EP0269101A2 - Katalysatorauspuff mit Wärmedämmung - Google Patents

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EP0269101A2
EP0269101A2 EP87117433A EP87117433A EP0269101A2 EP 0269101 A2 EP0269101 A2 EP 0269101A2 EP 87117433 A EP87117433 A EP 87117433A EP 87117433 A EP87117433 A EP 87117433A EP 0269101 A2 EP0269101 A2 EP 0269101A2
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EP
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thermal insulation
exhaust
weight
catalytic converter
molded body
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EP87117433A
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Günter Dr. Dipl.-Chem. Kratel
Johannes Dipl.-Ing. Reisacher
Günter Dr. Dipl.-Chem. Stohr
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Wacker Chemie AG
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Wacker Chemie AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features
    • F01N13/14—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features having thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2882—Catalytic reactors combined or associated with other devices, e.g. exhaust silencers or other exhaust purification devices

Definitions

  • the invention relates to a catalyst exhaust with thermal insulation.
  • Exhausts equipped with a catalytic converter must therefore be equipped with thermal insulation to ensure that the outside temperature of the exhaust does not rise significantly above that of conventional exhausts.
  • the thermal insulation according to the invention meets the requirements.
  • the invention relates to a catalytic converter-equipped exhaust with thermal insulation, which is characterized in that the thermal insulation consists of a molded body made of compressed, microporous thermal insulation material of the composition 30 - 88.9% by weight of finely divided metal oxide 10 - 50 wt .-% opacifying material and 1 - 20 wt .-% fiber material exists, which is laminated at least on one side to stabilize the shape or is provided with 0.1 - 5 wt.
  • exhaust pipe equipped with a catalytic converter is to be understood as meaning all exhaust systems or those parts of an exhaust system which are equipped with a catalytic converter suitable for exhaust gas purification, in particular appropriately equipped exhaust pots.
  • the thermal insulation according to the invention envelops the exhaust, or the exhaust part, in close contact and is protected with a casing against mechanical destruction.
  • the sheathing is constructed in such a way that the sheathed space is practically completely filled by the thermal insulation according to the invention.
  • the thermal insulation according to the invention is designed as a shaped body.
  • all moldings which are suitable for closely fitting the exhaust pipe to be insulated or the part of the exhaust pipe to be insulated are suitable as molded articles. These are, in particular, plate-shaped or mat-shaped bodies, which can be flat or already more or less accurately depict the outer shape of the exhaust to be insulated.
  • the moldings are preferably produced by pressing the thermal insulation material at final pressures of 10-50 N / cm2 poses. It is often expedient to pre-seal the thermal insulation material, which is initially in the form of loose bulk material, if necessary with evacuation, for example at pressures of about 0.1-0.5 N / cm 2 and only in a second stage under the end pressures mentioned.
  • the pressing temperatures are usually in the range of the ambient temperature, that is 15 ° to 30 ° C. Lower or higher temperatures can also be used. However, temperatures are always chosen at which the hardening of the thermal insulation material does not take place when hardener is used. Since temperatures above 500 ° C are required for curing, this parameter is of no importance in practice. Hardening takes place during operation of the catalytic converter exhaust.
  • thermal insulation molded articles of the type according to the invention can be used as lamination with which thermal insulation molded articles of the type according to the invention have previously been laminated.
  • These are in particular nonwovens or fabrics made of aluminum silicate, glass fiber, rock wool, cellulose, metal foil, in particular aluminum foil, cardboard, paper and others.
  • the lamination gives the uncured molded body sufficient mechanical stabilization for transport and assembly.
  • connection between lamination material and thermal insulation material can be adhesive or non-adhesive.
  • materials such as glass fiber and the like
  • Inorganic adhesives such as silica sol or water glass or known organic glue.
  • lamination material that is already coated with adhesive can also be used.
  • the thermal insulation material to be used according to the invention consists of 30 - 88.9% by weight of finely divided metal oxide 10 - 50% by weight opacifier 1 - 20 wt .-% fiber material and optionally 0.1 - 5% by weight hardener.
  • finely divided metal oxide examples include pyrogenically produced silicas, including arcing silicas, low-alkali precipitated silicas, aluminum oxide, titanium dioxide and zirconium dioxide produced analogously. Pyrogenic metal oxides, including pyrogenic mixed oxides, are preferably used.
  • the finely divided metal oxides have specific surfaces of 50 to 700 m2 / g, preferably 70 to 400 m2 / g.
  • Suitable opacifiers are ilmenite, titanium dioxide, silicon carbide, iron-II-iron-III mixed oxide, chromium dioxide, zirconium oxide, zirconium silicate, manganese dioxide and iron oxide.
  • the opacifiers advantageously have an adsorption maximum in the infrared range between 1.5 and 10 ⁇ m.
  • fiber material examples include glass wool, rock wool, slag wool, ceramic fibers such as those obtained from melts of aluminum oxide and / or silicon oxide, asbestos fibers and others.
  • thermal insulation mixtures mentioned are obtained by simply mixing the components in the desired composition.
  • so-called agglomerated mixtures, in particular based on pyrogenic silica can also be used.
  • the procedure is such that the opacifier is added continuously in the desired mixing ratio already during the production process of the silica, in which the silica is still in the form of the primary particles.
  • the thermal insulation molded articles according to the invention have a layered ceiling of 2-10 mm, preferably 4-6 mm.
  • a conventional catalytic exhaust was completely enclosed with a molded body, including one-sided lamination, 4.5 mm thick, and provided with a steel sheet sheathing, so that the sheathed space was practically completely filled by the molded body.
  • the molded body had a 0.5 mm thick lamination of perforated cellulose paper.
  • the molded body was produced by pressing a thermal insulation mixture of the following composition: 63.3% by weight of fumed silica 31.7% by weight of ilmenite 5.0% by weight aluminum silicate fiber with the lamination material under a final pressure of 28 N / cm2 at ambient temperature.
  • the shaped body was in the form of a flat plate which was so flexible that the muffler could be encased without mechanical destruction of the shaped body.
  • the thickness of the shaped body was chosen so that the shaped body was firmly embedded under pressure between the outer shells and the catalyst.
  • the interior of the catalytic converter was brought to 850 ° C with a Bunsen burner.
  • the temperature measuring point was on the inner wall of the catalyst pot at a distance of 20 cm from the exhaust opening.
  • a second measuring point was located on the outside of the casing exactly opposite the first measuring point. At the second measuring point, the temperature was 200 ° C. The measurement was carried out without cooling the jacket.
  • a pre-compressed insulation mat without lining was placed in the outer shells of a conventional exhaust converter.
  • a suitable press die the shape of which was adapted to the insulation shell, the insulation material was brought into shape so that the insulation thickness was approx. 4 mm everywhere in the inner shell.
  • the thermal insulation mixture was composed as follows: 62.5% by weight of fumed silica 31.7% by weight of ilmenite 5.0% by weight aluminum silicate fiber 0.8 wt% boron carbide
  • the rapid heating is due to the exothermic curing reaction of the thermal insulation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen mit Abgaskatalysator ausge­rüsteten Auspuff mit Wärmedämmung, wobei die Wärmedämmung aus einem Formkörper aus verdichtetem, mikroporösem Wärme­dämmaterial besteht, der zur Formstabilisierung mindestens einseitig kaschiert ist oder mit 0,1 - 5 Gew.-% Härter ver­sehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Katalysatorauspuff mit Wärme­dämmung.
  • Beim Betrieb eines Auspuffs, der mit einem Abgaskatalysator ausgerüstet ist, treten im Inneren des Auspuffs Temperaturen auf, die weit höher liegen, als dies beim Betrieb eines kon­ventionellen Auspuffs der Fall ist. Es werden beim Betrieb von Katalysatorauspuffen Temperaturen um 900° C gemessen. Ein der­art überhitzter Auspuff birgt ein beträchtliches Gefahrenpo­tential, beispielsweise beim Betanken des Fahrzeugs oder beim unbedachten Parken des Fahrzeugs an brandgefährdeten Orten.
  • Mit einem Katalysator ausgerüstete Auspuffe müssen deshalb mit einer Wärmeisolierung ausgestattet werden, um sicher zu stellen, daß die Außentemperatur des Auspuffs jedenfalls nicht wesentlich über die konventioneller Auspuffe steigt.
  • An eine derartige Wärmeisolierung müssen hohe Anforderungen gestellt werden, unter anderem, schon aus konstruktiven Grün­den, hohe Wärmedämmeffizienz bei geringer Schichtdicke, hohe Temperaturbeständigkeit, mechanische Belastbarkeit und Mon­tagefreundlichkeit.
  • Die erfindungsgemäße Wärmedämmung wird den gestellten Anfor­derungen gerecht.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein mit Katalysator ausgerüste­ter Auspuff mit Wärmedämmung, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Wärmedämmung aus einem Formkörper aus verdichtetem, mikroporösem Wärmedämmaterial der Zusammensetzung
    30 - 88,9 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
    10 - 50 Gew.-% Trübungsmaterial und
    1 - 20 Gew.-% Fasermaterial
    besteht, der zur Formstabilisierung mindestens einseitig kaschiert ist oder mit 0,1 - 5 Gew.-% Härter versehen ist.
  • Unter dem anspruchsgemäßen Ausdruck "mit Katalysator aus­gestatteter Auspuff" sollen erfindungsgemäß alle Auspuff­anlagen bzw. jene Teile einer Auspuffanlage verstanden werden, die mit einem zur Abgasreinigung geeigneten Kata­lysator ausgestattet sind, insbesondere entsprechend aus­gestattete Auspufftöpfe.
  • Die erfindungsgemäße Wärmeisolierung umhüllt den Auspuff, bzw. den Auspuffteil eng anliegend und ist mit einer Um­mantelung gegen mechanische Zerstörung geschützt. Die Um­mantelung wird dabei schon aus Gründen der Platzersparnis so konstruiert, daß der ummantelte Raum praktisch vollstän­dig durch die erfindungsgemäße Wärmeisolierung ausgefüllt ist.
  • Die erfindungsgemäße Wärmedämmung wird als Formkörper aus­gebildet. Als Formkörper kommen grundsätzlich alle Form­körper in Betracht, die geeignet sind, den zu isolierenden Auspuff, bzw. den zu isolierenden Teil des Auspuffs, eng anliegend zu umhüllen. Es sind dies insbesondere platten- oder mattenförmige Formkörper, die eben sein können oder die äußere Form des zu isolierenden Auspuffs bereits mehr oder weniger genau abbilden.
  • Die Formkörper werden vorzugsweise durch Verpressen des Wärmedämmaterials bei Enddrücken von 10 - 50 N/cm² herge­ stellt. Oftmals ist es zweckmäßig, das zunächst als loses Schüttmaterial vorliegende Wärmedämmaterial, gegebenenfalls unter Evakuieren vorzudichten, beispielsweise bei Drücken von etwa 0,1 - 0,5 N/cm² und erst in einer zweiten Stufe unter den genannten Enddrücken zu verpressen. Die Preßtem­peraturen liegen zumeist im Bereich der Umgebungstemperatur, also bei 15° bis 30° C. Es können auch tiefere oder höhere Temperaturen angewendet werden. Es werden jedoch stets solche Temperaturen gewählt, bei denen bei der Verwendung von Härter noch keine Durchhärtung des Wärmedämmaterials erfolgt. Da für eine Durchhärtung Temperaturen über 500° C erforderlich sind, kommt diesem Parameter in der Praxis keine Bedeutung bei. Die Aushärtung erfolgt beim Betrieb des Katalysator­auspuffs.
  • Als Kaschierung kommen grundsätzlich alle Materialien in Frage, mit denen bereits bisher Wärmedämmformkörper der er­findungsgemäßen Art kaschiert werden konnten. Es sind dies insbesondere Vliese oder Gewebe aus Aluminiumsilicat, Glas­faser, Steinwolle, Cellulose, Metallfolie, insbesondere Alu­minium folie, Pappe, Papier und andere. Die Kaschierung ver­leiht dem ungehärteten Formkörper eine ausreichende mecha­nische Stabilisierung für Transport und Montage.
  • Die Verbindung zwischen Kaschiermaterial und Wärmedämmaterial kann klebend oder nicht-klebend sein. Bei Materialien, wie Glasfaser und dgl., erfolgt bereits durch Anlegen von Druck und ohne Verwendung eines Klebers eine ausreichende mechanische Verzahnung des Wärme­dämmaterials mit dem Kaschiermaterial, insbesondere, wenn das Kaschier­material mit der losen Schüttung des Wärmedämmaterials oder mit vor­verdichtetem Wärmedämmaterial bei den oben genannten Enddrücken ver­presst wird.
  • Zumeist wird jedoch verklebt. Es können anorganische Kleber, wie z.B. Kieselsole oder Wasserglass verwendet werden oder bekannte organische Kleber. Insbesondere kann auch Kaschier­material benützt werden, das bereits mit Kleber beschichtet ist.
  • Das erfindungsgemäß einzusetzende Wärmedämmaterial besteht aus
    30 - 88,9 Gew.-% feinteiligem Metalloxid
    10 - 50 Gew.-% Trübungsmittel
    1 - 20 Gew.-% Fasermaterial und gegebenenfalls
    0,1 - 5 Gew.-% Härter.
  • Beispiele für feinteiliges Metalloxid sind pyrogen erzeugte Kieselsäuren, einschließlich Lichtbogenkieselsäuren, alkali­arme Fällungskieselsäuren, analog hergestelltes Aluminium­oxid, Titandioxid und Zirkondioxid. Vorzugsweise werden pyrogen erzeugte Metalloxide, einschließlich pyrogen erzeug­ter Mischoxide eingesetzt. Die feinteiligen Metalloxide weisen spezifische Oberflächen von 50 bis 700 m²/g, vorzugs­weise 70 bis 400 m²/g auf.
  • Als Trübungsmittel kommen beispielsweise Ilmenit, Titandioxid, Silicium­carbid, Eisen-II-Eisen-III-mischoxid, Chromdioxid, Zirkon­oxid, Zirkonsilikat, Mangandioxid, sowie Eisenoxid in Be­tracht. Die Trübungsmittel weisen vorteilhafterweise ein Adsorptionsmaximum im Infrarot-Bereich zwischen 1,5 und 10 µm auf.
  • Beispiele für Fasermaterial sind Glaswolle, Steinwolle, Schlackenwolle, keramische Fasern, wie sie aus Schmelzen von Aluminiumoxid und/oder Siliciumoxid gewonnen werden, Asbestfasern und andere.
  • Als Härter werden Kohlenstoff wie Ruß, die Boride des Aluminiums, des Titans, des Zirkons, des Calciums, Silicide, wie Calciumsilicid, Eisensilicid und Calcium-aluminiumsilicid, insbesondere jedoch Borcarbid eingesetzt.
  • Die genannten Wärmedämmischungen werden durch einfaches Ver­mischen der Komponenten in der gewünschten Zusammensetzung gewonnen. Es können jedoch auch sogenannte agglomerierte Mischungen, insbesondere auf Basis von pyrogen erzeugter Kieselsäure eingesetzt werden. Hierbei wird in der Weise verfahren, daß das Trübungsmittel bereits beim Herstellungs­prozeß der Kieselsäure, bei dem die Kieselsäure noch in Form der Primärteilchen vorliegt, kontinuierlich im ange­strebten Mischungsverhältnis zugesetzt wird.
  • Die erfindungsgemäßen Wärmedämmformkörper weisen, eine Schichtdecke von 2 - 10 mm, vorzugsweise 4 - 6 mm auf.
  • Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Wärmedämmisolierung gelingt es, mit Abgaskatalysator ausgestattete Auspuffe herzustellen, bei denen das durch mögliche Überhitzung gegebene Gefahren­potential beseitigt ist. Der Platzbedarf der erfindungsge­mäßen Auspuffanlagen ist kaum höher, als der konventioneller Auspuffe. Der Aspekt der Volumenvergrößerung von mit Abgas­katalysatoren ausgerüsteten Auspuffen gegenüber konventio­nellen Auspuffen kann daher praktisch unberücksichtigt bleiben. Insbesondere ist es möglich, auch Altfahrzeuge, bei denen der genannte Aspekt naturgemäß nicht berücksich­tigt wurde, mit den erfindungsgemäßen Auspuffanlagen umzu­rüsten.
    • Ausführungsbeispiele Beispiel 1:
  • Ein konventioneller Katalysatorauspuff wurde mit einem ein­schließlich einseitiger Kaschierung 4,5 mm dicken Formkörper eng anliegend vollständig umhüllt und mit einer Ummantelung aus Stahlblech versehen, so daß der ummantelte Raum prak­tisch vollständig von dem Formkörper ausgefüllt war. Der Formkörper wies ein 0,5 mm dicke Kaschierung aus per­foriertem Cellulosepapier auf. Die Herstellung des Form­körpers erfolgte durch Verpressen einer Wärmedämmischung der folgenden Zusammensetzung:
    63,3 Gew.-% pyrogen erzeugte Kieselsäure
    31,7 Gew.-% Ilmenit
    5,0 Gew.-% Aluminiumsilikatfaser
    mit dem Kaschiermaterial unter einem Enddruck von 28 N/cm² bei Umgebungstemperatur.
  • Der Formkörper lag in Form einer ebenen Platte vor, die so flexibel war, daß der Auspufftopf ohne mechanische Zerstö­rung des Formkörpers umhüllt werden konnte. Darüberhinaus wurde die Dicke des Formkörpers so gewählt, daß der Form­körper unter Druck fest zwischen den Außenschalen und dem Katalysator eingebettet war.
  • Mit einem Bunsenbrenner wurde der Innenraum des Katalysators auf 850° C gebracht. Der Temperaturmeßpunkt lag an der Innen­wandung des Katalysatortopfs im Abstand von 20 cm von der Auspufföffnung.
  • Ein zweiter Meßpunkt lag an der Außenseite der Ummantelung genau gegenüber dem ersten Meßpunkt. Am zweiten Meßpunkt ergab sich eine Temperatur von 200° C. Die Messung wurde ohne Kühlung der Ummantelung durchgeführt.
    • Beispiel 2:
  • In die Außenschalen eines konventionellen Auspuffkonverters wurde eine vorverdichtete Dämmatte ohne Kashierung gelegt. Mit einem geeigneten Preßstempel, der in seiner Form der Dämmschale angepaßt war, wurde das Dämmaterial so in Form gebracht, daß überall in der Innenschale die Dämmdicke ca. 4 mm betrug.
  • Die Wärmedämmischung war wie folgt zusammengesetzt:
    62,5 Gew.-% pyrogen erzeugte Kieselsäure
    31,7 Gew.-% Ilmenit
    5,0 Gew.-% Aluminiumsilikatfaser
    0,8 Gew.-% Borcarbid
  • Mit der zweiten Dämmschale wurde analog verfahren. Das Ein­pressen der Dämmung erfolgte unter einem Enddruck von 28 N/cm³. Im Versuch zeigte sich, daß bei einer Innentemperatur von 850° C (mittels Bunsenbrenner) die Außentemperatur an der entsprechenden Stelle kurzzeitig auf ca. 200° C anstieg und sich schließlich auf 190° C einpendelte.
  • Die schnelle Erhitzung ist auf die exotherme Aushärtereak­tion der Wärmedämmung zurückzuführen.
  • Die Temperaturmessungen erfolgten stationär; eine denkbare zusätzliche Kühlwirkung durch Fahrtwind wurde nicht simu­liert.

Claims (1)

  1. Mit Katalysator zur Abgasreinigung ausgerüsteter Auspuff mit Wärmedämmung, dadurch gekennzeich­net, daß die Wärmedämmung aus einem Formkörper aus ver­dichtetem, mikroporösem Wärmedämmaterial der Zusammensetzung
    30 - 88,9 Gew.-% feinteiliges Metalloxid
    10 - 50 Gew.-% Trübungsmittel und
    1 - 20 Gew.-% Fasermaterial
    besteht, der zur Formstabilisierung mindestens einseitig kaschiert ist oder mit 0,1 - 5 Gew.-% Härter versehen ist,
EP87117433A 1986-11-28 1987-11-26 Katalysatorauspuff mit Wärmedämmung Ceased EP0269101A3 (de)

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DE19863640653 DE3640653A1 (de) 1986-11-28 1986-11-28 Katalysatorauspuff mit waermedaemmung

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Inventor name: REISACHER, JOHANNES, DIPL.-ING.

Inventor name: STOHR, GUENTER, DR. DIPL.-CHEM.

Inventor name: KRATEL, GUENTER, DR. DIPL.-CHEM.