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Die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem.
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Bei Verbrennungsprozessen in stationären Brennkraftmaschinen, die zum Beispiel in Kraftwerken zum Einsatz kommen, sowie bei Verbrennungsprozessen in nicht-stationären Brennkraftmaschinen, die zum Beispiel auf Schiffen zum Einsatz kommen, entstehen unter anderem Stickoxide, wobei diese Stickoxide typischerweise bei der Verbrennung schwefelhaltiger, fossiler Brennstoffe, wie Kohle, Steinkohle, Braunkohle, Erdöl, Schweröl, Rückstandöl oder Dieselkraftstoffen entstehen. Daher sind solchen Brennkraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme zugeordnet, die der Reinigung des die Brennkraftmaschine verlassenden Abgases dienen. Zur Reduzierung von Stickoxiden im Abgas das Abgasnachbehandlungssystem einen SCR-Katalysatoren aufweisen. Bei der Verbrennung schwefelhaltiger, fossiler Brennstoffe kann sich weiterhin im Abgasnachbehandlungssystem Schwefelsäure ausbilden. Die Schwefelsäure kann insbesondere an Baugruppen des Abgasnachbehandlungssystems, die nicht aus Edelstahl gefertigt sind, Korrosion verursachen. Hierbei können Rostpartikel entstehen, die in Richtung auf einen Katalysator und/oder Partikelfilter des Abgasnachbehandlungssystems fallen und zu einem Verstopfen des Katalysators und/oder Partikelfilters führen können. Hierdurch wird dann der Wirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems und der Brennkraftmaschine beeinträchtigt.
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Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Abgasnachbehandlungssystem und eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem zu schaffen, die mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist in die vom Katalysator und/oder Partikelfilter wegführende Abgasleitung eine Auffangeinrichtung integriert, die stromabwärts des Katalysators und/oder Partikelfilters entstehende Rostpartikel auffängt und so verhindert, dass dieselben auf eine Strömungsaustrittseite des Katalysators und/oder Partikelfilters gelangen und denselben verstopfen.
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Beim erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem ist stromabwärts eines Katalysators und/oder Partikelfilters in die vom Katalysator und/oder Partikelfilter wegführende Abgasleitung eine Auffangeinrichtung für Rostpartikel integriert. Rostpartikel, die infolge einer abgasbedingten Korrosion an Baugruppen stromab des Abgasnachbehandlungssystems entstehen können, können von der Auffangeinrichtung aufgefangen werden, sodass keine Gefahr besteht, dass der Katalysator und/oder Partikelfilter infolge solcher Rostpartikel verstopft.
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Hierdurch kann das Abgasnachbehandlungssystem sowie die das Abgasnachbehandlungssystem aufweisende Brennkraftmaschine mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Auffangeinrichtung gleichzeitig als Strömungsführungseinrichtung und vorzugsweise weiterhin als Schalldämpfungseinrichtung ausgebildet. Durch die Integration einer Strömungsführung sowie vorzugsweise einer Schalldämpfung in die Auffangeinrichtung kann bei kompakter Bauform ein hoher Wirkungsgrad von Abgasnachbehandlungssystem und Brennkraftmaschine bereitgestellt werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist die kombinierte Auffang-, Strömungsführungs- und/oder Schalldämpfungseinrichtung mehrere Elemente auf, nämlich erste, stromaufwärtige Elemente die in Abgasströmungsrichtung gesehen haubenartig ausgebildet sind und zweite, stromabwärtige Elemente die in Abgasströmungsrichtung gesehen wannenartig ausgebildet sind. Die ersten, stromaufwärtigen Elemente sind entgegen der Abgasströmungsrichtung gesehen wannenartig und die zweiten, stromabwärtigen Elemente entgegen der Abgasströmungsrichtung gesehen haubenartig ausgebildet. Hiermit ist eine besonders vorteilhafte Abgasströmungsführung und Auffangung von Rostpartikeln im Bereich der Auffang- und Strömungsführungseinrichtung bzw. der Auffang-Strömungsführungs- und Schalldämpfungseinrichtung möglich.
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Vorzugsweise bilden die ersten, stromaufwärtigen Elemente und die zweiten, stromabwärtigen Elemente jeweils mindestens eine Reihe von quer zur Abgasströmungsrichtung gesehen nebeneinander angeordneten Elementen aus, wobei die zweiten, stromabwärtigen Elemente relativ zu den ersten, stromaufwärtigen Elemente überlappend versetzt angeordnet sind, derart, dass die ersten und zweiten Elemente die Abgasströmung mindestens einfach, vorzugsweise mindestens zweifach umlenken, wobei die zweiten, stromabwärtigen Elemente zwischen den ersten, stromaufwärtigen Elementen ausgebildete Spalte überdecken. Hiermit können Rostpartikel besonders vorteilhaft aufgefangen werden. Abgas kann bei geringem Druckverlust über die Elemente geführt werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist den ersten, stromaufwärtigen Elementen und/oder den zweiten, stromaufwärtigen Elementen unter Ausbildung einer kombinierten Auffang-, Strömungsführung- und Schalldämpfungseinrichtung mindestens ein Schalldämmelement zugeordnet. Hierdurch kann der Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems sowie der Brennkraftmaschine weiter verbessert werden. Durch diese Integration der Schalldämpfelemente in die Auffang- und Strömungsführungseinrichtung kann der benötigte Bauraum weiter reduziert werden.
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Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 15 definiert.
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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 einen schematisierten Ausschnitt aus einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem; und
- 2 ein Detail einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems der 1; und
- 3 ein schematischer Ausschnitt einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems; und
- 4 ein Detail der Weiterbildung gemäß 3; und
- 5 ein schematischer Ausschnitt zur weiteren Reduktion der Schallemissionen des erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystems; und
- 6 ein Detail der Weiterbildung gemäß 5.
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Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, so z. B. einer stationären Brennkraftmaschine in einem Kraftwerk oder einer auf einem Schiff zum Einsatz kommenden, nicht-stationären Brennkraftmaschine.
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Insbesondere betrifft die Erfindung ein Abgasnachbehandlungssystem einer mit Schweröl oder Rückstandöl betriebenen Schiffsdieselbrennkraftmaschine. Das Schweröl oder Rückstandöl weist einen hohen Schwefelgehalt auf, der zwischen 1000 ppm und 35000ppm, insbesondere zwischen 1000 ppm und 5000 ppm, bevorzugt zwischen 1500 ppm und 3500 ppm beträgt.
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1 zeigt einen stark schematisierten Ausschnitt aus einem Abgasnachbehandlungssystem 1 im Bereich eines Katalysators und/oder Partikelfilters 2. Bei der in 1 mit Bezugsziffer 2 gekennzeichneten Baugruppe kann es sich demnach ausschließlich um einen Katalysator oder ausschließlich um einen Partikelfilter oder um eine Kombination aus Katalysator und Partikelfilter handeln.
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Der Katalysator und/oder Partikelfilter 2 ist einer Abgasleitung 3 zugeordnet oder in der Abgasleitung 3 angeordnet. Der in Abgasströmungsrichtung 4 gesehen stromaufwärts des Katalysators und/oder Partikelfilters 2 verlaufende Abschnitt der Abgasleitung 3 ist als Abgaszuleitung für den Katalysator und/oder Partikelfilter 2 ausgebildet. Der in Abgasströmungsrichtung 4 gesehen stromabwärts des Katalysators und/oder Partikelfilters 2 positionierte Abschnitt der Abgasleitung 3 bildet eine Abgasableitung vom Katalysator und/oder Partikelfilter 2.
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Wie 1 entnommen werden kann, ist der Katalysator und/oder Partikelfilter 2 sowie die Abgasleitung 3, insbesondere die vom Katalysator und/oder Partikelfilter 2 wegführende Ababgasleitung, in vertikaler Richtung von unten nach oben vom Abgas durchströmt. Dies folgt aus der Abgasströmung 4 der 1.
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Stromabwärts des Katalysators und/oder Partikelfilters 2 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Wärmetauscher 5 positioniert. Dieser kann im Abgas enthaltene Wärme nutzen, um ein Medium zu erhitzen. Infolge dessen, dass stark schwefelhaltiger Kraftstoff, wie Schweröl oder Rückstandöl in der das Abgasnachbehandlungssystem 1 aufweisenden Brennkraftmaschine verbrannt wird, ist das Abgas stark schwefeloxidhaltig, wodurch sich zum Beispiel im Bereich des Wärmetauschers 5 Schwefelsäure niederschlagen kann. Diese Schwefelsäure kann sich auch an der Abgasleitung 3 niederschlagen. Schwefelsäure führt zu einer Korrosion, wobei hierbei entstehende Rostpartikel 6 in Richtung auf den Katalysator und/oder Partikelfilter 2 infolge der Schwerkraft fallen können.
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Beim erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem 1 ist in die vom Katalysator und/oder Partikelfilter 2 wegführende Abgasleitung 3 eine Auffangeinrichtung 7 integriert, die stromabwärts des Katalysators und/oder Partikelfilters 2 sowie stromabwärts der Auffangeinrichtung 7 entstehende Rostpartikel 6 auffängt und so verhindert, dass Rostpartikel auf eine Strömungsaustrittsseite 17 des Katalysators und/oder Partikelfilters 2 gelangen und denselben verstopfen.
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Hierdurch kann gewährleistet werden, dass der Katalysator und/oder Partikelfilter 2 ungehindert vom Abgas durchströmt werden kann, wodurch das Abgasnachbehandlungssystem und damit die Brennkraftmaschine mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann.
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Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Auffangeinrichtung 7 für die Rostpartikel 6 gleichzeitig als Strömungsführungseinrichtung ausgebildet.
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Die kombinierte Auffang- und Strömungsführungseinrichtung 7 der 1 umfasst mehrere Elemente 8, 11. Erste, stromaufwärtige Elemente 8 sind in Abgasströmungsrichtung 4 gesehen geschlossen oder haubenartig ausgebildet, wohingegen zweite, stromabwärtige Elemente 11 in Abgasströmungsrichtung 4 gesehen offen oder wannenartig ausgebildet sind.
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Jedes Element 8 bzw. 11 weist eine sich im Wesentlichen quer zur Abgasströmungsrichtung 4 gesehen erstreckende, geschlossene Bodenwand 9 bzw. 12 sowie sich im Wesentlichen parallel zur Abgasströmungsrichtung 4 gesehen erstreckende, geschlossene Seitenwände 10 bzw. 13 auf. Die ersten, stromaufwärtigen Elemente 8 sind in Abgasströmungsrichtung gesehen derart haubenartig oder geschlossen ausgebildet, dass sich die Seitenwände 10 derselben ausgehend von der Bodenwand 9 derselben in Richtung der Abgasströmungsrichtung 4 erstrecken. Entgegen der Abgasströmungsrichtung 4 gesehen und demnach in Fallrichtung der Rostpartikel 6 gesehen, sind diese ersten, stromaufwärtigen Elemente 8 wannenartig ausgeführt, so dass sich Rostpartikel dort ablagern können. Die zweiten, stromabwärtigen Elemente 11 sind in Abgasströmungsrichtung 4 gesehen derart ausgebildet, dass Rostpartikel, die sich stromab des Abgasnachbehandlungssystems lösen, nicht direkt auf die Rückseite der Katalysatoren fallen können. Hierzu wird die Strömung stromab der Katalysatoren oder Partikelfilter 2 mindestens einmal umgelenkt. Diese Umlenkungen können von frei fallenden Rostpartikeln nicht passiert werden, so dass sie sich in den oben beschriebenen, entgegen der Strömungsrichtung wannenförmig ausgebildeten Vorrichtungen 8 abscheiden. Diese Umlenkung kann z.B. durch eine wannenartig oder offen ausgebildete Vorrichtung 11, deren Seitenwände 13 derselben ausgehend von der Bodenwand 12 derselben entgegen der Richtung der Abgasströmungsrichtung 4 erstrecken. Entgegengesetzt zur Abgasströmungsrichtung 4 gesehen bzw. in Fallrichtung der Rostpartikel 6 gesehen sind diese zweiten, stromabwärtigen Elemente 11 haubenartig ausgebildet. Durch diese Ausführung ergibt sich eine zweifache Umlenkung.
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Die ersten, stromaufwärtigen Elemente 8 und die zweiten, stromabwärtigen Elemente 11 bilden jeweils mindestens eine Reihe von quer zur Abgasströmungsrichtung 4 gesehen nebeneinander angeordneten Elementen. Die zweiten, stromabwärtigen Elemente 11 sind relativ zu den ersten, stromaufwärtigen Elementen 8 überlappend versetzt angeordnet, und zwar derart, dass die ersten und zweiten Elemente 8, 11 die Abgasströmung mindestens zweifach umlenken, vorzugsweise jeweils um in etwa 180°.
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Entgegengesetzt zur Abgasströmungsrichtung 4 gesehen und damit in Fallrichtung der Rostpartikel 6 gesehen, überlappen die Bodenwände 12 der zweiten, stromabwärtigen Elemente 11 die Seitenwände 10 der ersten, stromaufwärtigen Elemente 8 sowie einen der Abgasströmungsführung dienenden, zwischen benachbarten ersten Elementen 8 ausgebildeten Spalt.
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Rostpartikel 6, die aufgrund der Schwerkraft in der Abgasleitung 3 herabfallen, gelangen entweder auf die Bodenwände 12 der haubenartigen, stromabwärtigen Elemente 11 oder auf die Bodenwände 9 der wannenartigen, stromaufwärtigen Elemente 8. Die Rostpartikel 6 können nicht weiter in Richtung auf den Katalysator und/oder Partikelfilter 2 fallen und in den Bereich der Strömungsaustrittsseite 17 des Katalysators und/oder Partikelfilters 2 gelangen. So werden die herabfallenden Rostpartikel 6 spätestens im Bereich der wannenartigen, stromaufwärtigen Elemente 8 sicher aufgefangen.
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Im gezeigten, schematisiert dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Elemente 8, 11 im Querschnitt U-förmig. Dies ist jedoch nicht zwingend. Vielmehr können die Elemente 8, 11 im Querschnitt auch kreisförmig oder parabelförmig oder glockenförmig ausgeführt sein. Auch in diesem Fall verfügen dann die Elemente 8, 11 wiederum über einen Wandabschnitt, der sich im Sinne einer Bodenwand im Wesentlichen quer zur Abgasströmungsrichtung 4 erstreckt, so über Seitenwände, die sich im Wesentlichen parallel zur Abgasströmung 4 erstrecken.
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In den 3 ist ein weiterer erfindungsgemäßer Aufbau dargestellt: In Abänderung zur 1 wird durch den Entfall der Seitenwände 13 an den stromabwärts angeordneten Elementen 11 nur eine einfache Umlenkung mit Hilfe der planen Bodenplatte 12 realisiert. Durch die Überlappung der Bodenplatte 12 mit den durch die stromab angeordneten Hauben 8 ausgebildeten freien Strömungsquerschnitten, können von der Rückseite fallende Rostpartikel nicht auf die Katalysatoren oder Partikelfilter 2 gelangen. Hinsichtlich der Ausgestaltung und Anordnung der Elemente 8, 11 stimmt das Ausführungsbeispiel der 2 mit dem Ausführungsbeispiel der 1 überein, sodass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden.
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2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Abgasnachbehandlungssystem 1 im Bereich einer Auffangeinrichtung 14, die als kombinierte Auffang-, Strömungsführungs- und Schalldämpfungseinrichtung 14 ausgeführt ist. Hinsichtlich der Ausgestaltung und Anordnung der Elemente 8, 11 stimmt das Ausführungsbeispiel der 2 mit dem Ausführungsbeispiel der 1 überein, sodass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden.
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Das Ausführungsbeispiel der 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel der 1 lediglich dadurch, dass beim Ausführungsbeispiel der 2 den ersten, stromaufwärtigen Elementen 8 und/oder den zweiten, stromabwärtigen Elementen 11 unter Ausbildung der kombinierten Auffang-, Strömungsführungs- und Schalldämpfungseinrichtung 14 Schalldämpfelemente 15, 16 zugeordnet sind. So zeigt 2, dass den zweiten, stromabwärtigen Elementen 11 jeweils mindestens ein Schalldämpfelement 15 zugeordnet ist, und zwar an einer der Abgasströmung 4 zugewandten Innenseite von Bodenwand 12 und Seitenwänden 13. Den ersten, stromaufwärtigen Elementen 8 sind ebenfalls Schalldämmelemente 16 zugeordnet, und zwar in 2 an einer der Abgasströmung zugewandten Innenseite der Seitenwände 10 der ersten, stromaufwärtigen Elemente 8. Zur weiteren Verbesserung der Schalldämmwirkung können zusätzlich Schalldämmelmente auf der der Abströmseite zugewandten Seite angeordnet, bzw.die Schalldämmelemente 15 und 16 akustisch an die Abströmseite angekoppelt sein. Die Schalldämmelemente 15, 16 sind dabei vorzugsweise aus einem faserhaltigen und/oder glashaltigen und/oder keramischen und/oder quarzhaltigen Werkstoff gefertigt.
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Das Ausführungsbeispiel in 4 unterscheidet sich von dem in 2 beschriebenen dadurch, dass die Seitenwände 13 des Elements 11, analog zur 3 entfallen, so dass nur eine einfache Umlenkung realisiert wird. Hinsichtlich der Ausgestaltung und Anordnung der Elemente 8, 11 stimmt das Ausführungsbeispiel der 4 mit dem Ausführungsbeispiel der 2 überein, sodass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in 5 dargestellt. Hinsichtlich der Ausgestaltung und Anordnung der Elemente 8, 11 stimmt das Ausführungsbeispiel der 5 mit dem Ausführungsbeispiel der 1 überein, sodass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden. Zusätzlich sind stromauf der Auffangvorrichtung Einbauten zur Schallreduzierung 18, wie z.B. Absorber, Helmholtz- oder Lambda/4- Resonatoren, eingebaut. Diese sind plattenförmig und in Verlängerung der haubenförmigen Elemente 8 ausgebildet. Um Kosten einzusparen können die Einbauten zur Schallreduzierung 18 und die haubenförmigen Elemente 8 zu einem gemeinsamen Bauteil zusammenfasst werden. Im einfachsten Fall werden die Seitenwände der plattenförmigen Einbauten 18 in Richtung der Elemente 11 verlängert, so dass sich, entgegen der Strömungsrichtung gesehen, wieder eine wannenförmige Struktur ausbildet. Zusätzlich kann die Bodenplatte 9 akustisch an die Einbauten 18 angekoppelt sein, um die schallreduzierende Wirkung der Auffangvorrichtung weiter zu verbessern. Dies kann z.B. durch Perforation, Durchbrüche, flexible Ausführung etc. erfolgen. Für den Fall der Ausführung der Einbauten 18 als Absorber können, wie auch bei den Einbauten 15 und 16, faserhaltige und/oder glashaltige und/oder keramische und/oder quarzhaltige Werkstoffe eingesetzt werden.
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6 stellt den in 5 beschriebenen Aufbau nochmals im Detail dar. Hinsichtlich der Ausgestaltung und Anordnung der Elemente 8, 11, 18 stimmt das Ausführungsbeispiel der 6 mit dem Ausführungsbeispiel der 5 überein, sodass zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen für gleiche Baugruppen gleiche Bezugsziffern verwendet werden.
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Beim erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem 1 ist demnach dem Katalysators und/oder Partikelfilter 2 eine Auffangvorrichtung nachgeschaltet, die verhindert, dass Rostpartikel, die aufgrund ihrer Schwerkraft entgegen der Abgasströmungsrichtung durch die vertikal verlaufene Abgasleitung in Richtung auf den Katalysators und/oder Partikelfilter 2 fallen. Die Auffangeinrichtung ist vorzugsweise als Auffang- und Strömungsführungseinrichtung oder als Auffang-, Strömungsführung- und Schalldämpfungseinrichtung ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abgasnachbehandlungssystem
- 2
- Katalysator und/oder Partikelfilter
- 3
- Abgasleitung
- 4
- Abgasströmungsrichtung
- 5
- Wärmetauscher
- 6
- Postpartikel
- 7
- Auffang- und Strömungsführungseinrichtung
- 8
- Element
- 9
- Bodenwand
- 10
- Seitenwand
- 11
- Element
- 12
- Bodenwand
- 13
- Seitenwand
- 14
- Auffang-, Strömungsführung- und Schalldämpfungseinrichtung
- 15
- Schalldämmelement
- 16
- Schalldämmelement
- 17
- Strömungsaustrittseite
