DE102014016419A1 - Abgaskatalysator - Google Patents
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Abstract
Abgaskatalysator (10), insbesondere SCR-Abgaskatalysator einer Brennkraftmaschine, mit einem Schnittstellenmodul (11), welches einen Zulauf (14) für zu reinigendes Abgas und einen Ablauf (15) für gereinigtes Abgas umfasst; mit einem Umlenkungsmodul (12), welches der Umlenkung des zu reinigenden Abgases dient; und mit mindestens einem zwischen dem Schnittstellenmodul (11) und dem Umlenkungsmodul (12) positionierten Abgasreinigungsmodul (13), welches Katalysatorkörper (27) aufnimmt, die zur Abgasreinigung von Abgas durchströmt sind; wobei das Schnittstellenmodul (11) einen radial äußeren Strömungskanal (16), der von zu reinigendem Abgas durchströmt und mit dem Zulauf (14) gekoppelt ist, und einen radial inneren Strömungskanal (17), der von gereinigtem Abgas durchströmt und mit dem Ablauf (15) gekoppelt ist, aufweist; wobei das oder jedes Abgasreinigungsmodul (13) einen mit dem radial äußeren Strömungskanal (16) des Schnittstellenmoduls (11) fluchtenden bzw. kommunizierenden radial äußeren Strömungskanal (20) und einen mit dem radial inneren Strömungskanal (17) des Schnittstellenmoduls (11) fluchtenden bzw. kommunizierenden radial inneren Strömungskanal (21) aufweist, wobei in dem radial inneren Strömungskanal (21) des oder jedes Abgasreinigungsmoduls (13) die Katalysatorkörper (27) positioniert sind; wobei das Umlenkungsmodul (12) die Strömung von dem radial äußeren Strömungskanal (20) eines an dasselbe angrenzenden Abgasreinigungsmoduls (13) in den radial inneren Strömungskanal (21) desselben umlenkt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Abgaskatalysator.
- Bei Großmotoren, wie zum Beispiel bei Schiffsmotoren, kommt zunehmend eine Abgasreinigung über Abgaskatalysatoren zum Einsatz. Bislang handelt es sich dabei bei den Abgaskatalysatoren um individuell an die jeweilige Brennkraftmaschine angepasste Baugruppen. Es besteht Bedarf an einem Abgaskatalysator, der nicht speziell an eine Brennkraftmaschine angepasst ist, sondern in Kombination mit unterschiedlichen Brennkraftmaschinen genutzt werden kann.
- Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen neuartigen Abgaskatalysator zu schaffen.
- Diese Aufgabe wird durch einen Abgaskatalysator nach Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß umfasst der Abgaskatalysator ein Schnittstellenmodul, welches einen Zulauf für zu reinigendes Abgas und einen Ablauf für gereinigtes Abgas umfasst; ein Umlenkungsmodul, welches der Umlenkung des zu reinigenden Abgases dient; und mindestens ein zwischen dem Schnittstellenmodul und dem Umlenkungsmodul positioniertes Abgasreinigungsmodul, welches Katalysatorkörper aufnimmt, die zur Abgasreinigung von Abgas durchströmt sind; wobei das Schnittstellenmodul einen radial äußeren Strömungskanal, der von zu reinigendem Abgas durchströmt und mit dem Zulauf gekoppelt ist, und einen radial inneren Strömungskanal, der von gereinigtem Abgas durchströmt und mit dem Ablauf gekoppelt ist, aufweist; wobei das oder jedes Abgasreinigungsmodul einen mit dem radial äußeren Strömungskanal des Schnittstellenmoduls fluchtenden bzw. kommunizierenden radial äußeren Strömungskanal und einen mit dem radial inneren Strömungskanal des Schnittstellenmoduls fluchtenden bzw. kommunizierenden radial inneren Strömungskanal aufweist, wobei in dem radial inneren Strömungskanal des oder jedes Abgasreinigungsmoduls die Katalysatorkörper positioniert sind; wobei das Umlenkungsmodul die Strömung von dem radial äußeren Strömungskanal eines an dasselbe angrenzenden Abgasreinigungsmoduls in den radial inneren Strömungskanal desselben umlenkt.
- Die Erfindung schlägt einen Abgaskatalysator in Modulbauweise vor, der ein Schnittstellenmodul, ein Umlenkungsmodul und mindestens ein Abgasreinigungsmodul umfasst. Über die Anzahl der verwendeten Abgasreinigungsmodule kann der Abgaskatalysator an die jeweilige Brennkraftmaschine angepasst werden. Das Schnittstellenmodul dient der Anbindung des Abgaskatalysators an die jeweilige Brennkraftmaschine.
- Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind zwischen dem Schnittstellenmodul und dem Umlenkungsmodul mehrere Abgasreinigungsmodule positioniert, welche stapelartig in Reihe hintereinander angeordnet sind, sodass die Katalysatorkörper der unterschiedlichen Abgasreinigungsmodule, die bezogen auf dasselbe Abgasreinigungsmodul parallel von Abgas durchströmt sind, in Serie hintereinander von Abgas durchströmt sind. Hiermit ist eine effektive, an die jeweilige Brennkraftmaschine anpassbare, mehrstufige Abgasreinigung möglich.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind der Zulauf des Schnittstellenmoduls und der Ablauf des Schnittstellenmoduls über einen Bypass koppelbar, wobei in den Bypass ein Bypassventil integriert ist, welches in geöffnetem Zustand Zulauf und Ablauf verbindet und in geschlossenem Zustand Zulauf und Ablauf trennt. Vorzugsweise ist in den Zulauf des Schnittstellenmoduls ein Ventil integriert, welches in geschlossenem Zustand bei geöffnetem Bypass den Zulauf des Schnittstellenmoduls von dem radial äußeren Strömungskanal desselben trennt. Hierdurch ist es möglich, im Bedarfsfall Abgas am Abgaskatalysator über den Bypass vorbeizuleiten. Über das dem Zulauf zugeordnete Ventil kann der Abgaskatalysator vollständig von der Abgasströmung abgetrennt werden.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Schnittstellenmodul weiterhin eine Dosiereinrichtung für Ammoniak oder eine Ammoniakvorläufersubstanz, über die Ammoniak oder eine Ammoniakvorläufersubstanz in das zu reinigende Abgas einbringbar ist. Vorzugsweise ist über die Dosiereinrichtung des Schnittstellenmoduls das Ammoniak oder die Ammoniakvorläufersubstanz in den radial äußeren Strömungskanal des Schnittstellenmoduls einbringbar. Damit kann ein an unterschiedliche Brennkraftmaschinen anpassbarer SCR-Abgaskatalysator bereitgestellt werden.
- Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
-
1 : eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Abgaskatalysators; -
2 : eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Abgaskatalysators; -
3 : eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Abgaskatalysators; -
4 : einen Querschnitt durch3 ; -
5 : eine Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Abgaskatalysator; -
6 : eine perspektivische Ansicht eines Abgasreinigungsmoduls des erfindungsgemäßen Abgaskatalysators. - Die Erfindung betrifft einen Abgaskatalysator, insbesondere einen SCR-Abgaskatalysator, für eine Schiffsbrennkraftmaschine, die vorzugweise mit Diesel oder Schweröl betrieben wird.
- Der erfindungsgemäße Abgaskatalysator
10 umfasst mindestens drei Module, nämlich ein Schnittstellenmodul11 , ein Umlenkungsmodul12 und mindestens ein zwischen dem Schnittstellenmodul11 und dem Umlenkungsmodul12 positioniertes Abgasreinigungsmodul13 . Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind zwischen dem Schnittstellenmodul11 und dem Umlenkungsmodul12 mehrere, nämlich zwei, Abgasreinigungsmodule13 stapelartig in Reihe hintereinander bzw. übereinander bzw. nebeneinander zwischen dem Schnittstellenmodul11 und dem Umlenkungsmodul12 positioniert. - Das Schnittstellenmodul
11 dient der Anbindung des Abgaskatalysators10 an eine Brennkraftmaschine und verfügt über einen Zulauf14 für zu reinigendes Abgas und einen Ablauf15 für gereinigtes Abgas. Das Schnittstellenmodul11 umfasst dabei einen radial äußeren Strömungskanal16 (siehe4 ) und einen radial inneren Strömungskanal17 , wobei der radial äußere Strömungskanal16 von zu reinigendem Abgas durchströmt und mit dem Zulauf gekoppelt14 ist, wohingegen der radial innere Strömungskanal17 von gereinigtem Abgas durchströmt und mit dem Ablauf15 gekoppelt ist. Das Schnittstellenmodul11 verfügt dabei über eine doppelwandige Struktur aus einer Außenwand18 und einer Innenwand19 , wobei der radial äußere Strömungskanal16 radial außen von der Außenwand18 und radial innen von der Innenwand19 begrenzt ist, und wobei der radial innere Strömungskanal17 radial außen von der Innenwand19 des Schnittstellenmoduls11 begrenzt ist. - Das oder jedes Abgasreinigungsmodul
13 umfasst ebenfalls eine doppelwandige Struktur mit einem radial äußeren Strömungskanal20 und einem radial inneren Strömungskanal21 . Der radial äußere Strömungskanal20 des jeweiligen Abgasreinigungsmoduls13 wird radial außen von einer Außenwand22 des jeweiligen Abgasreinigungsmoduls13 und radial innen von einer Innenwand23 desselben begrenzt. Der radial innere Strömungskanal21 des jeweiligen Abgasreinigungsmoduls13 wird radial außen von der jeweiligen Innenwand23 des jeweiligen Abgasreinigungsmoduls13 begrenzt. - Die radial äußeren Strömungskanäle
20 der Abgasreinigungsmodule13 fluchten mit dem radial äußeren Strömungskanal16 des Schnittstellenmoduls11 und kommunizieren mit demselben und bilden so gemeinsam einen radial äußeren Strömungskanal für zu reinigendes Abgas ausgehend vom Schnittstellenmodul11 in Richtung auf das Umlenkungsmodul12 . - Die radial inneren Strömungskanäle
21 der Abgasreinigungsmodule13 fluchten mit dem radial inneren Strömungskanal17 des Schnittstellenmoduls11 und kommunizieren mit demselben und bilden so gemeinsam einen radial inneren Strömungskanal für gereinigtes Abgas ausgehend vom Umlenkungsmodul12 in Richtung auf das Schnittstellenmodul11 . - Das Umlenkungsmodul
12 , welches auf einer dem Schnittstellenmodul11 gegenüberliegenden Seite der reihenartig kaskadierten bzw. stapelartig angeordneten Abgasreinigungsmodule13 positioniert ist, dient der Umlenkung des zu reinigenden Abgases vom radial äußeren Strömungskanal in den radial inneren Strömungskanal, wobei das Umlenkungsmodul12 die Strömung von dem äußeren Strömungskanal20 des an das Umlenkungsmodul12 unmittelbar angrenzenden Abgasreinigungsmoduls13 in den inneren Strömungskanal21 desselben umlenkt. - Das Umlenkungsmodul
12 verfügt über eine Außenwand24 und eine Bodenwand25 , wobei im Bereich der Bodenwand25 ein nach innen in Richtung auf das angrenzende Abgasreinigungsmodul13 gerichteter Umlenkungskörper26 ausgebildet ist, welcher der Strömungsumlenkung dient. - Jeweils benachbarte Module des Schnittstellenmoduls
11 , des Umlenkungsmoduls12 und des oder jedes zwischen denselben positionierten Abgasreinigungsmoduls13 sind an aneinandergrenzen Flanschen34 miteinander verbunden. - Jedes Abgasreinigungsmodul
13 nimmt innen im Bereich des jeweiligen radial inneren Strömungskanals21 mehrere keramische Katalysatorkörper27 auf, die zur Abgasreinigung von Abgas durchströmt sind. Diese Katalysatorkörper27 werden auch als Honeycombs bezeichnet und verfügen jeweils über mehrere von Abgas zur Abgasreinigung durchströmte Kanäle. Die Katalysatorkörper27 eines jeden Abgasreinigungsmoduls13 sind dabei parallel von Abgas durchströmt, wohingegen die Katalysatorkörper27 benachbarter bzw. unterschiedlicher Abgasreinigungsmodule13 seriell bzw. in Reihe von dem zu reinigendem Abgas durchströmt sind. - Jedes Abgasreinigungsmodul
13 des Abgaskatalysators10 bildet demnach eine Abgasreinigungsstufe. Über die Anzahl der stapelartig angeordneten und zwischen dem Schnittstellenmodul11 und dem Umlenkungsmodul12 positionierten Abgasreinigungsmodule13 kann die Anzahl der Abgasreinigungsstufen bestimmt und damit der Abgaskatalysator10 an die konkrete Brennkraftmaschine einfach angepasst werden. - Der Zulauf
14 des Schnittstellenmoduls11 und der Ablauf15 desselben sind im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel über einen Bypass28 koppelbar, wobei in den Bypass28 ein Bypassventil29 integriert ist. Über den Bypass28 kann bei geöffnetem Bypassventil29 Abgas am Abgaskatalysator10 vorbeigeführt werden. - Das Bypassventil
29 kann mit Hilfe eines Aktuators30 zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung überführt werden, wobei dann, wenn sich das Bypassventil29 in einem geöffneten Zustand befindet, Zulauf14 und Ablauf15 verbunden sind, wohingegen dann, wenn das Bypassventil29 einen geschlossenen Zustand aufweist, dasselbe Zulauf14 und Ablauf15 voneinander trennt. - Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner in den Zulauf
14 stromabwärts der Abzweigung des Bypasses28 ein Ventil31 integriert, welches über einen Aktuator32 zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position überführt werden kann. Um dann, wenn bei geöffnetem Bypass28 Abgas am Abgaskatalysator10 vorbeigeführt wird, ein Einströmen von Abgas über den Zulauf14 in den radial äußeren Strömungskanal16 des Schnittstellenmoduls11 des Abgaskatalysator10 vollständig zu vermeiden, kann bei geöffnetem Bypass28 das Ventil31 geschlossen werden. - Vorzugsweise handelt es sich beim erfindungsgemäßen Abgaskatalysator
10 um einen SCR-Katalysator. In diesem Fall umfasst dann das Schnittstellenmodul11 weiterhin eine Dosiereinrichtung33 für Ammoniak oder eine Ammoniakvorläufersubstanz, über die Ammoniak oder eine Ammoniakvorläufersubstanz in das zu reinigende Abgas eingebracht werden kann, nämlich in den radial äußeren Strömungskanal16 des Schnittstellenmoduls11 . Das zu reinigende Abgas und das Ammoniak bzw. die Ammoniakvorläufersubstanz werden demnach bereits im radial äußeren Strömungskanal16 des Schnittstellenmoduls11 gemischt, wobei das Abgas und das Ammoniak bzw. die Ammoniakvorläufersubstanz gemeinsam die radial äußeren Strömungskanäle20 der Abgasreinigungsmodule13 durchströmen und im Bereich des Umlenkmoduls12 gemeinsam umgelenkt werden, um im Anschluss über die Katalysatorkörper27 der Abgasreinigungsmodule13 , die in den radial inneren Strömungskanälen21 derselben angeordnet sind, zu durchströmen. Ausgehend vom radial inneren Strömungskanal17 des Schnittstellenmoduls11 kann gereinigtes Abgas über den Ablauf15 vom Abgaskatalysator10 abgeführt werden. - Im gezeigten Ausführungsbeispiel münden der Zulauf
14 für zu reinigendes Abgas und die Dosiereinrichtung33 für das Ammoniak bzw. die Ammoniakvorläufersubstanz jeweils in radialer Richtung in den radial äußeren Strömungskanal16 des Schnittstellenmoduls11 . Dabei ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die Dosiereinrichtung33 für das Ammoniak bzw. die Ammoniakvorläufersubstanz etwa diametral gegenüberliegend zum Zulauf14 positioniert. - Die genaue Anordnung von Zulauf
14 und Dosiereinrichtung33 sowie die genaue Ausrichtung derselben relativ zu der Außenwand18 kann variieren, ist jedoch auf eine optimale Durchmischung des Ammoniaks oder der Ammoniakvorläufersubstanz mit dem Abgas bereits im radial äußeren Strömungskanal16 des Schnittstellenmoduls11 ausgelegt. - Bei einer Brennkraftmaschine, wie zum Beispiel einer Schiffsdieselbrennkraftmaschine, wird je Zylinderbank vorzugsweise ein derartiger Abgaskatalysator
10 verwendet. - Selbstverständlich ist im Rahmen der Erfindung auch die Ausbildung eines Moduls für zwei Zylinderbänke möglich.
- Die radial äußeren Strömungskanäle
16 ,20 von Schnittstellenmodul11 und Abgasreinigungsmodulen13 verlaufen konzentrisch zu den radial inneren Strömungskanälen17 ,21 derselben, wobei die radial äußeren Strömungskanäle16 entgegengesetzt zu den radial inneren Strömungskanälen17 durchströmt sind. Das Umlenkungsmodul12 dient der Strömungsumlenkung vom radial äußeren Strömungskanal20 des unmittelbar benachbarten Abgasmoduls13 in den radial inneren Strömungskanal21 desselben. - In das Umlenkungsmodul
12 kann eine nicht gezeigte Schmutzauffangeinrichtung integriert sein, um im Abgas enthaltene Verunreinigungen aufzufangen. - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Abgaskatalysator
- 11
- Schnittstellenmodul
- 12
- Umlenkungsmodul
- 13
- Abgasreinigungsmodul
- 14
- Zulauf
- 15
- Ablauf
- 16
- Strömungskanal
- 17
- Strömungskanal
- 18
- Außenwand
- 19
- Innenwand
- 20
- Strömungskanal
- 21
- Strömungskanal
- 22
- Außenwand
- 23
- Innenwand
- 24
- Außenwand
- 25
- Bodenwand
- 26
- Umlenkeinrichtung
- 27
- Katalysatorkörper
- 28
- Bypass
- 29
- Bypassventil
- 30
- Aktuator
- 31
- Ventil
- 32
- Aktuator
- 33
- Dosiereinrichtung
- 34
- Flansch
Claims (8)
- Abgaskatalysator (
10 ), insbesondere SCR-Abgaskatalysator einer Brennkraftmaschine, mit einem Schnittstellenmodul (11 ), welches einen Zulauf (14 ) für zu reinigendes Abgas und einen Ablauf (15 ) für gereinigtes Abgas umfasst; mit einem Umlenkungsmodul (12 ), welches der Umlenkung des zu reinigenden Abgases dient; mit mindestens einem zwischen dem Schnittstellenmodul (11 ) und dem Umlenkungsmodul (12 ) positionierten Abgasreinigungsmodul (13 ), welches Katalysatorkörper (27 ) aufnimmt, die zur Abgasreinigung von Abgas durchströmt sind; wobei das Schnittstellenmodul (11 ) einen radial äußeren Strömungskanal (16 ), der von zu reinigendem Abgas durchströmt und mit dem Zulauf (14 ) gekoppelt ist, und einen radial inneren Strömungskanal (17 ), der von gereinigtem Abgas durchströmt und mit dem Ablauf (15 ) gekoppelt ist, aufweist; wobei das oder jedes Abgasreinigungsmodul (13 ) einen mit dem radial äußeren Strömungskanal (16 ) des Schnittstellenmoduls (11 ) fluchtenden bzw. kommunizierenden radial äußeren Strömungskanal (20 ) und einen mit dem radial inneren Strömungskanal (17 ) des Schnittstellenmoduls (11 ) fluchtenden bzw. kommunizierenden radial inneren Strömungskanal (21 ) aufweist, wobei in dem radial inneren Strömungskanal (21 ) des oder jedes Abgasreinigungsmoduls (13 ) die Katalysatorkörper (27 ) positioniert sind; wobei das Umlenkungsmodul (12 ) die Strömung von dem radial äußeren Strömungskanal (20 ) eines an dasselbe angrenzenden Abgasreinigungsmoduls (13 ) in den radial inneren Strömungskanal (21 ) desselben umlenkt. - Abgaskatalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Abgasreinigungsmodul (
13 ) mehrere parallel von Abgas durchströmte Katalysatorkörper (27 ) aufnimmt. - Abgaskatalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schnittstellenmodul (
11 ) und dem Umlenkungsmodul (12 ) mehrere Abgasreinigungsmodule (13 ) positioniert sind, welche stapelartig in Reihe hintereinander angeordnet sind, sodass die Katalysatorkörper (27 ) unterschiedlicher Abgasreinigungsmodule (13 ) in Serie hintereinander von Abgas durchströmt sind. - Abgaskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkungsmodul (
12 ) an einer Bodenwand (25 ) ein Umlenkungskörper (26 ) aufweist. - Abgaskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (
14 ) des Schnittstellenmoduls (11 ) und der Ablauf (15 ) des Schnittstellenmoduls (11 ) über einen Bypass (28 ) koppelbar sind, wobei in den Bypass (28 ) ein Bypassventil (29 ) integriert ist, welches in geöffnetem Zustand Zulauf (14 ) und Ablauf (15 ) verbindet und in geschlossenem Zustand Zulauf (14 ) und Ablauf (15 ) trennt. - Abgaskatalysator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Zulauf (
14 ) des Schnittstellenmoduls (11 ) ein Ventil (31 ) integriert ist, welches in geschlossenem Zustand bei geöffnetem Bypass (28 ) den Zulauf (14 ) des Schnittstellenmoduls (11 ) von dem radial äußeren Strömungskanal (16 ) desselben trennt. - Abgaskatalysator nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Schnittstellenmodul (
11 ) weiterhin eine Dosiereinrichtung (33 ) für Ammoniak oder eine Ammoniakvorläufersubstanz umfasst, über die Ammoniak oder eine Ammoniakvorläufersubstanz in das zu reinigende Abgas einbringbar ist. - Abgaskatalysator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass über die Dosiereinrichtung (
33 ) des Schnittstellenmoduls (11 ) das Ammoniak oder die Ammoniakvorläufersubstanz in den radial äußeren Strömungskanal (16 ) des Schnittstellenmoduls (11 ) einbringbar ist.
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