DE69301547T2 - Elektrisch heizbarer katalytischer Umwandler - Google Patents
Elektrisch heizbarer katalytischer UmwandlerInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft einen elektrisch heizbaren, katalytischen Umwandler, der zur Umwandlung der in einer Maschine erzeugten Verunreinigungen, wie z.B. Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Stickoxide usw., in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser verwendet wird.
- Ein elektrisch heizbarer, katalytischer Umwandler mit zylindrischem, katalytischen Kern, der ein dünnes Metallband (gewöhnlich ein gewelltes und ein glattes Band) und eine Isolierschicht, die übereinander liegen und spiralförmig zusammengewickelt sind, ein zylindrisches Metallgehäuse zur Aufnahme des katalytischen Kerns und eine Stromquelle für das elektrische Heizen des Metallbandes aufweist, ist im US- Patent 5,070,694 offenbart und hinlänglich als Stand der Technik bekannt.
- In der ungeprüf ten japanischen Patentanmeldung (Kohyo) Nr. 3-500911 wird ein solcher katalytischer Umwandler beschrieben, bei dem die Isolierschicht sich bis an die äußere Peripherie des an der Innenoberfläche des Metallgehäuses befestigten zylindrischen, katalytischen Kerns erstreckt.
- Um den jüngsten Forderungen nach strenger Abgasregelung gerecht zu werden, muß der Ausstoß an HC und Co während des Anlassens der Maschine verringert werden. Daher ist eine schnelle Erwärmung des katalytischen Kerns auf die Katalysatorwirkungstemperatur unumgänglich.
- In dem bekannten, elektrisch heizbaren Umwandler erstreckt die Isolierschicht sich jedoch über den gesamten katalytischen Kern und ist dadurch im gesamten Bereich des katalytischen Kerns vorhanden. Wenn z.B. ein relativ kleines Volumen von 100 cm innerhalb von 10 Sekunden auf bis zu 400ºC erwärmt werden muß, ist dafür eine elektrische Leistung von mehr als 2-3 kW erforderlich. Das setzt ein großes Stromversorgungssystems, einschließlich der vorhandenen Batterie voraus. Dadurch ergeben sich neue Probleme hinsichtlich Gewicht, Kosten, Brennstoffverbrauch usw.
- Aus der WO-A-89 104 70 ist ein katalytischer Umwandler bekannt, der ein gewickeltes Metallband und ein Isolferband aufweist. In einem peripheren Bereich dieses Umwandlers hat das ohne Isolierzwischenband gewickelte Metallband einen Metall-Metall-Kontakt zum Metallgehäuse.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines elektrisch heizbaren, katalytischen Umwandlers mit ausreichender Lebensdauer besonders hinsichtlich Wärmespannungen.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Be reitstellung eines elektrisch heizbaren, katalytischen Umwandlers, der bei reduziertem elektrischen Leistungsbedarf arbeiten kann.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisch heizbarer, katalytischer Umwandler zur Umwandlung von Verunreinigungen aus einer Maschine, wie Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide usw., in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser bereitgestellt, wobei dieser Umwandler aufweist: einen katalytischen Kern, der mindestens ein Metallband und mindestens eine Isolierschicht aufweist, die spiralförmig zusammengewickelt sind und einen spiralförmigen Strompfad bilden, wobei dieser katalytische Kern einen peripheren Bereich hat, in dem das Metallband ohne
- Isolierzwischenschicht gewickelt ist und einen Metall-Metall- Kontakt gewährleistet; ein Metallgehäuse zur Aufnahme des katalytischen Kerns auf eine solche Weise, daß der periphere Bereich des katalytischen Kerns das Metallgehäuse direkt berührt; und Einrichtungen zur Übertragung der elektrischen Leistung auf den katalytischen Kern.
- Bei dieser Erfindung ist die Isolierschicht im peripheren Bereich des katalytischen Kerns nicht vorhanden und der elektrische Widerstand in diesem Bereich daher sehr gering. Demzufolge kann die thermische Lebensdauer in dem peripheren Bereich, der wiederholt einer relativ großen thermischen Spannung unterliegt, verbessert werden. Außerdem kann die Außenperipherie des katalytischen Kerns fest mit dem Metallgehäuse verbunden werden.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisch heizbarer, katalytischer Umwandler zur Umwandlung von Verunreinigungen aus einer Maschine, wie z.B. Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide usw., in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser bereitgestellt, wobei dieser Umwandler aufweist: einen katalytischen Kern, der eine stabförmige Mittelelektrode, mindestens ein Metallband und mindestens eine Isolierschicht, die zusammen um die Mittelelektrode gewickelt sind und eine Elektrospirale bilden, aufweist, wobei der katalytische Kern einen an der Mittelelektrode liegenden Zentralbereich hat und in diesem Zentralbereich nur das Metallband ohne die Isolierzwischenschicht gewickelt ist und dadurch ein Metall-Metall-Kontakt hergestellt wird; ein Metallgehäuse zur Aufnahme des katalytischen Kerns und Einrichtungen zur Übertragung der elektrischen Leistung auf den katalytischen Kern.
- Bei dieser Erfindung ist die Isolierschicht in dem an die Mittelelektrode angrenzenden Bereich nicht vorhanden und der elektrische Widerstand in diesem Bereich daher sehr gering. Demzufolge wird in dem an die Mittelelektrode des katalytischen Kerns grenzenden Bereich nur wenig Wärme erzeugt. Es wird auch nur ein Teil des katalytischen Kerns, besonders der Zwischenbereich, elektrisch geheizt, so daß die zur Erwärmung des katalytischen Kerns erforderliche elektrische Leistung wesentlich reduziert werden kann. Der Zwischenbe-reich mit der vorhandenen Isolierschicht kann dadurch schnell erwärmt und dessen Temperatur schnell erhöht werden.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein elektrisch heizbarer, katalytischer Umwandler zur Umwandlung von Verunreinigungen aus einer Maschine, wie z.B. Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide usw., in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser bereitgestellt, wobei der Umwandler aufweist: einen katalytischen Kern, der eine stabförmige Mittelelektrode, mindestens ein Metallband und mindestens eine Isolierschicht, die zusammen um diese Mittelelektrode gewickelt sind und eine Elektrospirale bilden, aufweist, wobei der katalytische Kern einen Zentralbereich und einen peripheren Bereich hat und in diesem Zentralbereich und in diesem peripheren Bereich nur das Metallband ohne Isolierzwischenschicht gewickelt ist und einen Metall- Metall-Kontakt erzeugt; ein Metallgehäuse zur Aufnahme des katalytischen Kerns und Einrichtungen zur Übertragung der elektrischen Leistung auf den katalytischen Kern.
- Bei dieser Erfindung ist die Isolierschicht in diesem Zentralbereich und diesem peripheren Bereich nicht vorhanden und der elektrische Widerstand in diesen Bereichen daher sehr gering. Demzufolge wird im Zentralbereich und im peripheren Bereich wenig Wärme erzeugt. Demzufolge wird auch nur der Zwischenbereich elektrisch geheizt, so daß die zur Erwärmung des katalytischen Kerns erforderliche elektrische Leistung wesentlich reduziert werden kann.
- Figur 1 zeigt die Vorderansicht einer ersten Ausführungsform eines elektrisch heizbaren, katalytischen Umwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung.
- Figur 2 zeigt wie Figur 1 eine Vorderansicht, jedoch von einer Modifikation der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform
- Figur 3 zeigt die Vorderansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- Figur 4 zeigt wie Figur 3 eine Vorderansicht, jedoch von einer Modifikation der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform
- Figur 5 zeigt die Vorderansicht einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- Figur 6 zeigt wie Figur 5 eine Vorderansicht, jedoch von einer Modifikation der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform.
- In Figur 1 wird eine erste Ausführungsform eines elektrisch heizbaren, katalytischen Umwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Eine stabförmige Mittelelektrode weist einen Metallstab als Pluselektrode auf. Eine Vielzahl dünner, gewellter Metallbänder oder -folien 2 und eine Vielzahl flacher oder glatter, dünner Metallbänder oder -folien 3 sind abwechselnd um die Mittelelektrode 1 angeordnet und an einer Seite dieser Mittenelektrode 1 axial befestigt. Diese gewellten und glatten Metallbänder 2 und 3 sind aus einer Legierung oder einem Verbundwerkstoff, z.B. einem Werkstoff 20% Cr - 5% AL - 75% Fe hergestellt und sie haben eine Dicke von etwa 50 Um.
- Obwohl, wie bereits erwähnt, die gewellten Metallbänder 2 und die glatten Metallbänder 3 abwechselnd angeordnet sind, gibt es eine Ausnahme der Art, daß die zwei glatten Bänder aufeinanderfolgend angeordnet sind und zwischen diesen beiden glatten Bändern eine Isolierschicht 4 angeordnet ist.
- Die gewellten und glatten Metallbänder 2 und 3 haben von der Mittelelektrode 1 aus die gleiche Länge. Die Länge der Isolierschicht 4 ist von der Mittelelektrode 1 aus jedoch kürzer als die der Metallbänder 2 und 3. Das heißt, die entsprechenden äußeren Flächen der beiden Metallbänder werden nicht durch die Isolierschicht 4 voneinander getrennt, sondern berühren sich direkt.
- In Figur 2 wird eine modifizierte erste Ausführungsform gezeigt. Bei dieser modifizierten Ausführungsform sind eine Vielzahl gewellter, dünner Metallbänder oder -folien 2 und eine Vielzahl flacher oder glatter, dünner Metallbänder oder -folien 3 abwechselnd und symmetrisch um die stabförmige Mittelelektrode 1 angeordnet und an beiden Seiten dieser stabförmigen Mittelelektrode 1 befestigt. Folglich sind die linksseitigen und rechtsseitigen Gruppen dieser gewellten und glatten Metallbänder 2 und 3 in Bezug auf die Mittelelektrode 1 symmetrisch angeordnet.
- Die Zahl der Folien, die Länge der Isolierschicht usw. können nach den verschiedenen Bedingungen, wie Durchmesser oder Länge des katalytischen Kerns 5, elektrische Spannung der Spannungsquelle einschließlich Batterie usw. entsprechend ausgewählt werden.
- Ein katalytischer Metallkern 5 wird durch spiralförmiges Wickeln der gewellten und glatten Metallbänder 2 und 3 um die Mittelelektrode 1 hergestellt. Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, hat ein solcher katalytischer Metallkern 5 eine zylindrische Form und eine Struktur ähnlich der sogenannten Wabenstruktur und er wird dann in ein zylindrisches Metallgehäuse 6 eingesetzt und durch Hartlöten oder ein ähnliches Verfahren an diesem befestigt, so daß der katalytische Kern 5 mit dem Metallgehäuse 6 elektrisch gekoppelt ist. Die gewellten und glatten Metallbänder 2 und 3 werden über ihre gesamte Fläche oder über eine Teilfläche durch Hartlöten oder ein ähnliches Verfahren miteinander verbunden. Das Metallgehäuse 6 wird mit einer weiteren Elektrode 7, der Minus- oder Erdelektrode, elektrisch verbunden.
- Der Kern 5, der wie oben beschrieben hergestellt wurde, wird mit einem aktiven Aluminiumoxid oder ähnlichem Material beschichtet. Danach wird auf den Kern 5 ein Edelmetall, z.B. Pt, Pd, Rh oder ein ähnliches Metall aufgebracht, so daß auf diese Weise ein elektrisch heizbarer, katalytischer Umwandler mit Wabenstruktur entsteht.
- Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte, elektrisch heizbare, katalytische Umwandler wird so in den Abgaskanal einer Verbrennungsmaschine oder Turbine eingebracht, daß das Abgas in Achsrichtung des zylindrischen, katalytischen Kerns 5 oder des Gehäuses 6 strömt. Gewöhnlich wird ein nicht elektrisch heizbarer, katalytischer Hauptumwandler (in den Zeichnungen nicht dargestellt) im Abgaskanal an der Abströmseite diese elektrisch heizbaren Umwandlers angeordnet.
- Wie bekannt ist, arbeitet der Katalysator (bei einer hohen Umwandlungsgeschwindigkeit) nicht effektiv, sofern die Abgastemperatur nicht auf eine Aktivierungstemperatur gebracht wird. Demzufolge wird während einer Kaltstartphase der Maschine, in der das Abgas noch relativ kalt ist, der elektrisch heizbare, katalytische Umwandler durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den katalytischen Kern 5 erwärmt, um dessen Temperatur schnell auf eine Aktivierungstemperatur zu bringen und dadurch die im Abgas vorhandenen Verunreinigungen umwandeln zu können.
- Da, wie bereits erwähnt, die Länge der Isolierschicht 4 von der Mittelelektrode 1 aus kürzer ist als die der Metallbänder 2 und 3, werden die Außenflächen der glatten Bänder nicht durch die Isolierschicht 4 voneinander getrennt. Deshalb berühren sich die Metallbänder beim Wickeln, wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, in einem peripheren Bereich des katalytischen Kerns 5, der an das Metallgehäuse angrenzt, direkt. Wenn dann zwischen der Mittelelektrode 1 und der Erdelektrode 7 eine elektrische Spannung angelegt wird, fließt entlang des durch die Isolierschicht 4 definierten Strompfades ein Strom, gekennzeichnet durch die Pfeile in den Figuren 1 und 2. Demzufolge ist der durch das Vorhandensein der Isolierschicht 4 im Zentralbereich und Zwischenbereich des katalytischen Kerns 5 gebildete Strompfad eine Fläche mit relativ hohem Widerstand, so daß diese Bereiche durch die elektrische Leistung stärker erwärmt werden.
- Dagegen wird der Strompfad im peripheren Bereich des katalytischen Kerns 5, der nicht durch die Isolierschicht 4 unterbrochen ist, zu einer Fläche mit niedrigem Widerstand, so daß die Wärmeerzeugung in diesem Bereich viel geringer ist.
- Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten, ersten Ausführungsformen ist die Isolierschicht 4 im peripheren Bereich des katalytischen Kerns 5 nicht vorhanden und demzufolge der elektrische Widerstand in diesem Bereich sehr gering, so daß in diesem Bereich wenig Wärme erzeugt wird. Dadurch kann die thermische Lebensdauer im peripheren Bereich, der wiederholt relativ großen thermischen Spannungen unterworfen ist, verbessert werden. Außerdem kann die Außenperipherie des katalytischen Kerns 5 fest mit dem Metallgehäuse verbunden werden.
- In Figur 3 wird eine zweite Ausführungsform eines elektrisch heizbaren, katalytischen Umwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Teile, die denen der ersten Ausführungsform gleichen oder entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, so daß auf eine detaillierte Erläuterung dieser Teile verzichtet wird.
- Auf gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform sind auch hier eine Vielzahl gewellter Bänder 2 und eine Vielzahl glatter Bänder 3 abwechselnd um die Mittelelektrode 1 angeordnet und axial an einer Seite dieser Elektrode befestigt. Obwohl, wie bereits erwähnt, die gewellten Metallbänder 2 und die glatten Metallbänder 3 abwechselnd angeordnet sind, gibt es eine Ausnahme dahingehend, daß die beiden glatten Bänder unmittelbar aufeinander folgen und zwischen diesen beiden Bändern eine Isolierschicht 4 angeordnet ist.
- Die gewellten und glatten Metallbänder 2 und 3 haben von der Mittelelektrode 1 aus alle die gleiche Länge. Die Länge der Isolierschicht 4 ist jedoch kürzer als die der Metallbänder 2 und 3, so daß die Innen- und Außenfläche der beiden glatten Bänder durch die Isolierschicht 4 nicht voneinander getrennt werden.
- In Figur 4 wird eine modifizierte, zweite Ausführungsform gezeigt. Bei dieser modifizierten Ausführungsform sind eine Vielzahl gewellter, dünner Metallbänder oder -folien 2 und eine Vielzahl glatter oder flacher, dünner Metallbänder oder -folien 3 abwechselnd und symmetrisch an den beiden Seiten der stabförmigen Mittelelektrode 1 angeordnet und an dieser befestigt. Das heißt, die linke und rechte Gruppe dieser gewellten und glatten Metallbänder 2 und 3 sind bezüglich der Mittelelektrode 1 symmetrisch angeordnet.
- Auf gleiche Weise wie bei der ersten Ausführungsform wird, wie in den Figuren 3 und 4 gezeigt, ein katalytischer Metallkern 5 durch spiralförmiges Wickeln der gewellten und glatten Metallbänder 2 und 3 um die Mittelelektrode 1 erzeugt und dann in ein zylindrisches Metallgehäuse 6 eingesetzt und an diesem befestigt.
- Da, wie eindeutig zu erkennen ist, die Länge der Isolierschicht 4 kürzer ist als die der Metallbänder 2 und 3, sind die Metallbänder so gewickelt, daß sie sich, wie die Figuren 3 und 4 zeigen, in einem an die Mittelelektrode 1 grenzenden Zentralbereich des katalytischen Kerns 5 und in einem an das Metallgehäuse 6 grenzenden, peripheren Bereich des katalytischen Kerns 5 direkt berühren.
- Wenn dann zwischen der Mittelelektrode 1 und der Erdelektrode 7 eine elektrische Spannung angelegt wird, fließt entlang eines durch die Isolierschichlen 4 definierten, spiralförmigen Strompfades ein elektrischer Strom. Demzufolge erweist sich der auf diese Weise in einem Zwischenbereich des katalytischen Kerns 5 erzeugte Strompfad als eine Fläche mit relativ hohem Widerstand. Dagegen erweist sich der Strompfad im Zentralbereich und im peripheren Bereich des katalytischen Kerns 5 als eine Fläche mit geringem Widerstand, so daß, wenn an den katalytischen Kern 5 eine elektrische Spannung angelegt wird, die Wärmeerzeugung in diesen Bereichen, besonders aber im Zentralbere4ch, viel geringer ist als die im Zwischenbereich.
- Im allgemeinen ist im Zentralbereich des katalytischen Kerns der Widerstand in Bezug auf die Gasströmung relativ groß, weil in diesem Zentralbereich die Mittelelektrode 1 vorhanden ist und die gewellten Bänder 2 zusammengedrückt sind, so daß eine Vielzahl der zwischen den gewellten Bändern 2 und den glatten Bändern 3 gebildeten, engen Gaskanäle eine verringerte Querschnittsfläche aufweisen. Aus diesem Grund wird die Abgasströmung im Zentralbereich des katalytischen Kerns 5 reduziert.
- Da bei der zweiten Ausführungsform keine Isolierschicht 4 im Zentralbereich des katalytischen Kerns 5 vorhanden ist, kann der Verlust an elektrischer Leistung im Zentralbereich des katalytischen Kerns 5 um die Mittelelektrode 1 aus folgenden Gründen reduziert werden.
- Wenn zwischen der Mittelelektrode 1 und der Erdelektrode 7 eine elektrische Spannung angelegt wird, fließt entlang eines durch die Isolierschichten 4 definierten, spiralförmigen Pfades, ein elektrischer Strom, dargestellt durch die Pfeile in den Figuren 3 und 4. Demzufolge erweist sich der durch die Isolierschicht 4 gebildete Strompfad in dem zwischen dem Zentralbereich und dem peripheren Bereich des katalytischen Kerns 5 liegenden Zwischenbereich als eine Fläche mit relativ hohem Widerstand, so daß dieser Zwischenbereich durch den elektrischen Strom stärker erwärmt wird.
- Dagegen erweisen sich die Strompfade im Zentralbereich und peripheren Bereich des katalytischen Kerns 5, die dort durch die Isolierschicht 4 nicht beeinflußt werden, als Flächen mit geringem Widerstand, so daß die Wärmeerzeugung in diesen Bereichen viel geringer ist. Dadurch kann der Verlust an elektrischer Leistung im katalytischen Kern 5 vermindert werden.
- In Figur 5 wird eine dritte Ausführungsform eines elektrisch heizbaren, katalytischen Umwandlers gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Teile, die denen der ersten oder zweiten Ausführungsform gleichen oder entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, so daß auf eine detaillierte Beschreibung verzichtet wird.
- Auf gleiche Weise wie bei der ersten oder zweiten Ausführungsform sind hier eine Vielzahl gewellter Bänder 2 und eine Vielzahl glatter Bänder 3 abwechselnd um die Mittelelektrode 1 angeordnet und axial an einer Seite dieser Mittelelektrode befestigt. Es besteht jedoch eine Ausnahme dahingehend, daß die beiden glatten Bänder aufeinanderfolgend angeordnet sind und zwischen diesen beiden glatten Bändern eine Isolierschicht 4 angeordnet ist.
- Die gewellten und glatten Metallbänder 2 und 3 haben von der Mittelelektrode 1 aus alle die gleiche Länge. Die Länge der Isolierschicht 4 ist jedoch kürzer als die der Metallbänder 2 und 3, so daß die Innenflächen der beiden glatten Bänder durch die Isolierschicht 4 nicht voneinander getrennt werden.
- In Figur 6 wird eine modifizierte dritte Ausführungsform gezeigt. Bei dieser modifizierten Ausführungsform sind eine Vielzahl gewellter Metallbänder 2 und eine Vielzahl glatter Metallbänder 3 abwechselnd und symmetrisch links und rechts der stabförmigen Mittelelektrode 1 angeordnet und an beiden Seiten dieser Elektrode befestigt.
- Auf gleiche Weise wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform wird, wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt, ein katalytischer Kern 5 durch spiralförmiges Wickeln der gewellten und glatten Metallbänder 2 und 3 um die Mittelelektrode 1 erzeugt, dann in ein zylindrisches Metallgehäuse 6 eingesetzt und an diesem befestigt.
- Da, wie dargelegt, die Länge der Isolierschicht 4 kürzer ist als die der Metallbänder 2 und 3, sind die Metallbänder so gewickelt, daß sie sich, wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt, in einem an die Mittelelektrode 1 grenzenden Zentralbereich des katalytischen Kerns 5 direkt berühren.
- Wenn daher zwischen der Mittelelektrode 1 und der Erdelektrode 7 eine elektrische Spannung angelegt wird, fließt entlang eines durch die Isolierschichten 4 definierten, spiralförmigen Strompfades ein elektrischer Strom. Demzufolge erweist sich der auf diese Weise im peripheren Bereich des katalytischen Kerns 5 erzeugte Strompfad als eine Fläche mit relativ hohem Widerstand. Dagegen erweist sich der Strompfad im Zentralbereich des katalytischen Kerns 5 als eine Fläche mit geringem Widerstand, so daß, wenn an den katalytischen Kern 5 eine elektrische Spannung angelegt wird, die Wärmeerzeugung im Zentralbereich viel geringer ist als die im peripheren Bereich.
- Da wie bei der zweiten Ausführungsform keine Isolierschicht 4 im Zentralbereich des katalytischen Kerns 5 vorhanden ist, kann aus den bereits genannten Gründen der Verlust an elektrischer Leistung im Zentralbereich des katalytischen Kerns 5 um die Mittelelektode 1 verringert werden.
- Gemäß einiger Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird nur ein Teil des katalytischen Kerns 5 elektrisch geheizt. Demzufolge kann die zum Erwärmen des katalytischen Kerns 5 erforderliche elektrische Leistung merklich verringert werden.
- Obwohl bei den oben erwähnten Ausführungsformen die Isolierschicht zwischen zwei glatten Bändern angeordnet oder eingesetzt ist, kann eine solche Isolierschicht auch zwischen zwei gewellten Bändern oder zwischen einem gewellten und einem glatten Band angeordnet oder eingesetzt werden.
Claims (25)
1. Elektrisch heizbarer, katalytischer Umwandler zur
Umwandlung von Verunreinigungen aus einer Maschine, wie z.B.
Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide
usw., in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser, wobei der
Umwandler
- einen katalytischen Kern, der mindestens ein Metallband
(2,3) und mindestens eine Isolierschicht (4) aufweist, die
zusammengewickelt sind und einen spiralförmigen Strompfad
bilden,
- ein Metallgehäuse (6) zur Aufnahme des katalytischen Kerns
auf eine solche Weise, daß ein peripherer Bereich des
katalytischen Kerns das Metallgehäuse (6) direkt berührt,
und Einrichtungen (1, 7) zur Übertragung der elektrischen
Leistung auf den katalytischen Kern aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- der katalytische Kern einen peripheren Bereich hat, in dem
nur das Metallband (2, 3) ohne die Isolierzwischenschicht (4)
gewickelt ist und
- ein Kontakt zwischen dem Metall des Bandes (2, 3) an einer
Stelle entlang des Bandes (2, 3) und dem Metall an einer
weiteren Stelle entlang des Bandes (2, 3) oder zu einem
weiteren Band (2, 3) hergestellt wird.
2. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 1, wobei das
Metallband (2, 3) ein gewelltes Band (2) und ein glattes Band
(3) aufweist, die übereinander liegen und zu einer Spirale
zusammengewickelt sind und somit einen wabenförmigen
Katalysator bilden.
3. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 2, der außerdem
eine Mittelelektrode (1) aufweist, um die das gewellte Band
(2) und das glatte Band (3) spiralförmig gewickelt sind
4. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 3, wobei eine
Vielzahl gewellter Bänder (2) und eine Vielzahl glatter
Bänder (3) abwechselnd angeordnet und spiralförmig um die
Mittelelektrode (1) gewickelt sind.
5. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 3, wobei eine
Vielzahl gewellter Bänder (2) und eine Vielzahl glatter
Bänder (3) abwechselnd angeordnet sind, mit der Ausnahme, daß
mindestens eine Isolierschicht (4) zwischen die gewellten und
glatten Bänder (2, 3), zwischen zwei gewellten Bändern (2)
oder zwei glatten Bändern (3) eingelegt ist und die gewellten
Bänder (2) und glatten Bänder (3) axial an einer Seite der
Mittelelektrode (1) befestigt und spiralförmig um diese
gewickelt sind.
6. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 5, wobei von der
Mittelelektrode (1) aus die Länge der Isolierschicht (4)
kürzer ist als die des gewellten Bandes (2) und des glatten
Bandes (3).
7. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 3, wobei eine
Vielzahl gewellter Bänder (2) und eine Vielzahl glatter
Bänder (3), die abwechselnd angeordnet sind, mit der
Ausnahme, daß mindestens eine Isolierschicht (4) zwischen die
gewellten und glatten Bänder (2, 3), zwischen zwei gewellten
Bändern (2) oder zwischen zwei glatten Bändern (3) eingelegt
ist, eine erste und eine zweite Gruppe definieren, die
bezüglich der Mittelelektrode (1) symmetrisch zueinander
angeordnet sind und die gewellten Bänder (2) und die glatten
Bänder (3) in der ersten und zweiten Gruppe an zwei sich
gegenüberliegenden Stellen der Mittelelektrode (1) axial
befestigt und spiralförmig um diese gewickelt sind.
8. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 7, wobei von der
Mittelelektrode (1) aus die Länge der Isolierschicht (4)
kürzer ist als die des gewellten Bandes (2) und des glatten
Bandes (3).
9. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 1, wobei der
katalytischer Kern und das Metallgehäuse (6) beide
zylindrisch sind.
10. Elektrisch heizbarer, katalytischer Umwandler zur
Umwandlung von Verunreinigungen aus einer Maschine, wie z.B.
Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide
usw., in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser, wobei der
Umwandler
- ein Metallgehäuse (6) zur Aufnahme des katalytischen Kerns
und
- Einrichtungen (1, 7) zur Übertragung der elektrischen
Leistung auf einen katalytischen Kern
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
der katalytische Kern eine stabförmige Mittelelektrode (1),
mindestens ein Metallband (2, 3) und mindestens eine
Isolierschicht (4), die zur Erzeugung eines spiralförmigen
Strompfades zusammen um diese Mittelelektrode (1) gewickelt
sind, aufweist, wobei der katalytische Kern einen an die
Mittelelektrode (1) grenzenden Zentralbereich hat und wobei
in diesem Zentralbereich nur das Metallband (2, 3) ohne die
Isolierzwischenschicht (4) gewickelt ist und ein Kontakt
zwischen dem Metall des Bandes (2, 3) an einer Stelle entlang
des Bandes (2, 3) zum Metall an einer weiteren Stelle entlang
des Bandes (2, 3) oder zu einem weiteren Band (2, 3)
hergestellt wird.
11. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 10, wobei die
Metallbänder (2, 3) ein gewelltes Band (2) und ein glattes
Band (3) aufweisen, die übereinander liegen und spiralförmig
zusammengewickelt sind, um einen wabenförmigen Katalysator zu
bilden.
12. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 11, wobei eine
Vielzahl gewellter Bänder (2) und eine Vielzahl glatter
Bänder (3) abwechselnd angeordnet und spiralförmig um die
Mittelelektrode (1) gewickelt sind.
13. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 11, wobei eine
Vielzahl gewellter Bänder (2) und eine Vielzahl glatter
Bänder (3) abwechselnd angeordnet sind, mit der Ausnahme, daß
mindestens eine Isolierschicht (4) zwischen den gewellten und
glatten Bändern (2, 3), zwischen zwei gewellten Bänder (2)
oder zwischen zwei glatten Bänder (3) eingelegt ist und wobei
die gewellten Bänder (2) und die glatten Bänder (3) an einer
Seite der Mittelelektrode (1) axial befestigt und
spiralförmig um diese gewickelt sind.
14. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 13, wobei die
Länge der Isolierschicht (4) kürzer ist als die des gewellten
Bandes (2) und des glatten Bandes (3), so daß die
Isolierschicht (4) von der Mittelelektrode (1) entfernt
angeordnet ist.
15. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 11, wobei eine
Vielzahl gewellter Bänder (2) und eine Vielzahl glatter
Bänder (3), die abwechselnd angeordnet sind, mit der
Ausnahme, daß mindestens eine Isolierschicht (4) zwischen den
gewellten und glatten Bändern (2, 3), zwischen zwei gewellten
Bändern (2) oder zwischen zwei glatten Bändern (3) eingelegt
ist, eine erste und zweite Gruppe definieren, die bezüglich
der Mittelelektrode (1) symmetrisch zueinander angeordnet
sind, und die gewellten Bänder (2) und die glatten Bänder (3)
in der ersten und zweiten Gruppe an zwei sich
gegenüberliegenden Stellen der Mittelelektrode axial
befestigt und spiralförmig um diese gewickelt sind.
16. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 15, wobei die
Länge der Isolierschicht (4) kürzer ist als die des gewellten
Bandes (2) und des glatten Bandes (3), so daß die
Isolierschicht (4) von der Mittelelektrode (1) entfernt
angeordnet ist.
- lT-
17. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 10, wobei der
katalytische Kern und das Metallgehäuse (6) beide zylindrisch
sind.
18. Elektrisch heizbarer, katalytischer Umwandler zur
Umwandlung von Verunreinigungen aus einer Maschine, wie z.B.
Kohlenmonoxid, unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide
usw., in Kohlendioxid, Stickstoff und Wasser, wobei der
Umwandler eine Metallgehäuse (6) zur Aufnahme des
katalytischen Kerns und Einrichtungen (1, 7) zur Übertragung
der elektrischen Leistung auf den katalytischen Kern,
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
- der katalytische Kern eine stabförmige Mittelelektrode,
mindestens ein Metallband und mindestens eine Isolierschicht,
die spiralförmig um diese Mittelelektrode gewickelt sind und
einen spiralförmigen Strompfad bilden, aufweist und
- einen Zentralbereich und einen peripheren Bereich hat,
wobei in diesem Zentralbereich und diesem peripheren Bereich
nur das Metallband (2, 3) ohne die Isolierzwischenschicht (4)
gewickelt ist und ein Kontakt zwischen dem Metall des Bandes
(2, 3) an einer Stelle über die Länge des Bandes (2, 3) und
dem Metall an einer weiteren Stelle über die Länge des Bandes
(2, 3) oder zu einem weiteren Band (2, 3) hergestellt wird.
19. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 18, wobei die
Metallbänder (2, 3) ein gewelltes Band (2) und ein glattes
Band (3) aufweisen, die übereinander liegen und spiralförmig
zusammengewickelt sind, um einen wabenförmigen Katalysator zu
bilden.
20. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 19, wobei eine
Vielzahl gewellter Bänder (2) und eine Vielzahl glatter
Bänder (3) abwechselnd angeordnet und spiralförmig um die
Mittelelektrode (1) gewickelt sind.
21, Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 19, wobei eine
Vielzahl gewellter Bänder (2) und eine Vielzahl glatter
Bänder (3) abwechselnd angeordnet sind, mit der Ausnahme, daß
mindestens eine Isolierschicht (4) zwischen den gewellten und
glatten Bändern (2, 3), zwischen zwei gewellten Bändern (2)
oder zwischen zwei glatten Bändern (3) eingelegt ist und die
gewellten Bänder (2) und glatten Bänder (3) an einer Seite
der Mittelelektrode (1) axial befestigt und spiralförmig um
diese gewickelt sind.
22. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 21, wobei die
Länge der Isolierschicht (4) kürzer ist als die des gewellten
Bandes (2) und des glatten Bandes (3), so daß die
Isolierschicht (4) von der Mittelelektrode (1) und vom
peripheren Ende der gewellten und glatten Bänder (2, 3)
entfernt angeordnet ist.
23. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 19, wobei eine
Vielzahl gewellter Bänder (2) und eine Vielzahl glatter
Bänder (3), die abwechselnd angeordnet sind, mit der
Ausnahme, daß mindestens eine Isolierschicht (4) zwischen den
gewellten und glatten Bändern (2, 3), zwischen zwei gewellten
Bändern (2) oder zwischen zwei glatten Bändern (3) eingelegt
ist, eine erste und zweite Gruppe definieren, die bezüglich
der Mittelelektrode (1) symmetrisch zueinander angeordnet
sind, und die gewellten Bänder (2) und die glatten Bänder (3)
in der ersten und zweiten Gruppe an zwei sich
gegenüberliegenden Stellen der Mittelelektrode (1) axial
befestigt und spiralförmig um diese gewickelt sind.
24. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 23, wobei die
Länge der Isolierschicht (4) kürzer ist als die des gewellten
Bandes (2) und des glatten Bandes (3), so daß die
Isolierschicht (4) von der Mittelelektrode (1) und vom
peripheren Bereich der gewellten und glatten Bänder (2, 3)
entfernt angeordnet ist.
25. Katalytischer Umwandler gemäß Anspruch 18, wobei der
katalytische Kern und das Metallgehäuse (6) beide zylindrisch
sind.
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