EP0176722B1 - Katalytische Abgasentgiftungseinrichtung - Google Patents

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EP0176722B1 EP85110292A EP85110292A EP0176722B1 EP 0176722 B1 EP0176722 B1 EP 0176722B1 EP 85110292 A EP85110292 A EP 85110292A EP 85110292 A EP85110292 A EP 85110292A EP 0176722 B1 EP0176722 B1 EP 0176722B1
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Leistritz AG
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    • F01N2350/00—Arrangements for fitting catalyst support or particle filter element in the housing
    • F01N2350/02—Fitting ceramic monoliths in a metallic housing
    • F01N2350/04—Fitting ceramic monoliths in a metallic housing with means compensating thermal expansion

Definitions

  • Catalytic exhaust gas detoxification device with a honeycomb-like structured monolithic ceramic body arranged in a metallic outer housing with conical exhaust gas inlet and outlet connections on the end face, with a catalytically active surface coating, the outer housing and the ceramic body being interposed by a thermally insulating spring cushion.
  • the arrangement known from DE-U-8 019 813, for example, of such a thermally insulating spring cushion between the ceramic body and the outer housing serves to mount the ceramic body in the outer housing while first compensating for the manufacturing tolerances and in particular the thermal expansion of the ceramic body and the housing, taking into account the considerable, several hundred degrees, differences in operating temperature. Because of the aggressiveness of the exhaust gases, which are also moist and contain, among other things, sulfur oxide and nitrogen oxide, it is necessary to manufacture the outer housing including the exhaust gas inlet and outlet connections from high-quality stainless steels. This complicates and considerably increases the cost of constructing such exhaust gas detoxification devices.
  • the invention is therefore based on the object of designing a catalytic exhaust gas detoxification device of the type mentioned in such a way that simple and cheaper materials can be used for the outer housing, including a supply and discharge connection.
  • a thermally insulating hat which extends essentially to the inflatable mat and is covered by a high-temperature-resistant shielding sheet, is applied to the inner surfaces of the exhaust gas inlet and outlet ports, in accordance with the features of the characterizing part of claim 1.
  • the outer housing is already largely thermally shielded both thermally and from the aggressive exhaust gases by the inflatable mat - is ensured in the entire interior of the housing that neither aggressive components of the exhaust gas it can come into contact with the outer casing with its inlet and outlet connections.
  • the temperature that the outer housing reaches during operation is significantly reduced compared to the conventional, non-insulated embodiments, which in turn significantly increases the life of the housing, or in other words, it allows cheaper, simple chrome steel sheet to be used instead of expensive special steels.
  • the construction is particularly simple if you provide a cross-sectional, essentially Z-shaped sealing ring, which is connected with its enlarged outer ring flange, which engages under the front edge of the ceramic body, to the outer housing, which is achieved both by a press fit and by welding the outer housing can be achieved.
  • the inner ring flange of the Z-shaped sealing ring which is smaller in diameter, points outward parallel to the inner surface of the exhaust gas inlet and outlet connection and overlaps the inner edge of the shielding plate with a clamp fit.
  • the front edges of the inflatable mat are bordered with a folded sealing strip, for example made of a metal foil, from a ceramic fiber tape or a woven ceramic or glass fiber mat.
  • Such a sealing strip possibly additionally glued to the inflatable mat, the folded edges of which are clamped between the ceramic body and the outer housing, effectively prevents the passage of exhaust gases between the ceramic body and the outer housing, such a penetration via the disadvantages described above also bringing with it the difficulty that With such an exhaust gas flow, there would be a fear of a very rapid unraveling of the inflatable mat, which would suffer a considerable loss of tensile strength at higher temperatures compared to the originally solid structure.
  • Monolithic, honeycomb-structured ceramic bodies 3 are held in the essentially cylindrical outer housing 1, to which conically tapering exhaust gas inlet and outlet connections 2 are connected, of which only one is known in the partial drawing, the surface of which is provided with a catalytically active surface coating .
  • So-called inflatable mats 4 are provided to hold these ceramic bodies, i. H. Fireproof fiber mats expanding with increasing temperature, which ensure a centered mounting in the outer housing, also taking into account the greatly different expansion during operation of the exhaust gas detoxification device.
  • the shielding plate 6 can move in the axial direction with its considerable thermal changes in length.
  • the temperatures at the shielding plate 6 are much higher than at the metal nozzle 2, which is thermally insulated by the insulating mat 5, which can be constructed, for example, on an aluminum-silicate base.
  • the edges 12 of the inflatable mats 4 which are bent inward over the end edges, are each surrounded by a folded sealing strip 13 made of metal foil, ceramic fiber tape or woven ceramic mat or glass fiber mat, the bent edges of which are jammed between the ceramic body 3 and the outer housing 1.
  • These sealing strips prevent any passage of exhaust gas between the ceramic body 3 and the outer housing, which, in addition to the insulation mentioned, also prevents the material of the inflatable mat, which largely loses its tensile strength at high temperatures, from being blown out.

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Description

  • Katalytische Abgasentgiftungsvorrichtung mit einem in einem metallischen Außengehäuse mit stirnseitigen, konischen Abgaszu- und -abführstutzen angeordneten wabenartig strukturierten monolitischen Keramikkörper mit einer katalytisch wirksamen Oberflächenbeschichtung, wobei dem Außengehäuse und dem Keramikkörper ein thermisch isolierendes Federkissen zwischengeordnet ist.
  • Die beispielsweise aus dem DE-U-8 019 813 bekannte Anordnung eines derartigen thermisch isolierenden Federkissens zwischen dem Keramikkörper und dem Außengehäuse dient der Lagerung des Keramikkörpers im Außengehäuse unter Ausgleich erstens der Fertigungstoleranzen und insbesondere der thermischen Ausdehnung des Keramikkörpers und des Gehäuses, unter Berücksichtigung der erheblichen, mehrere hundert Grad betragen, Unterschiede der Betriebstemperatur. Wegen der Aggressivität der noch dazu feuchten und unter anderem schwefeloxid- und stickoxidheitigen Abgase ist es dabei erforderlich, das Außengehäuse einschließlich der Abgas zu- und -abführstutzen aus hochwertigen Edelstählen herzustellen. Dies verkompliziert und verteuert den Aufbau derartiger Abgasentgiftungseinrichtungen erheblich.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine katalytische Abgasentgiftungsvorrichtung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß für das Außengehäuse einschließlich einer Zu- und Abführstutzen einfache und billigere Werkstoffe verwendet werden können.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß auf die Innenflächen der Abgas zu- und -abführstutzen eine thermisch isolierende im wesentlichen bis zur Blähmatte sich erstreckende Hatte aufgebracht ist, die von einem hochtemperaturfesten Abschirmblech überdeckt ist, gemäß den Merkmalen des Kennzeichnen den Teils von Anspruch 1.
  • Das Vorsehen einer derartigen thermischen Abschirmung der Zu- und Abführstutzen - das eigentliche zylindrische, ovale od. dgl. Außengehäuse ist bereits durch die Blähmatte weitestgehend sowohl thermisch, als auch gegenüber den aggressiven Abgasen abgeschirmt - ist im gesamten Innenbereich des Gehäuses sichergestellt, daß weder die aggressiven Bestandteile des Abgas es in Kontakt mit dem Außengehäuse mit seinen Zu-und Abführstutzen gelangen können. Darüber hinaus wird auch die Temperatur, die das Außengehäuse im Betrieb erreicht, erheblich gegenüber den üblichen, nicht isolierten Ausführungsformen reduziert, was wiederum die Lebensdauer des Gehäuses erheblich vergrößert, oder anders ausgedrückt, es ermöglicht anstelle teuerer Spezialstähle billigeres einfaches Chromstahlblech zu verwenden.
  • Durch die Maßnahme, wonach das außenseitig, mit dem Stutzen fest verbundene, insbesondere verschweißte Abschirmblech am inneren Ende eine Schiebesitzabdichtung aufweist, insbesondere mit Schiebesitz von einem anliegenden Ringflansch eines metallischen Dichtrings umfaßt ist, werden die erheblichen thermischen Längsdehnungen des Abschirmbleches problemlos aufgefangen und führen zu keinerlei Belastungen der Verbindungsstellen mit dem im Betrieb sich wesentlich weniger erwärmenden Außengehäuse bzw. dessen Zu- und Abführstutzen.
  • Besonders einfach gestaltet sich der Aufbau dadurch, wenn man einen querschnittlich, im wesentlichen Z-förmigen Dichtring vorsieht, der mit seinem erweiterten, den Stirnrand des Keramikkörpers untergreifenden Außenringflansch dicht mit dem Außengehäuse verbunden ist, was sowohl durch einen Klemmsitz, als auch durch Verschweißen mit dem Außengehäuse erzielt werden kann. Der innere im Durchmesser kleinere Ringflansch des Z-förmigen Dichtringes weist jeweils parallel zur Innenfläche des Abgaszu- und -abführstutzens nach außen und übergreift mit Klemmsitz den Innenrand des Abschirmbleches.
  • Um ein Durchtreten des Abgas es zwischen Keramikkörper und Außengehäuse zu vermeiden, wodurch dieses ja wiederum zu stark thermisch belastet würde und zum anderen die Möglichkeit des Angreifens aggressiver Bestandteile bestünde - dieses Problem stellt sich besonders bei sogenannten Blähmatten, die sich bei höheren Temperaturen um ein mehrfaches gegenüber ihrem ursprünglichen Durchmesser erweitern können, sofern sie nicht aufgrund ihres Klemmsitzes an einer solchen starken Ausdehnung gehindert sind - ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß die Stirnkanten der Blähmatte mit einem umgelegten Dichtstreifen eingefaßt sind, der beispielsweise aus einer Metallfolie, aus einem Keramikfaserband oder einer verwebten Keramik- oder Glasfasermatte bestehen kann.
  • Ein solcher, ggf. mit der Blähmatte zusätzlich verklebter Dichtstreifen, dessen umgelegte Ränder zwischen Keramikkörper und Außengehäuse verklemmt sind, verhindert wirksam ein Durchtreten von Abgasen zwischen Keramikkörper und Außengehäuse, wobei ein solches Durchtreten über die vorstehend beschriebenen Nachteile auch die Schwierigkeit mit sich brächte, daß mit einem solchen Abgasstrom ein sehr rasches Ausfasern der Blähmatte zu befürchten wäre, die nämlich bei höheren Temperaturen gegenüber der ursprünglich festen Struktur eine erhebliche Einbuße an Reißfestigkeit erleidet.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, der eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Endabschnittes einer erfindungsgemäßen katalytischen Abgasentgiftungsvorrichtung zeigt.
  • In dem im wesentlichen zylindrischen Außengehäuse 1, an welches konisch sich verjüngende Abgaszu- und Abführstutzen 2 sich anschließen, von denen in der Teilzeichnung nur einer zu kennen ist, sind monolitische, wabenartig strukturierte Keramikkörper 3 gehaltert, deren Oberfläche mit einer katalytisch wirksamen Oberflächenbeschichtung versehen ist. Zur Halterung dieser Keramikkörper sind sogenannte Blähmatten 4 vorgesehen, d. h. mit steigernder Temperatur expandierende feuerfeste Fasermatten, die für eine zentrierte Halterung im Außengehäuse auch unter Berücksichtigung der stark unterschiedlichen Ausdehnung im Betrieb der Abgasentgiftungsvorrichtung sorgen.
  • Um für das Außengehäuse 1 und die anschließend Abgaszu- und Abführstutzen 2, billigere, einfache Stahlbleche verwenden zu können, ist zunächst vorgesehen, daß die Innenflächen der Abgaszu- und abführstutzen 2 mit thermisch isolierenden Matten 5 überdeckt sind, die ihrerseits von einem hochtemperaturfesten Abschirmblech 6 überdeckt werden. Dieses Abschirmblech ist an der Außenseite mit seinem am Stutzen 2 - anliegenden Außenflansch 7 unmittelbar mit dem Stutzen 2 verschweißt, während der innere Rand 8 mit einem Schiebesitz klemmend unter den nach außen weisenden Ringflansch 9 eines im wesentlichen Z-förmigen gebogenen Dichtrings 10 greift, dessen Außenflansch 11 dichtend am Außengehäuse 1 anliegt, ggf. mit diesem verschweißt ist. Durch diesen Schiebesitz, der durch den Doppelpfeil angedeutet ist, kann sich das Abschirmblech 6 in axialer Richtung bei seinen erheblichen thermischen Längenänderungen bewegen. Die Temperaturen am Abschirmblech 6 liegen ja wesentlich höher als am Metallstutzen 2, der durch die Isoliermatte 5, die beispielsweise auf einer Aluminium-Silikat-Basis aufgebaut sein kann, thermisch isoliert ist.
  • Zur weiteren, sowohl thermisch als auch korrosionshindernden Isolierung des Gehäuses 1 ist zusätzlich vorgesehen, daß die über die Stirnkanten nach innen gebogenen Ränder 12 der Blähmatten 4 jeweils von einem umgelegten Dichtstreifen 13 aus Metallfolie, Keramikfaserband oder verwebter Keramikmatte oder Glasfasermatte eingefaßt sind, dessen umgebogene Ränder zwischen dem Keramikkörper 3 und dem Außengehäuse 1 verklemmt sind. Durch diese Dichtstreifen wird jedliches Durchtreten von Abgas zwischen dem Keramikkörper 3 und dem Außengehäuse verhindert, womit außer der genannten Isolierung, auch ein Ausblasen des bei hohen Temperaturen seine Reißfestigkeit weitestgehend verlierenden Materials der Blähmatte verhindert wird.

Claims (5)

1. Katalytische Abgasentgiftungsvorrichtung mit einem in einem metallischen Außengehäuse (1) mit stirnseitigen, konischen Abgas zu- und -abführstutzen (2) angeordneten wabenartig strukturierten monolitischen Keramikkörper (3) mit einer katalytisch wirksamen Oberflächenbeschichtung, wobei dem Außengehäuse (1) und dem Keramikkörper (3) ein thermisch isolierendes, aus einer sogenannten Blähmatte (4) bestehendes Federkissen zwischengeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Innenflächen der Abgas zu- und -abfuhrstutzen (2) eine thermisch isolierende fast bis zur Blähmatte (4) sich erstreckende Matte (5) aufgebracht ist, die von einem hochtemperaturfesten Abschirmblech (6) überdeckt ist, das außenseitig mit dem Stutzen (2) fest verbunden ist und am inneren Ende (8) eine Schiebesitzabdichtung aufweist, die den Bereich zwischen den Blähmatten (4, 5) zum Außengehäuse (1) thermisch isoliert.
2. Abgasentgiftungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein eingelegter, querschnittlich im wesentlichen Z-förmiger Dichtring (10) mit seinem vom Außengehäuse (1) radial entfernt liegenden Ringflansch (9) und das inneren Ende (8) des Abschirmblechs (6) die thermisch isolierende Schiebesitzabdichtung bilden.
3. Abgasentgiftungsvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (10) mit seinem erweiterten, den Stirnrand des Keramikkörpers (3) untergreifende Außenringflansch (11) dicht mit dem Außengehäuse verbunden ist.
4. Abgasentgiftungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnkanten (12) der Blähmatte (4) mit einem umgelegten Dichtstreifen (13) eingefaßt sind.
5. Abgasentgiftungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die umgelegten Ränder des ggf. mit der Blähmatte verklebten Dichtstreifens (13) zwischen Keramikkörper (3) und Außengehäuse (1) verklemmt sind.
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