DE2655751B1 - Vorrichtung zur Aufnahme von körnigen Katalysatoren fur die Abgasentgiftung an Brennkraftmaschinen - Google Patents

Vorrichtung zur Aufnahme von körnigen Katalysatoren fur die Abgasentgiftung an Brennkraftmaschinen

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DE2655751B1 DE2655751A DE2655751A DE2655751B1 DE 2655751 B1 DE2655751 B1 DE 2655751B1 DE 2655751 A DE2655751 A DE 2655751A DE 2655751 A DE2655751 A DE 2655751A DE 2655751 B1 DE2655751 B1 DE 2655751B1
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufnahme von körnigen Katalysatoren für die Abgasentgiftung von Verbrennungsmotoren, die aus einem mit Endplatten verschlossenen Gehäuse besteht, welches einen Gaseintrittsstutzen und einen Gasaustrittsstutzen aufweist und in welchem sich konzentrisch zum Gaseintrittsstutzen ein gelochte Wandungen aufweisender, im Querschnitt ringförmiger Behälter befindet. Eine derartige Vorrichtung ist durch die US-PS 3449086 bekannt.
Die Katalysatoren sind wegen der am Verbrennungmotor .herrschenden Bedingungen in bezug auf den Temperaturwechsel und die mechanischen Erschütterungen starker Beanspruchung ausgesetzt. Körnige Katalysatoren werden in metallische Behälter eingefüllt mit den Abgasen in Berührung gebracht, wobei die verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von metallischem Behälter und keramischem Katalysator zu berücksichtigen sind. Von besonderer Bedeutung ist die unterschiedliche Wärmeausdehnung von Behälter und Katalysator bei nahe dem Verbrennungsmotor angeordneten Abgasentgiftungseinrichtungen mit Arbeitstemperaturen von 1000°C und mehr, da sich die Katalysatorkörner wegen ihrer in bezug auf den Behälter geringeren Wärmeausdehnung mit steigender Temperatur im Behälter zunehmend frei bewegen können. Dadurch erleiden die Katalysatorkörner Abrieb, was zu Katalysatorverlust und schließlich zur Funktionsunfähigkeit der Abgasentgiftungseinrichtung führt.
Es ist bekannt, in Behälter eingefüllte körnige Katalysatoren zur Vermeidung von Abrieb durch mechanische oder pneumatische Verspannung in Ruhelage zu halten. Dabei wird die mechanische Verspannung durch eine Feder bewirkt, welche axial auf das Katalysatorbett drückt, wobei die Feder innerhalb des Gehäuses oder außerhalb davon angeordnet sein kann. Die pneumatische Verspannung wird bisher nur beim sogenannten Flachbettreaktor angewendet, bei welchem das in das liegend angeordnete Gehäuse eintretende Abgas auf die Oberseite der Katalysatorschüttung drückt (GB-PS 1357241). Bei dieser Vorrichtung ist von Nachteil, daß sie nur liegend eingebaut bei Abgaszuströmung von oben funktionsfähig ist.
Nach der US-PS 3449086 ist der Behälter an der Endplatte der Gaseintrittsseite befestigt, während sein entgegengesetztes Ende mit einer Abschlußscheibe verschlossen ist. Die Abschlußscheibe ist über Bolzen starr mit der Endplatte an der Gasaustrittsseite verbunden. Der obere Bereich des im Querschnitt ringförmigen Behälters - im Querschnitt gesehen ein Bereich von 20 bis 120° - ist durch Auflegen einer entsprechend gebogenen Platte gasundurchlässig gestaltet. Damit ist lediglich eine Herabsetzung der Aufwiirbelung der Katalysatorkörner im oberen Teil der Schüttung und keine pneumatische Verspannung der Katalysatorschüttung erzielbar.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Aufnahme von Katalysatoren für die Abgasentgiftung von Verbrennungsmotoren zu schaffen, bei welcher die Schüttung aus körnigem Katalysator durch das strömende Abgas zusammengedrückt und in Ruhelage verspannt wicd, um Abrieb zu vermeiden.
Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß mindestens eine die Umformung eines Teiles des in das Gehäuse einströmenden Gases in einen axialen, auf einen Stirnseitenbereich des Behälters gerichteten Gasstrom mit erhöhtem statischem Druck bewirkende Gasleiteinrichtung im Gehäuse angeordnet ist.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann wahlweise auch noch dadurch ausgestaltet sein, daß
a) die Gasleiteinrichtung aus einem zwischen einem senkrecht an einer Endplatte befestigten Metallring angeordneten Anströmkegel und aus einem weiteren, senkrecht an der Endplatte befestigten Metallring mit senkrecht daran angeordnetem Ringblech besteht, wobei der Metallring im Bereich des Anströmkegejs perforiert ist;
b) senkrecht an einer Endplatte zwischen dem Metallring und dem weiteren Metallring ein dritter Metallring befestigt ist;
c) der Metallring nahe der Endplatte an seinem Umfang Durchbrechungen aufweist;
d) die Gasleiteinrichtung aus einem zwischen einem senkrecht an seiner Endplatte befestigten Metallring angeordneten Gasentnahmering und aus einem weiteren, senkrecht an der Endplatte befestigten Metallring mit senkrecht daran angeordnetem Ringblech besteht, wobei der Metallring stromaufwärts des Gasentnahmeringes perforiert ist;
e) der Gasentnahmering auf der entgegengesetzten Seite des Metallringes sich in einem Gasleitblech fortsetzt;
f) die Gasleiteinrichtung aus einer mit Durchbohrungen versehenen Endplatte und aus einem weiteren, senkrecht an der Endplatte befestigten Metallring mit senkrecht daran angeordnetem Ringblech besteht;
g) die Gasleiteinrichtung zusätzlich einen die mit Durchbohrungen versehene Endplatte nach außen abschließenden, am Gehäusemantel befestigten Deckel aufweist;
h) die Gasleiteinrichtung zusätzlich einen die mit Durchbohrungen versehene Endplatte nach außen abschließenden, am Gehäusemantel und am Gaseintrittsstutzen befestigten ringförmigen Deckel sowie im Gaseintrittsstutzen einen Gasentnahmering aufweist, wobei der Gaseintrittsstutzen im Bereich zwischen dem ringförmigen Deckel und dem Gasentnahmering perforiert ist.
Wesentlich für die Erfindung ist, daß das in Axialrichtung strömende Gas mit gegenüber dem Radialstrom erhöhtem Gasdruck gleichmäßig auf die ringförmige Oberfläche des körnigen Katalysators drückt, so daß die Katalysatorschüttung durch Axialkraft auf das kleinstmögliche Katalysatorbettvolumen verspannt wird. Wesentlich ist ferner, daß kinetische Energie der Gasströmung in zusätzlichen statischen Druck umgewandelt wird, d. h. daß Staudruck erzeugt und auf die Stirnseite der Katalysatorschüttung geführt wird. Dadurch wird bei Hohlraumbildungen durch Abrieb des Katalysators ein Fließen der Katalysatorschüttung verhindert.
In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung können auch zwei verschiedene Gasleiteinrichtungen angeordnet sein, welche einen Teil des in das Gehäuse einströmenden Abgases auf beide Stirnseiten der Katalysatorschüttung führen.
Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung beträgt die Länge des inneren Metallringes 10 bis 35% der Länge des ringförmigen Behälters. Der nach außen
ίο folgende Metallring, an welchem senkrecht ein Ringblech befestigt ist, hat etwa die gleiche Länge wie der innere Metallring. Das radial angeordnete Ringblech ist 30 bis 80% so breit wie der Abstand der beiden perforierten Wände des ringförmigen Behälters.
Durch die beiden Metallringe und das Ringblech wird ein Katalysatorvorratsraum begrenzt. In diesem Katalysatorvorratsraum kann ein weiterer Metallring angeordnet sein, der 50 bis 80% der Länge des äußeren Metallringes und Durchbohrungen in seinem nahe der Endplatte gelegenen Bereich aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung dienen die beiden den Katalysatorraum begrenzenden Metallringe gleichzeitig als Gleitsitz für die perforierten Wände des ringförmigen Behälters.
Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist der Gasentnahmering der Gasströmung im spitzen Winkel oder halbschalenförmig entgegengerichtet und als Ringspalt mit einer Spaltweite von 5 bis 20% des Durchmessers des Gaseintrittsstutzens ausgebildet.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung schematisch im Längsschnitt dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine Vorrichtung mit einem Anströmkegel und einem an ihrer Unterseite befindlichen Gaszuführungsstutzen,
Fig. 2 eine Vorrichtung mit einem an ihrer Oberseite befindlichen Gaszuführungsstutzen mit Gasentnahmering und Gasleitblech,
Fig. 3 eine Vorrichtung mit einer perforierten Endplatte und einem an ihrer Unterseite befindlichen Gaszuführungsstutzen,
Fig. 4 eine Vorrichtung mit einem an ihrer Unterseite befindlichen Gaszuführungsstutzen mit Gasentnahmering und mit einer perforierten Endplatte.
Der Gehäusemantel 2 eines Gehäuses 1 ist mit Endplatten 3 verschlossen, welche mit nach außen gerichteten Aushalsungen 4 versehen sind. Dabei weist eine Endplatte 3 des Gehäuses 1 einen Gaseintrittsstutzen S auf, während der Gehäusemantel 2 von einem Gasaustrittsstutzen 6 durchdrungen ist. Konzentrisch zum Gaseintrittsstutzen 5 befindet sich im Gehäuse 1 ein im Querschnitt ringförmiger Behälter 7 zur Aufnahme von Katalysatoren in körniger Form. Dabei weist der Behälter 7 perforierte Wände 8 auf, an deren Innenseite Drahtgewebe 9 angeordnet ist.
An der Innenseite mindestens einer Endplatte 3 sind Metallringe 10,11,12 befestigt, in denen die Enden der perforierten Wände 8 zur Aufnahme von axialen Relativbewegungen gleitend gelagert sind, wobei auch die Verlängerung des Gaseintrittsstutzens 5 in das Gehäuse 1 an die Stelle eines Metallringcs treten kann (vergleiche Fig. 2). Zwischen der Innenwand des Gehäusemantels 2 und der Außenwand des ringförmigen Behälters 7 sind ein oder mit axialem Abstand voneinaner mehrere Abstandshalter 13 angeordnet. Der Abstandshalter 13 ist an der Außenwand des ringförmigen Behälters 7 befestigt und kann
an der Innenwand des Gehäusemantels 2 gleiten. Da · bei kann der Abstandshalters 13 aus einem ringförmigen Lochblech oder aus mehreren Bolzen bestehen, welche am Umfang mit seitlichem Abstand voneinander angeordnet sind. Die Abstandshalter 13 diener, zur Aufnahme von radialen und axialen Relativbewegungen des ringförmigen Behälters 7.
Mindestens eine der Endplatten 3 weist im Bereicl· des Behälters 7 einen verschließbaren Stutzen 14 auf, durch welchen der Behälter 7 mit körnigem Katalysator füllbar ist.
Nach Fig. 1 ist an der Innenseite der Endplatte 2' und dem Gaseintrittsstutzen 5 gegenüberliegend ein Anströmkegel 15 angeordnet. Der dem Anströmkegel 15 benachbarte Metallring 12 ist in seinem oberer·, Bereich perforiert, während etwa in der Mitte zwischen den Metallringen 11 und 12 an der Innenseite der Endplatte 3 ein dritter Metallring 16 befestigt ist. welcher nahe der Endplatte 3 um seinen Umfang herum Durchbrechungen 17 aufweist. Weiterhin is: am Metallring 11 senkrecht ein in das Innere des Gehäuses 1 weisendes Ringblech 18 befestigt. Dabei enden der Anströmkegel 15 sowie die Metallringe 11 und 12 in einem etwa gleichen Abstand von der Endplatte 3.
Nach Fig. 2 ist in der Verlängerung des Gaseintrittsstutzens 5 in das Innere des Gehäuses 1, welche an die Stelle des Metallringes 12 tritt, ein Gasentnah mering 19 angeordnet, welcher sich außerhalb de-Verlängerung des Gaseintrittsstutzens 5 in einem Gasleitblech 22 fortsetzt. Zwischen der Endplatte 3 und dem Gasleitblech 22 ist die Verlängerung de?; Gaseintrittsstutzens 5 perforiert. Am Metallring 11 ist senkrecht ein in das Innere des Gehäuses 1 weisende ι Ringblech 18 befestigt. Dabei weisen der Metallrin;,; 11 und die Verlängerung des Gaseintrittsstutzens £5 etwa die gleiche Länge auf.
Nach Fig. 3 ist die dem Gaseintrittsstutzen 5 gegenüberliegende Endplatte 3 mit Durchbohrjungen 20 versehen. Diese Endplatte 3 ist nach außen hin durch einen am Gehäusemantel 2 befestigten Deckel 21 abgeschlossen. Am Metallring 11 ist senkrecht ein in das Innere des Behälters 7 weisendes Ringblech 18 befestigt.
Nach Fig. 4 ist der Gaseintrittsstutzen 5, welcher mit einer Verlängerung in das Innere des Gehäuses L versehen ist, oberhalb der mit Durchbohrungen 2f\ versehenen Endplatte 3 perforiert. Zwischen der Perforierung und der Endplatte 3 ist im Gaseintrittsstutzen 5 ein Gasentnahmering 19 angeordnet. Zwischen dem Gehäusemantel 2 und dem Gaseintrittsstutzen 5 ist ein ringförmiger Deckel 23 angeordnet, welcher am Gaseintrittsstutzen 5 oberhalb seiner Perforierung befestigt ist. Am Metallring 11 ist senkrecht ein in das Innere des Behälters 7 weisendes Ringblech 18 befestigt.
ίο Die Funktionsweise der in den Figuren dargestellten Vorrichtungen ist wie folgt:
Fig. 1: Der Gasstrom a, welcher durch den Gaseintrittsstutzen 5 in das Gehäuse 1 eintritt, durchströmt zum größten Teil als Radialstrom b den Katalysator, während ein kleiner Teil am Anströmkegel 15 abgelenkt (c) und durch die perforierte Wand des Metallringes 12 hindurchgepreßt wird. Im Katalysatorvorratsraum wird das Gas schließlich zu einem Axialstrom d umgelenkt, welcher auf die Stirnseite der Katalysatorschüttung mit einem gegenüber dem Radialstrom erhöhten Druck drückt.
Fig. 2: Vom Gasstrom e, welcher durch den Gaseintrittsstutzen 5 in das Gehäuse 1 eintritt, wird ein kleiner Teil durch den Gasentnahmering 19 abgelenkt (/), während der Hauptteil den Katalysator als Radialstrom g durchströmt. Nach Passieren der Perforierung im Gaseintrittsstutzen 5 verläuft der Gasstrom / zwischen der Endplatte 3 und dem Gasleitblech 22, wird im Bereich zwischen den Metallringen
JO (11,12) axial gerichtet und wirkt nun auf die Katalysatorschüttung zusammenpressend ein.
Fig. 3: Vom Gasstrom h, welcher durch den Gaseintrittsstutzen 5 in das Gehäuse 1 eintritt, durchströmt der größere Teil als Radialstrom i den Katalysator, während ein Teil / die mit Durchbohrungen 2β versehene Endplatte 3 durchströmt, am Deckel 21 umgelenkt wird und als Axialstrom k über die Durchbohrungen 20 in der Endplatte 3 auf die Katalysator schüttung drückt.
Fig. 4: Vom Gasstrom /, welcher durch den Gaseintrittsstutzen 5 in das Gehäuse 1 eintritt, wird eii kleiner Teil durch den Gasentnahmering 19 abgelenk (m), während der Hauptteil den Katalysator als Ra dialiitrom η durchströmt. Nach Passieren der Perfo rierung im Gaseintrittsstutzen 5 wird der Gasstrom η zu einem Axialstrom ο umgeformt, welcher auf dii Stirnseite der Katalysatorschüttung drückt.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zur Aufnahme von körnigen Katalysatoren für die Abgasentgiftung von Verbrennungsmotoren, bestehend aus einem mit Endplatten verschlossenen Gehäuse, welches einen Gaseintrittsstutzen und einen Gasaustrittsstutzen aufweist und in welchem sich konzentrisch zum Gaseintrittsstutzen ein gelochte Wandungen aufweisender, im Querschnitt ringförmiger Behälter befindet, gekennzeichnet durch mindestens eine die Umformung eines Teiles des in das Gehäuse (1) einströmenden Gases in einen axialen, auf einen Stirnseitenbeireich des Behälters (7) gerichteten Gasstrom mit erhöhtem statischem Druck bewirkende Gasleiteinriditung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleiteinrichtung aus einem zwischen einem senkrecht an einer Endplatte (3) befestigten Metallring (12) angeordneten Anströmkegel (15) und aus einem weiteren, senkrecht an der Endplatte (3) befestigten Metallring (11) mit senkrecht daran angeordnetem Ringblech (18) besteht, wobei der Metallring (12) im Bereich des Anströmkegels (15) perforiert ist (Fig. 1).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht an einer Endplatte (3) zwischen dem Metallring (12) und dem weiteren Metallring (11) ein dritter Metallring (16) befestigt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Meitallring (16) nahe der Endplatte (3) an seinem Umfang Durchbrechungen (17) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ■ kennzeichnet, daß die Gasleiteinrichtung aus einem zwischen einem senkrecht an einer Endplatte (3) befestigten Metallring (12) angeordneten Gasentnahmering (19) und aus einem weiteren, senkrecht an der Endplatte (3) befestigten Metallring (11) mit senkrecht daran angeordnetem Ringblech (18) besteht, wobei der Metallring (12) stromaufwärts des Gasentnahmeringes (19) perforiert ist (Fig. 2).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasentnahmering (19) auf der entgegengesetzten Seite des Metallringes (12) sich in einem Gasleitblech (22) fortsetzt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleiteinrichtung aus einer mit Durchbohrungen (20) versehenen Endplatte (3) und aus einem weiteren, senkrecht an der Endplatte (3) befestigten Metallring (11) mit senkrecht daran angeordnetem Ringblech (18) besteht (Fig. 3).
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleiteinrichtung zusätzlich einen die mit Durchbohrungen (20) versehene Endplatte (3) nach außen abschließenden, am Gehäusemantel (2) befestigten Deckel (21) aufweist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleiteinrichtung zusatzlieh einen die mit Durchbohrungen (20) versehene Endplatte (3) nach außen abschließenden, am Gehäusemantel (2) und am Gaseintrittsstutzen (5) befestigten ringförmigen Deckel (23) sowie im Gaseintrittsstutzen (5) einen Gasentnahmering (19) aufweist, wobei der Gaseintrittsstutzen (5) im Bereich zwischen dem ringförmigen Deckel (23) und dem Gasentnahmering (19) perforiert ist (Fig. 4).
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