(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒ユニット（１０）、特に船舶用ディーゼルエンジンのＳＣＲ排気ガス触媒コンバータのためのＳＣＲ触媒ユニットであって、非金属の触媒本体（１１）を有し、具体的には排気ガスが通って流れるセラミックまたは繊維を含む触媒本体（１１）を有する触媒ユニット（１０）において、
略矩形の流入側（１３）と略矩形の流出側（１４）とを有する略立方形の輪郭と、
いくつかの区域において前記触媒本体（１１）を包囲する金属製筐体（１２）と、
前記触媒本体（１１）と前記金属製筐体（１２）との間の隙間（１８）に位置決めされる少なくとも１つの支承マットと
を有し、
前記流入側（１３）と前記流出側（１４）とを画定する前記触媒本体（１１）の周辺または縁（１９）が、２１０ｍｍから２８０ｍｍの間の寸法、好ましくは２３０ｍｍから２６０ｍｍの間の寸法を各々有し、
前記触媒本体（１１）の通過流れ方向（１５）に対して垂直に見た前記触媒本体（１１）と前記金属製筐体（１２）との間の前記隙間（１８）が、ｓ≦ｐ＊５の関係に従って決定される寸法を有し、ここでｓはｍｍでの前記隙間の寸法であり、ｐは、ｋｇ／ｍ２で表される前記支承マットの密度の量、または複数の支承マットを用いるときは、前記支承マットの平均密度であり、
前記触媒本体（１１）の前記流入側（１３）の領域と前記流出側（１４）の領域とにおける前記金属製筐体（１２）が、突出部（２３）を備え、前記突出部（２３）が、前記触媒本体（１１）と前記金属製筐体（１２）との間の前記隙間（１８）を少なくとも部分的に閉じると共に、投影図において前記流入側（１３）および前記流出側（１４）を画定する前記触媒本体（１１）の周辺または縁（１９）に隣接して前記流入側（１３）および前記流出側（１４）と重なり、
前記突出部（２３）が、前記流入側（１３）の領域及び前記流出側（１４）の領域で前記隙間（１８）を封止するように構成されていることを特徴とする触媒ユニット（１０）。
【請求項２】
前記触媒本体（１１）の前記通過流れ方向（１５）に対して垂直に見た前記触媒本体（１１）と前記金属製筐体（１２）との間の前記隙間（１８）が、ｓ≦ｐ＊４の関係に従って決定される寸法を有することを特徴とする請求項１に記載の触媒ユニット（１０）。
【請求項３】
前記支承マットまたは各々の支承マットの密度が０．９ｋｇ／ｍ２から２．２ｋｇ／ｍ２までの間であることを特徴とする請求項１または２に記載の触媒ユニット（１０）。
【請求項４】
前記支承マットまたは各々の支承マットが、５０％から７０％までの間の全体繊維比率を有し、前記全体繊維比率においてＳｉＯ２繊維比率は少なくとも５５％であり、３０％から５０％までの間の蛭石比率を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の触媒ユニット（１０）。
【請求項５】
前記触媒本体（１１）の前記通過流れ方向（１５）に対して垂直に延びる断面を有する前記金属製筐体（１２）が、略矩形の断面表面を有し、前記断面表面を画定する前記金属製筐体（１２）の周辺または縁（２１）が、前記流入側（１３）と前記流出側（１４）とを画定する前記触媒本体（１１）の周辺または縁（１９）に対して平行に延び、２２０ｍｍから２９０ｍｍまでの間の寸法を有し、
前記触媒本体（１１）の前記通過流れ方向（１５）に対して垂直な前記金属製筐体（１２）の側壁（１７）が０．９ｍｍから２．２ｍｍまでの間の壁厚を有し、
前記触媒本体（１１）の前記通過流れ方向（１５）に対して垂直な前記隙間（１８）の寸法が、最大で８ｍｍであり、好ましくは最大で６ｍｍであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の触媒ユニット（１０）。
【請求項６】
前記金属製筐体（１２）と前記触媒本体（１１）との間に少なくとも１つの支承マットが位置決めされる前記区域における前記金属製筐体（１２）が、前記触媒本体（１１）の方向に引き込まれることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の触媒ユニット（１０）。
【請求項７】
前記金属製筐体（１２）と前記触媒本体（１１）との間に支承マットが位置決めされない前記区域における前記金属製筐体（１２）が空間を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の触媒ユニット（１０）。
【請求項８】
前記触媒本体（１１）が、
５５０ｋｇ／ｍ２未満、好ましくは５００ｋｇ／ｍ２未満、最も好ましくは４５０ｋｇ／ｍ２未満の密度を有し、
５．１＊１０−６１／Ｋから７．０＊１０−６１／Ｋまでの間の熱膨張係数を有し、
少なくとも６ｂａｒ、好ましくは少なくとも７ｂａｒ、最も好ましくは少なくとも８ｂａｒの均衡圧縮強度を有し、
少なくとも６８％、好ましくは少なくとも７０％、最も好ましくは少なくとも７３％の自由通過流れ断面を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の触媒ユニット（１０）。
【請求項９】
前記突出部（２３）が、最大で２０ｍｍ、好ましくは７ｍｍから１７ｍｍまでの幅を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の触媒ユニット（１０）。
【請求項１０】
前記触媒本体の長さが、５００ｍｍから６９０ｍｍまでの間、好ましくは５５０ｍｍから６６０ｍｍまでの間、最も好ましくは５９０ｍｍから６３０ｍｍまでの間であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の触媒ユニット（１０）。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の触媒ユニット（１０）を複数有する排気ガス触媒コンバータ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部による触媒ユニットに関する。さらに、本発明は、排気ガス触媒コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、発電所における内燃エンジンまたは海洋用ディーゼルエンジンなど、大形のエンジンのための排気ガス触媒コンバータは、一般に複数の触媒ユニットを備えており、各々の触媒ユニットは、排気ガスが触媒本体を通って流れる繊維マットから構築される非金属製の触媒本体、具体的にはセラミック製の触媒本体と、触媒本体を一部で包囲する金属製筐体とを備えている。それぞれの触媒ユニットの金属製筐体は、例えば排気ガスを案内する配管に連結するようにといった、それぞれの触媒ユニットを内燃エンジンの排気ガスシステムの他の組立体に所定のやり方で連結するように機能する。大形エンジンのための排気ガス触媒コンバータの場合に、略矩形の流入側と略矩形の流出側とを有する略立方形の輪郭を備える触媒ユニットのセラミック製触媒本体は、ハニカムとも称され、触媒ユニットの筐体はキャニングとも記述される。触媒ユニットのためのセラミック製触媒本体は、触媒本体とそれぞれの触媒ユニットの筐体との間の隙間に位置決めされる少なくとも１つの支承マットを用いて、触媒ユニットの金属筐体内で固定される。静置した発電所の用途については、触媒本体は、１つまたは複数の支承マットを用いるさらなる特別な対策なしで、触媒ユニットの筐体に適切に固定され得る。しかしながら、具体的には、例えば船舶用途または海洋用途についてといった、非静置の用途については、触媒本体がそれぞれの触媒ユニット内で動かされることになり得る揺れまたは振動に触媒ユニットが曝されるという問題、または、触媒本体が触媒ユニットの筐体から外れることさえあるという問題がある。そのため、具体的には船舶用途または海洋用途について、振動または揺れを通じた負荷に曝されるにも拘らず、触媒ユニットの触媒本体が、触媒本体を、変位するまたは外れる危険性なく、触媒ユニットの筐体内でしっかりと保持され得る触媒ユニットが求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これを起点として、本発明は、排気ガス触媒コンバータのための新しいタイプの触媒ユニットと、このような触媒ユニットを有する排気ガス触媒コンバータとを作り出すという目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、図１による触媒ユニットを通じて解決される。本発明によれば、流入側と流出側とを画定する触媒本体の周辺または縁は、２１０ｍｍから２８０ｍｍまでの間の寸法を各々有し、触媒本体の通過流れ方向に対して垂直に見た触媒本体と金属製筐体との間の隙間が、ｓ≦ｐ＊５の関係に従って決定される寸法を有し、ここで、ｓはｍｍでの隙間の寸法であり、ｐはｋｇ／ｍ２で表される各々の支承マットの密度の量である。本発明の見出したことは、触媒本体の流入側および流出側の定められた寸法を通じて、ならびに、各々の支承マットの密度に依存する、触媒本体と金属製筐体との間の隙間の定められた寸法決定を通じて、触媒本体が、運転の間に起こる振動負荷および揺れ負荷の結果として、触媒本体が筐体内で動かされる、またはそれぞれの触媒ユニットの筐体から外れる危険性なく、触媒ユニットを形成することになっている筐体に、特に有利に受け入れられ得ることである。ここでは、単一の触媒本体がそれぞれの触媒ユニットの筐体に配置される。
【０００５】
有利なさらなる発展によれば、触媒本体の周辺と金属製筐体との間の隙間の寸法は、ｓ≦ｐ＊４の使用に従って決定され、ここで、各々の支承マットの密度は０．９ｋｇ／ｍ２から２．２ｋｇ／ｍ２までの間である。それによって、触媒ユニットの筐体内で触媒ユニットの触媒本体を固定することがさらに改善され得る。
【０００６】
さらに有利なさらなる発展によれば、触媒本体の通過流れ方向に対して垂直に延びる断面を有する筐体が、略矩形の断面表面を有し、断面表面を画定する筐体の周辺または縁が、流入側と流出側とを画定する触媒本体の周辺または縁に対して平行に延び、２２０ｍｍから２９０ｍｍまでの間の寸法を有し、ここで、触媒本体の通過流れ方向に対して垂直な筐体の側壁が０．９ｍｍから２．２ｍｍまでの間の壁厚を有し、触媒本体の通過流れ方向に対して垂直な隙間の寸法が、最大で８ｍｍとなり、好ましくは６ｍｍとなる。それによって、触媒ユニットの筐体内で触媒ユニットの触媒本体を固定することがさらに改善され得る。
【０００７】
さらに有利なさらなる発展によれば、触媒本体の流入側の領域と流出側の領域とにおける筐体が、突出部を備え、これらの突出部は、触媒本体と筐体との間の隙間を少なくとも部分的に閉じると共に、投影図において流入側および流出側を画定する触媒本体の周辺または縁に隣接して流入側および流出側と重なる。これらの突出部を用いることで、触媒ユニットの筐体内で触媒ユニットの触媒本体を固定することがさらに改善され得る。さらに、これらの突出部は封止の機能を担い、そのため、触媒ユニットの触媒本体を通る排気ガスの流れを改善する。これらの突出部は２０ｍｍの最大幅を有し、好ましくは、７ｍｍから１７ｍｍまでの幅を有する。
【０００８】
本発明による排気ガス触媒コンバータは請求項１１に定義されている。
【０００９】
本発明の好ましいさらなる発展は、従属請求項と、以下の記述とから得られる。本発明の例示の実施形態は、これに限定されることなく、図を用いてより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による排気ガス触媒コンバータのための触媒ユニットの斜視図である。
【図２】触媒ユニットの流入側の平面図である。
【図３】本発明による図１および図２の触媒ユニットの触媒本体の斜視図である。
【図４】触媒本体の流入側の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明は、船舶用途または海洋用途のための内燃エンジンの排気ガス触媒コンバータのための触媒ユニットと、排気ガス触媒コンバータとに関する。
【００１２】
具体的には、本発明による触媒ユニットは、船舶用ディーゼルエンジンのためのＳＣＲ排気ガス触媒コンバータのためのＳＣＲ触媒ユニットとして設計されている。
【００１３】
図１および図２は、本発明による触媒ユニット１０の異なる図を示しており、触媒ユニット１０は、金属製筐体１２に配置された、排気ガスがセラミック製触媒本体１１を通って流れるセラミック製触媒本体１１を備えている。触媒ユニット１０の金属製筐体１２には、単一のセラミック製触媒本体１１が配置されている。
【００１４】
図３および図４において単独で示されている触媒本体１１は、略矩形の流入側１３と、同様に略矩形の流出１４とを有する略立方形の輪郭を有している。流入側１３と流出側１４との間には、排気ガスが通路を通って流れる通路が延びており、触媒本体１１の通過流れ方向は、矢印１５によって図３に視覚化されている。触媒本体１１の閉じられた側壁１６が、触媒本体１１の流入側１３と流出側１４との間で延びている。
【００１５】
したがって、略立方形の輪郭を有する触媒本体１１は、触媒本体１１の流入側１３と流出側１４との間で延びる４つの閉じられた側壁１６を備えており、流入側１３と流出側１４との両方に加えて長手方向側１６が、略矩形の輪郭とされている。流入側１３および流出側１４は、流入側１３と流出側１４との間で延びる触媒本体１１の通路を通じて、触媒本体１１を通って排気ガスを流すことができ、流入側１３と流出側１４との間で延びる長手方向側１６の領域における触媒本体１１は、閉じられている。
【００１６】
触媒ユニット１０の金属製筐体１２は、一部の区域において、つまり、筐体１２が触媒本体１１を通る排気ガスの流れに悪影響を与えないような形で、触媒本体１１を包囲している。
【００１７】
したがって、触媒本体１１の筐体１２が、触媒本体１１の閉じられた側壁１６に対して平行に延びる側壁１７を備えることは、特に図１から明らかである。触媒本体１１の流入側１３および流出側１４の領域では、筐体は触媒本体１１を露出している。
【００１８】
触媒ユニット１０の触媒本体１１と筐体１２との間には、触媒本体１１の通過流れ方向に垂直に見られる隙間１８が形成され、隙間１８が、触媒本体１１のすべての４つの側壁１６と、触媒ユニット１０の筐体１２の隣接する側壁１７との間で形成されるように、触媒本体１１の周りで包囲して延びている。
【００１９】
この隙間１８では、図には示されていない少なくとも１つの支承マットが、触媒本体１１を触媒ユニット１０の筐体１２において固定するために位置決めされている。
【００２０】
本発明による触媒ユニット１０の場合では、流入側１３と流出側１４とを画定する触媒本体１１の周辺または縁１９は、２１０ｍｍから２８０ｍｍまでの間の寸法を各々有する。具体的には、すべての４つの周辺または縁１９が同一の寸法を有するとき、流入側１３および流出側１４は略四角い輪郭とされる。
【００２１】
触媒本体１１と金属製筐体１２との間の隙間１８、つまり、触媒本体１１および筐体１２の側壁１６と１７との間の隙間１８は、ｓ≦ｐ＊５の関係に従って決定される、触媒本体１１の通過流れ方向１５に対して垂直に見た寸法を有し、ここでｓはｍｍ（ミリメートル）での隙間の寸法であり、ｐはｋｇ／ｍ２（１平方メートルあたりのキログラム）で表される各々の支承マットの密度の量である。好ましくは、触媒本体１１の通過流れ方向１５に対して垂直に見た触媒本体１１と金属製筐体１２との間の隙間１８が、ｓ≦ｐ＊４の関係に従って寸法決定される。触媒本体１１を固定するための筐体１２に挿入される各々の支承マットの密度は、優先的には、０．９ｋｇ／ｍ２から２．２ｋｇ／ｍ２までの間の大きさとなる。
【００２２】
固定するために挿入される支承マットは、５０％から７０％までの間の全体繊維比率と、３０％から５０％までの間の蛭石比率とを優先的に有する。全体繊維比率におけるＳｉＯ２比率は、少なくとも５５％の大きさになる。
【００２３】
排気ガスが通って流れる触媒本体１１は、流入側１３と流出側１４との間の距離によって決定される長さを有し、この長さは、具体的には５００ｍｍから６９０ｍｍまでの間、好ましくは５５０ｍｍから６６０ｍｍまでの間、最も好ましくは５９０ｍｍから６３０ｍｍまでの間である。したがって、流入側１３および流出側１４における周辺１９に対して垂直に延びる触媒本体１１の周辺または縁２０の長さは、この範囲にある。
【００２４】
優先的には、通過流れ方向１５に対して垂直に定義されている隙間１８の寸法は、触媒本体１１の全長にわたって同一である。しかしながら、触媒本体１１の公差のため、通過流れ方向で見られる通過流れ方向に対して垂直な隙間１８の寸法は異なってもよい。
【００２５】
特に好ましいのは、流入側１３および流出側１４を画定する周辺または縁１９が、各々の場合で、２１０ｍｍから２８０ｍｍの間の寸法、好ましくは２３０ｍｍから２６０ｍｍの間の寸法を有し、周辺または縁が、触媒本体１１の長さを、５００ｍｍから６９０ｍｍの間、好ましくは５５０ｍｍから６６０ｍｍまで、最も好ましくは５９０ｍｍから６３０ｍｍまでの長さで定義する触媒ユニットである。したがって、筐体１２は、触媒本体１１の流入側１３および流出側１４の周辺または縁１９と平行に実質的に延びており、２２０ｍｍから２９０ｍｍまでの間、好ましくは２４０ｍｍから２６０ｍｍまでの長さを有する周辺または縁１９を備えている。筐体１２の周辺または縁２１に対して垂直で、触媒本体１１の周辺または縁２０と略平行に延び、筐体１２の長さを決定する筐体１２の周辺または縁２２は、５１０ｍｍから７１０ｍｍまでの間、好ましくは５９０ｍｍから６３０ｍｍまでの間の寸法を有する。
【００２６】
触媒ユニット１０の通過流れ方向に対して垂直に見られる筐体１２の側壁１７が０．９ｍｍから２．２ｍｍまでの間の厚さを有する。
【００２７】
触媒本体１１および筐体１２の側壁１６および１７によって定義または画定される隙間１８は、最大で８ｍｍ、好ましくは最大で６ｍｍの、通過流れ方向１５に対して垂直に見られる寸法を有する。
【００２８】
少なくとも一部の区域において、少なくとも触媒本体１１の側壁１６の領域において触媒ユニット１０の触媒本体１１を包囲する触媒ユニット１０の筐体１２は、筐体１２における触媒本体１１の固定を改善するために、触媒本体１１の方向に引き込まれることが好ましい。このため、少なくとも１つの支承マットの中間の配置がされる筐体１２と本体１１との間の定められた圧力が、調節できる。
【００２９】
触媒本体１１の長さにわたって見るとき、少なくとも２つのマットが、隙間１８に優先的に位置決めされる。
【００３０】
隙間１８の区域において触媒本体１１の通過流れ方向１５において見られるときに支承マットが触媒本体１１と筐体１２との間に位置決めされない場合、支承マットが位置決めされないこれらの区域において筐体に空間を設けることは、重量低減にとって有利である。
【００３１】
示した好ましい例示的な実施形態では、筐体１２は、触媒本体１１の流入側１３および流出側１４の領域において突出部２３を備えている。
【００３２】
流入側１３および流出側１４の領域において、突出部２３は、少なくとも一部の区域において、触媒本体１１と筐体１２との間の隙間１８を閉じ、一部の区域において、触媒本体１１の流入側１３および流出側１４と突出部で重なるが、若干だけであり、そのため触媒本体１１の流入側１３および流出側１４の周辺または縁１９と直接に隣接する。このため、流入側１３および流出側１４の領域で、隙間１８は封止でき、さらに、触媒ユニット１０の筐体１２における触媒本体１１の固定は改善され得る。これらの突出部２３は、側壁１７の折り畳みとして形成され得る。さらに、突出部２３を提供する金属ウェブを、例えば溶接によって、側壁１７に連結することも可能である。これらの突出部は２０ｍｍの最大幅を有し、好ましくは、７ｍｍから１７ｍｍまでの幅を有する。
【００３３】
優先的には、触媒本体１０は、適切な機械的安定性を確保するために、少なくとも０．８ｍｍ、好ましくは少なくとも０．９ｍｍ、最も好ましくは少なくとも１．０ｍｍの外壁厚を有する。
【００３４】
触媒本体１１の周辺または縁は、具体的には６ｍｍ未満の半径、好ましくは５ｍｍ未満の半径、最も好ましくは４ｍｍ未満の半径で、優先的には丸められる。
【００３５】
流れ通路が形成させられる触媒本体１１の内壁厚は、好ましくは、以下の関係に従って決定される。
１．７５＊Ｙ（−０．３）≦ｄＩＷ≦１．７５＊Ｙ（−０．４）
ここで、ｄＩＷは、ｍｍ（ミリメートル）での内壁厚の寸法であり、ｙがＣＰＳＩ（１平方インチ当たりのセル）において表される触媒本体１１のセル密度の量である。
【００３６】
触媒本体１１の密度は、具体的には５５０ｋｇ／ｍ２未満であり、好ましくは５００ｋｇ／ｍ２未満であり、最も好ましくは４５０ｋｇ／ｍ２未満の密度である。
【００３７】
触媒本体１１の熱膨張係数は、優先的には、５．１０＊１０−６１／Ｋから７．０＊１０−６１／Ｋまでの間である。
【００３８】
触媒本体１１の均衡圧縮強度は、具体的には少なくとも６ｂａｒ、好ましくは少なくとも７ｂａｒ、最も好ましくは少なくとも８ｂａｒにある。
【００３９】
排気ガスが通って流れる触媒本体１１の通路と、流入側１３および流出側１４の領域における触媒本体１１の全断面とによって定められる流れ断面の割合によって定められる触媒本体１１の自由通過流れ断面は、少なくとも６８％、好ましくは少なくとも７０％、最も好ましくは少なくとも７３％である。
【００４０】
触媒本体１１、筐体１２、および少なくとも１つの支承マットから成る触媒ユニット１０の全重量は、４０ｋｇ未満、好ましくは３０ｋｇ未満、最も好ましくは２６ｋｇ未満である。
【００４１】
本発明による触媒ユニット１０は、特に、船舶用途または海洋用途のためのディーゼルエンジンのＳＣＲ排気ガス触媒コンバータのＳＣＲ触媒ユニットとしての使用に特に適しているが、これらに限定されることはなく、つまり、酸化触媒コンバータおよび粒子フィルタでも用いられる。
【００４２】
具体的には触媒ユニット１０が振動負荷に曝されるときであっても、触媒本体１１は触媒ユニット１０の筐体１２にしっかりと保持されることになる。触媒本体１１が筐体１２において動かされる、または、筐体１２から外れる危険性がない。
【００４３】
すでに言及したように、本発明による触媒ユニット１０は、単一のセラミック製触媒本体１１が位置決めされる筐体１２を備えている。したがって、本発明による触媒ユニット１０の場合では、個々の筐体１２は、筐体に受け入れられる複数の触媒本体と言うよりも、各々の触媒本体１１に対して準備されたままとなっている。
【００４４】
本発明による排気ガス触媒コンバータは、複数のこのような触媒ユニット１０を備える。
【符号の説明】
【００４５】
１０  触媒ユニット
１１  触媒本体
１２  筐体
１３  流入側
１４  流出側
１５  通過流れ方向
１６  側壁
１７  側壁
１８  隙間
１９  周辺／縁
２０  周辺／縁
２１  周辺／縁
２２  周辺／縁
２３  突出部
【図１】
0006441450.tif 000002
【図２】
0006441450.tif 000003
【図３】
0006441450.tif 000004
【図４】
0006441450.tif 000005