themselves accordingly catalyti own effects and in a corresponding Layer thickness can be applied.
Die Aufbringung der Materialien auf die Katalysator wände kann z. B. durch Aufsintern oder durch ein Flamm spritzen erfolgen. Bei dem zuletzt genannten Verfahren werden die gewünschten Materialien in Pulverform in einen Flammstrahl eines Schweißbrenners eingebracht und entsprechend verflüssigt auf die Katalysatorwände gespritzt.The application of materials to the catalyst walls can e.g. B. by sintering or by a flame inject. In the latter method are the desired materials in powder form introduced a flame beam from a welding torch and liquefied accordingly on the catalyst walls sprayed.
Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung auch noch andere Aufbringverfahren möglich.Of course, within the scope of the invention other application methods possible.
Als Grundmaterial für den Katalysatorkörper in Band form hat sich Stahlblech als sehr gut geeignet heraus gestellt, das mit 2 bis 5 Gewichtsprozent Aluminium und einem Anteil an bis zu 24 Gewichtsprozent Chrom, vorzugsweise 22 bis 24 Gewichtsprozent, legiert ist.As the base material for the catalyst body in tape Steel sheet has proven to be very suitable put that with 2 to 5 weight percent aluminum and up to 24% by weight of chromium, preferably 22 to 24 percent by weight is alloyed.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.The following is an embodiment of the invention shown in principle on the basis of the drawing.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kata lysators, der aus einem Band in eine Zylin derform gewickelt ist; Fig. 1 is a perspective view of a Kata analyzer, the form is wound from a tape in a Zylin;
Fig. 2 ausschnittsweise eine vergrößerte Ansicht auf eine Stirnseite des Katalysators nach der Fig. 1. Fig. 2 a section of a enlarged view of one end of the catalyst of FIG. 1.
Ein Katalysator wird aus einem Blechband 1 gebildet, das eine Stärke zwischen 0,03 und 0,5 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,1 mm, besitzt und das auf einer Seite mit einer Oberfläche mit wellenförmigen Ausbauchungen ver sehen ist, die durch eine Vielzahl von hintereinander angeordneten Wellen 2 gebildet ist. Die Wellen 2 er strecken sich über die gesamte Breite des Blechbandes 1. Zur Bildung eines Katalysators wird das entspre chend elastische Blechband spiralförmig aufgewickelt, wodurch sich eine Vielzahl von Strömungskanäle 3 erge ben, die jeweils durch das Blechband 1 und die Wellen 2 begrenzt sind. Der Einlaß für das zu reinigende Ab gas erfolgt auf einer Stirnseite 4 während der Auslaß sich auf der anderen Stirnseite 5 befindet. Wie er sichtlich strömt das Abgas dabei entlang der auf diese Weise entstehenden Katalysatorwände, die mit kataly tisch wirkenden Werkstoffen bzw. Bestandteilen verse hen sind. A catalyst is formed from a sheet metal strip 1 , which has a thickness between 0.03 and 0.5 mm, preferably 0.05 to 0.1 mm, and which is seen on one side with a surface with undulating bulges, which through a plurality of shafts 2 arranged one behind the other is formed. The waves 2 he stretch across the entire width of the metal strip 1 . To form a catalyst, the accordingly elastic sheet metal strip is wound spirally, whereby a plurality of flow channels 3 are ben, which are each limited by the sheet metal strip 1 and the shafts 2 . The inlet for the gas to be cleaned takes place on one end face 4 while the outlet is on the other end face 5 . As he can see, the exhaust gas flows along the catalyst walls that are created in this way and that are provided with catalytically active materials or components.
Vor dem Aufwickeln des Blechbandes 1 und damit vor Fertigstellung des Katalysators wird das Blechband 1 allseitig, d. h. somit auch die Wellen 2, mit faseri gen, körnigen oder pulverförmigen Materialien 6 verse hen. Die Materialien 6 können z. B. auf das Band 1 und die Wellen 2 aufgesintert werden und ergeben auf diese Weise eine rauhe Oberfläche, wodurch das einströmende Abgas entsprechend verwirbelt und zu einer verstärkten Kontaktierung der Katalysatorwände gelangt.Before winding the sheet metal strip 1 and thus before finishing the catalyst, the sheet metal strip 1 is hen on all sides, ie thus also the shafts 2 , with fibers, granular or powdery materials 6 verses. The materials 6 can e.g. B. are sintered onto the belt 1 and the shafts 2 and in this way result in a rough surface, as a result of which the incoming exhaust gas swirls accordingly and leads to increased contacting of the catalyst walls.
Die katalytische Wirkung der Katalysatorwände läßt sich dadurch erreichen, daß Materialien 6 verwendet werden, die katalytische Eigenschaften besitzen und die in eine entsprechende Stärke auf das Blechband 1 aufgebracht werden.The catalytic effect of the catalyst walls can be achieved by using materials 6 which have catalytic properties and which are applied to the sheet metal strip 1 in a corresponding thickness.
Die Materialien 6 werden in unterschiedlichen Dicken bzw. Größen aufgebracht, wobei sie sich über einen Be reich von wenigen µ bis ca. 1 mm erstrecken können. Die Höhen der Wellen 2 richten sich nach dem Anwen dungsfall insbesondere der Größe des Verbrennungsmoto res und können zwischen 0,5 bis 20 mm betragen.The materials 6 are applied in different thicknesses or sizes, whereby they can extend over a range from a few μ to about 1 mm. The heights of the shafts 2 depend on the application, in particular the size of the combustion engine and can be between 0.5 and 20 mm.
Alternativ dazu kann die katalytische Wirkung der Ka talysatorwände durch eine Wash-Coat-Beschichtung er folgen, wobei in diesem Falle das Material zur Aufrau hung der Oberflächen vorher auf das Blechband 1 aufge bracht wird.Alternatively, the catalytic effect of the catalyst walls can be followed by a wash coat coating, in which case the material for roughening the surfaces is previously brought up onto the metal strip 1 .
Selbstverständlich ist die Form des Katalysators und dessen Bildung aus einem Bandmaterial nur beispiels weise genannt. Gleiches gilt für die Wellenform. Im Bedarfs falle sind selbstverständlich andere Ausgestal tungen möglich und statt Wellen sind auch rechteckige oder dreieckige Rippen, Noppen, Stege oder auch andere Ausgestaltungen möglich, die einen entsprechenden Ab stand zwischen den einzelnen Lagen des aufzuwickelnden Blechbandes zur Bildung von Strömungskanälen 3 her stellen.Of course, the shape of the catalyst and its formation from a strip material is only mentioned as an example. The same applies to the waveform. If necessary, other configurations are of course possible and instead of waves, rectangular or triangular ribs, nubs, webs or other configurations are also possible, which stood from the individual layers of the sheet metal strip to be wound to form flow channels 3 .
Statt einem flachen Blechband mit darauf angeordneten Wellen kann selbstverständlich als Bandmaterial auch ein Blechband verwendet werden, das rein in Wellenform gewickelt ist.Instead of a flat sheet metal strip with arranged on it Of course, waves can also be used as band material a sheet metal strip is used that is purely in wave form is wrapped.
Zur Stabilisierung kann das gewickelte Blechband an schließend an den Stirnseiten wenigstens teilweise verlötet oder verschweißt werden. Gleiches gilt selbstverständlich für die Endnaht, die entlang einer Mantellinie verläuft.The wound sheet metal strip can be used for stabilization closing at least partially on the front sides be soldered or welded. same for of course for the end seam that runs along a Surface line runs.
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