DE102004052106B4 - Kombination eines Katalysators mit einem Wärmespeicher - Google Patents
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Abstract
– mit einem Katalysatormaterial (2), das im Betrieb Abgasen der Brennkraftmaschine (5) ausgesetzt ist,
– mit einem Wärmespeichermaterial (3), das mit dem Katalysatormaterial (2) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist,
– wobei als Wärmespeichermaterial (3) ein Phasenwechselmaterial verwendet wird, das bei einer vorbestimmten Speichertemperatur bei der Wärmeaufnahme schmilzt und bei der Wärmeabgabe erstarrt,
– wobei eine Tragstruktur (6) vorgesehen ist, die das Katalysatormaterial (2) direkt oder indirekt trägt und die mit dem Wärmespeichermaterial (3) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist.
– wobei die Tragstruktur (6) mehrere vom Abgas parallel durchströmbare Abgaskanäle (8) ausbildet, die an ihrer dem Abgas ausgesetzten Oberfläche das Katalysatormaterial (2) direkt oder indirekt tragen,
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Abgaskanäle (8) in das Wärmespeichermaterial (3) eingebettet sind, oder
– dass die Tragstruktur (6) mehrere mit dem...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Katalysator-Wärmespeicher-Kombination für eine Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 oder mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 3 oder mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 8 oder mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 13. Die Erfindung betrifft außerdem einen Katalysator sowie eine Abgasanlage mit einer derartigen Katalysator-Wärmespeicher-Kombination.
- Um Schadstoffemissionen einer Brennkraftmaschine zu reduzieren, ist in einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine üblicherweise ein Oxidationskatalysator angeordnet. Damit ein solcher Oxidationskatalysator die erwünschte Oxidationswirkung in den Abgasen erreichen kann, muss er zumindest eine sogenannte „Anspringtemperatur" erreichen, die je nach verwendetem Katalysatormaterial z.B. zwischen 180°C und 280°C liegen kann. Beim Starten der Brennkraftmaschine, insbesondere bei einem Kaltstart, muss also der Oxidationskatalysator erst auf die Anspringtemperatur aufgeheizt werden, damit er seine abgasreinigende Wirkung entfalten kann.
- Auf der einen Seite fordern immer strengere Umweltschutzbestimmungen die Einhaltung immer kleinerer Grenzwerte für die Schadstoffemissionen, insbesondere auch beim Kaltstart der Brennkraftmaschinen. Auf der anderen Seite besitzen moderne Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, einen relativ hohen Wirkungsgrad, was unter anderem zu einer Absenkung der Abgastemperaturen führt. Darüber hinaus besitzen große Brennkraftmaschinen eine entsprechend große Wärmespeicherkapazität. Des weiteren werden häufig Abgasturbolader verwendet, die regelmäßig stromauf des Oxidationskatalysators im Abgasstrang angeordnet sind und ebenfalls eine vergleichsweise große Wärmespeicherkapazität aufweisen. Diese gegenläufigen Entwicklungen erschweren es, die Emissionsgrenzwerte, insbesondere beim Kaltstart der Brennkraftmaschine einzuhalten.
- Um den Oxidationskatalysator zur Verkürzung der Kaltstartphase schneller auf seine Anspringtemperatur bringen zu können, ist es grundsätzlich möglich, die Abgase stromauf des Oxidationskatalysators mit Hilfe eines Brenners aufzuheizen. Nachteilig ist hierbei, dass auch ein solcher Brenner eine gewisse Zeit benötigt, um anzuspringen und die gewünschte Abgasaufheizung zu bewirken. Des weiteren beeinträchtigt das dynamische Verhalten der Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei Lastwechsel den Betrieb des Brenners. Außerdem führt der Brenner zu vergleichsweise hohen Abgastemperaturen, was am Einlass des Oxidationskatalysators eine hohe Temperaturbelastung und eine vorschnelle Alterung bewirkt. Außerdem benötigt ein derartiger Brenner ebenfalls Brennstoff, was die Gesamtemission, insbesondere an CO2, der Brennkraftmaschine erhöht.
- Alternativ ist es grundsätzlich möglich, den Oxidationskatalysator elektrisch zu beheizen. Hierbei ist nachteilig, dass eine dazu geeignete Heizeinrichtung einen vergleichsweise hohen Stromverbrauch besitzt, was bei der Verwendung in einem Kraftfahrzeug eine erhöhte Batteriekapazität erfordert. Darüber hinaus wird auch hier zusätzlich Energie verbraucht, was den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine reduziert.
- Eine Katalysator-Wärmespeicher-Kombination der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 100 04 545 A1 bekannt. Diese umfasst ein Katalysatormaterial, das im Betrieb Abgasen der Brennkraftmaschine ausgesetzt ist, sowie ein Wärmespeichermaterial, das mit dem Katalysatormaterial direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist. Als Wärmespeichermaterial wird ein Phasenwechselmaterial verwendet, das bei einer vorbestimmten Speichertemperatur bei der Wärmeaufnahme schmilzt und bei der Wärmeabgabe erstarrt. Desweiteren ist eine Tragstruktur vorgesehen, die das Katalysatormaterial direkt oder indirekt trägt und die mit dem Wärmespeichermaterial direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist. Ferner bildet die Tragstruktur mehrere vom Abgas parallel durchströmbare Abgaskanäle aus, die an ihrer dem Abgas ausgesetzten Oberfläche das Katalysatormaterial direkt oder indirekt tragen. Bei der bekannten Katalysator-Wärmespeicher-Kombination ist das Wärmespeichermaterial als Bahnenmaterial ausgestaltet, das zusammen mit katalytisch beschichtetem Bahnenmaterial zum Katalysatorkörper gewickelt wird. Eine Einbettung von Abgaskanälen in das Wärmespeichermaterial findet dabei nicht statt. Ebenso werden innerhalb der Tragstruktur keine mit dem Wärmespeichermaterial befüllte Speicherkammern ausgebildet. Vielmehr bildet das Trägermaterial Kanäle aus, die alle katalytisch beschichtet sind. - Eine andere Katalysator-Wärmespeicher-Kombination ist aus der
DE 100 48 518 A1 bekannt. Dort ist eine Trägereinrichtung, die von Abgas durchströmbar ist und deren Wände mit einem katalytischen Wirkstoff versehen sind, aus einem Feststoffmaterial hergestellt, das einen Latentwärmespeicher bildet. Besagtes Feststoffmaterial geht eine reversible chemische oder physikalische Reaktion unter Wärmeeinfluss ein und behält dabei seinen Aggregatzustand bei. Beispielsweise handelt es sich bei diesem Feststoffmaterial um gebrannten Kalk. Durch Beaufschlagen des gebrannten Kalks mit Wasser, sogenanntes Kalklöschen, wird eine stark exotherme Reaktion gestartet, die es ermöglicht, den Katalysator schnell aufzuheizen. Im Betrieb des Katalysators können hinreichend hohe Temperaturen erreicht werden, um die vorgenannte Reaktion umzukehren. - Aus der
DE 42 28 267 C2 ist ein Katalysator mit eingelagertem Wärmespeichermaterial bekannt. Im Einzelnen enthält der bekannte Katalysator in einer zylindrischen Hülle eine konzentrisch angeordnete zylindrische Außenummantelung, in der mehrere zylindrische Innenummantelungen konzentrisch angeordnet sind, nämlich eine äußere Innenummantelung, eine mittlere Innenummantelung und eine innere Innenummantelung. Im Inneren der inneren Innenummantelung ist ein Zylinderraum ausgebildet, in dem spiralförmig gewundene katalytisch be schichtete gerippte Metallplatten angeordnet sind. Radial zwischen der inneren Innenummantelung und der mittleren Innenummantelung ist ein innerer Ringraum ausgebildet, der mit Wärmespeichermaterial gefüllt ist. Radial zwischen der mittleren Innenummantelung und der äußeren Innenummantelung ist ein mittlerer Ringraum ausgebildet, in dem spiralförmig gewundene katalytisch beschichtete gerippte Metallplatten angeordnet sind. Radial zwischen der äußeren Innenummantelung und der Außenummantelung ist ein äußerer Ringraum ausgebildet, der mit Wärmespeichermaterial gefüllt ist. - Die
DE 198 20 971 A1 zeigt einen weiteren Katalysator, der in seiner Durchströmungsrichtung zwei Zonen aufweist, wobei die stromab angeordnete Zone eine höhere Wärmekapazität aufweist als die stromauf liegende Zone. Erreicht wird dies durch größere Blechstärken der Materialblechlagen, aus denen die einzelnen Zonen gebildet sind. Durch diese Bauweise können Temperaturschwankungen im Abgas während des Betriebs der Brennkraftmaschine ausgeglichen werden. - Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, bei einer Brennkraftmaschine die Schadstoffemission, insbesondere beim Kaltstart, zu reduzieren.
- Dieses Problem wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, einen Katalysator, insbesondere einen Oxidationskatalysator, mit einem Wärmespeicher, insbesondere mit einem Latentwärmespeicher, zu kombinieren, wobei der Wärmespeicher mit einem Phasenwechselmaterial arbeitet. Bei einer derartigen Katalysator-Wärmespeicher-Kombination ist entweder ein Wärmespeicher in einen Katalysator integriert oder ein Katalysator in einen Wärmespeicher. Eine solche Kombination hat den Vorteil, dass die Wärme genau dort gespeichert und abgegeben werden kann, wo sie für die Aufheizung des Katalysators benötigt wird, nämlich unmittelbar am bzw. im Katalysator selbst. Die Wärmeübertragung vom Wärmespeicher bzw. vom Wärmespeichermaterial auf den Katalysator bzw. auf das Katalysatormaterial erfolgt dabei möglichst direkt und auf einem kurzem Weg, wodurch Wärmeübertragungsverluste reduziert werden.
- Von besonderem Vorteil ist dabei, dass die Speichertemperatur bei geladenem Wärmespeicher bzw. bei geladenem Wärmespeichermaterial stets auch im Katalysator bzw. im Katalysatormaterial vorliegt, so dass bei entsprechender Auslegung dieser Speichertemperatur, was z.B. durch eine geeignete Auswahl des Wärmespeichermaterials erfolgen kann, beim Starten der Brennkraftmaschine der Katalysator sofort betriebsbereit zur Verfügung steht. Ein Abgasdurchgang durch den Katalysator ohne Umsetzung der Schadstoffe tritt dann nicht mehr auf. Die Kaltstartphase ist diesbezüglich dann zeitlich quasi auf den Wert Null reduziert, da der Katalysator von Anfang an zur Verfügung steht.
- Desweiteren vereinfacht sich auch die „Aufladung" des Wärmespeichers bzw. des Wärmespeichermaterials, also die Aufnahme von Wärmeenergie durch den Wärmespeicher bzw. durch das Wärmespeichermaterial. Denn im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine, d.h. wenn sich der Katalysator bzw. sein Katalysatormaterial auf Betriebstemperatur, also oberhalb der Anspringtemperatur befindet, kann der Wärmespeicher bzw. das Wärmespeichermaterial überschüssige Wärme verlustarm aufnehmen. Gleichzeitig kann dabei auch die bei den katalytischen Reaktionen entstehende Abwärme zum Aufladen des Wärmespeichermaterials genutzt werden.
- Da eine solche Katalysator-Wärmespeicher-Kombination mit minimalen Verlusten arbeitet, kann diese Kombination vergleichsweise kompakt bauen, wobei außerdem vergleichsweise wenig Wärmespeichermaterial benötigt wird.
- Eine erste erfindungsgemäße Lösung charakterisiert sich dadurch, dass entweder die Abgaskanäle in das Wärmespeichermaterial eingebettet sind oder dass die Tragstruktur mehrere mit dem Wärmespeichermaterial befüllte Speicherkammern ausbildet, die mit den Abgaskanälen gemeinsame Wände aufweisen, die einerseits das Katalysatormaterial tragen und andererseits mit dem Wärmespeichermaterial in Kontakt stehen.
- Für eine zweite Lösung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Tragstruktur eine Vielzahl benachbarter Kanäle aufweist, von denen einige als beidseitig offene Abgaskanäle ausgebildet sind, deren Wände das Katalysatormaterial tragen und von denen einige als beidseitig verschlossene Speicherkammern ausgebildet sind, die mit dem Wärmespeichermaterial befüllt sind.
- Erfindungsgemäß wird auch eine dritte Lösung vorgeschlagen, bei der die Tragstruktur aus einem das Katalysatormaterial tragenden Trägermaterial besteht, in das mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial eingelagert ist oder das durch mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial gebildet ist oder das in der Tragstruktur mit Wärmespeichermaterial befüllte, nach außen verschlossen Hohlräume ausbildet.
- Entsprechend einer vierten Lösung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Tragstruktur mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial und das Katalysatormaterial trägt.
- Die vorstehend genannten Lösungen zeichnen sich durch eine intensive Kopplung zwischen dem Wärmespeichermaterial und dem Katalysatormaterial aus, was die Wärmeübertragung verbessert.
- Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird auch durch einen Katalysator gelöst, der zumindest zwei in der Durchströmungsrichtung aufeinander folgende Abschnitte aufweist, von denen einer als Katalysator-Wärmespeicher-Kombination gemäß einer der vorstehend beschriebenen Lösungen ausgestaltet ist.
- Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird desweiteren durch eine Abgasanlage gelöst, die mit einer Katalysator-Wärmespeicher-Kombination gemäß einer der vorstehend beschriebenen Lösungen ausgestattet ist.
- Ferner wird das der Erfindung zugrundeliegende Problem auch durch eine Abgasanlage gelöst, bei der eine Katalysator-Wärmespeicher-Kombination in einer Abzweigung eines Abgasstrangs der Abgasanlage angeordnet ist, die in einen im Abgasstrang angeordneten, nicht mit einem Wärmespeicher kombinierten Katalysator oder stromauf dieses Katalysators in den Abgasstrang einmündet. Bei dieser Bauweise kann die Abgasführung zur Umgehung der Katalysator-Wärmespeicher-Kombination durch den Hauptteil der Abgasleitung geführt werden, sobald das Wärmespeichermaterial keine zusätzliche Wärme in das Abgas übertragen kann. Dies ist von besonderem Vorteil, da das Wärmespeichermaterial bei seiner weiteren Durchströmung mit Abgas wieder Wärme aufnimmt oder dem Abgas somit Wärme entziehen kann, was die Aufheizung des konventionellen Katalysators verzögern würde.
- Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
- Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Bauteile beziehen.
- Es zeigen, jeweils schematisch.
-
1 bis5 jeweils einen stark vereinfachten prinzipiellen Querschnitt durch eine Katalysator-Wärmespeicher-Kombination nach der Erfindung bei verschiedenen Ausführungsformen, -
6 bis8 jeweils perspektivische Ansichten auf Teilbereiche der erfindungsgemäßen Katalysator-Wärmespeicher-Kombination bei anderen Ausführungsformen, -
9 eine stark vereinfachte perspektivische Ansicht auf einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Katalysator-Wärmespeicher-Kombination bei einer weiteren Ausführungsform, -
10 eine vergrößerte Ansicht auf ein Detail X in9 , -
11 bis13 jeweils eine vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Abgasanlage nach der Erfindung bei verschiedenen Ausführungsformen, -
14 einen stark vereinfachten, prinzipiellen Längsschnitt durch einen Katalysator nach der Erfindung. - Entsprechend den
1 bis10 ist eine erfindungsgemäße Katalysator-Wärmespeicher-Kombination1 mit einem Katalysatormaterial2 und mit einem Wärmespeichermaterial3 ausgestattet. Die Kombination1 ist dabei für eine Abgasanlage4 einer Brennkraftmaschine5 (vgl. die11 bis13 ) geeignet, wobei die Brennkraftmaschine5 mit der Abgasanlage4 vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein kann. Das Katalysatormaterial2 ist innerhalb der Kombination1 so angeordnet, dass es im Betrieb der Brennkraftmaschine5 Abgasen derselben ausgesetzt ist, so dass eine entsprechende katalytische Umsetzung von Schadstoffen der Abgase erfolgen kann. Zweckmäßig ist das Katalysatormaterial2 so ausgewählt, dass es als Oxidationskatalysator wirkt. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Auslegung möglich, welche die Kombination1 als NOx-Speicherkatalysator oder als SCR-Katalysator arbeiten lässt. - Das Wärmespeichermaterial
3 ist innerhalb der Kombination1 so angeordnet, dass es mit dem Katalysatormaterial2 direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist. Auf diese Weise kann eine hoch integrierte Einheit aus Katalysatormaterial2 und Wärmespeichermaterial3 geschaffen werden, die einen verlustarmen und schnellen Wärmeübergang zwischen Katalysatormaterial2 und Wärmespeichermaterial3 ermöglicht. Von entscheidendem Vorteil ist hierbei, dass das Katalysatormaterial2 bei thermisch aufgeladenem Wärmespeichermaterial3 ebenfalls die Speichertemperatur des Wärmespeichermaterials3 einnimmt. Zweckmäßig ist das Wärmespeichermaterial3 so ausgewählt, dass sich eine Speichertemperatur realisieren lässt, die oberhalb einer Anspringtemperatur des Katalysatormaterials2 liegt. Dies hat zur Folge, dass das Katalysatormaterial2 bei ausgeschalteter Brennkraftmaschine5 und bei geladenem oder teilgeladenem Wärmespeichermaterial3 mit der Speichertemperatur bereitsteht, also beim Starten der Brennkraftmaschine5 sofort ordnungsgemäß funktionieren kann. Die Kaltstartphase des Katalysatormaterials2 ist diesbezüglich zeitmäßig auf den Wert Null reduziert. - Die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination
1 kann außerdem eine Tragstruktur6 aufweisen, die ihrerseits aus einem Trägermaterial7 besteht. Die Tragstruktur6 trägt das Katalysatormaterial2 direkt oder indirekt, z.B. in Form einer Beschichtung. Desweiteren ist die Tragstruktur6 mit dem Wärmespeichermaterial3 direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt. Die Tragstruktur6 dient somit zumindest für das Katalysatormaterial2 als Träger. - Bei den Ausführungsformen der
1 bis5 sowie8 und9 ist die Tragstruktur6 jeweils so ausgestaltet, dass sie mehrere vom Abgas parallel durchströmbare Abgaskanäle8 ausbildet. Diese Abgaskanäle8 besitzen jeweils eine dem Abgas ausgesetzte Oberfläche, die das Katalysatormaterial2 direkt oder indirekt trägt. Auf diese Weise ist das Katalysatormaterial2 den Abgasen ausgesetzt. - Die genannten Abgaskanäle
8 können nun bei einer einfachen, hier nicht gezeigten Ausführungsform in das Wärmespeichermaterial3 eingebettet sein. D.h., das die Abgaskanäle8 bildende Trägermaterial7 ist vom Wärmespeichermaterial3 umhüllt. Hierzu wird, z.B. in einem Gehäuse, nur ein Aufnahmeraum zur Aufnahme des Wärmespeichermaterials3 benötigt, durch den die Abgaskanäle8 hindurchgeführt sind. - Bei den Ausführungsformen der
1 und2 ist die Tragstruktur6 außerdem so gestaltet, dass sie mehrere Speicherkammern9 ausbildet. Diese Speicherkammern9 sind mit dem Wärmespeichermaterial3 befüllt und sind jeweils nach außen hermetisch abgeschlossen. Desweiteren weisen diese Speicherkammern9 mit den Abgaskanälen8 gemeinsame Wände10 auf. Diese Wände10 tragen somit einerseits das Katalysatormaterial2 in den Abgaskanälen8 und stehen andererseits in den Speicherkammern9 mit dem Wärmespeichermaterial3 in Kontakt. - Auf diese Weise quasi wird ein Wärmespeicher in einen Katalysator integriert bzw. wird ein Katalysator in einen Wärmespeicher integriert.
- Zweckmäßig ist das Wärmespeichermaterial
3 dabei so gewählt, dass der damit realisierte Wärmespeicher ein Latentwärmespeicher ist. Das Wärmespeichermaterial3 ist dementsprechend so gewählt, dass es bei der jeweils gewünschten Speichertemperatur einen Phasenwechsel zwischen flüssiger Phase und fester Phase durchführt. Beim Aufladen des Wärmespeichers schmilzt das Wärmespeichermaterial3 , während es bei der Endladung erstarrt. Unterhalb der Speichertemperatur, also unterhalb der Phasenwechseltemperatur des Wärmespeichermaterials3 kann der damit gebildete Wärmespeicher nur sensible Wärme speichern, also in Form einer Temperaturerhöhung des festen Wärmespeichermaterials3 . Wenn das Wärmespeichermaterial3 bis auf seine Phasenwechseltemperatur aufgeheizt ist, schmilzt es, was zu einer latenten Wärmespeicherung führt. Die so gespeicherte Wärme wird dabei auf dem Temperaturniveau der Speichertemperatur gespeichert und kann auch bei dieser Temperatur abgerufen werden. Darüber hinaus kann das flüssige Wärmespeichermaterial3 zusätzlich erwärmt werden, was wieder zu einer sensiblen, also temperaturabhängigen Wärmespeicherung führt. - Beim Wärmespeichermaterial
3 handelt es sich somit um ein gezielt ausgewähltes Phasenwechselmaterial, das bei der jeweils gewünschten Speichertemperatur seinen Phasenwechsel vollzieht. Die hier gewünschte Speichertemperatur liegt zweckmäßig bei oder oberhalb der Anspringtemperatur des Katalysatormaterials2 . Um besonders viel Wärmeenergie besonders kompakt speichern zu können, sind höhere Speichertemperaturen von Vorteil. Durch die bei der erfindungsgemäßen Katalysator-Wärmespeicher-Kombination1 erzielte unmittelbare Nähe zwischen Katalysatormaterial2 und Wärmespeichermaterial3 können auch Wärmespeichermaterialien3 mit vergleichsweise hoher Speichertemperatur verwendet werden, da im Betrieb der Brennkraftmaschine 5 am Katalysatormaterial2 vergleichsweise hohe Temperaturen erreicht werden, weil am Katalysatormaterial2 die Umsetzung von Schadstoffen unter Freigabe von Wärme erfolgt. Hierdurch können erheblich höhere Speichertemperaturen erzielt werden, als beispielsweise alleine durch die Nutzung von in den Abgasen der Brennkraftmaschine enthaltener Wärme. Desweiteren führt die intensive Beheizung des Wärmespeichermaterials3 während des Betriebs der Brennkraftmaschine5 zu vergleichsweise kurzen Aufladezeiten für das Wärmespeichermaterial3 . Dementsprechend kann auch eine kurze Betriebsphase der Brennkraftmaschine5 ein vollständiges oder hinreichendes Aufladen des Wärmespeichermaterials3 für den nächsten Startvorgang ermöglichen. - Ein Wärmespeichermaterial
3 , das sich zur Ausbildung eines derartigen Hochtemperatur-Wärmespeichers eignet, kann beispielsweise ein Salz sein, das bei der jeweils gewünschten Speichertemperatur seine Phasenwechseltemperatur besitzt. - Beispielsweise eignen sich hierzu KNO3, NaNO3 und andere Salze. Die Schmelztemperatur von NaNO3 liegt bei 308°C, während die von KNO3 bei 336°C liegt. Mit anderen Wärmespei chermaterialien
3 , vorzugsweise Salzen, können auch Phasenwechseltemperaturen z.B. in Bereichen zwischen 200°C und 400°C abgedeckt werden. - Bei den Ausführungsformen der
1 und2 sind die Abgaskanäle8 jeweils mit einem länglichen Rechteckquerschnitt versehen. Grundsätzlich sind jedoch beliebige Querschnittsgeometrien realisierbar. - Bei der in
2 gezeigten Ausführungsform weisen die Abgaskanäle8 Spacerstrukturen11 auf. Diese Spacerstrukturen11 stützen sich an einander gegenüberliegenden Wänden10 der Abgaskanäle8 ab. Die Spacerstrukturen11 sind hier exemplarisch als zick-zack-förmig gefaltete oder gewellte Elemente ausgestaltet. Zweckmäßig bestehen die Spacerstrukturen11 ebenfalls aus dem Trägermaterial7 und bilden somit Bestandteile der Tragstruktur6 . Die Spacerstrukturen11 bewirken zum einen eine extreme Aussteifung der Tragstruktur6 und somit der Kombination1 . Zum anderen erhöhen sie innerhalb der Abgaskanäle8 die Oberfläche und können insbesondere auch dazu genutzt werden, das Katalysatormaterial2 zu tragen. Auf diese Weise kann die katalytisch aktive Oberfläche der Kombination1 deutlich vergrößert werden. - Grundsätzlich ist es auch möglich, das Katalysatormaterial
2 ausschließlich an den Spacerstrukturen11 anzubringen. Dies kann fertigungstechnische Vorteile aufweisen, da die Spacerstrukturen11 z.B. unabhängig von der übrigen Trägerstruktur6 vorgefertigt und mit dem Katalysatormaterial2 versehen werden können. Anschließend können die mit dem Katalysatormaterial2 versehenen Spacerstrukturen11 in die Abgaskanäle8 der Tragstruktur6 eingesetzt werden. - Desweiteren ist es grundsätzlich möglich, auf entsprechende Weise auch innerhalb der Speicherkammern
9 derartige oder ähnliche Spacerstrukturen11 anzuordnen, die sich dann an einander gegenüberliegenden Wänden10 der Speicherkammern9 abstützen. Auf diese Weise kann eine weitere Aussteifung der Kombination1 sowie eine Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen dem Wärmespeichermaterial3 und den Wänden10 erreicht werden. Die in den Speicherkammern9 eingebrachten Spacerstrukturen11 sind hier nicht gezeigt. - Durch die hier gezeigte Ausgestaltung der Spacerstrukturen
11 wird bei den einzelnen Abgaskanälen8 der Querschnitt in eine Vielzahl kleiner Abgaskanäle8' unterteil, was strömungsmechanisch die Kontaktierung der Abgase mit dem Katalysatormaterial2 verbessern kann. - Bei den Ausführungsformen der
1 und2 ist die Tragstruktur6 in einem Gehäuse12 untergebracht, das hier exemplarisch doppelwandig ausgestaltet ist und dementsprechend eine Innenwand13 und eine Außenwand14 aufweist. Durch einen Abstand zwischen Innenwand13 und Außenwand14 kann im Gehäuse12 eine Luftspalt-Isolation realisiert werden. Gleichzeitig kann zwischen den Wänden13 ,14 eine geeignete thermische Isolierung15 angeordnet sein. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, den Zwischenraum zwischen den Wänden13 ,14 zu evakuieren. - Bei den Ausführungsformen der
3 bis5 ist die Tragstruktur6 jeweils so gestaltet, dass sie eine Vielzahl benachbarter Kanäle aufweist, von denen die einen Abgaskanäle8 bilden, während die andern Speicherkammern9 bilden. Grundsätzlich könnten auch katalytisch inaktive Abgaskanäle8 und/oder nicht mit Wärmespeichermaterial3 befüllte Speicherkammern9 vorhanden sein. Die Abgaskanäle8 sind beidseitig offen und somit vom Abgas durchströmbar. Die durch die Tragstruktur6 gebildeten Wände10 der Abgaskanäle8 sind bei katalytisch aktiven Abgaskanälen8 mit dem Katalysatormaterial2 versehen. Im Unterschied dazu sind die Speicherkammern9 beidseitig verschlossen und können mit dem Wärmespeichermaterial3 befüllt sein. Die hier gezeigten Ausführungsformen unterscheiden sich durch das Verhältnis von Speicherkammern9 zu Abgaskanälen8 und somit durch die Speicherkapazität des durch das Wärmespeichermaterial3 gebildeten Wärmespeichers. - Bei den Ausführungsformen der
3 und4 ist die Tragstruktur6 wabenartig gestaltet und mit quadratischen Zellquerschnitten versehen. Grundsätzlich sind auch andere Zellquerschnitte möglich. Bei der Ausführungsform gemäß4 sind die Abgaskanäle8 und die Speicherkammern9 einander regelmäßig abwechselnd angeordnet, derart, dass sich im Querschnitt eine schachbrettartige Anordnung ergibt. Die Anzahl der Abgaskanäle8 ist damit im wesentlichen gleich groß wie die Anzahl der Speicherkammern9 . Die gewählte Anordnung führt zu einem relativ großen Volumen an Wärmespeichermaterial3 und somit zu einer relativ großen Speicherkapazität für den damit gebildeten Wärmespeicher. Gleichzeitig führt die gewählte Anordnung zu einer großflächigen und somit intensiven Kontaktierung zwischen dem Wärmespeichermaterial8 und den Wänden10 und somit eine intensive Wärmekopplung mit dem Katalysatormaterial2 . - Bei den Ausführungsformen der
3 und4 kann die Tragstruktur6 zweckmäßig als keramischer Monolith ausgestaltet sein. Zum herstellen der Kombination1 werden dann die einen Kanäle an dem einen Ende verschlossen, mit dem Wärmespeichermaterial3 befüllt und dann auch am andere Ende verschlossen. Anschließend kann das Katalysatormaterial2 in den offen gebliebenen Kanälen8 an den Wänden10 aufgetragen werden, was auf herkömmliche Weise erfolgen kann. - Im Unterschied dazu ist bei der Ausführungsform gemäß
5 die Tragstruktur6 mit Hilfe von gewellten oder gefalteten Blechen16 aus Metall aufgebaut, wobei diese gewellten oder gefalteten Bleche16 so aufeinander geschichtet oder gestapelt sind, dass sie zwischen sich die Kanäle zur Realisierung des Abgaskanäle8 und der Speicherkammern9 ausbilden. Bei der hier gezeigten Ausführungsform werden außerdem noch glatte Bleche17 verwendet, die jeweils zwischen zwei benachbarten gewellten oder gefalteten Blechen16 angeordnet sind, um auf diese Weise die Ausbildung der Kanäle zu vereinfachen. Auch hier ist es besonders einfach, die Bleche16 ,17 in den Kanälen, die als katalytisch aktive Abgaskanäle ausgestaltet werden sollen, mit dem Katalysatormaterial2 zu versehen. Die anderen Kanäle, die als Speicherkammern9 genutzt werden sollen, können mit dem Wärmespeichermaterial3 befüllt und auf geeignete Weise endseitig verschlossen werden. - Bei den Ausführungsformen der
6 und7 bildet die Tragstruktur6 einen porösen Körper, der auf diese Weise gasdurchlässig ist. In den6 und7 ist dabei jeweils ein relativ kleiner, dafür stark vergrößerter Abschnitt dieses porösen Körpers gezeigt. Beispielsweise kann ein solcher poröser Körper als offenporiger Schaumkörper ausgestaltet sein. Zur Herstellung einer derartiger Tragstruktur6 wird ein dafür geeignetes Trägermaterial7 verwendet. Das Wärmespeichermaterial3 wird bei diesen Ausführungsformen mikroverkapselt bereitgestellt. D.h., das Wärmespeichermaterial3 ist in kleinen Kapseln, also Mikrokapseln hermetisch dicht eingeschlossen. Das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial wird im folgenden mit3' bezeichnet. - Bei der Ausführungsform gemäß
6 ist das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial3' in das Trägermaterial7 eingelagert. Auf diese Weise ist die Wärmespeicherfunktion in das Trägematerial7 , also in die Tragstruktur6 integriert. Die Tragstruktur6 kann dann wieder das Katalysatormaterial2 tragen, z.B. in Form einer geeigneten Beschichtung. Das Trägermaterial7 kann beispielsweise eine geeignete Keramik sein. Alternativ kann die Tragstruktur6 mehrere nach außen verschlossene Hohlräume aufweisen, in denen das Wärmespeichermaterial3 auch ungekapselt untergebracht sein kann. - Bei der Ausführungsform gemäß
7 ist das Trägermaterial7 selbst durch das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial3' gebildet. Bei dieser Ausführungsform wird für die Kapselung des Wärmespeichermaterials3' ein geeignetes Material verwendet, das sich zur Ausformung der Tragstruktur6 eignet. Beispielsweise können metallische Werkstoffe zum Verkapseln des Wärmespeichermaterials3' verwendet werden. Das auf diese Weise metallisch mikroverkapselte Wärmespeichermaterial3' kann zur Ausformung der jeweiligen Tragstruktur7 auf geeignete Weise aufgeschäumt und/oder gesintert werden. Anschließend kann die poröse Struktur wieder auf geeignete Weise mit dem Katalysatormaterial versehen, z.B. beschichtet werden. - Bei der Ausführungsform gemäß
8 wird die Tragstruktur6 wieder so ausgebildet, dass sie eine Vielzahl von Kanälen aufweist. Diese Wabenstruktur unterscheidet sich von derjenigen der3 und4 dadurch, dass in das Trägermaterial7 wie bei der Ausführungsform gemäß6 mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial3' eingelagert ist. Auf diese Weise bilden sämtliche Kanäle dieser Tragstruktur6 Abgaskanäle8 . Bei den katalytisch aktiven Abgaskanälen8 sind die Wände10 auf geeignete Weise mit dem Katalysatormaterial2 versehen. Selbstverständlich kann die in8 gezeigte Tragstruktur6 auch mit einem Trägermaterial7 hergestellt werden, das wie bei der Ausführungsform gemäß7 durch mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial3' gebildet ist. - Entsprechend den
9 und10 kann bei einer anderen Ausführungsform die Tragstruktur6 sowohl das Katalysatormaterial2 als auch mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial3' tragen. Die Tragstruktur6 bildet dabei gleichzeitig Wände10 für Kanäle, die parallel vom Abgas durchströmbar sind. Grundsätzlich kann das Katalysatormaterial2 auf der einen Seite der Tragstruktur6 angeordnet sein, während das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial3' auf der anderen Seite der Tragstruktur6 angeordnet ist. Dies würde jedoch bei denjenigen Kanälen, in denen dann das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial3' angeordnet wäre, zu einer Reduzierung der möglichen katalytisch aktiven Oberfläche führen. Bevorzugt wird daher die in10 erkennbare Ausführungsform, bei welcher die Tragstruktur6 zunächst eine Beschichtung aus mikroverkapselten Wärmespeichermaterial3' trägt, wobei dann diese Beschichtung ihrerseits das Katalysatormaterial2 trägt, beispielsweise ebenfalls in Form einer entsprechenden Beschichtung. Es ist klar, dass das Trägermaterial6 diesen geschichteten Aufbau aus mikroverkapseltem Wärmespeichermaterial3' und Katalysatormaterial2 grundsätzlich auf beiden Seiten aufweisen kann. - Entsprechend den
11 bis13 umfasst eine Abgasanlage4 nach der Erfindung einen Abgasstrang18 , der die von der Brennkraftmaschine5 erzeugten Abgase abführt. Die Brennkraftmaschine5 kann ein Ottomotor oder ein Dieselmotor oder ein Gasmotor oder dergleichen sein. Im Abgasstrang18 ist üblicherweise in der Nähe der Brennkraftmaschine5 ein Katalysator19 , vorzugsweise ein Oxidationskatalysator angeordnet. Erfindungsgemäß kann nun dieser Katalysator19 die erfindungsgemäße Katalysator-Wärmespeicher-Kombination1 enthalten oder durch diese Kombination1 gebildet sein. Die erfindungsgemäße Kombination1 bzw. der damit ausgestattete Katalysator19 kann somit anstelle eines konventionellen Katalysators in den Abgasstrang18 eingesetzt werden. - Im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine
5 wird Wärme im Wärmespeichermaterial3 gespeichert. Die Größe dieses Wärmespeichers bzw. die Menge des hierzu benötigten Wärmespeichermaterials3 wird für den jeweils geforderten Stillstandszeitraum der Brennkraftmaschine5 ausgelegt, die durch den Wärmespeicher überbrückt werden soll. Bei einem späteren Kaltstart innerhalb dieses Stillstandszeitraums weist die Kombination1 noch die Speichertemperatur, also die Phasenwechseltemperatur des Wärmespeichermaterials3 auf. Da diese Speichertemperatur vorzugsweise über der Anspringtemperatur des Katalysatormaterials2 liegt, kann beim Kaltstart der Brennkraftmaschine5 eine sofortige Umsetzung der Schadstoffe aus dem Abgas erfolgen, weil eine Aufwärmehase für das Katalysatormaterial2 bei der erfindungsgemäßen Kombination1 entfällt. - Durch das verbesserte Kaltstartverhalten kann außerdem die für den Kaltstart erforderliche Edelmetallbeladung des Katalysators bzw. des Katalysatormaterials
2 reduziert werden. - Desweiteren ist es grundsätzlich möglich, das Volumen des Katalysatorsmaterials
2 bzw. die Größe der katalytisch aktiven Oberfläche zu reduzieren. - Desweiteren führt die erfindungsgemäße Kombination
1 zu einer Dämpfung von Temperaturschwankungen im Abgas. Auf diese Weise können zum einen Temperaturspitzen im Katalysatormaterial2 vermieden werden, die zu einer vorschnellen Alterung des Katalysatormaterials2 führen würden. Zum andern können durch die erfindungsgemäße Kombination1 Leerlaufphasen oder Schubphasen der Brennkraftmaschine überbrückt werden, in denen die Temperatur des Abgases unter die Anspringtemperatur des Katalysatormaterials2 absinken kann. Ein konventioneller Katalysator würde hierbei unter seine Anspringtemperatur abkühlen, so dass bei einer nachfolgenden Leistungsaufnahme der Brennkraftmaschine5 zunächst wieder eine Art Kaltstart für den Katalysator vorliegt, bei dem die Schadstoffumsetzung nicht oder nur reduziert erfolgt. Durch die Erfindung kann das Katalysatormaterial2 auch bei Leerlaufphasen oder Schubphasen über längere Zeit auf der Speichertemperatur gehalten werden, so dass unverzüglich wieder eine Umsetzung von Schadstoffen realisierbar ist. - Bei der Ausführungsform gemäß
12 ist im Abgasstrang18 eine Turbine20 eines Abgasturboladers21 angeordnet, und zwar stromauf des Katalysators19 . - Während bei den Ausführungsformen der
11 und12 der mit der Katalysator-Wärmespeicher-Kombination1 ausgestattete Katalysator19 in einem Hauptstrom angeordnet ist, erfolgt die Anordnung bei der Variante gemäß13 in einem Nebenstrom. - Entsprechend
13 weist der Abgasstrang18 eine Abzweigung22 auf und enthält außerdem einen konventionellen Katalysator23 , der vorzugsweise als konventioneller Oxidationskatalysator ausgestaltet ist. Die Abzweigung22 mündet hier stromauf dieses zusätzlichen Katalysators23 wieder in den Abgasstrang18 ein. Ebenso ist es möglich, dass die Abzweigung22 unmittelbar in diesen zusätzlichen Katalysator23 einmündet. Der erfindungsgemäße Katalysator19 , der die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination1 enthält oder durch diese gebildet ist, ist in der Abzweigung22 angeordnet. Durch geeignete steuerbare Stellglieder24 ist es möglich, die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination1 bedarfsabhängig zuzuschalten oder wegzuschalten. Beispielsweise kann für den Kaltstart der Brennkraftmaschine5 die Abzweigung22 geöffnet werden, um die Abgase durch den bereits vorgewärmten und funktionsbereiten Katalysator19 zu führen. Angetrieben ist das Abgas dabei durch den Druckstau an der Turbine20 . Nach Beendigung der Kaltstartphase und nach dem vollständigen Aufladen des Wärmespeichers in der Kombination1 kann die Abzweigung22 wieder gesperrt werden. Mit Hilfe der Stellglieder24 kann außerdem ein eingangsseitiger und/oder ausgangsseitiger Verschluss des Katalysators19 erreicht werden, was bei nicht benötigter Kombination1 die Wärmeabgabe der Kombination1 an die Umgebung reduziert. - Sofern – wie hier – im Hauptstrom eine Turbine
20 angeordnet ist, umgeht die Abzweigung22 diese Turbine20 . - Entsprechend
14 kann der Katalysator19 gemäß einer vereinfachten Darstellung mehrere, hier beispielsweise drei Längsabschnitte25 ,26 ,27 aufweisen, die in Durchströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Einer dieser Längsabschnitte, hier der mittlere Längsabschnitt26 , ist durch die erfindungsgemäße Katalysator-Wärmespeicher-Kombination1 gebildet, während die beiden endseitigen Längsabschnitte25 ,27 als konventionelle Katalysatoren, also als nicht mit einem Wärmespeicher kombinierte Katalysatoren ausgestaltet sind. Diese konventionellen Katalysatoren sind in14 mit 23' bezeichnet. Bei dieser Bauweise kann beim Stillstand der Brennkraftmaschine5 der Wärmeaustrag aus der Kombination1 reduziert werden. - Bei den vorgenannten Ausführungsformen bzw. Anwendungsformen ist das Katalysatormaterial
2 vorzugsweise so ausgewählt, dass die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination1 als Oxidationskatalysator in der Abgasanlage4 der Brennkraftmaschine5 verwendbar ist. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Ausführungsform möglich, bei welcher das Katalysatormaterial2 so ausgewählt ist, dass die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination1 in der Abgasanlage4 als NOx-Speicherkatalysator verwendet werden kann. Ein NOx-Speicherkatalysator, der eine derartige Katalysator-Wärmespeicher-Kombination1 enthält oder durch eine derartige Kombination1 gebildet ist, hat den Vorteil, dass sein Katalysatormaterial2 durch die Wärmespeicherfähigkeit des Wärmespeichermaterials3 vor überhöhten Temperaturen geschützt werden kann. Durch eine geeignete Auswahl des Wärmespeichermaterials3 kann somit das Katalysatormaterial2 des NO-Speicherkatalysators vor überhöhten Abgastemperaturen geschützt werden. Derartige hohe Abgastemperaturen entstehen beispielsweise bei der Regeneration eines Partikelfilters, insbesondere eines Rußfilters. Diese hohen Abgastemperaturen bei der Partikelfilterregeneration standen bisher der Anordnung eines NO-Speicherkatalysators stromab des Partikelfilters im Weg. Durch die erfindungsgemäße Katalysator-Wärmespeicher-Kombination1 wird diese Anordnung jedoch möglich, da den überhitzten Abgasen Wärme entzogen werden kann. Vorzugsweise wird hierzu ein Wärmespeichermaterial3 verwendet, dessen Phasenwechseltemperatur in einem oberen Grenztemperaturbereich des Katalysatormaterials2 liegt. Dieser obere Grenztemperaturbereich ist durch die obere Grenztemperatur des Katalysatormaterials2 begrenzt. Dies hat zur Folge, dass bei einem Temperaturanstieg im Abgas eine Temperaturerhöhung im Katalysatormaterial2 bei Erreichen der Phasenwechseltemperatur gestoppt ist. Sobald dann die Abgastemperatur wieder unter die Speichertemperatur des Wärmespeichermaterials3 absinkt, kann das Wärmespeichermaterial3 die gespeicherte Wärme wieder an das Abgas abgeben, wobei auch hier gewährleistet ist, dass die Temperatur des Katalysatormaterials2 unterhalb seiner oberen Grenztemperatur bleibt.
Claims (21)
- Katalysator-Wärmespeicher-Kombination für eine Abgasanlage (
4 ) einer Brennkraftmaschine (5 ), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einem Katalysatormaterial (2 ), das im Betrieb Abgasen der Brennkraftmaschine (5 ) ausgesetzt ist, – mit einem Wärmespeichermaterial (3 ), das mit dem Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist, – wobei als Wärmespeichermaterial (3 ) ein Phasenwechselmaterial verwendet wird, das bei einer vorbestimmten Speichertemperatur bei der Wärmeaufnahme schmilzt und bei der Wärmeabgabe erstarrt, – wobei eine Tragstruktur (6 ) vorgesehen ist, die das Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt trägt und die mit dem Wärmespeichermaterial (3 ) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist. – wobei die Tragstruktur (6 ) mehrere vom Abgas parallel durchströmbare Abgaskanäle (8 ) ausbildet, die an ihrer dem Abgas ausgesetzten Oberfläche das Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt tragen, dadurch gekennzeichnet, – dass die Abgaskanäle (8 ) in das Wärmespeichermaterial (3 ) eingebettet sind, oder – dass die Tragstruktur (6 ) mehrere mit dem Wärmespeichermaterial (3 ) befüllte Speicherkammern (9 ) ausbildet, die mit den Abgaskanälen (8 ) gemeinsame Wände (10 ) aufweisen, die einerseits das Katalysatormaterial (2 ) tragen und andererseits mit dem Wärmespeichermaterial (3 ) in Kontakt stehen. - Kombination nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die Abgaskanäle (
8 ) Spacerstrukturen (11 ) aufweisen, die sich an einander gegenüberliegenden Wänden (10 ) der Abgaskanäle (8 ) abstützen, – dass die Wände (10 ) der Abgaskanäle (8 ) und/oder die Spacerstrukturen (11 ) das Katalysatormaterial (2 ) tragen. - Katalysator-Wärmespeicher-Kombination für eine Abgasanlage (
4 ) einer Brennkraftmaschine (5 ), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einem Katalysatormaterial (2 ), das im Betrieb Abgasen der Brennkraftmaschine (5 ) ausgesetzt ist, – mit einem Wärmespeichermaterial (3 ), das mit dem Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist, – wobei als Wärmespeichermaterial (3 ) ein Phasenwechselmaterial verwendet wird, das bei einer vorbestimmten Speichertemperatur bei der Wärmeaufnahme schmilzt und bei der Wärmeabgabe erstarrt, – wobei eine Tragstruktur (6 ) vorgesehen ist, die das Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt trägt und die mit dem Wärmespeichermaterial (3 ) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist, – wobei die Tragstruktur (6 ) mehrere vom Abgas parallel durchströmbare Abgaskanäle (8 ) ausbildet, die an ihrer dem Abgas ausgesetzten Oberfläche das Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt tragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (6 ) eine Vielzahl benachbarter Kanäle aufweist, von denen einige als beidseitig offene Abgaskanäle (8 ) ausgebildet sind, deren Wände das Katalysatormaterial (2 ) tragen, und von denen einige als beidseitig verschlossene Speicherkammern (9 ) ausgebildet sind, die mit dem Wärmespeichermaterial (3 ) befüllt sind. - Kombination nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaskanäle (
8 ) und die Speicherkammern (9 ) im Querschnitt der Tragstruktur (6 ) einander schachbrettartig abwechselnd angeordnet sind. - Kombination nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (
6 ) als keramischer Monolith ausgestaltet ist. - Kombination nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (
6 ) mehrere metallische oder gewellte oder gefaltete Bleche (16 ) aufweist, die so aufeinander ge schichtet oder gestapelt sind, dass sie zwischen sich die Kanäle ausbilden. - Kombination nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten gewellten oder gefalteten Blechen (
16 ) jeweils ein glattes Blech (17 ) angeordnet ist. - Katalysator-Wärmespeicher-Kombination für eine Abgasanlage (
4 ) einer Brennkraftmaschine (5 ), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einem Katalysatormaterial (2 ), das im Betrieb Abgasen der Brennkraftmaschine (5 ) ausgesetzt ist, – mit einem Wärmespeichermaterial (3 ), das mit dem Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist, – wobei als Wärmespeichermaterial (3 ) ein Phasenwechselmaterial verwendet wird, das bei einer vorbestimmten Speichertemperatur bei der Wärmeaufnahme schmilzt und bei der Wärmeabgabe erstarrt, – wobei eine Tragstruktur (6 ) vorgesehen ist, die das Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt trägt und die mit dem Wärmespeichermaterial (3 ) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (6 ) aus einem das Katalysatormaterial (2 ) tragenden Trägermaterial (7 ) besteht, in das mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial (3' ) eingelagert ist oder das durch mikroverkapseltes Wärmespeichermaterial (3' ) ge bildet ist oder das in der Tragstruktur (6 ) mit Wärmespeichermaterial (3 ) befüllte, nach außen verschlossene Hohlräume ausbildet. - Kombination nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (
6 ) als poröser Körper ausgestaltet ist. - Kombination nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (
6 ) als offenporiger Schaumkörper ausgestaltet ist. - Kombination nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (
6 ) als Wabenkörper mit mehreren vom Abgas parallel durchströmbaren Abgaskanälen (8 ) ausgebildet ist. - Kombination nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (
6 ) mehrere vom Abgas parallel durchströmbare Abgaskanäle (8 ) ausbildet, die an ihrer dem Abgas ausgesetzten Oberfläche das Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt tragen. - Katalysator-Wärmespeicher-Kombination für eine Abgasanlage (
4 ) einer Brennkraftmaschine (5 ), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, – mit einem Katalysatormaterial (2 ), das im Betrieb Abgasen der Brennkraftmaschine (5 ) ausgesetzt ist, – mit einem Wärmespeichermaterial (3 ), das mit dem Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist, – wobei als Wärmespeichermaterial (3 ) ein Phasenwechselmaterial verwendet wird, das bei einer vorbestimmten Speichertemperatur bei der Wärmeaufnahme schmilzt und bei der Wärmeabgabe erstarrt, – wobei eine Tragstruktur (6 ) vorgesehen ist, die das Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt trägt und die mit dem Wärmespeichermaterial (3 ) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (6 ) das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial (3' ) und das Katalysatormaterial (2 ) trägt. - Kombination nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, – dass die Tragstruktur (
6 ) an der einen Seite das mikroverkapselte Wärmespeichermaterial (3' ) und an der anderen Seite das Katalysatormaterial (2 ) trägt, oder – dass die Tragstruktur (6 ) eine Beschichtung aus mikroverkapseltem Wärmespeichermaterial (3' ) trägt, die ihrerseits das Katalysatormaterial (2 ) trägt. - Kombination nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (
6 ) mehrere vom Abgas parallel durchströmbare Abgaskanäle (8 ) ausbildet, die an ihrer dem Abgas ausgesetzten Oberfläche das Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt tragen. - Kombination nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, – dass das Katalysatormaterial (
2 ) so gewählt ist, dass die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1 ) in der Abgasanlage (4 ) als Oxidationskatalysator oder als NOx-Speicherkatalysator oder als SCR-Katalysator verwendbar ist, und/oder – dass das Wärmespeichermaterial (3 ) so gewählt ist, dass die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1 ) als Latentwärmespeicher arbeitet, und/oder – dass die Speichertemperatur des Wärmespeichermaterials (3 ) gleich groß ist wie oder größer ist als die Anspringtemperatur des Katalysatormaterials (2 ), und/oder – dass die Speichertemperatur des Wärmespeichermaterials (3 ) in einem oberen Grenztemperaturbereich des Katalysatormaterials (2 ) liegt. - Katalysator für eine Abgasanlage (
4 ) einer Brennkraftmaschine (5 ), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit wenigstens zwei in Durchströmungsrichtung hintereinander angeordneten Längsabschnitten (25 ,26 ,27 ), von denen einer als Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1 ) nach einem der An spräche 1 bis 16 ausgestaltet ist, während wenigstens ein anderer als nicht mit einem Wärmespeicher kombinierter Katalysator (23' ) ausgestaltet ist. - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (
5 ), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 oder mit einem Katalysator (19 ) nach Anspruch 17. - Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (
5 ), insbesondere in einem Kraftfahrzeug, mit einer Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1 ), – wobei die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1 ) ein Katalysatormaterial (2 ), das im Betrieb Abgasen der Brennkraftmaschine (5 ) ausgesetzt ist, sowie ein Wärmespeichermaterial (3 ) aufweist, das mit dem Katalysatormaterial (2 ) direkt oder indirekt wärmeübertragend gekoppelt ist, – wobei die Katalysator-Wärmespeicher-Kombination (1 ) in einer Abzweigung (22 ) eines Abgasstrangs (18 ) der Abgasanlage (4 ) angeordnet ist, die in einen im Abgasstrang (18 ) angeordneten nicht mit einem Wärmespeicher kombinierten Katalysator (23 ) oder stromauf dieses Katalysators (23 ) in den Abgasstrang (18 ) einmündet. - Abgasanlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abzweigung (
22 ) eine im Abgasstrang (18 ) angeordnete Turbine (20 ) eines Abgasturboladers (21 ) umgeht. - Abgasanlage nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch eine Katalysator-Wärmespeicher-Kombination nach eines der Ansprüche 1 bis 16.
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