DE2509210A1 - Katalysatorvorrichtung zur entgiftung der auspuffgase von brennkraftmaschinen, insbesondere dieselmotoren, fuer den einsatz in untertaegigen grubenraeumen oder sonstigen gefaehrdeten raeumen - Google Patents

Katalysatorvorrichtung zur entgiftung der auspuffgase von brennkraftmaschinen, insbesondere dieselmotoren, fuer den einsatz in untertaegigen grubenraeumen oder sonstigen gefaehrdeten raeumen

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DE2509210A1 DE19752509210 DE2509210A DE2509210A1 DE 2509210 A1 DE2509210 A1 DE 2509210A1 DE 19752509210 DE19752509210 DE 19752509210 DE 2509210 A DE2509210 A DE 2509210A DE 2509210 A1 DE2509210 A1 DE 2509210A1
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Description

Patentanmeldung
der Firma
Gewerkschaft Eisenhütte Westfalia, 4628 Altlünen
Katalysatorvorrichtung zur Entgiftung der Auspuffgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, für den Einsatz in untertägigen Grubenräumen oder sonstigen gefährdeten Räumen
Dis Erfindung betrifft eine Katalysatorvorrichtung zur Entgiftung der Auspuffgase von Brennkraftmaschinen 9 insbesondere Dieselmotoren, für den Einsatz in untertägigen Grubenräumen oder sonstigen gefährdeten Räumen, mit einem Katalysator, der in einer von den heißen Auspuffgasen durchströmten Kammer angeordnet ist$> die mit einem wassergekühlten
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Auspuffsammeirohr der Brennkraftmaschine verbunden ist.
Bei Dieselmotoren, wie sie z.B. für Grubenlokomotiven verwendet werden, besteht die Forderung, die in den Auspuffgasen enthaltenen unverbrannten Schadgase, wie vor allem Kohlenmonoxid, vor dem Austritt in den Wetterstrom nachzuverbrenneno Dies geschieht mit Hilfe von Katalysatoren, welche in Kontakt mit den heißen Auspuffgasen die Kohlenmonoxidgase zu Kohlendioxid verbrennen. Die Dieselmotoren weisen hierbei ein wassergekühltes Auspuffsammeirohr auf, an welchem das den Katalysator aufnehmende Katalysatorgehäuse ausgangsseitig angebaut wird. Bei dieser Anordnung ergibt sich eine verhältnismäßig große Baulänge des Auspuff- und Katalysatorsystems und außerdem ein verhältnismäßig großer Aufwand für die Isolierung, da sowohl das Auspuffsammeirohr als auch das Gehäuse des Katalysators mit einer Gehäuseisolierung bzw. einem wassergekühlten Gehäusemantel versehen werden muß« Nachteilig ist außerdem, daß bei Nachschaltung des Katalysators die Auspuffgase einen langen Weg zurücklegen müssen und daher beim Eintritt in den Katalysator "bereits verhältnismäßig stark abgekühlt sind. Da die katalytische Nachverbrennung erst bei über 200° C voll zur Wirkung kommt und um so wirksamer ist, je höher die Temperatur der Auspuffgase im Kontaktbereich mit dem Katalysator sind, ergibt sich bei der bekannten Bauweise eins unerwünschte Verminderung des Wirkungsgrades der
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-3- 250321:.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Auspuff- und Katalysatorsystem für Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, so auszubilden, daß es gegenüber den bekannten Vorrichtungen kleiner und kompakter gebaut werden kann und möglichst auch einen höheren Ivirkungsgrad hat«,
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator im Inneren des mit einem Kühlmantel versehenen, wassergekühlten Auspuffsammeirohres angeordnet ist.
Die Anordnung der Katalysatorvorrichtung im Inneren des wassergekühlten Auspuffsammeirohres führt zu einer beträchtlichen Verminderung der Baulänge der Auspuff- und Katalysatorvorrichtung, die somit erheblich kompakter gebaut werden kann. Außerdem läßt sich bei dieser Bauweise eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades des Katalysators erreichen, da bei kürzerem Strömungsweg der Auspuffgase diese mit höheren Temperaturen in die Katalysatorkammer und in Kontakt mit dem Katalysator gelangen, wodurch die Nachverbrennung begünstigt wird. Vorteilhaft ist auch, daß der Aufwand für die Gehäuseisolierung vermindert wird, da für die Aufnahme des Katalysators kein gesondertes Gehäuse mit Kühlmantel vorgesehen zu werden braucht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das mit einem Doppelmantel für die Wasserkühlung versehene Auspuffsammelrohr einen Längskanal auf, der einerseits über Kanäle mit den Zylinderräumen des Motors und andererseits
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über mindestens einen Innenkanal mit der den Katalysator aufnehmenden Katalysatorkammer im Innenmantel des Auspuffsammeirohres verbunden ist. Zwischen dem wassergekühlten Innenmantel des Doppelmantels des Auspuffsammeirohres und dem in dem Innenmantel angeordneten Katalysator wird vorzugsweise eine Isolierung, zweckmäßig lediglich ein als Wärmeisolierung wirkender Luftspalt, vorgesehene
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist im Innenmantel des Auspuffsammeirohres eine denselben in eine Vorkammer und in eine nachgeschaltete Katalysatorkammer trennende Zwischenwand angeordnet, die mit mindestens einer zu der Katalysatorkammer führenden Durchgangsöffnung für die Auspuffgase versehen ist. Die heißen Auspuffgase gelangen also über die Vorkammer in die Katalysatorkammer und von dieser über ein Auspuffrohr bzw. einen Rohrstutzen ins Freie. Es empfiehlt sich, den Katalysator in einer Patrone od.dgl. anzuordnen, die nach Entfernen einer lösbaren Stirn- oder Flanschplatte od.dgl. in den Innenmantel des Auspuffsammeirohres einführbar und aus diesem herausziehbar ist. Das Katalysatorgehäuse bzw. die Patrone ist zweckmäßig mit einem Stutzen versehen, der auf einen Gegenstutzen der Zwischenwand aufschiebbar bzw. in diesen einschiebbar ist. Diese Bauweise ermöglicht ein einfaches und rasches Einbauen und Auswechseln des Katalysators.
In der Zeichnung ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Es zeigen:
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Fig. 1 in Draufsicht ein wassergekühltes Auspuffsamme1-rohr mit der darin eingebauten Katalysatorvorrichtung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie II-II der Fig. 1.
In der Zeichnung ist mit 10 ein Teil des Motorblockes bezeichnet, an welchem über eine Zwischenplatte 11 ein Auspuff sammelrohr 12 angeschraubt ist. Das Auspuffsammeirohr 12 weist einen Doppelmantel 13» 14 auf. Der Ringraum 15 zwischen Außenmantel 13 und hierzu konzentrischem Innenmantel 14 wird, wie bekannt, von einem Kühlmittel, insbesondere Kühlwasser, durchflossen. Das Kühlwasser wird über den Kühlwasseranschluß 16 zugeführt und es verläßt den Ringkanal des Doppelmantels 13» 14 über einen am anderen Ende des Auspuffsammeirohres angeordneten (in der Zeichnung nicht dargestellten) Auslaß. Auf diese Weise wird das äußere Mantelrohr 13 auf eine Temperatur von etwa 120° C abgekühlt, wie dies beim Einsatz des Dieselmotors in untertägigen Grubenräumen gefordert wird.
Die beiden Mantelrohre 13 und 14 des Auspuffsammeirohres sind mit einer .Anschlußplatte 17 z.B. durch Schweißen verbunden. Mit Hilfe dieser Anschlußplatte 17 wird das Auspuff sammelrohr 12 an die Zwischenplatte 11 des Motorblockes 10 ζ.Βο mittels Schrauben angeschlossen.
Die Zwischenplatte 11 und die Anschlußplatte 17 weisen Kanäle 18 und 19 auf, über welche die den Motor ver-
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lassenden heißen Auspuffgase in einen Längskanal 20 des Auspuff sammelrohres 12 strömen. Der Innenmantel 14 des Auspuffsammeirohres 12 ist etwa im mittleren Bereich desselben durch eine Zwischenplatte 21 unterteilt, die mit einer zentralen Öffnung 22 versehen ist» Die Zwischenwand 21 unterteilt den Innenraum des Innenmantels 14 in eine Vorkammer 23 und in eine Katalysatorkammer 24. Letztere nimmt einen Katalysator 25 auf, der nach Art einer Katalysatorpatrone ausgebildet ist und dessen Mantel bzw. Patronengehäuse einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der Innendurchmesser des Innenmantels 14. Es wird daher zwischen dem Patronengehäuse der Katalysatorpatrone und der Innenwandung des Innenmantels ein Ringspalt 26 gebildet, der als isolierender Luftspalt dient oder der gegebenenfalls auch zur Aufnahme eines den Innenmantel gegenüber der Katalysatorpatrone isolierenden Isoliermaterials dienen kann.
Die Katalysatorpatrone 25 weist an dem inneren Ende einen zentralen Rohrstutzen 2? auf, der beim Einbau der Patrone über einen Gegenstutzen an der Zwischenwand 21 geschoben wird. Außerdem ist das Patronengehäuse am gegenüberliegenden Ende mit einem Rohrstutzen 28 versehen, der durch eine zentrale Öffnung eine Flansch- oder Stirnplatte 29 hindurchfaßt. Die Stirnplatte 29 ist z.B. mittels Schrauben endseitig an dem Auspuffsammeirohr 12 angeschlossen. Nach Entfernen der Stirnplatte 29 kann die Katalysatorpatrone 25 seitlich in die Katalysatorkammer 24 des Innenmantels 14
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so eingeschoben werden, daß der Rohrstutzen 27 den Gegenstutzen an der Zwischenplatte 21 dicht umgreift. Anschließend wird die Stirnplatte 29 wieder angebaut, wodurch die Katalysatorpatrone in der Katalysatorkammer 24 festgelegt wird.
Im Betrieb strömen die die Zylinderräume des Motors verlassenden heißen Auspuffgase über die Kanäle 19 in den Längskanal 20, wie in Fig. 1 durch die Pfeile angegeben. Sie gelangen dann über (nicht dargestellte) Öffnungen des Zwischenmantels 14 in die Vorkammer 23 und von hier über die Öffnung 22 der Zwischenwand 21 und den einlaßseitigen Stutzen 27 in die Katalysatorpatrone, wobei im Kontakt mit dem Katalysator die Kohlenmonoxidgase zu Kohlendioxid verbrannt werden. Anschließend verlassen die Auspuffgase den Katalysator über den Auslaßstutzen 28.
Es ist erkennbar, daß durch die erfindungsgemäße Bauweise des Auspuffsammeirohres und des darin befindlichen Katalysators eine wesentliche Vereinfachung der Gesamtanordnung erzielt und der Rauraaufwand für diese Vorrichtungen erheblich vermindert wird. Außerdem ist vorteilhaft, daß die heißen Auspuffgase auf kürzestem Weg weitgehend ungekühlt in den Katalysator gelangen, wobei jedoch aufgrund der Wasserkühlung die Temperatur des Außenmantels 13 die zulässige Maximaltemperatur nicht übersteigt. Das Auspuffsammeirohr 12 mit der Katalysatorvorrichtung 25 bilden
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eine Baueinheit, die sich leicht lösbar an dem Motorblock 10 anschließen läßt,,
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Claims (6)

  1. Ansprüche
    1· Katalysatorvorrichtung zur Entgiftung der Auspuffgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, für den Einsatz in untertägigen Grubenräumen oder sonstigen gefährdeten Räumen, mit einem Katalysator, der in einer von den heißen Auspuffgasen durchströmten Kammer angeordnet ist, die mit dem wassergekühlten Auspuffsammelrohr des Motors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (25) im Inneren des mit einem Kühlmantel (13, 14) versehenen, wassergekühlten Auspuffsammeirohres (12) angeordnet ist.
  2. 2. Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mit einem Doppelmantel (13» 14) für die Wasserkühlung versehene Auspuffsammeirohr (12) einen Längskanal (20) aufweist, der einerseits über Kanäle (19) mit den Zylinderauslässen des Motors und andererseits über mindestens einen Innenkanal mit der den Katalysator (25) aufnehmenden Katalysatorkammer (24) verbunden ist.
  3. 3. Katalysatorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem wassergekühlten Innenmantel (14) des Doppelmantels und dem in dem Innenmantel angeordneten Katalysator (25) eine Isolierung, vorzugsweise ein Luftspalt (26), vorgesehen isto
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  4. 4. Katalysatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3f dadurch gekennzeichnet, daß im Innenmantel (14) eine denselben in eine Vorkammer (23) und eine Katalysatorkammer (24) trennende Zwischenwand (21) angeordnet ist, die mit mindestens einer zu der Katalysatorkammer (24) führenden Durchgangsöffnung für die heißen Auspuffgase versehen ist,
  5. 5· Katalysatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (25) in einer Patrone angeordnet ist, die nach Entfernen einer lösbaren Stirnplatte (29) in den Innenmantel (14) einführbar und aus diesem herausziehbar isto
  6. 6. Katalysatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatorpatrone (25) einen Stutzen (27) aufweist, der auf einen Gegenstutzen an der Zwischenwand (21) aufschiebbar bzwo in diesen einschiebbar isto
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