DE4234931A1

DE4234931A1 - Katalysator

Info

Publication number: DE4234931A1
Application number: DE4234931A
Authority: DE
Inventors: Hans A Dipl Ing Haerle
Original assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Current assignee: Schwaebische Huettenwerke Automotive GmbH
Priority date: 1992-10-16
Filing date: 1992-10-16
Publication date: 1994-04-21

Description

Die Erfindung betrifft einen Katalysator zur Beseiti gung von schädlichen Bestandteilen aus dem Abgas eines Verbrennungsmotores oder aus einer Verbrennungsanlage für fossile Brennstoffe, der ein oder mehrere tempera turfeste und korrosionsbeständige Katalysatorwände aufweist, die Strömungskanäle bilden, wobei die Ober flächen der Katalysatorwände, an denen das Abgas auf dem Wege von einem Einlaß zu einem Auslaß entlang strömt, mit katalytisch wirkenden Werkstoffen versehen sind.

Bekannte Katalysatoren haben den Nachteil, daß die Oberflächen der Katalysatorwände sehr glatt bzw. rei bungsarm sind, so daß das Gas laminar durch die Kanäle des Katalysators strömt. Durch diese laminare Strömung kommt nur ein geringer Teil des Abgases mit der kata lytischen Beschichtung der Katalysatorwände in Berüh rung. Aus diesem Grunde ist der Wirkungsgrad des Kata lysators beschränkt.

Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist bereits vorge schlagen worden, durch in die Kanäle eingesetzte Schi kanen, Hindernisse oder dergleichen oder durch ein Verdrehen und/oder Versetzen der Kanäle eine turbulen te Strömung des Abgases zu erreichen, durch die auf grund der Verwirbelung ein besserer Kontakt mit den Katalysatorwänden auftritt.

Nachteilig bei dem bekannten Verfahren ist jedoch, daß entweder das Ergebnis immer noch nicht zufriedenstel lend ist, oder daß ein verhältnismäßig hoher Aufwand erforderlich ist, um eine gute Wirkung zu erzielen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, einen Katalysator der eingangs erwähnten Art derart zu verbessern, daß ohne großen Aufwand mit die sem ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann, insbe sondere in dem eine verbesserte Abgasführung erzielt wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß wenigstens ein Teil der Oberflächen der Katalysator wände durch darauf aufgebrachte faserige, körnige oder pulverförmige Materialien aufgerauht ist.

Durch die erfindungsgemäße Aufrauhung der Oberflächen der Katalysatorwände wird nicht nur eine Verwirbelung des durchströmenden Abgases und damit eine bessere Kontaktierung mit der katalytischen Beschichtung der Katalysatorwände erreicht, sondern darüber hinaus wird damit auch die Oberfläche vergrößert, was sich eben falls positiv auf den Wirkungsgrad auswirkt. Der Kon vertierungsgrad der im Abgas vorhandenen schädlichen Bestandteile wird damit deutlich verbessert.

Um optimale Wirkungen zu erzielen, kann dabei vorgese hen sein, daß die aufgebrachten Materialien ebenfalls katalytische Eigenschaften besitzen. Im Bedarfsfalle können die aufzubringenden Materialien sogar überhaupt die katalytische Beschichtung bilden und als Basis für den Katalysatorkörper wird nur ein Grundmaterial ein facher und billiger Art verwendet, wobei lediglich darauf zu achten ist, daß es genügend temperaturfest und korrosionsbeständig ist.

Von Vorteil ist es dabei, wenn vorgesehen ist, daß die aufzubringenden Materialien unterschiedliche Dicken und/oder Größen besitzen.

Durch unterschiedliche Dicken und/oder Größen läßt sich eine noch bessere Verwirbelung erreichen.

Der Katalysatorkörper kann sowohl hinsichtlich seiner Form als auch seines Aufbaues entsprechend den Anfor derungen aufgebaut sein.

Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn vorgesehen ist, daß der Katalysator aus einem Band ge bildet ist, das mit noppen- oder wabenartigen Erhöhun gen oder mit wellenartigen Ausbauchungen versehen ist, und das in Zylinderform gewickelt ist, wobei auf einer Stirnseite der Einlaß und auf der anderen Stirnseite der Auslaß angeordnet ist.

Ein derartiger Aufbau ist grundsätzlich bereits Stand der Technik, wobei das relativ dünne Band aus einem hochtemperaturfesten und korrosionsbeständigen Werk stoff, im allgemeinen Stahlblech, gebildet ist, das mit katalytisch wirkenden Stoffen beschichtet ist. Hierzu kann z. B. ein an sich bekanntes Wash-Coat-Ver fahren verwendet werden. Dabei wird das Blechband in eine Suspension bzw. einen Keramikbrei, in dem kataly tische Materialien, wie z. B. Platin, Palladium oder Rhodium eingebracht ist, eingetaucht. Anschließend wird das mit einer Überzugsschicht versehene Blechband in einem Sinterofen getrocknet und "gebrannt" bzw. aufgesintert.

Als Nachteil dabei hat sich nun herausgestellt, daß sich die katalytische Beschichtung bei sehr hohen Tem peraturen, die im Gebrauch auftreten können und/oder nach einer langen Dauer ablösen kann.

In überraschender Weise hat man nun festgestellt, daß sich dann, wenn vorgesehen wird, daß die Materialien vor dem Eintauchen des Blechbandes in ein mit kataly tisch wirkenden Stoffen versehenes Beschichtungsbad aufgebracht werden, die in dem Tauchbad erfolgende ka talytische Beschichtung wesentlich besser auf dem Ka talysatorkörper bzw. dem Blechband haftet. Dies bedeu tet, daß das auf die Oberflächen der Katalysatorwände aufgebrachte Material noch einen zweiten unerwarteten Vorteil bringt.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Aufbringung der Materialien auf die Katalysatorwände besteht dar in, daß gegebenenfalls auf eine separate Beschichtung des Katalysatorkörpers mit katalytisch wirkenden Be standteilen verzichtet werden kann, wenn die aufzu bringenden Materialien selbst entsprechend katalyti sche Wirkungen besitzen und in einer entsprechenden Schichtstärke aufgebracht werden.

Die Aufbringung der Materialien auf die Katalysator wände kann z. B. durch Aufsintern oder durch ein Flamm spritzen erfolgen. Bei dem zuletzt genannten Verfahren werden die gewünschten Materialien in Pulverform in einen Flammstrahl eines Schweißbrenners eingebracht und entsprechend verflüssigt auf die Katalysatorwände gespritzt.

Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung auch noch andere Aufbringverfahren möglich.

Als Grundmaterial für den Katalysatorkörper in Band form hat sich Stahlblech als sehr gut geeignet heraus gestellt, das mit 2 bis 5 Gewichtsprozent Aluminium und einem Anteil an bis zu 24 Gewichtsprozent Chrom, vorzugsweise 22 bis 24 Gewichtsprozent, legiert ist.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kata lysators, der aus einem Band in eine Zylin derform gewickelt ist;

Fig. 2 ausschnittsweise eine vergrößerte Ansicht auf eine Stirnseite des Katalysators nach der Fig. 1.

Ein Katalysator wird aus einem Blechband 1 gebildet, das eine Stärke zwischen 0,03 und 0,5 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,1 mm, besitzt und das auf einer Seite mit einer Oberfläche mit wellenförmigen Ausbauchungen ver sehen ist, die durch eine Vielzahl von hintereinander angeordneten Wellen 2 gebildet ist. Die Wellen 2 er strecken sich über die gesamte Breite des Blechbandes 1. Zur Bildung eines Katalysators wird das entspre chend elastische Blechband spiralförmig aufgewickelt, wodurch sich eine Vielzahl von Strömungskanäle 3 erge ben, die jeweils durch das Blechband 1 und die Wellen 2 begrenzt sind. Der Einlaß für das zu reinigende Ab gas erfolgt auf einer Stirnseite 4 während der Auslaß sich auf der anderen Stirnseite 5 befindet. Wie er sichtlich strömt das Abgas dabei entlang der auf diese Weise entstehenden Katalysatorwände, die mit kataly tisch wirkenden Werkstoffen bzw. Bestandteilen verse hen sind.

Vor dem Aufwickeln des Blechbandes 1 und damit vor Fertigstellung des Katalysators wird das Blechband 1 allseitig, d. h. somit auch die Wellen 2, mit faseri gen, körnigen oder pulverförmigen Materialien 6 verse hen. Die Materialien 6 können z. B. auf das Band 1 und die Wellen 2 aufgesintert werden und ergeben auf diese Weise eine rauhe Oberfläche, wodurch das einströmende Abgas entsprechend verwirbelt und zu einer verstärkten Kontaktierung der Katalysatorwände gelangt.

Die katalytische Wirkung der Katalysatorwände läßt sich dadurch erreichen, daß Materialien 6 verwendet werden, die katalytische Eigenschaften besitzen und die in eine entsprechende Stärke auf das Blechband 1 aufgebracht werden.

Die Materialien 6 werden in unterschiedlichen Dicken bzw. Größen aufgebracht, wobei sie sich über einen Be reich von wenigen µ bis ca. 1 mm erstrecken können. Die Höhen der Wellen 2 richten sich nach dem Anwen dungsfall insbesondere der Größe des Verbrennungsmoto res und können zwischen 0,5 bis 20 mm betragen.

Alternativ dazu kann die katalytische Wirkung der Ka talysatorwände durch eine Wash-Coat-Beschichtung er folgen, wobei in diesem Falle das Material zur Aufrau hung der Oberflächen vorher auf das Blechband 1 aufge bracht wird.

Selbstverständlich ist die Form des Katalysators und dessen Bildung aus einem Bandmaterial nur beispiels weise genannt. Gleiches gilt für die Wellenform. Im Bedarfs falle sind selbstverständlich andere Ausgestal tungen möglich und statt Wellen sind auch rechteckige oder dreieckige Rippen, Noppen, Stege oder auch andere Ausgestaltungen möglich, die einen entsprechenden Ab stand zwischen den einzelnen Lagen des aufzuwickelnden Blechbandes zur Bildung von Strömungskanälen 3 her stellen.

Statt einem flachen Blechband mit darauf angeordneten Wellen kann selbstverständlich als Bandmaterial auch ein Blechband verwendet werden, das rein in Wellenform gewickelt ist.

Zur Stabilisierung kann das gewickelte Blechband an schließend an den Stirnseiten wenigstens teilweise verlötet oder verschweißt werden. Gleiches gilt selbstverständlich für die Endnaht, die entlang einer Mantellinie verläuft.

Claims

1. Katalysator zur Beseitigung von schädlichen Be standteilen aus dem Abgas eines Verbrennungsmoto res oder aus einer Verbrennungsanlage für fossile Brennstoffe, der ein oder mehrere temperaturfeste und korrosionsbeständige Katalysatorwände auf weist, die Strömungskanäle bilden, wobei die Ober flächen der Katalysatorwände, an denen das Abgas auf dem Wege von einem Einlaß zu einem Auslaß ent langströmt, mit katalytisch wirkenden Werkstoffen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Oberflächen der Katalysa torwände durch darauf aufgebrachte faserige, kör nige oder pulverförmige Materialien (6) aufgerauht ist.

2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgebrachten Materialien (6) katalytische Ei genschaften besitzen.

3. Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien (6) unterschiedlichen Dicken und/ oder Größen besitzen.

4. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator aus einem Band (1) gebildet ist, das mit noppen- oder wabenartigen Erhöhungen oder mit wellenartigen Ausbauchungen (Wellen 2) verse hen ist, und das in Zylinderform gewickelt ist, wobei auf einer Stirnseite der Einlaß (4) und auf der anderen Stirnseite der Auslaß (5) angeordnet ist.

5. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien (6) auf die Katalysatorwände auf gesintert sind.

6. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien (6) vor der Beschichtung eines Blechbandes mit katalytisch wirkenden Stoffen auf das Blechband (1) aufgebracht sind.

7. Katalysator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien (6) vor dem Eintauchen des Blech bandes (1) in ein mit katalytisch wirkenden Stof fen versehenes Beschichtungsbad aufgebracht sind.

8. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien (6) durch Flammspritzen auf die Katalysatorwände aufgebracht sind.

9. Katalysator nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (1) aus einem Stahlblech gebildet ist, das mit 2 bis 5 Gewichtsprozent Aluminium und mit einem Anteil aus Chrom bis zu 24 Gewichtsprozent legiert ist.

10. Katalysator nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des Blechbandes (1) zwischen 0,03 und 0,5 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,1 mm, beträgt.

11. Katalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicken bzw. Durchmesser der auf die Katalysa torwände aufgebrachten Materialien (6) bis zu 1 mm betragen.