EP3134626A1 - Verfahren zur beeinflussung einer fluidströmung - Google Patents

Verfahren zur beeinflussung einer fluidströmung

Info

Publication number
EP3134626A1
EP3134626A1 EP15720643.4A EP15720643A EP3134626A1 EP 3134626 A1 EP3134626 A1 EP 3134626A1 EP 15720643 A EP15720643 A EP 15720643A EP 3134626 A1 EP3134626 A1 EP 3134626A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
fluid flow
flow
honeycomb body
zone
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15720643.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Peter Hirth
Thomas HÄRIG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of EP3134626A1 publication Critical patent/EP3134626A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2807—Metal other than sintered metal
    • F01N3/281—Metallic honeycomb monoliths made of stacked or rolled sheets, foils or plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803—Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2825—Ceramics
    • F01N3/2828—Ceramic multi-channel monoliths, e.g. honeycombs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2260/00—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for
    • F01N2260/14—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for modifying or adapting flow area or back-pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/02—Metallic plates or honeycombs, e.g. superposed or rolled-up corrugated or otherwise deformed sheet metal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/30—Honeycomb supports characterised by their structural details

Definitions

  • the invention relates to a method for influencing a fluid flow.
  • the method is used in particular in the treatment of an exhaust gas of an internal combustion engine.
  • the method is preferred for chemical processes in a Fischer-Tropsch synthesis (carbon monoxide reacts with hydrogen to hydrocarbon compounds), in the methanation (carbon dioxide or carbon monoxide react with hydrogen to methane) and in the context of a Sabatier process (carbon dioxide and hydrogen react to methane) are used.
  • the process is basically suitable for any exothermic, heterogeneously catalyzed gas-phase reaction (ie for any exothermic conversion of gases to, for example, solid or liquid catalysts).
  • a gas mixture is passed over a catalyst.
  • pellet catalysts have hitherto been used in these processes, which can ensure removal of the heat produced during the exothermic reactions (but only to a small extent).
  • this form of catalyst causes high equipment costs, while at the same time the throughput through the catalyst is limited, because only small diameter pipes could be used for adequate heat removal (for pellet catalysts with a small cross-sectional area).
  • a method for influencing a fluid flow wherein the fluid flow is present in a fluid line with a wall.
  • a honeycomb body having a fluid inlet side and a fluid outlet side is disposed in the fluid conduit; wherein the honeycomb body preferably has at least one at least partially structured metallic layer, which at least partially forms a honeycomb structure with a cross-sectional area and with channels for the fluid flow from the fluid inlet side to the fluid outlet side.
  • the honeycomb body has an outer boundary, in particular in the manner of a jacket or an outer wall.
  • the honeycomb structure has a peripheral, delimitation-oriented outer zone and a central zone arranged within the outer zone, wherein the outer zone comprises at most 70, in particular at most 40% and preferably at most 20% of the cross-sectional area.
  • the method comprises at least the following steps:
  • Subarea of the outer zone close to the border, at least 20, preferably at least 40, is higher than the average second outflow velocity of the fluid flow in the central zone.
  • the method is directed to redirecting conventional pipe flow (with slower fluid flow in the near-wall region) such that downstream of the honeycomb body the fluid flow flows faster in the near-wall region than in the central region of the fluid line.
  • This deflection of the fluid flow also causes heat of the fluid flow over the wall of the fluid line can be withdrawn to a greater extent.
  • the method or the honeycomb body can also be adjusted so that an inverse effect is set, ie a focused inward deflection with a corresponding increase in the outflow velocity in the central zone.
  • the method can be used in particular for the initially mentioned processes. Consequently, the method proposed here for influencing a fluid flow is, in particular, one associated with: a Fischer-Tropsch synthesis
  • honeycomb body or possibly also a plurality of honeycomb bodies
  • the honeycomb body can be made with the materials durable for the above processes, e.g. B. of metal or ceramic (possibly also with a rapid-proto type method or a layer-pressure method).
  • the method is therefore not directed to equalizing the flow velocities.
  • an unequal Division of the flow velocity can be achieved, wherein in the region near the wall higher flow velocities than in a central zone should be present.
  • average flow rate is meant the average flow rate of the fluid flow in the outer zone and the central zone, respectively, for purposes of illustrating the outer zone and the central zone It is also possible to use as a limit the range at which a significant drop in the flow velocity of the fluid flow near the wall is to be identified Irregularity (eg, a central crush zone and / or a winding hole), the central zone should extend at least over twice the diameter of this irregularity.
  • the honeycomb body is designed substantially cylindrical.
  • cuboid, polygonal, conical or other embodiments are also possible.
  • the honeycomb structure is formed by at least one structured metallic layer which forms a cross-sectional area on the end faces of the honeycomb body (fluid inlet side and fluid outlet side) with channels through which the fluid flow from the fluid inlet side to the fluid outlet side can flow.
  • the honeycomb structure can also be formed by ceramic materials, which are usually used for producing honeycomb bodies, for. B. for the treatment of exhaust gases from internal combustion engines, are provided.
  • the embodiment with at least one metallic layer is more advantageous since the particularly advantageous embodiments (helical winding, Guiding surfaces for effective deflection, openings) can be produced more cost-effectively with the same performance.
  • the at least one structured metallic layer is in particular made of a corrosion-resistant, heat-resistant alloy (eg a steel alloy with proportions of chromium, nickel and aluminum, eg material numbers 1.4767, 1.4725 according to standard EN 10027-2: 1992-09 ) and has a thickness of 10 ⁇ [microns] to 100 ⁇ .
  • a corrosion-resistant, heat-resistant alloy eg a steel alloy with proportions of chromium, nickel and aluminum, eg material numbers 1.4767, 1.4725 according to standard EN 10027-2: 1992-09
  • the honeycomb structure has in particular a cell density of 10 to 1000 cpsi (cells per square inch).
  • the honeycomb structure extends to the outer boundary of the honeycomb body.
  • the outer boundary forms a housing of the honeycomb body and is connected to the fluid line or forms the wall of the fluid line (at least in the region of the honeycomb body).
  • the at least one metallic layer is wound spirally.
  • the honeycomb structure is made up of exactly one single smooth and one single structured metallic layer, which spirally wound on one another extend from the inside to the outside radially.
  • metallic layers are folded and then wound spirally.
  • this single smooth and individual structured layer form the entire honeycomb structure.
  • the fluid flow is at least partially catalytically converted during the flow through the honeycomb body by a catalytic coating of the honeycomb body.
  • an exothermic reaction takes place here, so that the average temperature of the fluid flow downstream of the honeycomb body is significantly increased compared to the average temperature of the fluid flow upstream of the honeycomb body (more than 100 K [Kelvin] difference).
  • the average temperature of the fluid flow increases by 30 K per 100 mm [millimeter] of honeycomb body length (along the axis).
  • the catalytic coating comprises a washcoat so that the effective surface area of the honeycomb structure for contacting the fluid flow is further increased.
  • the catalytic coating comprises (exclusively) oxidizing catalysts which catalyze highly exothermic reactions.
  • the method is particularly suitable, it is not limited to the processes mentioned above.
  • the method can also be used in the context of a heat exchanger process. It can be z. B. a fluid flow can be catalytically implemented within the honeycomb body, wherein due to the exothermic reaction, the fluid flow is heated. This heat is transported through the honeycomb body to the wall of the fluid line and can be used from there to heat a medium or an environment outside the fluid line.
  • the honeycomb body is formed essentially of alternating smooth and structured metallic layers, wherein the smooth metallic layers at least openings and the structured metallic layers at least Strö- have mungsleit vom.
  • both smooth and structured layers may have openings and flow guide surfaces.
  • all the flow guide surfaces in the honeycomb body are aligned in the same way, that is, the fluid flow is transferred in the same way from a channel at least partially out into an adjacent channel.
  • the openings are preferably round.
  • the openings preferably have a radius which is at least 50, in particular at least 100% and very particularly preferably at least 170% of the cross-sectional width of the channel of the honeycomb body.
  • it is preferred that the aperture have a radius in the range of 5 to 13 mm [millimeters], especially in the range of 7 to 10 mm.
  • the structured metallic layers have flow guide surfaces which all deflect the fluid flow in a common direction (eg radially outward or into a further radially outer channel).
  • at least four, preferably at least eight, or even at least eleven, flow-guiding surfaces per 150 mm length of the channel of the honeycomb body (along the axis) are arranged one behind the other in each channel.
  • the distance between two flow guide surfaces within a channel is at least 10 mm [millimeter], preferably at least 12 mm.
  • the length of a flow guide surface (along the axis from the beginning to the end of a single flow guide surface) is at least 3 mm, in particular at least 7 mm.
  • flow guide surfaces are arranged in all channels.
  • a flow guide surface extends so far into a channel that at least 60% of the channel cross-sectional area is obscured by the flow guide surface.
  • the flow guide thus extends from the channel wall into the interior of the channel, so that the fluid flow in Channel meets the flow guide and is deflected.
  • at least 25%, preferably at least 40%, of the fluid flow is led out of a channel per flow-guiding surface.
  • the number of flow guide surfaces per channel is also approximately constant (eg maximum +/- 2) and / or the shape of all flow guide surfaces is the same.
  • the above parameters for the arrangement of the flow guide is particularly advantageous. A maximum diversion of the fluid flow is achieved and, in particular, the pressure loss during the flow through the honeycomb body is kept low.
  • the average second inflow velocity of the fluid flow in the central zone is larger by a factor of 2 to 3 than the average first inflow velocity of the fluid flow in the boundary-proximal outer zone.
  • the average first outflow velocity of the fluid flow is at least 20%, in particular at least 40%, preferably 100% to 400% higher than the average second outflow velocity of the fluid flow in the central one in at least one partial area or in the entire outer zone bordering on the outer zone Zone.
  • the average first outflow velocity of the fluid flow in at least one partial area or in the entire outer zone close to the limit is very particularly preferably 200% to 400%, in particular 300% to 400%, higher than the average second outflow rate of the fluid flow in the central zone.
  • honeycomb body for use in the inventive method, wherein the honeycomb body has a fluid inlet side and a fluid outlet side and an outer boundary.
  • the honeycomb body points to a fluid flow from the fluid inlet side to the fluid outlet side flow through channels.
  • the channels ie the channel walls forming the channels
  • the channels have at least partially openings and flow guide surfaces for deflecting the fluid flow in a radial outward direction and at least partially a catalytic coating.
  • the honeycomb body has at least one at least partially structured metallic layer, which in particular forms the channels.
  • the at least one metallic layer at least partially has openings and flow guide surfaces for deflecting the fluid flow in a radial direction to the outside and at least partially a catalytic coating.
  • the comments on the method according to the invention apply equally to the honeycomb body and vice versa.
  • it is proposed, in particular, to deflect a fluid flow radially outward in such a way that a large proportion of the fluid flow flows over the largest possible catalytically active surface and, secondly, a large proportion of the heat generated as a result of the catalytic reaction flows via the fluid line downstream of the honeycomb body is discharged outside.
  • These goals can be influenced by the adapted configuration of the honeycomb body.
  • a stronger deflection within the honeycomb body increases on the one hand the average first outflow velocity in the boundary-near zone, whereby the catalytically active surface overflowed by the fluid flow is thereby reduced (the surfaces of the central zone in the downstream part of the honeycomb body are reduced only by small amounts) Fluid flow overflowed).
  • FIGS. show particular embodiments, to which the invention is not limited.
  • the figures and especially the sizes shown in the figures are only schematically. Show it:
  • Fig. 1 honeycomb body in a fluid line in section
  • FIG. 2 shows a honeycomb body in a side view in section; a honeycomb body in cross section; 4 shows several layers of a honeycomb structure in a perspective view;
  • FIG. 5 shows a preferred embodiment variant of a honeycomb body in cross section
  • FIG. 6 shows a preferred embodiment variant of a honeycomb structure in a perspective view.
  • Fig. 1 shows a plurality of honeycomb body 4, which are arranged one behind the other in the flow direction along an axis 23 in a fluid line 2.
  • the fluid line 2 has a wall 3, which comprises the individual honeycomb body 4 directly.
  • a fluid flow 1 flows along the axis 23 through the fluid line 2 to the honeycomb body 4.
  • the flow velocities 24 of the fluid flow 1 in the fluid line 2 are illustrated. It can be seen that the flow velocities 24 are smaller in the vicinity of the wall than in the middle of the fluid line 2. It is approximately the usual profile of flow velocities 24 in a fluid line 2 (pipe flow).
  • the fluid flow 1 enters the first honeycomb body 4 via a fluid inlet side 5.
  • the honeycomb structure 8 of the honeycomb body 4 is constructed such that the fluid flow 1 is deflected outward in a radial direction 16, starting from the axis 23.
  • the fluid flow 1 exits the fluid outlet side 6 of the honeycomb body 4 again, whereby the profile of the flow velocities 24 changes. dert has (see comments on Fig. 2).
  • the flow through the second honeycomb body 4 takes place equally.
  • the design of the fluid line 2 is performed here only by way of example with conical sections 25.
  • Honeycomb bodies 4 can also be arranged in such conical sections 25 and then have correspondingly conical honeycomb structures 8.
  • Fig. 2 shows a honeycomb body 4 in a side view in section, wherein the profiles of the flow velocities 24 are shown in detail here.
  • the honeycomb body 4 has an outer boundary 11, which can also represent the wall 3 of the fluid line 2.
  • the outer boundary 11 is a housing, to which the honeycomb structure 8 is connected, so that a honeycomb body 4 is formed.
  • This honeycomb body 4 can be used in fluid lines 2.
  • the fluid flow 1 has a profile of the flow velocities 24 at the fluid inlet side 5 of the honeycomb body 4, which corresponds to the profile of a pipe flow.
  • a peripheral outer zone 12 close to the boundary a lower average first inflow velocity 14 exists and in a central zone 13 surrounded by the outer zone 12 a larger average second inflow velocity 15.
  • the honeycomb structure 8 of the honeycomb body 4 is formed by layers 7 which form channels 10 through which fluid flow 1 can flow.
  • the layers 7 have openings 21 and flow guide surfaces 22.
  • the flow guide surfaces 22 and openings 21 effect a deflection of the fluid flow 1 within the honeycomb structure 8 in a radial direction 16 outwards, starting from the central one Axis 23, towards the outer boundary 11.
  • the fluid flow 1 is thus transferred from a channel 10 via openings 21 and through flow guide surfaces 22 into adjacent channels 10.
  • the fluid flow 1 at the fluid outlet side 6 of the honeycomb body 4 has a changed profile of the flow velocities 24.
  • the average first outflow velocity 17 in the boundary-near outer zone 12 is at least 20% greater than the average second outflow velocity 19 of the fluid flow 1 in the central zone 13.
  • the flow guidance surfaces 22 each have a length 27 (measured parallel to the axis 23) and are arranged at a distance 28 from each other (along the axis 23).
  • the fluid flow 1 is thus deflected by the honeycomb body 4 toward the outer boundary 11 or towards the wall 3 of the fluid line 2. This deflection leads to a more intensive contact between fluid flow 1 and inner surface 26 of the wall 3, so that heat is released from the fluid flow 1 to a greater extent on the wall 3, or discharged via the wall 3.
  • Fig. 3 shows a honeycomb body 4 in cross section.
  • the honeycomb body 4 has an outer boundary 11 and, within the outer boundary 11, a honeycomb structure 8 which is formed by spirally wound, smooth and structured (here corrugated) metallic layers 7.
  • the honeycomb structure 8 has channels 10 with channel cross-sectional areas 29.
  • the layers 7 have openings 21 and flow-guiding surfaces 22, through which the fluid flow 1 is transferred from a channel 10 into respectively adjacent channels 10 (see arrows of the flow-through windings 24).
  • the outer zone 12 adjoining the outer boundary 11 comprises at most 20% of the entire cross-sectional area 9 of the honeycomb structure 8.
  • the deflection of the fluid flow 1 within the honeycomb structure 8 can also take place such that only at least in a partial area 18 of the outer zone 12 close to the boundary there is an increased average first outflow rate 17 that is at least 20% faster than the average second outflow rate 19 in the central zone 13.
  • 4 shows a plurality of layers 7 of a honeycomb structure 8 in a perspective view. Smooth and structured layers 7 are arranged on top of each other so that channels 10 are formed, through which the fluid flow 1 flows from a fluid inlet side 5 to a fluid outlet side 6.
  • the layers 7 have a coating 20.
  • the structured layer 7 has openings 21 and flow guide surfaces 22, so that the fluid flow 1 is transferred from one channel 10 into an adjacent channel 10.
  • the smooth layer 7 here has only openings 21, which interact in particular with the flow guide surfaces 22 of the structured layer 7, so that a stronger deflection of the fluid flow 1 within the honeycomb structure 8 is achieved. It should be noted that the smooth layer 7 openings 21 and 22 may have flow baffles.
  • the honeycomb structure 8 is formed by a smooth and a structured (corrugated) metallic layer 7, which, stacked on top of each other (ie two layers 7), extend along the helical line from inside to outside towards the outer boundary.
  • the layers 7 are formed as shown in Fig. 6.
  • Fig. 6 shows a preferred embodiment of a honeycomb structure 8 in a perspective view.
  • Smooth and structured layers 7 are arranged on top of each other so that channels 10 are formed through which the fluid flow 1 flows from a fluid inlet side 5 to a fluid outlet side 6.
  • the layers 7 have a coating 20.
  • the structured layer 7 has openings 21 and flow guide surfaces 22, so that the fluid flow 1 is transferred from a channel 10 into an adjacent channel 10.
  • the smooth layer 7 here has only openings 21 (not visible), which interact in particular with the flow guide surfaces 22 of the structured layer 7, so that a stronger deflection of the fluid flow 1 within the honeycomb structure 8 is achieved.
  • the structured layer 7 has openings 21 and flow guide surfaces 22 (partly in arranged in a cooperative manner), so that the fluid flow 1 in each case leads in a same radial direction 16 via an opening 21 in the smooth layer 7 into a channel 10 of an adjacent structured layer 7.
  • the combinations of technical features shown in the figures are not generally mandatory.
  • technical features of a figure can be combined with other technical features of another figure and / or the general description.
  • Like reference numerals in the figures indicate like objects.
  • honeycomb body By the method described and the honeycomb body, it is possible to realize a particularly cost effective and effective flow control. In particular, an effective heat transfer from the fluid flow 1 to / via the outer boundary 11 or via the wall 3 can thus be achieved. Furthermore, a honeycomb structure enables a large effective surface area for a catalyst to be provided. This is all the more true if a washcoat 20 is arranged on the layers 7, which carries the catalytically active components on the thus further enlarged surface.
  • the honeycomb body 4 thus enables an effective deflection and thus improved heat dissipation and an effective catalytic conversion of a fluid flow 1.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

Die Erfindung ist auf ein Verfahren zur Beeinflussung einer Fluidströmung (1) in einer Fluidleitung (2) gerichtet. Die Fluidleitung weist eine Wandung (3) auf und ein Wabenkörper (4) ist mit einer Fluideintrittsseite (5) und einer Fluidaustrittsseite (6) in der Fluidleitung (2) angeordnet. Der Wabenkörper (4) weist eine Wabenstruktur (8) mit einer Querschnittsfläche (9) und mit für die Fluidströmung (1) von der Fluideintrittsseite (5) zur Fluidaustrittsseite (6) durchströmbaren Kanäle (10) auf, wobei der Wabenkörper (4) eine äußere Begrenzung (11) aufweist, wobei die Wabenstruktur (8) eine umlaufende, begrenzungsnahe äußere Zone (12) und eine innerhalb der äußeren Zone (12) angeordnete zentrale Zone (13) aufweist; wobei die äußere Zone (12) höchstens 70 % der Querschnittsfläche (9) umfasst. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen der Fluidströmung (1) stromaufwärts des Wabenkörpers (4); b) Eintritt der Fluidströmung (1) in den Wabenkörper (4), wobei an der Fluideintrittsseite (5) die Einströmgeschwindigkeit (14) der Fluidströmung (1) in der begrenzungsnahen äußeren Zone (12) geringer ist als die Einströmgeschwindigkeit (15) der Fluidströmung (1) in der zentralen Zone (13); c) zumindest teilweise Umlenkung der Fluidströmung (1) in einer radialen Richtung (16) nach außen, so dass an der Fluidaustrittsseite (6) eine erste Ausströmgeschwindigkeit (17) der Fluidströmung (1) in zumindest einem Teilbereich (18) der begrenzungsnahen äußeren Zone (12) mindestens 20 % höher ist als eine zweite Ausströmgeschwindigkeit (19) der Fluidströmung (1) in der zentralen Zone (13).

Description

Verfahren zur Beeinflussung einer Fluidströmung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung einer Fluidströmung. Das Verfahren wird insbesondere bei der Behandlung eines Abgases einer Verbren- nungskraftmaschine eingesetzt. Bevorzugt wird das Verfahren jedoch für chemische Prozesse im Rahmen einer Fischer-Tropsch-Synthese (Kohlenstoffmonoxid reagiert mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffverbindungen), bei der Methanisierung (Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmonoxid reagieren zusammen mit Wasserstoff zu Methan) und im Rahmen eines Sabatier-Prozesses (Koh- lendioxid und Wasserstoff reagieren zu Methan) eingesetzt. Das Verfahren ist aber grundsätzlich für jede exotherme, heterogen katalysierte Gasphasenreaktion (also für jede exotherme Umwandlung von Gasen an z. B. festen oder flüssigen Katalysatoren) geeignet. Bei den oben genannten Prozessen wird ein Gasgemisch über einen Katalysator geleitet. Unter anderem wurden bei diesen Prozessen bisher Pelletkatalysatoren eingesetzt, die eine Abfuhr der bei den exothermen Reaktionen entstehenden Wärme (aber nur in geringem Maße) sicherstellen können. Diese Form von Katalysatoren verursachen jedoch hohe Anlagenkosten, wobei gleichzeitig der Durch- satz durch den Katalysator begrenzt ist, weil zur ausreichenden Wärmeabfuhr nur Rohre mit geringen Durchmessern eingesetzt werden konnten (für Pelletkatalysatoren mit geringer Querschnittsfläche).
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, die im Zu- sammenhang mit dem Stand der Technik geschilderten technischen Probleme zu lösen bzw. zumindest zu lindern. Es soll insbesondere ein besonders vorteilhaftes Verfahren zur Beeinflussung einer Fluidströmung vorgeschlagen werden, das einerseits kostengünstig ist und/oder andererseits höhere Durchsätze erlaubt und/oder das Wärmemanagement in den oben angeführten Prozessen vorteilhaft beeinflusst. Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Es wird ein Verfahren zur Beeinflussung einer Fluidströmung vorgeschlagen, wo- bei die Fluidströmung in einer Fluidleitung mit einer Wandung vorliegt. Ein Wabenkörper mit einer Fluideintrittsseite und einer Fluidaustrittsseite ist in der Fluidleitung angeordnet; wobei der Wabenkörper bevorzugt mindestens eine zumindest teilweise strukturierte metallische Lage aufweist, die zumindest teilweise eine Wabenstruktur mit einer Querschnittsfläche und mit für die Fluidströmung von der Fluideintrittsseite zur Fluidaustrittsseite durchströmbaren Kanäle ausbildet. Der Wabenkörper weist eine äußere Begrenzung auf, insbesondere nach Art eines Mantels oder einer Außenwand. Die Wabenstruktur weist eine umlaufende, begrenzungsnahe äußere Zone und eine innerhalb der äußeren Zone angeordnete zentrale Zone auf, wobei die äußere Zone höchstens 70 , insbesondere höchs- tens 40 % und bevorzugt höchstens 20 % der Querschnittsfläche umfasst. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
a) Bereitstellen der Fluidströmung stromaufwärts des Wabenkörpers;
b) Eintritt der Fluidströmung in den Wabenkörper über die Fluideintrittsseite, wobei an der Fluideintrittsseite die durchschnittliche erste Einströmgeschwindigkeit der Fluidströmung in der begrenzungsnahen äußeren Zone geringer ist als die durchschnittliche zweite Einströmgeschwindigkeit der Fluidströmung in der zentralen Zone;
c) zumindest teilweise Umlenkung der Fluidströmung in einer radialen Richtung nach außen, so dass an der Fluidaustrittsseite die durchschnittliche erste Aus Strömgeschwindigkeit der Fluidströmung in zumindest einem
Teilbereich der begrenzungsnahen äußeren Zone mindestens 20 , bevor- zugt mindestens 40 , höher ist als die durchschnittliche zweite Ausströmgeschwindigkeit der Fluidströmung in der zentralen Zone.
Das Verfahren ist insbesondere darauf gerichtet, eine übliche Rohrströmung (mit einer langsameren Fluidströmung im wandungsnahen Bereich) so umzulenken, dass stromabwärts des Wabenkörpers die Fluidströmung im wandungsnahen Bereich schneller strömt als im zentralen Bereich der Fluidleitung. Diese Umlenkung der Fluidströmung bewirkt auch, dass Wärme der Fluidströmung über die Wandung der Fluidleitung in verstärktem Maß entzogen werden kann.
Selbstverständlich kann das Verfahren bzw. der Wabenkörper auch so angepasst werden, dass ein inverser Effekt eingestellt wird, also eine fokussierte Umlenkung nach innen mit entsprechender Anhebung der Ausströmgeschwindigkeit in der zentralen Zone.
Damit ist das Verfahren insbesondere für die eingangs angeführten Prozesse einsetzbar. Folglich handelt es sich bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren zur Beeinflussung einer Fluidströmung insbesondere um eines im Zusammenhang mit: einer Fischer-Tropsch-Synthese
- einer Mechanisierung, oder
eines Sabatier-Prozesses.
Insbesondere wird also vorgeschlagen, bei dem Verfahren einen Wabenkörper (oder gegebenenfalls auch eine Mehrzahl von Wabenkörpern) einzusetzen, durch den die Fluidströmung verstärkt in Richtung hin zu einer äußeren Wandung umgelenkt wird. Der Wabenkörper kann mit den für die obigen Prozesse dauerhaltbaren Materialien gefertigt sein, z. B. aus Metall oder Keramik (ggf. auch mit einem Rapid-Proto type- Verfahren oder einem Schicht- Druck- Verfahren). Das Verfahren ist also nicht auf eine Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeiten gerichtet. Im Gegenteil, hier soll gerade eine ungleichmäße Ver- teilung der Strömungsgeschwindigkeit erreicht werden, wobei im wandungsnahen Bereich höhere Strömungsgeschwindigkeiten als in einer zentralen Zone vorliegen sollen. Mit„durchschnittlicher" (erster und zweiter Ein-/Aus-) Strömungsgeschwindigkeit ist hier jeweils die gemittelte Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung in der äußeren Zone und der zentralen Zone gemeint. Zur Unterscheidung bzw. Festlegung der äußeren Zone und der zentralen Zone können geometrische Größen zur Veranschaulichung herangezogen werden, wie z. B. eine hälftige Teilung des Durchmessers des Wabenkörpers. Ebenso ist möglich, in etwa den Bereich als Grenze zu wählen, bei dem ein signifikanter Abfall der Strömungsgeschwindigkeit der Fluidströmung nahe der Wand zu identifizieren ist. Falls der Wabenkörper eine singuläre Unregelmäßigkeit (z. B. eine zentrale Quetschzone und/oder ein Wickelloch) aufweist, sollte sich die zentrale Zone mindestens über den doppelten Durchmesser dieser Unregelmäßigkeit erstrecken.
Insbesondere ist der Wabenkörper im Wesentlichen zylindrisch ausgeführt. Es sind aber auch quaderförmige, vieleckige, konische oder andere Ausführungsfor- men möglich.
Insbesondere wird die Wabenstruktur durch mindestens eine strukturierte metallische Lage gebildet, die an den Stirnflächen des Wabenkörpers (Fluideintrittsseite und Fluidaustritts seite) jeweils eine Querschnittsfläche bildet mit für die Fluidströmung von der Fluideintrittsseite zur Fluidaustritts seite durchströmbaren Kanä- len.
Insbesondere kann die Wabenstruktur auch durch keramische Werkstoffe gebildet werden, die üblicherweise zur Herstellung von Wabenkörpern, z. B. für die Behandlung von Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, vorgesehen sind. Al- lerdings ist die Ausgestaltung mit mindestens einer metallischen Lage vorteilhafter, da die besonders vorteilhaften Ausgestaltungen (spiralförmige Wicklung, Leitflächen zur effektiven Umlenkung, Öffnungen) bei gleicher Leistungsfähigkeit kostengünstiger hergestellt werden können.
Die mindestens eine strukturierte metallische Lage ist insbesondere aus einer kor- rosionsfesten, hitzebeständigen Legierung (z. B. einer Stahllegierung mit Anteilen von Chrom, Nickel und Aluminium; z. B. Werkstoffnummern 1.4767, 1.4725 nach Norm EN 10027-2: 1992-09) hergestellt und weist eine Dicke von 10 μιη [Mikrometer] bis 100 μιη auf. Insbesondere können alle in der chemischen Verfahrenstechnik gängigen Stähle eingesetzt werden. Die Wabenstruktur weist ins- besondere eine Zelldichte von 10 bis 1000 cpsi (cells per Square inch) auf. Insbesondere erstreckt sich die Wabenstruktur bis hin zur äußeren Begrenzung des Wabenkörpers. Die äußere Begrenzung bildet ein Gehäuse des Wabenkörpers und ist mit der Fluidleitung verbunden oder bildet die Wandung der Fluidleitung (zumindest in dem Bereich des Wabenkörpers).
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die mindestens eine metallische Lage spiralförmig gewickelt. Insbesondere ist die Wabenstruktur aus genau einer einzelnen glatten und einer einzelnen strukturierten metallischen Lage aufgebaut, die aufeinanderliegend spiralförmig gewickelt sich von innen nach radial außen er- strecken. Insbesondere wird so vermieden, dass metallische Lagen gefaltet und dann spiralförmig gewickelt werden. Insbesondere bilden also diese einzelne glatte und einzelne strukturierte Lage die gesamte Wabenstruktur.
Bei Versuchen hat sich herausgestellt, dass gerade eine spiralförmige Wicklung der mindestens einen metallischen Lage eine effektivere Umlenkung der Fluid- strömung bewirkt, wenn Anzahl und/ oder Gestalt von Strömungsleitflächen und Öffnungen angepasst ausgeführt sind. Mit der hier angegebenen funktionalen Auslegungsvorschrift stellt das für einen Fachmann kein Problem dar und kann mit einer (kontinuierlichen und klassischen) Rohrströmung auch einfach überprüft werden. Die Fluidströmung wird gleichmäßig nach radial außen transportiert, so dass insbesondere die umlaufende Innenfläche der Fluidleitung stromabwärts des Wabenkörpers gleichmäßig von der Fluidströmung beaufschlagt wird.
Insbesondere wird die Fluidströmung während der Durchströmung des Waben- körpers durch eine katalytische Beschichtung des Wabenkörpers zumindest teilweise katalytisch umgewandelt. Insbesondere findet hier eine exotherme Reaktion statt, so dass die durchschnittliche Temperatur der Fluidströmung stromabwärts des Wabenkörpers im Vergleich zur durchschnittlichen Temperatur der Fluidströmung stromaufwärts des Wabenkörpers deutlich erhöht ist (mehr als 100 K [Kelvin] Differenz). Insbesondere nimmt die durchschnittliche Temperatur der Fluidströmung um 30 K pro 100 mm [Millimeter] Länge des Wabenkörpers (entlang der Achse) zu.
Insbesondere umfasst die katalytische Beschichtung einen Washcoat, so dass die effektive Oberfläche der Wabenstruktur für die Kontaktierung des Fluidstroms weiter vergrößert wird. Insbesondere umfasst die katalytische Beschichtung (ausschließlich) oxidierende Katalysatoren, die stark exotherme Reaktionen katalysieren. Das Verfahren ist zwar besonders geeignet, jedoch nicht auf die eingangs erwähnten Prozesse beschränkt. Insbesondere kann das Verfahren auch im Rahmen eines Wärmetauscher-Prozesses eingesetzt werden. Dabei kann z. B. eine Fluidströmung innerhalb des Wabenkörpers katalytisch umgesetzt werden, wobei infolge der exothermen Reaktion die Fluidströmung erwärmt wird. Diese Wärme wird durch den Wabenkörper hin zur Wandung der Fluidleitung transportiert und kann von dort zur Erhitzung eines Mediums oder einer Umgebung außerhalb der Fluidleitung eingesetzt werden.
Bevorzugt ist der Wabenkörper im Wesentlichen aus abwechselnden glatten und strukturierten metallischen Lagen gebildet, wobei die glatten metallischen Lagen zumindest Öffnungen und die strukturierten metallischen Lagen zumindest Strö- mungsleitflächen aufweisen. Insbesondere können sowohl glatte als auch strukturierte Lagen Öffnungen und Strömungsleitflächen aufweisen.
Insbesondere sind alle Strömungsleitflächen in dem Wabenkörper gleichermaßen ausgerichtet, das heißt, die Fluidströmung wird in immer gleicher Weise aus einem Kanal zumindest teilweise heraus in einen benachbarten Kanal überführt.
Insbesondere strömt die Fluidströmung von einem Kanal in einen benachbarten Kanal in jedem Fall durch Öffnungen in einer glatten Lage. Die Öffnungen sind bevorzugt rund. Die Öffnungen haben bevorzugt einen Radius, der mindestens 50 , insbesondere mindestens 100 % und ganz besonders bevorzugt mindestens 170 % der Querschnittsweite des Kanals des Wabenkörpers beträgt. Absolut gesehen ist bevorzugt, dass die Öffnung einen Radius im Bereich von 5 bis 13 mm [Millimeter] haben, insbesondere im Bereich von 7 bis 10 mm.
Insbesondere weisen die strukturierten metallischen Lagen Strömungsleitflächen auf, die alle die Fluidströmung in eine gemeinsame Richtung (z. B. nach radial außen oder in einen weiter radial außen liegenden Kanal) umlenken. Insbesondere sind in jedem Kanal mindestens vier, bevorzugt mindestens acht oder sogar min- destens elf Strömungsleitflächen pro 150 mm Länge des Kanals des Wabenkörpers (entlang der Achse) hintereinander angeordnet. Insbesondere beträgt der Abstand zwischen zwei Strömungsleitflächen innerhalb eines Kanals (entlang der Achse vom Ende der einen Strömungsleitfläche bis zum Anfang der nächsten Strömungsleitfläche) mindestens 10 mm [Millimeter], bevorzugt mindestens 12 mm. Die Länge einer Strömungsleitfläche (entlang der Achse vom Anfang bis zum Ende einer einzelnen Strömungsleitfläche) beträgt mindestens 3 mm, insbesondere mindestens 7 mm. Insbesondere sind in allen Kanälen Strömungsleitflächen angeordnet. Insbesondere erstreckt sich eine Strömungsleitfläche so weit in einen Kanal, dass mindestens 60 % der Kanalquerschnittsfläche durch die Strö- mungsleitfläche verdeckt ist. Die Strömungsleitfläche erstreckt sich also ausgehend von der Kanalwand in das Innere des Kanals, so dass die Fluidströmung im Kanal auf die Strömungsleitfläche trifft und umgelenkt wird. Insbesondere wird je Strömungsleitfläche mindestens 25 %, bevorzugt mindestens 40 % der Fluidströ- mung aus einem Kanal herausgeführt. Bevorzugt sind auch die Anzahl der Strömung sleitflächen pro Kanal etwa konstant (z. B. maximal +/- 2) und/oder die Form aller Strömungsleitflächen gleich.
Die oben genannten Parameter für die Anordnung der Strömungsleitflächen ist besonderes vorteilhaft. Es wird eine maximale Umleitung der Fluidströmung erreicht und insbesondere der Druckverlust bei der Durchströmung des Wabenkör- pers gering gehalten.
Insbesondere ist an der Fluideintrittsseite die durchschnittliche zweite Einströmgeschwindigkeit der Fluidströmung in der zentralen Zone um einen Faktor 2 bis 3 größer als die durchschnittliche erste Einströmgeschwindigkeit der Fluidströmung in der begrenzungsnahen äußeren Zone.
Insbesondere ist an der Fluidaustrittsseite die durchschnittliche erste Ausströmgeschwindigkeit der Fluidströmung in zumindest einem Teilbereich oder in der gesamten begrenzungsnahen äußeren Zone mindestens 20 %, insbesondere mindes- tens 40 %, bevorzugt 100 % bis 400 % höher als die durchschnittliche zweite Ausströmgeschwindigkeit der Fluidströmung in der zentralen Zone. Ganz besonders bevorzugt ist an der Fluidaustrittsseite die durchschnittliche erste Ausströmgeschwindigkeit der Fluidströmung in zumindest einem Teilbereich oder in der gesamten begrenzungsnahen äußeren Zone 200 % bis 400 %, insbesondere 300 % bis 400 % höher als die durchschnittliche zweite Ausströmgeschwindigkeit der Fluidströmung in der zentralen Zone.
Weiterhin wird ein Wabenkörper für den Einsatz in dem erfindungs gemäßen Verfahren vorgeschlagen, wobei der Wabenkörper eine Fluideintrittsseite und eine Fluidaustrittsseite sowie eine äußere Begrenzung aufweist. Der Wabenkörper weist für eine Fluidströmung von der Fluideintrittsseite zur Fluidaustrittsseite durchströmbare Kanäle auf. Die Kanäle (also die Kanäle bildenden Kanalwände) weisen zumindest teilweise Öffnungen und Strömungsleitflächen zur Umlenkung der Fluidströmung in einer radialen Richtung nach außen und zumindest teilweise eine katalytische Beschichtung auf.
Der Wabenkörper weist insbesondere mindestens eine zumindest teilweise strukturierte metallische Lage auf, die insbesondere die Kanäle bildet. Insbesondere weist die mindestens eine metallische Lage zumindest teilweise Öffnungen und Strömungsleitflächen zur Umlenkung der Fluidströmung in einer radialen Rich- tung nach außen auf und zumindest teilweise eine katalytische Beschichtung.
Die Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen Verfahren gelten gleichermaßen für den Wabenkörper und umgekehrt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird insbesondere vorgeschlagen, eine Fluidströmung so nach radial außen umzulenken, dass einerseits eine möglichst große katalytisch aktive Oberfläche von einem Großteil der Fluidströmung überströmt wird und andererseits ein großer Anteil der infolge der katalytischen Reaktion entstandenen Wärme über die Fluidleitung stromabwärts des Wabenkörpers nach außerhalb abgeführt wird. Diese Ziele können durch die angepasste Ausgestaltung des Wabenkörpers beeinflusst werden. Eine stärkere Umlenkung innerhalb des Wabenkörpers vergrößert zum einen die durchschnittliche erste Ausströmgeschwindigkeit in der begrenzungsnahen Zone, wobei die von der Fluidströmung überströmte katalytisch aktive Oberfläche dadurch reduziert wird (die Oberflä- chen der zentralen Zone im stromabwärtigen Teil des Wabenkörpers werden nur noch von geringen Anteilen der Fluidströmung überströmt).
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besondere Ausführungsbeispiele, auf welche die Erfindung jedoch nicht begrenzt ist. Insbesondere ist darauf hinzuwei- sen, dass die Figuren und vor allem die in den Figuren dargestellten Größen Verhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
Fig. 1: Wabenkörper in einer Fluidleitung im Schnitt;
Fig. 2: einen Wabenkörper in einer Seitenansicht im Schnitt; einen Wabenkörper im Querschnitt; Fig. 4: mehrere Lagen einer Wabenstruktur in perspektivischer Ansicht;
Fig. 5: eine bevorzugte Ausführungsvariante eines Wabenkörpers im Querschnitt, und Fig. 6: eine bevorzugte Ausführungsvariante einer Wabenstruktur in einer perspektivischen Ansicht.
Fig. 1 zeigt mehrere Wabenkörper 4, die in Strömungsrichtung hintereinander entlang einer Achse 23 in einer Fluidleitung 2 angeordnet sind. Die Fluidleitung 2 weist eine Wandung 3 auf, die die einzelnen Wabenkörper 4 unmittelbar umfasst. Eine Fluidströmung 1 strömt entlang der Achse 23 durch die Fluidleitung 2 hin zu dem Wabenkörper 4. In der Fig. 1 sind die Strömungsgeschwindigkeiten 24 der Fluidströmung 1 in der Fluidleitung 2 verdeutlicht. Es ist erkennbar, dass die Strömungsgeschwindigkeiten 24 in Wandungsnähe geringer sind als in der Mitte der Fluidleitung 2. Es handelt sich in etwa um das übliche Profil von Strömungsgeschwindigkeiten 24 in einer Fluidleitung 2 (Rohrströmung). Die Fluidströmung 1 tritt über eine Fluideintrittsseite 5 in den ersten Wabenkörper 4 ein. Die Wabenstruktur 8 des Wabenkörpers 4 ist so aufgebaut, dass die Fluidströmung 1 in einer radialen Richtung 16, ausgehend von der Achse 23, jeweils nach außen umgelenkt wird. Die Fluidströmung 1 tritt aus der Fluidaustrittsseite 6 des Wabenkörpers 4 wieder aus, wobei sich nun das Profil der Strömungsgeschwindigkeiten 24 geän- dert hat (siehe Ausführungen zu Fig. 2). Die Durchströmung des zweiten Wabenkörpers 4 erfolgt gleichermaßen. Die Gestaltung der Fluidleitung 2 ist hier nur beispielhaft mit konischen Abschnitten 25 ausgeführt. Wabenkörper 4 können auch in derartigen konischen Abschnitten 25 angeordnet sein und weisen dann entsprechend konische Wabenstrukturen 8 auf.
Fig. 2 zeigt einen Wabenkörper 4 in einer Seitenansicht im Schnitt, wobei die Profile der Strömungsgeschwindigkeiten 24 hier im Detail gezeigt sind. Der Wabenkörper 4 weist eine äußere Begrenzung 11 auf, die auch die Wandung 3 der Fluid- leitung 2 darstellen kann. Insbesondere ist die äußere Begrenzung 11 ein Gehäuse, mit dem die Wabenstruktur 8 verbunden ist, so dass ein Wabenkörper 4 gebildet ist. Dieser Wabenkörper 4 kann in Fluidleitungen 2 eingesetzt werden. Die Fluid- strömung 1 weist an der Fluideintrittsseite 5 des Wabenkörpers 4 ein Profil der Strömungsgeschwindigkeiten 24 auf, das dem Profil einer Rohrströmung ent- spricht. In einer umlaufenden, begrenzungsnahen äußeren Zone 12 liegt eine geringere durchschnittliche erste Einströmgeschwindigkeit 14 vor und in einer, von der äußeren Zone 12 umschlossenen zentralen Zone 13 eine größere durchschnittliche zweite Einströmgeschwindigkeit 15. Mit„durchschnittlicher" (erster und zweiter Ein-)Strömungsgeschwindigkeit 14, 15 ist hier jeweils die gemittelte Strömungsgeschwindigkeit 24 der Fluidströmung 1 in der äußeren Zone 12 und der zentralen Zone 13 gemeint. Es wird darauf hingewiesen, dass unmittelbar vor dem Wabenkörper 4 bereits ein Staudruck vorliegen kann, so dass die Strömungsgeschwindigkeiten 24 von dem gezeigten Profil leicht abweichen können.
Die Wabenstruktur 8 des Wabenkörpers 4 wird durch Lagen 7 gebildet, die für die Fluidströmung 1 durchströmbare Kanäle 10 formen. Die Lagen 7 weisen Öffnungen 21 und Strömungsleitflächen 22 auf. Die Strömungsleitflächen 22 und Öff- nungen 21 bewirken eine Umlenkung der Fluidströmung 1 innerhalb der Wabenstruktur 8 in einer radialen Richtung 16 nach außen, ausgehend von der zentralen Achse 23, hin zur äußeren Begrenzung 11. Die Fluidströmung 1 wird also aus einem Kanal 10 über Öffnungen 21 und durch Strömungsleitflächen 22 in jeweils benachbarte Kanäle 10 überführt. Infolge der Umlenkung weist die Fluidströmung 1 an der Fluidaustrittsseite 6 des Wabenkörpers 4 ein verändertes Profil der Strö- mungsgeschwindigkeiten 24 auf. Hier ist die durchschnittliche erste Ausströmgeschwindigkeit 17 in der begrenzungsnahen äußeren Zone 12 mindestens 20 % größer als die durchschnittliche zweite Aus Strömgeschwindigkeit 19 der Fluidströmung 1 in der zentralen Zone 13. Die Strömungsleitflächen 22 weisen jeweils eine Länge 27 (gemessen parallel zur Achse 23) auf und sind in einem Abstand 28 voneinander entfernt (entlang der Achse 23) angeordnet.
Die Fluidströmung 1 wird also durch den Wabenkörper 4 hin zur äußeren Begrenzung 11 bzw. hin zur Wandung 3 der Fluidleitung 2 umgelenkt. Diese Umlenkung führt zu einem intensiveren Kontakt zwischen Fluidströmung 1 und Innenfläche 26 der Wandung 3, so dass Wärme aus der Fluidströmung 1 in erhöhtem Maß an die Wandung 3 abgegeben, bzw. über die Wandung 3 abgeführt wird.
Fig. 3 zeigt einen Wabenkörper 4 im Querschnitt. Der Wabenkörper 4 weist eine äußere Begrenzung 11 auf und innerhalb der äußeren Begrenzung 11 eine Waben- struktur 8, die durch spiralförmig gewickelte, glatte und strukturierte (hier gewellte) metallische Lagen 7 gebildet wird. Die Wabenstruktur 8 weist Kanäle 10 mit Kanalquerschnittsflächen 29 auf. Die Lagen 7 weisen Öffnungen 21 und Strömungsleitflächen 22 auf, durch die die Fluidströmung 1 von einem Kanal 10 in jeweils benachbarte Kanäle 10 überführt wird (siehe Pfeile der Strömungsge- sch windigkeiten 24). Die an die äußere Begrenzung 11 sich unmittelbar anschließende äußere Zone 12 umfasst höchstens 20 % der gesamten Querschnittsfläche 9 der Wabenstruktur 8. Die Umlenkung der Fluidströmung 1 innerhalb der Wabenstruktur 8 kann auch derart erfolgen, dass nur zumindest in einem Teilbereich 18 der begrenzungsnahen äußeren Zone 12 eine erhöhte durchschnittliche erste Aus- Strömgeschwindigkeit 17 vorliegt, die mindestens 20 % schneller ist als die durchschnittliche zweite Aus Strömgeschwindigkeit 19 in der zentralen Zone 13. Fig. 4 zeigt mehrere Lagen 7 einer Wabenstruktur 8 in einer perspektivischen Ansicht. Es sind glatte und strukturierte Lagen 7 aufeinander angeordnet, so dass Kanäle 10 gebildet sind, durch die die Fluidströmung 1 von einer Fluideintrittssei- te 5 hin zu einer Fluidaustrittsseite 6 strömt. Die Lagen 7 weisen eine Beschich- tung 20 auf. Hier weist die strukturierte Lage 7 Öffnungen 21 und Strömungsleit- flächen 22 auf, so dass die Fluidströmung 1 von einem Kanal 10 in einen benachbarten Kanal 10 überführt wird. Die glatte Lage 7 weist hier nur Öffnungen 21 auf, die insbesondere mit den Strömungsleitflächen 22 der strukturierten Lage 7 zusammenwirken, so dass eine stärkere Umlenkung der Fluidströmung 1 innerhalb der Wabenstruktur 8 erreicht wird. Es wird darauf hingewiesen, dass auch die glatte Lage 7 Öffnungen 21 und Strömungsleitflächen 22 aufweisen kann.
Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsvariante eines Wabenkörpers 4 im Quer- schnitt. Die Wabenstruktur 8 wird durch eine glatte und eine strukturierte (gewellte) metallische Lage 7 gebildet, die, aufeinander gestapelt angeordnet (also zwei Lagen 7), sich entlang der spiralförmigen Linie von innen nach außen hin zur äußeren Begrenzung erstrecken. Insbesondere sind die Lagen 7 wie in Fig. 6 dargestellt ausgebildet.
Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsvariante einer Wabenstruktur 8 in einer perspektivischen Ansicht. Es sind glatte und strukturierte Lagen 7 aufeinander angeordnet, so dass Kanäle 10 gebildet sind, durch die die Fluidströmung 1 von einer Fluideintrittsseite 5 hin zu einer Fluidaustrittsseite 6 strömt. Die Lagen 7 weisen eine Beschichtung 20 auf. Hier weist die strukturierte Lage 7 Öffnungen 21 und Strömungsleitflächen 22 auf, so dass die Fluidströmung 1 von einem Kanal 10 in einen benachbarten Kanal 10 überführt wird. Die glatte Lage 7 weist hier nur Öffnungen 21 (nicht sichtbar) auf, die insbesondere mit den Strömungsleitflächen 22 der strukturierten Lage 7 zusammenwirken, so dass eine stärkere Umlen- kung der Fluidströmung 1 innerhalb der Wabenstruktur 8 erreicht wird. Die strukturierte Lage 7 weist Öffnungen 21 und Strömungsleitflächen 22 (teilweise zu- sammenwirkend angeordnet) auf, so dass die Fluidströmung 1 in jedem Fall in einer gleichen radialen Richtung 16 über eine Öffnung 21 in der glatten Lage 7 in einen Kanal 10 einer benachbarten strukturierten Lage 7 überführt führt. Vorsorglich sei noch darauf hingewiesen, dass die in den Figuren gezeigten Kombinationen von technischen Merkmalen nicht generell zwingend sind. So können technische Merkmale einer Figur mit anderen technischen Merkmalen einer weiteren Figur und/oder der allgemeinen Beschreibung kombiniert werden. Etwas anderes soll nur gelten, wenn hier explizit die Kombination von Merkmalen ausge- wiesen wurde und/oder der Fachmann erkennt, dass sonst die Grundfunktionen der Vorrichtung nicht mehr erfüllt werden können. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Gegenstände.
Durch das beschriebene Verfahren und den Wabenkörper wird es ermöglicht, eine besonders kostengünstige und effektive Strömungsbeeinflussung zu realisieren. Insbesondere kann so eine effektive Wärmeübertragung von der Fluidströmung 1 auf/über die äußere Begrenzung 11 bzw. über die Wandung 3 erreicht werden. Weiterhin ermöglicht eine Wabenstruktur, dass eine große effektive Oberfläche für einen Katalysator bereitgestellt wird. Dies gilt umso mehr, wenn auf den La- gen 7 ein Washcoat als Beschichtung 20 angeordnet wird, der die katalytisch aktiven Komponenten auf der somit weiter vergrößerten Oberfläche trägt.
Der Wabenkörper 4 ermöglicht also eine effektive Umlenkung und damit verbesserte Wärmeabfuhr und eine effektive katalytische Umsetzung einer Fluidströ- mung 1. Bezugszeichenliste
Fluidströmung
Fluidleitung
Wandung
Wabenkörper
Fluideintrittsseite
Fluidaustritts seite
Lage
Wabenstruktur
Querschnittsfläche
Kanal
äußere Begrenzung
äußere Zone
zentrale Zone
erste Einströmgeschwindigkeit zweite Einströmgeschwindigkeit radiale Richtung
erste Aus Strömgeschwindigkeit
Teilbereich
zweite Ausströmgeschwindigkeit
Beschichtung
Öffnung
Strömungsleitfläche
Achse
Strömungsgeschwindigkeit
Abschnitt
Innenfläche
Länge
Abstand
Kanalquerschnittsfläche

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Beeinflussung einer Fluidströmung (1) in einer Fluidleitung (2) mit einer Wandung (3), wobei ein Wabenkörper (4) mit einer Fluidein- trittsseite (5) und einer Fluidaustrittsseite (6) in der Fluidleitung (2) angeordnet ist; wobei der Wabenkörper (4) eine Wabenstruktur (8) mit einer Querschnittsfläche (9) und mit für die Fluidströmung (1) von der Fluidein- trittsseite (5) zur Fluidaustrittsseite (6) durchströmbaren Kanälen (10) aufweist, wobei der Wabenkörper (4) eine äußere Begrenzung (11) aufweist, wobei die Wabenstruktur (8) eine umlaufende, begrenzungsnahe äußere Zone (12) und eine innerhalb der äußeren Zone (12) angeordnete zentrale Zone (13) aufweist, wobei die äußere Zone (12) höchstens 70 % der Querschnittsfläche (9) umfasst; wobei das Verfahren zumindest die folgenden Schritte umfasst:
a) Bereitstellen der Fluidströmung (1) stromaufwärts des Wabenkörpers (4);
b) Eintritt der Fluidströmung (1) in den Wabenkörper (4) über die Fluid- eintrittsseite (5), wobei an der Fluideintrittsseite (5) die durchschnittliche erste Einströmgeschwindigkeit (14) der Fluidströmung (1) in der begrenzungsnahen äußeren Zone (12) geringer ist als die durchschnittliche zweite Einströmgeschwindigkeit (15) der Fluidströmung (1) in der zentralen Zone (13);
c) zumindest teilweise Umlenkung der Fluidströmung (1) in einer radialen Richtung (16) nach außen, so dass an der Fluidaustrittsseite (6) die durchschnittliche erste Ausströmgeschwindigkeit (17) der Fluidströmung (1) in zumindest einem Teilbereich (18) der begrenzungsnahen äußeren Zone (12) mindestens 20 % höher ist als die durchschnittliche zweite Ausströmgeschwindigkeit (19) der Fluidströmung (1) in der zentralen Zone (13).
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, wobei der Wabenkörper (4) mindestens eine zumindest teilweise strukturierte metallische Lage (7) aufweist.
3. Verfahren nach Patentanspruch 2, wobei die mindestens eine zumindest teilweise strukturierte metallische Lage (7) spiralförmig gewickelt ist.
4. Verfahren nach Patentanspruch 2 oder 3, wobei der Wabenkörper (4) im Wesentlichen aus abwechselnden glatten und strukturierten metallischen Lagen (7) gebildet ist, wobei die glatten metallischen Lagen (7) zumindest Öffnungen (21) und die strukturierten metallischen Lagen (7) zumindest
Strömungsleitflächen (22) aufweisen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Fluidströmung (1) während der Durchströmung des Wabenkörpers (4) durch eine katalytische Beschichtung (20) des Wabenkörpers (4) zumindest teilweise katalytisch umgewandelt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei an der Fluidaustrittsseite (6) die durchschnittliche erste Aus Strömgeschwindigkeit (17) der Fluidströmung (1) in der gesamten begrenzungsnahen äußeren Zone (12) mindestens 20 % höher ist als die durchschnittliche zweite Ausströmgeschwindigkeit (19) der Fluidströmung (1) in der zentralen Zone (13).
7. Wabenkörper (4) für den Einsatz in einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Wabenkörper (4) eine Fluidein- trittsseite (5) und eine Fluidaustrittsseite (6) sowie eine äußere Begrenzung (11) aufweist; wobei der Wabenkörper (4) für eine Fluidströmung (1) von der Fluideintrittsseite (5) zur Fluidaustrittsseite (6) durchströmbare Kanäle (10) aufweist, wobei die Kanäle (10) zumindest teilweise Öffnungen (21) und Strömungsleitflächen (22) zur Umlenkung der Fluidströmung (1) in ei- ner radialen Richtung (16) nach außen aufweisen und wobei die Kanäle (10) zumindest teilweise eine katalytische Beschichtung (20) aufweisen.
EP15720643.4A 2014-04-24 2015-04-23 Verfahren zur beeinflussung einer fluidströmung Withdrawn EP3134626A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014105770.8A DE102014105770A1 (de) 2014-04-24 2014-04-24 Verfahren zur Beeinflussung einer Fluidströmung
PCT/EP2015/058782 WO2015162202A1 (de) 2014-04-24 2015-04-23 Verfahren zur beeinflussung einer fluidströmung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3134626A1 true EP3134626A1 (de) 2017-03-01

Family

ID=53052820

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP15720643.4A Withdrawn EP3134626A1 (de) 2014-04-24 2015-04-23 Verfahren zur beeinflussung einer fluidströmung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10161280B2 (de)
EP (1) EP3134626A1 (de)
CN (1) CN106255812A (de)
DE (1) DE102014105770A1 (de)
WO (1) WO2015162202A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019212149B4 (de) * 2019-08-13 2021-05-27 Vitesco Technologies GmbH Katalysator zur Abgasnachbehandlung

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE8908738U1 (de) * 1989-07-18 1989-09-07 Emitec Emissionstechnologie

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5403559A (en) 1989-07-18 1995-04-04 Emitec Gesellschaft Fuer Emissionstechnologie Device for cleaning exhaust gases of motor vehicles
DE4025434A1 (de) 1990-08-10 1992-02-13 Emitec Emissionstechnologie Wabenkoerper mit querschnittsbereichen unterschiedlicher kanalgroessen, insbesondere katalysator-traegerkoerper
JPH07279652A (ja) * 1994-04-14 1995-10-27 Nippondenso Co Ltd 排気ガス浄化用触媒装置
DE29611143U1 (de) * 1996-06-25 1996-09-12 Emitec Emissionstechnologie Konischer Wabenkörper mit Longitudinalstrukturen
DE19938038A1 (de) * 1998-09-14 2000-05-04 Ford Global Tech Inc Abgasbehandlungsvorrichtung mit variierender Zelldichte
DE19908834A1 (de) * 1999-03-01 2000-09-07 Emitec Emissionstechnologie Katalysatoranordnung mit Katalysator-Trägerkörpern und Vorrichtung sowie Verfahren zu deren Herstellung
JP2003148127A (ja) * 2001-11-07 2003-05-21 Hino Motors Ltd 排気浄化装置
US20050054526A1 (en) * 2003-09-08 2005-03-10 Engelhard Corporation Coated substrate and process of preparation thereof
US20050214178A1 (en) * 2004-03-26 2005-09-29 Labarge William J Catalytic converter system and method of making the same
RU2357793C2 (ru) * 2004-11-23 2009-06-10 Джонатан Дж. ФЕЙНСТЕЙН Реактор с теплообменом ударной струей
JP2007218142A (ja) * 2006-02-15 2007-08-30 Calsonic Kansei Corp 排気ガスの浄化方法
US7491373B2 (en) * 2006-11-15 2009-02-17 Corning Incorporated Flow-through honeycomb substrate and exhaust after treatment system and method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE8908738U1 (de) * 1989-07-18 1989-09-07 Emitec Emissionstechnologie

Also Published As

Publication number Publication date
US20170044954A1 (en) 2017-02-16
WO2015162202A1 (de) 2015-10-29
DE102014105770A1 (de) 2015-11-12
CN106255812A (zh) 2016-12-21
US10161280B2 (en) 2018-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0483256B1 (de) Wabenkörper mit internen strömungsleitflächen, insbesondere katalysatorkörper für kraftfahrzeuge
EP0845074B1 (de) Katalysator zur verringerung von kohlenwasserstoff in abgasen eines kraftfahrzeuges
EP1802410B1 (de) Verwendung von verbundrohr
EP3585509B1 (de) Wärmeübertrager und reaktor
DE10329000A1 (de) Abgasnachbehandlungsanlage mit einem Gegenstromgehäuse, sowie entsprechendes Verfahren zur Abgasnachbehandlung
WO2002040838A1 (de) Radial durchströmbarer und segmentierter wabenkörper
EP3500737B1 (de) Komponente eines abgassystems und verfahren zur abgasnachbehandlung
DE102006022364A1 (de) Trägerkörper zur Abgasnachbehandlung mit disperser Katalysatoranordnung
EP3134626A1 (de) Verfahren zur beeinflussung einer fluidströmung
EP2864604B1 (de) Konischer wabenkörper mit schräg radial nach aussen verlaufenden kanälen
EP2229510B1 (de) Wabenkörper mit strukturiertem blechmaterial
WO2023061746A1 (de) Wabenkörper zum zwecke der abgasnachbehandlung mit geschlitzten metallfolien
DE102020208062A1 (de) Wärmetauscher und verfahren zu seiner herstellung
DE102018214929B4 (de) Katalysator mit metallischem Wabenkörper
DE102021210776B3 (de) Wabenkörper für einen Katalysator zur Abgasnachbehandlung und Verfahren zur Herstellung dieses
EP2233209B1 (de) Formkörper
EP3685026B1 (de) Katalysator zur behandlung von abgasen
EP2604341B1 (de) Matrix und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE102011081493B4 (de) Katalysatorträger für einen Katalysator, Katalysator und Verfahren zur Herstellung eines Katalysators
DE102008033795A1 (de) Wabenkörper, insbesondere Katalysatorkörper für Kraftfahrzeuge
DE19959612A1 (de) Katalysatorkörper für eine Abgasreinigugnseinrichtung einer Verbrennungskraftmaschine
WO2024115288A1 (de) Vorrichtung zur nachbehandlung von abgasen
DE102019213025A1 (de) Katalysator zur Abgasnachbehandlung
DE102016221432A1 (de) Mischeranordnung zum Vermischen eines Additivs mit einem Abgasstrom
DE102009035614A1 (de) Wabenkörper mit Mantelrohr

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20161124

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20180627

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20181108