DE9110647U1 - Monolithic honeycomb body with extra length - Google Patents
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Description
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Emitec Gesellschaft für Emissionstechnologie mbH D-5204 Lohmar 1Emitec Company for Emissions Technology mbH D-5204 Lohmar 1
Monolithischer Wabenkörper mit ÜberlängeMonolithic honeycomb body with extra length
Die vorliegende Erfindung betrifft einen monolithischen Wabenkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörper, bevorzugt für den Einsatz in katalytischen Konvertern von Abgasanlagen bei Kraftfahrzeugen.The present invention relates to a monolithic honeycomb body, in particular a catalyst carrier body, preferably for use in catalytic converters of exhaust systems in motor vehicles.
Solche Wabenkörper aus Lagen zumindest teilweise strukturierter Bleche, welche eine Vielzahl von für ein Fluid in einer Hauptströmungsrichtung durchströmbaren Kanälen bilden, sind aus dem Stand der Technik in großer Zahl bekannt. Eine typische Bauform solcher Wabenkörper ist beispielsweise in der EP-B-O 245 737 beschrieben.Such honeycomb bodies made of layers of at least partially structured metal sheets, which form a large number of channels through which a fluid can flow in a main flow direction, are known in large numbers from the prior art. A typical design of such honeycomb bodies is described, for example, in EP-B-O 245 737.
Auch ist es bekannt, beispielsweise aus der WO 91/01178 und der WO 91/01807, im Inneren der Kanäle solcher WabenkörperIt is also known, for example from WO 91/01178 and WO 91/01807, to provide for the interior of the channels of such honeycomb bodies
Mittel zur Beeinflussung der Strömung vorzusehen, insbesondere $ Öffnungen, Strömungsleitflächen oder zusätzliche Anströmkanten in Form von Umstülpungen.Means for influencing the flow must be provided, in particular $ openings, flow guide surfaces or additional leading edges in the form of everted sections.
Trotz der relativ weit fortgeschrittenen Entwicklung solcher Wabenkörper, wurden diese bisher nur mit einer begrenzten axialen Länge gebaut, wobei die größten bisher bekannten Bautypen etwa eine axiale Länge von 152 mm aufweisen.Despite the relatively advanced development of such honeycomb bodies, they have so far only been built with a limited axial length, with the largest types known to date having an axial length of approximately 152 mm.
Obwohl weder durch die Walzwerke, noch durch die Fertigungstechnik, noch durch die Technik der späteren Beschichtung mit katalytisch aktivem Material eine solche Grenze vorgegeben ist oder war, hat sich dennoch in der Fachwelt ein Vorurteil durchgesetzt, daß der Einsatz von Wabenkörpern größerer Länge nicht sinnvoll sein kann, weshalb bei katalytischen Konvertern, welche ein größeres aktives Volumen benötigten,Although neither the rolling mills, nor the manufacturing technology, nor the technology of the subsequent coating with catalytically active material, have set such a limit, a prejudice has nevertheless prevailed in the professional world that the use of honeycomb bodies of greater length cannot make sense, which is why in the case of catalytic converters, which require a larger active volume,
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immer aus mehreren Teilkörpern zusammengesetzte katalytische Konverter verwendet wurden. Ein Grund für die Entstehung dieses Vorurteils mag darin bestehen, daß man dem Zwischenraum zwischen zwei Teilkörpern günstige Eigenschaften in Bezug auf Quervermischung, Temperaturausgleich und das Dehnungsverhalten des gesamten Systems zuordnet. In Bezug auf das Dehnungsverhalten mag dies für keramische Wabenkörper auch durchaus zutreffen, jedoch ist dies nicht auf metallische Wabenkörper übertragbar. Zumindest sind inzwischen viele Bauformen bekannt, bei denen durch entsprechende Befestigung der Blechlagen am Mantel kaum Dehnungsprobleme auftreten, weshalb eine Längenbegrenzung hier nicht mehr gerechtfertigt ist. Durch die inzwischen entwickelten Formen zur Quervermischung und Erhöhung der katalytischen Aktivität ist auch aus anderen Gründen eine Unterteilung eines katalytisch aktiven Volumens in mehrere Teilvolumina nicht mehr erforderlich.Catalytic converters made up of several parts were always used. One reason for the emergence of this prejudice may be that the space between two parts is considered to have favorable properties in terms of cross-mixing, temperature compensation and the expansion behavior of the entire system. In terms of expansion behavior, this may also be true for ceramic honeycomb bodies, but this cannot be transferred to metallic honeycomb bodies. At least many designs are now known in which hardly any expansion problems occur due to the appropriate attachment of the sheet metal layers to the casing, which is why a length limitation is no longer justified here. Due to the forms now developed for cross-mixing and increasing catalytic activity, it is no longer necessary to divide a catalytically active volume into several sub-volumes for other reasons as well.
Tatsächlich ist der Aufbau von katalytischen Konvertern aus mehreren Teilkörpern wesentlich aufwendiger und teurer als es die Einbindung eines einzigen monolithischen Körpers in ein Abgassystem wäre. Trotz allem wurde dieser Nachteil jahrelang in Kauf genommen, ohne daß es Anzeichen für einen Schritt in Richtung auf Wabenkörper mit Überlänge gegeben hätte.In fact, the construction of catalytic converters from several sub-bodies is much more complex and expensive than the integration of a single monolithic body into an exhaust system. Despite this, this disadvantage was accepted for years without there being any signs of a move towards extra-long honeycomb bodies.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines kostengünstig und mit geringem Aufwand einbaubaren Wabenkörpers, der ohne Unterteilung in Teilkörper ein großes aktives Volumen bereitstellen kann und der durch seine Bauart einen Zwischenraum zwischen Teilkörpern zur Verwirbelung oder Quervermischung unnötig macht.The object of the present invention is to create a honeycomb body that can be installed cost-effectively and with little effort, which can provide a large active volume without being divided into partial bodies and which, due to its design, makes a gap between partial bodies for turbulence or cross-mixing unnecessary.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein monolithischer Wabenkörper, insbesondere Katalysator-Trägerkörper, aus vielen Lagen zumindest teilweise strukturierter Bleche, welche eine Vielzahl von für ein Fluid in einer Hauptströmungsrichtung durchströmbaren Kanälen bilden, wobei der Wabenkörper eineTo solve this problem, a monolithic honeycomb body, in particular a catalyst carrier body, is used, consisting of many layers of at least partially structured metal sheets, which form a plurality of channels through which a fluid can flow in a main flow direction, wherein the honeycomb body has a
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Länge in Hauptströmungsrichtung von mehr als 160 mm aufweist, vorzugsweise 170 bis 200 mm, und zumindest in seinem in Hauptströmungsrichtung gesehen mittleren Bereich eine Verwirbelungszone vorhanden ist. Mit einem solchen Wabenkörper lassen sich die Vorgaben für viele Abgassysteme von Kraftfahrzeugen genauso erfüllen, wie dies bisher durch zwei hintereinander angeordnete Teilkörper der Fall wäre. Insgesamt wird die Anordnung sogar etwas kompakter, da der Zwischenraum zwischen den Teilkörpern eingespart werden kann. Durch die nach an sich bekannten Mitteln hergestellte, im mittleren Bereich des Wabenkörpers befindliche Verwirbelungszone werden die vorteilhaften Eigenschaften eines Zwischenraumes zwischen Teilkörpern mit weit geringerem Aufwand beim Zusammenbau verwirklicht. Dabei braucht die Verwirbelungszone nicht exakt in der Mitte des Körpers zu liegen, sondern kann auch etwas in oder gegen die Hauptströmungsrichtung verschoben sein.Length in the main flow direction of more than 160 mm, preferably 170 to 200 mm, and a swirl zone is present at least in its middle area in the main flow direction. With such a honeycomb body, the requirements for many motor vehicle exhaust systems can be met in the same way as was previously the case with two partial bodies arranged one behind the other. Overall, the arrangement is even somewhat more compact, since the space between the partial bodies can be saved. The swirl zone, which is produced using known means and is located in the middle area of the honeycomb body, enables the advantageous properties of a space between partial bodies to be achieved with far less effort during assembly. The swirl zone does not have to be located exactly in the middle of the body, but can also be shifted slightly in or against the main flow direction.
Insbesondere können in der Verwirbelungszone zusätzliche Anströmkanten im Inneren der Kanäle vorhanden sein, wie sie in der WO 91/01807 beschrieben sind. Auch andere Arten vonIn particular, additional leading edges can be present inside the channels in the turbulence zone, as described in WO 91/01807. Other types of
Anströmkanten wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, 1r können für diesen Zweck eingesetzt werden. Besonders günstig und in bestehende Fertigungsprozesse integrierbar sind jedoch die beschriebenen Umstülpungen, wenn ein solcher Wabenkörper zumindest zum Teil aus Blechen besteht, welche gewellt sind und sich dementsprechend leicht mit zusätzlichen Umstülpungen versehen lassen.Leading edges as known from the state of the art 1r can be used for this purpose. However, the described inversions are particularly favorable and can be integrated into existing manufacturing processes if such a honeycomb body consists at least partially of sheets that are corrugated and can therefore easily be provided with additional inversions.
Falls nicht nur in jedem einzelnen Kanal eine Verwirbelung, sondern gleichzeitig eine Quervermischung gewünscht wird, können in der Verwirbelungszone zusätzliche Öffnungen in allen Blechlagen vorgesehen werden, welche eine Quervermischung zwischen den einzelnen Kanälen ermöglichen.If not only turbulence in each individual channel but also transverse mixing is desired at the same time, additional openings can be provided in all sheet layers in the turbulence zone, which enable transverse mixing between the individual channels.
Auch können, falls eine gezielte Quervermischung gewünscht wird, zusätzliche Strömungsleitflächen gemäß der WO 91/01178If targeted cross-mixing is desired, additional flow guide surfaces can also be used in accordance with WO 91/01178
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vorgesehen werden. Im übrigen können sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Bauformen und Verbesserungen typischerweise auch bei den erfindungsgemäßen Wabenkörpern mit Überlänge eingesetzt werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in einem schematischen Längsschnitt in der Zeichnung dargestellt.Furthermore, all designs and improvements known from the prior art can typically also be used in the honeycomb bodies according to the invention with extra length. An embodiment of the invention is shown in a schematic longitudinal section in the drawing.
Ein Wabenkörper 1 ist aus in einem Mantelrohr 2 angeordneten strukturierten Blechlagen 3 aufgebaut, wobei die Blechlagen 3 so strukturiert sind, daß sie für ein Fluid in einer Hauptströmungsrichtung S durchströmbare Kanäle 4 bilden. Auf die Art der Strukturierung der Bleche kommt es für die vorliegende Erfindung nicht an, jedoch werden bevorzugt abwechselnde Lagen glatter und gewellter Bleche oder abwechselnde Lagen unterschiedlich gewellter Bleche eingesetzt. Der Wabenkörper 1 hat eine Länge L von wenigstens 160 mm und ist damit länger als die größten bisher verwendeten Bautypen. Vorzugsweise ist er sogar über 170 mm lang, eine Länge, die bisher nur durch zwei hintereinander angeordnete Teilkörper verwirklicht wurde.A honeycomb body 1 is constructed from structured sheet metal layers 3 arranged in a casing tube 2, whereby the sheet metal layers 3 are structured in such a way that they form channels 4 through which a fluid can flow in a main flow direction S. The type of structuring of the sheets is not important for the present invention, but alternating layers of smooth and corrugated sheets or alternating layers of differently corrugated sheets are preferably used. The honeycomb body 1 has a length L of at least 160 mm and is therefore longer than the largest types used to date. It is preferably even more than 170 mm long, a length that has previously only been achieved by two partial bodies arranged one behind the other.
Dabei hat der Wabenkörper typischerweise einen Durchmesser von mehr als 80 mm, vorzugsweise z. B. etwa 90 mm. Auch ovale oder & elliptische Bauformen mit vergleichbaren Querschnittsflächen können erfindungsgemäß gestaltet sein. Um trotzdem die Eigenschaften von zwei mit Abstand hintereinander angeordneten Teilkörpern zu erreichen, besitzt der erfindungsgemäße Wabenkörper zumindest in seinem mittleren Bereich eine Verwirbelungszone 5, welche eines oder mehrere der im folgenden aufgezählten Mittel zur Beeinflussung der Strömung aufweist. In der Verwirbelungszone können Öffnungen 6 in den einzelnen Blechlagen vorgesehen werden, zur Quervermischung zwischen benachbarten Kanälen 4. Es können auch zusätzliche Anströmkanten 7, bevorzugt ausgebildet als Umstülpungen gewellter Blechlagen, vorhanden sein. Auch Strömungsleitflächen 8 in Verbindung mit Öffnungen und/oder Umstülpungen können sinnvoll sein.The honeycomb body typically has a diameter of more than 80 mm, preferably, for example, about 90 mm. Oval or elliptical shapes with comparable cross-sectional areas can also be designed according to the invention. In order to nevertheless achieve the properties of two partial bodies arranged at a distance one behind the other, the honeycomb body according to the invention has a swirling zone 5 at least in its central region, which has one or more of the means listed below for influencing the flow. In the swirling zone, openings 6 can be provided in the individual sheet metal layers for transverse mixing between adjacent channels 4. Additional leading edges 7, preferably designed as everted sections of corrugated sheet metal layers, can also be present. Flow guide surfaces 8 in conjunction with openings and/or everted sections can also be useful.
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In seinen integralen Eigenschaften unterscheidet sich ein solcher Wabenkörper nicht von aus zwei Teilkörpern aufgebauten Wabenkörpern, jedoch kann ein Monolith kostengünstiger in ein Abgassystem integriert werden als zwei einzelne Teilkörper, da mehrere Schritte bei der Handhabung und Befestigung entfallen können. Hierin ist der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung zu sehen, wobei gleichzeitig keine Nachteile gegenüber bekannten System entstehen.In its integral properties, such a honeycomb body does not differ from honeycomb bodies made up of two partial bodies, but a monolith can be integrated into an exhaust system more cost-effectively than two individual partial bodies, since several steps in handling and fastening can be omitted. This is the main advantage of the present invention, while at the same time there are no disadvantages compared to known systems.
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