DE102007008823A1

DE102007008823A1 - Katalysatorträgerkörper

Info

Publication number: DE102007008823A1
Application number: DE102007008823A
Authority: DE
Inventors: Stefan Ebener; Stefan FRÖHLICH
Original assignee: Alantum GmbH and Co KG
Current assignee: Alantum Europe GmbH
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2008-08-28
Also published as: US8071505B2; WO2008101727A1; GB2459821A; GB0916323D0; US20100331173A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Katalysatorträgerkörper (100) mit einer Längsachse (103), umfassend einen Wabenkörper (101) und ein Gehäuse (102), wobei der Wabenkörper (101) aus mindestens drei übereinander angeordneten Metalllagen (104) besteht, die mit ihren Stirnseiten jeweils ausgehend von einem gemeinsamen Zentrum zu spiralförmig übereinanderliegenden Lagen gewickelt und in der Hülse des Gehäuses (102) befestigt sind, wobei die Metallagen aus Metallschaumlagen bestehen, und wobei zwischen zwei planaren Metallschaumlagen (105, 106) eine als Wellmantel (107) ausgebildete Metallschaumlage angeordnet ist, wobei der Wellmantel (107) an seinen Außenseiten an Anbindungsabschnitten (108) mit den planaren Metallschaumlagen (105, 106) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Katalysatorträgerkörper umfassend einen Wabenkörper und ein Gehäuse, wobei der Wabenkörper aus mindestens drei übereinander angeordnete Metalllagen besteht, die mit ihren Stirnseiten jeweils ausgehend in einem gemeinsamen Zentrum zu spiralförmig übereinanderliegenden Lagen gewickelt und in der Hülse des Gehäuse befestigt sind, und wobei die Metalllagen aus einem Metallschaum bestehen.
Das wichtigste Einsatzgebiet von derartigen Katalysatorträgerkörpern liegt derzeit in der Reinigung von Abgasen von Diesel- oder Ottomotoren in der Kraftfahrzeugtechnologie.
Typischerweise bestehen die bislang eingesetzten Wabenkörper aus keramischen oder metallischen Materialien, die in der Regel mit hochoberflächigen porösen katalytisch aktiven Metalloxiden beschichtet sind, die mittels eines sogenannten „Washcoats" (einer Aufschlämmung oder Dispersion der Metalloxide, zumeist in Pulverform in einer Flüssigkeit) auf den Wabenkörper aufgebracht wurde.
Die katalytisch aktive Schicht enthält je nach Anwendungsgebiet auch oft noch mindestens ein katalytisches aktives Metall, wie beispielsweise aus Platin, Palladium, Rhodium, Nickel, Vanadium, Wolfram etc.
Unter Katalysator werden vorliegend sowohl sogenannte Dieseloxidationskatalysatoren (DOC), H-Katalysatoren wie auch SCR (Selective Katalytische Reduktion) Katalysatoren als auch Drei-Wege-Katalysatoren verstanden. Wenn das Abgas mit dem ka talytisch aktiven Material in Kontakt kommt, erfolgt eine Reduzierung der im Abgas enthaltenen Schadstoffe, wie beispielsweise Kohlenmonoxid, ungesättigte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide (NOx) etc.
In einer derartigen mobilen Abgasanlage ist der Katalysatorträgerkörper hohen thermischen und dynamischen Belastungen ausgesetzt.
Die Katalysatorträgerkörper sind üblicherweise in Form eines sogenannten Wabenkörpers ausgebildet, um eine relativ große Oberfläche für die Trägerschicht bereitzustellen.
Dabei weisen diese Wabenkörper eine Vielzahl von für ein Fluid, d. h. insbesondere für ein Gas, durchströmbare Kanäle oder Öffnungen auf.
Bekannt sind beispielsweise keramische, extrudierte und metallische Wabenkörper, die typischerweise in ein Gehäuse eingebracht werden, was wiederum direkt in die Abgasleitung integriert werden kann bzw. auch vor einem Dieselpartikelfilter eingesetzt werden kann.
Die bekannten keramischen Wabenkörper lassen sich verhältnismäßig einfach mit einem hochoberflächigen porösen Trägermaterial mittels eines Washcoats beschichten, da keramische Wabenkörper eine verhältnismäßig hohe Oberflächenrauhigkeit aufweisen und der Washcoat und damit das poröse Trägermaterial fest an der keramischen Oberfläche anhaften kann.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise aus der DE 10 217 259 A1 bekannte metallische Wabenkörper werden häu fig aus Metallblechen oder Metallfolien hergestellt. Dabei werden die Wabenkörper durch abwechselnde Anordnung von Lagenstrukturen oder Blechen oder Folien hergestellt. Diese können abwechselnd zueinander angeordnet sein und anschließend S-förmig und/oder U-förmig gebogen werden. Hier sei insbesondere auf die DE 3743723 verwiesen, wo derartige metallische Wabenkörper im Detail beschrieben sind. Weitere metallische Wabenkörper sind beispielsweise aus der DE 10 2005034033 bekannt. Noch weitere metallische Wabenkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung sind in der EP 049 489 A1 oder in der DE 2856030 beschrieben auf deren Offenbarungsgehalt hier vollumfänglich Bezug genommen wird.
Katalysatorträgerkörper (im nachstehenden auch „Tragkörper", „Wabenkörper" oder vereinfacht „Monolith" genannt) aus Metall haben den Vorteil, dass sie sich – verglichen mit keramischen Trägerkörpern – schneller erwärmen bzw. aufheizen und damit in der Regel Katalysatoren auf der Basis von metallischen Trägerkörpern ein besseres Ansprechverhalten unter sogenannten Kaltstartbedingungen aufweisen.
Außerdem weisen metallische Monolithe gegenüber den keramischen Wabenkörpern eine erhöhte mechanische Stabilität sowie eine bessere Formbarkeit auf.
Nachteilig an den metallischen Wabenkörpern bzw. Monolithen sind ihre glatte Oberfläche, so dass sie, verglichen mit keramischen Wabenkörpern, wesentlich schwerer zu beschichten sind, so dass im Allgemeinen mehr Bindemittel eingesetzt werden muss, um eine ausreichende Haftung des porösen Trägermaterials an der Metalloberfläche zu erzielen.
Hohe Bindemittelanteile können sich jedoch nachteilig auf die Aktivität eines Katalysators auswirken.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, einen metallischen Katalysatorträgerkörper bereitzustellen, an dem unter Einsatz von verhältnismäßig wenig Bindemittel ein poröses Trägermaterial bereichweise fest anhaften kann und der gleichzeitig eine verglichen mit herkömmlichen metallischen Trägerkörpern eine vergrößerte Oberfläche aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Katalysatorträgerkörper mit einer Längsache umfassend einen Wabenkörper und ein Gehäuse, wobei der Wabenkörper aus mindestens drei übereinander angeordneten Metalllagen besteht, die mit ihren Stirnseiten jeweils ausgehend von einem gemeinsamen Zentrum zu spiralförmig übereinanderliegenden Lagen gewickelt und in der Hülse des Gehäuses befestigt sind, wobei die Metalllagen aus einem aus Metallschaum bestehen, und wobei zwischen zwei bereichsweise planaren Metallschaumlagen eine als Wellmantel ausgebildete Metallschaumlage angeordnet ist, wobei der Wellmantel an seiner Außenseite an Anbindungsabschnitten mit den bereichsweise planaren Metallschaumlagen verbunden ist.
Metallische Schäume wie sie vorliegend verwendet werden, sind beispielsweise in der DE 10 2004 014076 offenbart, auf die hier ebenfalls vollumfänglich Bezug genommen wird. Es versteht sich, dass jeder andere geeignete Metallschaum ebenfalls dafür verwendet werden kann.
Der Begriff "Metallschaum" wie er vorliegend verwendet wird, bedeutet also ein Schaummaterial aus einem beliebigen Metall, oder aus einer beliebigen Legierung von Metallen, das gegebe nenfalls noch weitere Zuschlagsstoffe wie Carbide etc. enthalten kann, und das eine Vielzahl von Poren aufweist, die untereinander verbunden sind, so dass beispielsweise durch das Schaummaterial ein Gas hindurchgeleitet werden kann.
Die Schäume können wie schon gesagt entweder aus reinem Metall bestehen oder aus einer Legierung, vorzugsweise aus Eisen-Chrom-Nickel-Legierungen bzw. aus Eisen-Chrom-Nickel-Aluminium-Legierungen, um ein gutes Verhältnis zwischen den Parametern Festigkeit, Sprödigkeit und Biegsamkeit hervorzurufen. Natürlich können ebenfalls andere, dem Fachmann an sich bekannte Legierungen, eingesetzt werden,
Die Herstellung derartiger Metallschäume geschieht beispielsweise, indem Metallpulver mit einem Metallhydrid vermischt wird, die dann durch Heißpressen oder Strangpressen zu einem Vormaterial verdichtet werden. Das Vormaterial wird dann auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Metalls erhitzt, wobei von dem Hydrid Wasserstoff freigesetzt wird und das Gemenge aufschäumt. Weitere Möglichkeiten sind in der vorher erwähnten Patentanmeldung offenbart. Außerdem kann beispielsweise Gas in eine Metallschmelze eingeblasen werden, die zuvor durch Zugabe fester Bestandteile schäumbar gemacht wurde. Bei Aluminiumlegierungen wird typischerweise zur Stabilisierung 10 bis 20 Vol.-% Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid zugegeben.
Eine weitere Herstellung von Metallschäumen aus einer Metalllegierung erfolgt durch ein pulvermetallurgisches Verfahren. Dabei werden Bahnen, bestehend aus reinem Metallschaum wie beispielsweise aus Nickel, Eisen, Kupfer, etc., der durch galvanische Abscheidung an organischen Schaumstrukturen erzeugt wird mit einem Metallpulver bestehend aus den gewünschten Legierungsanteilen beschichtet. Anschließend wird durch eine Sinterung nahe dem Schmelzpunkt eine homogene Legierung erzeugt, wobei die Struktur des zuvor eingesetzten Metallschaums beibehalten wird. Dieses Verfahren ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2004 014076 beschrieben.
Metallschäume weisen typischerweise eine hohe Oberfläche auf, sowie eine entsprechende Porenverteilung. Diese Metallschäume werden oft auch offenporige Metallschäume bezeichnet. Die Verwendung derartiger poröser Metallschäume ermöglicht insbesondere eine Gewichtsverringerung um bis zu 80% des Katalysatorträgerkörpers verglichen mit aus Vollblech bzw. aus Metall hergestellten Katalysatorträgerkörpern und stellt aufgrund der hohen Porosität eine größere durchströmbare Oberfläche für Abgase bereit. Darüber hinaus weisen die Metallschäume eine gute mechanische Festigkeit auf, die Energie auch auf niedrigem Spannungsniveau absorbieren kann. Außerdem weisen die offenporigen Metallschäume typischerweise schnellere Aufheizraten auf als die metallischen Katalysatorträgerkörper des Standes der Technik, wie sie beispielsweise in der DE 10 2005 034033 offenbart sind.
Typischerweise weisen die Metallschäume die in der vorliegenden Erfindung Verwendung finden Porendichten auf, die im Bereich von 110 ppi bis 45 ppi (Poren per Inch) liegen.
Die Poren der Schaumstrukturen können idealisiert als Pentagondodekaeder beschrieben werden, deren Kanten die Stege der Gitterstruktur bilden. Das Verhältnis von großem zum kleinen Durchmesser eines Pentagondodekaeders beträgt theoretisch 1,6. Für die Gitterstruktur der offenporigen Metallschäume variiert der große Durchmesser von ca. 4 mm (10 ppi) bis ca. 1 mm (45 ppi) und der kleine Durchmesser von ca. 1,5 mm (10 ppi) bis 0,5 mm (45 ppi).
Der Druckverlust bei der Durchströmung des Metallschaums ist bei niedrigeren Strömungsgeschwindigkeiten proportional zur Strömungsgeschwindigkeit und der durchströmten Länge. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 m je Sekunde beträgt der Druckverlust bei 10 ppi ca. 0,5 bar je cm und 30 ppi ca. 0,2 bar je cm, was ebenfalls eine ausreichend lange Verweilzeit für die katalytische Reaktion, die in dem mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehenen offenporigen Metallschaum durchgeführt wird.
Die Verwendung von derartigen Metallschaumlagen ermöglicht vorteilhafterweise das Entstehen eine erhöhten Turbulenz des durchgeleiteten Gases, so dass der Stofftransport zur katalytisch aktiven Beschichtung erhöht wird, wenn der erfindungsgemäße Wabenkörper in Abgassystemen von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird.
Außerdem weist der erfindungsgemäße Katalysatorträger den Vorteil auf, dass er in den Bereichen mit dem Metallschaumlagen für Gaskomponenten durchlässig ist, wodurch eine gute Durchmischung von Fluiden von benachbarten, durch das Schaummaterial getrennten Kanälen erfolgen kann.
Es hat sich weiter gezeigt, dass beim Durchleiten eines Abgases durch den erfindungsgemäßen Katalysatorträgerkörper, der mit einer katalytisch aktiven Komponente beschichtet ist, eine geringere mechanische Belastung auf die Washcoat Beschichtung einwirkt, insbesondere auf den in dem Metallschaum eingelager ten Washcoat. Daraus resultiert eine bessere mechanische Langzeitstabilität des beschichteten Wabenkörpers. Weiter vorteilhaft ist aufgrund der geringen mechanischen Belastung ein geringerer Bindemittelanteil in der Washcoatzusammensetzung, woraus sich eine höhere Aktivität des Katalysators ergibt.
Die metallischen offenporigen Schaummaterialien haben bedingt durch die Poren und Hohlräume eine äußerst geringe Dichte, weisen jedoch eine beträchtliche Steifigkeit und Festigkeit auf.
Der Begriff „bereichsweise planar" bedeutet vorliegend, dass nur bestimmte Bereich des Schaumes planar ausgebildet sein müssen, in anderen Bereichen jedoch auch beispielsweise eine Wellung vorliegen kann. Typischerweise ist die Welllage mittels der Anbindungsabschnitte beispielsweise durch Löten an den planaren Abschnitten der sie einschließenden oberen und unteren Metallschaumlagen befestigt.
In erfindungsgemäßen Weiterbildungen des Katalysatorträgerkörpers beträgt das Verhältnis von der Welllänge zu Wellhöhe des Wellmantels 0,1:1 bis 1:0,1, so dass die Kanalstruktur durch die ein Fluid hindurchgeleitet werden soll, auf die jeweiligen Bedingungen und spezifischen Anforderungen hin optimiert wird, wie beispielsweise Gasfluss, Art des Gases bzw. des Fluids erfordern.
Typische Größenbereiche für die Welllänge liegen in dem Bereich von 1,5 bis 4 mm und für die Wellhöhe von 0,5 bis 2 mm.
In weiteren vorteilhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist der Wellmantel dreidimensionale Mikrostruktu ren auf, die beispielsweise paddelförmig oder häkchenförmig ausgebildet sind, die noch weitere verstärkende Turbulenzen in dem durchgeführten Fluid hervorrufen, so dass eine Vermischung und eine bessere Katalyse an dem mit einem katalytischen Washcoat beschichteten Katalysatorträgerkörper erzielt werden kann.
Je nach Anwendungsbereich kann das metallische Material der beiden bereichsweise planaren Metallschaumlagen und der als Wellmantel ausgebildete Metallschaumlage gleich, oder verschieden voneinander sein. Das heißt also, dass z. B. das metallische Material der bereichsweise planaren, den Wellmantel umfassenden Metallschaumlagen gleich ist aber von dem des Wellmantels verschieden ist. Ebenso kann natürlich jede einzelne Metallschaumlage aus einem anderen metallischen Material bestehen.
Das Problem der Anbindung der Welllagen an die beiden planaren Metallschaumlagen wird meist mit großzügig bemessenen Lotstreifen bewerkstelligt, die viel größere Anbindungsflächen hervorrufen als für die mechanisch sichere Haltung des Wellkörpers erforderlich sind.
Diese Anbindungsflächen haben weiter eine große Ausdehnung in Richtung der Längsachse, wodurch die zum Biegen des Wellmantels zur Verfügung stehende Länge verkürzt wird, was zur schnelleren Zerstörung des Wellmantels unter Betriebsbedingungen führt. Durch die enge Begrenzung der axialen Ausdehnung der Anbindungsabschnitte und die Befestigung an den bevorzugt kleindimensionierten planaren Bereichen wird erfindungsgemäß Abhilfe geschaffen. Allerdings dürfen die Anbindungsabschnitte in ihrer Gesamtfläche nicht so klein sein, dass sie den Well mantel unter dynamischen Belastung nicht mehr sicher halten können, doch wird erfindungsgemäß eine Verkleinerung bis zu 80% der Anbindungsabschnitte verglichen mit dem Stand der Technik ermöglicht. Diese Bereiche weisen eine Länge von weniger als 4 noch bevorzugter von weniger als 2 mm auf.
Weiter ist bevorzugt, dass die mittlere Porengröße des Metallschaums mehr als 450 μm–1.200 μm, bevorzugt 800 μm–1.200 μm liegt.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen die bereichsweise planaren Lagen durchgehende Perforationen auf, so dass ein besserer Fluidaustausch zwischen benachbarten Kanälen des erfindungsgemäßen Katalysatorträgerkörpers erreicht wird.
In weiter bevorzugten Ausführungsformen weist nur der Wellkörper Perforierungen auf, und in noch weiteren bevorzugten Ausführungsformen sämtliche Lagen durchgehende Perforierungen aufweisen, so dass ein besonders guter Fluidaustausch zwischen den voneinander getrennten Kanäle gewährleistet ist, so dass auch die katalytische Reaktion schneller verläuft.
Typischerweise weist die Welllage eine Dicke von 2 bis 10 mm aus, ganz besonders bevorzugt von 4 bis 6 mm, so dass ein guter Kompromiss zwischen Dicke und mechanischer Festigkeit bzw. Steifigkeit erzielt wird.
Falls die Welllage eine Dicke von weniger als 4 mm, bevorzugt 2 mm aufweist, kann in weiteren Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein, dass der Wellmantel zusätzlich eine Einlage umfassen kann, die die Steifigkeit des entsprechenden of fenporigen Metallschaums verbessert, beispielweise durch Anbringen des Metallschaums an der Einlage. Die Einlage ist dabei bevorzugt aus einem sehr dünnen Blech oder einem Netz, wie beispielsweise einem Maschennetz aus Metalldraht gebildet, die die nötige Steifigkeit und Festigkeit auch bei dünnen offenporigen Metallschaumlagen gewährleistet. Natürlich gilt entsprechendes ebenfalls für die planaren Metallschaumlagen, die den Wellmantel umschließen.
Im Falle von Blechen als Einlage wird die Einlage ebenfalls durchgehende Perforierungen aufweisen, damit der Austausch von durchströmendem Medium zwischen benachbarten Kanälen durch die Metallschaumlage nicht beeinträchtigt wird.
In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weisen die Metallschaumlagen eine mittlere Dichte von 1000 bis 1400 g/cm² auf, so dass eine besonders hohe Oberfläche, die für die katalytische Reaktion zur Verfügung steht, gewährleistet ist. Die offene Porosität der Metallschaumlagen beträgt 80 bis 100%.
Die spezifische Oberfläche beträgt 5 bis 14 mm² und die thermische Leitfähigkeit liegt im Bereich von 0,5 bis 0,3 W/m·K, so dass die Aufheizraten besonders gering sind und sich der Katalysator auch schnell wieder nach Gebrauch abkühlt.
Der mindestens dreilagige Aufbau des erfindungsgemäßen Katalysatorträgerkörpers durch die drei unterschiedlichen Metallschaumlagen ermöglicht auch eine Variation der aufzubringenden katalytischen Beschichtungen.
Dabei kann in bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein, dass auf jeder Metallschaumlage, d. h. auf den bereichsweise planaren Metallschaumlagen sowie auf der Welllage die gleiche katalytische Beschichtung aufgebracht wird, andererseits ist es jedoch in weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ebenso möglich, dass jede Metallschaumlage eine verschiedene katalytische Beschichtung aufweist oder in noch einer weitere bevorzugten Ausführungsform, dass die zwei bereichsweise planaren Metallschaumlagen die gleiche katalytische Beschichtung aufweisen und die Welllage eine davon verschiedene katalytische Beschichtung. Damit kann eine Vielzahl von potentiellen Anwendungsgebieten erschlossen werden bzw. auch die Funktion von normalerweise zwei unterschiedlichen Katalysatoren in einem einzigen Katalysatortragkörper verwirklicht werden.
Die Erfindung ist weiter anhand der nachstehenden Abbildungen und der nachfolgenden Beschreibung erläutert, ohne dass diese als einschränkend verstanden werden sollen.
Es zeigen:
1: eine Detailansicht eines Wellmantels,
2: einen Querschnitt eines spiralig gewickelten Wabenkörpers,
3: schematische Querschnitte durch verschieden geformte Metallschaumlagen
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Katalysatorträgerkörper 100, wobei das Gehäuse nicht dargestellt ist. Der Wa benkörper besteht dabei aus drei übereinander angeordneten Metalllagen 105, 106, 107, wobei zwischen den zwei in diesem Fall vollständig planaren Metallschaumlagen 105, 106 die als Wellmantel 107 ausgebildete Metallschaumlage angeordnet ist.
Die drei Lagen sind mit ihren Stirnseiten jeweils ausgehend von dem gemeinsamen Zentrum um die Längsachse 103 spiralförmig gewickelt und in der Hülse des nicht dargestellten Gehäuses befestigt.
2 zeigt schematisch und perspektivisch eine Ausgestaltung eines Wellmantels 200. Der Wellmantel 200 hat eine Manteldicke 201, sowie eine Wellhöhe 202 und eine Welllänge 203. Die Manteldicke 201 liegt bevorzugt im Bereich von 1.000 μm bis 2.000 μm. Die explizite Ausgestaltung der Wellstruktur ist stets im Hinblick auf die zu erwartenden thermischen und dynamischen Belastungen des Katalysatorträgerkörpers zum Abgassystem auszuführen. Dabei haben sich beispielsweise Welllängen von 1,5 bis 4 mm sowie Wellhöhen von 0,5 bis 2 mm als vorteilhaft erwiesen.
3 zeigt drei verschiedene geometrische Ausgestaltungsmöglichkeiten für die bereichsweise planaren Metallschaumlagen 301 und 302 sowie der Welllage 303.
In 3a und 3c sind die Metallschaumlagen 301 und 302 vollständig planar, während sie in 3b bereichsweise planar sind und bereichsweise Einkerbungen bzw. Wellen aufweisen.
Die Welllage 303 kann entweder wie in 3a sinusförmig ausgebildet sein oder ebenfalls bereichsweise planare Bereiche aufweisen, wie in 3b und 3c gezeigt.
Das metallische Material für die Schäume ist in einem speziellen Ausführungsbeispiel eine Eisen-Nickel-Chrom-Aluminium-Legierung, die eine Dichte von 1000 bis 1300 g/cm² bzw. von 0,3 bis 0,9 g/cm³ aufweist. Die Legierung ist aus folgenden Bestandteilen zusammengesetzt: sind 50% Nickel, 22% Eisen, 22% Chrom, 6% Aluminium und ein Kohlenstoffgehalt von geringer als 0,1% (Angaben in Gewichtsprozent). Es versteht sich, dass auch andere Legierungen und Zusammensetzungen je nach Anwendungsgebiet Verwendung finden.
Die Dicke der einzelnen Lagen liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,1 bis 5 mm.
Weitere typische physikalische Parameter der erfindungsgemäß verwendeten Metallschaumlagen sind eine offene Porosität von 80 bis 100%, noch bevorzugter von 90 bis 95%.
Die spezifische Oberflächen, die in Kontakt mit dem durchströmenden Gas ist, beträgt zwischen 7 bis 15 mm².
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10217259 A1 [0011]
- DE 3743723 [0011]
- DE 102005034033 [0011, 0023]
- EP 049489 A1 [0011]
- DE 2856030 [0011]
- DE 102004014076 [0018, 0022]

Claims

Katalysatorträgerkörper (100) mit einer Längsache (103) umfassend einen Wabenkörper (101) und ein Gehäuse (102), wobei der Wabenkörper (101) aus mindestens drei übereinander angeordneten Metalllagen (104) besteht, die mit ihren Stirnseiten jeweils ausgehend von einem gemeinsamen Zentrum zu spiralförmig übereinanderliegenden Lagen gewickelt und in der Hülse des Gehäuses (102) befestigt sind, wobei die Metalllagen aus einem aus Metallschaum bestehen, und wobei zwischen zwei bereichsweise planaren Metallschaumlagen (105, 106) eine als Wellmantel (107) ausgebildete Metallschaumlage angeordnet ist, wobei der Wellmantel (107) an seiner Außenseite an Anbindungsabschnitten (108) mit den planaren Metallschaumlagen (105, 106) verbunden ist.
Katalysatorträger (100) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Welllänge (110) zu Wellhöhe (111) im Bereich von 0,1:1 bis 1:0,1 liegt.
Katalysatorträgerkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welllänge 1,5 bis 4 mm und die Wellhöhe 0,5 bis 2 mm beträgt.
Katalysatorträgerkörper nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Wellmantel (107) dreidimensionale Mikrostrukturen angeordnet sind.
Katalysatorträgerkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der planaren Metallschaumlagen (105, 106) und des Wellmantels (107) gleich ist.
Katalysatorträgerkörper (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der planaren Metallschaumlagen (105, 106) von denjenigen des Wellmantels (107) verschieden ist.
Katalysatorträgerkörper (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material jeder einzelnen planaren Metallschaumlage (105, 106) und des Wellmantels (107) voneinander verschieden ist.
Katalysatorträgerkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Porengröße der Metallschaumlagen 450–1.200 μm, bevorzugt 800–1.200 μm, beträgt.
Katalysatorträgerkörper (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die planaren Metallschaumlagen (105, 106) durchgehende Perforationen aufweisen.
Katalysatorträgerkörper (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur der Wellmantel (107) durchgehende Perforationen aufweist.
Katalysatorträgerkörper (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die planaren Metallschaumlagen (105, 106) als auch der Wellmantel (107) durchgehende Perforationen aufweist.
Katalysatorträgerkörper (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellmantel (107) eine Dicke von 2 bis 10 mm aufweist.
Katalysatorträgerkörper (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Metallschaumlagen (105, 106) und des Wellmantels (107) im Bereich von 1000 bis 1400 g/cm² beträgt.
Katalysatorträgerkörper (100) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschaumlagen (105, 106) und der Wellmantel (107) eine offene Porosität von 80 bis 100% aufweisen.
Katalysatorträgerkörper (100) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die planaren Schaumlagen (105, 106) und der Wellmantel (107) eine spezifische Oberfläche von 5 bis 14 mm² aufweisen.
Katalysatorträgerkörper (100) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die planaren Metallschaumlagen (105, 106) und der Wellmantel (107) eine thermische Leitfähigkeit von 0,15 bis 0,3 W/m·K aufweisen.
Katalysatorträger (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschaumlagen (105, 106, 107) mit der gleichen Katalysatorschicht versehen sind.
Katalysatorträger (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallschaumlagen (105, 106, 107) mit voneinander verschiedenen Katalysatorschichten versehen sind.