DE4432442C2 - Katalysatoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Katalysatoranordnung ge­ mäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Katalysatoren werden u. a. überall dort eingesetzt, wo schadstoffbeladene Abgase zu reinigen sind. So werden z. B. zur Reinigung von mit organischen Substanzen be­ ladenen Abgasen Platinkatalysatoren auf Al₂O₃-be­ schichtetem Trägermaterial eingesetzt. In der Regel be­ steht das Trägermaterial aus einem dünnen Metallblech, das zur Vergrößerung der Oberfläche mit Al₂O₃ be­ schichtet ist, wobei die Al₂O₃-Schicht die eigentliche Trägerschicht für den Platinkatalysator darstellt. Das beschichtete Trägermaterial wird in der Regel zu im Querschnitt kreisförmigen Paketen gewickelt, wodurch in einem verhältnismäßig kleinen Volumen eine große Katalysatoroberfläche untergebracht werden kann. Derartige Pakete werden auch als Kartuschen bezeich­ net. Die Länge einer Kartusche richtet sich nach ihrem Einsatzzweck; häufig werden mehrere Kartuschen in Reihe geschaltet, um die Katalysatorwirkung bei ihrer Durchströmung durch die Abgase zu erhöhen.

Entsprechend den Arrheniuskurven für Katalysato­ ren des oben genannten Aufbaus ergibt sich ein durch untere und obere Grenztemperaturen vorgegebener Temperaturbereich für die zuverlässige Funktion des Katalysators. Für einen Platinkatalysator auf Al₂O₃-be­ schichtetem Trägermaterial liegt die untere Grenze im Bereich von ca. 200°C, unterhalb der keine oder nur eine sehr schwache Reaktion des Katalysators zu verzeich­ nen ist, und einer Temperatur von ca. 650°C, oberhalb der der Katalysator zerstört wird. Die optimale Arbeits­ temperatur liegt zwischen der unteren und der oberen Grenztemperatur. Es muß also bei Einsatz derartiger Katalysatoren dafür Sorge getragen werden, daß die Betriebstemperatur in dem angegebenen Bereich ist.

Als ein erstes Beispiel für Katalysatoren des oben angegebenen Typs sei z. B. die Reinigung von lösungs­ mittelbeladener Abluft einer Lackiererei genannt. Ein ähnliches Einsatzgebiet ist z. B. der Trocknungsprozeß irgendeines Kunststoffes, wobei dieser Trocknungspro­ zeß mit der Freigabe von Lösungsmittel aus dem Kunst­ stoff verbunden sein kann. Auch bei einem Schwelungs- oder Pyrolyseprozeß entstehen Abgase, die mit organi­ schen Stoffen beladen sind.

Aus Umweltschutzgründen ist es nicht möglich, diese Abgase bzw. die mit entsprechenden organischen Stof­ fen beladene Luft in die Atmosphäre abzugeben, d. h. die entsprechenden Gase müssen nachbehandelt wer­ den.

Ein Katalysator stellt eine Möglichkeit der Nachbe­ handlung derartiger Gase dar. Die Reaktion der in den Gasen enthaltenen Stoffe im Katalysator erfolgt für die angegebenen Beispiele auf einer exothermen Basis, was dazu führt, daß die Temperatur in einer Katalysatorkar­ tusche ansteigt. Je nach Konzentration und Zusammen­ setzung der im Katalysator abzureinigenden Bestand­ teile kann sich längs des Durchtritts der zu reinigenden Abgase durch den Katalysator bzw. eine aus mehreren hintereinander geschalteten Kartuschen bestehende Katalysatoranordnung ein ungleichmäßiges Tempera­ turprofil ergeben. Dieses Temperaturprofil ist nicht nur ungleichmäßig, sondern kann in Abhängigkeit von der Konzentration der abzureinigenden Bestandteile Spit­ zenwerte erreichen, die durchaus außerhalb des oben angegebenden Arbeitsbereiches des Katalysators lie­ gen, und deshalb zu vermeiden sind. Diese Temperatur­ spitzen können bei mehreren hintereinander geschalte­ ten Kartuschen einer Katalysatoranordnung relativ weit in der Nähe des Eintritts der zu reinigenden Gase sein, wenn die Bestandteile im wesentlichen niedermole­ kularer Struktur sind. Die Temperaturspitzen können aber auch bei weiter hinter dem Eintritt der Abgase in die in der Katalysatoranordnung angeordneten Kartu­ schen auftreten, wenn die abzureinigenden Bestandteile im wesentlichen höhermolekularer Struktur sind. Der technische Normalfall ist jedoch, daß verschiedene or­ ganische, abzureinigende Bestandteile mit unterschied­ licher Molekularstruktur und unterschiedlichem Mole­ kulargewicht auftreten, so daß nicht vorhergesagt wer­ den kann, an welcher Stelle einer Katalysatoranordnung mit Temperaturspitzen zu rechnen ist. Die Wärmeab­ fuhr erfolgt über die Reaktionsprodukte bzw. die zur Verbrennung notwendige Luftmenge und ist daher sehr begrenzt.

Aus diesem Grunde legen die Katalysatorhersteller eine maximale Konzentration an abzureinigenden Be­ standteilen in einem einem Katalysator zugeführten Gas fest, um zu vermeiden, daß Temperaturspitzen jen­ seits der Funktionsfähigkeit, d. h. des oberen Tempera­ turgrenzwertes des Katalysators, auftreten. Abgasen, die höhere als die vom Katalysatorhersteller vorgege­ benen Grenzwerte aufweisen, z. B. höhere Werte als 50-80 g/m³, wird bei Katalysatoren des Standes der Technik vorgeheizte Luft zugeführt, einerseits um die Konzentration der zu reinigenden Gase auf den vom Katalysator vorgegebenen Grenzwert zu drücken und andererseits um zu gewährleisten, daß die untere Tem­ peraturgrenze für den Betrieb des Katalysators nicht unterschritten wird.

Für die Vorwärmung der den zu reinigenden Gasen zuzugebenden Luft ist Energie erforderlich, wobei ganz erhebliche Luftmengen erforderlich sein können, um die vom Katalysatorhersteller angegebenen maximalen Konzentrationswerte durch Verdünnung der Schad­ stoffbelastungen bei Eintritt in den Katalysator einzu­ halten.

Um die geschilderten technischen Probleme zu lösen, wäre es denkbar, ein kompliziertes Regelsystem einzu­ setzen, das auf der Basis von zahlreichen Temperatur­ meßsonden längs der Katalysatoranordnung zur Be­ stimmung des Temperaturprofils über den Katalysator, zahlreichen Konzentrationssonden zur Bestimmung der Schadstoffkonzentration in den zu reinigenden Gasen vor einem Eintritt und nach einem Austritt aus dem Katalysator sowie Temperatursonden für die vorge­ wärmte Luft arbeitet, um zu gewährleisten, daß der Ka­ talysator im optimalen Betriebsbereich arbeitet, ein gleichmäßiges Temperaturprofil längs des Katalysators vorhanden ist und eine hohe Lebensdauer der Katalysa­ toranordnung gewährleistet wird. Da neben den er­ wähnten Sensoren zahlreiche Stellglieder erforderlich wären, die auch im höheren Temperaturbereich zuver­ lässig arbeiten müßten, würde ein derartiges Regelsy­ stem erhebliche Kostennachteile mit sich bringen.

Es ist deshalb Ziel der Erfindung, eine Katalysatoran­ ordnung mit einem Regelsystem zu schaffen, welches stets eine Funktion des Katalysators im optimalen Be­ triebsbereich gewährleistet und welches kostengünstig herstellbar ist.

Dieses Ziel wird durch eine Katalysatoranordnung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 realisiert.

Danach weist eine Katalysatoranordnung gemäß der Erfindung eine mit einer Katalysatorschicht versehene Kartusche auf, welche einen in ihrem Inneren angeord­ neten, axial sich erstreckenden Hohlraum aufweist, in welchem ein hülsenförmiger Körper angeordnet ist. Die Materialien des hülsenförmigen Körpers und das der Kartusche weisen voneinander verschiedene Wärme­ ausdehnungskoeffizienten auf. Darüber hinaus hat der hülsenförmige Körper mindestens an einer Stirnseite einen Dichtungsbund, der mit einem Anschlag versehen ist und bei Erwärmung bewirkt, daß eine relative Bewe­ gung von Kartusche und Körper axial gegeneinander aus einer abdichtenden Position in eine geöffnete Posi­ tion erfolgt, und daß bei Abkühlung die Bewegung in umgekehrter Richtung von der geöffneten in die abdich­ tende Position erfolgt.

Vorzugsweise sind mehrere Kartuschen hintereinan­ dergeschaltet, so daß in ihrem Innern auch mehrere hin­ tereinandergeschaltete hülsenförmige Körper modular­ tig angeordnet sind und somit die Katalysatoranord­ nung aus einer Vielzahl von Kartuschen- und Körper­ modulen besteht.

Vorzugsweise weist der hülsenförmige Körper einen Ringflansch auf, welcher bei Nichtbetriebstemperatur von der jeweiligen Stirnseite benachbarter Kartuschen­ module beabstandet ist. Der hülsenförmige Körper ist von einem Kühlmittel durchströmt. Wird der Katalysa­ tor betriebsmäßig mit einem abzureinigende Bestand­ teile enthaltenden Gas beaufschlagt, so wird durch die exotherme Reaktion, welche in dem Katalysator statt­ findet, die Temperatur in den Kartuschen schneller an­ steigen als in den in den Kartuschen angeordneten Kör­ pern. Außerdem wird sich ein Kartuschenmodul stärker ausdehnen als ein durch ein Kühlmittel durchströmter hülsenförmiger Körper, wenn bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Kartusche einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Körper hat und zudem der Körper durch das Kühlmittel kühlgehal­ ten wird. Bei weiterer Erhöhung der Temperatur in dem Kartuschenmodul auf eine vorbestimmte Temperatur wird aufgrund der Wärmedehnung das Kartuschenmo­ dul das ihm zugeordnete hülsenförmige Körpermodul an seinem Ringflansch berühren und bei weiterer Aus­ dehnung bewirken, daß jeweils eine Dichtfläche der mo­ dulartig hintereinander angeordneten, hülsenförmig ausgebildeten Körper vorzugsweise einen Ringspalt in der geöffneten Position freigibt, durch welchen Kühl­ mittel in im wesentlichen radialer Richtung den Stirnsei­ ten der Kartuschenmodule zugeführt wird. Die Spaltöff­ nung der Dichtfläche wird um so größer sein, je höher die auftretende Temperatur ist. Je größer der Spalt ist, um so mehr Kühlmittel wird zur jeweiligen Katalysator­ kartusche geleitet. Je mehr Kühlmittel in die Katalysa­ torkartusche geleitet wird, um so rascher wird sich die betreffende Katalysatorkartusche auf die geforderte Temperatur herunterkühlen. Durch diese Abkühlung wird erreicht, daß sich die Kartusche wieder zusammen­ zieht und schließlich bei Unterschreiten der erwähnten vorbestimmten Temperatur den Ringflansch des hülsen­ förmigen Körpers wieder freigibt, so daß es zu einem erneuten Schließen der Dichtfläche zwischen den ein­ zelnen hülsenförmigen Körpern kommt.

Der wesentliche Vorteil eines derartigen Systems be­ steht darin, daß es gleich einem PI-Regler selbst regulie­ rend ist und ohne jegliche Temperatursensorik aus­ kommt. Durch die Auswahl entsprechender Material­ kombinationen zwischen der Kartusche und dem in der Kartusche angeordneten Körper sowie durch entspre­ chende Dimensionierung des Spieles zwischen der Kar­ tusche und dem Körper bei Raumtemperatur erfolgt je nach Temperaturprofil, d. h. also je nach Konzentration der Schadstoffe, eine selbsttätige Regelung der Zufuhr von Kühlmittel zu den Katalysatormodulen.

Die Anforderungen an den hülsenförmigen Körper innerhalb der Kartusche bestehen darin, daß das Kör­ permaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher vorzugsweise niedriger als der der Kartusche ist, und welches auch bei Hintereinander­ schaltung mehrerer hülsenförmiger Körpermodule die Dichtigkeit der Körper zueinander bzw. einen entspre­ chenden Dichtsitz gewährleistet.

Vorzugsweise werden für den hülsenförmigen Kör­ per Keramik und für die Katalysatorkartusche in an sich bekannter Weise Metallträgermaterial verwendet.

Damit im Nichtbetriebszustand, d. h. in einem Zu­ stand, bei dem keine Zufuhr eines Kühlmittels in die jeweiligen Katalysatorkartuschen erforderlich ist, ein zuverlässiges Schließen der Dichtflächen der hülsenför­ migen Körper, die durch ein Kühlmittel durchströmt werden, gewährleistet wird, ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein die hülsenförmigen Körper in axialer Richtung zusammendrückendes Federelement vorgesehen.

Zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemä­ ßen Katalysatoranordnung sind in den Ansprüchen 7 bis 18 definiert.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmög­ lichkeiten der Erfindung sind in der nachfolgenden de­ taillierten Beschreibung unter Bezug auf die Zeichnung aufgeführt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung zweier Katalysatorkartuschen mit dem hohlen hülsenförmigen Körper im Innern mit einer Teilschnittansicht des Dichtungsbereichs zweier aneinander stoßender hülsenförmiger Körper;

Fig. 2-4 Ausführungsbeispiele eines im Innern des hülsenförmigen Körpers angeordneten Stützträgers;

Fig. 5 die Draufsicht auf einen Ringflansch eines hül­ senförmigen Körpers;

Fig. 6 eine Katalysatoranordnung mit Durchströ­ mung des Kühlmittels in einer Richtung; und

Fig. 7 eine Katalysatoranordnung mit Durchströ­ mung des Kühlmittels in zwei Richtungen.

In Fig. 1 sind zwei Kartuschen bzw. Kartuschenmo­ dule 1, lose in einem Rohr 9 steckend, mit einem axial sich erstreckenden und zentral angeordneten Hohlraum 3 dargestellt, in welchem hülsenförmige Körper 2 ange­ ordnet sind, welche im Bereich des Dichtbundes einen Ringflansch 4 und eine diametral sich erstreckende Dichtfläche 5 aufweisen, wobei die Dichtflächen 5 be­ nachbarter Körper 2 derart ausgebildet ist, daß sie ähn­ lich einem Ventilsitz exakt zueinander passen, so daß im geschlossenen Zustand eine entsprechende Dichtfunk­ tion realisiert wird.

Die Kartuschen sind in einem axialen Abstand zuein­ ander angeordnet, der durch die Dicke des Ringflan­ sches 4 einschließlich Auflageschultern sowie eines ge­ nau definierten Spiels bestimmt wird. Die Dichtflächen 5 der sich berührenden hülsenförmigen Körper 2 werden durch ein Federelement 8 zusammengedrückt, welches an einer Seite der Katalysatoranordnung auf einer Zu­ fuhrleitung für das Kühlmittel sitzt und gegen den äuße­ ren Rand des äußersten Ringflansches drückt.

Je nach Einsatzzweck kann das durch die hülsenför­ migen Körper 2 einer Katalysatoranordnung strömende Kühlmedium Wasser, Luft, ein inertes Gas oder irgend­ ein an den jeweiligen Einsatzzweck angepaßtes Kühl­ medium sein. Zwischen dem durch den ein Kühlsystem bildenden hülsenförmigen Körper 2 strömenden Kühl­ medium und den in den Katalysatorkartuschen 1 zu be­ handelnden Gasen ist eine positive Druckdifferenz vor­ handen, so daß gewährleistet wird, daß beim Öffnen der Dichtflächen 5 Kühlmittel in den Zwischenraum zwi­ schen den Katalysatorkartuschen 1 strömt.

Die Materialien der Kartuschen 1 und der hülsenför­ migen Körper 2 sind so gewählt, daß sie voneinander verschiedene Wärmeübergangskoeffizienten aufweisen. Vorzugsweise weist die Kartusche 1 einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der hülsenförmige Körper 2 auf. Wenn sich durch die im Katalysator ablau­ fende exotherme Reaktion die Temperatur des Kataly­ satorelementes, d. h. der Kartusche 1 erhöht, wird diese sich ausdehnen. Diese thermische Ausdehnung ist we­ gen des höheren Wärmeübergangskoeffizienten größer als die thermische Expansion des hülsenförmigen Kör­ pers 2, welcher von einem Kühlmedium durchströmt wird, wobei das Kühlmedium selbstverständlich eine niedrigere Temperatur als das im Katalysator behandel­ te Gas hat.

Das Spiel zwischen den Stirnflächen der Katalysator­ kartusche 1 und den axialen Stirnflächen des Ringflan­ sches 4 des hülsenförmigen Körpers 2 ist so gewählt, daß die Stirnfläche der Kartusche 1 die axiale Ringflä­ che des Ringflansches 4 erst berührt, wenn eine ge­ wünschte, d. h. vorbestimmte optimale Betriebstempe­ ratur der Kartusche 1 erreicht bzw. überschritten wird. Diese optimale Betriebstemperatur liegt bei den in der Einleitung aufgeführten Platinkatalysatoren auf Al₂O₃-beschichtetem Trägermaterial im Bereich von ca. 300°-500°C, d. h. zwischen der unteren Grenztempe­ ratur von 200°C und der oberen Grenztemperatur von 650°C. Konstruktiv kann der erwähnte Spalt zwischen den Stirnflächen des Ringflansches 4 und denen der Kartuschen 1 so gewählt werden, daß unter Beachtung der Ausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Materialien für die Kartusche 1 und den hülsenförmigen Körper 2 eine vorbestimmte Öffnungstemperatur reali­ siert wird. Somit sind beliebige Einsatzfälle denkbar, und die Katalysatoranordnung gemäß der Erfindung ist für unterschiedlichste Katalysatortypen, unterschied­ lichste Konzentrationen an Schadstoffen, unterschied­ lichste Temperaturbereiche und Einsatzfälle anwend­ bar. Es ist auch möglich, daß der Wärmeausdehnungs­ koeffizient des hülsenförmigen Körpers größer ist als der der Kartusche 1.

Wenn im Betrieb aufgrund der exothermen Energie­ freisetzung, bedingt durch die thermische Expansion die Kartusche 1, die axiale Ringfläche des Ringflansches 4 die Kartuschenstirnfläche berührt, wird der hülsenför­ mige Körper 2 gegen die Wirkung der Federkraft 8 in axialer Richtung gedrückt, wodurch die Dichtungsflä­ chen der in axialer Richtung hintereinander angeordne­ ten hülsenförmigen Körper 2 außer Eingriff gelangen und einen Ringspalt freigeben. Dieser Ringspalt ist in Fig. 1 diametral angeordnet, um die Strömungsge­ schwindigkeit durch die Kartuschen 1 zu berücksichti­ gen, d. h. einen im wesentlichen radialen Austritt des Kühlmediums aus dem Hohlraum 3 in den Zwischen­ raum zwischen den Kartuschen 1 zu realisieren. Die diametrale Neigung der Dichtungsflächen kann je nach den vorherrschenden Strömungsgeschwindigkeiten und Geometrien in der Katalysatoranordnung realisiert werden. Konstruktiv kann dieser Dichtungsbereich so gestaltet werden, daß das Kühlmedium radial nach au­ ßen gespritzt wird, sich entsprechend verteilen kann und somit eine optimale Kühlwirkung in der jeweiligen Ka­ talysatorkartusche entfalten kann.

Je größer die Wärmefreisetzung in der jeweiligen Ka­ talysatorkartusche 1 ist, um so stärker wird sich diese ausdehnen und um so stärker wird sich nach Erreichen der vorbestimmten, durch den oben genannten Abstand zwischen der axialen Ringfläche des Ringflansches 4 und der Stirnseite der Kartusche 1 festgelegten beding­ ten Öffnungstemperatur der Ringspalt im Dichtungsbe­ reich zwischen den hülsenförmigen Körpern 2 erwei­ tern, und um so mehr Kühlmittel wird in den Bereich zwischen die Katalysatorkartuschen 1 strömen. Das in diesen Bereich strömende Kühlmittel wird von dem die Katalysatorkartuschen 1 durchströmenden zu reinigen­ den Gas mitgerissen und führt zu einer Absenkung der Reaktionstemperatur im Katalysator. Da es sich bei dem vorliegenden System um ein selbsttätig arbeitendes Regelsystem handelt, wird auch an der Stelle, an der die höchsten Temperaturen in den Katalysatorkartuschen 1 auftreten, die größte Menge an Kühlmittel zugeführt werden. Die Verringerung der Temperatur der Kataly­ satorkartuschen führt unmittelbar zu einem Nachlassen der Reaktion, was wiederum eine Temperaturabsen­ kung mit sich bringt. Dadurch entsteht ein einigermaßen gleichmäßig verteiltes Temperaturprofil längs der ge­ samten Katalysatoranordnung, ohne daß komplizierte Temperatursensorik und weitere Stellmechanismen und Regelglieder verwendet werden müssen.

Das geschilderte selbsttätige Regelsystem bestimmt also durch die vorherige Auswahl der Materialpaarung zwischen hülsenförmigem Körper 3 und Katalysator­ kartusche 1 und damit der Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten sowie des Spiels zwischen beiden Teilen den Öffnungszeitpunkt, d. h. die Öffnungstemperatur. Diese Katalysatoranordnung bestimmt also selbsttätig, an welchen Stellen der Katalysatoranordnung die Tempe­ ratur zu stark angestiegen ist und wieviel Kühlmittel dementsprechend diesen Stellen zur Absenkung der Prozeßtemperatur im Katalysator zugeführt werden muß.

Zur Sicherstellung der für die Öffnung eines Spaltes zwischen zwei hülsenförmigen Körpern erforderlichen elastischen Dehnung ist ein Federelement 8, vorzugs­ weise Tellerfedern, vorgesehen. Dieses Federelement 8 kann nur in dem heruntergekühlten Zustand der Kataly­ satorkartuschen 1 wirken, da die thermischen Expan­ sionskräfte der Kartuschen 1 bei überhitztem Zustand wesentlich größer sind als die Federkraft.

In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist im Hohlraum 3 im Innern des hülsenförmigen Kör­ pers 2 ein Stützträger 6 angeordnet, der den inneren Hohlraum 3 in verschiedene Strömungssegmente, d. h. Teilkanäle 7 unterteilt. Dieser Stützträger 6 erstreckt sich über die gesamte Länge aller hintereinanderge­ schalteten hülsenförmigen Körpermodule 2. In den Fig. 2-4 sind verschiedene Ausführungsformen des Stützträgers 6 dargestellt.

Fig. 2 zeigt einen sog. Trilobalstützträger, welcher den Hohlraum 3 des hülsenförmigen Körpers 2 in drei vorzugsweise gleich große Teilkanäle 7 unterteilt. Der Stützträger 6 hat zum einen die Funktion, die hinterein­ ander geschalteten hülsenförmigen Körper 2 in genauer axialer Ausrichtung zu fixieren, damit eine zuverlässige Dichtung an den Dichtflächen der aneinander anstoßen­ den hülsenförmigen Körper 2 realisiert wird, und hat zum anderen die Funktion, Kühlmittel im Gleichstrom­ prinzip durch die Teilkanäle 7 des Hohlraumes 3 der hülsenförmigen Körper 2 zu schicken, wie es z. B. in Fig. 6 angedeutet ist.

Fig. 3 zeigt einen Stützträger, welcher den Hohlraum 3 des hülsenförmigen Körpers 2 in drei etwa gleich gro­ ße Ringsegmentteilkanäle und einen zentralen kreisför­ migen Kanal unterteilt. Dieser Stützträger wird für das bevorzugte Gegenstromprinzip benutzt, wobei der Kühlmittelvorlauf im zentralen kreisförmigen Kanal, der Rücklauf in den Ringsegmentkanälen vorgesehen ist (siehe auch Fig. 7).

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 unterteilt den Hohlraum 3 eines hülsenförmigen Körpers 2 in vier gleichgroße Kreissegmentabschnitte und einen quadra­ tischen zentralen Abschnitt und ist ebenso für das Ge­ genstromprinzip anwendbar.

In Fig. 5 ist die Draufsicht auf den Ringflansch eines Körpers 2 mit den für einen ungehinderten Austritt des Kühlmittels erforderlichen Distanzschultern 10 gezeigt.

Ein weiterer Vorteil derartiger Stützträgers 6 gemäß Fig. 3 oder 4 liegt darin, daß die gesamte Einheit der hintereinander angeordneten hülsenförmigen Körper 2 und der Katalysatorkartuschen 1 vormontierbar sind und von einer Seite in ein von den Abgasen durchström­ tes Rohr einschiebbar sind.

Die Größe des Spaltes zwischen der axialen Ringflä­ che des Ringflansches 4 und den Stirnflächen der Kata­ lysatorkartuschen 1 in Zusammenhang mit der Größe der einzelnen Module des Katalysators bestimmt letzt­ lich die Fertigungsgenauigkeit. Kleinere Module erfor­ dern selbstverständlich viel kleinere elementbezogene Wärmedehnungswege, die einen größeren Verlegungs­ aufwand und eine höhere Fertigungspräzision erfor­ dern.

Vorzugsweise weisen die Elemente Längen im Be­ reich von 50-200 mm auf. Vorzugsweise Durchmesser­ bereiche des hülsenförmigen Körpers 2 liegen im Be­ reich von etwa 20-30 mm. Je nach Einsatzzweck und geforderter Genauigkeit sind selbstverständlich sowohl kürzere als auch größere Elemente möglich.

Bei Umkehr der Strömungsrichtung des Gasstroms sind die hülsenförmigen Körper ebenso zu drehen, da­ mit das Kühlmedium auf der strömungszugewandten Seite der Kartusche 1 austritt.

Da die Anforderungen an den hülsenförmigen Kör­ per 2 darin bestehen, daß dieser einen möglichst großen Unterschied bezüglich des Ausdehnungskoeffizienten der Katalysatorkartusche aufweist und daß das Material zur Herstellung von Dichtungen an den Stoßstellen zwi­ schen den sich berührenden, axial hintereinander ange­ ordneten Körpern 2 geeignet sein muß, kann außer Ke­ ramik z. B. noch Glas verwendet werden.

Der Einsatz von Gummi an den Dichtungsflächen 5 der axial hintereinander angeordneten hülsenförmigen Körper 2 ist nur dann vorteilhaft, wenn die Temperatu­ ren in dem entsprechenden Katalysator z. B. 200°C nicht übersteigen.

Claims (18)

1. Katalysatoranordnung mit mindestens einer Kar­ tusche (1), die eine Katalysatorschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die Kartusche (1) einen axialen Hohlraum (3) aufweist;
• b) mindestens ein hülsenförmiger Körper (2) in dem Hohlraum (3) angeordnet ist;
• c) das Material des hülsenförmigen Körpers (2) und das der Kartusche (1) voneinander ver­ schiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen; und
• d) der hülsenförmige Körper (2) mindestens an einer Stirnseite einen Dichtungsbund aufweist, welcher bei Erwärmung durch eine relative Bewegung von Kartusche (1) und Körper (2) axial gegeneinander aus einer abdichtenden Position in eine geöffnete Position und bei Ab­ kühlung von der geöffneten in die abdichtende Position bewegbar ist.

2. Katalysatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartusche (1) und der hül­ senförmige Körper (2) modulartig ausgebildet sind und daß die Katalysatoranordnung aus einer Viel­ zahl von Kartuschen- und Körpermodulen besteht.

3. Katalysatoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsbund des mo­ dulartigen hülsenförmig ausgebildeten Körpers (2) eine Dichtfläche (5) aufweist, durch welche bei Er­ wärmung der Kartusche ein Ringspalt in der geöff­ neten Position freigegeben und bei Abkühlung wie­ der geschlossen wird.

4. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprü­ che 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsen­ förmige Körper (2) einen Ringflansch (4) mit Schul­ tern zur Anlage an einer Stirnseite der Kartusche (1) nach Erhöhung der Temperatur auf eine vorbe­ stimmte Temperatur aufweist.

5. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprü­ che 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Materi­ al des Körpers (2) einen geringeren Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten als das der Kartusche (1) auf­ weist, so daß bei steigender Temperatur die Kartu­ sche (1) eine stärkere Ausdehnung als der Körper (2) erfährt.

6. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprü­ che 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsen­ förmige Körper (2) aus Keramik oder Glas besteht.

7. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprü­ che 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem hül­ senförmigen Körper (2) ein Stützträger (6) vorge­ sehen ist, der den axialen Hohlraum (3) des Körpers (2) in sich axial erstreckende Teilkanäle (7) unter­ teilt.

8. Katalysatoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stützträger (6) einen sternförmigen Querschnitt aufweist.

9. Katalysatoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hülsenförmige Körper (2) in seinem axialen Hohlraum (3) einen kontinuierli­ chen Kühlmittelstrom führt.

10. Katalysatoranordnung nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß Kühlmittel in minde­ stens einem Teilkanal (7) in einer Richtung und in mindestens einem anderen Teilkanal in die ande­ re Richtung strömt.

11. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprü­ che 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß in dem axialen Hohlraum (3) des hülsenförmigen Körpers (2) inertes Gas oder Wasser strömt, wobei eine po­ sitive Druckdifferenz zwischen den Medien im Körper (2) und in der Kartusche (1) vorhanden ist.

12. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprü­ che 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartu­ schen (1) mittels beheizter Luft, die einem schad­ stoffbeladenen Abgas zugegeben wird, in einem Temperaturbereich von 300°-500°C vorheizbar sind.

13. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprü­ che 1-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kartu­ schen (1) mittels Elektroenergie vorheizbar sind.

14. Katalysatoranordnung nach Anspruch 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (5) der jeweiligen Dichtbünde so gestaltet ist, daß bei Er­ wärmung der Kartuschen (1) ein im wesentlichen radialer Austritt von Kühlmittel in die Kartuschen (1) erfolgt.

15. Katalysatoranordnung nach einem der Ansprü­ che 1-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge eines Modules, bestehend aus hülsenförmigem Körper (2) und Kartusche (1), 50-200 mm beträgt und der Durchmesser des hülsenförmigen Körpers (2) im Bereich von 20-30 mm liegt.

16. Katalysatoranordnung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die hülsenförmigen Körper (2) an einem Ende mittels eines Federele­ mentes (8) vorgespannt sind.

17. Katalysatoranordnung nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stützträger (6) ei­ nen hohlquadratischen Querschnitt aufweist.

18. Katalysatoranordnung nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stützträger (6) ei­ nen kreisförmigen Hohlquerschnitt mit sternförmig sich erstreckenden Streben aufweist, so daß der Stützträger (6) einen zentralen kreisförmigen Teil­ kanal (7) und drei im Querschnitt kreissegmentarti­ ge Teilkanäle (7) schafft.