DK145312B - Apparat til katalytisk afgiftning af udstoedningsgasser fra forbraendingsmotorer - Google Patents

Description

(19) DANMARK

© (12) FREMLÆGGELSESSKRIFT od 145312b

DIREKTORATET FOR PATENT- OG VAREMÆRKEVÆSENET

(21) Ansøgning nr. 5^60/77 (51) |nt.Cl.3 F 01 N 3/24 (22) Indleveringsdag 8. dec. 1977 (24) Løbedag 8. dec. 1977 (41) Aim. tilgængelig 10. jun. 1978 (44) Fremlagt 25· okt, 1982 (86) International ansøgning nr. - (86) International indleveringsdag (85) Videreførelsesdag - (62) Stamansøgning nr. -

(30) Prioritet 9. dec. 1976, 2655751, DE

(71) Ansøger HQECHST AKTIENGESELLSCHAFT, D 62^0 Frankfurt/Maln 80, DE.

(72) Opfinder Eitel Goedicke, DE.

(74) Fuldmægtig Ingeniørfirmaet Budde, Schou & Co.

<54) Apparat til katalytisk afgiftning af udstødningsgasser fra forbisen» dingsmotorer.

Den foreliggende opfindelse angår et apparat til katalytisk afgiftning af udstødningsgasser fra forbrændingsmotorer.

OQ

Der kendes en række af katalysatoren der gør det muligt at r— omdanne de skadelige stoffer i udstødningsgasserne fra forbrændings- motorer til uskadelige forbindelser. Disse katalysatorer anvendes i form af monoliter eller i kornform, f.eks. som pellets eller r~ presselegemer.

*

Q

145312 2

Katalysatorerne er på grund af de i forbrændingsmotoren herskende betingelser udsat for en hård belastning med hensyn til temperatursvingninger og mekaniske rystelser. Kornformige katalysatorer bringes fyldt i metalbeholdere i kontakt med udstødningsgasserne, hvorved der skal tages hensyn til de forskellige varmeudvi-delseskoefficienter af metalbeholderen og den keramiske katalysator.

Den forskellige varmeudvidelse af beholder og katalysator er af særlig betydning ved udstødningsgasafgiftningsapparater med arbejds-temperaturer på 1000°C og mere, der er anordnet nær forbrændingsmotoren, da katalysatorkornene på grund af deres i forhold til beholderen ringere varmeudvidelse kan bevæge sig mere og mere frit i beholderen med stigende temperatur. Derved slides katalysatorkornene, hvilket fører til katalysatortab og til slut til, at udstødningsgas-afgiftningsapparatst holder op med at fungere.

Det er kendt at holde kornformige katalysatorer, der er fyldt i beholdere, i rolige leje ved mekanisk eller pneumatisk indspænding, således at slid undgås. Derved bevirkes den mekaniske indspænding af en fjeder, der trykker aksialt på katalysatorlaget, hvorved fjederen kan være anordnet inden i huset (jf. USA-patentskrift nr. 3.197.287) eller udenfor dette (jf. tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.242.888). Den pneumatiske indspænding er hidtil kun anvendt ved den såkaldte fladlagsreaktor, ved hvilken udstødningsgassen, der kommer ind i huset, der er anordnet liggende, trykker på oversiden af katalysatorfyldningen (jf. britisk patentskrift nr. 1.357.241).

Endelig kendes fra USA-patentskrift nr. 3.449.086 en katalytisk lyddæmper, der består af et med endeplader forsynet hus, hvor endepladerne er gennemtrængt af studser til gasindløb og gasudløb.

I huset findes en ringspalteformig beholder med perforerede vægge til optagelse af kornformig katalysator. Beholderens indre væg flugter med gasindløbsstudsen. Beholderen er fastgjort til endepladen ved gasindløbssiden, medens dens modsatte ende er lukket med en lukkeskive. Lukkeskiven er ved hjælp af bolte forbundet stift med endepladen ved gasudløbssiden. Det øvre område af den ringspalte-formige beholder, ét område på 20-120° set i tværsnit, er ved pålægning af en tilsvarende bøjet plade udformet således, at det er 3 145312 uigennemtrængeligt for gas.

Det er en ulempe ved apparatet ifølge USA-patentskrift nr. 3.197.287, at fjederen på grund af dens anordning inden i huset er udsat for temperaturer indtil 1000°C og derfor i løbet af kort tid mister sin fjederkraft. Ved apparatet ifølge tysk offentliggørelsesskrift nr. 2.242.888 medfører den gastætte gennemføring af stødstangen gennem husets dæksel vanskeligheder. Ved apparatet ifølge britisk patentskrift nr. 1.357.241 er det uheldigt, at det kun er funktionsdygtigt ved indbygning i liggende stilling og tilstrømning af udstødningsgas fra oven. Endelig kan der ved apparatet ifølge USA-patentskrift nr. 3.449.086 kun opnås en nedsættelse af ophvirv-1ingen af katalysatorkornene i den øvre del af fyldningen og ikke nogen pneumatisk indspænding af katalysatorfyldningen.

Det er derfor den foreliggende opfindelses formål at tilvejebringe et apparat til katalytisk afgiftning af udstødningsgasser fra forbrændingsmotorer, hvorved fyldningen af kornformig katalysator sammentrykkes af den strømmende udstødningsgas og indspændes i roligt leje, således at sliddet på katalysatoren og bypass-strømningsveje for udstødningsgassen undgås.

Dette formål opfyldes ifølge opfindelsen med et apparat til katalytisk afgiftning af udstødningsgasser fra forbrændingsmotorer, bestående af et med endeplader lukket hus, der indeholder en gasindløbsstuds og en gasudløbsstuds, og hvori der koncentrisk med gasindløbsstudsen findes en i tværsnit ringformet beholder, der har perforerede vægge og er fyldt med kornforraig katalysator under dannelse af et katalysatorlag, hvilket apparat er ejendommeligt ved, at det indeholder mindst én gasledeanordning, der bevirker, at en del af gassen, der strømmer ind i huset, omdannes til en aksial gasstrøm med forøget statisk tryk, der påvirker den ringformede overflade af katalysatorlaget.

Derved kan gasledeanordningen bestå af en tilstrømningskegle, der er anbragt i en indre metalring, der er fastgjort vinkelret mod en endeplade, og en ydre metalring, der er fastgjort vinkelret mod endepladen med en vinkelret derpå anbragt ringplade, hvor den indre metalring er perforeret i det øvre område af tilstrømnings-keglen.

145312 4

Gasledeanordningen kan også bestå af en gasudtagsring, der er anbragt i en indre metalring, som er fastgjort vinkelret mod en endeplade, og en vinkelret mod endepladen fastgjort ydre metalring med en vinkelret derpå anbragt ringplade, hvor den indre metalring er perforeret over gasudtagsringen.

Gasledeanordningen kan endvidere bestå af en med gennemboringer forsynet endeplade, en vinkelret på endepladen fastgjort indre metalring og en vinkelret på endepladen fastgjort ydre metalring med en vinkelret derpå anbragt ringplade, hvor den med gennemboringer forsynede endeplade er lukket udefter med et dæksel, der er fastgjort til husets kappe.

Gasledeanordningen kan endelig bestå af en med gennemboringer forsynet ringformet endeplade, en vinkelret på endepladen fastgjort metalring med en vinkelret på denne anordnet ringplade, et ringformet dæksel, der er fastgjort til husets kappe og til gasindløbsstudsen og lukker endepladen udefter, samt en i gasindløbsstudsen anordnet gasudtagsring, hvor gasindløbsstudsen er perforeret i området mellem det ringformede dæksel og gasudtagsringen.

Ved de forskellige gasledeanordninger forlænges den aksiale gasstrøms vej gennem katalysatorlaget af den vinkelret på den ydre metalring anbragte ringplade. Endvidere bliver gasstrømmen indsnævret af ringpladen, hvorved den pneumatiske sammenspaanding af katalysatorlaget begunstiges.

Ved gasledeanordningen med en tilstrømningskegle kan der vinkelret på en endeplade mellem den ydre metalring og den indre metalring være fastgjort en tredie metalring, der nær ved endepladen indeholder gennemboringer ved sin omkreds. Ved hjælp af den tredie metalring forhindres eller formindskes de flydebevægelser af den kornformige katalysator, især ved dennes ringformede overflade, der er betinget af det stadigt skiftende tryk fra forbrændingsmotoren.

Ved gasledeanordningen med en gasudtagsring kan gasudtagsringen fortsætte i en gasledeplade på den modsatte side af den indre metalring. Ved hjælp af gasledepladen føres den aksiale gasstrøm mod den ringformede overflade af katalysatorlaget på en strømningsgunstig måde, og derved forhindres eller formindskes overfladebevægelser af den kornformige katalysator.

145312 5

Ifølge opfindelsen omdannes enten en del af gassen, der strømmer radialt gennem den ringspalteformige beholder, til en ak-sialstrømning ved den ende af huset, der er modsat gasindløbsstudsen, eller også holdes en del af gassen, der strømmer aksialt ind i huset, i aksialretning, blot parallelt forskudt. I begge tilfælde trykker gassen, der strømmer i aksialretning, med et i forhold til radialstrømmen forøget gastryk ensartet på den ringformige overflade af den kornformige katalysator, således at katalysatorfyldningen indspændes til det mindst mulige katalysatorlagvolumen ved hjælp af aksialkraften.

Det er væsentligt ved den foreliggende opfindelse, at gasstrømningens kinetiske energi omdannes til yderligere statisk tryk, dvs. der produceres et dynamisk tryk, der føres til forsiden af katalysatorfyldningen. Ved hulrumsdannelse på grund af slid af katalysatoren forhindres derved en strømning af katalysatorkornene.

I et apparat ifølge opfindelsen kan der også være anordnet to forskellige gasledeanordninger, der fører en del af udstødningsgassen, der strømmer ind i huset, til begge sider af katalysatorfyldningen.

Ved apparatet ifølge den foreliggende opfindelse udgør længden af den indre metalring 10-35% af længden af den ringspalteformige beholder. Den udefter følgende metalring, til hvilken der vinkelret derpå er fastgjort en ringplade, har omtrent den samme længde som den indre metalring. Den radialt anordnede ringplades bredde er 30-80% af afstanden mellem de to perforerede vægge af den ringspalteformige beholder. Af de to metalringe og ringpladen afgrænses et katalysatorforrådsrum. I dette katalysatorforrådsrum kan der være anordnet en yderligere metalring, der har en længde på 50-80% af den ydre metalrings længde og indeholder gennemboringer i det område af denne, der ligger nær endepladen.

Ved det her omhandlede apparat tjener de to metalringe, der afgrænser katalysatorrummet, samtidig som glidesæde for de perforerede vægge af den ringspalteformige beholder.

Ved apparatet ifølge opfindelsen er gasudtagsringen rettet mod gasstrømningen i spids vinkel eller halvskålformigt og udformet som ringspalte med en spaltebredde på 5-20% af diameteren af gasindløbsstudsen .

6 145312 På den vedføjede tegning er udførelseseksempler på appa-ratet ifølge opfindelsen vist skematisk i længdesnit.

Fig. 1 viser et apparat med en tilstrømningskegle og en gastilførselsstuds, der er anbragt ved dettes underside.

Fig. 2 viser et apparat med en ved apparatets overside an-ordnet gastilførselsstuds med gasudtagsring og gasledeplade.

Fig. 3 viser et apparat med en perforeret endeplade og en ved dennes underside anordnet gastilførselsstuds.

Fig. 4 viser et apparat med en ved dettes overside anordnet gastilførselsstuds med gasudtagsring og med en perforeret endeplade .

En kappe 2 af et hus 1 er lukket med endeplader 3, der er forsynet med udadrettede udhalsninger 4. En endeplade 3 i huset 1 udviser en gasindløbsstuds 5, medens kappen 2 er gennemboret af en gasudløbsstuds 6. Koncentrisk med gasindløbsstudsen 5 findes der i huset 1 en ringspalteformig beholder 7 til optagelse af katalysatorer i kornform. Beholderen 7 indeholder perforerede vægge 8, på hvis inderside der er anbragt trådvæv 9.

På indersiden af mindst én endeplade 3 er der fastgjort metalringe (10, 11, 12), hvori enderne af beholderen 7 er lejret glidende til optagelse af dennes aksiale relative bevægelse, idet en forlængelse af gasindløbsstudsen 5 i huset 1 også kan træde i stedet for en metalring 12 (fig. 2). Mellem den indre væg af husets kappe 2 og den ydre væg af den ringspalteformige beholder 7 er der anbragt en eller flere afstandsholdere 13 med aksial afstand fra hinanden. Afstandsholderen 13 er fastgjort til den ydre væg af den ringspalteformige beholder 7 og kan glide på den indre væg af kappen. 2. Afstandsholderen 13 kan bestå af en ringformig hulplade eller af flere bolte, der er anbragt ved omkredsen med en vis indbyrdes afstand. Afstandsholderen 13 tjener til optagelse af radiale og aksiale relative bevægelser af den ringspalteformige beholder 7.

Mindst én af endepladerne 3 har i området af beholderen 7 en lukkelig studs 14, gennem hvilken der kan føres kornformig katalysator til beholderen 7.

145312 7 På fig. 1 er der ved den indre side af endepladen 3 og overfor gasindløbsstudsen 5 anbragt en tilstrømningskegle 15. Metal·'· ringen 12 ved tilstrømningskeglen 15 er perforeret i sit øvre område, medens der omtrent midt mellem metalringene 11 og 12 ved den indre side af endepladen 3 er fastgjort en metalring 16, der nær endepladen 3 indeholder gennemboringer 17 langs sin omkreds. Endvidere er der vinkelret på metalringen 11 fastgjort en ringplade 18, der vender ind i det indre af huset 1. Tilstrømningskeglen 15 samt metalringene 11 og 12 ender i omtrent samme afstand fra ende-pladen 3.

På fig. 2 er der i forlængelsen af gasindløbsstudsen 5 ind i det indre af huset 1, som træder i stedet for metalringen 12, anbragt en gasudtagsring 19, der udenfor forlængelsen af gasindløbsstudsen 5 fortsætter i en gasledeplade 22. Mellem endepladen 3 og gasledepladen 22 er forlængelsen af gasindløbsstudsen 5 perforeret. Vinkelret på metalringen 11 er der fastgjort en ringplade 18, der vender ind i det indre af huset 1. Metalringen 11 og forlængelsen af gasindløbsstudsen 5 har ca. samme længde.

På fig. 3 er endepladen 3, der ligger overfor gasindløbsstudsen 5, forsynet med gennemboringer 20. Denne endeplade er lukket udefter med et dæksel 21, der er fastgjort til kappen 2 af huset.

Vinkelret på metalringen 11 er der fastgjort en ringplade 18, der vender ind i det indre af huset 1.

På fig. 4 er gasindløbsstudsen 5, der er forsynet med en forlængelse ind i det indre af huset 1, perforeret over den med gennemboringer 20 forsynede endeplade 3. Mellem perforeringen og endepladen 3 er der i gasindløbsstudsen 5 anbragt en gasudtagsring 19. Mellem kappen 2 og gasindløbsstudsen 5 er der anbragt et ringformigt dæksel 23, der er fastgjort til gasindløbsstudsen 5 over dennes perforering. Vinkelret på metalringen 11 er der fastgjort en ringplade 18, der vender ind i det indre af huset 1.

Funktionsmåden af de i figurerne viste apparater er følgendes

Fig. 1: en gasstrøm a, der kommer ind i huset 1 gennem gasindløbsstudsen 5, strømmer for størstedelens vedkommende gennem katalysatoren som en radialstrøm b, medens en lille del (c) afbøjes ved tilstrømningskeglen 15 og presses gennem den perforerede væg U 5312 8 af metalringen 12. I katalysatorforrådsrummet afbøjes gassen endelig til en aksialstrøm d, der trykker mod forsiden af katalysatorfyldningen med et i forhold til radialstrømmen forhøjet tryk.

Fig. 2: af en gasstrøm e, der kommer ind i huset 1 gennem gasindløbsstudsen 5, afbøjes en lille del (f) af gasudtagsringen 19, medens størstedelen strømmer gennem katalysatoren som en radialstrøm g. Efter passage af perforeringen i gasindløbsstudsen 5 løber gasstrømmen f mellem endepladen 3 og gasledepladen 22, afbøjes ak-sialt i området mellem metalringene 11 og 12 og virker til slut sammenpressende på katalysatorfyldningen.

Fig. 3: af en gasstrøm h, der kommer ind i huset 1 gennem gasindløbsstudsen 5, strømmer den største del som en radialstrøm i gennem katalysatoren, medens en del j strømmer gennem den med gennemboringer 20-forsynede endeplade 3, afbøjes ved dækslet 21 og presses som aksialstrøm k via gennemboringerne 20 i endepladen 3 mod katalysator fyldningen.

Fig..4: af en gasstrøm l, der kommer ind i huset 1 gennem gasindløbsstudsen 5, afbøjes en lille del (m) af gasudtagsringen 19, medens størstedelen strømmer gennem katalysatoren som en radialstrøm n. Efter passage af perforeringen i gasindløbsstudsen 5 afbøjes gasstrømmen m til en aksialstrøm o, der trykker mod forsiden af katalysatorfyldningen.

Claims (6)

145312 9 Patentkrav.

1. Apparat til katalytisk afgiftning af udstødningsgasser fra forbrændingsmotorer, bestående af et med endeplader lukket hus, der indeholder en gasindløbsstuds og en gasudløbsstuds, og hvori der koncentrisk med gasindløbsstudsen findes en i tværsnit ringformet beholder, det har perforerede vægge og er fyldt med kornformig katalysator under dannelse af et katalysatorlag, kendetegnet ved, at det indeholder mindst én gasledeanordning, der bevirker, at en del af gassen, der strømmer ind i huset (1), omdannes til en aksial gasstrøm med forøget statisk tryk, der påvirker den ringformede overflade af katalysatorlaget .

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at gaslede-anordningen består af en tilstrømningskegle (15), der er anbragt i en indre metalring (12), der er fastgjort vinkelret mod en endeplade (3), og en ydre metalring (11), der er fastgjort vinkelret mod endepladen (3) med en vinkelret derpå anbragt ringplade (18), hvor den indre metalring (12) er perforeret i det øvre område af tilstrømningskeglen (15).

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at der vinkelret på en endeplade (3) mellem den ydre metalring (12) og den indre metalring (11) er fastgjort en tredie metalring (16) , der nær ved endepladen (3) indeholder gennemboringer (17) ved sin omkreds.

4. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at gaslede-anordningen består af en gasudtagsring (19), der er anbragt i en indre metalring (12), som er fastgjort vinkelret mod en endeplade (3), og en vinkelret mod endepladen (3) fastgjort ydre metalring (11) med en vinkelret derpå anbragt ringplade (18) , hvor den indre metalring (12) er perforeret over gasudtagsringen (19).

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at gasudtagsringen (19) fortsætter i en gasledeplade (22) på den modsatte side af den indre metalring (12).

6. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at gaslede-anordningen består af en med gennemboringer (20) forsynet endeplade (3), en vinkelret på endepladen (3) fastgjort indre metalring (12) og en vinkelret på endepladen (3) fastgjort ydre metalring (11) med en vinkelret derpå anbragt ringplade (18), hvor den med gennemboringer (20) forsynede endeplade (3) er lukket udefter med et dæksel (21) , der er fastgjort til husets kappe (2).