DE10139046C2 - Vorrichtung zur selektiven Oxidation von Bestandteilen eines Stoffstroms - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur selektiven Oxidati­ on von Bestandteilen eines Stoffstroms nach der in den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 9 und 14 näher definierten Art.

In der DE 100 25 382 A1 ist eine Vorrichtung zur selektiven Oxidation von Bestandteilen eines Stoffstromes mit einem Kata­ lysator in einer Plattenbauweise beschrieben, wobei zwischen zwei wärmeableitenden Platten Medienräume gebildet sind. In den Medienräumen sind gewellte Metallgewebe oder Metallgestricke angeordnet, die dem Einbringen oder Ableiten von thermischer Energie sowie der gezielten Führung des Stoffstromes dienen.

Auch aus der DE 197 25 378 A1 ist eine Vorrichtung zur Autoab­ gasreinigung bekannt, bei der zwischen gefalteten, wärmeleitenden Trennwänden Medienräume gebildet sind, in denen wärmeleitende Wellstrukturen zum Einbringen oder Ableiten von thermischer Energie und zum gezielten Führen eines Stoffstroms zum Oxidieren mit einem Katalysator dienen. In der DE 42 43 500 A1 ist eine entsprechende Vorrichtung mit Well­ strukturen beschrieben, welche nur geringe Berührungsflächen mit den Trennplatten aufweisen.

Aus der EP 0 687 648 A1 ist ein Reaktor in Plattenbauweise be­ kannt. Die einzelnen Platten des Reaktors sind über wellblechartige Finnen bzw. Stege voneinander getrennt. Die Finnen bzw. Stege bilden Stütz-, Strömungsleit- und Wärmeleit­ strukturen in den jeweiligen Medienräumen. Sowohl die Platten als auch die Finnen oder Stege können mit einem Katalysator beschichtet sein.

Aufgrund der Vorteile hinsichtlich der sehr einfachen Dimensio­ nierung, der Bauraumeinsparungen sowie der sehr einfachen Möglichkeit der thermischen Beeinflussung von Abläufen in dem Reaktor über nebeneinander angeordnete Medienräume und Kühl- bzw. Heizräume sind derartige Reaktoren in Plattenbauweisen sehr verbrei­ tet.

Diese Verbreitung betrifft unter anderem auch Vorrich­ tungen bzw. Reaktoren zur selektiven Oxidation von Be­ standteilen eines Stoffstroms, beispielsweise zur se­ lektiven CO-Oxidation im Rahmen der Gasreinigung bei Gaserzeugungssystemen, insbesondere für Brennstoffzel­ lenanlagen.

Außerdem ist es allgemein bekannt, daß derartige Vor­ richtungen zur selektiven Oxidation von Bestandteilen eines Stoffstroms Katalysatoren aufweisen, welche üb­ licherweise ein vergleichsweise hohes Temperaturniveau zu ihrer Aktivierung bzw. ihrem reibungslosen Betrieb benötigen. Beim oben genannten Beispiel der CO- Oxidation, insbesondere mittels Edelmetall- Katalysatoren, liegt dieses Temperaturniveau bei ca. 200°C bis 300°C.

Wird eine derartige Vorrichtung zur selektiven Oxida­ tion von Bestandteilen eines Stoffstroms nun beginnend von einer sehr niedrigen Temperatur, beispielsweise ein Temperaturniveau von ca. -25°C bis +25°C in Be­ trieb genommen, so ist eine vergleichsweise große Kaltstartzeit erforderlich, bis die Vorrichtung den bestimmungsgemäßen Betriebszustand erreicht.

Insbesondere bei der oben beispielhaft genannten Ver­ wendung von derartigen Vorrichtungen zur selektiven O­ xidation von Kohlenmonoxid in einem Stoffstrom in Gaserzeugungssystemen von Kraftfahrzeug-Brennstoffzel­ lenanlagen stellt dies einen gravierenden Nachteil dar, da einerseits der Benutzer der entsprechenden An­ lage bzw. des Kraftfahrzeugs lange Aufwärmphasen des Systems sicherlich nicht akzeptieren wird und da es andererseits erforderlich ist, eine bestimmungsgemäße Gasreinigung durchzuführen, da ansonsten die in dem erzeugten Gasstrom befindlichen Reste an CO die Brenn­ stoffzelle schädigen könnten.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine derartige Vorrichtung zur selektiven Oxidation von Bestandteilen eines Stoffstroms in Plattenbauweise in der Art zu verbessern, daß eine signifikante Verkürzung der Kalt­ startzeit erreicht werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale ge­ löst.

Durch eine thermische Entkopplung der Finnen oder Ste­ ge von den den jeweiligen Medienraum begrenzenden Platten in Teilbereichen des Medienraums wird eine Wärmeableitung an das Material der Platten zumindest teilweise unterbunden. Die zur Erwärmung der gesamten Vorrichtungen und insbesondere der Medienräume aufge­ brachte thermische Energie bzw. der Entalpiegehalt des Stoffstroms wird damit durch die Finnen und Stege, welche aus Gründen der Strömungsführung und Wärmeüber­ tragung in an sich bekannter Weise sinnvoll und not­ wendig sind, nicht sofort an die umgebenden Platten und das im allgemeinen metallische Material der Vor­ richtung abgeleitet. Die Wärme wird vielmehr im Inne­ ren des Medienraums insbesondere im Bereich der ther­ misch von den Platten der in Plattenbauweise ausge­ führten Vorrichtung entkoppelten Bereichen gehalten, so daß eine sehr viel schnellere Erwärmung des Medien­ raums, zumindest in diesen Teilbereichen, erfolgen kann. Die Aktivierung des Katalysators und die damit einsetzende bestimmungsgemäße selektive Oxidation von Bestandteilen des Stoffstroms kann damit sehr viel früher beginnen, als wenn sämtliche Finnen oder Stege thermisch mit den Platten gekoppelt wären und ihren E­ nergieinhalt sofort an diese Platten weiterleiten wür­ den.

Eine alternative Lösung der oben genannten Aufgabe ist durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9 be­ schrieben.

Dadurch, daß in Teilbereichen jedes Medienraums die Finnen oder Stege durch ein vlies- oder schaumartiges Material ersetzt sind, kann erreicht werden, daß zu­ mindest im Bereich dieser vlies- oder schaumartigen Materialien eine sehr schnelle Erwärmung auftritt, da die dort anfallende thermische Energie nicht so gut wie im Bereich der thermisch und mechanisch die Plat­ ten der Vorrichtung angebundenen Finnen oder Stege an die Platten abgeleitet wird.

In einer besonders günstigen Ausgestaltung dieser al­ ternativen Lösung weist das vlies- oder schaumartige Material eine katalytische Beschichtung auf.

Durch den oben bereits beschriebenen Effekt, daß sich im Inneren des vlies- oder schaumartigen Materials sehr schnell eine vergleichsweise große Menge an ther­ mischer Energie ansammelt, da diese nur unzureichend abgeleitet werden kann, findet im Zusammenspiel mit der katalytischen Beschichtung dieses vlies- oder schaumartigen Materials sehr schnell eine Aktivierung des Katalysators im Inneren des vlies- oder schaumar­ tigen Materials statt. Die selektive Oxidation kann in diesem Bereich sehr schnell starten. Die entstehende Wärme kann sich nach gestarteter selektiver Oxidation dann auch auf die anderen Bereiche ausdehnen und die gesamte Komponente startet.

Eine weitere alternative Lösung zu der oben genannten Aufgabe ist durch den kennzeichnenden Teil von An­ spruch 14 beschrieben.

Dadurch, daß die Finnen oder Stege in Teilbereichen des Medienraums gegenüber den anderen Teilbereichen verringerter Wandstärke ausgebildet sind, wird auch hier die Ableitung von Wärme, welche indirekt mit dem Querschnitt der zur Verfügung stehenden Wärmeleitele­ mente zusammenhängt, behindert, so daß in diesen Be­ reichen eine sehr viel schnellere Erwärmung auftritt, die Startzeit kann auch hierbei signifikant verkürzt werden.

Die oben genannten Lösungswege können allesamt in ei­ ner sehr vorteilhaften erfinderischen Weiterbildung so ausgestaltet sein, daß die Teilbereiche, welche von den Platten thermisch entkoppelt sind, welche durch vlies- oder schaumartige Materialien ersetzt sind, o­ der welche durch Finnen mit gegenüber den anderen Be­ reichen verringerter Wandstärke ausgebildet sind, in Strömungsrichtung des Stoffstroms insbesondere im letzten Drittel der Me­ dienräume angeordnet sein.

Dadurch wird in erfindungsgemäßer Weise der Vorteil erreicht, daß insbesondere im Kaltstartfall, in wel­ chem im allgemeinen sehr niedrige Durchsatzmengen an Stoffstrom vorliegen, die Oxidation in diesem in Strö­ mungsrichtung letzten Bereich der Komponente erfolgen kann. Nach der gemäß der Erfindung signifikant ver­ kürzten Kaltstartzeit kommt es nun zu dem Standardbe­ trieb der Vorrichtung, in welchem die oben genannten Teilbereiche, in welchen die Wärme nicht so gut abge­ leitet wird, hinderlich wären.

Durch die Anordnung dieser Teilbereiche im in Strö­ mungsrichtung letzten Abschnitt der Komponente wird jedoch erreicht, daß der größte Teil des Sauerstoffs während des regulären Betriebs eines derartigen Sys­ tems im vorderen Bereich der Vorrichtung zur selekti­ ven Oxidation von Bestandteilen des Stoffstroms be­ reits abreagiert hat, ehe er diesen in Strömungsrich­ tung letzten Bereich erreicht.

Dies bedeutet nun, daß die Anteile an oxidierbarem Ma­ terial in diesem in Strömungsrichtung letzten Bereich, insbesondere in der letzten Hälfte, zumindest jedoch im letzten Drittel, im Vergleich zu dem Eingangsbe­ reich relativ gering sind, der entsprechende Umsatz der Stoffe im Bereich der Katalysatoren und die damit verbundene Wärmeentwicklung ist also auch hier gerin­ ger als im Eingangsbereich der Komponente. Dadurch, daß die Teilbereiche mit der schlechten Wärmeleitung oder der thermischen Entkoppelung nun in diesem in Strömungsrichtung letzten Bereich angeordnet sind, kann also vermieden werden, daß beim bestimmungsgemä­ ßen Standardbetrieb entsprechende Nachteile entstehen, welche mit einer Überhitzung der Komponente bzw. der in ihr enthaltenen Katalysatoren einhergehen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den restlichen Unteransprüchen und in den anhand der Zeichnung nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen.

Es zeigt:

Fig. 1 einen prinzipmäßigen Aufbau eines Teils der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Plattenbau­ weise;

Fig. 2 einen prinzipmäßigen Querschnitt gemäß der Li­ nie II-II in Fig. 1 in einer möglichen Ausfüh­ rungsform der Erfindung;

Fig. 3 einen prinzipmäßigen Querschnitt gemäß der Li­ nie II-II in Fig. 1 in einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung;

Fig. 4 einen prinzipmäßigen Querschnitt gemäß der Li­ nie II-II in Fig. 1 in einer alternativen Aus­ führungsform der Erfindung;

Fig. 5 einen prinzipmäßigen Querschnitt gemäß der Li­ nie II-II in Fig. 1 in einer weiteren alterna­ tiven Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 einen prinzipmäßigen Querschnitt gemäß der Li­ nie II-II in Fig. 1 in einer weiteren alterna­ tiven Möglichkeit einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 einen prinzipmäßigen Querschnitt gemäß der Li­ nie II-II in Fig. 1 in einer weiteren alterna­ tiven Ausführungsvariante der Erfindung;

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Anordnung der Teilbereiche gemäß der Erfindung in einer Draufsicht auf die Vorrichtung; und

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer alternati­ ven Anordnung der Teilbereiche gemäß der Er­ findung in einer Draufsicht auf die Vorrich­ tung.

Fig. 1 zeigt nun einen prinzipmäßigen Querschnitt durch eine derartige Vorrichtung 1 zur selektiven Oxi­ dation von Bestandteilen eines Stoffstroms in einer Plattenbauweise. Von einem Einströmbereich 1a gelangt ein Stoffstrom A durch Medienräume 2 zu einem Aus­ strömbereich 1b der Vorrichtung 1. Zwischen den beiden hier beispielhaft dargestellten Medienräumen 2 ist ein Kühl- bzw. Heizraum 3 angeordnet, welcher in an sich bekannter Weise mit einem Heiz- bzw. Kühlmedium durch­ strömt werden. Der Aufbau mit den jeweils abwechselnd angeordneten Räumen 2, 3 setzt sich außerhalb des dar­ gestellten Bereichs entsprechend fort.

Für die vorliegende Erfindung spielen diese Bereiche jedoch keine Rolle, weshalb im weiteren Verlauf nicht näher darauf eingegangen werden soll. Die Kühlung die über ein Kühlmedium erfolgt, welches durch die Kühl­ räume 3 strömt, kann im Falle eines Kaltstarts ausge­ setzt werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß das Kühlmedium bereits in diesem Stadium die Vorrichtung 1 durchströmt, so daß Wärme von einer Stelle in dem Kühlraum 3, beispielsweise einer Stelle in der die Re­ aktion früher startet, in andere Bereiche transpor­ tiert werden kann, in denen die Wärme zum Erwärmen des Bauteils, aufgrund der noch nicht gestarteten Reakti­ on, noch benötigt wird. Beispielsweise wäre es dafür denkbar, daß zuerst kurz abgewartet wird bis sich in einem Bereich der Vorrichtung die entsprechende Reak­ tionswärme ausbildet, ehe durch ein Einschalten des Kühlmedienstroms diese Wärme über das gesamte Bauteil verteilt wird. Die thermische Energieverteilung wird also homogenisiert. Beim bestimmungsgemäßen Betrieb erfolgt dann die herkömmliche an sich bekannte Kühlung des Bauteils.

Fig. 2 ist nun ein prinzipmäßiger Querschnitt gemäß der Linie II-II durch einen der Medienräume 2 darge­ stellt, welcher sich zwischen zwei Platten 4 befindet. In dem Medienraum 2 befinden sich Finnen bzw. Stege 5, welche hier als wellblechartige in den Medienraum 2 eingelegte Struktur ausgebildet sind. Der für die se­ lektive Oxidation erforderliche Katalysator kann dabei auf die den Medienraum 2 begrenzenden Platten 4 und/oder auf die Finnen 5 aufgebracht sein.

In Fig. 2 ist außerdem erkennbar, daß die Finnen 5 in Teilbereichen 6 des Medienraums 2 über einen Spaltraum 7 von den Platten 4 thermisch entkoppelt sind. Dies bedeutet, daß die in den Teilbereichen 6 im Bereich der Finnen 5 anfallende Energie nicht so gut in den Bereich der Platten 4 abgeleitet werden kann. Da zu­ mindest in diesem Bereich eine Aufheizung der Platten 4 und damit der gesamten Gehäusestruktur der Vorrich­ tung 1 entfällt, kommt es zumindest in diesen Teilbe­ reichen 6 zu einer sehr viel schnelleren Aufheizung des Medienraums 2 und der in ihm enthaltenen kataly­ tisch wirksamen Substanzen. Die Aktivierungsenergie dieser Katalysatoren kann also sehr viel schneller be­ reitgestellt werden, die Kaltstartzeit der Vorrichtung 1 läßt sich somit signifikant verkürzen.

In Fig. 3 ist eine alternative Ausführungsform ge­ zeigt, bei der anstelle des Spaltraums 7 eine Isolati­ onsschicht 8 zwischen den Finnen 5 und den Platten 4 eingebracht ist. Diese Isolationsschicht 8 verhindert - ähnlich wie der Spaltraum 7 - die direkte Wärmeab­ leitung von den Finnen 5 in den Bereich der Platten 4, zumindest in den Teilbereichen 6. Aufgrund der etwas einfacheren Möglichkeiten der Fertigung entsprechender Bauteile mit der Isolationsschicht 8 könnte diese auch über den gesamten Bereich der Platte 4 ausgedehnt wer­ den, dies könnte jedoch zu thermischen Problemen im bestimmungsgemäßen Normalbetrieb, also nach dem er­ folgten Kaltstart der Vorrichtung 1 führen. Eine Lö­ sung hierfür wird jedoch später in den Ausführungen zu Fig. 7 noch beschrieben.

Die Isolationsschicht 8 kann in einer besonders einfa­ chen fertigungstechnischen Ausgestaltung als Beschich­ tung auf der dem Medienraum 2 zugewandten Oberfläche der Platten 4 ausgebildet sein. Daneben wären prinzi­ piell auch geschäumte Materialien anstelle der Isola­ tionsschicht 8 denkbar, welche grundlegend auch eine Art Isolationsschicht darstellen, und welche wie die Isolationsschicht 8 auch aus den üblicherweise für thermisch hoch belastete Isolationsschichten verwende­ ten Materialien, wie Keramik oder dergleichen, jedoch auch aus metallischen Werkstoffen, z. B. porösen Vlie­ sen oder vergleichbaren, bestehen können, wobei diese die Wärme entsprechend schlecht aus dem Bereich der Finnen 5 in den Bereich der Platten 4 ableiten soll­ ten.

Neben der oben bereits erwähnten Beschichtung als Mög­ lichkeit zum Einbringen der Isolationsschicht 8 kann sowohl die Isolationsschicht 8 als auch das geschäumte Material als Matte ausgebildet sein, welche sich dann bei der Fertigung sehr einfach in die Teilbereiche 6 einlegen läßt.

Ist eine Verwendung einer derartigen Isolationsschicht 8 über die gesamte Oberfläche der Platte angedacht, so muß darauf geachtet werden, daß diese, um die mechani­ sche Festigkeit der Vorrichtung 1 sicherzustellen, zu­ mindest teilweise eine Möglichkeit zur Verbindung mit den Finnen 5, beispielsweise durch Löten oder derglei­ chen, aufweist.

Aufgrund der auftretenden Temperatur an der Vorrich­ tung 1, welche - wie eingangs bereits erwähnt - beim bestimmungsgemäßen Betrieb nach dem Kaltstart bei ca. 200°C bis 300°C liegen, ist auf die Temperaturbe­ ständigkeit des Materials für die Isolationsschicht 8 zu achten.

Fig. 4 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform, ebenfalls in einem prinzipmäßigen Querschnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1 durch einen der Medienräume 2. Dabei sind in den Teilbereichen 6 die Finnen 5 als Finnen 5 aus einem Material mit sehr schlechter Wärme­ leitung, insbesondere als keramische Finnen 5a, ange­ deutet. Selbstverständlich müssen diese keramischen Finnen 5a gegebenenfalls aufgrund der mechanischen Er­ fordernisse eine andere Auslegung und Formgebung als die benachbarten Finnen 5 aufweisen, dies ist jedoch aus Gründen der Schematisierung und Vereinfachung in Fig. 4 nicht dargestellt.

Durch die keramischen Finnen 5a läßt sich ein ähnli­ cher Effekt erreichen, wie durch eine thermische Ent­ kopplung der Teilbereiche 6 über den Luftspalt 7 oder eine Isolationsschicht 8. Sie ermöglichen nämlich eine schlechtere Wärmeableitung als vergleichbare metalli­ sche Finnen, so daß auch hier in den Teilbereichen 6 eine thermische Entkopplung zwischen den Finnen 5a und den Platten 4 erzielt wird, welche wiederum nach dem oben beschriebenen Ablauf eine signifikante Verkürzung der Kaltstartzeit einer derartigen Vorrichtung 1 er­ möglicht.

Fig. 5 zeigt nun einen etwas anderen Lösungsweg, wobei hier in Teilbereichen 6 des Medienraums 2 ein Teil der Finnen 5 durch vlies- oder schaumartige Materialien 9, zur Vereinfachung im nachfolgenden kurz als Vliese 9 bezeichnet, ersetzt sind. Diese Vliese 9 sorgen eben­ falls für eine sehr schlechte Wärmeleitung in diesem Bereich. Sie können als metallische oder keramische Vliese 9 bzw. Schäume ausgebildet sein und tragen im Idealfall eine katalytische Beschichtung.

Im Gegensatz zu den Finnen 5 leiten die Vliese 9 die Wärme relativ schlecht an die Platten 4 bzw. die sie umgebenden Finnen 5 ab. Das Vlies 9, welches als Vlies aus einem dünnen Drahtgestrick oder als geschäumtes metallisches oder keramisches Material mit dünnen Wandstärken zwischen seinen Poren ausgebildet ist, er­ wärmt sich aufgrund der schlechten inneren Wärmelei­ tung weitaus schneller. In den Teilbereichen 6 erwärmt sich somit der Medienraum 2 ebenfalls sehr viel schneller als in den anderen Teilbereichen. Da die Vliese 9 nun die Wärme, wie oben bereits erwähnt, nicht so schnell abgeben können wie die Finnen 5, kommt es somit zumindest in ihrer Mitte relativ schnell zu einer Wärmeschicht, welche sich auf einem Temperaturniveau befindet, bei dem die katalytische Beschichtung der Vliese 9 bereits aktiv ist. Somit kommt es im Bereich der Vliese 9 zu aktiven Zentren der katalytischen Beschichtung, in welchen dann die gewünschten selektiven Oxidationsvorgänge während des Kaltstarts zu einem sehr frühen Zeitpunkt ablaufen können. Die für den Kaltstart der Vorrichtung 1 erfor­ derliche Zeitspanne läßt sich auch hierdurch signifi­ kant verkürzen.

Leider haben die Vliese 9 den Nachteil, daß sie für einen vergleichsweise hohen Druckverlust sorgen, wenn sie durchströmt werden. Deshalb ist der Aufbau, wie er in Fig. 5 prinzipmäßig dargestellt ist, sinnvoll, da hier eine Optimierung zwischen der Querschnittsfläche der Vliese 9 und der zwischen den Vliesen 9 und in den Teilbereichen 6 zwischen den Vliesen 9 und den Platten 4 angeordneten Finnen 5 erfolgt, so daß eine sehr kur­ ze Kaltstartzeit bei einer vergleichsweise geringen Erhöhung des Gesamtdruckverlusts der Vorrichtung 1 er­ reicht werden kann.

Fig. 6 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der Teile des Vlieses 9, nicht wie oben erwähnt, durch­ strömt werden, sondern lediglich von einem entspre­ chenden Medium überströmt werden, wodurch ein weitaus geringerer Druckverlust entsteht. Dazu ist ein well­ blechartig geformtes Vlies 9' in den Medienraum 2, zwischen die beiden Platten 4, eingelegt. Aufgrund der Ausgestaltung der Vliese 9' werden sich diese, wie o­ ben bereits erwähnt, entsprechend schneller erwärmen und die thermische Kopplung zu den Platten 4 ist rela­ tiv gering. Da im Aufbau mit dem wellblechartigen Vlies 9' dieses jedoch nur überströmt wird, der den Raum durchströmende Massenstrom strömt also an dem Vlies 9' vorbei, wird ein weitaus geringerer Druckver­ lust entstehen, als wenn das Vlies 9' durchströmt wird, wie dies im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 zu­ mindest teilweise der Fall ist.

Fig. 7 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Vorrichtung 1, wobei hier in den Teilbereichen 6 die Finnen 5b gegenüber den in den anderen Bereichen angeordneten Finnen 5 mit einer deutlich verringerten Wandstärke, z. B. ca. 30 bis 50% der Dicke der Finnen 5, ausgebildet sind. Auch hier kommt es zu ähnlichen Effekten hinsichtlich der thermischen Entkopplung der Teilbereiche 6, wie bei den anderen Ausgestaltungen, da die Finnen 5b mit der geringeren Wandstärke eine schlechtere Wärmeleitung als die Finnen 5 in den ande­ ren Bereichen des Medienraums 2 aufweisen. Während der Kaltstartphase kommt es damit zu einer schnelleren Er­ wärmung der Teilbereiche 6 und damit wiederum zu einer signifikanten Verkürzung der Kaltstartzeit der Vor­ richtung 1 zur selektiven Oxidation von Bestandteilen eines Stoffstroms.

Fig. 8 zeigt nun in einer Draufsicht auf die Vorrich­ tung 1 eine stark schematisierte Darstellung der Teil­ bereiche 6, welche hier mit einer Schraffur darge­ stellt sind.

Die Teilbereiche 6 sind dabei in Strömungsrichtung des Stoffstroms A, welcher von dem Eintrittsbereich 1a zu dem Austrittsbereich 1b der Vorrichtung 1 strömt, in der dem Ausströmbereich 1b zugewandten Hälfte, insbe­ sondere im in Strömungsrichtung letzten Drittel der jeweiligen Medienräume 2, angeordnet. Dadurch kann er­ reicht werden, daß bei bestimmungsgemäßen Betrieb der Vorrichtung 1 nach dem Kaltstart der größte Teil der selektiven Oxidation<vorgänge in der in Strömungsrich­ tung ersten, dem Eintrittsbereich 1a zugewandten Hälf­ te der Vorrichtung 1 stattfindet, da der übliche Be­ trieb, beispielsweise bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug, meist ohnehin unter Teillastbedingungen erfolgt. Selektiv oxidierbare Stoffe erreichen damit nur zu einem sehr geringen Teil die Teilbereiche 6, in welchen die Ableitung von thermischer Energie durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen für den Kaltstart beim bestimmungsgemäßen Betrieb nach dem Kaltstart selbst­ verständlich eingeschränkt ist.

Aufgrund der Tatsache, daß nun vergleichsweise wenige selektiv oxidierbare Stoffe diese Teilbereiche 6 er­ reichen, läßt sich jedoch ein gelungenes Gleichgewicht zwischen signifikanter Verkürzung der Kaltstartzeit und thermischer Belastung der Vorrichtung 1, insbeson­ dere der Teilbereich 6, im wenigstens annähernd größ­ ten Teil des bestimmungsgemäßen Betriebs nach dem Kaltstart erreichen.

Die in der Prinzipdarstellung gemäß Fig. 8 gewählte schachbrettartige Anordnung der Teilbereiche 6 mit den erfindungsgemäßen Eigenschaften und der dazwischen an­ geordneten Teilbereiche ohne diese Eigenschaften kann dabei eine ideale Kombination von Wärmeableitung und Wärmespeicherung erzielen, wobei Bypasseffekte des Stoffstroms A, also ein Umströmen der Teilbereiche 6, sicher verhindert werden können. Des weiteren dient die schachbrettartige Anordnung auch dazu, die mecha­ nische Stabilität des Aufbaus aus den Platten 4 si­ cherzustellen.

Beim Einsatz einer Isolationsschicht 8, welche, wie in den Ausführungen zu Fig. 3 bereits angedeutet wurde, auch als durchgehende Beschichtung ausgebildet sein kann, wäre es entsprechend sinnvoll, die Beschichtung auf diesem in Strömungsrichtung letzten Drittel der Vorrichtung 1 anzuordnen. Grundsätzlich wäre dabei auch eine in Strömungsrichtung ansteigende Dicke der Isolierschicht 8 denkbar.

Fig. 9 zeigt eine letzte Ausführungsform einer Dar­ stellung, welche prinzipmäßig mit der oben bei Fig. 8 bereits beschriebenen Darstellung vergleichbar ist. Der Aufbau ist hier so gewählt, daß in Strömungsrich­ tung des Medienstroms A zuerst Finnen 5 durchströmt werden, welche gemäß einem der oben genannten Ausfüh­ rungsbeispiele ausgebildet sein können. An diesen Be­ reich mit den Finnen 5 schließt sich dann ein Bereich an, in welchem die wellblechartigen Vliese 9' angeord­ net sind, wie sie aus Fig. 6 bekannt sind. Der Aufbau gemäß Fig. 9 erlaubt also über die Strömungslänge des Medienstroms A einen sich verändernden Aufbau mit un­ terschiedlich guter Wärmeanbindung an die Platten 4, je weiter das Medium in den Medienraum 2 einströmt.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur selektiven Oxidation von Bestandteilen ei­ nes Stoffstroms mit einem Katalysator in einer Plattenbauweise, wobei zwischen jeweils zwei Platten Me­ dienräume angeordnet sind, und wobei in den Medienräumen Finnen oder Stege zum Einbringen oder Ableiten von thermi­ scher Energie und/oder der gezielten Führung des Stoffstroms vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Finnen oder Stege (5) in Teilbereichen (6) jedes Me­ dienraumes (2) thermisch von den jeweiligen Medienraum (2) begrenzenden Platten (4) entkoppelt sind, wobei die Teilbe­ reiche (6) in Strömungsrichtung des Stoffstroms (A) in der jeweils zweiten Hälfte der Medienräume (2) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Finnen oder Stege (5) über einen Spaltraum (7) zwischen den Finnen oder Stegen (5) und den Platten (7) von diesen entkoppelt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Finnen oder Stege (5) über eine Isolationsschicht (8) zwischen den Finnen oder Stegen (5) und den Platten (4) von diesen entkoppelt sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Finnen oder Stege (5) über geschäumte Materialien zwi­ schen den Finnen oder Stegen (5) und den Platten (4) von diesen entkoppelt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Finnen oder Stege (5) über keramische Elemente (5a) in den Finnen oder Stegen (5) von den Platten (4) entkoppelt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (8) als Beschichtung ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (8) oder das geschäumte Material als einlegbare Matte ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolationsschicht (8) oder das geschäumte Material ke­ ramische Werkstoffe aufweist.

9. Vorrichtung zur selektiven Oxidation von Bestandteilen ei­ nes Stoffstroms mit einem Katalysator in einer Plattenbauweise, wobei zwischen jeweils zwei Platten Me­ dienräume angeordnet sind, und wobei in den Medienräumen Finnen oder Stege zum Einbringen oder Ableiten von thermi­ scher Energie und/oder der gezielten Führung des Stoffstroms vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Finnen oder Stege (5) in Teilbereichen (6) jedes Me­ dienraums (2) durch vlies- oder schaumartige Materialien (9) ersetzt sind, wobei die Teilbereiche (6) in Strömungs­ richtung des Stoffstroms (A) in der jeweils zweiten Hälfte der Medienräume (2) angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die vlies- oder schaumartigen Materialien (9) eine kataly­ tische Beschichtung aufweisen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vlies- oder schaumartigen Materialien (9) als Metall­ schaum ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vlies- oder schaumartigen Materialien (9) als Metall­ vlies ausgebildet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vlies- oder schaumartigen Materialien (9) als Keramik­ schaum ausgebildet sind.

14. Vorrichtung zur selektiven Oxidation von Bestandteilen ei­ nes Stoffstroms mit einem Katalysator in einer Plattenbauweise, wobei zwischen jeweils zwei Platten Me­ dienräume angeordnet sind, und wobei in den Medienräumen Finnen oder Stege zum Einbringen oder Ableiten von thermi­ scher Energie und/oder der gezielten Führung des Stoffstroms vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Finnen oder Stege (5) in Teilbereichen (6) jedes Me­ dienraums (2) mit gegenüber den anderen Bereichen verringerten Wandstärke (Finnen 5b) ausgebildet sind, wobei die Teilbereiche (6) in Strömungsrichtung des Stoffstroms (A) in der jeweils zweiten Hälfte der Medienräume (2) ange­ ordnet sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator auf den Finnen oder Stegen (5, 5a, 5b) durch eine Beschichtung aufgebracht ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilbereiche (6), welche von den Platten (4) thermisch entkoppelt sind, in welchen die Finnen oder Stege (5) durch vlies- oder schaumartige Materialien (9) ersetzt sind oder in welchen die Finnen oder Stege (5) mit gegenüber den an­ deren Bereichen verringerten Wandstärken (Finnen 5b) ausgebildet sind, in Strömungsrichtung des Stoffstroms (A) im letzten Drittel der Medienräume (2) angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Medienräume (2) abwechselnd mit Kühlräumen (3) angeord­ net sind, wobei über ein in den Kühlräumen (3) strömendes Medium die thermische Energieverteilung in der Vorrichtung homogenisierbar ist.

18. Verwendung der Vorrichtung zur selektiven Oxidation nach einem der Ansprüche 1 bis 17 in einem Gaserzeugungssystem einer Brennstoffzellenanlage, insbesondere in einem Fahr­ zeug.