DE4210784A1

DE4210784A1 - Metallwabenkörper mit Bereichen unterschiedlicher Strömung

Info

Publication number: DE4210784A1
Application number: DE4210784A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dipl In Kuchelmeister
Original assignee: Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Current assignee: Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Priority date: 1992-04-01
Filing date: 1992-04-01
Publication date: 1993-10-07

Description

Die Erfindung betrifft einen Metallwabenkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Metallwabenkörper sind bekannt, z. B. durch die DE-A-40 24 942.

In der DE-A-40 24 942 wird vorgeschlagen, daß die Anzahl der vom Ab gas durchströmbaren Kanäle pro Querschnittsfläche in verschiedenen, hintereinanderliegenden Bereichen des Metallwabenkörpers variiert. Hierzu wird in den verschiedenen Bereichen die Anzahl der eingesetz ten glatten und gewellten Bleche erhöht bzw. erniedrigt, so daß durch eine damit einhergehende Veränderung der Kanalhöhe die Anzahl der Kanäle pro Querschnittsfläche vervielfacht wird. Der Metallwa benkörper wird lediglich durch wenige durchgehende Glattbänder in einem einstückigen Körper zusammengehalten.

Es ist auch bekannt (EP-A-186 801), daß zur Verbesserung des Konvertierungsgrades des Katalysators die Zahl der Antrömkanten in nerhalb des Metallwabenkörpers erhöht wird.

In der DE-C-11 92 624 wird eine Ausführungsform eines Me tallwabenkörpers mit einer Vielzahl von scheibenförmigen Katalysa torelementen dargestellt, die in Durchströmungsrichtung hintereinan der in einem Gehäuse angeordnet sind. Hierbei ist die Anzahl der durchströmbaren Kanäle pro Querschnittsfläche von einem scheibenför migen Element zum nachfolgenden Element konstant, die Kanäle sind lediglich gegeneinander versetzt und erzeugen dadurch eine gewisse Turbulenz.

Nachteilig beim Stand der Technik ist, daß eine Vielzahl von einzel nen Blechen bzw. Elementen, die in ihrer Dimensionierung nicht ein heitlich sind, hintereinander angeordnet und verarbeitet bzw. in ei nem Gehäuse gelagert werden müssen.

Insbesondere beim Einsatz des Metallwabenkörpers als Katalysator für Kraftfahrzeugmotoren wird ein schnelles Anspringen des Katalysators gewünscht. Dies ist dadurch erreichbar, daß der Katalysator motornah eingebaut und somit von relativ heißen Abgasen beaufschlagt wird. Durch die einsetzende katalytische Reaktion wird der Abgasstrom wei ter aufgeheizt, wodurch die Betriebstemperatur des Katalysators wie derum schneller erreicht wird. Andererseits ist ein motornaher Ein bau des Katalysators im Betrieb, insbesondere unter Vollast, kri tisch, da die ohnehin schon sehr heißen Abgase auf einen betriebs warmen Katalysator treffen und durch die Konvertierung weiter aufge heizt werden. Dies kann möglicherweise zu einem Durchbrennen des Ka talysators führen. Bislang werden in Kraftfahrzeugen daher häufig zwei Katalysatoren eingebaut, ein sogenannter Vorkatalysator, der motornah eingebaut sehr schnell anspringt, in dem aber lediglich ein Teil der Abgase umgewandelt wird, und ein sogenannter Hauptkata lysator, in dem die vollständige Konvertierung des Abgasstromes er folgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Metallwabenkörper so auszugestalten, daß sich bei einfacher Herstel lung und günstigem Anspringverhalten, wobei eine gute thermische Alterungsbeständigkeit beibehalten werden soll, erweiterte Anwendun gen ergeben, so daß insbesondere die Aufgaben von Vor- und Hauptka talysator in einem Katalysator zusammengefaßt werden können.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein einstückiger Me tallwabenkörper mit einer vorgegebenen Anzahl von durchströmbaren Kanälen ausgebildet ist, die in einem ersten Bereich A eine glatte, zu den benachbarten Kanälen geschlossene und in einem anschließenden Bereich B eine an sich bekannte durchbrochene Struktur aufweisen, wobei im Bereich B zusätzlich auch die glatten Bleche mit Gasdurch lässen versehen sein können. Diese zweigeteilte Struktur wirkt im Bereich A wie ein Vorkatalysator, im Bereich B wie ein Hauptkataly sator.

Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß die glatten und die gewellten Bleche sich einstückig von der Anströmseite zur Abströmseite des Me tallwabenkörpers erstrecken. Dies kommt insbesondere der Wärmever teilung im Metallwabenkörper zugute.

Die Strömung in den Kanälen des Metallwabenkörpers ist im Bereich A laminar, wodurch nur die unmittelbar mit den Kanalwänden in Berüh rung kommenden Abgase katalytisch in einer exothermen Reaktion umge wandelt werden. Die Kernströmung der Abgase wird durch die Reakti onswärme aufgeheizt und im anschließenden Bereich B mit der Randströmung der Abgase durchmischt, wodurch die Abgase in intensi ven Kontakt mit den Kanalwänden gebracht und vollständig konvertiert werden. Die Wärmeverteilung ist über die gesamte Länge l_ges des Me tallwabenkörpers sehr gleichmäßig, wodurch die thermische Alterung der katalytischen Beschichtung auf der gesamten Oberfläche des Kata lysators ebenfalls sehr gleichmäßig ist. Die Lebensdauer des Kataly sators wird dadurch entscheidend vergrößert, während die Gefahr des Durchbrennens nicht mehr gegeben ist.

Die Anpassung des Metallwabenkörpers an unterschiedliche Einsatzbe dingungen ist sehr einfach. Neben einer Vergrößerung bzw. Verkleine rung der Anzahl der Kanäle pro Querschnitt kann auch die Länge l_A des Bereiches A an die Einsatzbedingungen angepaßt werden. Die Länge l_A beträgt hierbei üblicherweise 25% bis 50% der Gesamtlänge l_ges des Metallwabenkörpers. Eine Vergrößerung von l_A bewirkt hierbei eine Verschiebung des Beginns der Zone turbulenter Strömung zur Ab strömseite des Katalysators.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines erfindungsgemäßen Me tallwabenkörpers als Oxydationskatalysator für Dieselmotoren, da für diesen Einsatzzweck ein Katalysator benötigt wird, der Zonen lamina rer und Zonen turbulenter Strömung so aufteilt, daß zwischen einer Anlagerung von Rußpartikeln an den Kanalwänden und einer katalyti schen Umwandlung der Abgase ein Gleichgewicht entsteht.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen anhand eines Ausfüh rungsbeispieles dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Ausschnitt aus einem Metallwabenkörper und

Fig. 2 Seitenansicht eines Metallwabenkörpers mit den Bereichen A und B.

Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Metallwabenkörper 3 mit den Bereichen A und B. Die glatten Bleche 1 und die gewellten Bleche 2 bilden einen Körper mit in Strömungsrichtung S durchströmbaren Kanä len 4, 4′. Im Bereich A weisen die glatten Bleche 1 und die gewell ten Bleche 2 keine Öffnungen auf, die Kanäle 4 sind zu den benach barten Kanälen 4′ geschlossen, d. h. es stellt sich eine annähernd laminare Strömung ein. Im Bereich B sind die gewellten Bleche 2 mit Öffnungen 5 versehen. Es sind Abschnitte 6′ aus den Flanken 7 seit lich versetzt, wobei an den Übergängen von den versetzten Abschnit ten 6′ zu den nicht versetzten Abschnitten 6, 7 die Öffnungen 5 ausgebildet sind. In Strömungsrichtung S durch einen Kanal 4 strö mende Abgase vermischen sich im Bereich B mit den Abgasen in den be nachbarten Kanälen 4′, es entsteht somit eine verstärkt turbulente Strömung.

Fig. 2 zeigt die Seitenansicht eines Metallwabenkörpers 3. Der Be reich A mit einer Länge l_A wird von einer Strömung S zuerst ange strömt. Der Bereich B mit der Länge l_B schließt einstückig an den Bereich A an. Die Länge l_A des Bereiches A beträgt 25% bis 50% der Länge l_ges des Metallwabenkörpers 3.

Claims

1. Von einem Fluid durchströmbarer einstückiger Metallwabenkörper (3) mit lagenweise angeordneten glatten (1) und gewellten Ble chen (2), welche etwa in Strömungsrichtung (S) verlaufende durchströmbare Kanäle (4, 4′) bilden, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallwabenkörper zwei in Strömungsrichtung (S) hinter einander liegende Bereiche A und B aufweist, daß die ge wellten Bleche (2) in dem Bereich A eine in Strömungsrichtung (S) durchgehende und in dem Bereich B eine unterbrochene Struk tur aufweisen, und daß die glatten (1) und gewellten Bleche (2) jeweils einstückig von der Anströmseite des Bereiches A bis zur Abströmseite des Bereiches B ausgebildet sind.

2. Metallwabenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchströmbaren Kanäle (4) im Bereich A zu den jeweils benachbarten Kanälen (4′) gasdicht verschlossen sind.

3. Metallwabenkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die durchströmbaren Kanäle (4, 4′) im Bereich B Abschnitte (6′) aufweisen, die aus den Flanken (7) der Kanäle (4, 4′) seitlich versetzt sind, wobei an den Übergängen von den nicht versetzten Abschnitten (6, 7) zu den versetzten Abschnit ten (6′) Öffnungen (5) gebildet sind.

4. Metallwabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge l_A des Bereiches A 25% bis 50% der Länge l_ges des gesamten Metallwabenkörpers (3) be trägt.