DE102019209298A1 - Ringkatalysator mit Heizelement - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ringkatalysator (1), mit einer ersten rohrförmigen Strömungsstrecke (2), mit einem Umlenkbereich (3) und mit einer zweiten ringförmigen Strömungsstrecke (5), wobei die rohrförmige Strömungsstrecke (2) durch ein Innenrohr gebildet ist, wobei die ringförmige Strömungsstrecke (5) zwischen einem im Wesentlichen parallel zum Innenrohr verlaufenden Außenrohr und dem Innenrohr gebildet ist und der Umlenkbereich (3) zur Umlenkung der Abgasströmung aus der rohrförmigen Strömungsstrecke (2) in die ringförmige Strömungsstrecke (5) ausgebildet ist, wobei in der rohförmigen Strömungsstrecke (2) eine Heizvorrichtung (6) angeordnet ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Ringkatalysator, mit einer ersten rohrförmigen Strömungsstrecke, mit einem Umlenkbereich und mit einer zweiten ringförmigen Strömungsstrecke, wobei die rohrförmige Strömungsstrecke durch ein Innenrohr gebildet ist, wobei die ringförmige Strömungsstrecke zwischen einem im Wesentlichen parallel zum Innenrohr verlaufenden Außenrohr und dem Innenrohr gebildet ist und der Umlenkbereich zur Umlenkung der Abgasströmung aus der rohrförmigen Strömungsstrecke in die ringförmige Strömungsstrecke ausgebildet ist.
  • Stand der Technik
  • Zur Abgasnachbehandlung von Abgasen von Verbrennungsmotoren werden unter anderem Katalysatoren eingesetzt, die eine Umwandlung von Abgasbestandteilen in weniger schädliche Stoffe ermöglichen. Hierzu sind Katalysatoren in unterschiedlicher Bauweise und unterschiedlicher Dimensionierung bekannt.
  • Unter anderem ist der sogenannte Ringkatalysator bekannt, welcher eine zentrale rohrförmige Strömungsstrecke aufweist, auf welche eine Strömungsumlenkung folgt und anschließend eine ringförmige Strömungsstrecke, wobei die rohrförmige Strömungsstrecke von der ringförmigen Strömungsstrecke umschlossen ist. Es kann somit auch bei einer nur geringen möglichen Baulänge des Katalysators eine verhältnismäßig lange Strömungsstrecke für das Abgas realisiert werden. Dies begünstigt beispielsweise die Vermischung des Abgases, beziehungsweise verlängert die zur Umwandlung einer in den Abgasstrom eingespritzten Harnstofflösung zur Verfügung stehende Zeit.
  • Insbesondere in Konfigurationen mit einem Turbolader im Abgasstrang ist die Strömungsverteilung des Abgases unmittelbar hinter dem Turbolader nicht optimal. Durch eine inhomogene Strömungsverteilung wird die Umsetzung des Abgasbestandteile an den katalytisch aktiven Flächen negativ beeinträchtigt.
  • Beim Durchströmen der zentralen rohrförmigen Strömungsstrecke kann eine Homogenisierung der Abgasströmung erreicht werden. In der ringförmigen Strömungsstrecke kann sodann die Abgasnachbehandlung durchgeführt werden, indem entsprechende katalytisch aktive Matrizen in diese Strömungsstrecke eingesetzt werden.
  • Nachteilig an Abgasnachbehandlungsvorrichtungen dieser Art ist insbesondere, dass es beim Durchströmen der rohrförmigen Strömungsstrecke zu einer Abkühlung des Abgases kommt. Dadurch wird die sogenannten Light-Off Temperatur, ab welcher es zu einer merklichen Umsetzung der Abgasbestandteile an den katalytisch aktiven Matrizen kommt, später erreicht, wodurch die Wirksamkeit der Abgasnachbehandlung, insbesondere beim Kaltstart, verschlechtert wird.
  • Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile
  • Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Ringkatalysator zu schaffen, welcher das Absinken der Temperatur in der rohrförmigen Strömungsstrecke minimiert und somit zu einer schnelleren vollständigen Umsetzung der Abgasbestandteile an den katalytisch aktiven Flächen führt.
  • Die Aufgabe hinsichtlich des Ringkatalysators wird durch einen Ringkatalysator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft einen Ringkatalysator, mit einer ersten rohrförmigen Strömungsstrecke, mit einem Umlenkbereich und mit einer zweiten ringförmigen Strömungsstrecke, wobei die rohrförmige Strömungsstrecke durch ein Innenrohr gebildet ist, wobei die ringförmige Strömungsstrecke zwischen einem im Wesentlichen parallel zum Innenrohr verlaufenden Außenrohr und dem Innenrohr gebildet ist und der Umlenkbereich zur Umlenkung der Abgasströmung aus der rohrförmigen Strömungsstrecke in die ringförmige Strömungsstrecke ausgebildet ist, wobei in der rohförmigen Strömungsstrecke eine Heizvorrichtung angeordnet ist.
  • Eine Heizvorrichtung ist insbesondere ein Mittel um zusätzliche Wärmeenergie in den Ringkatalysator, speziell die rohrförmige Strömungsstrecke, einbringen zu können. Somit soll insbesondere das durch die rohrförmige Strömungsstrecke strömende Abgas erwärmt werden.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Heizvorrichtung durch einen elektrisch beheizbaren Wabenkörper gebildet ist. Elektrisch beheizbare Wabenkörper sind bereits bekannt. Diese sind beispielsweise als metallische Wabenkörper ausgebildet, die eine aus mehrerer Metallfolien bestehende Matrix aufweisen und eine Vielzahl von durchströmbaren Strömungskanälen aufweisen. Zur Beheizung können stromdurchflossene Leiter eingesetzt werden, die unter Ausnutzung des ohmschen Widerstands für eine Erwärmung sorgen.
  • Je nach Ausgestaltung des Wabenkörpers kann auch eine weitere Homogenisierung der Abgasströmung durch eine solche durchströmbare Heizvorrichtung erreicht werden. Hierzu können beispielsweise Überströmöffnungen zwischen den Strömungskanälen ausgebildet sein, oder weitere Luftleitelemente in den Strömungskanälen, vor der Heizvorrichtung und/oder nach der Heizvorrichtung.
  • Auch ist es vorteilhaft, wenn die Heizvorrichtung durch ein oder mehrere PTC-Heizelemente gebildet ist. Die Heizelemente können an einer Trägervorrichtung angeordnet und innerhalb des rohrförmigen Strömungskanals ausgerichtet sein.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die die Heizvorrichtung durch eine zumindest teilweise durchströmbare Matrix gebildet ist. Eine zumindest teilweise durchströmbare Matrix, beispielsweise durch einen metallischen Wabenkörper gebildet, kann genutzt werden, um einerseits die Luftströmung weiter zu homogenisieren, und andererseits einen möglichst guten Wärmeübertrag von dem eigentlichen Heizmedium auf das Abgas zu ermöglichen. Zusätzlich kann die Matrix zumindest teilweise eine katalytische Beschichtung aufweisen, die bereits zur Abgasnachbehandlung beiträgt.
  • Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Heizvorrichtung durch einen stromdurchflossenen Leiter gebildet ist. Hier wird die Wärme unter Ausnutzung des ohmschen Widerstandes erzeugt. Ein stromdurchflossener Leiter hat insbesondere den Vorteil, dass er einfach an die räumlichen Gegebenheiten im Ringkatalysator angepasst werden kann. Weiterhin ist ein solcher Leiter robust und kostengünstig.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Heizvorrichtung mittels eines elektrischen Anschlusses mit einer Spannungsquelle verbindbar ist, wobei die elektrische Kontaktierung der Heizvorrichtung durch eine Öffnung im Umlenkbereich realisiert ist. Dies ist besonders vorteilhaft, um eine Führung der Anschlussleitung derart zu realisieren, dass die Strömung des Abgases möglichst wenig gestört wird. Darüber hinaus ist das Durchführen der Anschlussleitung durch die Öffnung im Umlenkbereich vorteilhaft, da an dieser Stelle nur eine Wandung des Katalysators durchstoßen werden muss.
  • Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die den Umlenkbereich ausbildende Wandung eine Durchführung für einen elektrischen Leiter aufweist. Die Durchführung sollte dabei insbesondere eine gasdichte Abdichtung der elektrischen Leitung erzeugen und eine ausreichend hohe Temperaturfestigkeit aufweisen.
  • Auch ist es zweckmäßig, wenn zwischen der Durchführung und der Heizvorrichtung ein Rohr verläuft, durch welches ein elektrischer Leiter geführt ist. Ein Rohr, beispielsweise ein metallisches, kann als thermischer und/oder mechanischer Schutz des Leiters dienen. Der Leiter wird bei einer Führung durch ein Rohr nicht direkt mit dem Abgas beaufschlagt. Weiterhin kann so auch mechanischer Belastungen für den Leiter minimiert werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschrieben.
  • Figurenliste
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung detailliert erläutert. In der Zeichnung zeigt:
    • 1 eine schematische Schnittansicht durch einen Ringkatalysator mit einer Heizvorrichtung in der rohrförmigen Strömungsstrecke.
  • Bevorzugte Ausführung der Erfindung
  • Die 1 zeigt einen Ringkatalysator 1 mit einem zentral angeordneten rohrförmigen Strömungskanal 2. Ein Abgasstrom kann entlang des Pfeils 8 in diesen Strömungskanal 2 einströmen. Im Umlenkbereich 3 wird der Abgasstrom entlang des Pfeils 9 in radialer Richtung nach Außen und entgegen der ursprünglichen Strömungsrichtung 8 abgelenkt und durchströmt den ringförmigen Strömungskanal 5, welcher koaxial zum rohrförmigen Strömungskanal 2 ausgebildet ist.
  • Innerhalb des rohrförmigen Strömungskanal 2 ist eine Heizvorrichtung 6 dargestellt, welche über eine elektrische Leitung 7 elektrisch kontaktierbar ist. Die Leitung 7 ist durch eine Durchführung 4 in der den Umlenkbereich 3 bildenden Wandung geführt und kann darüber mit einer Spannungsquelle außerhalb des Ringkatalysators verbunden werden.
  • Das durch den rohrförmigen Strömungskanal 2 strömende Abgas kann somit an der Heizvorrichtung 6 erwärmt werden, wodurch der durch das Durchströmen der rohrförmigen Strömungsstrecke 2 entstehende Wärmeverlust des Abgases zumindest teilweise kompensiert werden kann oder sogar überkompensiert werden kann. Bei einer Überkompensation kann beispielsweise eine Abgastemperatur an und nach der Heizvorrichtung erreicht werden, welche oberhalb des Temperaturniveaus des Abgases beim Einströmen in die rohrförmige Strömungsstrecke liegt.
  • Das Ausführungsbeispiel der 1 weist insbesondere keinen beschränkenden Charakter auf und dient der Verdeutlichung des Erfindungsgedankens.

Claims (8)

  1. Ringkatalysator (1), mit einer ersten rohrförmigen Strömungsstrecke (2), mit einem Umlenkbereich (3) und mit einer zweiten ringförmigen Strömungsstrecke (5), wobei die rohrförmige Strömungsstrecke (2) durch ein Innenrohr gebildet ist, wobei die ringförmige Strömungsstrecke (5) zwischen einem im Wesentlichen parallel zum Innenrohr verlaufenden Außenrohr und dem Innenrohr gebildet ist und der Umlenkbereich (3) zur Umlenkung der Abgasströmung aus der rohrförmigen Strömungsstrecke (2) in die ringförmige Strömungsstrecke (5) ausgebildet ist, dadurch gekenn- zeichnet, dass in der rohförmigen Strömungsstrecke (2) eine Heizvorrichtung (6) angeordnet ist.
  2. Ringkatalysator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Heizvorrichtung (6) durch einen elektrisch beheizbaren Wabenkörper gebildet ist.
  3. Ringkatalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (6) durch ein oder mehrere PTC-Heizelemente gebildet ist.
  4. Ringkatalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Heizvorrichtung (6) durch eine zumindest teilweise durchströmbare Matrix gebildet ist.
  5. Ringkatalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (6) durch einen stromdurchflossenen Leiter gebildet ist.
  6. Ringkatalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (6) mittels eines elektrischen Anschlusses (7) mit einer Spannungsquelle verbindbar ist, wobei die elektrische Kontaktierung der Heizvorrichtung (6) durch eine Öffnung (4) im Umlenkbereich (3) realisiert ist.
  7. Ringkatalysator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Umlenkbereich (3) ausbildende Wandung eine Durchführung (4) für einen elektrischen Leiter (7) aufweist.
  8. Ringkatalysator (1) nach Anspruch 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass zwischen der Durchführung (4) und der Heizvorrichtung (6) ein Rohr verläuft, durch welches ein elektrischer Leiter geführt ist.
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