催化器裝置和廢氣催化器的制作方法

文檔序號：12140773閱讀：240來源：國知局

本發(fā)明涉及一種根據權利要求1的前序部分所述的催化器裝置。此外本發(fā)明涉及一種廢氣催化器。

背景技術：

用于大型發(fā)動機例如用于在發(fā)電站中的內燃機或也用于船用柴油內燃機的廢氣催化器典型地具有多個催化器裝置，其中每個催化器裝置具有非金屬的、尤其陶瓷的或由纖維墊(Fasermatte)構建的、由廢氣穿流的催化器主體以及金屬的罩殼，該金屬的罩殼局部區(qū)段地包圍催化器主體。相應的催化器裝置的金屬的罩殼用于將相應的催化器裝置限定地連結到內燃機的廢氣系統(tǒng)的其他的組件處，那么例如連結到引導廢氣的線路處。催化器裝置的陶瓷的催化器主體(該催化器主體在用于大型發(fā)動機的廢氣催化器中具有帶有基本上矩形的入流側和基本上矩形的出流側的基本上方形的輪廓)也稱為蜂窩或蜂巢并且催化器裝置的罩殼也稱為罐裝殼(Canning)。用于催化器裝置的陶瓷的催化器主體通過至少一個支承墊固定在催化器裝置的金屬的罩殼中，該至少一個支承墊定位在在相應的催化器裝置的催化器主體和罩殼之間的間隙中。對于固定式的發(fā)電站應用催化器主體能夠在沒有另外的特別的措施的情況下通過一個或多個支承墊充分地固定在催化器裝置的罩殼中。然而尤其對于非固定式的應用(例如對于船用應用或海事應用)存在這樣的問題，即催化器裝置經受振蕩或振動，該振蕩或振動能夠導致在相應的催化器裝置中催化器主體的滑動或甚至能夠導致該催化器主體從催化器裝置的罩殼松開。

因此存在對于尤其用于船用應用或海事應用的這樣的催化器裝置的需求，即在該催化器裝置中盡管通過振動或振蕩引起負載催化器裝置的催化器主體仍然能夠可靠地保持在催化器裝置的罩殼中，而不存在催化器主體的滑動或催化器主體的松開的危險。

技術實現要素：

以此為出發(fā)點本發(fā)明的任務在于，創(chuàng)造一種新穎的用于廢氣催化器的催化器裝置以及一種帶有這樣的催化器裝置的廢氣催化器。

本發(fā)明通過根據權利要求1所述的催化器裝置解決。根據本發(fā)明催化器主體的限制入流側和出流側的邊界或邊緣分別具有在210mm和280mm之間的尺寸；其中在催化器主體的邊界和金屬的罩殼之間的間隙垂直于催化器主體的穿流方向觀察具有這樣的尺寸，即該尺寸根據下面的關系確定：s≤ρ*5，其中s是以mm為單位的間隙的尺寸，并且其中ρ是所述或每個支承墊的以kg/m²表達的密度的無量綱的數值。本發(fā)明的認識是，通過催化器主體的入流側和出流側的限定的尺寸并且通過在催化器主體和罩殼之間的間隙的限定的尺寸確定(該尺寸確定取決于所述或每個支承墊的密度)，催化器主體能夠在形成催化器裝置的情況下特別地有利地容納在罩殼中，而不存在這樣的危險，即由于在運行中出現的振動負載和振蕩負載而使催化器主體在罩殼中滑動或從相應的催化器裝置的罩殼松開。在此在相應的催化器裝置的罩殼中布置有唯一的催化器主體。

根據一種有利的改進方案在催化器主體的邊界和金屬的罩殼之間的間隙的尺寸根據下面的規(guī)定確定：s≤ρ*4，其中所述或每個支承墊的密度為在0.9kg/m²和2.2kg/m²之間。就此能夠進一步改善催化器裝置的催化器主體在催化器裝置的罩殼中的固定。

根據另一有利的改進方案罩殼在垂直于催化器主體的穿流方向延伸的橫截面中具有基本上矩形的剖切面，其中罩殼的限制剖切面的平行于催化器主體的限制入流側和出流側的邊界或邊緣伸延的邊界或邊緣具有在220mm和290mm之間的尺寸，其中罩殼的側壁垂直于催化器主體的穿流方向具有在0.9mm和2.2mm之間的壁厚度，并且其中垂直于催化器主體的穿流方向的間隙的尺寸為最大8mm，優(yōu)選地6mm。就此能夠進一步改善催化器裝置的催化器主體在催化器裝置的罩殼中的固定。

根據另一有利的改進方案罩殼在催化器主體的入流側的區(qū)域中并且在催化器主體的出流側的區(qū)域中具有突出部，該突出部至少部分地封閉在催化器主體和罩殼之間的間隙并且該突出部在投影中鄰近催化器主體的限制入流側和出流側的邊界或邊緣覆蓋入流側和出流側。通過該突出部能夠進一步改善催化器裝置的催化器主體在催化器裝置的罩殼中的固定。此外該突出部承擔密封功能并且因此改善利用廢氣穿流催化器裝置的催化器主體。該突出部最大具有20mm的寬度，優(yōu)選地具有7mm到17mm的寬度。

根據本發(fā)明的廢氣催化器在權利要求11中限定。

附圖說明

本發(fā)明的優(yōu)選的改進方案從從屬權利要求以及隨后的描述中得出。本發(fā)明的實施例根據圖紙更詳細地被解釋，而不應受限于這些實施例。在此：

圖1示出了根據本發(fā)明的用于廢氣催化器的催化器裝置的透視圖；

圖2示出了催化器裝置的入流側的俯視圖；

圖3示出了圖1和2的根據本發(fā)明的催化器裝置的催化器主體的透視圖；并且

圖4示出了催化器主體的入流側的俯視圖。

具體實施方式

本發(fā)明涉及一種用于為船用應用或海事應用所用的內燃機的廢氣催化器的催化器裝置以及一種廢氣催化器。

根據本發(fā)明的催化器裝置尤其構造為用于船用柴油內燃機的SCR廢氣催化器的SCR催化器裝置。

圖1和2示出了根據本發(fā)明的催化器裝置10的不同的視圖，其中催化器裝置10具有由廢氣穿流的陶瓷的催化器主體11，該催化器主體11布置在金屬的罩殼12中。在催化器裝置10的金屬的罩殼12中布置有唯一的陶瓷的催化器主體11。

催化器主體11(該催化器主體11在圖3和4中以單獨示圖的形式示出)具有帶有基本上矩形的入流側13和同樣基本上矩形的出流側14的基本上方形的輪廓。由廢氣穿流的通道在入流側13和出流側14之間延伸，其中催化器主體11的穿流方向在圖3中通過箭頭15顯示。催化器主體11的封閉的側壁16在催化器主體11的入流側13和出流側14之間延伸。

帶有基本上方形的輪廓的催化器主體11因此具有四個封閉的側壁16，該四個封閉的側壁16在催化器主體11的入流側13和出流側14之間延伸，其中不僅入流側13和出流側14而且縱向側16設計成基本上矩形的輪廓。入流側13和出流側14使利用廢氣穿過催化器主體11的在入流側13和出流側14之間延伸的通道而穿流催化器主體11成為可能，其中催化器主體11在在入流側13和出流側14之間延伸的縱向側16的區(qū)域中封閉。

催化器裝置10的金屬的罩殼12局部區(qū)段地包圍催化器主體11，即如此包圍使得罩殼12不妨礙利用廢氣穿流催化器主體11。

那么能夠尤其從圖1中得出，催化器裝置11的罩殼12具有側壁17，該側壁17平行于催化器主體11的封閉的側壁16延伸。在催化器主體11的入流側13和出流側14的區(qū)域中罩殼12釋放催化器主體11。

在催化器裝置10的催化器主體11和罩殼12之間構造有間隙18，該間隙18垂直于催化器主體11的穿流方向觀察環(huán)繞地圍繞催化器主體11延伸，從而間隙18構造在催化器主體11的所有四個側壁16和催化器裝置10的罩殼12的鄰接的側壁17之間。

在該間隙18中定位有至少一個在圖中未示出的支承墊，以為了在催化器裝置10的罩殼12中固定催化器主體11。

在根據本發(fā)明的催化器裝置10中催化器主體11的限制入流側13和出流側14的邊界或邊緣19分別具有在210mm和280mm之間的尺寸。當所有四個邊界或邊緣19具有一致的尺寸時，則入流側13和出流側14設計成基本上正方形的輪廓。

在催化器主體11和金屬的罩殼12(即催化器主體11的側壁16和罩殼12的側壁17)之間的間隙18垂直于催化器主體11的穿流方向15觀察具有這樣的尺寸，即該尺寸根據下面的關系確定：s≤ρ*5，其中s是以mm(毫米)為單位的間隙的尺寸，并且其中ρ是所述或每個支承墊的以kg/m²(千克每平方米)表達的密度的無量綱的數值。優(yōu)選地在催化器主體11和金屬的罩殼12之間的間隙18垂直于催化器主體11的穿流方向15觀察根據下面的關系確定尺寸：s≤ρ*4。被插入以用于在罩殼12中固定催化器主體11的所述或每個支承墊的密度優(yōu)選地為在0.9kg/m²和2.2kg/m²之間。

被插入以用于固定的支承墊優(yōu)選地具有在50%和70%之間的總纖維份額以及在30%和50%之間的蛭石份額。在總纖維份額處的SiO₂份額為至少55%。

由廢氣穿流的催化器主體11具有這樣的長度，即該長度通過在入流側13和出流側14之間的間距確定，其中該長度尤其為在500mm和690mm之間，優(yōu)選地550mm到660mm，極度優(yōu)選地590mm到630mm。催化器主體11的垂直于在入流側13和出流側14處的邊界19延伸的邊界或邊緣20的長度因此處于該范圍中。

優(yōu)選地間隙18的垂直于穿流方向15限定的尺寸在催化器主體11的整個長度上是一致的。然而由于催化器主體11的公差在穿流方向上觀察垂直于穿流方向的間隙18的尺寸也能夠變化。

特別地優(yōu)選這樣的催化器裝置，即該催化器裝置的限制入流側13和出流側14的邊界或邊緣19分別具有在210mm和280mm之間、優(yōu)選地在230和260mm之間的尺寸，并且該催化器裝置的限定催化器主體11的長度的邊界或邊緣20具有在500mm和690mm之間、優(yōu)選地550mm到660mm、極度優(yōu)選地590mm到630mm的長度。那么罩殼12具有這樣的邊界或邊緣21，即該邊界或邊緣21基本上平行于催化器主體11的入流側13和出流側14的邊界或邊緣19延伸并且具有在220mm和290mm之間、優(yōu)選地240mm到260mm的長度。罩殼12的垂直于罩殼12的邊界或邊緣21并且基本上平行于催化器主體11的邊界或邊緣20伸延并且確定罩殼12的長度的邊界或邊緣22具有在510mm和710mm之間、優(yōu)選地在590mm和630mm之間的尺寸。

罩殼12的側壁17垂直于催化器裝置10的穿流方向觀察具有在0.9mm和2.2mm之間的厚度。

由催化器主體11的側壁16和罩殼12的側壁17限定的或限制的間隙18垂直于穿流方向15觀察具有最大8mm、優(yōu)選地最大6mm的尺寸。

催化器裝置10的罩殼12(該罩殼12至少在催化器主體11的側壁16的區(qū)域中局部區(qū)段地包圍催化器裝置10的催化器主體11)優(yōu)選地在朝向催化器主體11的方向上縮進(einziehen)，以為了改善催化器主體11在罩殼12中的固定。由此能夠在中間布置有至少一個支承墊的情況下調整在罩殼12和罩殼11之間限定的擠壓。

在催化器主體11的長度上觀察優(yōu)選地至少兩個墊子定位在間隙18中。

如果在催化器主體11的穿流方向15上觀察在間隙18的區(qū)段中應當沒有支承墊定位在催化器主體11和罩殼12之間時，那么對于重量降低有利的是，在這樣的區(qū)段中給罩殼12設有凹口，即沒有支承墊定位在該區(qū)段中。

在示出的優(yōu)選的實施例中罩殼12在催化器主體11的入流側13和出流側14的區(qū)域中具有突出部23。

突出部23在入流側13和出流側14的區(qū)域中至少局部區(qū)段地封閉在催化器主體11和罩殼12之間的間隙18并且在投影中局部區(qū)段地然而僅僅稍微直接鄰近催化器主體11的入流側13和出流側14的邊界或邊緣19覆蓋催化器主體11的入流側13和出流側14。由此在入流側13和出流側14的區(qū)域中間隙18能夠被密封并且此外能夠改善催化器主體11在催化器裝置10的罩殼12中的固定。突出部23能夠構造為側壁17的折邊。此外可能的是，例如通過焊接將提供突出部23的金屬橋接部與側壁17連接。突出部最大具有20mm的寬度，優(yōu)選地具有7mm到17mm的寬度。

催化器主體10優(yōu)選地具有至少0.8mm、優(yōu)選地至少0.9mm、特別優(yōu)選地至少1.0mm的外壁厚度，以為了確保足夠的機械的穩(wěn)定性。

催化器主體11的邊界或邊緣優(yōu)選地倒圓角，尤其帶有小于6mm的半徑，優(yōu)選地帶有小于5mm的半徑，特別地優(yōu)選地帶有小于4mm的半徑。

催化器主體11的內壁厚度(通過該內壁厚度構造流動通道)優(yōu)選地根據下面的關系確定：

1.75*Y^(-0.3)≤d_IW≤1.75*Y^(-0.4)，

其中d_IW是以mm(毫米)為單位的內壁厚度的尺寸，并且其中Y是催化器主體11的以cpsi(每平方英寸的單元數(cells per square inch，有時稱為每平方英寸的巢室數))表達的單元密度(Zelldichte，有時稱為巢室密度)的無量綱的數值。

催化器主體11的密度為尤其小于550kg/m³，優(yōu)選地小于500kg/m³，特別優(yōu)選地小于450kg/m³。

催化器主體11的熱膨脹系數優(yōu)選地處于5.1*10^-61/K和7.0*10^-61/K之間。

催化器主體11的等靜壓強度(isostatische Druckfestigkeit)為尤其至少6巴，優(yōu)選地至少7巴，特別優(yōu)選地至少8巴。

催化器主體11的自由的穿流橫截面(該自由的穿流橫截面通過由催化器主體11的可由廢氣穿流的通道限定的流動橫截面和在入流側13和出流側14的區(qū)域中的催化器主體11的總橫截面的比例限定)為至少68%，優(yōu)選地至少70%，特別地優(yōu)選地至少73%。

由催化器主體11、罩殼12和至少一個支承墊組成的催化器裝置10的總重量為小于40kg，優(yōu)選地小于30kg，特別地優(yōu)選地小于26kg。

根據本發(fā)明的催化器裝置10特別優(yōu)選地適用于應用為用于船用應用或海事應用的柴油內燃機的SCR廢氣催化器的SCR催化器裝置，但是不限于此，也就是說，根據本發(fā)明的催化器裝置10也應用于氧化催化器和微粒過濾器。

即使當催化器裝置10經受振動負載時，催化器主體11也可靠地保持在催化器裝置10的罩殼12中。不存在這樣的危險，即催化器主體11在罩殼12中滑動或甚至松開。