DE69808166T2

DE69808166T2 - Katalysator und Wabenkörper-, Bettkatalysatoreinheit aus Metal hierfür

Info

Publication number: DE69808166T2
Application number: DE69808166T
Authority: DE
Inventors: Eizo Suyama; Hiroshi Tanabe
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1997-04-09
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2018-01-22
Also published as: JP3961609B2; EP0870909A1; JPH10280949A; EP0870909B1; US6080371A; DE69808166D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen Katalysator, der in einem Abgassystem eines Motorfahrzeuges installiert ist, um NOX-Komponenten, die im Abgas eines Motors des Motorfahrzeuges enthalten sind, zu reduzieren. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Katalysator, der eine metallische Wabenkörperbettkatalysatoreinheit darin montiert aufweist.

Beschreibung des Stands der Technik

Wabenkörperbetteinheiten werden häufig als Katalysatorträger für Katalysatoren verwendet. Heutzutage sind einige der Wabenkörperbetteinheiten aus einem Schichtmetall, etwa einem Fe-Cr-Al-System aus rostfreiem Stahlschichtferritmetall (z. B. 200r-5Al-La- Fe) oder dergleichen aufgebaut.
Um derartige metallische Wabenkörperbettkatalysatoren herzustellen wurden zahlreiche Methoden vorgeschlagen und verwirklicht. Eine dieser Methoden ist in der japanischen vorläufigen Patentoffenlegung 1-242152 offenbart. In diesem Verfahren werden ein längliches geripptes Schichtmetall und ein längliches flaches Schichtmetall aufeinandergelegt und aufgerollt, um ein metallisches Bett in Form eines Zylinders oder eines elliptischen Zylinders zu erzeugen. Um relative Verschiebung zwischen den beiden Schichtmetallen zu unterdrücken, wird dann das metallische Bett einem Lötvorgang unterzogen, um Kontaktbereiche der beiden Schichtmetalle zu löten oder hartzulöten. Laserlötverfahren und Vakuumhartlötverfahren werden für gewöhnlich für ein derartiges Löten angewendet. In einem weiteren Verfahren werden gerippte Schichtmetalle unterschiedlicher Breite und flache Schichtmetalle unterschiedlicher Breite abwechselnd aufeinander gelegt, um ein metallisches Bett in Form eines Zylinders oder eines elliptischen Zylinders herzustellen. Anschließend wird das metallische Bett einem Lötprozess zum Verlöten der Schichtmetalle unterzogen. Das auf diese Weise hergestellte metallische Bett besitzt eine Vielzahl von Durchgangszellen 5, wie in Fig. 20 gezeigt ist. In dieser Zeichnung ist durch die Bezugszeichen 1 und 3 jeweils das gerippte und das flache Schichtmetall bezeichnet. Diese beiden Arten von Schichtmetall 1 und 3 sind an Bereichen 7 gelötet oder hartgelötet. Wie gezeigt ist, besitzt jede der Durchgangszellen 5, die in dem metallischen Bett ausgebildet sind, einen im Wesentlichen dreieckigen Querschnitt. Das hergestellte metallische Bett wird dann einem Katalysatorbehandlungsvorgang unterzogen, um Oberflächen der Durchgangszellen 5 mit einer Katalysatorschicht zu belegen. Für gewöhnlich wird für die Katalysatorbehandlung ein Tauchverfahren angewendet, wobei das metallische Bett für eine gegebene Zeitdauer in eine Beschichtungslösung eingetaucht wird. Die Beschichtungslösung ist eine Lösung mit einem Katalysator, einem γ- Aluminiumoxid und Additiven. Wenn daher das metallische Bett aus der Lösung herausgenommen wird, sind die gesamten Oberflächen der Durchgangszellen 5 mit der Beschichtung oder der Katalysatorschicht bedeckt. Das metallische Bett wird anschließend erhitzt, um die Katalysatorschicht an den Oberflächen zu trocknen. Das metallische Katalysatorbett wird dann in ein metallisches Gehäuse integriert und mit diesem verlötet.
Aufgrund des inneren Aufbaus besitzt der gemäß den zuvor beschriebenen konventionellen Verfahren hergestellte Katalysator die folgenden Nachteile.
Erstens, wie in Fig. 20 zu erkennen ist, sind, wenn das metallische Bett aus der Beschichtungslösung herausgezogen wird, Oberflächen der Durchgangszellen 5 mit der Lösung oder der Katalysatorschicht 9 beschichtet oder angefeuchtet. Wie aus dieser Zeichnung allerdings zu erkennen ist, sammelt sich an Bereichen "T", an denen ein spitzer Winkel zwischen gegenseitig angelöteten Segmenten der beiden Arten an Schichtmetallen 1 und 3 definiert ist, eine größere Menge an Katalysator aufgrund der Natur der Oberflächenspannung der Lösung in diesem Raumbereichen mit spitzen Winkeln. Dies bedeutet, dass ein wirksamer Oberflächenbereich der Katalysatorschicht an den Oberflächen der Durchgangszellen 5 um ein gewisses Maß reduziert ist und das Katalysatormaterial in den Bereichen "T" wird somit verschwendet.
Zweitens, die Verwendung zweier Arten von Schichtmetallen führt tendenziell dazu, die Zuverlässigkeit und die mechanische Widerstandsfähigkeit des metallischen Betts zu verringern. Tatsächlich kann das flache Schichtmetall thermische Spannung nicht in einer Weise absorbieren, wie dies durch das gerippte Schichtmetall der Fall ist. Wenn somit das metallische Bett, das aus zwei Arten von Schichtmetallen aufgebaut ist, stark erhitzten Abgasen für eine lange Zeitdauer ausgesetzt wird, tritt an dem Bett tendenziell eine beträchtliche Deformierung auf aufgrund des Unterschieds der thermischen Spannung zwischen den beiden Arten von Schichtmetall.
Drittens, das Löten oder Hartlöten zweier Arten von Schichtmetallen erfordert eine aufwändige und damit teuere Technik. Wenn das Löten oder das Hartlöten unzureichend ausgeführt wird, tritt möglicherweise das ungewünschte Ablösen der geschichteten Metalle des metallischen Bettes auf.
US 5 202 303 offenbart eine Mehrstufenverbrennungsvorrichtung, die in einer Hochtemperaturumgebung verwendbar ist. Eine erste Stufe der Vorrichtung ist ein Reaktor, der aus einem Metallstreifen gebildet ist, der wiederum lediglich auf einer Seite mit einem Katalysator beschichtet ist. Der Streifen ist ferner mit einem Fischgrätenmuster gerippt. Die einfach beschichtete Seite des Metalls definiert die Wände der Kanäle in jeder zweiten Reihe. Die Fischgrätenrippen verhindern, dass die Metallschichten zusammenhaften und definieren ferner einen Zickzackströmungsweg für das Verbrennungsgas.

Überblick über die Erfindung

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Katalysator bereitzustellen, der nicht die zuvor genannten Nachteile zeigt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit bereitzustellen, die nicht die zuvor genannten Nachteile zeigt.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Katalysator bereitgestellt, der aufweist: mehrere gerippte Schichtmetallbereiche, die aufeinandergelegt sind, um ein metallisches Wabenkörperkatalysatorbett zu bilden, wobei jeder Schichtmetallbereich mehrere gerade, parallele, abwechselnde Steg- und Rillenbereiche aufweist, so dass, wenn jeder obere Schichtmetallbereich geeignet auf einen entsprechenden unteren Schichtmetallbereich so gelegt ist, dass die Rillenbereiche des oberen Schichtmetallbereichs zu den Stegbereichen des unteren Schichtmetallbereichs ausgerichtet sind, dazwischen mehrere Durchgangszellen jeweils mit einem gleichmäßigen quadratischen Querschnitt definiert sind; ein Gehäuse zum Einschließen des metallischen Wabenkörperkatalysatorbettes; und Einlass- und Auslassleitungen, die mit dem vorderen und hinteren Ende des Gehäuses verbunden sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit für einen Katalysator bereitgestellt. Die Einheit umfasst mehrere gerippte Schichtmetallbereiche, die aufeinandergelegt werden, um ein metallisches Wabenkörperkatalysatorbett zu bilden, wobei jeder Schichtmetallbereich mehrere gerade, parallele abwechselnde Steg- und Rillenbereiche aufweist, derart, dass wenn jeder obere Schichtmetallbereich geeignet auf einen entsprechenden unteren Schichtmetallbereich mit den Rillenbereichen des oberen Schichtmetallbereichs zu den Stegbereichen des unteren Schichtmetallbereichs ausgerichtet angeordnet ist, dazwischen mehrere Durchgangszellen mit jeweils einem gleichmäßigen quadratischen Querschnitt definiert sind; und ein Gehäuse zur Aufnahme des metallischen Wabenkörperkatalysatorbetts.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor, wenn diese im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen studiert wird; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer metallischen Wabenkörperkatalysatorbetteinheit, die einen wesentlichen Teil eines Katalysators einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform bildet;
Fig. 2 eine Darstellung zum Erläutern des Verfahrens zur Herstellung der metallischen Wabenkörperkatalysatorbetteinheit aus Fig. 1;
Fig. 3 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines der gerippten Schichtmetalle, das zur Herstellung der metallischen Betteinheit aus Fig. 1 verwendet wird;
Fig. 4 eine Darstellung, die die Art und Weise erläutert, in der jedes obere Schichtmetall auf das entsprechende untere Schichtmetall zur Herstellung der metallischen Betteinheit aus Fig. 1 gelegt wird;
Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 5-5 aus Fig. 1;
Fig. 6 eine vergrößerte Schnittansicht von Durchgangszellen, die in der metallischen Betteinheit aus Fig. 1 definiert sind;
Fig. 7 eine Schnittansicht des Katalysators der ersten Ausführungsform, in dem die metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit aus Fig. 1 montiert ist;
Fig. 8 eine Schnittansicht entlang der Linie 8-8 aus Fig. 7;
Fig. 9 eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen Teils eines Katalysators, der eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 10 eine Schnittansicht eines Katalysators, der eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 11 eine Schnittansicht entlang der Linie 11-11 aus Fig. 10;
Fig. 12 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines der gerippten Schichtmetalle, das zur Herstellung einer modifizierten metallischen Betteinheit für einen Katalysator einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht einer Katalysatorbetteinheit für einen Katalysator einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14 eine Ansicht, die das Verfahren zur Herstellung einer metallischen Betteinheit für den Katalysator der fünften Ausführungsform erläutert;
Fig. 15 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines länglichen gerippten Schichtmetalls, das zur Herstellung der metallischen Betteinheit für den Katalysator der fünften Ausführungsform verwendet wird;
Fig. 16 eine Darstellung, die die Schritte zum Aufrollen des gerippten Schichtmetalls zur Herstellung der metallischen Betteinheit für den Katalysator der fünften Ausführungsform erläutert;
Fig. 17 eine Darstellung ähnlich zu Fig. 5, wobei jedoch die Schnittansicht der Katalysatorbetteinheit für den Katalysator der fünften Ausführungsform gezeigt ist;
Fig. 18 eine Schnittansicht des Katalysators der fünften Ausführungsform;
Fig. 19 eine vergrößerte Ansicht von Durchgangszellen, die in der metallischen Betteinheit für den Katalysator der fünften Ausführungsform definiert sind; und
Fig. 20 eine vergrößerte Ansicht von Durchgangszellen, die in einer metallischen Wabenkörperkatalysatorbetteinheit für einen konventionellen Katalysator definiert sind.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen

Mit Bezug zu den Fig. 1 bis 11 der Zeichnungen, insbesondere zu Fig. 7, wird ein Katalysator 100 dargestellt, der eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bildet. Der Katalysator 100 weist eine metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit 10, die darin montiert ist, auf.
Wie aus den Fig. 1 und 2 zu entnehmen ist, umfasst die metallische Katalysatorbetteinheit 10 mehrere gerippte Schichtmetalle 13, die in einer Weise aufeinandergelegt sind, wie dies im Folgenden beschrieben wird. Die Metalle 13 sind z. B. aus Fe-Cr-Al-Legierung oder dergleichen gebildet. Die Schichtmetalle 13 sind von gleicher Länge, aber unterschiedlicher Breite. Anzumerken ist, dass die Länge des Schichtmetalls 13 eine Abmessung ist, die entlang den Rippen gemessen wird und die Breite des Schichtmetalls 13 ist eine Abmessung, die quer zu den Rippen gemessen wird. Wie aus der Fig. 2 zu entnehmen ist, nimmt die Breite der gestapelten Schichtmetalle 13 bis zur Mitte in vertikaler Richtung der Betteinheit 10 mit wachsendem Abstand von dem untersten Teil allmählich zu und nach der Mitte nimmt die Breite der gestapelten Schichtmetalle 13 graduell ab.
Die metallische Katalysatorbetteinheit 10 wird durch die folgenden Schritte hergestellt.
Zunächst werden mehrere gerippte Schichtmetalle 13 vorbereitet, die eine gleiche Länge aufweisen, sich aber in der Breite unterscheiden. Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, wird jedes der gerippten Schichtmetalle 13 hergestellt, indem ein bekannter Oberflächenbearbeitungsvorgang auf ein flaches Schichtmetall angewendet wird. Mit diesem Prozess werden mehrere gerade, parallele abwechselnde Steg- und Rillenbereiche 15 und 17 in dem Schichtmetall 13 mit einem gegebenen Abstand gebildet, wie dies dargestellt ist. Wie aus der Fig. 5 zu ersehen ist, sind die Steg- und Rillenbereiche 15 und 17 jeweils durch zwei verbundene Segmente definiert, die unter rechten Winkel (d. h. 90º) aufeinanderstoßen.
Wie in den Fig. 3, 4 und 5 und insbesondere in Fig. 3 zu erkennen ist, besitzt jeder zweite Stegbereich 15 jedes Schichtmetalls 13 in in Längsrichtung beabstandeten Stellen zwei herausgedrückte Bereiche 19, die sich nach unten erstrecken. Bei Bedarf können mehr als zwei herausgedrückte Bereiche 19 in den Stegbereichen 15 vorgesehen werden. Bei Bedarf können derartige herausgedrückte Bereiche 19 in jedem dritten Stegbereich 15 jedes Schichtmetalls 13 vorgesehen sein.
Wie in Fig. 5 zu sehen ist, ist jeder herausgedrückte Bereich 19 durch zwei verbundene Segmente definiert, die sich unter rechten Winkeln treffen. Zum Stapeln der Schichtmetalle 13 wird ein erstes Schichtmetall 13a auf eine flache Unterlage gelegt (nicht gezeigt). Anschließend wird ein zweites Schichtmetall 13b auf das erste Schichtmetall 13a gelegt, wobei die Unterseiten der Rillenbereiche 17b des zweiten Schichtmetalls 13b auf die Oberseite der Stegbereiche 15a des ersten Schichtmetalls 13a parallel gelegt werden. In diesem Falle werden die nach unten herausgedrückten Bereiche 19b des zweiten Schichtmetalls 13b in die entsprechenden Rillenbereiche 17a des ersten Schichtmetalls 13a eingeführt. Damit wird eine seitliche Verschiebung zwischen den ersten und zweiten Schichtmetallen 13a und 13b verhindert. Das heißt, die nach unten herausgedrückten Bereiche 19b können als seitliche Positionierelemente des zweiten Schichtmetalls 13b relativ zu dem ersten Schichtmetall 13a und umgekehrt dienen.
Anschließend wird ein drittes Schichtmetall 13c auf das zweite Schichtmetall 13b wie in der oben beschriebenen Weise aufgelegt. In diesem Falle werden die nach unten herausgedrückten Bereiche 19c des dritten Schichtmetalls 13c fein säuberlich in die entsprechenden Rillenbereiche 17b des zweiten Schichtmetalls 13b eingeführt. Somit ist eine seitliche Verschiebung zwischen den zweiten und dritten Schichtmetallen 13b und 13c verhindert.
Anschließend werden vierte, fünfte, sechste, ..., n-te Schichtmetalle 13d, 13e, 13f, ... 13z in der gleichen Reihenfolge übereinandergelegt. Wenn daher alle Schichtmetalle 13a, 13b, 13c, ..., 13z geeignet gestapelt sind, bilden diese ein metallisches Wabenkörperbett 11, wie es teilweise in Fig. 1 dargestellt ist. Aufgrund des zuvor Beschriebenen wird eine ungewünschte seitliche Verschiebung zwischen zwei beliebigen sich berührenden Schichtmetallen 13 verhindert und somit weist das metallische Bett einen gewissen Widerstand gegen eine von außen aus seitlicher Richtung einwirkende Kraft auf.
Wie in den Fig. 2 und 7 zu sehen ist, wird dann das metallische Bett 11 in ein Metallgehäuse 23 fest eingefügt, um die metallische Katalysatorbetteinheit 10 zu bilden. Um den Vorgang des Einfügens des metallischen Betts 11 in das Gehäuse 23 zu erleichtern, kann das Gehäuse 23 ein geteiltes Gehäuse sein. Wenn das geteilte Gehäuse verwendet wird, ist selbstverständlich ein Schweißvorgang erforderlich, um das Gehäuse nach dem Einfügen des metallischen Bettes 11 zusammenzufügen. Wie aus Fig. 7 zu erkennen ist, ist die Länge des Metallgehäuses 23 größer ist die des metallischen Betts 11, so dass die Längsenden 11a und 11b des metallischen Betts 11 vollständig in dem Gehäuse 23 aufgenommen werden oder von diesem umschlossen sind.
Wie aus Fig. 5 zu erkennen ist, besitzt das metallische Katalysatorbett 11 mehrere sich axial erstreckende Durchgangszellen 21, die darin definiert sind, wobei jede von zwei verbundenen Segmenten jedes Stegbereichs 15 und zwei verbundenen Segmenten jedes Rillenbereichs 17 begrenzt ist.
Es nunmehr anzumerken, dass jede der Durchgangszellen 21 einen gleichmäßigen quadratischen Querschnitt aufweist.
Die auf diese Weise hergestellte metallische Katalysatorbetteinheit 10 wird in eine Beschichtungslösung eingetaucht, um die Oberflächen der Durchgangszellen 21 mit einer Katalysatorschicht 31 zu beschichten, wie dies in Fig. 6 zu sehen ist.
Vorzugsweise kann anstelle eines Tauchverfahrens ein sog. Lösungsmittelströmungsverfahren angewendet werden, um Beschichtungslösung zu sparen. In diesem Verfahren wird die metallische Katalysatorbetteinheit 10 vertikal in einer ringförmigen Halterung (nicht gezeigt) aufgestellt. Das heißt, die ringförmige Halterung stützt einen Rand eines unteren Endes (11a, vergl. Fig. 7) des metallischen Betts 11 der Einheit 10 und die Beschichtungslösung wird von einer Stelle über einem oberen Ende (11b, siehe Fig. 7) des metallischen Betts 11 der Einheit 10 heruntergeführt. Damit wird die Lösung naturgemäß in die Durchgangszellen 21 eingeführt, um die Oberflächen der Zellen 21 mit der Lösung zu befeuchten. Anzumerken ist, dass, da der Rand des unteren Endes 11a des metallischen Betts 11 durch die ringförmige Halterung gestützt wird, das Phänomen einer Beschichtungsablösung nach unten hin der geschichteten Schichtmetalle 13 in dem Gehäuse 23 zuverlässig vermieden wird. Diese vorteilhafte Wirkung kann aus der Zeichnung aus Fig. 7 verstanden werden, wenn die Einlassleitung 25 als die ringförmige Halterung betrachtet wird. Vor dem Trocknen der Katalysatorschicht 31 an der Oberflächen der Durchgangszellen 21 wird ein bekannter Ansaugvorgang ausgeführt, um eine gleichförmige Dicke der Schicht 31 des Katalysators auf den Oberflächen zu erreichen.
Anschließend werden, wie in Fig. 7 gezeigt ist, Metalleinlass- und -auslassleitungen 25 und 27 mit der metallischen Katalysatorbetteinheit 10 verbunden. Wie gezeigt ist, werden ein vergrößerter Auslassbereich 25a der Einlassleitung 25 und ein vergrößerter Einlassbereich 27a der Auslassleitung 27 dicht in Einlass- und Auslassbereichen des Metallgehäuses 23 aufgenommen. Es wird eine bekannte Schweißtechnik angewendet, um das Gehäuse 23 an den Leitungen 25 und 27 zu befestigen. Anzumerken ist, dass in dem Metallgehäuse 23 das metallische Bett 11 von den vergrößerten Endbereichen 25a und 27a der Leitungen 25 und 27 umschlossen wird. Somit wird das unerwünschte Phänomen der Nichtbeschichtung der geschichteten Schichtmetalle 13 in dem Gehäuse 23 unterdrückt.
Im Folgenden werden Vorteile des Katalysators 100 der ersten Ausführungsform beschrieben.
Erstens besteht keine Notwendigkeit, die sich gegenseitig berührenden Schichtmetalle 13 zu löten oder hartzulöten. Das heißt, es wird eine feste Verbindung zwischen diesen Schichtmetallen 13 in dem Katalysator 100 ohne eine derartige teuere Verbindungstechnik aus den folgenden Gründen erreicht. Wie in Fig. 5 zu sehen ist, wird eine seitliche Verschiebung zwischen zwei beliebigen sich gegenseitig berührenden Schichtmetallen 13 durch die nach unten herausgedrückten Bereiche 19, die in die Rillenbereiche 17 eingepasst sind, vermieden und eine axiale Verschiebung wird durch die vergrößerten Enden 25a und 27a der Einlass- und Auslassleitungen 25 und 17 vermieden. Aus dem gleichen Grund besteht keine Notwendigkeit, die Schichtmetalle 13 jeweils mit dem Metallgehäuse 23 zu verlöten oder hartzulöten.
Zweitens, wie aus Fig. 6 zu erkennen ist, wenn die metallische Betteinheit 10 dem Tauchbeschichtungsvorgang unterzogen wird, werden die Oberflächen der Durchgangszellen 21 mit der Katalysatorschicht 31 beschichtet. Auch in diesem Falle wird eine gewisse Menge an Katalysatormaterial an Bereichen "t" angesammelt, an denen sich zwei verbundene Segmente der Schichtmetalle 13 unter rechten Winkeln treffen. Da jedoch der rechte Winkel ein stumpfer Winkel ist, der größer als der spitze Winkel ist, der in dem konventionellen Metallbett aus Fig. 21 auftritt, ist die Katalysatormenge, die an derartigen Bereichen "t" gesammelt wird, kleiner als jene, die an den Bereichen "T" im konventionellen Falle gesammelt wird. Somit kann die Katalysatorschicht an den Oberfläche der Durchgangszellen 21 eine größere wirksame Fläche aufweisen als im konventionellen Falle. Anders ausgedrückt, erfindungsgemäß wird die Verwendung von Katalysatormaterial minimiert.
Drittens, da das Katalysatorbett 11 hergestellt wird, indem lediglich eine Art von Schichtmetallen 13 verwendet wird, wird eine Deformierung des Bettes 11 aufgrund von Unterschieden in der thermischen Spannung zwischen zwei Arten von Schichtmetallen, wie im konventionellen Bett aus Fig. 21, verhindert oder zumindest minimiert.
Gemäß Fig. 9 ist teilweise ein Katalysator 200 gezeigt, der eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. In dieser Ausführungsform weist der vergrößerte Einlassbereich 27a der Auslassleitung 27 einen radial nach innen gerichteten hervorstehenden Flansch 37 auf, der an das hintere Ende 11b des metallischen Betts 11 in dem Gehäuse 23 angrenzt. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, weist der vergrößerte Auslassbereich (25a, vergl. Fig. 7) der Einlassleitung 25 ebenso einen radial nach innen gerichteten hervorstehenden Flansch auf, der gegen das Vorderende 11a des metallischen Betts 11 stößt. In dieser Ausführungsform ist eine Unterdrückung der axialen Verschiebung zwischen den Schichtmetallen 13 in hohem Maße sichergestellt.
Entsprechend den Fig. 10 und 11 ist teilweise ein Katalysator 300 gezeigt, der eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt. In dieser Ausführungsform ist ein hinteres Ende des Metallgehäuses 23 mit einem sich nach innen erstreckenden Flansch 37 ausgebildet, der an das hintere Ende 11b des metallischen Betts 11 in dem Gehäuse 23 angrenzt. Der Flanschbereich des Gehäuses 23 ist in dem vergrößerten Einlassbereich der Auslassleitung 27 eingepasst, wie dies gezeigt ist. Auch in dieser Ausführungsform ist ein Vermeiden der axialen Verschiebung zwischen den Schichtmetallen 13 in hohem Maße sichergestellt.
Gemäß Fig. 12 ist eines der gerippten Schichtmetalle 13' für ein metallisches Bett gezeigt, das in einem Katalysator 400 einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform montiert ist. Wie dargestellt ist, weist das Schichtmetall 13' zusätzlich zu den nach unten herausgedrückten Bereichen 19 mehrere nach oben herausgedrückte Bereiche 43 auf, die als eine Stoppeinrichtung zur Verhinderung der axialen Verschiebung zwischen zwei sich gegenseitig berührenden Schichtmetallen 13' dienen. Das heißt, jeder zweite Rillenbereich 17 jedes Schichtmetalls 13' besitzt jeweils an in Längsrichtung beabstandeten Positionen zwei herausgedrückte Bereiche 43, die sich nach oben erstrecken. Wenn ein zweites Schichtmetall (13') geeignet auf ein erstes Schichtmetall 13' gesetzt wird, wird jeder nach oben herausgedrückte Bereich 43 des ersten Schichtmetalls 13' in einem vertieften Rückenteil des entsprechenden Stegbereichs (15) des zweiten Schichtmetalls (13') aufgenommen, wobei dieser an einem Rand mit dem nach unten herausgedrückten Bereich (19) des zweiten Schichtmetalls (13') im Eingriff ist. Wenn ein drittes Schichtmetall (13') geeignet auf das zweite Schichtmetall (13') gesetzt wird, wird jeder nach oben herausgedrückte Bereich (43) des zweiten Schichtmetalls (13') in einem vertieften Rückenbereich des entsprechenden Stegbereichs (15) des dritten Schichtmetalls (13') aufgenommen, wobei dieses mit einem Rand mit dem nach unten herausgedrückten Bereich (19) des dritten Schichtmetalls (13') im Eingriff ist. Wenn in ähnlicher Weise vierte, fünft, sechste, ..., n-te Schichtmetalle (13') geeignet aufeinandergelegt werden, ergibt sich ein Ineinandergreifen zwischen nach oben und nach unten herausgedrückten Bereichen (43, 19) der sich gegenseitig berührenden unteren und oberen Schichtmetalle (13'). Somit ist in dieser vierten Ausführungsform 400 die axiale Verschiebung zwischen den Schichtmetallen 13' äußerst zuverlässig unterdrückt.
In den Fig. 13 bis 19 und insbesondere in Fig. 13 ist ein Katalysator 500 gezeigt, der eine fünfte erfindungsgemäße Ausführungsform darstellt. Der Katalysator 500 weist eine metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit 100 auf, die in Fig. 13 gezeigt ist.
Die metallische Katalysatorbetteinheit 110 wird durch die folgenden Schritte hergestellt.
Zunächst wird, wie in Fig. 14 gezeigt ist, ein einzelnes längliches geripptes Schichtmetall 113 mehrere Male durch eine Wickelmaschine (nicht gezeigt) aufgerollt, um ein metallisches Wabenkörperbett 111 zu bilden.
In Fig. 15 ist das Schichtmetall 113 im Detail gezeigt. Wie aus dieser Zeichnung zu entnehmen ist, besitzt das Schichtmetall 113 im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie das Schichtmetall 13', das in der zuvor erläuterten vierten Ausführungsform 400 aus Fig. 12 verwendet ist. Das heißt, das Schichtmetall 113 weist nach unten herausgedrückte Bereiche 19 auf, die sich von Stegbereichen 15 erstrecken, und nach oben herausgedrückte Bereiche 43, die sich von den Rillenbereichen 17 erstrecken.
Wenn das hergestellte metallische Bett 111 die Form eines elliptischen Zylinders hat, wie dies gezeigt ist, weist dieser unvermeidbar zwei gekrümmte Bereiche "C" an beiden Seiten eines im Wesentlichen geraden Bereichs "M" auf. In dem im Wesentlichen geraden Bereich "M" sind, wie aus Fig. 17 zu entnehmen ist, abwechselnde Bereiche des Schichtmetalls 113 fein säuberlich oder regelmäßig parallel aufeinandergelegt, wobei die Unterseiten der Rillenbereiche 17 jedes oberen Bereichs auf die Stegbereiche jedes unteren Bereichs gesetzt sind. Somit weisen Durchgangszellen 21, die in dem im Wesentlichen geraden Bereich "M" definiert sind, jeweils einen gleichmäßigen quadratischen Querschnitt auf, so wie dies gezeigt ist.
Während des Aufrollens des Schichtmetalls 113 werden abwechselnd Bereiche 113a, 113b, ... 113z in einer Weise aufeinandergestapelt, wie dies in Fig. 16 gezeigt ist. Ferner wird in dem Hauptbereich "M", wie in Fig. 17 gezeigt ist, jeder nach unten herausgedrückte Bereich 19 jedes oberen Bereichs regelmäßig in dem entsprechenden Rillenbereich jedes unteren Bereichs aufgenommen, um eine seitliche Verschiebung zwischen den beiden Bereichen zu vermeiden; ferner wird jeder nach oben herausgedrückte Bereich 43 jedes unteren Bereichs in einem vertieften Rückenteil des entsprechenden Stegbereichs jedes oberen Bereichs aufgenommen, während dieser mit einem Rand mit dem nach unten herausgedrückten Bereich 19 jedes oberen Bereichs im Eingriff ist, um damit eine axiale Verschiebung zwischen den beiden Bereichen zu vermeiden.
In den gekrümmten Bereichen "C" sind abwechselnd Bereiche des Schichtmetalls 113 in nicht regelmäßiger Weise aufeinandergelegt. Somit besitzen Durchgangszellen 21', die in diesen gekrümmten Bereichen "C" definiert sind, keinen gleichmäßigen quadratischen Querschnitt auf.
Wie in Fig. 18 gezeigt ist, wird das auf diese Weise hergestellt metallische Bett 111 passend in einem Metallgehäuse 123 aufgenommen. Das Gehäuse 123, das in dieser Zeichnung gezeigt ist, ist ein geteiltes Gehäuse mit zwei Halbschalen 123a und 123b. Das Gehäuse 123 besitzt zwei vergrößerte ringförmige Bereiche 29a und 29b, in denen die nach oben (oder radial nach außen) herausgedrückten Bereiche 43 des äußersten Bereichs des Schichtmetalls 113 aufgenommen werden. Damit wird das metallische Wabenkörperkatalysatorbett 110 hergestellt. Wie gezeigt, ist die Länge des Metallgehäuses 123 größer als jene des metallischen Betts 111, so dass Längsenden 111a und 111b des metallischen Betts 111 vollständig in dem Gehäuse 123 aufgenommen oder enthalten sind. Nachdem die metallische Katalysatorbetteinheit 110 einem Katalysatorbehandlungsprozess in der oben beschriebenen Weise unterzogen wird, werden Einlass- und Auslassleitungen 25 und 27 mit dem metallischen Katalysatorbett 110 in der zuvor beschriebenen Weise verbunden.
Der Fachmann sieht leicht, dass die zuvor genannten Vorteile der ersten Ausführungsform 100 ebenso in der zweiten, dritten, vierten und fünften Ausführungsform 200, 300, 400 und 500 vorhanden sind.

Claims

1. Metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit mit:

mehreren gerippten Schichtmetallbereichen (13), die aufeinandergelegt sind, wobei jeder Schichtmetallbereich (13) mehrere gerade parallele abwechselnde Steg- (15) und Rillen-(17)-Bereiche derart aufweist, dass, wenn jeder obere Schichtmetallbereich geeignet auf einen entsprechenden unteren Schichtmetallbereich gesetzt ist, die Rillenbereiche (17) des oberen Schichtmetallbereichs auf den Stegbereichen (15) des unteren Schichtmetallbereichs liegen, dazwischen mehrere Durchgangszellen (21) mit jeweils einem gleichmäßigen quadratischen Querschnitt definiert sind;

einem Gehäuse (23);

dadurch gekennzeichnet, dass

die metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit eine erste Stoppeinrichtung mit Bereichen (19) umfasst, die von den Stegbereichen (15) nach unten herausgedrückt sind, so dass, wenn jeder obere Schichtmetallbereich geeignet auf einem entsprechenden unteren Schichtmetallbereich liegt, jeder nach unten herausgedrückten Bereiche (19) des oberen Schichtmetallbereichs in dem Rillenbereich (17) des unteren Schichtmetallbereichs aufgenommen ist, um eine seitliche Verschiebung zwischen den beiden Schichtmetallbereichen zu vermeiden.

2. Metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit nach Anspruch 1, in der jede der Durchgangszellen durch zwei verbundene Segmente des Stegbereichs des oberen Schichtmetallbereichs und zwei verbundene Segmente des unteren Schichtmetallbereichs definiert ist.

3. Metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit nach Anspruch 1, die ferner umfasst:

eine zweite Stoppeinrichtung, die eine axiale Verschiebung zwischen den oberen und unteren Schichtmetallbereichen vermeidet.

4. Metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit nach Anspruch 3, in der die zweite Stoppeinrichtung von den Rillenbereichen nach oben herausgedrückte Bereiche aufweist, so dass, wenn jeder obere Schichtmetallbereich geeignet auf dem entsprechenden unteren Schichtmetallbereich liegt, jeder der nach oben herausgedrückten Bereiche des unteren Schichtmetallbereichs in einem vertieften Rückenteil des Stegbereichs des oberen Schichtmetallbereichs aufgenommen wird, und sich dabei mit dem nach unten herausgedrückten Bereich des oberen Schichtmetallbereichs im Eingriff befindet, um damit eine axiale Verschiebung zwischen den beiden Schichtmetallbereichen zu unterdrücken.

5. Metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit nach Anspruch 4, in der die nach unten herausgedrückten Bereiche in jedem zweiten Stegbereich jedes Schichtmetallbereichs ausgebildet sind, und in der die nach oben herausgedrückten Bereiche in jedem zweiten Rillenbereich jedes Schichtmetallbereichs ausgebildet sind.

6. Metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit nach Anspruch 4, in der die zweite Stoppeinrichtung umfasst:

einen Flanschbereich, der radial einwärts von einem hinteren Ende des Gehäuses hervorsteht, wobei der Flanschbereich an ein axiales hinteres Ende des metallischen Wabenkörperkatalysatorbett stößt.

7. Metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit nach Anspruch 1, in der die gerippten Schichtmetallbereiche Bereiche sind, die durch einzelnes längliches geripptes Schichtmaterial definiert sind, das aufgewickelt ist.

8. Katalysator mit: einer metallische Wabenkörperkatalysatorbetteinheit nach einem der Ansprüche 1-7; und

Einlass- (25) und Auslass-(27)-Leitungen, die mit vorderen und hinteren Enden des Gehäuses (23) verbunden sind.

9. Katalysator nach Anspruch 8, in der die zweite Stoppeinrichtung umfasst:

ein Auslassende der Einlassleitung, wobei das Auslassende gegen ein axiales Vorderende des metallischen Wabenkörperkatalysatorbett stößt; und

ein Einlassende der Auslassleitung, wobei das Einlassende gegen ein axiales hinteres Ende des metallischen Wabenkörperkatalysatorbett stößt.

10. Katalysator nach Anspruch 9, in dem die Auslass- und Einlassenden der Einlass- und Auslassleitungen jeweils aus radial einwärts gerichteten vorstehenden Flanschbereichen gebildet sind, die an die axialen vorderen und hinteren Enden des metallischen Wabenkörperkatalysatorbetts angrenzen.