DE1476507B - Vorrichtung zur katalytischen Reinigung der Auspuffgase von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

ι 2

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kata- rohem Abgas durch den Ringraum 30 unter Umlytischen Reinigung der Auspuffgase von Brennkraft- gehung des Oxydationskatalysators hindurchtreten maschinen, bei der in einem zylindrischen Gehäuse und beim Austritt aus der Vorrichtung noch luftein Katalysatorkörper zwischen radial gerichteten verunreinigende Bestandteile enthalten. An den End-Ringflanschen der beidseitig angeordneten Endkam- 5 kammerwänden 12, 13 sind nach innen gerichtete merwände für den Einlaß bzw. Auslaß axial dichtend Ringflansche 34, 36 angeordnet, die zwischen sich gehalten wird. den Katalysatorkörper aufnehmen und die eine

Es ist bereits eine katalytische Reinigungsvorrich- Barriere gegen eine Strömung von ungereinigtem Ab-

tung bekannt, bei welcher der Katalysatorkörper gas durch den Raum 30 bilden. Wie gezeigt, ist der

zwischen den in eine Normalebene abgebogenen io Ringflansch 34 einteilig mit der trichterförmigen End-

Ringflanschen der beidseitig angeordneten, nach wand 12 durch einen umgebogenen Endabschnitt

außen hin trichterförmig verengten Endkammerwän- desselben gebildet. . ·

den für den Einlaß bzw. Auslaß dichtend gehalten Der Ringflansch 34 dient nicht nur als Sperre für

wird, wobei der Katalysatorkörper mittels Bolzen an die Gasströmung, sondern dient auch zusammen mit

einer mit Strömungskanälen versehenen Querwand 15 dem Ringflansch 36 zur Bildung einer Wärmeisolie-

befestigt ist, die mit den Ringflanschen verbunden rung zwischen dem aufgelagerten Katalysatorkörper

ist(USA.-Patentschriftl595 711). " 15 und dem Gehäuse 11. Die Ringflansche 34 und 36

Es ist ferner bereits bekannt, einen Katalysator- überlappen und blockieren einen schmalen ringförkörper mittels flanschartiger Winkelstücke in einem migen Randteil der Einlaß- und Auslaßflächen des Kanal zu- befestigen, wobei die Winkelstücke ab- 20 Katalysatorkörpers 15 gegen die Strömung"~des~ Abschnittweise an im Kanal angeordneten Zwischen- gases von erhöfHerTcmperatur, wodurch ein kühlewänden befestigt sind (USA.-Patentschrift 3 109 715). rer, ringförmiger Randteil des feuerfesten Katalysa-• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die torkörpers erhalten wird. Dieser kühlere Teil des Halterung für den Katalysatorträger in besonders feuerfesten Trägermaterial, das selbst ein guter günstiger Weise auszubilden, so daß bei einfachem 25 Wärmeisolator ist, dient als Wärmeisolierungszone, Einbau des Katalysatorträgers eine sichere Halte- um den Wärmeverlust an die Atmosphäre durch rung ohne eine unzulässige Druckeinwirkung sowie Strahlung und Leitung zu verringern. Der Raum 30, eine günstige Wärmeisolation erzielt wird, ohne daß der teilweise mit dem gewellten Teil 33 gefüllt ist, ein Teil der Abgase den Katalysatorträger umgehen ist ebenfalls wärmeisolierend. Eine Schicht 38 aus kann. 30 Fiberfraxkitt, ein faserartiges Aluminiumsilicat, wird

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß vorzugsweise verwendet, um die Poren an der Außen-

die Ringflansche an den Endkammerwänden nach fläche des Katalysatorkörpers 15 abzudichten und als

innen gerichtet und mit dem Gehäuse gasdicht ver- Schutzüberzug für den Oxydationskatalysator zu

bunden sind und daß in einem Ringspalt zwischen dienen.

Gehäuse und Katalysatorkörper ein federndes ge- 35 Das gewellte Teil 33 umgibt eng den Katalysator-

welltes Teil angeordnet ist, welches den Katalysator- körper 15 zur Absorption mechanischer Stöße und

körper eng umgibt. zum Ausgleich für Unterschiede in der Wärmeaus-

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der dehnung der metallischen Gehäusewand und des

Umfang des Katalysatorkörpers mit einer poren- keramischen Katalysatorkörpers 15. Für das gewellte

schließenden Schicht aus Aluminiumsilikat bedeckt. 40 Teil 33 wird ein gewellter Maschendraht wegen der

Die Erfindung wird anschließend an Hand der beträchtlich größeren Biegsamkeit des Maschen-Zeichnungen beschrieben. Es zeigt drahts gegenüber einem gewellten Blech bevorzugt.

F i g. 1 einen Längsschnitt durch den Hauptteil Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Ausnahme

einer erfindungsgemäßen Reinigungsvorrichtung, des porösen, feuerfesten, auf einem Gerippe auf-'

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in 45 gelagerten iKatalysatorkörpers : ist aus Eisenmetall

Fig. 1, hergestellt, kann jedoch aus anderen Metallen her-

F i g. 3 einen Querschnitt nach der Linie 3-3 in gestellt werden, die hohen Temperaturen, denen sie

Fig. 1. ausgesetzt sind, z.B. bis 800° C und sogar höher,

Wie F i g. 1 zeigt, weist der katalytische Abgas- standhalten können.

reiniger 10 ein metallisches Gehäuse 11 mit einer 50 Der KatalysätorkÖrper 15 besteht aus einem

zylindrischen Wand sowie mit trichterförmig ver- porösen katalytisch inerten zusammenhängenden

engten Endkammerwänden 12 und 13 auf, die am festen feuerfesten Gerippe aus Zirkon-Mullit als

Gehäuse 11 verschweißt sind. Träger. Das poröse Gerippe weist in seinem Innen-

Die Abmessungen der Abschnitte 12, 13 sind vor- teil Poren sowie Makroporen an der Oberfläche auf,

zugsweise so bemessen, daß sie der Beziehung 55 die mit Gasströmungskanälen, welche sich durch das

Gerippe erstrecken, in Verbindung stehen. Das Oxy-

Dd _ 2Wi₅Cj_16n η 5 und 3 dationskatalysatormetall, z. B. Platin, Rhodium, PaI-

L ' ladium oder Iridium oder Kombinationen hiervon,

Cr₂O₃, Mn, V₂O₅, CuFe, Co oder Ni, ist auf das

gerecht werden, wobei die Abmessungen D, L, und d 60 aktivierte feuerfeste Metalloxyd aufgebracht. Einige

aus Fig. 1 ersichtlich sind. der katalytischen Metalle können auch unmittelbar

Ein Ringraum 30 von etwa gleichmäßiger Breite auf die Flächen des feuerfesten Gerippes aufgebracht befindet sich zwischen der Innenfläche 31 des zylin- werden. Die Makroporen 47 des Gerippes haben drischen Gehäuses 11 und der Außenfläche 32 des vorwiegend einen Durchmesser von über 2000 Angaufgelagerten Katalysatorkörpers 15, dessen zusam- 65 Strömeinheiten.

menhängender feuerfester Träger zylindrisch ist. Ein Der Katalysatorkörper weist eine große Anzahl

gewellter Teil 33 füllt teilweise den Raum 30. Es hat unbehinderter Strömungskanäle auf, die sich in der

sich herausgestellt, daß beträchtliche Mengen von Richtung der Gasströmung erstrecken.

Bevorzugte Gerippestrukturen sind aus Zirkon-Mullit, Alpha-Aluminiumoxyd, Aluminiumoxyd-Siliciumoxyd-Magnesiumoxyd und Zirkonsilicat. Beispiele anderer feuerfester, kristalliner, keramischer Materialien, die an Stelle der bevorzugten Materialien als Träger verwendet werden können, sind Lillimanit, Magnesiumsilicate, Zirkon, Petalit, Spodumen, Cordierit und Aluminiumoxyd-Silicate.

Das feuerfeste Metalloxyd bei der bevorzugten Ausführungsform wird auf die poröse, zusammenhängende skelettartige Struktur als eine kontinuierliche dünne Auflage oder als diskontinuierliche dünne Auflagen, vorzugsweise von einer Dicke von etwa 0,01016 bis 0,0254 mm aufgebracht.

Dieses katalytisch aktive Oxyd ist ein calciniertes feuerfestes Metalloxyd, das selbst durch eine poröse Struktur gekennzeichnet ist und welches ein großes inneres Polenvolumen und einen großen Gesamtoberflächenbereich besitzt. Im allgemeinen beträgt der Gesamtoberflächenbereich des aktiven feuerfesten Metalloxyds mindestens etwa 25 qm je Gramm, vorzugsweise mindestens etwa .1000 qm je Gramm.

Die hier bevorzugten Oxydationskatalysatoren sind Platingruppe-Metalle, z. B. Platin, Rhodium, Palladium oder Iridium oder Kombinationen davon. Jedoch können auch andere Oxydationskatalysatoren, z. B. Cr₂, O₃, Nm, V₂O₅, Cu, Fe, Co oder Ni, verwendet werden.

Die Gasströmungskanäle des auf einer zusammenhängenden keramischen skelettartigen Struktur aufgelagerten Katalysators sind dünnwandige Kanäle mit einem großen Oberfiächenbereich. Die Kanäle können eine oder mehrere von einer Vielfalt von Querschnittsformen und -größen sein. Die Kanäle können z. B. trapezförmig, rechteckig, quadratisch, sinusoid oder kreisförmig sein, derart, daß der Querschnitt des Trägers ein sich wiederholendes Muster aufweist, das als Honigwaben, gewellte oder Gitterstruktur beschrieben werden kann. Die Wände der zellenförmigen Kanäle sind im allgemeinen von der Mindestdicke, die erforderlich ist, um einen starken zusammenhängenden Körper zu bilden. Diese Wanddicke fällt gewöhnlich in den Bereich von etwa 0,05 bis 0,225 mm. Bei dieser Wandicke weisen die Strukturen etwa 100 bis 2500 oder mehr Gaseinlaßöffnungen für die Strömungskanäle je 6,45 cm² und eine entsprechende Anzahl von Gasströmungskanälen, vorzugsweise etwa 400 bis 2000 Gaseinlaß- und -Strömungskanäle je 6,45 cm² auf. Der offene Flächenbereich soll über 60% des gesamten Flächenbereiches betragen. Die Größe und Abmessungen des erfindungsgemäßen zusammenhängenden feuerfesten Skelett-Trägers kann sich gegebenenfalls weitgehend verändern.

Im Betrieb treten die Abgase aus einer Brennkraftmaschine, z. B. aus einem Kolbenmotor mit Fremdzündung eines Kraftfahrzeugs oder eines Gabelstaplers, die brennbare, luftverunreinigende Bestandteile enthalten, z. B. Kohlenwasserstoffe, oxydierte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyd, mit hoher Geschwindigkeit aus der Abgasanlage aus und durch die Einlaß- und Auslaßdüsen eines Venturi-Absäugrohrs hindurch. Dieser Durchtritt der Abgase durch die Düsen hat zur Folge, daß dieses Luft ansaugt, die sich mit den Abgasen im Ansaugrohr in ausreichender Menge vermischt, um eine

jo Sauerstoffmenge im Gemisch in der für die Verbrennung der brennbaren Bestandteile erforderlichen Menge zu erhalten und vorzugsweise im Überschuß zu der für eine solche Verbrennung erforderlichen stöchiometrischen Menge.

Vom Ansaugrohr gelangt das Gemisch von Abgasen und Luft von erhöhter Temperatur in die Einlaß-Leitung 19 der Vorrichtung 10 in und durch die Vielzahl von Strömungskanälen, die sich durch den Katalysatorkörper 15 erstrecken. Das Gasgemisch kommt mit dem Platingruppenmetall innerhalb-der-Oberfiächenmakropor-ea-:_ des porösen Katalysatorkörpers 15 und femer auf der Fläche der Strömungskanäle bei einer Temperatur des aufgelagerten Katalysators von etwa 150 bis 700° C in Kontakt, wodurch die brennbaren, luftverunreinigenden Bestandteile zu unschädlichem, gasförmigem CO₂ und H₂O oxydiert werden. Die so gereinigten Gase werden dann aus dem Reiniger 10 durch die Auslaßleitung 20 entweder unmittelbar ins Freie oder in eine Endleitung zum endgültigen Austritt in die Luft abgeleitet.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur katalytischen Reinigung der Auspuffgase von Brennkraftmaschinen, bei der in einem zylindrischen Gehäuse ein Katalysatorkörper zwischen radial gerichteten Ringflanschen der beidseitig angeordneten Endkammerwände für den Einlaß bzw. Auslaß axial dichtend gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringfiansche (34) an den Endkammerwänden (12, 13) nach innen gerichtet und mit dem Gehäuse (11) gasdicht verbunden sind und daß in einem Ringspalt zwischen Gehäuse und Katalysatorkörper (15, 56, 57) ein federndes gewelltes Teil (33) angeordnet ist, welches den Katalysatorkörper eng umgibt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfang des Katalysatorkörpers (15) mit einer porenschließenden Schicht (38) aus Aluminiumsilikat bedeckt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das federnde gewellte Teil aus einem Drahtgestrick besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Endkammerwände für den Einlaß bzw. Auslaß nach außen trichterförmig verengen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen