DE2445754A1 - Vorrichtung zum reinigen von gasen - Google Patents

Vorrichtung zum reinigen von gasen

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DE2445754A1 DE19742445754 DE2445754A DE2445754A1 DE 2445754 A1 DE2445754 A1 DE 2445754A1 DE 19742445754 DE19742445754 DE 19742445754 DE 2445754 A DE2445754 A DE 2445754A DE 2445754 A1 DE2445754 A1 DE 2445754A1
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Engelhard Minerals and Chemicals Corp
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Description

Patentanwälte
Dr \nrt \\'--~-'-\ar Ahit7
LJi . i £ ä v.J. SV Ui ^Vj ä riU! l.£.
Dr. Dieter F. Morf
Dr. Hans-A, Brauns
8 wiünoiüfi Bö, HiOii^oriUuorsir. 28.
25. scp.
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».„ EFGELHAED MINERALS & CHEMICALS CORPORATION Murray Hill, New Jersey 07974, V.St.A0
Vorrichtung zum Reinigen von Gasen
Die Erfindung "betrifft eine katalytisch^ Vorrichtung-zum Reinigen von Gasen, die sich "besonders für die Behandlung der Auspuffgase von Verbrennungsmotoren zwecks Verminderung der Luftverunreinigung eignet.
Oft werden verschiedene Arten von Gasen an die Luft abgelassen, und häufig verursachen diese Gase unerwünschte Verunreinigungen der Luft. Obwohl dieses Problem schon seit Jahren untersucht wird und viele verschiedene Arten von Vorrichtungen zur Behebung dieser Schwierigkeit bekannt sind, nimmt die Vermeidung der Luftverschmutzung steigende Bedeutung an.
Ein besonderes Problem liegt in der Reinigung der Auspuffgase von Verbrennungsmotoren, wie sie in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Die Auspuffgase von Motoren,-die mit Kohlenwasserstoffen, wie gasförmigen Kohlenwasserstoffen, Benzin oder Dieselöl, betrieben werden, können zu einer ernsthaften Umwelt-
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verschmutzung führen. Zu den in diesen Auspuffgasen enthaltenen Verunreinigungen -gehören Kohlenwasserstoffe und sauerstoffhaltige Verbindungen, insbesondere Stickoxide und Kohlenmonoxid. Die Entfernung dieser Verunreinigungen aus den Gasen oder die Umwandlung derselben in weniger störende Stoffe ist von erheblicher Bedeutung für das Wohlbefinden unserer Gesellschaft.
Die US-PS 3 441 381 beschreibt eine katalytische Vorrichtung, die zum Reinigen von verschiedenen Gasen, wie Auspuffgasen, verwendet worden ist und sich als besonders wirksam für die Behandlung der Auspuffgase von Verbrennungsmotoren erwiesen hat, die mit Kohlenwasserstoffen oder anderen Treibstoffen arbeiten. Die Vorrichtung hat einen Gehäuseabschnitt, in dem eine von einer Vielzahl von Gasströmungskanälen durchsetzte Katalysatoreinheit untergebracht ist. An den betreffenden Enden des Gehäuses befinden sich ein Gaseinlass und ein Gasauslass. Der Aussendurchmesser des katalytischen Elements, welches im allgemeinen den gleichen Querschnitt wie das Gehäuse hat, ist etwas kleiner als die lichte Weite des Gehäuses, um das Einsetzen des katalytischen Elements in das Gehäuse zu ermöglichen, nachdem die beiden Teile gesondert hergestellt worden sind.
Um das katalytische Element in dem Gehäuse festzuhalten, befindet sich in dem Ringraum zwischen Gehäuse und Katalysator ein unter Druck stehendes elastisches, biegsames Organ. Oft ist das katalytische Element aus feuerfestem, keramischem Werkstoff gefertigt, während das Gehäuse aus Metall besteht. Bei einer sehr praktischen Form der Vorrichtung dient als biegsames, elastisches Organ ein durchlochtes, geriffeltes Metallorgan, wie ein geriffeltes, gewirktes Metalldrahtnetz.
Bei der bevorzugten Vorrichtung gemäss der US-PS 3 441 381 steht jedes Ende des katalytischen Elements mit einem Plansch in Berührung, der ins Innere des inneren Gehäuseumfanges gerichtet ist und den Raum zwischen dem Gehäuse und dem kataly-
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tischen Element überbrückt und sich so weit über die entsprechenden Endflächen des katalytischen Elements erstreckt, dass er das letztere an einer längsbewegung in dem Gehäuse hindert. Ferner ist es erwünscht, dass die Plansche das zu behandelnde Gas am Vorbeiströmen an dem katalytischen Element
hindern, indem sie die beiden Enden des Ringraums zwischen
dem katalytischen Element und dem Gehäuse so versperren, dass die Gase bei ihrem Durchgang vom Einlass zum Auslass der Vorrichtung zwangsläufig durch das katalytische Element strömen müssen. ·
Obwohl die in der US-PS 3 441 381 beschriebene Vorrichtung
sich für die Reinigung der Auspuffgase von fahrzeugen mit
Verbrennungsmotoren ausgezeichnet bewährt hat, kommt es doch mitunter vor, dass das katalytische Element beim Betrieb beschädigt wird. Mitunter wird die Auslassendflache des katalytischen Elements durch eine Abschleifwirkung beschädigt, die dadurch zustande kommen kann, dass das katalytische Element
in dem Gehäuse, während es mit dem Halteflansch in Berührung steht, rotiert oder sich anderweitig verschiebt. Die US-PS
3 692 497 beschreibt eine katalytische Vorrichtung m'it einer Anordnung, um die Drehung des katalytischen Elements in einem kreisförmigen, zylindrischen Gehäuse zu verhindern und dadurch die Abschleifwirkung und die entsprechende Beschädigung auszuschalten oder zu vermindern. Es gibt aber noch andere
mögliche Ursachen für eine Beschädigung. Beim Betrieb der katalytischen Abgasreinigungsvorrichtung treten hohe Arbeitstemperaturen, z.B. bis etwa 800° C und höher, auf. Viele Werkstoffe dehnen sich bekanntlich bei Temperaturerhöhung aus. Da sich verschiedene Y/erkstoffe mit steigender Temperatur in unterschiedlichem Ausmaße ausdehnen, dehnen sieh auch das Gehäuse und das Itatalysatorelement in unterschiedlichem Ausmaße aus. Bei der Vorrichtung gemäßs US-PS 3 441 381 bleibt ein
ausreichender Zusammenhalt zwischen dem Gehäuse und dem katalytischen Element bei der radialen Ausdehnung mit steigender Temperatur erhalten. Nun'tritt aber auch eine Längsausdehnung auf. Diese Längsausdehnung führt dazu, dass die Halteflansche
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nicht mehr "bündig an die Enden des kataly tischen Elements an-·. stossen. Dies hat zwei nachteilige Folgen: Erstens kann ein Teil der Auspuffgase.in den Raum zwischen-dem Gehäuse und dem katalytischen Element eintreten* wodurch dieser Teil del? katalytischen Wirkung entzogen wird. Zweitens können·Schwingungen der katalytischen Vorrichtung die Enden des katalytischen ·■-Elements "beschädigen, indem diese gegen die Halteflansche prallen. Die US-PS 3 692 497 "beschreibt eine Anordnung zum; Verhindern der Längsverschiebung des katalytischen Elements -; in einem zylindrischen Gehäuse. Diese Patentschrift ist. je*- doch in erster Linie der Verhinderung des Ausstössens des katalytischen Elements durch die Flansche am Gehäuseauslassende der Vorrichtung gewidmet und ist nicht imstande, geringe' Längsverschiebungen zu verhindern, die auf Schwingungen oder Stossen beruhen, denen die katalytische Gasbehandlungsvorrichtung als solche ausgesetzt ist. Infolgedessen verhindert die in dieser Patentschrift beschriebene Vorrichtung nicht die Beschädigung der Endflächen des katalytischen Elements infolge des Gegenprallens dieser Endflächen gegen die Halteflansche auf Grund von Schwingungen beim Betrieb bei hohen Temperaturen.
Die Erfindung betrifft eine katalytische Gasbehandlungsvorrichtung der oben beschriebenen Art, die so ausgebildet ist, dass die unerwünschten Folgen verhindert werden, die sich sonst aus der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der verschiedenen Bestandteile der Vorrichtung und aus mechanischen Stossen, denen die Vorrichtung beim Betrieb ausgesetzt wird, ergeben könnten. Erfindungsgemäss befindet sich zwischen einer Endfläche des katalytischen Elements und dem zugehörigen Halteflansch ein elastisches Dichtungsorgan. Vorzugsweise sind ein solches elastisches Diehtungsorgan und ein Halteflansch angrenzend an jede der beiden Endflächen des katalytischen Elements vorgesehen? sie brauchen aber nur angrenzend an eine der beiden Endflächen vorgesehen zu sein. Vorzugsweise hat das Dichtungsorgan unmittelbar vor dem Zusammensetzen der katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung eine Feststoffdiclrfce
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von etwa 10 bis-50 $, vorzugsweise 'von etwa-20 bis 30-ψ« Unter "Peststoffdichte" ist der: volum.prοzentrale Anteil des Peststoffs an dem,;gesamten Organ zu .verstehen* Wenn die katalytische Gasbehandlungsvorriehtung zusammengesetzt ist, ist das elastische. Dichtungsorgan derart zwischen dem Halteflansch und der benachbarten Endfläche des katalytisehen Elements zusammengedrückt, dass das.Volumen des elastischen Dichtungsorgans um einen Betrag.im Bereich von etwa.. 10 bis 50 fo, vorzugsweise von etwa 30 bis 50 ^, vermindert ist.. Bei der Verwendung bei erhöhten, aber wechselnden Arbeitstemperaturen vergrössert sich der Zwischenraum zwischen dem Halteflansch und der Endfläche des katalytisehen Elements infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung der verschiedenen Bestandteile, und in Übereinstimmung mit dieser Vergrösserung dehnt sich das elastische Dichtungsorgan derart aus, dass es unter praktisch allen, beim Betrieb auftretenden Bedingungen sowohl mit dem Halteflansch als auch mit der Endfläche des katalytischen Elements in Berührung bleibt. Daher wird das elastische Dichtung sorgan in der nachfolgenden Beschreibung mitunter auch als dehnbares Organ bezeichnet. Die dehnbaren Organe sind von einer solchen geometrischen Form und aus- einem solchen Werkstoff gefertigt, dass ihre Ausdehnung den Unterschied in dem Ausmaß der. Warmeausdehnung zwischen dein katalytischen Element und dem Gehäuse ausgleicht. Infolgedessen bleibt innerhalb des gesamten Arbeitstemperaturbereichs der katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung, ein im wesentlichen konstanter Haltedruck von richtiger Grosse erhalten, der auf das katalytische Element ausgeübt wird, so dass eine Beschädigung des katalytischen Elements verhindert wird, die andernfalls infolge der Berührung zwischen der Endfläche des katalytischen Elements und dem Halteflansch bei Schwingungen der Auspuffgasbehandlungsvorrichtung beim Betrieb bei hohen Temperaturen auftreten könnte. Ausserdem verhindern die elastischen Diehtungs- · organe zusammen mit den Halteflanschen innerhalb des gesamten Arbeitstemperaturbereichs das Einströmen von Auspuffgasen in den Raum zwischen dem katalytischen Element und dem Gehäuse und gewährleisten damit, dass alles Gas durch das katalytische
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Element strömt. Obwohl.die elastischen Dichtungsorgane geraäss der Erfindung ohne eine elastische, "biegsame Manschette, die das katalytisch^ Element in;dem Gehäuse umgibt, und ohne eine Anordnung zum Verhindern einer Drehbewegung oder einer stärkeren längsbewegung des katalytischen Elements in dem Gehäuse verwendet werden können, können die elastischen Dichtungsorgane im Sinne der Erfindung auch mit derartigen Einrichtungen versehen werden, und.im allgemeinen werden derartige Bestandteile bei der Auspuffgasreinigungsvorrichtung gemäss der Erfindung bevorzugt. .
Im allgemeinen hat das fertig eingesetzte elastische Dichtungsorgan die Form eines Ringes, d.h. die Form, die von einer ebenen geschlossenen Oberfläche erzeugt wird, wenn sie um eine in der Ebene der Oberfläche liegende linie rotiert und die Oberfläche dabei nicht schneidet; jedoch braucht der Ring nicht notwendigerweise ringplattenförmig ausgebildet zu sein; er kann auch einen nicht-kreisförmigen Querschnitt haben, und vorzugsweise ist er rechteckig. Wenn in der Beschreibung und in den Ansprüchen das elastische Dichtungsorgan mitunter als Ringorgan bezeichnet wird, so umfasst diese Definition die verschiedenen, zur Erläuterung dargestellten Querschnittsformen sowie auch andere Querschnittsformen. Der Querschnitt dieser elastischen Dichtungsorgane kann viele verschiedene Formen haben, von denen einige im einzelnen an Hand der Zeichnungen beschrieben sind. Die elastischen Dichtungsorgane können auch zusammen mit anderen Organen verwendet werden, die zwischen dem Ende des Katalysatorelements und dem Halteflansch angeordnet sind.
Bei einer bevorzugten Form der Erfindung besteht das zwischen der. Endfläche des katalytischen Elements und dem Halteflansch befindliche elastische Dichtungsorgan aus Drahtgewirk. Das Ausgangsdrahtgewirk ist-in verschiedenen Grossen im Handel erhältlich und wird oft als Drahtgewebe oder Drahtnetz bezeichnet. Um solches Material für die Zwecke der Erfindung geeignet zu machen, wird es zu der gewünschten Form und Draht-
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dichte verdichtet. In Über eins timmung mit der obigen Defini·^· ' tion des Ausdrucks 11FeStStOf fdiclxte"- bedeutet der Ausdruck ' "Drahtdichte" 'den volumprozehtualenuAnteil· des Metalls an ■ dem betreffenden Organ.:l)a dieses-anfängliche Terdichten die Drähtdichte erhöht, muss·' das Ausgangsdrahtgewirk natürlich ' eine' geringere' Drahtd'ichte haben. Beim Zusammensetzen der' kätalytischen Gasbehandlüngsvorriehtung wird dieses vorverdichtete Organ zwischen"äier Endfläche ;des' katälytischen Elements und dem Halteflansch weiter auf eine5 höhere Drahtdichte verdichtet. ' Auf Grund' dieser ■' Bauart -und der ¥erf lechtüng der gewirkten Drähte, die eine relative freie Beweglichkeit'.zwischen den benachbarten Drähten gewährleistet, zeigt das fertig eingesetzte Organ· -eln--^ aus s er gewöhnlich- günstiges Yerhalteh. :
Zur weiteren- Erläuterung der Erfindung, wird- auf die Zeichnungen Bezug genommen; .' . · : ;. -
1 ist: ein Schnitt; durch eine katalytische Gasbehandlungsvorrichtung ^gemäss der Erfindung.
Fig. 2, 3t 4", 5, 6 und, 7 sind vergrösserte Teilschnittansichten des Teils A-A-der Fig. 1 und erläutern einige der verschiedenen Ausführungsformen von·elastischen Organen, die im Sinne der Erfindung in der katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung enthalten sein können..
lig. 8 ist.ein Schnitt durch eine abgeänderte Ausführungsform einer katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung gemäss der Erfindung. ■ ■-■--. -■■-.■ ■ " - ..-"■■.
Pig-. 9 zeigt im Teilschnitt eine Abänderung der Ausführungsform gemäss Pig. · 8. ·■..".,'.."
Pig. 10 zeigt ein zur Herstellung eines elastischen Organs gemäss der Erfindung geeignetes Drahtgewirk.
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Die in Pig. 1 dargestellte katalytische Gasbehandlungsvorrichtung 10 weist einen kreisförmigen zylindrischen Körper mit kegelstumpf förmigen Endverschlussorganen 14 und 16 auf» Die Einlassleitung 18 ist mit dem kegelstumpfförmigen Endorgan 14 einstückig geformt, und ebenso ist die Auslassleitung 20 mit dein kegelstumpfförmigen Endorgan 16 einstückig geformt. Die Leitungen 18 und 20 ermöglichen den Anschluss der katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung 10 an eine Auspuffgasquelle, die z.B. von einem Verbrennungsmotor ausgeht. Tor dein Eintritt in die Leitung 18 können die Auspuffgase mit Sauerstoff, z..B« mit Luft, gemischt werden.
Der Hauptteil der katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung weist ein metallisches Gehäuse 22 auf, welches in typischer Weise einen im allgemeinen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser in der Grössenordnung von etwa 5 "bis 20 cm und eine Länge in der Grössenordnung von etwa 5 "bis 50 cm haben kann. Die kegelstumpfförmigen Endorgane 14 und 16 sind an dem Gaseinlassende bzw. dem Gasausls-ssende des Gehäuses 22 z.B. durch Anschweissen angebracht. Die Teile können auch andere als kreisförmige Querschnittsforiaen haben.
Das kegelstumpfförmige Organ 14 ist so bemessen» dass es die Verteilung oder den Durchgang der Auspuffgase über die ganze oder im wesentlichen die ganze Querschnittsfläche des Einlassteils des Gehäuses 22 hinweg gestattet, so dass die Auspuffgase in alle oder im wesentlichen alle Einlassöffnungen der GasStrömungskanäle 26 in der Katalysatorelementeinheit eintreten, die sich in dem Gehäuse 22 befindet und in ihren Querschnittsabmessungen ein wenig kleiner ist als das Gehäuse 22, Die Einlassöffnungen 24 sind über die ganze oder im wesentlichen die ganze Einlassfläche 30 der porösen keramischen Oxydations-Trägerkatalysatoreinheit 28 verteilt.
Das kegelstumpfförmige Endorgan 16 hat ähnliche Abmessungen wie das kegelstumpfförmige Endorgan 14, die das freie Austreten der Gase aus den Gas Strömungskanälen 26 durch die Aus-
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lassöffnungen 32 an der Auslassendfläche 34 des katalytisehen Elements 28 ermöglichen. Diese freie Gasströmung führt dazu, dass das Gas -aus den Gasströmungskanälen ohne Ausbildung eines wesentlichen Gegendruckes ausströmt.
Auf der äusseren Oberfläche 40 des katalytischen Elements 28 befindet sich vorzugsweise eine Schicht 43, z.B. aus Aluminiumsilicat-Faserzement, die die Poren der äusseren Oberfläche des katalytischen Elements yerschliesst und ausserdem als Schutzüberzug oder Polster wirkt. Zwischen der inneren Oberfläche 38 des Gehäuses 22 und der äusseren Oberfläche 40 des katalytischen Elements 28 befindet sich ein Raum oder Spalt 36 von praktisch gleichmässiger Breite. Der Raum 36 erstreckt sich vollkommen rings um das katalytische Element 28 herum über dessen ganze Länge hinweg. Gemäss der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in·dem Raum 36 ein elastisches, biegsames Organ 42 angeordnet, das sich zwischen der inneren Oberfläche 38 des Gehäuses 22 und der äusseren Oberfläche 40 des katalytischen Elements 28 unter Druck befindet. Beispielsweise kann das elastische biegsame Organ 42 ein von Löchern' durchsetztes geriffeltes metallisches Organ, wie ein geriffeltes gewirktes Metalldrahtnetz, sein, wie es in der TJS-PS 3 441 381 beschrieben ist. "Von dem Gehäuse 22 erstreckt sich ein ringförmiger Halteflansch 44 radial nach innen, so dass er den Spalt des Ringraumes 36 zwischen der inneren Wandungsoberfläche 38 und dem Rand der Vorderfläche 30 des katalytischen Elements. 28 überbrückt. Der Halteflansch 44 stellt eine zusammenhängende Sperrwand dar, die sich um den Umfang des katalytischen Elements 28 herum erstreckt und das Einströmen von ungereinigtem Auspuffgas in den Raum 36 verhindert, dabei aber nicht eine bedeutende Anzahl von Einlassöffnungen 24 versperrt. Zweckmässig können aber einige der Einlassöffnungen 24 versperrt sein, um das elastische Organ 42 und das Gehäuse 22 gegen die Reaktionswärme der behandelten Auspuffgase zu isolieren und die Wärme in dem Katalysator zurückzuhalten. Bei der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsform ist der Ringflansch 44 mit dem kegelstumpfförmigen Organ
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14 einstückig geformt und kann ein dünner, schmaler Rand oder Plansch von praktisch gleichmässiger Dicke und Breite sein, der durch Einwärtsbiegen des Innenendes des kegelstumpfförmigen Organs 14 zu einem solchen Ausmaß entsteht, dass sich der radiale Ringflansch 44 "bildet, dessen Ebene im wesentlichen senkrecht zu der Hauptachse des Gehäuses 22 verläuft. In typischer Weise kann der Ringraum 36 eine Breite in der Grössenordnung von 3,2 mm haben und der Ringflansch 44 sich von der inneren Oberfläche 38 des Gehäuses 22 aus über eine Strecke in der GrossenOrdnung von 6,4 mm nach innen erstrecken.
Ein ähnlicher Ringflansch 44 verläuft radial nach innen von dem Gehäuse 22 unter Überbrückung des Ringraumes 36 an der Gasauslassendfläche 34 des katalytischen Elements 28 sswischen der inneren Oberfläche 38 des Gehäuses 22 und der äusseren Oberfläche 40 des katalytischen Elements 28. Dieser Flansch 44 stellt ebenfalls eine zusammenhängende Sperrwand rings um den Umfang des katalytischen Elements 28 dar, die eine Gasströmung durch den Ringraum 36 verhindert, dabei aber nicht eine bedeutende Anzahl von Auslassöffnungen 32 der Strömungskanäle 26 des katalytischen Elements 28 versperrt. Auch in diesem Falle kann der Auslassringflansch 44 mit dem kegelstumpf form ig en Endorgan 16 einstückig geformt sein, und er kann ein dünner, schmaler Flansch von praktisch gleichmässiger Dicke und Breite sein, der durch Einwärtsbiegen des inneren Endteils des kegelstumpfförmigen Endorgans 16 entsteht. Dieser ringförmige Auslassendflansch 44 erstreckt sich radial nach innen von der inneren Oberfläche 38 des Gehäuses 22 über eine ähnliche Strecke hinweg wie der ringförmige Endflansch 44 am Einlassende, und seine Ebene verläuft ebenfalls im allgemeinen senkrecht zur Hauptachse des Gehäuses 22.
Das elastische biegsame Organ 42 hat auf beiden Seiten eine unebene oder gerillte Oberfläche und ist vorzugsweise geriffelt. Das Organ 42 umfasst dicht das katalytisch^ Element 28 und berührt die innere Oberfläche 38 des zylindrischen Gehäu-
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ses 22, so dass es mechanischen Stoss absorbiert und die Unterschiede in der Wärmeausdehnung zwischen der metallischen Gehäusewand und dem feuerfesten keramischen Träger des katalytischen Elements 28 in radialer Richtung ausgleicht. Vorzugsweise ist das Organ 42 ein geriffeltes Metalldrahtgewirk, da solche Drahtgewirke eine erheblich höhere Biegsamkeit und Elastizität aufweisen. Vorzugsweise wird das Organ 42 beim Einsetzen in die katalytische Gasbehandlungsvorrichtung 10 einem verdichtenden Druck unterworfen. Das verdichtete, geriffelte Metalldrahtgewirk weist mehr Berührungspunkte mit dem katalytischen Element 28 auf und übt dementsprechend eine bessere Stossdämpfung-und einen besseren Dehnungsausgleich aus. Es kann auch eine Anordnung vorgesehen sein, um die Drehbewegung des katalytischen Elements 28 in dem Gehäuse 22 zu vermindern, wie sie in der US-PS 3 692 497 beschrieben ist.
Zwischen dem Einlassflansch 44 und dem Einlassende 30 des katalytischen Elements 28 befindet sich ein im· allgemeinen ringförmiges elastisches Organ 48. Ein zweites elastisches Organ 48 befindet sich zwischen dem Aus lass flansch 44 und dem Auslassende 34 des katalytischen Elements 28. Die elastischen Organe 48 gleichen die Unterschiede in der Wärmeausdehnung zwischen dem metallischen Gehäuse 22 und dem feuerfesten keramischen Träger des katalytischen Elements 28 in Längsrich- " tung aus. Ferner absorbieren die elastischen Organe 48 mechanischen Stoss, besonders beim Betrieb der katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung 10 bei hohen Temperaturen. Vorzugsweise erstrecken sich die.Plansche 44, wie F,ig. 1 zeigt, von der inneren Oberfläche 38 aus etwas weiter radial.nach innen als die elastischen Organe 48, um den Durchgang von unbehandelten Auspuffgasen durch die elastischen Organe und mithin durch den Ringraum 36 zwischen dem Gehäuse 22 und dem katalytischen Element 28 zu verhindern.
• i)as elastische Organ 48 kann jede geeignete Form haben. In Pig. 2 i>is 7 sind einige mögliche Ausbildungsformen dargestellt« lig. 2 zeigt ein elastisches Organ 48a. in Form eines
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verdichteten Drahtnetzringes. Der Halteflansch 44a hat eine sich in Längsrichtung nach innen erstreckende lippe 44b, die dazu beiträgt, das Organ 48a an Ort und Stelle festzuhalten, und die den Durchtritt von unbehandelten Auspuffgasen durch das Organ 48a in den Raum 36 verhindert. Nach dem Zusammensetzen der katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung 10 kann das Organ 48a eine radiale Dicke in der Grössenordnung von 6,4 mm und eine Dicke in Längsrichtung in der Grössenordnung von 2,4 mm haben. Das Organ 48a gemäss Pig» 2 besteht aus vielsträngigem verdichtetem Metalldrahtgewirk. Gegebenenfalls können in das verdichtete, vielsträngige Metalldrahtgewirk Wärmeisolierfasern eingelagert werden, um die elastischen Eigenschaften desselben durch Begrenzung der Temperatur zu schützen.
3 zeigt eine Abänderung, bei.der das Organ 48b becherförmig ausgebildet ist und einen L-förmigen Querschnitt hat. Ein Ende des Organs 48b passt in den Raum 36 zwischen dem Umfang des katalytischen Elements und dem Gehäuse hinein, bietet dadurch dem katalytischen Element eine weitere Stütze und drückt das Organ 42 in Längsrichtung zusammen, wodurch seine Stützwirkung für das katalytisch^ Element vergrössert wird.
Pig. 4 zeigt eine andere Abänderung, bei der das elastische Organ 48 aus einem verdichteten Drahtnetzorgan 48c und einem becherförmigen Keramikfaserorgan 48d besteht. Das becherförmige Organ 48d kann aus Aluminiumsilicatfasern, wie aus keramischer "Thermotee"-Paserplatte, bestehen. Das becherförmige Organ 48d bietet ebenfalls dem katalytischen Element 28 eine Stütze und drückt das Organ 42 zusammen. Ausserdem stellt das becherförmige Organ 48d eine Wärmeisolation für den Umfang des Einlassendes 30 bzw. des Auslassendes 34 dar und schützt diesen Umfang gegen Stoßschäden.
Palis das elastische Organ 48 stark zusammengedrückt wird, kann die in Pig. 2 bis 4 dargestellte Lippe 44b mit der. angrenzenden Gaseinlass-Endfläche 30 bzw. Gasauslass-Endfläche
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34 des katalytischen Elements 28 in Berührung kommen und diese beschädigen. Mg."5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, "bei der ein elastisches Organ 48a aus verdichtetem Drahtnetz mit zwei Seiten zwischen dem zylindrischen Gehäuse 22 und dem Halteflansch 44 angeordnet ist und auf den "beiden anderen Seiten Ton dem L-förmigen Haltering 54 festgehalten wird, wo "bei die geschlossene Ecke des I-förmigen Halteringes 54 an die Gaseinlass-Endfläche 30 angrenzt. Torzugsweise erstreckt sich der Halteflansch 44 von der inneren Oberfläche 38 nicht weiter radial nach innen als das elastische Organ 48a, so dass der Haltering 54, falls das elastische Organ 48a stark verdichtet wird, nicht gegen den Flansch 44 stösst. Auf diese Weise schützt der Haltering 54 die Endfläche 30 gegen Berührung mit geglieher Kante des kegelstumpfförmigen Endorgans 14 und verhindert ausserdem den Durchgang unbehandelter Auspuffgase durch den Raum 36.
Mg. 6 zeigt eine Abänderung, bei der das kegelstumpfförmige Endorgan 14 in. einem ringförmigen Plansch 44c endet, der sich radial nach innen bis zur Berührung mit der inneren Oberfläche 38 des Gehäuses 22 erstreckt, an dem elastischen Organ 48a anliegt und dann in Längsrichtung nach aussen verläuft und einen Rand 14a bildet, der in das Gehäuse 22 passt. Auf diese Weise erstreckt sich der Flansch 44c von der inneren Oberfläche 38 des Gehäuses 22 radial nach innen, ebenso wie die Hansehe 44 und 44a. Ferner zeigt Fig» 6 eine weitere Abänderung, gemäss welcher eine dichtungsringförmige oder flache Unterlegscheibe 56 zusammen mit dem Halteflansch 44c zum Festhalten des elastischen Organs 48a dient. Die Unterlegscheibe 56 besteht vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Metall, wie rostfreiem Stahl oder Inconel. Fig. 7 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der eine winkelförmige Scheibe 56a in Verbindung mit einem Halteflansch 44a verwendet wird, der eine in Längsrichtung nach innen gerichtete Lippe 44b aufweist, um das elastische Organ 48d festzuhalten. Die winkelförmige Scheibe 56a weist angrenzend an das Gehäuse 22 einen
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in Längsrichtung nach innen verlaufenden Teil auf, der die auf den äusseren ringförmigen Teil des elastischen Organs 48d angrenzend an. den Ringraum 36 ausgeübte Druckkraft vermindert. Die Scheibe 56 oder 56a ist vorteilhaft, da sie den Durchtritt von unbehandelten Gasen in den Raum 36 versperrt und die Einlassfläche 30 des katalytisehen Elements 28 gegen Beschädigung durch Berührung mit dem Flansch 44a, der Lippe 44b oder dem elastischen Organ 48a schützt. Ausserdem verteilt die Scheibe 56 den hohen Druck,, der beim Zusammensetzen der katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung 10 angewandt wird, so dass hoher Druck auf praktisch die ganze Fläche des elastischen Organs 48a zur Einwirkung kommt. Da dieser hohe Druck mindestens teilweise auf das katalytische Element 28 übertragen wird, wird durch die Verteilung des Druckes über die Fläche des elastischen Organs 48a die Einwirkung von hohem Druck auf eine einzelne Stelle des katalytischen Elements vermieden und damit eine Beschädigung des katalytischen Elements verhindert und dazu beigetragen, dass das katalytische Element die Belastung aushält.
Gegebenenfalls kann das Organ 42, um das katalytische Element 28 noch stärker festzuhalten, eine grössere Länge als das katalytische Element 28 aufweisen, so dass das Organ 42 in zusammengesetztem Zustande, wie Fig. 1 zeigt, in Längsrichtung zusammengedrückt wird und entweder unmittelbar, wie Fig. 2 zeigt, an das elastische Organ 48 oder, wie Fig. 5 bis 7 zeigen, an den Haltering 54 oder die Scheibe 56 oder 56a anstösst. Dies führt dazii, dass das Organ 42 das katalytische Element 28 noch stärker festhält, wodurch die Wahrscheinlichkeit von dessen Verschiebung vermindert wird. Es gibt also eine grosse Vielzahl von verschiedenen möglichen Ausbildungsformen des elastischen Organs 48, von denen nur einige in den Zeichnungen dargestellt sind.
Obwohl Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeigt, bei der sowohl am Einlassende als auch am Auslassende
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des katalytischen Elements 28 je ein Halteflansch 44 und je ein elastisches Organ 48 vorgesehen ist, kann eine zufriedenstellende katalytische Gasbehandlungsvorrichtung auch mit nur einem Flansch und nur einem elastischen Organ hergestellt werden, sofern nur dieses einzige elastische Organ eine genügende Elastizität aufweist, um das katalytische Element 28 bei erhöhten Arbeitstemperaturen bündig festzuhalten. ¥enn nur ein einziger Flansch und ein einziges elastisches Organ vorhanden sind, befinden diese sich vorzugsweise am Gasauslassende 34 des katalytischen Elements 28, da durch die Gasströmung durch das katalytische Element eher eine Verschiebung des katalytischen Elements 28 in dieser Richtung erfolgen kann und das elastische Organ 48 gegen diese Verschiebung als Polster wirkt.
Fig. 8 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform der katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung 10a, bei der zwei katalytische Elemente 28a und 28b derart in dem Gehäuse 22a angeordnet sind, dass sie der Reihe nach von Auspuffgasen durchströmt werden. Auch in diesem Falle verbinden die kegeistumpfförmigen Endverschlussorgane 14 und 16 den Hauptkörper 12a der Vorrichtung 10a mit der Einlassleitung 18 bzw. der Auslassleitung 20, und vorzugsweise ist eine Schicht 43» z.B. aus Aluminiumsilicatfaserzement, an der äusseren Oberfläche eines jeden katalytischen Elements .28a und 28b vorgesehen. Das elastische biegsame Organ 42a befindet sich in dem Ringraum. 36a zwischen der inneren Oberfläche 38 des Gehäuses 22a und' der äusseren Oberfläche 40 des katalytischen Elements 28a, während das elastische biegsame Organ 42b sich in einer ähnlichen Lage in bezug auf das katalytische Element 28b befindet.
Fig. 8 zeigt ferner eine Abänderung, bei der die kegelstumpfförmigen Endorgane 14 und 16 in Ringflanschen 44d enden, durch die die Organe 14 und 16 mit dem Gehäuse 22a verbunden sind. Die Flansche 44d erstrecken sich von dem Gehäuse 22 radial nach innen, ebenso wie die Flansche 44a, 44b und 44c. Zwischen
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einem jeden Plansch 44d und dem zugehörigen elastischen Organ 48a ist ein L-förmiger Haltering 60 angeordnet, während zwischen einem jeden elastischen Organ 48a und der angrenzenden Endfläche der katalytischen Elemente 28a und 28b je eine Unterlegscheibe 56 angeordnet ist.
Zwischen den beiden katalytischen Elementen 28a und 28b befindet sich ein weiteres elastisches Organ 48e und ein Haltering 62. Das elastische Organ 48e wirkt mit den beiden elastischen Organen 48a derart zusammen, dass es ein praktisch konstantes Pesthalten der katalytischen Elemente 28a und 28b unter den Arbeitsbedingungen, denen die katalytischen Elemente ausgesetzt sind, gewährleistet. Ferner ermöglicht der durch das elastische Organ 48e und den Haltering 62 bedingte Abstand zwischen den katalytischen Elementen 28a und 28b eine Vermischung der Gase, bevor diese in das katalytisch^ Element 28b eintreten. Vorzugsweise befindet sich der Haltering 62 in Strömungsrichtung hinter dem elastischen Organ 48e, da dieses die Richtung ist, in der eine Verschiebung mit der grössten Wahrscheinlichkeit erfolgen kann. Pig. 9 zeigt eine Abänderung, bei der eine der Scheibe 56 ähnliche Unterlegscheibe' 64 auf der Seite des elastischen Organs 4Se gegenüber dem Haltering 62 angeordnet ist.
Vor dem Zusammensetzen der katalytischen G-asbehandlungsvorrichtung 10 hat das elastische Organ 48 eine Peststoffdichte, d.h. einen volumprozentualen Anteil des Peststoffs an dem gesamten Organ, im Bereich von etwa 10 bis 50 fo, vorzugsweise im Bereich von etwa 20 bis 30 $>. Beim Einsetzen in die katalytische G-asbehandlungsvorrichtung 10 wird das elastische Organ 48 so zusammengedrückt, dass sein Volumen um etwa 10 bis 50 fo, vorzugsweise um etwa 30 bis 50 $, abnimmt. Eine solche Verdichtung reicht auch aus, so dass, wenn die Vorrichtung 10 zusammengesetzt ist, die absolute Metalldichte des Organs 48 um mindestens etwa 5 $> und vorzugsweise um mindestens etwa 10 $ höher ist als unmittelbar vor dem Zusammensetzen. Das elastische Organ 48 kann aus jedem beliebigen Werkstoff gefertigt.
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sein, der die gewünschte Elastizität und die angegebene Feststoffdichte aufweist, z.B. aus Asbest.oder-Schlackenwolle. Gemäss einer "bevorzugten Ausführungsform besteht das elastische Organ 48 aus Metalldrahtgewirk 58, wie es in Pig. 10 dargestellt ist. Das Material 58 kann aus Draht mit einer Dicke im Bereich von etwa 0,025 bis 0,38 im, vorzugsweise von etwa 0,075 bis 0,18 mm, insbesondere von etwa 0,13 mm, gefertigt sein. Der Draht kann z.B. aus korrosionsbeständigem Werkstoff, wie Inconel oder rostfreiem Stahl, bestehen. Das Maschenmaterial 58 kann in Strumpf- oder Ärmelform von dem gewünschten Durchmesser gewirkt sein und z.B. sechs Maschenreihen je 2,54 cm in der Ärmellängsrichtung (Richtung L in Mg. 10) und etwa 4 1/2 Öffnungen je 2,54 cm in der Ärmelumfangsrichtung (Richtung C in Fig. 10) aufweisen. Dieser Ärmel kann dann zu einem Ring gerollt werden. Der so erhaltene Ring hat vorzugsweise eine Metalldichte von weniger als 5 f°\ d.h. weniger als 5 i° des Gesamtvolumens des Ringes bestehen aus Metall, während der Rest Luft oder freier Raum ist. Der Ring wird dann zu dem elastischen Organ 48 von dem gewünschten Durchmesser und Querschnitt verdichtet. Beim Aufheben der Verdichtungskraft kehrt das elastische Organ 48 zu einem bestimmten Zustand zurück und hat eine Metalldichte in dem angegebenen Bereich. In typischer Weise hat dieses vorverdichtete Organ 48 eine Dicke in der Grössenordnung von etwa 4 mm. Beim Zusammensetzen der katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung 10 wird das elastische Organ 48 weiter verdichtet und kann in typischer Weise eine Dicke in der Grössenordnung von etwa 2,4 mm annehmen. Wenn beim Hochtemperaturbetrieb der katalytischen Gasbehandlungsvorrichtung 10 Unterschiede in der thermischen Ausdehnung zu einer Längsausdehnung des Raumes führen, in dem sich das elastische Organ 48 befindet, dehnt sich infolgedessen das elastische Organ 48 ebenfalls aus, so dass die feste Einspannung des katalytischen Elements 28 erhalten bleibt.
Das Metalldrahtgewirk 58 kann ein einsträngiges, zweisträngiges oder dreisträngiges Gewirk sein. Wenn es vollständig aus Metall besteht, wird ein einsträngiges Gewirk im allgemeinen be-
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vorzugt. Gegebenenfalls kann man aber auch ein doppelsträngiges Gewirk verwenden, wobei ein Strang aus Metalldraht und der zweite aus einem anderen geeigneten Werkstoff, wie Wärmeisolationsfasern, besteht. Eine andere Möglichkeit ist die, von einem einsträngigen Metalldrahtgewirk auszugehen und vor dem Aufrollen des Gewirks zu einem Ring sowie vor dem anfänglichen Verdichten ein Seil aus einem Wärmeisoliermaterial, wie Asbest, durch die Öffnungen des Gewirks hindurchzuziehen.
Die Reinigungsvorrichtung gemäss der Erfindung abzüglich der feuerfesten Oxydationskatalysatorträger-Gerüsteinheit 28 kann aus einem Eisenmetall oder einem Nichteisenmetall bestehen, das die hohen Temperaturen, denen die Vorrichtung ausgesetzt wird, z.B. Tempera,türen bis etwa 800 C und mehr, aushält. Der Oxydations-Trägerkatalysator 28 kann als Träger ein einstückiges, festes, feuerfestes Gerüst, z.B. aus Cordierit, aufweisen. Die Kanäle 26 können einen allgemein trapezförmigen Querschnitt haben und von Riffelungen und im allgemeinen horizontalen Schichten der Gerüststruktur begrenzt werden. Ein aktiviertes, hitzebeständiges Metalloxid, z.B. aktiviertes γ-Aluminiumoxid, kann auf der Oberfläche der Gasströmungskanä-Ie 26 niedergeschlagen werden. Die Metallkomponente des Oxydationskatalysators kann von diesem aktiven, hitzebeständigen Metalloxid getragen werden. Die katalytische Metallkomponente kann z.B. ein Platinmetall, ein unedles Metall oder Kombinationen solcher Metalle enthalten, die auf dem aktiven, hitzebeständigen Metalloxid abgeschieden sind. Das katalytische Metall kann aber auch unmittelbar auf den Oberflächen des Trägergerüstes abgeschieden sein.
Der einstückige Gerüststrukturträger des Oxydationskatalysators gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass er in der allgemeinen GasStrömungsrichtung von einer grossen Anzahl von Strömungskanälen durchsetzt ist. Der Trägerkatalysator ist in dem Reiniger derart angeordnet, dass sein einstückiges Gerüst den Hauptteil der Querschnittsfläche der Reaktionszone einnimmt und nur ein enger Raum zwischen dem
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Gerüst und der Wandung des Reinigers verbleibt. Vorteilhaft ist das einstückige Gerüst so geformt, dass es in die Reaktionszone des Reinigergehäuses, in dem es angeordnet ist,
hineinpasst, und der einstückige Trägerkatalysator ist darin in "bezug auf die zellenförmigen Gasströmungskanäle in Längsrichtung, d.h. so angeordnet, dass die Kanäle in der allgemeinen Richtung der Gasströmung verlaufen und die Gase bei
ihrem Durchgang durch den Umwandler durch die Kanäle strömen müssen. Die Strömungskanäle "brauchen die Katalysatorstruktur nicht geradlinig zu durchsetzen und können Strömungsumlenker oder Unterbrecher aufweisen.
Das Trägergerüst "besteht vorzugsweise aus einem chemisch und katalytisch im wesentlichen inerten, starren, festen Werkstoff, der seine Form und Festigkeit "bei hohen Temperaturen von beispielsweise etwa 1100° G und mehr beibehält. Der Träger kann einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, eine gute Wärmeschockbeständigkeit und eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Der Träger kann metallisch oder keramisch oder eine Kombination aus beiden sein. Obwohl der Träger aus Glaskeramik bestehen kann, ist er vorzugsweise unglasiert
und kann im wesentlichen in vollständig kristalliner Form
vorliegen und sich durch die Abwesenheit einer nennenswerten Menge an glasigen oder amorphen Einbettungsmassen kennzeichnen, wie sie sich z.B. bei Porzellan finden. Ferner kann die Gerüststruktur eine beträchtliche zugängliche Porosität aufweisen, im Gegensatz zu dem im wesentlichen unporösen Porzellan, das für elektrische Anwendungszwecke, z.B. zur Herstellung von Zündkerzen, verwendet wird und sich dadurch kennzeichnet, dass es eine verhältnismässig geringe zugängliche Porosität aufweist. Während die oberflächliche spezifische
Oberfläche dieser Trägergerüste einschliesslich der Kanäle
in der Grössenordnung von 0,001 bis 0,01 m /g liegen kann,
ist die gesamte spezifische Oberfläche vorzugsweise um ein
Vielfaches grosser, so dass ein grosser Teil der katalytischen Reaktion sich in den grossen Poren abspielen kann.
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Die geometrische oberflächliche oder scheinbare spezifische Oberfläche des Trägers einschliesslich der Wandungen der Gas-Strömungskanäle beträgt oft etwa 0,5 bis 6, vorzugsweise 1
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bis 2,5 m ^e Liter des Trägers. Die Kanäle, von denen die Gerüststruktur durchsetzt wird, können jede beliebige Form und Grosse haben, die sich mit der gewünschten spezifischen Oberfläche verträgt, und sollen so gross sein, dass das Gemisch, aus Auspuffgasen und sauerstoffhaltigern Gas frei hindurchströmen kann. Die Kanäle können parallel oder im allgemeinen parallel angeordnet sein und sich von einer zur anderen Seite durch den Träger hindurch erstrecken, wobei die Kanäle vorzugsweise durch dünne Wandungen voneinander getrennt sind. Die Kanäle können auch in vielen Richtungen verlaufen und sogar mit einem oder mehreren benachbarten Kanälen kommunizieren. Die Kanaleinlassöffnungen können im wesentlichem über die ganze Querschnittsfläche verteilt sein, mit der die umzusetzenden Gase anfänglich in Berührung kommen. Die bevorzugten Trägergerüste bestehen aus Öordierit, Cordierit-a-Aluminiumoxid, Zirkon-Mullit, Spodumen oder Tonerde-Kieselsäure-Magnesia, und Werkstoffe, die anstelle der bevorzugten Werkstoffe als Träger verwendet werden können, sind Sillimanit, Magnesiumsilicate, Zirkon, Petalit, oc-Aluminiumoxid und Aluminosilicate.
Die Gasströmungskanäle des einstückigen keramischen Katalysatorträgergerüstes können dünnwandige Kanäle sein, die eine verhältnismässig grosse Menge an oberflächlicher spezifischer Oberfläche zur Verfügung stellen. Die Kanäle können die verschiedensten Querschnittsformen und -grössen aufweisen. Die Kanäle können z.B„ trapezförmigen, rechteckigen, quadratischen, sinuswellenförmigen oder kreisförmigen Querschnitt haben, so dass die Querschnitte des Trägers ein wiederkehrendes Muster zeigen, das als Wabenstruktur, geriffelte Struktur oder Gitterstruktur bezeichnet werden kann. Die Wände der zellenförmigen Kanäle sind im allgemeinen so dick, dass sie einen festen, einstückigen Körper ergeben, und die Dicke liegt oft im Bereich von etwa 0,05 bis 0,25 mm. Bei dieser
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Wanddicke kann die Struktur etwa 15,5 "bis 390 oder mehr Gas
2 einlassöffnungen für die Strömungskanäle je cm und eine entsprechende Anzahl von Gasströmungskanälen, vorzugsweise
etwa 23 bis 80 Gaseinlässe und Strömungskanäle ;je cm , enthalten. Die offene Fläche des Querschnitts kann mehr als 60 .der Gesamtfläche betragen. Grosse und Abmessungen des einstückigen feuerfesten Trägergerüstes gemäss der Erfindung können variieren»
Bei der bevorzugten Ausführungsform des Katalysators ist ein hitzebeständiges Metalloxid auf dem einstückigen Trägergerüst in Form von zusammenhängenden oder unzusammenhängenden dünnen Ablagerungen vorzugsweise in einer Dicke von etwa 0,01 bis . 0,025 mm abgeschieden. Ein solches katalytisch aktives Oxid kann ein calciniertes hitzebeständiges Metalloxid sein, welches sich seinerseits durch eine poröse Struktur kennzeichnet und ein verhältnismässig grosses inneres Porenvolumen sowie eine verhältnismässig grosse gesamte spezifische Oberfläche aufweist« Im allgemeinen beträgt die gesamte spezifische Oberfläche des aktiven hitzebeständigen Metalloxids mindestens etwa 25 m /g. Solche Oxide können durch Wasserabspaltung aus der Hydratform des Oxids durch Calcinieren gewöhnlich bei Temperaturen von etwa 150 bis 800° C hergestellt werden. Die bevorzugten aktiven Metalloxide enthalten Vertreter der Gruppe der aktiven γ-Aluminiumoxide, die z.B. durch Ausfällen von wasserhaltigem Aluminiumoxidgel und anschliessendes Trocknen und Calcinieren zwecks Austreibung des Hydratwassers und Bildung von aktivem Aluminiumoxid hergestellt werden können.
Beim Betrieb werden die Auspuffgase eines Verbrennungsmotors, z.B. eines Funkenzündungsmotors, eines Kraftfahrzeuges oder Gabelstaplers, die verbrennbare, die Luft verunreinigende Bestandteile, wie Kohlenwasserstoffe, sauerstoffhaltige Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid, enthalten, mit hoher Geschwindigkeit aus dem Auspuff des Motors im Gemisch mit der
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zur Verbrennung der brennbaren Bestandteile erforderlichen Sauerstoffmenge, vorzugsweise mit einem stöchiometrischen Überschuss über diese Menge, abgeleitet. Der Sauerstoff kann in den Auspuffgasen infolge des Umstandes enthalten sein, dass der Motor mit einem mageren Treibstoffgemisch betrieben wird, oder es kann Sauerstoff, z.B. als Luft, zu den Auspuff gasen zugesetzt werden. Die sauerstoffhaltigen Auspuffgase werden bei erhöhter Temperatur durch die Einlassleitung 18 des katalytischen Reinigers 10 in und durch die durch den Träger-Oxydationskatalysator 28 verlaufenden Strömungskanäle 26 geleitet. Das Gasgemisch kommt in den Oberflächen-Makroporen des porösen Trägerkatalysators 28 und auch an der Ober fläche der Strömungskanäle 26 bei Temperaturen des Trägerkatalysators von etwa 150 bis 700° C mit der aktiven Katalysatorkoinponente in Berührung, wobei die brennbaren, die Luft verunreinigenden Bestandteile zu weniger schädlichen Gasen, wie CO2 und H2O, oxydiert werden. Die so gereinigten Gase strömen dann aus dem Reiniger 10 durch die Auslassleitung 20 entweder direkt zur Atmosphäre oder in ein Abgasrohr oder eine Leitung zum letztlichen Austragen an die Atmosphäre ab. Beim Betrieb wird das Katalysatorelement in dem Gehäuse 22 ortsfest gehalten.
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Claims (54)

Engelhard Minerals & Chemicals Corporation B-1126 Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Reinigen von Gasen mit einem einen umschlossenen Raum begrenzenden Gehäuse, einem mit dem umschlossenen Raum in Verbindung stehenden Gaseinlass, einem mit dem umschlossenen Raum in Verbindung stehenden Gasauslass, einem ersten keramischen Aufbau in dem umschlossenen Raum, der als einstückiges Gerüst mit einer Vielzahl von GaseinlassÖffnungen, einer Vielzahl von Gasauslas soff nungen und die Gaseinlassöffnungen mit den Gasauslassöffnungen verbindenden GasStrömungskanälen ausgebildet ist, wobei der erste keramische Aufbau in dem Gehäuse so angeordnet ist, dass zwischen ihm und dem Gehäuse ein Zwischenraum besteht, und einem ersten, an den Umfang einer ersten Endfläche des ersten keramischen Aufbaues angrenzenden Plansch, der den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem ersten keramischen Aufbau überbrückt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Plansch (44) und der ersten Endfläche (34) des ersten keramischen Aufbaues (28) ein erstes, unter mechanischer Verdichtung stehendes Organ (48) aus Drahtgewirk angeordnet ist, das innerhalb des Temperaturbereichs, dessen Einwirkung die Vorrichtung ausgesetzt wird, eine elastische Verbindung zwischen dem ersten Plansch (44) und der ersten Endfläche (34) des ersten keramischen Aufbaues (28) darstellt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) und der erste keramische Aufbau (28) zylindrisch ausgebildet sind.
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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (22) und der erste keramische Aufbau (28) einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flansch (44) an die Gasauslassöffnungen (32) des ersten keramischen Aufbaues (28) angrenzt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten, an den Umfang der zweiten Endfläche (30) des ersten keramischen Aufbaues (28) angrenzenden Plansch (44)» der den Zwischenraum (36) zwischen dem Gehäuse (22) und dem ersten keramischen Aufbau (28) überbrückt, und ein zweites Organ (28) aus Drahtgewirk, das unter Verdichtungsdruck zwischen dem zweiten Plansch (44) und der zweiten Endfläche (30) des ersten keramischen Aufbaues (28) angeordnet ist und innerhalb des Temperaturbereichs, dessen Einwirkung die Vorrichtung ausgesetzt wird, eine elastische Verbindung zwischen dem zweiten Plansch (44) und der zweiten Endfläche (30) des ersten keramischen Aufbaues (28) darstellt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Plansch (44) von der Oberfläche (38) des Gehäuses (22) radial zur Hauptachse des Gehäuses (22) hin nach innen erstreckt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Plansch einen ersten Teil (44a), der sich von der Oberfläche (38) des Gehäuses (22) zur Hauptachse des Gehäuses hin radial nach innen erstreckt, und einen zweiten Teil (44b) aufweist, der sich von dem ersten Teil (44a) aus radial nach innen zu dem ersten keramischen Aufbau (28) hin erstreckt und an die in radialer Richtung innere Oberfläche des ersten, verdichteten Drahtgewirkorgans (48a) angrenzt.
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9^
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen !-förmigen Haltering (54), dessen einer !-Schenkel sich zwischen dem ersten verdichteten Drahtgewirkorgan (48a) und der ersten Endfläche (34) des ersten keramischen Aufbaues (28) "befindet, während sich der andere !-Schenkel längs der radial nach innen gerichteten Oberfläche des ersten, verdichteten Drahtgewirkorgans (48a) erstreckt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen ersten, !-förmigen Haltering (54), dessen einer !-Schenkel sich zwischen dem ersten verdichteten Drahtgewirkorgan (48a) und der ersten Endfläche (34) des ersten keramischen Aufbaues (28) befindet, während sich der andere !-Schenkel längs der radial nach innen gerichteten Oberfläche des ersten, verdichteten Drahtgewirkorgans (48a) erstreckt, und einen zweiten !-förmigen Haltering (54), dessen einer !-Schenkel sich zwischen dem zweiten verdichteten Drahtgewirkorgan (48a) und der zweiten Endfläche (30) des ersten keramischen Aufbaues (28) befindet, während der andere !-Schenkel sich längs der radial nach innen gerichteten Oberfläche des zweiten, verdichteten Drahtgewirkorgans (48a) erstreckt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen dem ersten verdichteten Drahtgewirkorgan (48a)" und der ersten Endfläche (34) des ersten keramischen Aufbaues (28) angeordnete Unterlegscheibe (56). ^
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlegscheibe (56) aus einem korrosionsbeständigen Metall besteht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlegscheibe (56) als flache Scheibe ausgebildet ist.
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Ab .
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterlegscheibe (56a) angrenzend an das Gehäuse (22) einen in Längsrichtung nach innen gerichteten Teil aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine zwischen dem ersten verdichteten Drahtgewirkorgan (48a) und der ersten Endfläche (34) des ersten keramischen Aufbaues (28) angeordnete erste Unterlegscheibe (56) und eine zwischen dem zweiten verdichteten Drahtgewirkorgan (48a) und der zweiten Endfläche (30) des ersten keramischen Aufbaues (28) angeordnete zweite Unterlegscheibe
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Unterlegscheibe (56) als flache Scheiben ausgebildet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die eine der beiden Unterlegscheiben (56a) angrenzend an das Gehäuse (22) einen in Längsrichtung nach innen gerichteten Teil aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Unterlegscheiben (56) aus einem korrosionsbeständigen Metall bestehen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste verdichtete Drahtgewirkorgan (48) aus einem gewirkten Metalldrahtärmel besteht, der zu einem Ring aufgerollt und zusammengepresst ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste verdichtete^Drahtgewirkorgan (48) vor dem Einsetzen in die Vorrichtung (10) eine Metalldichte von etwa 10 bis 50 fi aufweist.
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20. Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, dass das erste verdichtete Drahtgewirkorgan (48) beim Einsetzen in die Vorrichtung (10) um mindestens 5 fa seines Volumens verdichtet worden ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das erste verdichtete Drahtgewirkorgan (48) beim Einsetzen in die Vorrichtung (10) um mindestens 10 $> seines Volumens verdichtet worden ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, dass das erste verdichtete Drahtgewirkorgan (48) vor dem Einsetzen in die Vorrichtung (10) eine Metalldichte von etwa 20 bis 30 # aufweist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das erste verdichtete Drahtgewirkorgan (48) beim Einsetzen in die Vorrichtung (10) um mindestens 5 i» seines Volumens verdichtet worden ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das erste verdichtete Drahtgewirkorgan (48) beim Einsetzen in die Vorrichtung (10) um mindestens 10 i> seines Volumens verdichtet worden ist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtgewirkorgan (48) aus Draht mit einem Durchmesser von etwa 0,025 bis 0,38 mm gefertigt ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtgewirkorgan (48) aus Draht mit einem Durchmesser von etwa 0,075 bis 0,18 mm gefertigt ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 1,.dadurch gekennzeichnet,
dass das erste verdichtete Drahtgewirkorgan (48) ein einsträngiges Drahtgewirk ist.
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.It.
28. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste verdichtete Drahtgewirkorgan (48) ein zweisträngiges Drahtgewirk ist.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das sweisträngige Drahtgewirkorgan (48) aus einem Metalldrahtstrang und einem Strang aus Wärmeisolationsfasern besteht.
30. Yorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste keramische Aufbau (28) von einem elastischen Organ (42) umgeben ist, das in dem Zwischenraum (36) zwischen dem ersten keramischen Aufbau (28) und dem Gehäuse; (22)" angeordnet ist.
31. Yorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, dass der erste keramische Aufbau (28) von einem elastischen Organ (42) umgeben ist, das in dem Zwischenraum (36) zwischen dem ersten keramischen Aufbau (28) und dem Gehäuse (22) angeordnet ist.
32. Yorrichtung nach Anspruch 31» dadurch gekennzeichnet, dass das erste verdichtete Drahtgewirkorgan (48) vor dem Einsetzen .in die Yorrichtung (10) eine Metalldichte von etwa 10 bis 50 $ aufweist.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das erste verdichtete Drahtgewirkorgan (48) beim Einsetzen in die Yorrichtung (10) um mindestens 5 $ seines Volumens verdichtet worden ist.
34. Yorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtgewirkorgan (48) aus Draht mit einem Durchmesser von etwa 0,025 bis 0,38 mm gefertigt ist.
35. Yorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten keramischen Aufbau (28b) in dem umschlossenen
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Raum, der als einstückiges*Gerüst mit einer Vielzahl von Gaseinlassöffnungen (24), einer Vielzahl von Gasauslassöffnungen (32) und die Gaseinlassöffnungen mit den Gasauslass öffnungen verbindenden GasStrömungskanälen (26) ausgebildet ist, wobei der zweite keramische Aufbau (28b) in dem Gehäuse (22) so angeordnet ist, dass zwischen ihm und dem Gehäuse ein Zwischenraum (36b) besteht, und dass die Gase nacheinander durch den ersten keramischen Aufbau (28a) und dann durch den zweiten keramischen Aufbau (28b) strömen können, wobei der erste Flansch (44d) an die in Längsrichtung nach aüssen gerichtete Endfläche (30) des ersten keramischen Aufbaues (28a) angrenzt, ein zusätzliches, verdichtetes Drahtgewirkorgan (48e), das zwischen der in Längsrichtung nach innen gerichteten Endfläche (34) des ersten keramischen Aufbaues (28a) und der in Längsrichtung nach innen gerichteten Endfläche (30) des zweiten keramischen Aufbaues (28b) angeordnet ist und innerhalb des Temperaturbereichs, dessen Einwirkung die Vorrichtung ausgesetzt wird, eine elastische Verbindung zwischen dem ersten keramischen Aufbau (2.8a) und dem zweiten keramischen Aufbau (28b) darstellt.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zusätzlichen verdichteten Drahtgewirkorgan (48e) und der in Längsrichtung nach innen gerichteten Endfläche (34; 30) des ersten (28a) oder des zweiten (28b) keramischen Aufbaues eine Unterlegscheibe (64) vorgesehen ist. - - . ■ '
37. Vorrichtung nach Anspruch 35, gekennzeichnet durch einen L-förmigen Haltering (62), dessen einer L-Schenkel zwischen dem zusätzlichen, verdichteten Drahtgewirkorgan (48e) und der in Längsrichtung nach innen gerichteten Endfläche (34; 30) des ersten (28a) oder des zweiten (28b) keramischen Aufbaues angeordnet ist, während der andere L-Schenkel an die radial nach innen gerichtete Oberfläche des zusätzlichen, verdichteten Drahtgewirkorgäns (48e) angrenzt.
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38. Vorrichtung nach Anspruch 37» dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zusätzlichen, Terdichteten Drahtgewirkorgan (48e) und der in Längsrichtung nach innen gerichteten Endfläche (34; 30) des ersten (28a) oder des zweiten (28b) keramischen Aufbaues eine Unterlegscheibe (64) vorgesehen ist.
39. Vorrichtung nach Anspruch 35» gekennzeichnet durch eine zwischen dem ersten verdichteten Drahtgewirkorgan (48a) und der äusseren Endfläche (30) des ersten keramischen Aufbaues (28a) angeordnete Unterlegscheibe (56).
40. Vorrichtung nach Anspruch 36, gekennzeichnet durch eine zwischen dem ersten verdichteten Drahtgewirkorgan (48a) und der äusseren Endfläche (30) des ersten keramischen Aufbaues (28a) angeordnete Unterlegscheibe (56).
41. Vorrichtung nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch eine zwischen dem ersten verdichteten Drahtgewirkorgan (48a) und der äusseren Endfläche (30) des ersten keramischen Aufbaues (28a) angeordnete Unterlegscheibe 56.
42. Vorrichtung nach Anspruch 38, gekennzeichnet durch eine zwischen dem ersten verdichteten Drahtgewirkorgan (48a) und der äusseren Endfläche (30) des ersten keramischen Aufbaues (28a) angeordnete Unterlegscheibe (56)o
43. Vorrichtung nach Anspruch 35», dadurch gekennzeichnet, dass an den Umfang einer in Längsrichtung nach aussen gerichteten Endfläche (34) des zweiten keramischen Aufbaues (28b) ein zweiter Flansch (44d) angrenzt, der den Zwischenraum (36b) zwischen dem Gehäuse (22) und dem zweiten keramischen Aufbau (28b) überbrückt, und dass zwischen dem zweiten Flansch (44d) und der in Längsrichtung nach aussen gerichteten Endfläche (34) des zweiten keramischen Aufbaues (28b) ein weiteres, unter Verdichtungsdruck stehendes Drahtgewirkorgan (48a) vorgesehen ist, das inner-
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• halb des Temperaturbereichs, dessen Einwirkung die Vor-
' richtung ausgesetzt wird, eine elastische Verbindung zwischen dem· zweiten Flansch (44-d) und der in Längsrichtung nach aussen gerichteten Endfläche (34) des zweiten keramischen Aufbaues (28b) darstellt.
44· Vorrichtung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zusätzlichen verdichteten Drahtgewirkorgan (48e) und der in Längsrichtung nach innen gerichteten Endfläche (34; 30) des ersten (28a) oder des zweiten (28b) keramischen Aufbaues eine Unterlegscheibe (64) vorgesehen ist. ' " "
45: Vorrichtung nach Anspruch 43» dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Unterlegscheibe (56) zwischen dem ersten verdichteten Drahtgewirkorgan (48a) und der in Längsrichtung nach aussen gerichteten Endfläche (30) des ersten keramischen Aufbaues (28a),-eine zweite Unterlegscheibe (56) zwischen dem weiteren, verdichteten Drahtgewirkorgan (28a) und der in Längsrichtung nach aussen gerichteten Endfläche (34) des zweiten keramischen Aufbaues (28b) und eine zusätzliche Unterlegscheibe (64) zwischen dem zusätzlichen verdichteten Drahtgewirkorgan (48e) und der in Längs-■ richtung nach innen gerichteten Endfläche (34; 30) des ersten (28a) oder des zweiten (28b) keramischen Aufbaues angeordnet ist. -
46. Vorrichtung nach Anspruch 45," gekennzeichnet durch einen L-förmigen Haltering (62), dessen einer L-Schenkel sich zwischen dem zusätzlichen verdichteten Drahtgewirkorgan (48e) und der in Längsrichtung nach innen gerichteten Endfläche (30) des zweiten keramischen Aufbaues (28b) befindet, während der andere L-Schenkei an die radial nach . innen gerichtete Oberfläche des zusätzlichen verdichteten Drahtgewirkorgans (48e) angrenzt.
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47· "Vorrichtung nach Anspruch 43» gekennzeichnet durch einen L-förmigen Haltering (62), dessen einer !-Schenkel sich zwischen dem zusätzlichen verdichteten Drahtgewirkorgan (48e) und der in längsrichtung nach innen gerichteten Endfläche (30) des zweiten keramischen Aufbaues (28"b) befindet, während der andere L-Schenkel an die radial nach innen gerichtete Oberfläche des zusätzlichen verdichteten Drahtgewirkorgans (48e) angrenzt.
48. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von dem ersten keramischen Aufbau (28) ein Katalysator getragen wird.
49· Vorrichtung zum Reinigen von Gasen mit einem einen umschlossenen Raum begrenzenden Gehäuse, einem mit dem umschlossenen Raum in Verbindung stehenden Gaseinlass, einem mit dem umschlossenen Raum in Verbindung stehenden Gasauslass, einem ersten keramischen Aufbau in dem umschlossenen Raum, der als einstückiges Gerüst mit einer Vielzahl von Gaseinlassöffnungen, einer Vielzahl von Gasauslassöffnungen und die Gaseinlassöffnungen mit' den Gasauslassöffnungen verbindenden GasStrömungskanälen ausgebildet ist, wobei der erste keramische Aufbau in dem Gehäuse so angeordnet ist, dass zwischen ihm und dem Gehäuse ein Zwischenraum besteht, und einem ersten, an den Umfang einer ersten Endfläche des ersten keramischen Aufbaues angrenzenden Plansch, der den Zwischenraum zwischen dem Gehäuse und dem ersten keramischen Aufbau überbrückt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Flansch (44) und der Endfläche (34) des ersten keramischen Aufbaues (28) ein erstes Dichtungsorgan (48) mit einer Peststoff dichte von etwa 10 bis 50 $> derart unter Verdichtungsdruck eingesetzt ist, dass das Volumen des ersten Dichtungsorgans (48) in bezug auf sein Volumen vor dem Einsetzen in die Vorrichtung (10) um etwa 10 bis 50 $> vermindert ist, und dass dieses Organ innerhalb des Tem-
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peraturbereichs, dessen Einwirkung die Vorrichtung ausgesetzt wird, eine elastische Verbindung zwischen dem ersten Plansch (44) und der ersten Endfläche (34) des keramischen Aufbaues (28) darstellt.
50. Vorrichtung nach Anspruch 49» dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsorgan (48) vor dem Einsetzen in die Vorrichtung (10) eine I'eststoffdichte von etwa 20 bis 30 f° aufweist.
51« Vorrichtung nach Anspruch 49 > dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des ersten Dichtungsorgans (48) beim Einsetzen in die Vorrichtung um etwa 30 bis 50 f* vermindert worden ist.
52. Vorrichtung nach Anspruch 49» dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsorgan (48) ein Drahtgewirk ist.
53. Vorrichtung nach Anspruch 50, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsorgan (48) ein Drahtgewirk ist.
54. Vorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsorgan (48) ein Drahtgewirk ist.
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