(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定式焼却炉の排出制御システムで使用するための触媒モジュール（２）であって、
長手方向（１２）および横断方向（１４）に延在し、流れ方向（１８）で互いに対向する２つの表面（１６）を有するスタックフレーム（４）を備え、
少なくとも１つの装着ユニット（６）が、前記スタックフレーム（４）に挿入され、
前記少なくとも１つの装着ユニット（６）が、各場合において、周囲側壁（２２）と、いくつかの仕切り（２４ａ、２４ｂ）とを有し、
前記仕切り（２４ａ、２４ｂ）が、複数の装着シャフト（２６）を有する格子を形成し、
各場合において、１つの触媒（１０）が、各装着シャフト（２６）に挿入され、
前記スタックフレーム（４）が、側面フレーム部（４０、４２、４４）から構成される周囲壁を有し、前記側面フレーム部（４０、４２、４４）が、少なくとも１つの機械的連結要素によって互いに連結され、少なくとも前記側面フレーム部（４０、４４）の１つにおいて、封止要素（５０）が、前記少なくとも１つの機械的連結要素によって、前記側面フレーム部（４０、４４）と、接している装着ユニット（６）との間で押圧される、
触媒モジュール（２）。
【請求項２】
それぞれの触媒（１０）がそれぞれの装着シャフト（２６）に圧入され、弾性の嵌合要素（３０）が介在する、請求項１に記載の触媒モジュール（２）。
【請求項３】
前記嵌合要素（３０）が、前記それぞれの触媒（１０）の周囲に置かれる、請求項２に記載の触媒モジュール（２）。
【請求項４】
温度が上昇するとき、前記それぞれの触媒（１０）と前記装着シャフト（２６）との間の必要な嵌合距離の温度に依存する変動が補償され、前記嵌合要素（３０）がクランプ固定されたままであるように、前記嵌合要素（３０）が拡張する、請求項２または３に記載の触媒モジュール（２）。
【請求項５】
前記仕切り（２４ａ、２４ｂ）が、垂直および水平に互いに交差する、相互に絡み合わされた金属の板によって形成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の触媒モジュール（２）。
【請求項６】
前記仕切り（２４ａ、２４ｂ）が、前記表面（１６）に向けられた、折り曲げられていない縁（２８）を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の触媒モジュール（２）。
【請求項７】
前記スタックフレーム（４）が、側面フレーム部（４０、４２、４４）から構成される周囲壁を有し、前記側面フレーム部（４０、４２、４４）が、折り曲げられた板金部品を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の触媒モジュール（２）。
【請求項８】
前記側面フレーム部（４０、４２）が、各場合において、互いに連結された２つの板金部品（５２ａ、５２ｂ）の中空輪郭体として構築される、請求項７に記載の触媒モジュール（２）。
【請求項９】
前記側面フレーム部（４０、４２）の少なくともいくつかが保持ブラケット（２０）を有し、それぞれの装着ユニット（６）がその間で保持される、請求項１から８のいずれか一項に記載の触媒モジュール（２）。
【請求項１０】
前記側面フレーム部のうちの１つが、蓋部（４４）として構築され、縁に配置され、特に折り曲げることによって形成された少なくとも１つの封止ウェブ（６６）を外側に有し、前記封止ウェブ（６６）が、設置された状態において、２つの隣接する触媒モジュール（２）間の分割面を閉塞するように形成される、請求項１から９のいずれか一項に記載の触媒モジュール（２）。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の触媒モジュール（２）のための装着ユニット（６）であって、周囲側壁（２２）と、いくつかの仕切り（２４ａ、２４ｂ）とを有し、前記いくつかの仕切り（２４ａ、２４ｂ）が、複数の装着シャフト（２６）を有する格子を形成し、各場合において、１つの触媒（１０）が前記装着シャフト（２６）に挿入され得る、装着ユニット（６）。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の触媒モジュール（２）を生産するための方法であって、
それぞれの装着ユニット（６）が触媒（１０）を備え、
前記スタックフレーム（４）が、最初に部分的にのみ組み立てられ、
前記装着ユニット（６）が、部分的にのみ組み立てられた前記スタックフレーム（４）に挿入され、
前記スタックフレーム（４）が閉塞される、
方法。
【請求項１３】
前記スタックフレーム（４）が、前記スタックフレーム（４）の１つの側面フレーム部（４０、４４）と前記装着ユニット（６）のうちの少なくとも１つとの間で封止要素（５０）を押圧することにより閉塞される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記触媒（１０）が、挿入を可能にする漏斗（３４）によってそれぞれの装着シャフト（２６）に圧入され、弾性の嵌合要素（３０）が介在する、請求項１２又は１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定式焼却炉の排出制御システムで使用するための触媒モジュール、装着ユニット、および、かかる触媒モジュールを生産するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固定式焼却炉は、例えば、石炭または石油火力発電所、もしくはガスタービンなどの炭化水素系燃料を燃焼する任意のプラントと理解される。固定式焼却炉は、船舶用途、例えば、大型コンテナ船またはクルーズ船用に使用されるディーゼル機関などの焼却炉も含む。従来、固定式焼却炉は、一定した変化のない負荷下で連続的に運転される。
【０００３】
通常、固定式焼却炉は排出制御システムを有し、排出制御システムは触媒モジュールを備える。なお、触媒モジュールは、排出制御システムの煙道ガスダクト内に設置され、浄化される煙道ガスは、設備が作動しているときに触媒モジュールを通って流れる。なお、煙道ガスダクトは、典型的には、少なくとも数平方メートルの断面領域を有し、さらに典型的には、数十平方メートルの断面領域を有する。多くの場合、煙道ガスダクトは、各場合において数メートルの辺長を有する、例えば１０ｍ×１０ｍの矩形の断面領域を有する。煙道ガスダクトの断面領域全体が、１つ、またはさらにはいくつかの触媒モジュールによって被覆され、これらの触媒モジュールは、浄化される全ての煙道ガスが触媒モジュールを通って流れるように互いに隣接して配列される。多くの場合、例えば２つから５つのいくつかの触媒モジュールが、煙道ガスダクトの中の支持フレーム内で、行および列をなして互いに隣接して配置される。したがって、典型的には、触媒モジュール自体が、各場合において、数メートルの辺長を有する矩形の断面を有する。
【０００４】
さらに、触媒モジュールは、煙道ガスの流れの方向に、前後に並んだいくつかの平面に配置されることが多い。また、触媒モジュールから構成される触媒設備は、この流れの方向に、数メートル、特に数十メートル、例えば２５ｍにわたり延在する。
【０００５】
触媒モジュールはそれぞれスタッキングフレームを備え、その中にいくつかの装着ユニットが挿入され、装着ユニットはいくつかの触媒を備える。なお、煙道ガスは、流れの方向に個々の触媒を通って流れる。これらの触媒は、例えば板型触媒である。しかしながら、本件では、触媒は、好ましくはいわゆるハニカム触媒である。これらのハニカム触媒は、セラミック材料の単層一体の構成要素であり、流れの方向に複数のフローチャネルによって貫通されている。設置され作動状態になると、浄化される煙道ガスは、フローチャネルを通って流れる。この単層一体の構造は、煙道ガスの浄化に関して触媒活性を有する。あるいは、単層一体の担体は、触媒活性被膜を備える、または、担体材料自体が触媒活性を有する。詳細には、これらのハニカム触媒は、押出成形ハニカム触媒である。それぞれの触媒は、典型的には、約１０ｃｍから３０ｃｍの辺長を有する矩形、詳細には正方形の断面領域を有する。
【０００６】
第１の変形形態では、装着ユニットはいわゆる要素ボックスであり、個々の触媒が、その中に互いに接してマトリクス状に配列される。同時に、隣接する触媒間の境界面、または触媒と要素ボックスとの間の境界面を通る漏洩流を防止する意図を有し、通常は不織布の形態の封止要素が、好ましくは個々の触媒間に配置される。なお、典型的には、各場合において、矩形、詳細には正方形の断面領域を有する２つから１０の触媒が、通常それぞれの要素ボックス内で互いに重なり合い、または隣接していくつかの層に配置される。
【０００７】
要素ボックス自体も、スタックフレームの中にマトリクス状に配置される。要素ボックスの数は、触媒モジュールの大きさに依存する。要素ボックスは通常、縁を有する板金部品であり、各場合において、補強目的のため両側で約９０°折り返されている。したがって、作動時にこれらは、浄化される煙道ガスの流れの方向に対して鉛直に向けられており、それにより、不必要に流れに抵抗する表面を形成する。
【０００８】
典型的にスタックフレーム内にいくつかの列で配置される要素ボックスとは別に、第２の変形形態の装着ユニットは、各場合においてやはり触媒を備える、いわゆる詰込格納ユニット（ｐａｃｋｉｎｇ  ａｎｄ  ｓｔｏｒａｇｅ  ｕｎｉｔｓ）として構築される。要素ボックスに比べこれらは大きく、典型的には、触媒モジュールの中に一列のみで配置される。通常、不織布の封止補償要素（ｓｅａｌｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）は、触媒間に配置される。
【０００９】
排出制御システムでは、触媒モジュールは、スタックフレームを用いて互いに締結される。触媒モジュールは、通常、例えば触媒の製造者によって構造ユニットとしてあらかじめ製作され、そのものとして設置される。作動中に、触媒モジュールは、機械的負荷および熱負荷に耐えなくてはならない。かかる固定式設備における煙道ガスの温度は、典型的には、例えば４００℃から５００℃である。煙道ガスを可能な限り効果的に浄化することに関しては、煙道ガス全体が触媒活性面を通過して流れるように、漏洩流は回避けられるべきである。また、流れ圧力損失の最小化に関しては、煙道ガスダクトの断面領域の可能な限り大きな部分を利用することが望ましい。
【００１０】
従来技術のスタックフレームは溶接鋼の輪郭体（ｐｒｏｆｉｌｅ）であり、個々の装着ユニット、すなわち、例えば、要素ボックス、またはさらに詰込格納ユニットがその中に挿入される。確実な機械的締結を達成するために、要素ボックスはそれぞれ互いに溶接されるだけでなく、スタックフレームにも溶接される。スタックフレームに装備することを可能にするために、スタックフレームはある程度大きな寸法を有する。残っている空隙は、帯状の封止要素で封止される。しかしながら、熱膨張係数の差により、この帯状の封止要素が作動中に外れてしまい、漏洩流が結果として生じる恐れがあるという問題がここに存在する。この問題は、個々の触媒間に挿入された封止補償要素にも影響を及ぼす。総合的に言えば、従来のユニットの場合には、したがって、作動している最中に、結果として漏洩流が生じるという危険性が存在する。
【００１１】
例えば、各場合において１つの触媒モジュールにつき３つの詰込格納ユニットが共に連なる（ｓｔｒｕｎｇ）、かかるユニットを有する構成は、昨今では高額な押圧溶接装置内で共に溶接され、かつ、スタックフレームに溶接され、この押圧溶接装置は、この目的のために特別に製造される。詰込格納ユニットに触媒を設置するために、最初に、それぞれの詰込格納ユニットが、ユニットの開口フレームに挿入され、その後で、詰込格納ユニットは蓋を押圧することによって互いに対して支えられる。その後、蓋は、詰込格納ユニットの側面部に溶接される。これらの詰込格納ユニットは、それから、スタックフレーム内に置かれ、スタックフレームに溶接される。ここでも、再度封止が必要である。製造プロセスが複雑なため、高価で、典型的には、各場合においてそれぞれの触媒モジュールの大きさにも合う溶接装置が必要である。その結果、総製造費用が比較的高くなる。
【発明の概要】
【００１２】
上記の内容から鑑みて本発明の目的は、漏洩が少ないために良好な流れ特性と、改良された浄化処理効率とを有する触媒モジュールの簡易な生産について明示することである。
【００１３】
本発明によれば、この目的は、固定式焼却炉の排出制御システムで使用するための触媒モジュールによって実現される。したがって、触媒モジュールは、固定式焼却炉、特にエネルギーを生み出すための発電所の、かかる前述の排出制御システム用に設計され、構想されている。かかる触媒モジュールの基本的な構成、基本的な構造、および大きさの関連について、前述の形式を参照する。
【００１４】
触媒モジュールは、基部と、蓋部と、２つの側面部とを有するスタックフレームを備える。スタックフレームは、長手方向および横断方向に延在し、流れ方向に２つの対向する表面を有し、これらの表面は、基部、蓋部、および２つの側面部によって境界が付けられている。表面は、長手方向および横断方向に支えられ、触媒モジュールが排出制御システムの煙道ガスダクトに設置されたときに、煙道ガスの流れの方向に対し鉛直に向けられる。それぞれが周囲側壁と、好ましくは互いに絡み合わされたいくつかの仕切りとを有する、少なくとも１つ、好ましくはいくつかのあらかじめ製作された装着ユニットが、スタックフレームに挿入される。仕切りは、複数の装着シャフトを有する格子を形成し、単一の触媒が、各装着シャフトに精密に嵌合する様式で挿入される。なお、「精密に嵌合する様式」とは、必要に応じクリアランスは別として、個々の触媒がそれぞれの装着シャフトの断面幾何学的形状に合致することを意味すると理解される。
【００１５】
好ましくは、触媒は、複数の個々のフローダクトによって貫通されたセラミック担体材料からなる単層一体のハニカム触媒である。あるいは、担体材料は触媒活性層を備える、または、担体材料自体が触媒活性を有する。触媒は、一般的には、煙道ガスの所望の浄化を行うための触媒活性を有するユニットであると理解される。（押出成形された）ハニカム触媒とは別に、例えば板型触媒が使用されてもよい。しかしながら、好ましくは、触媒モジュール内の触媒は、必ずしも互いに同一である必要はない。いくつかの部分触媒ユニット、すなわち、例えば、いくつかの単層一体のハニカム本体が、流れ方向に順々に挿入されてもよい。これらの部分ユニットは、流れ方向に共に連なり、１つの触媒を形成する。必要に応じて、部分ユニットは、触媒活性に関し異なる。好ましくは、部分ユニットは同一のものである。
【００１６】
以下、装着ユニットを、自動車用の触媒の分野でハニカム触媒を筐体に設置する方法として周知されているキャニング方法に基づき、キャニングユニットとも呼ぶ。
【００１７】
キャニングユニットとしての装着ユニットのこの構成は、個々の触媒が配置される詰込格納ユニットを有する前述した形式の変形形態から生まれた（ｓｔａｒｔｓ  ｏｕｔ  ｆｒｏｍ）。これとは対照的に、装着ユニットには仕切りが追加されており、各触媒は、それぞれの装着シャフトに個々に挿入される。
【００１８】
個々の装着シャフトが形成され、触媒が１つ１つ保持されるため、詰込または格納ユニットの中における、かつて必要であった高価な触媒の押圧はもはや必要ではない。その結果、設置プロセスは明らかに簡易化される。詳細には、高価な押圧溶接プロセスも、もはや必要ではない。さらに、個々の触媒が１つ１つ装着されるため、簡易化された封止、それにより、流れ特性の改良も達成される。
【００１９】
スタックフレームの組立て中に、個々の触媒は低圧力にのみさらされるということに、さらなる有利性が見られる。以前の解決策に比べ、触媒は、より小さい機械的剛性を有して形成されるだけでよい。これは、触媒、特にハニカム触媒の流れ特性に対する好ましい効果も有し、改良された浄化処理効率もこれらの手段によって達成される。
【００２０】
好ましくは、封止は、一般的に、触媒とそれぞれの装着シャフトとの間の封止要素を用いて生成され、その結果、触媒と装着シャフトの内壁との間には漏洩流が存在しないことになる。封止要素は、好ましくは、触媒の全周に配置され、その結果、触媒の周囲壁の全体を取り囲み、流れ方向における触媒の２つの対向する側面のみが開放される。
【００２１】
便法として、触媒は、各場合において、詳細には封止要素としての弾性の嵌合要素が介在した状態で、そして、詳細にはさらなる締結手段または保持要素がない状態で挿入され、詳細には、このために、それぞれの装着シャフトに圧入される。この圧入の結果、それぞれの触媒はクランプ固定され（ｃｌａｍｐｅｄ）、それにより、信頼性高くかつ確実に装着シャフト内に保持される。触媒を保持するさらなる手段は必要ではない。同時に、弾性の嵌合要素により、触媒とそれぞれの装着シャフトの内壁との間に信頼性の高い封止が得られる。弾性の嵌合要素は、まず第１に、弾性であり、摂氏数百度の高作動温度であっても漏洩空隙を永久に確実に封止する任意の要素であると一般的に理解される。ここで、弾性とは、（弾性）復元力を維持しながら、嵌合要素の変形、例えば１０％より多く、例えば１０％から３０％の厚さの変化が可能であり、したがってその結果、嵌合要素は、好ましくは、装着シャフトの壁と触媒との間に弾性復元力のみ利用して保持されることを意味すると一般的に理解される。
【００２２】
嵌合要素を同時に使用することで、触媒を、昇温中の温度変化、および触媒を取り囲む壁との接触に起因した力、または、正常作動中に発生し、触媒に作用し得る振動もしくは大きな揺れ（ｊｏｌｔ）から絶縁する手段も提供する。これにより、現在使用されているものよりも構造面で弱い触媒を使用することが可能となる。同時に、絶縁性のおかけで、従来の触媒によって発揮される強度をもちろん有する必要がないため、背圧の低減などの有利性が、このことと関連する。
【００２３】
好ましくは、嵌合要素は、それぞれの触媒の全周にわたって位置し、また、詳細には表面全体にわたって位置する。したがって、嵌合要素は、詳細には、１つまたは複数の板状またはマット状要素であり、特に、不織材料、または不織材料のような材料からなる。かかるマット状要素は、支持マットとも呼ばれる。好ましくは、平坦な、板状の支持マットが触媒の各側面に配置される。支持マットは、縁において、例えばクランプ固定様式で互いに係合する。したがって、支持マットは、触媒と、装着シャフトのそれぞれの壁の部位との間に、領域的に矩形の基本領域を有して導入される、略平坦な矩形の要素である。
【００２４】
便法として、嵌合要素は、具体的に言うと、温度が上昇するときに膨張するように、そうであるので、さらに、それぞれの触媒と装着シャフトとの間の必要な嵌合距離（ｎｅｃｅｓｓａｒｙ  ｆｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）の温度に関連した変動が補償され、触媒を固定する十分なクランプ固定力が維持されるように構築される。この構成は、触媒および装着ユニットが、異なる熱膨張係数を有する異なる材料からなるという考慮から生まれた。触媒のセラミック担体材料とは対照的に、装着ユニット、詳細には装着シャフトの壁部は、鋼板からなる。設置された状態と正常作動状態との間、または、さらに起動状態と正常作動状態との間の、典型的には約４００℃から５００℃の温度差により、一方で触媒、他方で装着ユニットは別様に拡張し、それぞれの触媒とそれぞれの装着シャフトの内壁との間の距離の変動をもたらす。嵌合距離と呼ばれるこの距離は、触媒、詳細にはセラミックハニカム触媒をそれぞれの装着シャフト内に嵌合させ得るのに必要である。嵌合距離は、弾性の嵌合要素によって充填される。そして、嵌合要素により、設置中に導入され、触媒を装着シャフト内に保持するクランプ固定力が、温度変化中も維持されるということが信頼性高く達成される。一方で、装着シャフトの中での触媒の永久的な、信頼性の高い固定が、これらの手段により達成される。他方で、嵌合要素が脱落し、場合により漏洩につながることもこれらの手段により回避される。
【００２５】
可能な限り簡易な構造に関しては、個々の装着シャフトを形成するための仕切りは、垂直および水平に互いに交差する、絡み合わされた金属板によって形成される。これらは、各場合において、装着ユニットの長さおよび幅全体にわたって延在する。したがって、仕切りは、特に、装着シャフトの辺長に一致するグリッド間隔でスロットを有し、これらのスロットにおいて互いに挿入される。原理的には、装着シャフトを形成するための他の可能性も存在する。
【００２６】
仕切りは、スタックフレームの表面に向けられた縁を有する。したがって、流れの方向から見ると、縁は互いに対向して位置する。縁、詳細には、スタックフレームの煙道ガスの侵入側で流入側を指向する縁は、好ましくは、板金の通常の厚さと一致する厚さのみを有する。したがって、縁はとりわけ折り畳まれておらず、すなわち、仕切りは、縁において曲げられていない。その結果、折り曲げられた縁に比べ、低い流れ抵抗が達成される。その結果、流入面が増え、詳細には、装着ユニットの領域のほぼ１００％まで増える。
【００２７】
通常、装着ユニットのこの流入面は、若干数平方メートルである。典型的には、各装着ユニットは、若干数メートル程度、例えば１ｍから５ｍ程度の長さおよび幅を有する。個々の装着ユニットは、正方形または矩形の底面を有する。スタックフレームの中で、装着ユニットは、横断方向に基づくと、好ましくは一列のみ配置される。いくつかの装着ユニット、例えば２つから５つの装着ユニットが、スタックフレームの長さにわたってスタックフレームの長手方向に互いに隣接して配置される。
【００２８】
好ましいさらなる開発によれば、スタックフレームは周囲壁を有し、これは、個々の側面フレーム部から構成され、少なくとも１つの、好ましくはいくつかの機械的連結要素によって互いに連結され、特にボルト止めされる。好ましくは、側面フレーム部は、共に溶接されない。好ましくは、側面フレーム部は、排他的に、機械的連結要素によって、特にボルトによって連結される。機械的連結要素は、したがって、好ましくはボルト止め要素、例えばナットを伴うボルト、ねじ付きボルトなどである。
【００２９】
この構成、詳細にはボルト止め可能な構成により、押圧溶接施設は必要とされない。したがって、これらの手段により、個々の触媒モジュールは、例えば大きさ、弾性に関して、それぞれの用途、換言すれば、プラント内の特別な設置状況に問題なく適合されることができる。それにより、総製造費用は低く保たれる。側面フレーム部が機械的連結具を利用して連結される構成により、建設現場での直接の組立ても簡易化される。これまで触媒モジュールは、生産現場であらかじめ製作され、建設現場、または使用する場所まで、あらかじめ製作されたユニットとして移動された。この輸送には、特別な保護手段も必要であった。これに比べ、個々の部での輸送は、簡易化される。
【００３０】
さらに便法として、封止要素は、具体的に言うと１つの側面フレーム部の支えがあるため、機械的連結要素を用いて、その設置中に、少なくとも１つの側面フレーム部と、接している装着ユニットとの間で押圧される。したがって、生産中、封止要素は、接する側面フレーム部が別の側面フレーム部にボルト止めされる前に、最初に、装着ユニットのうちの１つに、その縁に接して置かれる。封止要素は、ここで、側面フレーム部と少なくとも１つの装着ユニットとの間で押圧される。同時に、押圧力が機械的連結要素によって印加される。全ての装着ユニットが、これらの手段によってスタックフレームの中にクランプ固定される。封止要素は、好ましくは、各装着ユニット間、および各装着ユニットと側面フレーム部との間にも挿入される。
【００３１】
したがって、封止要素は、領域的に、好ましくは矩形の基本領域を有して構成され、装着ユニットとそれぞれの側面フレーム部との間に導入される、略平坦な板状または帯状であり、全体的に矩形の要素である。
【００３２】
この方策によって達成される特別な有利性は、封止要素が、側面フレーム部のボルト止めによってしっかりと押圧され、換言すれば、その弾性特性により圧縮されることである。その結果、個々の構成要素の熱膨張が異なったとしても、側面フレーム部と装着ユニットとの間の距離の変動が均等化される。例えば、設置と作動との間、またはさらに焼却炉が起動されたときに温度の変化がある場合、封止要素は、これらの手段によって脱落が防止され、それにより、漏洩流の発生が信頼性高く回避される。
【００３３】
封止要素を同時に使用することで、触媒を、昇温中の温度変化、および触媒を取り囲む壁との接触に起因した力、または、正常作動中に発生し、触媒に作用し得る振動もしくは大きな揺れから絶縁する手段も提供する。これにより、現在使用されているものよりも構造面で弱い触媒を使用することが可能となる。同時に、絶縁性のおかけで、従来の触媒によって発揮される強度をもちろん有する必要がないため、背圧の低減などの有利性が、このことと関連する。
【００３４】
可能な限り簡易に、そして費用効果高くスタックフレームを製造することに関しては、スタックフレームの側面フレーム部は、好ましくは、折り曲げられた板金部品から少なくとも部分的に形成される。側面フレーム部を形成するために、Ｕ字形輪郭体は、例えば好ましくは、最初は平面状である金属板から、縁部が折り曲げられることによって形成され、Ｕ字形輪郭体は、別の板金要素を利用して閉じられた多角形輪郭体を生成するように構成される。これらの手段によって、比較的少ない材料で、十分に高い安定性が達成される。ボルト止め可能な構成との組み合わせでは、個々の側面フレーム部が、個々の要素として、省スペースで輸送され得るということにもつながる。なお、それぞれの側面フレーム部は、細長い、平坦要素によって形成される。
【００３５】
便法として、側面フレーム部は、各場合において、互いに連結された２つの板金部品の中空輪郭体として構築される。これらの板金部品のうちの少なくとも１つが折り曲げられ、例えばＵ字形輪郭体を形成し、次に、その上に第２の板金部品がまるで蓋のように置かれる。これらを連結するために、これらの２つの板金部品は、詳細にはブラケットおよびスロットを介し互いに積極的に組み合わさり、その結果、高い機械的安定性が得られる。
【００３６】
好ましい構成では、側面フレーム部の少なくとも一部、好ましくは全てが保持用ブラケットを有し、保持用ブラケット間で、それぞれの装着ユニットが流れの方向に積極的に保持される。この方策によって、装着ユニットは、追加的に側面フレーム部の中に機械的に留め付けられる。便法として、側面フレーム部への装着ユニットの溶接は実施されず、これらのユニットは、保持ブラケットによって排他的に積極的に保持される。したがって、装着ユニットは、流れの方向に保持ブラケットによって固定される。流れの方向から見ると、保持ブラケットは、好ましくは、装着ユニットの両側に配置される。
【００３７】
便法として、側面フレーム部のうちの１つが、蓋部として構築される。この側面フレーム部は、縁に配置され、好ましくは、側面フレーム部を折り曲げることによって形成された少なくとも１つの封止ウェブを外側に有する。この封止ウェブの機能は、設置された状態において、２つの隣接する触媒モジュール間の分割面を閉塞することである。好ましくは、蓋部は全体として、折り曲げられたＵ字形であり、かかる封止ウェブは、蓋部の長手方向の縁の両側における折り部（ｆｏｌｄ）として形成される。流れの方向に見ると、基部要素を有する隣接する触媒モジュールは、これらの封止ウェブ間に収容される。
【００３８】
ここに記載したスタックフレームの構成、特に、好ましくは押し込み封止要素を有する、機械的連結要素によって側面フレーム部を連結する態様、および／または、折り曲げられた板金部品として側面フレーム部を形成する態様は、相互に交差する仕切りを有するキャニングユニットとしての装着ユニットの特別な構成からは独立して、各場合において独立的な発明の態様としてみなされる。
【００３９】
本発明の目的は、触媒モジュールのための装着ユニットによってさらに実現され、この装着ユニットは、周囲側壁と、いくつかの仕切りとを有し、仕切りは、複数の装着シャフトを有する格子を形成し、各場合において、１つの触媒が装着シャフト内に挿入されることができる。
【００４０】
触媒モジュールと関連して記載された装着ユニットの好ましい実施形態は、装着ユニットそのものに対しても同様に置き換えられる。
【００４１】
本発明は、それぞれの装着ユニットが触媒を備え、スタックフレームが、最初に部分的にのみ組み立てられ、装着ユニットが、部分的にのみ組み立てられたスタックフレームに挿入され、スタックフレームが、特に、スタックフレームの１つの側面フレーム部と装着ユニットのうちの少なくとも１つとの間で封止要素を押圧することにより閉塞される、触媒モジュールを生産するための方法によってさらに実現される。
【００４２】
本方法のために、一方で、キャニングユニットとして構築された装着ユニットは、個々の触媒、特にハニカム触媒を備える。最初にスタックフレームが、部分的にのみ組み立てられ、続いて個々の装着ユニットが、部分的にのみ組み立てられたこのスタックフレームに挿入される。その後、スタックフレームが閉じられる。好ましくは、スタックフレームが封止要素の圧縮を伴い閉じられる前に、特にマット状封止要素、とりわけ不織のマットが、最初に据え置かれる。封止要素は、ここで、スタックフレームの側面フレーム部と装着ユニットのうちの少なくとも１つとの間で押圧される。好ましくは、封止要素は、概して装着ユニットの表面全体上に据わる。設置中、封止要素は、最初に、例えば糊付けによって、それぞれの装着ユニット、または側面フレーム部のいずれかに固定される。
【００４３】
好ましくは、装着ユニットは、挿入を可能にする漏斗（ｉｎｓｅｒｔａｂｌｅ  ｆｕｎｎｅｌ）を用いて装備される。このために、触媒は、流れの方向で互いに対向する側面を除き、弾性の嵌合要素によって周状に取り囲まれる。挿入を可能にする漏斗の少なくともわずかに円錐の、したがって漏斗状の構成を利用し、嵌合要素によって包囲された触媒は、漏斗を通って押圧され、それにより嵌合要素がここで圧縮される。同時に、それぞれの装着シャフトの上に漏斗が直接置かれ、包囲された触媒がそれぞれの装着シャフト内に押し込まれる。漏斗の出口の断面領域は、好ましくは、この場合は装着シャフトの断面領域よりもわずかに小さく、包囲された触媒は、大部分において問題なく装着シャフトに導入されることができる。嵌合要素に弾性があるため、触媒は、それから、弾性力によって装着シャフト内にクランプ固定されて保持される。装着ユニットの個々の装着シャフトは、挿入を可能にする漏斗を用いて連続的に供給される。好ましくは、これは、自動、あるいはまた、完全自動で行われる。いくつかの部分触媒ユニットが、流れの方向に順々に挿入されてもよい。これらの部分ユニットは、流れの方向に共に連なり、触媒を形成する。必要に応じて、部分ユニットは、触媒活性に関し異なる。好ましくは、部分ユニットは同一である。
【００４４】
本発明の例が、図面を用いて以下に詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】触媒モジュールの斜視図である。
【図２】長方形で示された図１の領域の拡大図である。
【図３】装着ユニットの斜視図である。
【図４】嵌合要素によって包囲された触媒の斜視図である。
【図５】包囲された触媒を装着ユニットのそれぞれの装着シャフトに挿入する方法を図示した展開図である。
【図６】スタックフレームの斜視図である。
【図７】スタックフレームの側面部の展開図である。
【図８】スタックフレームの基部の展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
図面において、同じ効果を有する構成要素には、同一の参照符号が付けられている。
【００４７】
図１に示される触媒モジュール２は、周囲スタックフレーム４を備え、その内部にいくつかの装着ユニット６が、列になり互いに接して挿入される。例では、３つの装着ユニット６が、一列に互いに隣接して挿入されている。複数の触媒１０が、各装着ユニット６に挿入される。
【００４８】
触媒モジュール２は、長手方向１２および横断方向１４に延在し、２つの対向する開口表面１６を有し、これらの開口表面１６は、好ましくはそれぞれの触媒１０の長さだけ流れの方向１８に互いに離間している。一方の表面１６は、浄化処理される煙道ガスの流入または入口側を形成し、他方の表面１６は流出側を形成し、煙道ガスは、設置された状態の触媒モジュール２を通って流れの方向１８に流れる。
【００４９】
例では、個々の触媒１０は、流れの方向１８に延在する複数のフローダクトを有する、押出成形された矩形のハニカム触媒である。あるいは、触媒１０は、触媒１０の辺長が異なる、矩形の断面領域を有してもよい。通常、触媒１０は、１０ｃｍから３０ｃｍの辺長を有する、矩形、特に正方形の断面領域および流入面を有する。触媒１０の流れの方向１８の長さは、典型的には、若干数１０センチメートルまでの範囲、例えば１５ｃｍから６０ｃｍである。他の長さも考えられ得る。触媒モジュール２の流れの方向１８の幅は、触媒１０の長さに少なくともほぼ一致する。
【００５０】
長さ方向１２および横断方向１４における触媒モジュール２の全長は、典型的には、若干数メートルの領域内にある。通常、複数の触媒モジュール２が、支持フレームの助けにより煙道ガスダクト内に行および列をなしている。触媒モジュール２のこのタイプの層は、各場合において、例えば１０ｍから２０ｍにわたり、長手方向１２および横断方向１４に延在する。通常、複数の触媒モジュール２からなる複数のこのタイプの層は、それから、流れの方向１８に続いている。これらの層は、排気ガスが、煙道ガスダクトを通過中に、複数の触媒１０を通って流れることを可能にする。異なる触媒が、異なる層に配列されることができる。異なる触媒が、装着ユニット６または触媒モジュール２の異なる部分部位に配設されることもできる。
【００５１】
とりわけ図２から推定され得るように、スタックフレーム４の内側にいくつかの保持ブラケット２０が存在する。これらの保持ブラケットは、流れの方向１８、および流れの方向１８とは逆の方向の両方に装着ユニット６を積極的に保持する。
【００５２】
キャニングユニットとも呼ばれる装着ユニット６が、そのものとして図３に示されている。装着ユニット６は、周囲側壁２２を備える。側壁２２によって規定される内部に、装着ユニット６は、格子状に配置された複数の仕切り、つまり、水平仕切２４ａと、垂直仕切２４ｂとを有する。仕切りは、代替的には、非水平または非垂直軸に沿って並ぶこともできる。仕切りはそれぞれ、好ましくは金属（鋼）板によって形成され、連結され、詳細には互いに絡み合わされる。周囲側壁２２に当接する当接点で、仕切りは、例えば溶接によって締結される。
【００５３】
複数の装着シャフト２６が、仕切り２４ａ、２４ｂの格子のような構造によって形成される。したがって、これらは、ｎ×ｍマトリクスを形成し、ここで、ｎおよびｍは、典型的には５から１５である。例では、各装着ユニット６は、８×１０マトリクスを形成している。完全に組み立てられた状態では、各装着シャフト２６は、厳密に１つの触媒１０を備える。装着シャフト２６は、互いに同一に形成される。あるいは、装着ユニット６は、異なる装着シャフト２６を有することもできる。仕切り２４ａ、２４ｂはそれぞれ縁２８を有し、仕切り２４ａ、２４ｂは、縁２８において残りの部位と同じ材料厚さを有し、すなわち、仕切り２４ａ、２４ｂは、縁の部位において補強、または折り曲げられるなどされていない。好ましくは鋼板からなる仕切り２４ａ、２４ｂの壁厚は、やはり好ましくは鋼板からなる側壁２２の壁厚より好ましくは小さめで、例えば１ｍｍから２ｍｍであり、やはり好ましくは鋼板からなる側壁２２の壁厚は、３ｍｍから１０ｍｍである。
【００５４】
図４に示されるように、包囲された触媒は各装着シャフト２６に圧入される。触媒１０は、その４つの側面全てが弾性の嵌合要素３０によって包囲されており、図４の例では、嵌合要素３０は、４つの個々の支持マット３２によって形成されている。各支持マット３２は、触媒１０の１つの側面を完全に被覆する。あるいは、支持マット３２は、１つより多くの側面、例えば２つ以上の側面を完全に被覆することもできる。例では、個々の支持マット３２は、継ぎ目で互いに絡み合わされ、換言すれば、互いに重なり合う。嵌合要素３０の厚さ、したがって支持マット３２の厚さは、６ｍｍから１０ｍｍである。嵌合要素３０は不織の支持材料からなり、その中には、装着ユニット６に使用される材料、詳細には鋼と少なくとも同様の熱膨張係数を有する材料がある。「少なくとも同様」とは、例えば、鋼の熱膨張係数と、２０％から５０％だけ異なる熱膨張率を意味すると理解される。かかる材料は、例えばいわゆるバーミキュライトである。材料は、追加的に、作動中に発生する高温に耐える十分な熱安定性を有する。これらの手段により、ユニットが作動している間、温度が変化したときに支持マット３２が脱落することが防止される。
【００５５】
設置中初期状態では、嵌合要素３０によって包囲された触媒１０は、それぞれの装着シャフト２６の内径に比べ、より大きな寸法を有する。包囲された触媒１０を挿入するために、挿入を可能にする漏斗３４が使用され、包囲された触媒１０は、図５に示されるように、挿入を可能にする漏斗３４を通って押圧される。このために、挿入を可能にする漏斗３４が、詳細には装着ユニット６上に置かれる。嵌合要素３０はここで圧縮され、その後、弾性があるため装着シャフト２６内で再び拡張し、その弾性により装着シャフト２６内に触媒１０をクランプ固定する。
【００５６】
包囲された触媒１０の嵌合は、好ましくは自動で実行される。
【００５７】
スタックフレーム４は全体的に、４つの側面フレーム部、つまり、２つの側面部４０、基部４２、および蓋部４４からなる周囲壁を有する。側面フレーム部４０、４２、４４は、ボルト連結により、例えばボルト４６を用いて互いに連結される。このために、例えば、ボルトナットが、側面フレーム部４０に例えば溶接されて固定され、そして、ボルト４６がナット内に螺合される。あるいは、固定されたねじ付きボルトを設け、その上にナットが装着されることも可能である。これらの部間の溶接連結は実施されない。剛性を高めるために、スタックフレーム４は、追加的な支柱４８を有し、これらもボルト連結４６を介し側面部４０または基部４２に締結され、そこでは、各場合において縁に締結される。略Ｖ字形態に配置された２つの支柱４８は、各表面１６にボルト止めされる。
【００５８】
図６では、右側面部４０に、封止要素５０も示されている。例では、封止要素５０は、例えば、マット状の不織布としてガラス繊維から形成されている。あるいは、封止要素５０は、支持マット３２と同じ材料からなる。最終的な、設置された状態では、図１に示されるように、この封止要素５０は、右の装着ユニット６と右側面部４０との間で押圧される。また、この封止要素５０は、蓋部４４に沿って延在し、この長手方向側でも装着ユニット６と蓋部４４との間で押圧される。詳細には、封止要素５０は、例えば若干数センチメートルの幅を有する２次元の帯状要素である。その幅は、装着ユニット６の流れの方向１８の深さに少なくともほぼ一致してもよい。その厚さは、例えば１または数センチメートルである。封止要素は、同様に、隣接する装着ユニット６間に挿入されることができる。
【００５９】
図７および図８に示される例では、側面部４０および基部４２は、互いに連結される板金部品からなる中空輪郭体として構築される。板金部品は、互いに溶接されることができる。側面部４０および基部４２の両方は、Ｕ字形部品、好ましくは板金部品５２ａと、平坦部品、好ましくは板金部品５２ｂとを有し、これらは、例えば溶接によって互いに連結される。中空輪郭体は、側面において、カバー５４またはエンドキャップによって閉塞される。それぞれのフック、詳細にはリングフック５６は、側面部４０のカバー５４に締結される。リングフック５６は、例えばクレーンを用いて、例えば触媒モジュール２の全体を持ち上げる、または取り扱うのに役立つ。さらに、少なくとも１つのストリップ５８が締結され、特に、Ｕ字形板金部品５２ａに沿って溶接される。これは、ここには図示されていない封止要素を保持し、設置された状態において、スタックフレーム４を排出制御システムの煙道ガスダクト内の支持フレームに対して封止する。
【００６０】
Ｕ字形板金部品５２ａの側面は、端部に凹凸が付けられ（ｃａｓｔｅｌｌａｔｅｄ）、保持ブラケット２０を形成する。保持ブラケット２０は、特定のグリッド寸法で配置され、長手方向１２に、とりわけ触媒１０の辺長の１から３倍の範囲内で位置する。保持ブラケット２０は、好ましくは、流れの方向１８で互いに対向しており、保持ブラケット２０の間の距離は、装着ユニット６の深さと等しく、その結果、装着ユニット６は、保持ブラケット２０間で流れの方向１８に保持される。
【００６１】
保持ブラケット２０に対応し、保持ブラケット２０が通過するスロット６２が、例えば、平坦板金部品５２ｂ内に同じグリッド寸法でレーザー切断によって導入される。２つの板金部品５２ａ、５２ｂは、したがって、いわば互いに組み合わされたようになり、追加的に、好ましくは互いに溶接される。
【００６２】
追加的には、個々の側面フレーム部４０から４４を互いに（ボルトによって）締結するために、例えば、側面フレーム部４０が基部４２に接する隅部に、ブラケットなどの保持要素６４が配置されてもよい（このために、図１、図６を比較されたい）。あるいは、または追加で、例えば、ナットが、側面フレーム部４０に、特に側面カバー５４に固定される。蓋部４４は、側面フレーム部４０上に据わり、ボルト連結４６によってそこに連結される。
【００６３】
平坦板金部品５２ｂは、各場合において、縁ストリップ６３分だけ流れの方向１８のＵ字形板金部品５２ａの側面を超え、両側で突出する。支柱４８は、例えばこの縁ストリップに締結される。
【００６４】
側面部４０および基部４２とは対照的に、蓋部４４は、単なるＵ字形の曲げられた金属板として構築され、突出している側面は外側に向けられ、すなわち、装着ユニット６から逸れている。これらの突出している側面は、封止ウェブ６６を形成する。いくつかの触媒モジュール２が横断方向１４に共に連なると、１つの触媒モジュール２の蓋部４４が、隣接する触媒モジュール２の基部４２を２つの封止ウェブ６６間に収容し、その結果、２つの触媒モジュール２間の分割面が封止される。
【００６５】
スタックフレーム４は、全体として鋼の構成要素、特に２次元板金部品によって形成され、個々の構成要素は、例えば３ｍｍから１０ｍｍの壁厚を有する。
【００６６】
触媒モジュール２は、好ましくは以下の方法で組み立てられる。
【００６７】
最初に、側面フレーム部４０、４２、４４が提供され、必要に応じて、中空輪郭体を形成するように組み立てられる。その後、まず左側面部４０および基部４２のみが共にボルト止めされ、Ｌ字形の部分フレームを形成する。あるいは、Ｕ字形の部分フレームが提供されてもよい。前もって触媒１０が装備された装着ユニット６が、続いてこのＬ字形のフレームに挿入される。好ましくは、これらは、保持ブラケット２０によって排他的に固定される。装着ユニット６が挿入された後に、右側面部４０が、まず第一にＬ字形のフレームに固定され、そうすることで、封止要素５０が、最も外側の装着ユニット６と右側面部４０との間で押圧される。側面部４０がボルト止めによって取り付けられる前に、封止要素５０は、まず、ここに、特に糊付けによって側面部４０に機械的に固定される。それから蓋部４４が、封止要素５０の圧縮を伴う同じ方法で取り付けられる。封止要素５０は、このようにして、ボルト止めによって装着ユニット６の最上層に対して押圧される。封止要素５０は、例えば複数の区分、つまり、詳細には側面部４０用の区分、および蓋部４４用の区分に分かれている。最終的に、支柱４８が最後に装着される。したがって、この製造プロセスにより、個々の装着ユニット６は、側面フレーム部４０、４２、４４の間に確実かつ信頼性高くクランプ固定される。封止要素５０が設置中にクランプ固定されるため、その表面全体にわたって弾性的に圧縮され、確実にクランプ固定される。
【００６８】
ここに記載した構造、および触媒モジュールを組み立てる特別な方法の結果として、特に以下の有利性が達成される。
−  スタックフレーム４に装着ユニット６を詰めるために、複雑な押圧装置または溶接機器は必要とされない。封止要素５０を挿入することにより、漏洩のない封止および組立てが可能となる。
−  横断方向１４の水平封止が、Ｕ字形状に曲げられた蓋部４４によって容易に実現される。
−  装着ユニット６の互いの溶接連結、および装着ユニット６とスタックフレーム４との間の溶接連結が省略されるため、組み立て中にかなりの時間が削減される。これは、特に、溶接または押圧機器が必要とされないためかなりの費用削減にもつながる。
−  さらに、本明細書に記載される、ボルト止めされる側面フレーム部４０、４２、４４を有するモジュールという概念により、触媒モジュール２を個々の部で運送することも可能となる。これらの手段によって、輸送される商品の体積が低減され得る。個々の構成要素が確実に梱包され得るため、これらの手段によって安全な輸送も可能となる。
−  嵌合要素３０および封止要素５０を同時に使用することで、触媒１０を、昇温中の温度変化、および触媒モジュール２の他の部品との接触に起因した力、または、正常作動中に発生し、触媒１０に作用し得る振動もしくは大きな揺れから絶縁する手段も提供する。触媒モジュール２により、現在使用されているものよりも構造面で弱い触媒１０を使用することが可能となる。同時に、絶縁性のおかけで、従来の触媒によって発揮される強度をもちろん有する必要がないため、背圧の低減などの有利性が、このことと関連する。
−  最後に、少なくともほぼ１００％の装着ユニット６の領域が利用可能であるため、流れの誘導も改良される。
【符号の説明】
【００６９】
２  触媒モジュール
４  スタックフレーム
６  装着ユニット
１０  触媒
１２  長手方向
１４  横断方向
１６  表面
１８  流れの方向
２０  保持ブラケット
２２  側壁
２４ａ  水平仕切
２４ｂ  垂直仕切
２６  装着シャフト
２８  縁
３０  嵌合要素
３２  支持マット
３４  挿入を可能にする漏斗
４０  側面部
４２  基部
４４  蓋部
４６  ボルト連結
４８  支柱
５０  封止要素
５２ａ  Ｕ字形板金部品
５２ｂ  平坦板金部品
５４  カバー
５６  リングフック
５８  ストリップ
６２  スロット
６３  縁部
６４  保持要素
６６  封止ウェブ
【図１】
0006484643.tif 000002
【図２】
0006484643.tif 000003
【図３】
0006484643.tif 000004
【図４】
0006484643.tif 000005
【図５】
0006484643.tif 000006
【図６】
0006484643.tif 000007
【図７】
0006484643.tif 000008
【図８】
0006484643.tif 000009