EP0151229B1 - Matrix für einen katalytischen Reaktor - Google Patents

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EP0151229B1
EP0151229B1 EP84112840A EP84112840A EP0151229B1 EP 0151229 B1 EP0151229 B1 EP 0151229B1 EP 84112840 A EP84112840 A EP 84112840A EP 84112840 A EP84112840 A EP 84112840A EP 0151229 B1 EP0151229 B1 EP 0151229B1
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strip
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Definitions

  • the invention relates to a matrix for a catalytic reactor for exhaust gas purification according to the preamble of claim 1, as they are preferably used for exhaust gas purification in internal combustion engines or power plants.
  • a matrix of this type is known (DE-C-27 33 640), in which steel strips are either in two layers, namely in the form of a smooth strip and a corrugated strip, or only in one layer in the form of specially designed corrugated strips Matrix are wound up.
  • the sheet steel strips are designed so that each lobe-shaped punched-out portions of one layer press into corresponding openings in the adjacent layer, so that the wound layers of the sheet steel strips are secured in the axial direction.
  • a matrix (GB-A 14 91 206) is also known, which is formed by folding a sheet steel strip onto one another.
  • this sheet steel strip consists of different sections which follow one another in the longitudinal direction, one of which is designed in wave form and the adjoining section is designed as a smooth strip section. When these different sections are placed one on top of the other, a smooth section lies against a corrugated section.
  • the starting tape used to fold the matrix must be matched to the desired matrix form from the outset. The production of such an output tape is also complex.
  • the invention is therefore based on the object of designing a matrix of the type mentioned at the outset in such a way that reactors with largely any desired external shapes can be created without great construction expenditure, which also offer the possibility of better radial compensation of the flow profile of the exhaust gas.
  • the invention is based on a matrix of the type mentioned in the characterizing features of claim 1.
  • This configuration allows the individual layers of the steel strip to be joined together in a relatively simple and largely free manner. Regardless of the direction of folding, two corrugated sections can never lie together and slide into one another. It is also advantageous that the folded layers remain open on one side due to the folding process.
  • a wound matrix where gas compensation is only possible in the circumferential direction, there is a largely simpler possibility for the radial passage of the exhaust gas. This leads to a more even flow profile.
  • the radially outer layers of the catalyst material can also participate in the reaction process.
  • the matrix can be better used.
  • oval or round inserts can be realized without requiring a complicated structure consisting of several parts. If layers of the same length are arranged in the direction of folding, rectangular or rhombic reactors can be constructed so that, depending on the space available, for example, in a motor vehicle, the shape of the matrix for the reactor for exhaust gas purification can be adapted to this space.
  • the steel strips used to form the matrix are provided with prefabricated kinks at the folds, for example in the manner of perforations, so that the production of a matrix according to the invention, the individual layers of which, for example, zigzag -folded onto one another, can be achieved in a simple manner in that a single band folds behind a printer, for example in the same way as continuous paper, if it falls vertically into a shaft, is also fed into a shaft, at the folds slightly kinked and thereby folds into the desired matrix shape.
  • the matrix formed in this way can then be inserted, for example, into a two-part housing and pressed together by this and also fastened to one another in the axial direction. But it can also be inserted axially through a funnel into a closed tubular housing.
  • FIG. 6 shows possibilities of how sheet steel strips according to the invention can be folded into a matrix for a catalytic reactor for exhaust gas purification.
  • a strip of the type shown in FIG. 6 can be used as the steel strip, which is composed of two smooth steel strips 1 with openings 2 and an intermediate corrugated strip 3, which are soldered to one another, for example.
  • Such a tape cannot slide into each other when it is folded up.
  • Tapes of this type can be folded in a meandering manner in the manner shown in FIG. 1 as a single continuous tape 7, so that a matrix according to FIG. 1 with a rectangular outer cross section is created, which can be inserted into a rectangular housing 8. It is simpler to provide a zigzag meander as shown in FIG. 2, 3 or 4 for the folding, whereby in each case prefabricated folding points, for example in the manner of a perforation, can be provided at the folding points 9, which lead to the fact that the continuous Band T, which is folded in a zigzag shape, automatically superimposes on the individual layers 7a, 7b, for example when it is lowered from above into a corresponding shaft and folds up there like a paper strip. It is possible, as indicated in FIGS.
  • this can be done, for example, as indicated with reference to FIG. 5, in that a sheet steel strip of the type as shown in FIG. 6 is folded onto one another in the manner shown in FIG. 2 and then between the upper part 13 and the lower part 14 is jammed and thereby also in the axial direction, d. H. in the direction of the flow, which is indicated by the arrow 15.
  • a matrix formed in this way in which, of course, the individual sheets 1 and 3 provided for production are coated with catalyst material in a known manner, has the advantage that it is very easy to produce. Due to the arrangement of the openings 2, gas equalization is also possible perpendicular to the boundary surfaces 17 of the individual layers 7A, 7B.
  • the clear overall cross section of all openings 2 can be chosen so that this radial compensation is achieved to form a uniform flow profile. It has been shown that this is generally the case if the total cross section of the openings 2 is more than 5% of the area of the boundary surfaces 17.
  • the openings can be provided in the corrugation direction or transversely thereto (2 '), which is more advantageous since they overlap better when layering.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie sie vorzugsweise zur Abgasreinigung bei Brennkraftmaschinen oder Kraftwerken eingesetzt werden.
  • Es ist eine Matrix dieser Art bekannt (DE-C-27 33 640), bei der Stahlblechbänder entweder in zwei Schichten, nämlich in der Form eines glatten Bandes und eines Wellblechbandes, oder auch nur in einer Schicht in der Form besonders ausgebildeter Wellbänder zu einer Matrix aufgewickelt werden. Die Stahlblechbänder sind so ausgebildet, daß jeweils lappenförmige Ausstanzungen einer Lage sich in entsprechende Öffnungen der benachbarten Lage eindrücken, so daß die aufgewickelten Lagen der Stahlblechbänder in Axialrichtung gesichert sind. Bekannt ist es auch (DE-A-29 02 779), zur Erhöhung der Turbulenz der Durchströmung einer solchen Matrix entweder auf glatten Stahlblechbändern Streifen von gewellten Blechen aufzubringen oder einzelne glatte Streifen mit einem gewellten Blech zu verbinden.
  • Alle bekannten Ausführungen weisen aber zum einen den Nachteil auf, daß die Herstellung einer solchen Matrix verhältnismäßig aufwendig ist. Nachteilig ist vor allem aber, daß die bekannten Bauarten einer Matrix wegen des Wickeivorganges nur in etwa kreisrohrförmige Gehäuse einsetzbar sind, und daß die Gestaltung der äußeren Form solcher Reaktoren vom Aufbau der Matrix her beschränkt ist. Nachteilig ist ferner, daß ein radialer Ausgleich der die Matrix und den Reaktor durchströmenden Abgase nicht oder nur sehr unvollständig möglich ist, selbst wenn Stahlblechbänder der vorher erwähnten Art mit Durchbrechungen vorgesehen werden.
  • Bekannt ist auch eine Matrix (GB-A 14 91 206), die durch Aufeinanderfalten eines Stahlblechbandes gebildet wird. Dieses Stahlblechband besteht bei der bekannten Bauart aber aus unterschiedlichen, in der Längsrichtung aufeinanderfolgenden Abschnitten, von denen einer in Wellenform und der jeweils daran anschließende als Glattbandabschnitt ausgeführt ist. Beim Aufeinanderlegen dieser unterschiedlichen Abschnitte liegt dann jeweils ein glatter Abschnitt an einem Wellabschnitt an. Bei dieser Bauart muß das zur Faltung der Matrix verwendete Ausgangsband von vorneherein auf die gewünschte Matrixform abgestimmt sein. Die Herstellung eines solchen Ausgangsbandes ist auch aufwendig.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Matrix der eingangs genannten Art so auszubilden, daß ohne großen Bauaufwand Reaktoren mit weitgehend beliebigen Außenformen geschaffen werden können, die auch die Möglichkeit zu einem besseren radialen Ausgleich des Strömungsprofiles des Abgases bieten.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung ausgehend von einer Matrix der eingangs genannten Art in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Durch diese Ausgestaltung lassen sich die einzelnen Lagen des Stahlblechbandes in verhältnismäßig einfacher und weitgehend freier Weise aufeinanderfügen. Unabhängig von der Faltrichtung können nämlich nie zwei gewellte Abschnitte aneinanderliegen und ineinanderrutschen. Vorteilhaft ist auch, daß durch den Faltvorgang die aufeinandergefalteten Lagen nach einer Seite offenbleiben. Im Gegensatz zu einer gewickelten Matrix, wo ein Gasausgleich nur in Umfangsrichtung möglich ist, ergibt sich daher eine weitgehend einfachere Möglichkeit für den radialen Durchtritt des Abgases. Dies führt zu einer Vergleichmäßigung des Strömungsprofiles. Dadurch können auch die radial außen gelegenen Schichten des Katalysatormateriales mit an dem Reaktionsvorgang teilnehmen. Die Matrix kann besser ausgenützt werden.
  • Werden die einzelnen Lagen des Bandes gemäß den Merkmalen des Anspruches 2 in ungleicher Länge aufeinandergefaltet, dann lassen sich ovale oder runde Einsätze verwirklichen, ohne daß ein komplizierter Aufbau aus mehreren Teilen erforderlich wird. Bei Anordnung von Lagen mit gleicher Länge in der Faltrichtung können rechteckige oder auch rhombische Reaktoren aufgebaut werden, so daß, je nach dem beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden Platz, die Matrix für den Reaktor zur Abgasreinigung in ihrer Form diesem Platz angepaßt werden kann.
  • Um den Herstellungsvorgang zu vereinfachen, kann vorgesehen sein, daß die zur Bildung der Matrix verwendeten Stahlblechbänder an den Faltstellen mit vorgefertigten Knickstellen, beispielsweise in der Art von Perforationen, versehen sind, so daß die Herstellung einer erfindungsgemäßen Matrix, deren einzelne Lagen beispielsweise zick-zack-förmig aufeinandergefaltesind, sich in einfacher Weise dadurch erreichen läßt, daß ein einziges Band beispielsweise in der gleichen Art wie sich Endlospapier hinter einem Drucker in Falten legt, wenn es senkrecht in einen Schacht fällt, ebenfalls in einen Schacht geleitet wird, an den Knickstellen sich leicht abknickt und dadurch sich zu der gewünschten Matrixform aufeinanderfaltet. Die so gebildete Matrix kann anschließend beispielsweise in ein zweiteiliges Gehäuse eingesetzt und durch dieses zusammengepreßt und auch in axialer Richtung untereinander befestigt werden. Sie kann aber auch durch einen Trichter in ein geschlossenes rohrförmiges Gehäuse axial eingeschoben werden.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen skizziert und wird im folgenden erläutert. Es zeigen :
    • Fig. 1 eine Möglichkeit einer erfindungsgemä-Ben Faltung eines für die Herstellung der Matrix verwendeten Stahlblechbandes in Mäanderform,
    • Fig. 2 die schematische Darstellung ein in einem zick-zack-förmigen Mäander auf-einandergefalteten Stahlblechbandes zur Bildung eines ovalen Reaktoraußenkörpers,
    • Fig. 3 die zick-zack-förmige Aufeinanderfaltung eines Stahlblechbandes zur Bildung eines runden Reaktorkörpers,
    • Fig. 4 die zick-zack-förmige Aufeinanderfaltung eines Stahlblechbandes zur Bildung eines rechteckigen Reaktorkörpers,
    • Fig. 5 eine perspektivische Skizze eines Reaktors, der durch das Aufeinanderfalten eines aus drei Lagen bestehenden, für die Bildung der Matrix verwendeten Stahlblechbandes hergestellt ist und
    • Fig. 6 eine perspektivische Teilansicht des für die Herstellung der Matrix der Fig. 5 verwendeten Stahlblechbandes.
  • In den Fig. 1 bis 4 sind Möglichkeiten gezeigt, wie erfindungsgemäß Stahlblechbänder zu einer Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung gefaltet werden können. Dabei kann als Stahlblechband beispielsweise ein Band der in der Fig. 6 gezeigten Art verwendet werden, das aus zwei glatten Stahlblechbändern 1 mit Öffnungen 2 und einem dazwischenliegenden Wellband 3 aufgebaut ist, die untereinander beispielsweise verlötet sind. Ein solches Band kann bei der Aufeinanderfaltung mit seinen einzelnen Lagen nicht ineinanderrutschen.
  • Bänder dieser Art können mäanderförmig in der in der Fig. 1 gezeigten Art als ein einziges durchlaufendes Band 7 gefaltet werden, so daß eine Matrix gemäß Fig. 1 mit einem rechteckigen Außenquerschnitt entsteht, die in ein rechteckiges Gehäuse 8 einsetzbar ist. Einfacher ist es, einen Zick-Zack-Mäander gemäß Fig. 2, 3 oder 4 für die Faltung vorzusehen, wobei jeweils an den Faltstellen 9 vorgefertigte Knickstellen, beispielsweise in der Art einer Perforation, vorgesehen sein können, die dazu führe, daß das durchlaufende Band T, das zick-zack-förmig gefaltet ist, sich selbsttätig zu den einzelnen Lagen 7a, 7b aufeinanderlegt, wenn es beispielsweise von oben in einen entsprechenden Schacht herabgelassen wird und sich dort wie ein Papierstreifen aufeinanderfaltet. Dabei ist es möglich, wie in den Fig. 2 und 3 angedeutet, die einzelnen Lagen 7a, 7b jeweils mit einer unterschiedlichen Faltlänge a bzw. b zu versehen, so daß ovale Außenabmessungen zum Einfügen in ein ovales rohrförmiges Gehäuse 10 - wie in Fig. 2. - oder in ein rundes rohrförmiges Gehäuse 11 - wie in Fig. 3 - durch den Faltvorgang erreicht werden können. Natürlich ist es auch möglich, die einzelnen Lagen mit gleicher Faltlänge b wie in Fig. 4 auszubilden, so daß die so gebildete Matrix ähnlich wie in Fig. 1 in ein rechteckförmides Außengehäuse 12 einsetzbar ist.
  • In einer praktischen Ausführungsform kann dies beispielsweise, wie anhand von Fig. 5 angedeutet, dadurch geschehen, daß ein Stahlblechband der Art, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, in der in Fig. 2 dargestellten Weise aufeinandergefaltet wird und dann zwischen dem Oberteil 13 und dem Unterteil 14 verklemmt wird und dadurch auch in Axialrichtung, d. h. in Richtung der Durchströmung, gehalten wird, die mit dem Pfeil 15 angedeutet ist. Eine so gebildete Matrix, bei der natürlich die einzelnen zur Herstellung vorgesehenen Bleche 1 bzw. 3 in bekannter Weise mit Katalysatormaterial beschichtet werden, weist den Vorteil auf, daß sie sehr einfach herzustellen ist. Aufgrund der Anordnung der Öffnungen 2 ist aber auch senkrecht zu den Begrenzungsflächen 17 der einzelnen Lagen 7A, 7B ein Gasausgleich möglich. Der lichte Gesamtquerschnitt aller Öffnungen 2 kann so gewählt werden, daß dieser radiale Ausgleich zur Bildung eines gleichmäßigen Strömungsprofiles erreicht wird. Es hat sich gezeigt, daß dies im allgemeinen der Fall ist, wenn der gesamte Querschnitt der Öffnungen 2 mehr als 5 % der Fläche der Begrenzungsflächen 17 ausmacht. Die Öffnungen können in Wellrichtung oder quer dazu (2') vorgesehen werden, was vorteilhafter ist, da sie sich beim Schichten besser überlappen.

Claims (4)

1. Matrix für einen katalytischen Reaktor zur Abgasreinigung vorzugsweise bei Brennkraftmaschinen, die aus einem zusammenhängenden und mit Katalysatormaterial beschichtbaren Stahlblechband aufgebaut ist, das zick-zack-förmig aufeinandergefaltet ist und mit Wellungen versehene Bereiche aufweist, die nach der Faltung Strömungskanäle bilden, die vom Abgas durchströmt werden, das einem rohrförmigen Gehäuse o. dgl. für die Matrix zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Stahlblechband (7, 7') ein durchgehend gleiches, aus drei Schichten (1 bzw. 3) aufgebautes Stahlblechband (7, 7') vorgesehen ist, dessen beide Außenschichten aus glatten Bändern (1) mit oder ohne Durchbrechungen (2) bestehen und dessen mittlere Schicht (3) ein gewelltes Band ist, das ebenfalls mit oder ohne Durchbrechungen oder Unterbrechungen ausgebildet ist, so daß das Stahlblechband beliebig nach beiden Richtungen faltbar ist.
2. Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Faltlagen (7a, 7b) in der Faltrichtung eine ungleiche Länge (a, b) aufweisen.
3. Matrix nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlblechbänder (7, 7') an den Faltstellen mit vorgefertigten Knickstellen (9) versehen sind.
4. Matrix nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Knickstellen (9) als Perforationen ausgebildet sind.
EP84112840A 1983-11-19 1984-10-25 Matrix für einen katalytischen Reaktor Expired EP0151229B1 (de)

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