DE4210784A1 - Metallwabenkörper mit Bereichen unterschiedlicher Strömung - Google Patents
Metallwabenkörper mit Bereichen unterschiedlicher StrömungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Metallwabenkörper nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Solche Metallwabenkörper sind bekannt, z. B. durch
die DE-A-40 24 942.
In der DE-A-40 24 942 wird vorgeschlagen, daß die Anzahl der vom Ab
gas durchströmbaren Kanäle pro Querschnittsfläche in verschiedenen,
hintereinanderliegenden Bereichen des Metallwabenkörpers variiert.
Hierzu wird in den verschiedenen Bereichen die Anzahl der eingesetz
ten glatten und gewellten Bleche erhöht bzw. erniedrigt, so daß
durch eine damit einhergehende Veränderung der Kanalhöhe die Anzahl
der Kanäle pro Querschnittsfläche vervielfacht wird. Der Metallwa
benkörper wird lediglich durch wenige durchgehende Glattbänder in
einem einstückigen Körper zusammengehalten.
Es ist auch bekannt (EP-A-186 801), daß zur Verbesserung des
Konvertierungsgrades des Katalysators die Zahl der Antrömkanten in
nerhalb des Metallwabenkörpers erhöht wird.
In der DE-C-11 92 624 wird eine Ausführungsform eines Me
tallwabenkörpers mit einer Vielzahl von scheibenförmigen Katalysa
torelementen dargestellt, die in Durchströmungsrichtung hintereinan
der in einem Gehäuse angeordnet sind. Hierbei ist die Anzahl der
durchströmbaren Kanäle pro Querschnittsfläche von einem scheibenför
migen Element zum nachfolgenden Element konstant, die Kanäle sind
lediglich gegeneinander versetzt und erzeugen dadurch eine gewisse
Turbulenz.
Nachteilig beim Stand der Technik ist, daß eine Vielzahl von einzel
nen Blechen bzw. Elementen, die in ihrer Dimensionierung nicht ein
heitlich sind, hintereinander angeordnet und verarbeitet bzw. in ei
nem Gehäuse gelagert werden müssen.
Insbesondere beim Einsatz des Metallwabenkörpers als Katalysator für
Kraftfahrzeugmotoren wird ein schnelles Anspringen des Katalysators
gewünscht. Dies ist dadurch erreichbar, daß der Katalysator motornah
eingebaut und somit von relativ heißen Abgasen beaufschlagt wird.
Durch die einsetzende katalytische Reaktion wird der Abgasstrom wei
ter aufgeheizt, wodurch die Betriebstemperatur des Katalysators wie
derum schneller erreicht wird. Andererseits ist ein motornaher Ein
bau des Katalysators im Betrieb, insbesondere unter Vollast, kri
tisch, da die ohnehin schon sehr heißen Abgase auf einen betriebs
warmen Katalysator treffen und durch die Konvertierung weiter aufge
heizt werden. Dies kann möglicherweise zu einem Durchbrennen des Ka
talysators führen. Bislang werden in Kraftfahrzeugen daher häufig
zwei Katalysatoren eingebaut, ein sogenannter Vorkatalysator, der
motornah eingebaut sehr schnell anspringt, in dem aber lediglich ein
Teil der Abgase umgewandelt wird, und ein sogenannter Hauptkata
lysator, in dem die vollständige Konvertierung des Abgasstromes er
folgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen
Metallwabenkörper so auszugestalten, daß sich bei einfacher Herstel
lung und günstigem Anspringverhalten, wobei eine gute thermische
Alterungsbeständigkeit beibehalten werden soll, erweiterte Anwendun
gen ergeben, so daß insbesondere die Aufgaben von Vor- und Hauptka
talysator in einem Katalysator zusammengefaßt werden können.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein einstückiger Me
tallwabenkörper mit einer vorgegebenen Anzahl von durchströmbaren
Kanälen ausgebildet ist, die in einem ersten Bereich A eine glatte,
zu den benachbarten Kanälen geschlossene und in einem anschließenden
Bereich B eine an sich bekannte durchbrochene Struktur aufweisen,
wobei im Bereich B zusätzlich auch die glatten Bleche mit Gasdurch
lässen versehen sein können. Diese zweigeteilte Struktur wirkt im
Bereich A wie ein Vorkatalysator, im Bereich B wie ein Hauptkataly
sator.
Besonders vorteilhaft ist hierbei, daß die glatten und die gewellten
Bleche sich einstückig von der Anströmseite zur Abströmseite des Me
tallwabenkörpers erstrecken. Dies kommt insbesondere der Wärmever
teilung im Metallwabenkörper zugute.
Die Strömung in den Kanälen des Metallwabenkörpers ist im Bereich A
laminar, wodurch nur die unmittelbar mit den Kanalwänden in Berüh
rung kommenden Abgase katalytisch in einer exothermen Reaktion umge
wandelt werden. Die Kernströmung der Abgase wird durch die Reakti
onswärme aufgeheizt und im anschließenden Bereich B mit der
Randströmung der Abgase durchmischt, wodurch die Abgase in intensi
ven Kontakt mit den Kanalwänden gebracht und vollständig konvertiert
werden. Die Wärmeverteilung ist über die gesamte Länge lges des Me
tallwabenkörpers sehr gleichmäßig, wodurch die thermische Alterung
der katalytischen Beschichtung auf der gesamten Oberfläche des Kata
lysators ebenfalls sehr gleichmäßig ist. Die Lebensdauer des Kataly
sators wird dadurch entscheidend vergrößert, während die Gefahr des
Durchbrennens nicht mehr gegeben ist.
Die Anpassung des Metallwabenkörpers an unterschiedliche Einsatzbe
dingungen ist sehr einfach. Neben einer Vergrößerung bzw. Verkleine
rung der Anzahl der Kanäle pro Querschnitt kann auch die Länge lA
des Bereiches A an die Einsatzbedingungen angepaßt werden. Die Länge
lA beträgt hierbei üblicherweise 25% bis 50% der Gesamtlänge lges
des Metallwabenkörpers. Eine Vergrößerung von lA bewirkt hierbei
eine Verschiebung des Beginns der Zone turbulenter Strömung zur Ab
strömseite des Katalysators.
Besonders vorteilhaft ist der Einsatz eines erfindungsgemäßen Me
tallwabenkörpers als Oxydationskatalysator für Dieselmotoren, da für
diesen Einsatzzweck ein Katalysator benötigt wird, der Zonen lamina
rer und Zonen turbulenter Strömung so aufteilt, daß zwischen einer
Anlagerung von Rußpartikeln an den Kanalwänden und einer katalyti
schen Umwandlung der Abgase ein Gleichgewicht entsteht.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen anhand eines Ausfüh
rungsbeispieles dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Ausschnitt aus einem Metallwabenkörper und
Fig. 2 Seitenansicht eines Metallwabenkörpers mit den Bereichen
A und B.
Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus dem Metallwabenkörper 3 mit den
Bereichen A und B. Die glatten Bleche 1 und die gewellten Bleche 2
bilden einen Körper mit in Strömungsrichtung S durchströmbaren Kanä
len 4, 4′. Im Bereich A weisen die glatten Bleche 1 und die gewell
ten Bleche 2 keine Öffnungen auf, die Kanäle 4 sind zu den benach
barten Kanälen 4′ geschlossen, d. h. es stellt sich eine annähernd
laminare Strömung ein. Im Bereich B sind die gewellten Bleche 2 mit
Öffnungen 5 versehen. Es sind Abschnitte 6′ aus den Flanken 7 seit
lich versetzt, wobei an den Übergängen von den versetzten Abschnit
ten 6′ zu den nicht versetzten Abschnitten 6, 7 die Öffnungen 5
ausgebildet sind. In Strömungsrichtung S durch einen Kanal 4 strö
mende Abgase vermischen sich im Bereich B mit den Abgasen in den be
nachbarten Kanälen 4′, es entsteht somit eine verstärkt turbulente
Strömung.
Fig. 2 zeigt die Seitenansicht eines Metallwabenkörpers 3. Der Be
reich A mit einer Länge lA wird von einer Strömung S zuerst ange
strömt. Der Bereich B mit der Länge lB schließt einstückig an den
Bereich A an. Die Länge lA des Bereiches A beträgt 25% bis 50% der
Länge lges des Metallwabenkörpers 3.
Claims (4)
1. Von einem Fluid durchströmbarer einstückiger Metallwabenkörper
(3) mit lagenweise angeordneten glatten (1) und gewellten Ble
chen (2), welche etwa in Strömungsrichtung (S) verlaufende
durchströmbare Kanäle (4, 4′) bilden, dadurch gekennzeichnet,
daß der Metallwabenkörper zwei in Strömungsrichtung (S) hinter
einander liegende Bereiche A und B aufweist, daß die ge
wellten Bleche (2) in dem Bereich A eine in Strömungsrichtung
(S) durchgehende und in dem Bereich B eine unterbrochene Struk
tur aufweisen, und daß die glatten (1) und gewellten Bleche (2)
jeweils einstückig von der Anströmseite des Bereiches A bis zur
Abströmseite des Bereiches B ausgebildet sind.
2. Metallwabenkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die durchströmbaren Kanäle (4) im Bereich A zu den jeweils
benachbarten Kanälen (4′) gasdicht verschlossen sind.
3. Metallwabenkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die durchströmbaren Kanäle (4, 4′) im Bereich B
Abschnitte (6′) aufweisen, die aus den Flanken (7) der Kanäle
(4, 4′) seitlich versetzt sind, wobei an den Übergängen von den
nicht versetzten Abschnitten (6, 7) zu den versetzten Abschnit
ten (6′) Öffnungen (5) gebildet sind.
4. Metallwabenkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge lA des Bereiches A 25%
bis 50% der Länge lges des gesamten Metallwabenkörpers (3) be
trägt.
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