DE2428965A1

DE2428965A1 - Exhaust gas detoxification reactor - with vortex flow of exhaust gases at reactor inlet

Info

Publication number: DE2428965A1
Application number: DE2428965A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Ing Linder; Helmut Maurer; Guenter Dipl Ing Dr Woessner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1974-06-15
Filing date: 1974-06-15
Publication date: 1976-01-02

Abstract

In an exhaust gas reactor particularly for i.e. engines, consisting of a pref. heat-insulated tubular housing and at least one catalyst and/or thermo-reactor insert, the exhaust gases are set into rotation flow at the inelt of the housing and flow turbulently through the catalyst insert radially or axially. This provides more favourable heat and mass transfer between the exhaust gas and the catalyst surface with a minimum loss of flow energy i.e. minimum pressure loss and therefore better fuel utilisation by the engine.

Description

Anlage zur Patent- und Gebrauchsmusterhilfsameldung Abgasreaktor Die Erfindung betrifft einen Abgasreaktor insbesondere für Brennkraftmaschinen, im wesentlichen bestehend aus einem rohrförmigen vorzugsw,eise wärmeisolierten Gehäuse und mindestens einem Einsatz als Katalysator- und/oder Thermoreaktor.Annex to the patent and utility model auxiliary registration exhaust gas reactor Die The invention essentially relates to an exhaust gas reactor, in particular for internal combustion engines consisting of a tubular preferably, iron heat-insulated housing and at least use as a catalyst and / or thermal reactor.

Bei den zunehmend strengen Anforderungen an die Giftfreiheit der Abgase spielt das schnelle Wirksamwerden des Katalysators insbesondere beim Warmlauf eine grosse Rolle. Das Anspringen des Katalysators im Warmlauf sowie seine Wirksamkeit hängt jedoch von der Wärmeübertragg bzw. dem Stoffaustausch zwischen Gas und aktiver Katalysatoroberfläche ab. Bekanntlich kann durch Erhöhung des Strömungswiderstandes im Katalysator der Wärmeübergang wesentlich verbessert werden, was ,jedoch zu einem unerwünschten und nicht unerheblichen Energieverlust führt.With the increasingly strict requirements for the toxicity of the exhaust gases plays the quick effect of the catalyst in particular plays an important role in warming up. The starting of the catalytic converter during warm-up as well however, its effectiveness depends on the heat transfer or the mass transfer between Gas and active catalyst surface from. As is known, by increasing the flow resistance in the catalyst the heat transfer can be significantly improved, which, however, to a unwanted and not inconsiderable loss of energy.

Dieser Energieverlust wirkt sich in erhöhtem Kraftstoffverbrauch alus, einem Nachteil, der in Zukunft an Bedeutung noch zunimmt. Bei bekannten Katal-ysatoren wird ein guter Wärmeübergang durchjdie Strömung gestellte Prallflächen erreicht, C.ie mehrfach die Strömungsrichtung umlenken, allerdings mit all den genannten Nachteilen.This loss of energy results in increased fuel consumption alus, a disadvantage that will become even more important in the future. With known catalysts a good heat transfer is achieved through the impact surfaces provided by the flow, C.ie redirect the flow direction several times, but with all the disadvantages mentioned.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abgasreaktor mit Katalysator zu entwickeln, bei dem eine günstige Wärme übertragung mit entsprechend gutem Stoffaustausch zwischen Gas und Katalysatoroberfläche erfolgt bei möglichst geringem Verlust an Strömungsenergie.The invention is based on the object of an exhaust gas reactor with a catalyst to develop in which a favorable heat transfer with a correspondingly good mass transfer between the gas and the catalyst surface occurs with as little loss as possible Flow energy.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Abgase bei Eintritt in das Gehäuse in eine Drallströmung versetzt werden und wirbel artig den Katalysatoreinsatz radial oder axial durchströmen.This object is achieved according to the invention in that the exhaust gases when entering the housing are set in a swirl flow and vortex-like flow through the catalyst insert radially or axially.

Die Wirbelströmung ergibt einen besseren Wärmeübergang, wobei aufgrund der günstigen Aufteilung des Strömungsmediums auf die Katalys atoreingangs öffnungen der Strömungswiderstand nicht oder nur sehr wenig zunimmt.The vortex flow results in better heat transfer, due to the favorable distribution of the flow medium to the catalyst inlet openings the flow resistance does not increase or increases only very slightly.

Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung treten die Abgase entweder axial in das Gehäuse ein und werden durch eine Buftleitvorrichtung in Drall versetzt oder sie werden tangential eingeführt, um dann zentral über eine axiale Auslassöffnung des Gehäuses ab zuströmen.According to advantageous embodiments of the invention, the exhaust gases occur either axially into the housing and are swirled by a air guide device offset or they are introduced tangentially and then centrally via an axial Flow from the outlet opening of the housing.

Bei letzterem können die zugeführten Abgase nach Einführung in das Gehäuse durch einen Verteiler auf die ganze Länge des Gehäuses verteilt werden. Wenn der Katalysator vorteilhafterweise aus guer zur Gehäuseach,e verlaufenden Scheiben besteht, so wird dadurch eine etwa gleichmässige Aufteilung der Gase auE die einzelnen Scheiben erreicht. Um eine saubere Wirbel führung zu erhalten, naben die Scheiben eine Mittelbohrung, deren Durchmesser zur Auslassöffnung des Gehäuses hia zunimmt.In the case of the latter, the exhaust gases fed in can, after being introduced into the Housing can be distributed over the entire length of the housing by a distributor. If the catalytic converter is advantageously positioned across the axis of the housing, e discs exists, this results in an approximately even distribution of the gases among the individual ones Slices reached. The washers are hubs to ensure that the vertebrae are properly guided a central bore, the diameter of which increases towards the outlet opening of the housing hia.

In jedem Fa:;l wird durch den Wirbel eine gute Durchmischung der einzelnen Abgasbestandteile erreicht, um auch bei Verwendung eines üblichen wabenförmigen Katalysators einen guten Wirkungsgrad zu erhalten. Ist der Katalysator beispielsweise mit se-inen Waben in Längsrichtung zwischen Einlass und Auslass angeordnet, so wird durch die wirbelförmige Einführung eine etwa gleichmässige Verteilung der Abgase auf die einzelnen LanskanEle des Katalysators erreicht.In every fa:; l, the vortex creates a good mixing of the individual Exhaust components reached to even when using a conventional honeycomb Catalyst to get a good efficiency. Is the catalyst for example with its own honeycomb arranged in the longitudinal direction between inlet and outlet, so is due to the vortex-shaped introduction an approximately even distribution of the exhaust gases on the individual LanskanEle of the catalytic converter.

Vier Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 und 2 das erste Ausführungsbeispiel mit einem-Scheibenkatalysator, Fig. 3,4 u.5 drei weitere Ausführungsbeispiele mit je einem längsdurchströmten Katalysator.Four embodiments of the subject matter of the invention are shown in FIG Drawing shown and are described in more detail below. Show it: Fig. 1 and 2 the first embodiment with a disc catalytic converter, Fig. 3, 4 and 5 three further exemplary embodiments, each with a catalyst through which there is a longitudinal flow.

Wie aus den Fig. 1, 3 und 4 ersichtlich werden die Abgase in das rohrförmige Gehäuse eines Abgasreaktors durch einen Einströmstutzen 2 tangential eingeführt. Bei dem in Fig. 5 dargestelltrn Abgasreaktor werden sie axial eingeführt.As can be seen from Figs. 1, 3 and 4, the exhaust gases are in the tubular Housing of an exhaust gas reactor introduced tangentially through an inflow connection 2. In the exhaust gas reactor shown in FIG. 5, they are introduced axially.

Bei dem ersten in Fig. 1 und 2 dargestellten Beispiel werden die Abgase durch einen Verteiler 3 auf die ganze Länge des Reaktorgehälsos 1 verteilt. Der Verteiler 3 wirkt dabei wie eine Flachdüse. Vorzugsweise werden bei dieser Bauart als Katalysator Scheiben 4 verwendet mit einer vorteilhafterweise welligen Oberfläche um einen besseren Wärmeübergang zu bewirken. Diese Scheiben 4 haben je eine Mittelbohrung 5, die achsgleich zu einer Auslassöffnung 6 des Gehäuses 1 angeordnet ist, welche die windung eines Auslaßstutzens 7 darstellt. Der Durchmesser der Nittelbohrung 5 der Scheiben 4 nimmt zu der Auslassöffnung 6 hin gleicbmässig zu, so dass über die Summe der Scheiben eine Art konischer Abströmkanal entsteht. Es wird dadurch erreicht, dass der innere Widerstand des Reaktors sich etwa gleichmässig auf die Katalysatorscheiben verteilt, um eine möglichst gleichmässige Aufteilung des Abgases auf die Scheiben zu erhalten.In the first example shown in Figs. 1 and 2, the exhaust gases distributed over the entire length of the reactor casing 1 by a distributor 3. Of the Manifold 3 acts like a flat nozzle. Preferably with this type disks 4 are used as the catalyst and have an advantageously wavy surface to bring about a better heat transfer. These disks 4 each have a central hole 5, which is arranged coaxially to an outlet opening 6 of the housing 1, which represents the winding of an outlet connector 7. The diameter of the center hole 5 of the disks 4 increases at the same rate towards the outlet opening 6, so that over the sum of the disks creates a kind of conical discharge channel. It becomes through it achieves that the internal resistance of the reactor is approximately evenly distributed over the Catalytic converter disks distributed in order to distribute the exhaust gas as evenly as possible to get on the slices.

Die Scheiben 5 werden also von den Abgaswirbeln weitgehend spiralisch durchströmt um dann zentral abgeleitet zu werden.The disks 5 are thus largely spiral from the exhaust gas eddies flows through to then be diverted centrally.

Statt oder außer der Mittelbohrung 5 können auch mehrere Bohrungen auf den Querschnitt einer Scheibe verteilt gewählt werden, deren entsprechende korrespondierende Bohrungen auf den danebenliegenden Scheiben zueinander fluchten.Instead of or in addition to the central bore 5, several bores can also be used be selected distributed over the cross section of a disk, their corresponding corresponding Align the holes on the adjacent panes.

Bei den in Fig. 3, 4 und 5 dargestellten Ausfdhrungsbeispielen werden im Gehäuse 1 übliche Katalysatoreinsätze 8 verwendet, die meist einen wabenförmigen Querschnitt zeigen und als Monolith in Längsrichtung durchströmt werden. Die bei den Beispielen nach Fig. 3 und 4 durch den Stutzen 2 tangential eingeführten Abgase bilden vor den Katalysatoreinsätzen einen Wirbel, so dass abgesehen von einer guten Durchmischung der Abgasbestandteile eine in etwa gleichmässige Druckaufteilung vor der Stirnfläche 9 des Katalysators 8 erreicht wird Je nach Bedarf können mehrere derartige Einsätze hintereinander angeordnet sein Abstromseitig werden die Abgase dann nach Durchströmen der Öffnung 6 im Auslass 7 weitergefüL«t.In the exemplary embodiments shown in FIGS. 3, 4 and 5 will In the housing 1 conventional catalyst inserts 8 are used, which are usually a honeycomb Show cross-section and flow through as a monolith in the longitudinal direction. The at the examples according to FIGS. 3 and 4 through the nozzle 2 tangentially introduced exhaust gases form a vortex in front of the catalyst inserts, so that apart from a good one Mixing of the exhaust gas components results in an approximately even pressure distribution the end face 9 of the catalytic converter 8 is reached. Depending on requirements, several Such inserts can be arranged one behind the other. The exhaust gases are downstream then, after flowing through the opening 6, the outlet 7 continues to be filled.

Bei dem in Fig. 4 dargestelltenAusführungsbeispiel ist der Abschnitt 10 des Gehäuses, in den der Stutzen 2 mündet, und der Abschnitt 11 des Gehäuses 1, in dem der Katalysator 8 angeordnet :ist, durch einen Abschnitt 12 geringeren Durchmessers miteinander verbunden. Die Uebergänge vom Abschnitt 19 zum Abschni t 12 und vom Abschnitt 12 zum Abschnitt 11 sind konisch ausgebildet. Sie bewirken auf der einen Seite eine Beschleunigung, auf der anderen Seite eine Verminderung der Gasströmungsgeschwindigkeit. In erster Linie aber dient diese Einschnürung zur verstärkten Glättung der Abgaspul sationen.In the embodiment illustrated in Figure 4, the section is 10 of the housing into which the nozzle 2 opens, and the section 11 of the housing 1, in which the catalytic converter 8 is arranged: is reduced by a section 12 Diameter connected to each other. The transitions from section 19 to section t 12 and from section 12 to section 11 are conical. You effect on the one hand an acceleration, on the other hand a decrease the gas flow rate. But primarily this constriction is used increased smoothing of exhaust gas pulsations.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel werden die Abgase durch Leitschaufeln 13 im Einlassstutzen 14 in eine Drallströmung gebracht, die dann dem Katalysator 8 zugeführt wird. In jedem Fall bewirkt die Drallströmung auch-eipe Dämpfung der Pulsationen, weil die Strömungsrichtung nicht senkrecht auf den Katalysator trifft, sondern aufgrund der Schraubenform weich auf die Katalysatoroberfläche trifft.In the fourth embodiment shown in FIG the exhaust gases are brought into a swirl flow by guide vanes 13 in the inlet connection 14, which is then fed to the catalyst 8. In any case, the Swirl flow also-eipe damping of the pulsations, because the direction of flow is not perpendicular to it hits the catalyst, but rather softly on the catalyst surface due to the helical shape meets.

Claims

Expectations

9 exhaust gas reactor in particular for internal combustion engines, essentially consisting of a tubular preferably thermally insulated housing and at least a use as a catalyst and / or thermal reactor, characterized in that the exhaust gases are set in a swirl flow when they enter the housing () and flow through the catalytic converter insert (4, 8) radially or axially like a vortex.

2. Exhaust gas reactor according to claim 1, characterized in that the Housing (1) upstream of the catalyst insert (8) in a manner known per se has a conical shape (nozzle, diffuser).

3. exhaust gas reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the exhaust gases enter the housing (1) axially and through an air guiding device (13) (guide vanes) are set in a twist.

4. exhaust gas reactor according to claim 1 or 2, characterized in that the exhaust gases are introduced tangentially into the housing (1) and then centrally via an axial outlet opening o of the housing t) to flow off.

5. exhaust gas reactor according to claim 4, characterized in that the Exhaust gases after introduction through a distributor (3) over the entire length of the housing (1) distributed.

6. exhaust gas reactor according to claim 4, characterized in that the tangential leg guide (2) of the exhaust gas at the end of the housing (1) takes place, the facing away from the end carrying the axial outlet opening (6).

7. exhaust gas reactor according to one of the preceding claims, characterized in that that the catalyst insert consists of disks (4) running transversely to the housing axis consists, the aligned holes, but at least one central hole (5) for exhaust gas removal.

8. exhaust gas reactor according to claim ?, characterized in that the discs (4) have a wavy catalytically active surface.

9. exhaust gas reactor according to claim 7 or 8, characterized in that the diameter of the bores (5) in the disks (4) towards the outlet opening (6) increases.

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