WO2006097131A1 - Wabenkörper mit mitteln zur reaktandenzufuhr und entsprechendes verfahren und abgassystem - Google Patents

Wabenkörper mit mitteln zur reaktandenzufuhr und entsprechendes verfahren und abgassystem Download PDF

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Rolf BRÜCK
Peter Treiber
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Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh
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Definitions

  • the present invention is a honeycomb body with various honeycomb structures, and a corresponding method and exhaust system.
  • the object of the invention is to propose a honeycomb body and a corresponding method and exhaust system in which partial gas flow can be subjected to different catalytic reactions without the need for an additional housing or an additional carrier.
  • a further object of the invention is to propose a honeycomb body which, in order to save space, has a plurality of hydrodynamically separated reaction chambers. includes zones. Furthermore, a corresponding exhaust system and a corresponding method to be proposed.
  • the honeycomb body according to the invention has a first honeycomb structure through which a fluid can flow. Furthermore, the honeycomb body comprises a second honeycomb structure, which can be flowed through radially outside the first honeycomb structure, through which a fluid can flow.
  • the first and the second honeycomb structure are separated from one another by at least one intermediate tube, wherein the at least one intermediate tube protrudes at least on one side in a first axial direction between 5 and 15 centimeters beyond an end face of at least one of the honeycomb structures. It is preferred here that the at least one intermediate tube protrudes by 5 to 10 cm beyond an end face of at least one of the honeycomb structures.
  • the end face of at least one honeycomb structure superior intermediate tube is a separation of the gas streams that can flow through the honeycomb body. It is a first partial gas flow - a central flow - formed, which flows through the first honeycomb structure and a second partial gas flow - an edge flow - which flows through the second honeycomb structure.
  • the two honeycomb structures are separated from each other by the intermediate tube, that no exchange can take place through the intermediate tube. This allows the formation of different reaction zones in a honeycomb body, without having to provide additional components and / or strands of an exhaust pipe.
  • the two reaction zones can be formed in a single honeycomb body. In particular, this is advantageous if, due to the boundary conditions in use, the two reaction zones are strictly separated from one another. must be separated, but a mixing after flowing through the reaction zones is desired or necessary.
  • At least one intermediate tube of the honeycomb body protrudes on the opposite end face.
  • a pipe socket is provided with an extension which is different from a length of the overhang of the intermediate tube of 5 to 15 cm, in particular smaller.
  • the extension is advantageously chosen in a range of 0.5 to 2.0 cm.
  • Such a pipe socket can serve, for example, for fastening a support structure, so that a bilateral bearing of the honeycomb body is made possible via the at least one intermediate tube.
  • all intermediate tubes may be formed with different lengths with respect to the overhang and / or extensions of the pipe socket.
  • the honeycomb structure has cavities which can be flowed through at least for a fluid. That is, the cavities can be formed with a freely flow-through cross-section such as channels but alternatively or additionally, cavities, which can not be freely roughened, but the strig- sen or at least partially closed, with a gas stream passing through the wall of the cavity can.
  • a honeycomb body can be used for example as a diesel particulate filter.
  • the honeycomb structures may be formed in different ways.
  • the training is at least partially possible from high temperature resistant stainless steel materials.
  • at least partially metallic layers are formed, which are at least partially structured and optionally wound with at least one substantially smooth layer.
  • Another possibility consists of stacking at least one at least partially structured at least partially metallic layer and optionally at least one substantially smooth at least partially metallic layer to form a layer. stack and twist at least one stack.
  • Under a layer can be understood in particular a thin sheet metal foil made of high temperature resistant corrosion-resistant stainless steel in particular a chromium-nickel stainless steel.
  • Thicknesses of the layers of less than 100 .mu.m, preferably less than 80 .mu.m, particularly preferably less than 60 .mu.m, particularly preferably less than 40 .mu.m and particularly preferably less than 30 .mu.m are preferred.
  • a fiber material This may be a metallic and / or ceramic fiber material, which may for example be reinforced with sheet metal layers.
  • the fiber materials can be produced by different processes, in particular by sintering or the layered structure.
  • the preferred layer thickness is less than 2 mm, preferably less than 1.5 mm, particularly preferably 1 mm or less.
  • the structured regions of the layers with other smooth or structured regions form the cavities or channels.
  • the layers are positively, positively and / or materially connected to one another in connection regions, with a material connection such as welding or brazing being preferred.
  • Brazing is here understood to mean a high-temperature brazing process in which, in particular, chromium-aluminum or nickel-chromium steels are brazed to a corresponding brazing alloy, for example a nickel-containing brazing material, preferably a nickel-based brazing alloy.
  • Both honeycomb structures can be made similar or different.
  • the cross sections of the honeycomb structures are preferably circular, but other shapes are possible. In particular, here polygonal shapes or can The cross sections of the two honeycomb structures do not have to have the same geometry, in particular, for example, a first honeycomb structure with a circular cross section may be formed in an oval honeycomb structure as the first honeycomb structure formed concentric with each other.
  • the honeycomb body according to the invention comprises means for adding a reactant in the interior of the intermediate tube.
  • reactants can be introduced into the gas stream in previously determinable amounts such that exactly one honeycomb structure receives the gas stream enriched with the reactant.
  • reactants can be introduced into the gas stream in previously determinable amounts such that exactly one honeycomb structure receives the gas stream enriched with the reactant.
  • reducing agents such as, in particular, urea in aqueous solution onto the first honeycomb structure.
  • the second honeycomb structure comprises an oxidation catalyst coating in this case, it is highly sensitive to even low concentrations of the reducing agent, in particular of urea.
  • coatings may be present on the second honeycomb structure, which are poisoned by the reducing agent, so that serious damage to the honeycomb body may occur upon contact of the first honeycomb structure with reducing agent.
  • the means for supplying a reactant may consist, for example, in a nozzle with a feed line, wherein the nozzle is formed in the interior of the intermediate tube so as to ensure that in operation only the first honeycomb structure comes into contact with the reactant.
  • a feed line can be formed, which connects the means for adding a reactant to a jacket tube, which may be formed outside the first honeycomb structure, with a reactant reservoir.
  • the honeycomb body according to the invention for use in the exhaust system of a motor vehicle. Under a motor vehicle is to be understood in particular an automobile, a motorized bicycle or a water or aircraft. Especially advantageous is the combination of a small motor vehicle such as a passenger car or a motorcycle with a honeycomb body according to the invention.
  • a passenger car with a honeycomb body according to the invention has particular advantages in terms of space savings in the exhaust system of this motor vehicle. Preferred here is a passenger car with diesel engine.
  • the protrusion of the intermediate tube over at least one end face of the first and / or second honeycomb structure of 5 to 10 centimeters has proven to be particularly advantageous, since such a projection on the one hand ensures that the introduced by the means for introducing a reactant reactant is evenly distributed, before it strikes the front of the first honeycomb structure. This allows the most uniform possible reaction of the first honeycomb structure.
  • this overhang of the intermediate tube is so small that nevertheless a compact and small construction of the honeycomb body according to the invention is possible. Also particularly advantageous are overhangs of the intermediate tube of 5 to 10 centimeters, more preferably from 6 to 8 centimeters.
  • an advantageous distribution of a gas flow during operation of the honeycomb body to the individual honeycomb structures can be achieved.
  • Particularly advantageous is a distribution of the gas flow has proven, in which the first honeycomb structure is acted upon by about one third of the exhaust gas flow rate, while the second honeycomb structure is acted upon by about two-thirds of the exhaust gas volume flow.
  • a certain proportion of nitrogen dioxide (NO 2 ) may be required, which is obtained by oxidation of the nitrogen monoxide (NO) normally present in the exhaust gas to nitrogen dioxide in the oxidation catalyst, ie in the second honeycomb structure.
  • NO 2 nitrogen dioxide
  • the exact distribution of the gas flow to the two honeycomb structures can be achieved on the one hand solely by the dimensioning of the intermediate tube and the honeycomb structures. In this case, various parameters can be changed, which ultimately determine the flow resistance of the respective first and second honeycomb structures. These are in particular the cell densities in the respective honeycomb structures and the wall thicknesses of the cavities or channels of the honeycomb structures.
  • first and / or second honeycomb structures have proven to be advantageous, which are wound or twisted from metallic sheet metal foils.
  • the first honeycomb structure has metallic walls of a thickness of less than 80 or 60 ⁇ m, preferably less than 40 ⁇ m and particularly preferably less than 30 ⁇ m.
  • Preferred cell densities for the first honeycomb structure are 200 to 800 cpsi (cells per square inch, cells per square inch), preferably 400 to 600 cpsi.
  • the second honeycomb structure is preferably constructed of metallic layers. When sheet metal foils are used, thicknesses of sheet metal foils of less than 60 ⁇ m, preferably less than 40 ⁇ m, particularly preferably less than 30 ⁇ m, are preferred.
  • cell densities of the second honeycomb structure are preferably those in the range of 200 to 1000 cpsi, preferably in the range of 400 to 600 cpsi.
  • the layers for example sheet-metal foils or layers of materials permeable to a fluid
  • the layers are thicker than the layers from which the second honeycomb structure is formed.
  • additional means for flow division or flow distribution can be formed on the projecting part of the intermediate tube.
  • static means are possible, such as, for example, as a widening or narrowing of the intermediate tube in the form of a funnel.
  • movable means for flow division or distribution for example, in the simplest form, flaps which can change the flow-through cross section.
  • a pivotable flap can be formed on or in the intermediate tube whose opening angle determines the proportion of the gas flow which flows through the first and the second honeycomb structure.
  • the first and the second honeycomb structure preferably have a length of 50 to 150 mm, preferably 80 to 120 mm.
  • the first and second honeycomb structures may have different lengths.
  • the first and the second honeycomb structure may be formed offset from each other. Regardless, it is preferable that the honeycomb structures at least partly overlap each other in a radial direction.
  • an area, in particular at least a portion of the honeycomb body, in which a section in a radial direction perpendicular to the first axial direction is, includes both parts of the first honeycomb structure and parts of the second honeycomb structure.
  • the at least partial permeability of the first and second honeycomb structures is preferably made possible by the formation of channels extending through the honeycomb structures. These channels can be at least partially closed, wherein preferably at least partially through-flow walls are formed between these at least partially closed channels for a fluid.
  • the formation of cavities whose cross section is greater than dimensions of the channels is possible and according to the invention, for example by forming holes in layers, from which the first and / or the second honeycomb structure is formed.
  • a third honeycomb structure is formed behind the first and second honeycomb structures in a second direction, which is substantially opposite to the first axial direction.
  • the formation of the third honeycomb structures at a defined distance behind the corresponding end face of the first and / or the second honeycomb structure is particularly preferred here.
  • a distance of 30 to 50 mm, in particular from 35 to 45 mm behind the end face of the first and / or the second honeycomb structure is particularly preferred.
  • the length of the overhang of the intermediate tube can also take place via the corresponding end face of the first and / or the second honeycomb structure, depending on the diameter of the intermediate tube and / or the configuration of the means for supplying a reactant.
  • the overhang can be made shorter or longer. In principle, the more uniformly the means for supplying a reactant distribute the reactant until impact with the end face of the first honeycomb structure, the shorter the overhang.
  • the means for supplying a reactant may comprise a point or annular nozzle.
  • means for distributing the reactant between the means for supplying the reactant and the end face of the first honeycomb structure may be formed. This may be, for example, a baffle plate or the like. These means for distributing the reactant ensure a possibly uniform distribution of the reactant in the central flow flowing through the first honeycomb structure.
  • this gap between the first and / or second honeycomb structure on the one hand and the third honeycomb structure on the other hand serves to mix the partial gas streams which are in operation through the first and the second Honeycomb stream.
  • the third honeycomb structure has an SCR coating.
  • At least one of the honeycomb structures has a catalytically active coating.
  • a catalyst material such as, for example, noble metal catalysts such as platinum, rhodium, ruthenium, palladium and the like
  • a ceramic coating Particularly advantageous in this case is the application of coating in the form of a ceramic washcoat.
  • aluminosilicates such as in particular zeolites such as zeolites of the X, Y, A, Faujasit or ZSM type is possible according to the invention.
  • a honeycomb body which can be used in an SCR system for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides.
  • the first honeycomb structure particularly preferably has a hydrolysis catalytic converter coating.
  • the second honeycomb structure preferably comprises an oxidation catalyst coating.
  • the third honeycomb structure has in particular an SCR coating.
  • a reaction of nitrogen monoxide (NO) and optionally nitrogen dioxide (NO 2 ) with ammonia (NH 3 ) and optionally with oxygen to nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) preferably takes place during operation.
  • Side reactions are possible, with the main reaction being the desired reaction. Due to the sometimes very restrictive legal regulations with regard to ammonia, this can not be carried directly on board an automobile but must be obtained from other reactants.
  • the production of ammonia from urea ((NH 2 ) 2 CO) in aqueous solution has proved to be advantageous.
  • it is necessary to produce ammonia from urea This is preferably done in the first honeycomb structure, which has a corresponding catalytically active coating.
  • thermolysis causes a temperature-induced reduction of urea to ammonia and an intermediate such as isocyanic acid (HCNO).
  • HCNO isocyanic acid
  • this isocyanic acid is in turn catalyzed with water to form ammonia and carbon dioxide (CO 2 ).
  • a minimum distance of 2.5 centimeters preferably a distance of between 3 centimeters and 5 centimeters or 3.5 to 4.5 centimeters, is particularly preferred. It is possible, on the one hand, for this region to be designed essentially free of installation, so that mixing of the gas streams, which in each case pass through the first and second honeycomb structures during operation, can take place in this region. On the other hand Alternatively or additionally, flow influencing means may be formed in this area, which require a faster mixing of these two gas streams. As a result, the corresponding distance can also be shortened.
  • such means for influencing the flow are internals such as, for example, one or more diaphragms or corresponding baffles.
  • the means for influencing the flow are designed so that a turbulent flow as possible is generated in this region, which leads to good mixing of the two Gas flows leads.
  • the intermediate tube comprises a first intermediate tube and a second intermediate tube lying at least partially outside the first intermediate tube.
  • An intermediate pipe lying at least partially outside the first intermediate pipe means in particular that, for example, the overhang is formed by only one intermediate pipe.
  • a connection of the inner first honeycomb structure to the first intermediate tube and a connection of the outer second honeycomb structure to the second intermediate tube are preferred.
  • the intermediate tubes are in intimate contact with each other, in particular non-positively, positively and / or cohesively connected to each other.
  • a cohesive connection for example by welding or high-temperature brazing is preferred.
  • connection allows on the one hand advantageously a simple construction of the honeycomb body according to the invention, in which the two honeycomb structures are constructed independently of each other and then subsequently the intermediate tubes can be connected to each other.
  • an intimate connection of the intermediate tubes allows a good heat exchange between the two honeycomb structures, which can be particularly advantageous if larger ones Amounts of liquid reactants lead to a spranghaften cooling of the first honeycomb structure.
  • a gap is formed between the first intermediate tube and the second intermediate tube.
  • Such a gap may be advantageous if, during operation, a cooling of the second honeycomb structure by the first honeycomb structure, which in turn can be cooled by a liquid reactant, should be prevented as far as possible, for example because the second honeycomb structure has a catalytically active coating which has a has high light-off temperature. Gap widths of 2 to 5 mm are preferred here.
  • the gap can be sealed by a sealing means, in particular a high-temperature and corrosion-resistant sealing means, in order to prevent a part of the exhaust gas from flowing past the honeycomb structures during operation in the exhaust system of a motor vehicle.
  • the first and / or the second intermediate tube is provided with support means for supporting on other components.
  • a system such as that shown above without the formation of support means may be highly sensitive to vibrations, depending on the frequency spectrum of the corresponding internal combustion engine in whose exhaust system the honeycomb body is to be used.
  • support means for example, rod-shaped support elements can be formed here, which are in particular attached to the front side of the intermediate tube are formed.
  • a support of the intermediate tube via the feed line to the means for adding a reactant to a jacket tube or another component.
  • a corresponding bore can be provided in the at least one intermediate tube through which the supply line passes and with which it is in particular connected in a materially bonded manner.
  • the feed line of a material as stable as possible, such as a metal, in particular a stainless steel tube.
  • the feed line of a corrosion-resistant material, which is also correspondingly temperature-stable.
  • the supply line is provided with a corresponding coating.
  • rod-shaped support means can also be sheet-shaped so planar support means may be formed.
  • the support means can also serve as a flow distribution means, which lead to a corresponding distribution of the exhaust gas flow to the two honeycomb structures during operation of the honeycomb body at the same time.
  • the support means are preferably formed at locations where the at least one intermediate tube without training of the support means would have a correspondingly large oscillation amplitude. These are particularly preferably the protruding end regions of the intermediate tube.
  • the second honeycomb structure is arranged in a jacket tube and at least one intermediate tube is connected to the jacket tube via support means.
  • the second honeycomb structure is then essentially fixed to the adjacent intermediate tube and is thus inserted into the jacket tube.
  • the alignment of the intermediate tube to the shell is now via the support means, so that a permanently substantially equal forces acting on the second honeycomb structure from the jacket.
  • the formation of an intermediate tube with support means advantageously increases the durability of a corresponding honeycomb body.
  • the support means can be designed and configured at appropriate locations, taking into account the corresponding resonant frequencies and high vibration amplitudes in these engines.
  • an exhaust system for a motor vehicle which comprises at least one honeycomb body according to the invention.
  • the exhaust gas system has a throughflow direction, which is formed at least one intermediate tube in the flow direction upstream of an end face of at least one of the first and second honeycomb structure protruding.
  • a supply line for a reactant is formed by the jacket tube or by the jacket tube and the at least one intermediate tube.
  • the liquid supply with a reactant reservoir in particular Re- duMionsstoffreservoir, preferably a reservoir for urea in aqueous solution, connected.
  • a reactant reservoir in particular Re- duMionskarreservoir
  • this is a tank or a reservoir for urea in aqueous solution.
  • conveying means in particular controllable conveying means such as pumps, are formed, through which a reducing agent can be fed through the feed line into the means for adding a reactant.
  • urea injections can take place continuously or else in dependence on the current operating state of the engine and / or the exhaust system. This can be done in particular depending on the concentrations of NO and / or NO 2 .
  • a second honeycomb body through which a fluid can flow is formed with an SCR coating in the flow direction behind the first and the second honeycomb structure.
  • flow mixing means are formed between the first and the second honeycomb structure and the second honeycomb body for mixing a first gas flow flowing through the first honeycomb structure and a second gas flow flowing through the second honeycomb structure.
  • An exhaust system designed in this way can advantageously be used as an S CR exhaust system, with hydrolysis and thermolysis taking place in the first honeycomb structure as explained above.
  • the flow mixing means particularly preferably ensure that as homogeneous a mixing as possible of the gas streams which can flow through the first and the second honeycomb structure can take place, so that the most uniform possible conversion in the SCR catalyst takes place in the third honeycomb structure and / or in the second honeycomb body can.
  • a method for reducing the proportion of nitrogen oxides (NOx) in an exhaust gas stream comprising the following steps: a) splitting the exhaust gas stream into a peripheral and a central flow, b) oxidizing at least part of the fraction of nitrogen monoxide (NO) in the boundary stream; c) hydrolysis of at least a portion of the portion of urea ((NH 2 ) 2 CO) in the central stream; d) mixing the boundary and central flows into a total flow; e) reduction of nitrogen oxides in the total flow.
  • step b), c) and e) are preferably carried out in honeycomb bodies or honeycomb structures, which are formed with a corresponding coating, such as this has been explained above with reference to a honeycomb body according to the invention.
  • urea is introduced into the central flow in aqueous solution.
  • steps b), c) and e) take place when flowing through in each case a honeycomb structure and / or in each case a honeycomb body.
  • honeycomb body according to the invention applies in the same way to the exhaust system according to the invention and can be transferred from the honeycomb body to the exhaust system and vice versa. All the advantages mentioned above in connection with the honeycomb body according to the invention also occur in the exhaust gas system according to the invention and vice versa. The details and advantages disclosed above in particular for the honeycomb body according to the invention and for the exhaust system according to the invention can also be transferred to the method according to the invention and in each case vice versa. In particular, the method according to the invention can be carried out using a honeycomb body according to the invention or an exhaust gas system according to the invention.
  • 1 shows schematically a longitudinal section through a first exemplary embodiment of a honeycomb body according to the invention
  • 2 shows schematically a longitudinal section through a second embodiment of a honeycomb body according to the invention
  • FIG. 3 shows a cross section through the first exemplary embodiment of the honeycomb body according to the invention
  • FIG. 4 shows a cross section of a honeycomb body according to the invention
  • FIG. 5 is a schematic longitudinal section through an exhaust system according to the invention.
  • FIG. 6 schematically shows a cross section through a third embodiment of a honeycomb body according to the invention.
  • Fig. 7 shows schematically a cross section through a fourth exemplary embodiment of a honeycomb body according to the invention.
  • FIG. 1 shows schematically in longitudinal section a honeycomb body 1 according to the invention with a first honeycomb structure 2 through which a fluid can flow and a second honeycomb structure 3 which can be flowed through radially outside the first honeycomb structure 1.
  • the second honeycomb structure is coaxial with the first honeycomb structure 2 in the present exemplary embodiment.
  • the first 2 and the second honeycomb structure 3 are separated from each other by an intermediate tube 4.
  • the intermediate tube 4 protrudes on both sides in a first axial direction 5 by between 5 and 15 centimeters and in the opposite direction by 0.5 to 2 cm beyond the end faces 6 of the honeycomb structures 2, 3 addition.
  • erf ⁇ ndungswash means 7 for adding a reactant in the interior 8 of the intermediate tube 4 are formed.
  • the second honeycomb structure 3 is held in a jacket tube 9. Due to the projecting beyond the end faces 6 intermediate tube 4 takes place during operation of the
  • Honeycomb body 1 in the exhaust system of an automobile a division of the exhaust gas flows through the first honeycomb structure 2 and the second honeycomb structure 3.
  • 3 can be achieved by adjusting the diameter of the intermediate tube and the parameters of the honeycomb structures 2 and 3, in particular with regard to cell density, wall thickness and shape of the individual cells a very accurate distribution of the exhaust gas flow.
  • it is possible and according to the invention in addition to provide separate upstream Gasstromrties wornen, which may for example consist of corresponding funnels or flaps.
  • a correspondingly designed movable flap can be provided, with which the ratio of the gas flows, which flow through the first 2 and second honeycomb structure 3 in operation, can be adapted to the current circumstances.
  • the quantities can be produced by the distribution devices hydrolyzed urea and thus the amount of ammonia formed can be controlled as needed in a downstream SCR catalyst.
  • the embodiment shown in Fig. 1 comprises two honeycomb structures 2, 3 which are not only formed coaxially, but also have the same length.
  • the honeycomb structures 2, 3 can also be formed offset in different lengths and / or against each other.
  • the honeycomb structures 2, 3 overlap in the first direction 5, but these honeycomb structures 2, 3 can be offset in the first direction 5 relative to one another be educated.
  • a reducing agent from an unshown reducing agent reservoir through the means 7 for adding a reactant in the indoor ⁇ cavities are input.
  • the addition of liquid reducing agents or of reducing agent is at least partially as at least one aerosol.
  • the first honeycomb structure 2 is provided with a hydrolysis catalyst coating, conversion of the reducing agent can take place here.
  • urea is used as the reducing agent, hydrolyzing and thermolysis of the urea occur in the first honeycomb structure, resulting in the formation of ammonia (NH 3 ).
  • This ammonia may be used for selective catalytic reduction in a suitably designed downstream catalyst.
  • the region of the second honeycomb structure 3 is at least partially provided with an oxidation catalyst coating, which may possibly catalyze the formation of additional nitrogen dioxide from nitrogen monoxide, there is a risk of damage or destruction of this region if the reducing agent comes into contact with this region , Therefore, it is advantageous to form the means 7 for adding a reactant in the interior 8 of the intermediate tube 4, since this ensures due to the flow conditions in the exhaust system that no reactant b: zw. no reducing agent comes into contact with the second honeycomb structure 3. Thus, it is advantageously ensured that damage to the oxidation catalytic converter region of the second honeycomb structure 3 is effectively avoided.
  • the length 13 of the projecting region 14 of the intermediate tube 4 is selected so that, together with the specific configuration of the means 7 for adding a reactant, the most uniform possible reactant distribution 12 is ensured when it encounters the end face 6 of the first honeycomb structure.
  • the intermediate tube 4 of the honeycomb body 1 also projects on the opposite end face 6. It is preferred that such a pipe socket 32 is provided with an extension 33 which is in the range of 0.5 to 2 cm. This offers the possibility of fastening support structures 20 in order to enable bilateral support of the honeycomb body 1 in the jacket tube 9.
  • Fig. 2 shows a further embodiment of a honeycomb body according to the invention in longitudinal section.
  • this honeycomb body 1 has a third honeycomb structure 15.
  • the third honeycomb structure 15 may be both part of a single honeycomb body 1 together with the second honeycomb structure 3 and the first honeycomb structure 2.
  • the third honeycomb structure 15 may be housed in a separate honeycomb body, in which case the third honeycomb structure 15 is formed downstream of the first honeycomb structure 2 and the second honeycomb structure 3 with respect to a flow direction 16.
  • a region 17 without honeycomb structures is formed between the first 2 and / or the second honeycomb structure 3 and the third honeycomb structure 15. This region 17 has an axial length 18.
  • the axial length 18 is chosen so that in this area under normal operating conditions in the exhaust system of a motor vehicle, a mixing of the two gas streams can be achieved, which flow through the first honeycomb structure 2 and the second honeycomb structure 3, so that the third honeycomb structure 15 with a possible well-mixed gas stream is flowed.
  • flow mixing means 19 may be formed, which lead to the best possible mixing of the two gas streams mentioned above.
  • These flow mixing means 19 may, for example in the form of a baffle plate, one or more straight or rounded plates, which are optionally formed offset from each other, be formed with and / or without holes and optionally also in the form of a conventional known based on a honeycomb mixer structure.
  • the axial length 18 is preferably in a range of 30 to 50 mm, particularly preferably in the range of 35 to 45 mm, particularly preferably 40 mm in length.
  • the exemplary embodiment of a honeycomb body according to the invention shown in FIG. 2 can be used particularly advantageously in a space-saving manner as a system for selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides (NO x) .
  • the honeycomb body according to the invention allows the implementation of a selective catalytic reduction in which only a partial flow of the exhaust gas is subjected to a hydrolysis in a simple manner particularly space-saving, without additional housing for carriers and complex gas ducts are to be formed.
  • the honeycomb body 1 according to the invention can be used in a passenger vehicle or the like, ie in areas in which the available installation space for a unit represents a serious restriction for additional exhaust gas components.
  • a very good implementation of the nitrogen oxides can be carried out in a simple manner, without additional components are needed.
  • Fig. 3 shows a cross section along the section line shown in Fig. 1.
  • the first honeycomb structure 2 which is formed coaxially with the second honeycomb structure 3.
  • the first honeycomb structure 2 and the second honeycomb structure 3 are separated from each other by the intermediate pipe 4.
  • the second honeycomb structure 3 is held in a jacket tube 9.
  • the honeycomb structure 2, 3 are constructed from at least partially structured layers 25 and essentially smooth layers 26, which form channels 27.
  • the honeycomb structures 2, 3 can be constructed of layers as well as ceramic as a monolith.
  • at least partially metallic layers 25, 26 are to be understood here as layers, in particular high-temperature-resistant layers Sheet metal or fiber layers. Layers 25, 26 produce a honeycomb structure in which they are wound and / or stacked and subsequently wound. For this purpose, various possibilities are known from the prior art.
  • FIG. 4 schematically shows a perspective view of a part of a honeycomb body 1 according to the invention in the projecting region 14 of the intermediate tube 4.
  • support structures 20 are formed, which connect the intermediate tube 4 to the jacket tube 9.
  • the support structures 20 - shown here by way of example as four rod-shaped elements - are preferably designed so that vibrations in the coupled system of intermediate tube and jacket tube are prevented as effectively as possible.
  • One possibility here is to provide the support structures 20 at or adjacent to the end of the projecting region 14 facing away from the honeycomb structures 2, 3.
  • vibrations of the system can be effectively prevented.
  • the support structures 20 are not limited in their form to stabformige support structures 20, the training in the form of, for example, sheets is possible and according to the invention.
  • Fig. 5 shows a further exemplary embodiment of a honeycomb body according to the invention in longitudinal section.
  • the projecting region 14 of the intermediate tube 4 is provided with means for dividing the flow in this exemplary embodiment.
  • This is on the one hand a rigid funnel 21, which is attached to the intermediate pipe 4 and on the other hand, a movable flap 22 which can be pivoted in the direction of arrow 23.
  • the pivotable flap 22 allows a very precise control of the proportions of a gas flow, which flow through the first honeycomb structure 2 and the second honeycomb structure 3. So is a very precise control of the ammonia and / or nitrogen dioxide content in the gas stream after the honeycomb structures 2, 3 possible if corresponding coatings on the honeycomb structures 2, 3 are formed.
  • FIG. 5 shows schematically the connection of the agent 7 for adding a reactant via a feed line 11 with a reactant reservoir 24.
  • honeycomb structures 2, 3 are shown which are formed coaxially and overlapping each other, wherein there are partial areas which have no overlap.
  • the honeycomb structures 2, 3 have different lengths and are offset relative to one another. This is also possible in addition to the measures indicated in the embodiments shown above.
  • honeycomb body 1 shows schematically a cross section through a third exemplary embodiment of a honeycomb body 1 according to the invention with a first honeycomb structure 2 and a second honeycomb structure 3.
  • the honeycomb structure each have channel walls 28 which delimit channels 27.
  • the channel walls 28 may be formed as described above by layers 25, 26 or also of ceramic material. For clarity, in both honeycomb structure 2, 3, the channel walls 28 and channels 27 are shown only by way of example.
  • the first honeycomb structure 2 and the second honeycomb structure 3 are formed by a first intermediate tube 29 and a second intermediate tube 30 located outside the first intermediate tube 29.
  • the intermediate tube 29, 30 are separated by a gap 31, which represents an air gap insulation.
  • the width of the gap 31 is preferably in the range of 2 to 5 mm.
  • FIG. 7 shows schematically a cross section through a fourth exemplary embodiment of a honeycomb body 1 according to the invention, which differs essentially from the third exemplary embodiment shown in FIG. 6 in that no gap is cut out between the first intermediate tube 29 and the second intermediate tube 30. is formed, but these are in intimate contact.
  • the intermediate tubes 29, 30 are positively, positively and / or materially connected.
  • a cohesive connection by high-temperature brazing and / or welding is advantageous because a heat exchange between the two honeycomb structure 2, 3 can take place here in an advantageous manner.
  • honeycomb body according to the invention advantageously enables the formation of exhaust gas systems in which the exhaust gas flow is divided and guided through different honeycomb structures 2, 3. This is particularly advantageous for forming an SCR system in which the first honeycomb structure 2 serves as the hydrolysis catalyst and the second honeycomb structure 3 serves as the oxidation catalyst.

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Wabenkörper (1) mit einer ersten für ein Fluid durchströmbaren Wabenstruktur (2) und einer radial außerhalb der ersten Wabenstruktur (2) liegenden zweiten für ein Fluid durchströmbaren Wabenstruktur (3), die zumindest konzentrisch zur ersten Wabenstruktur (2) ist, bei dem die erste (2) und die zweite Wabenstruktur (3) durch ein Zwischenrohr (4) voneinander getrennt sind, wobei das Zwischenrohr (4) wenigstens einseitig in eine erste axiale Richtung (5) um zwischen X und Y cm über eine Stirnseite (6) zumindest einer der Wabenstrukturen (2, 3) hinausragt, wobei Mittel (7) zur Zugabe eines Reaktanden im Inneren (8) des Zwischenrohres (4) ausgebildet sind. Der erfindungsgemäße Wabenkörper ermöglicht in vorteilhafter Weise die Ausbildung von Abgassystemen, bei denen der Abgasstrom geteilt und durch unterschiedliche Wabenstrukturen (2, 3) geführt wird. Insbesondere vorteilhaft ist dies zur Ausbildung eines SCR-Systems, bei dem die erste Wabenstruktur (2) als Hydrolysekatalysator und die zweite Wabenstruktur (3) als Oxidationskatalysator dient.

Description

Wabenkörper mit Mitteln zur Reaktanderizufuhr und entsprechendes Verfahren und Abgassystem
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Wabenkörper mit verschiedenen Wabenstrukturen, sowie ein entsprechendes Verfahren und Abgassystem.
In vielen Staaten gelten gesetzliche Grenzwerte, die die Konzentrationen be- stimmter Schadstoffe im Abgas von Kraftwagen oder Kraftfahrzeugen einhalten müssen. Zur Reduzierung der Konzentration von Stickoxiden (NOx) haben sich verschiedene Verfahren etabliert. Eines dieser Verfahren ist das SCR- Verfahren (selective catalytic reduction, selektive katalytische Reduktion). Dies beruht auf der Einbringung eines Reduktionsmittels wie beispielsweise Harnstoff in den Ab- gasstrom, mit dessen Hilfe mittels selektiv wirkender entsprechender Katalysatoren Stockoxide (NOx) zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) umgesetzt werden.
Aus der DE 199 13 462 Al ist ein Verfahren zur thermischen Hydrolyse und Dosierung von Harnstoff bzw. wässriger Harnstoff lösung in einem Reaktor bekannt, bei dem ein Teilstrom eines Abgases durch einen Hydrolysekatalysator geleitet wird. Nach Hydrolysierung werden die Abgasteilströme wieder zusammengeführt und eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden wird durchgeführt. Nachteilig ist hierbei, dass für den Hydrolysekatalysator ein eigenes Gehäuse und eine separate Teilabgasleitung ausgebildet werden muss.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wabenkörper sowie ein entsprechendes Verfahren und Abgassystem vorzuschlagen, bei dem Teilgasstrom unterschiedlichen katalytischen Reaktionen unterzogen werden können ohne dass ein zusätzliches Gehäuse oder ein zusätzlicher Träger notwendig sind. Weiterhin liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wabenkörper vorzuschlagen, welcher platzsparend mehrere hydrodynamisch voneinander getrennte Reaktions- zonen umfasst. Weiterhin soll ein entsprechendes Abgassystem und ein entsprechendes Verfahren vorgeschlagen werden.
Diese Aufgaben werden gelöst durch einen Wabenkörper mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Abgassystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12, sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Der erfindungsgemäße Wabenkörper weist eine erste Wabenstruktur auf, die für ein Fluid durchströmbar ist. Weiterhin umfasst der Wabenkörper eine radial außerhalb der ersten Wabenstruktur liegende zweite für ein Fluid durchströmbare Wabenstruktur. Die erste und die zweite Wabenstruktur sind durch mindestens ein Zwischenrohr voneinander getrennt, wobei das mindestens eine Zwischenrohr wenigstens einseitig in eine erste axiale Richtung zwischen 5 und 15 Zentimeter über eine Stirnseite zumindest einer der Wabenstrukturen hinausragt. Bevorzugt ist hierbei, dass das mindestens eine Zwischenrohr um 5 bis 10 cm über eine Stirnseite zumindest einer der Wabenstrukturen hinausragt. Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform liegen zwei Zwischenrohre vor, die ineinander liegen.
Durch das einseitig die Stirnseite zumindest einer Wabenstruktur überragende Zwischenrohr erfolgt eine Trennung der Gasströme, die durch den Wabenkörper strömen können. Es wird ein erster Teilgasstrom - eine Zentralströmung - gebildet, welcher die erste Wabenstruktur durchströmt und ein zweiter Teilgasstrom - eine Randströmung - welcher die zweite Wabenstruktur durchströmt. Die beiden Wabenstrukturen sind so durch das Zwischenrohr voneinander getrennt, dass kein Austausch durch das Zwischenrohr stattfinden kann. Dies erlaubt die Ausbildung von unterschiedlichen Reaktionszonen in einem Wabenkörper, ohne dass zusätzliche Komponenten und/oder Stränge einer Abgasleitung vorgesehen werden müssen. Die beiden Reaktionszonen können erfindungsgemäß in einem einzigen Wa- benkörper ausgebildet sein. Insbesondere ist dies von Vorteil, wenn aufgrund der Randbedingungen im Einsatz die beiden Reaktionszonen strikt voneinander ge- trennt werden müssen, eine Vermischung nach Durchströmen der Reaktionszonen aber gewünscht oder notwendig ist.
Grundsätzlich ist aber auch vorteilhaft, wenn mindestens ein Zwischenrohr des Wabenkörpers auf der gegenüberliegenden Stirnseite hinausragt. Bevorzugt ist dabei, dass ein solcher Rohrstutzen mit einer Erstreckung bereitgestellt wird, die von einer Länge des Überhangs des Zwischenrohres von 5 bis 15 cm verschieden, insbesondere kleiner, ist. So wird die Erstreckung vorteilhafter Weise in einem Bereich von 0,5 bis 2,0 cm gewählt. Ein solcher Rohrstutzen kann beispielsweise zur Befestigung einer Stützstruktur dienen, so dass eine beidseitige Lagerung des Wabenkörpers über das mindestens eine Zwischenrohr ermöglicht wird. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass alle Zwischenrohre mit unterschiedlichen Längen hinsichtlich des Überhangs und/oder Erstreckungen des Rohrstutzens ausgebildet sein können.
Die Wabenstruktur weisen Hohlräume auf, die zumindest für ein Fluid beströmbar sind. Das heißt, das Hohlräume mit einem frei durchströmbaren Querschnitt wie beispielsweise Kanäle ausgebildet sein können aber alternativ oder zusätzlich auch Hohlräume, die nicht frei duchströmbar sein können, sondern die verschlos- sen oder zumindest teilweise verschlossen sind, wobei ein Gasstrom durch die Wand des Hohlraums treten kann. Ein solcher Wabenkörper kann beispielsweise als Dieselpartikelfilter eingesetzt werden.
Die Wabenstrukturen können auf unterschiedliche Art und Weise ausgebildet sein. Zum einen ist die Ausbildung zumindest teilweise aus hochtemperaturfesten Edelstahlmaterialien möglich. Hierzu werden zumindest teilweise metallische Lagen ausgebildet, die zumindest teilweise strukturiert werden und gegebenenfalls mit mindestens einer im wesentlichen glatten Lage aufgewickelt werden. Eine andere Möglichkeit besteht aus dem Stapeln mindestens einer zumindest teilweise strukturierten zumindest teilweise metallischen Lage und gegebenenfalls mindestens einer im wesentlichen glatten zumindest teilweise metallischen Lage zu ei- nem Stapel und Verwinden mindestens eines Stapels. Unter einer Lage kann hier insbesondere eine dünne Blechfolie aus hochtemperaturfestem korrosionsfestem Edelstahl insbesondere einem Chrom-Nickel-Edelstahl verstanden werden. Bevorzugt sind hierbei Dicken der Lagen von weniger als 100 μm, bevorzugt weni- ger als 80 μm, besonders bevorzugt weniger als 60 μm, besonders bevorzugt weniger als 40 μm und insbesondere bevorzugt von weniger als 30 μm. Weiterbin ist es auch möglich, die Lage zumindest teilweise aus einem Fasermaterial auszubilden. Hierbei kann es sich um ein metallisches und/oder keramisches Fasermaterial handeln, welches beispielsweise auch mit Blechlagen verstärkt ausgeführt sein kann. Die Fasermaterialien können durch unterschiedliche Prozesse hergestellt sein, insbesondere durch Sintern oder den schichtweisen Aufbau. Für Lagen, die zumindest teilweise aus Fasermaterialien aufgebaut sind, liegt die bevorzugte Lagendicke bei weniger als 2 mm, bevorzugt weniger als 1,5 mm, besonders bevorzugt bei 1 mm oder weniger. Beim Aufbau aus Lagen bilden die strukturierten Bereiche der Lagen mit anderen glatten oder strukturierten Bereichen die Hohlräume oder Kanäle. Die Lagen sind in Verbindungsbereichen kraft-, form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden, wobei eine stoffschlüssige Verbindung wie Schweißen oder Hartlöten bevorzugt wird. Unter Hartlöten wird hier ein Hochtemperaturlötverfahren verstanden, bei dem insbesondere Chrom- Aluminium oder Nickel-Chromstähle mit einem entsprechenden Hartlot, beispielsweise einem Nickelhaltigen Lot, bevorzugt einem Nickel-Basislot verlötet werden.
Beide Wabenstrukturen können gleichartig oder unterschiedlich ausgeführt sein. Insbesondere ist es auch in vorteilhafter Weise möglich, mindestens eine Wabenstruktur aus keramischem Material auszubilden, insbesondere als extrudierter keramischer Wabenkörper. Besonders bevorzugt ist dies für die zentral liegende innere erste Wabenstruktur.
Die Querschnitte der Wabenstrukturen sind bevorzugt kreisrund, jedoch sind auch andere Formen möglich. Insbesondere können hier vieleckige Formen oder auch ovale oder sogenannte „race track" Formen ausgebildet sein. Die Querschnitte der beiden Wabenstrukturen müssen nicht die gleiche Geometrie aufweisen, insbesondere kann beispielsweise eine erste Wabenstruktur mit kreisrunden Querschnitt in einer ovalen Wabenstruktur als erster Wabenstruktur ausgebildet sein. Die Wa- benstruktur sind bevorzugt koaxial oder konzentrisch zueinander ausgebildet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst der erfindungsgemäße Wabenkörper Mittel zur Zugabe eines Reaktanden im Inneren des Zwischenrohres.
Durch die Mittel zur Zugabe eines Reaktanden können Reaktanden in vorher bestimmbaren Mengen so in den Gasstrom eingebracht werden, dass genau eine Wabenstruktur den mit dem Reaktanden angereicherten Gasstrom erhält. So ist es beispielsweise möglich, bei Ausbildung einer Hydrolysekatalysatorbeschichtung für die SCR-Katalyse auf der ersten Wabenstruktur Reduktionsmittel wie insbe- sondere Harnstoff in wässriger Lösung einzubringen. Wenn die zweite Wabenstruktur in diesem Fall eine Oxidationskatalysatorbeschichtung umfasst, so ist diese stark empfindlich auf auch nur geringe Konzentrationen des Reduktionsmittels, insbesondere von Harnstoff. Insbesondere können Beschichtungen auf der zweiten Wabenstruktur vorliegen, die durch das Reduktionsmittel vergiftet wer- den, so dass es bei Inkontakttreten der ersten Wabenstruktur mit Reduktionsmittel zu ernsthaften Schädigungen des Wabenkörpers kommen kann.
Die Mittel zum Zuführen eines Reaktanden können beispielsweise in einer Düse mit einer Zuleitung bestehen, wobei die Düse so im Innenraum des Zwischenroh- res ausgebildet ist, dass gewährleistet ist, dass im Betrieb nur die erste Wabenstruktur in Kontakt mit dem Reaktanden kommt. Eine Zuleitung kann ausgebildet sein, die die Mittel zur Zugabe eines Reaktanden durch ein eventuell außerhalb der ersten Wabenstruktur ausgebildetes Mantelrohr mit einem Reaktandenreser- voir verbindet. Besonders bevorzugt und geeignet ist der erfindungsgemäße Wabenkörper zum Einsatz im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges. Unter einem Kraftfahrzeug ist hier insbesondere ein Automobil, ein motorisiertes Zweirad oder auch ein Wasseroder Luftfahrzeug zu verstehen. Ganz besonders vorteilhaft ist die Kombination eines kleinen Kraftfahrzeugs wie beispielsweise eines Personenkraftwagens oder eines Motorrades mit einem erfindungsgemäßen Wabenkörper. Ein Personenkraftwagen mit einem erfindungsgemäßen Wabenkörper weist besondere Vorteile in Bezug auf die Platzersparnis im Abgassystem dieses Kraftfahrzeuges auf. Bevorzugt ist hier ein Personenkraftwagen mit Dieselantrieb.
Das Überragen des Zwischenrohres über zumindest eine Stirnseite der ersten und/oder zweiten Wabenstruktur von 5 bis 10 Zentimetern hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da ein solcher Überstand zum einen gewährleistet, dass das durch die Mittel zur Einführung eines Reaktanden eingeführte Reaktand gleichmäßig verteilt wird, bevor es auf die Stirnseite der ersten Wabenstruktur auftrifft. Hierdurch ist eine möglichst gleichmäßige Reaktion der ersten Wabenstruktur ermöglicht. Zum anderen ist dieser Überhang des Zwischenrohres so klein, dass trotzdem eine kompakte und kleine Bauweise des erfindungsgemäßen Wabenkörpers möglich ist. Weiterhin besonders vorteilhaft sind Überhänge des Zwischenrohres von 5 bis 10 Zentimetern, besonders bevorzugt von 6 bis 8 Zentimetern.
Durch die Dimensionierung der Wabenstrukturen und des Zwischenrohres kann eine vorteilhafte Verteilung eines Gasstroms im Betrieb des Wabenkörpers auf die einzelnen Wabenstrukturen erreicht werden. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Aufteilung des Gasstroms erwiesen, bei der der die erste Wabenstruktur mit etwa einem Drittel des Abgasvolumenstroms beaufschlagt wird, während die zweite Wabenstruktur mit etwa zwei Drittel des Abgasvolumenstroms beaufschlagt wird. Beim Einsatz in einem SCR-System, bei dem die erste Wabenstruk- tur eine Hydrolysekatalysatorbeschichtung aufweist und die zweite Wabenstruktur eine Oxidationskatalysatorbeschichtung umfasst kann so gewährleistet werden, dass genügend Ammoniak hinter den Wabenstrukturen zur Verfügung gestellt wird um eine möglichst vollständige Umsetzung der Stickoxide zu ermöglichen. Je nach Ausbildung der entsprechenden SCR-Beschichtung kann ein gewisser Anteil an Stickstoffdioxid (NO2) erforderlich sein, der durch Oxidation des übli- cherweise im Abgas vorhandenen Stickstoffmonoxids (NO) zu Stickstoffdioxid im Oxidationskatalysator, also in der zweiten Wabenstruktur, erhalten wird. Die genaue Aufteilung des Gasstroms auf die beiden Wabenstrukturen kann einerseits allein durch die Dimensionierung des Zwischenrohres und der Wabenstrukturen erreicht werden. Hierbei können verschiedene Parameter geändert werden, die letztendlich den Strömungswiderstand der jeweiligen ersten und zweiten Wabenstrukturen bestimmen. Dies sind insbesondere die Zelldichten in den jeweiligen Wabenstrukturen und die Wandstärken der Hohlräume bzw. Kanäle der Wabenstrukturen.
Insbesondere haben sich erste und/oder zweite Wabenstrukturen als vorteilhaft erwiesen, die aus metallischen Blechfolien aufgewickelt bzw. verwunden werden. Insbesondere weist die erste Wabenstruktur metallische Wandungen einer Dicke von weniger als 80 oder 60 μm, bevorzugt weniger als 40 μm und besonders bevorzugt weniger als 30 μm auf. Bevorzugte Zelldichten für die erste Wabenstruk- tur liegen bei 200 bis 800 cpsi (cells per Square inch, Zellen pro Quadratzoll), bevorzugt bei 400 bis 600 cpsi. Die zweite Wabenstruktur ist bevorzugt aus metallischen Lagen aufgebaut. Beim Einsatz von Blechfolien sind hier Dicken von Blechfolien von weniger als 60 μm, bevorzugt weniger als 40 μm, besonders bevorzugt weniger als 30 μm. Hierbei sind Zelldichten der zweiten Wabenstruktur bevorzugt die im Bereich von 200 bis 1000 cpsi, bevorzugt im Bereich von 400 bis 600 cpsi liegen. Bevorzugt ist hierbei, dass die Lagen (beispielsweise Blechfolien oder Lagen aus für ein Fluid durchströmbaren Materialien), aus denen die erste Wabenstruktur zumindest teilweise ausgebildet ist, dicker sind als die Lagen, aus denen die zweite Wabenstruktur ausgebildet sind. Bevorzugt sind Lagendi- cken in der ersten Wabenstruktur von bis zu 100 Mikrometern, bevorzugt von bis zu 120 Mikrometern, besonders bevorzugt von bis zu 150 Mikrometern. Weiterhin ist es auch vorteilhaft möglich, zusätzliche Mittel zur Strömungsteilung bzw. Strömungsverteilung vorzusehen. Diese können am überragenden Teil des Zwischenrohres ausgebildet sein. Hierbei sind einerseits statische Mittel möglich wie beispielsweise als eine Aufweitung oder Verengung des Zwischenrohres in Form nach Art eines Trichters. Andererseits ist es alternativ oder zusätzlich möglich, bewegbare Mittel zur Strömungsteilung bzw. -Verteilung vorzusehen wie beispielsweise in einfachster Form Klappen, die den durchströmbaren Querschnitt verändern können. So kann beispielsweise eine schwenkbare Klappe am oder im Zwischenrohr ausgebildet sein, deren Öffnungswinkel den Anteil des Gasstroms bestimmt, welcher durch die erste und die zweite Wabenstruktur strömt. So können sehr genaue Regelkreisläufe ausgebildet werden, die beim Einsatz in einem SCR-Katalysesystem wie oben dargelegt dazu führen, dass beispielsweise der Ammoniak- oder Stickstoffdioxidanteil im Gas hinter den Wabenstrukturen sehr genau bestimmt werden kann. Dieser kann somit genau an die momentan gegebenen Bedürfnisse im Abgas abgestimmt werden. So können insbesondere auch Veränderungen der katalytisch aktiven Beschichtungen der ersten und/oder der zweiten Wabenstruktur berücksichtigt werden so dass beispielsweise die Veränderung der Umsetzungsrate aufgrund der Alterung des Katalysators in der ersten und/oder zweiten Wabenstruktur berücksichtigt werden kann. Somit können selbst bei Alterung der ersten und/oder der zweiten Wabenstruktur unverändert gute Ergebnissen bei der Umsetzung von Stickoxiden im Abgas erreicht werden.
Die erste und die zweite Wabenstruktur weisen bevorzugt eine Länge von 50 bis 150 mm, bevorzugt 80 bis 120 mm auf. Die erste und die zweite Wabenstruktur können unterschiedliche Längen aufweisen. Die erste und die zweite Wabenstruktur können gegeneinander versetzt ausgebildet sein. Unabhängig davon ist es bevorzugt, dass die Wabenstrukturen in einer radialen Richtung einander zumindest teilweise überlappen. Es existiert also bei dieser Ausführungsform in jedem Fall ein Bereich, insbesondere zumindest ein Teilbereich des Wabenkörpers, bei dem ein Schnitt in einer radialen Richtung, die senkrecht zur ersten axialen Richtung ist, sowohl Teile der erste Wabenstruktur als auch Teile der zweiten Wabenstruktur umfasst.
Die zumindest teilweise Durchströmbarkeit der ersten und zweiten Wabenstruktu- re wird bevorzugt durch die Ausbildung von sich durch die Wabenstrukturen erstreckenden Kanälen ermöglicht. Diese Kanäle können zumindest teilweise verschlossen sein, wobei bevorzugt für ein Fluid zumindest teilweise durchströmbare Wände zwischen diesen zumindest teilweise verschlossenen Kanälen ausgebildet sind. Die Ausbildung von Hohlräumen, deren Querschnitt größer als Abmessun- gen der Kanäle ist, ist möglich und erfindungsgemäß, beispielsweise durch Bildung von Löchern in Lagen, aus denen die erste und/oder die zweite Wabenstruktur ausgebildet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wabenkör- pers ist in einer zweiten Richtung, die im wesentlichen entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung ist, hinter der ersten und der zweiten Wabenstruktur eine dritte Wabenstruktur ausgebildet.
Besonders bevorzugt ist hierbei die Ausbildung der dritten Wabenstrukturen in einem definierten Abstand hinter der entsprechenden Stirnseite der ersten und/oder der zweiten Wabenstruktur. Besonders bevorzugt ist hierbei ein Abstand von 30 bis 50 mm, insbesondere von 35 bis 45 mm hinter der Stirnseite der ersten und/oder der zweiten Wabenstruktur. Alternativ dazu ist es möglich, den Abstand in Abhängigkeit vom Außendurchmesser insbesondere der zweiten Wabenstruktur zu bestimmen, so dass insbesondere ein monoton steigender Verlauf des Abstandes in Abhängigkeit vom Durchmesser verwirklicht wird. Alternativ und/oder zusätzlich kann auch die Länge des Überhangs des Zwischenrohres über die entsprechende Stirnseite der ersten und/oder der zweiten Wabenstruktur in Abhängigkeit vom Durchmesser des Zwischenrohres und/oder der Konfiguration der Mittel zur Zuführung eines Reaktanden erfolgen. Je nach Konfiguration und insbesondere der Verteilungscharakteristik der Mittel, die insbesondere eine Düse umfassen, kann der Überhang kürzer oder länger gestaltet werden. Grundsätzlich kann der Überhang umso kürzer ausfallen, je gleichmäßiger die Mittel zur Zuführung eines Reaktanden das Reaktand bis zum Auftreffen auf die Stirnseite der ersten Wabenstruktur verteilen. Insbesondere können die Mittel zur Zuführung eines Reaktanden eine punkt- oder ringförmige Düse umfassen. Alternativ oder zusätzlich können Mittel zur Verteilung des Reaktanden zwischen den Mitteln zur Zuführung des Reaktanden und der Stirnseite der ersten Wabenstruktur ausgebildet sein. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine Prallplatte oder ähnliches handeln. Diese Mittel zur Verteilung des Reaktanden gewährleisten eine mög- liehst gleichförmige Verteilung des Reaktanden in der die erste Wabenstruktur durchströmenden Zentralströmung.
Beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers in einem System zur SCR- Umsetzung von Stickoxiden und auch bei anderen Anwendungsgebieten dient dieser Zwischenraum zwischen der ersten und/oder zweiten Wabenstruktur einerseits und der dritten Wabenstruktur andererseits der Vermischung der Teilgasströme, die im Betrieb durch die erste und die zweite Wabenstruktur strömen. Beim Einsatz in einem SCR-System kann so die Bildung eines Gasgemisches befördert werden, welches durchgehend eine möglichst homogene Konzentration an Ammoniak enthält. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die dritte Wabenstruktur eine SCR-Beschichrung aufweist.
Besonders bevorzugt weist mindestens eine der Wabenstrukturen eine katalytisch aktive Beschichtung auf. Diese besteht beispielsweise in einem Katalysatormate- rial (wie z. B. Edelmetallkatalysatoren wie Platin, Rhodium, Rhutenium, Palladium und ähnliches), der in einer keramischen Beschichtung aufgetragen wird. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Auftragung von Beschichtung in Form eines keramischen Washcoats. Auch die zusätzliche oder alternative Aufbringung von Alumosilikaten wie insbesondere Zeolithen wie beispielsweise Zeolithen vom X-, Y-, A-, Faujasit- oder ZSM-Typ ist erfindungsgemäß möglich. Besonders bevorzugt ist ein Wabenkörper, der in einem SCR-System zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden eingesetzt werden kann. Bei einem solchen weist in besonders bevorzugter Weise die erste Wabenstruktur eine Hyd- rolysekatalysatorbeschichtung auf. Weiterhin umfasst die zweite Wabenstruktur bevorzugt eine Oxidationskatalysatorbeschichtung. Die dritte Wabenstruktur weist insbesondere eine SCR-Beschichtung auf.
In der dritten Wabenstruktur erfolgt im Betrieb bevorzugt eine Umsetzung von Stickstoffmonoxid (NO) und gegebenenfalls Stickstoffdioxid (NO2) mit Ammoni- ak (NH3) und gegebenenfalls mit Sauerstoff zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O). Nebenreaktionen sind möglich, wobei die Hauptreaktion die eigentlich gewünschte Reaktion darstellt. Aufgrund der teilweise recht restriktiven gesetzlichen Bestimmungen in Bezug auf Ammoniak kann dieses nicht direkt an Bord eines Automobils mitgeführt werden sondern muss aus anderen Reaktanden gewonnen werden. Hierbei hat sich insbesondere die Erzeugung von Ammoniak aus Harnstoff ((NH2)2CO) in wässriger Lösung als vorteilhaft erwiesen. Somit ist es notwendig, aus Harnstoff Ammoniak zu erzeugen. Dies geschieht bevorzugt in der ersten Wabenstruktur, die eine entsprechende katalytisch aktive Beschichtung aufweist. In der ersten Wabenstruktur erfolgt neben einer Hydrolyse eine Thermo- lyse. Die Thermolyse bewirkt eine temperaturbedingte Reduktion von Harnstoff zu Ammoniak und einem Zwischenprodukt wie beispielsweise Isocyansäure (HCNO). Bei der Hydrolyse wird wiederum diese Isocyansäure mit Wasser zu Ammoniak und Kohlendioxid (CO2) katalysiert.
Besonders bevorzugt ist das zwischen der dritten Wabenstruktur einerseits und der ersten und/oder zweiten Wabenstruktur andererseits ein Mindestabstand von 2,5 Zentimetern, bevorzugt ein Abstand von zwischen 3 Zentimetern und 5 Zentimetern oder auch von 3,5 bis 4,5 Zentimetern ausgebildet ist. Es ist einerseits möglich, dass dieser Bereich im wesentlichen einbautenfrei ausgeführt ist, so dass in diesem Bereich eine Vermischung der Gasströme stattfinden kann, die jeweils die erste und die zweite Wabenstruktur im Betrieb passieren. Andererseits können alternativ oder zusätzlich auch Strömungsbeeinflussungsmittel in diesem Bereich ausgebildet sein, die eine schnellere Vermischung dieser beiden Gasströme fordern. Hierdurch kann der entsprechende Abstand auch verkürzt werden. Insbesondere stellen solche Mittel zur Strömungsbeeinflussung Einbauten wie beispiels- weise ein oder mehrere Blenden oder auch entsprechende Prallplatten dar. In jedem Fall sind die Mittel zur Strömungsbeeinflussung so ausgebildet, dass eine möglichst turbulente Strömung in diesem Bereich erzeugt wird, die zu einer guten Durchmischung der beiden Gasströme fuhrt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfmdungsgemäßen Wabenkörper umfasst das Zwischenrohr ein erstes Zwischenrohr und ein zumindest teilweise außerhalb des ersten Zwischenrohrs liegendes zweites Zwischenrohr.
Ein zumindest teilweise außerhalb des ersten Zwischenrohres liegendes Zwi- schenrohr bedeutet insbesondere, dass beispielsweise der Überhang durch nur ein Zwischenrohr gebildet ist. Bevorzugt ist hierbei eine Verbindung der innen liegenden ersten Wabenstruktur mit dem ersten Zwischenrohr und eine Verbindung der außen liegenden zweiten Wabenstruktur mit dem zweiten Zwischenrohr. Insbesondere liegt eine kraft-, form- und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen mindestens einer Wabenstruktur und mindestens einem Zwischenrohr vor. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei denen die Zwischenrohre in innigem Kontakt aneinander liegen, insbesondere kraft-, form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch Schweißen oder Hochtemperatur Hartlöten ist bevorzugt. Eine solche Verbindung gestattet einerseits in vorteilhafter Weise einen einfachen Aufbau des erfindungsgemäßen Wabenkörpers, in dem die beiden Wabenstrukturen unabhängig voneinander aufgebaut und dann anschließend die Zwischenrohre miteinander verbunden werden können. Andererseits ermöglicht eine innige Verbindung der Zwischenrohre einen guten Wärmeaustausch zwischen den beiden Wabenstrukturen, der insbesondere dann vorteilhaft sein kann, wenn größere Mengen flüssigen Reaktanden zu einer spranghaften Abkühlung der ersten Wabenstruktur fuhren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wa- benkörpers ist zwischen dem ersten Zwischenrohr und dem zweiten Zwischenrohr ein Spalt ausgebildet ist.
Ein solcher Spalt kann vorteilhaft sein, wenn im Betrieb ein Auskühlen der zweiten Wabenstruktur durch die erste Wabenstruktur, welche wiederum durch einen flüssigen Reaktanden abgekühlt werden kann, möglichst verhindert werden soll, weil beispielsweise die zweite Wabenstruktur eine katalytisch aktive Beschich- tung aufweist, die eine hohe Anspringtemperatur aufweist. Bevorzugt sind hier Spaltbreiten von 2 bis 5 mm. In Durchströmungsrichtung kann der Spalt durch ein Dichtmittel, insbesondere ein hochtemperatur- und korrosionsfestes Dichtmittel, abgedichtet sein, um zu verhindern, dass im Betrieb im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges ein Teil des Abgases an den Wabenstrukturen vorbeiströmt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das erste und/oder das zweite Zwischenrohr mit Stützmitteln zur Abstützung an anderen Bauteilen versehen.
Ein System wie das oben dargestellte ohne die Ausbildung von Stützmitteln kann je nach Frequenzspektrum der entsprechenden Verbrennungskraftmaschine, in deren Abgassystem der Wabenkörper zum Einsatz kommen soll, stark empfindlich für Schwingungen sein. Durch das regelmäßig im Vergleich zu den Kanal- Wandungen sehr dicke mindestens eine Zwischenrohr mit einer großen Masse kommt es zu einem System, welches insbesondere bei niedrigen Frequenzen Resonanzen aufweist. Eine entsprechende Resonanz kann aber das gesamte System stören oder schädigen. Von daher ist es vorteilhaft, hier Stützmittel vorzusehen, die das Zwischenrohr insbesondere an einem Mantelrohr oder auch an anderen Bauteilen wie der Abgasleitung abstützen. Als Stützmittel können hier beispielsweise stabförmige Stützelemente ausgebildet sein, die insbesondere an der Stirn- seite des Zwischenrohres ausgebildet sind. Weiterhin ist es möglich, alternativ oder zusätzlich eine Abstützung des Zwischenrohres über die Zuleitung zum Mittel zur Zugabe eines Reaktanden an einem Mantelrohr oder einem anderen Bauteil abzustützen. Hierzu kann im mindestens einen Zwischenrohr eine entsprechende Bohrung vorgesehen sein, durch die die Zuleitung durchtritt und mit der diese insbesondere stoffschlüssig verbunden ist. Hierzu ist es vorteilhaft, die Zuleitung aus einem möglichst stabilen Material wie beispielsweise einem Metall, insbesondere einem Edelstahl-Rohr auszubilden. Weiterhin ist es vorteilhaft, die Zuleitung aus einem korrosionsfestem Material auszubilden, welches auch entsprechend temperaturstabil ist. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Zuleitung mit einer entsprechenden Beschichtung versehen ist.
Neben stabförmigen Stützmitteln können auch blechförmige also flächige Stützmittel ausgebildet sein. Die Stützmittel können gleichzeitig auch als Strömungs- Verteilungsmittel dienen, die zu einer entsprechenden Verteilung des Abgasstroms auf die beiden Wabenstrukturen im Betrieb des Wabenkörpers fuhren. Die Stützmittel sind bevorzugt an Stellen ausgebildet, an denen das mindestens eine Zwischenrohr ohne Ausbildung der Stützmittel eine entsprechend große Schwingungsamplitude aufweisen würde. Dies sind besonders bevorzugt die überstehen- den Endbereiche des Zwischenrohres.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wabenkörpers ist zumindest die zweite Wabenstruktur in einem Mantelrohr angeordnet und mindestens ein Zwischenrohr über Stützmittel mit dem Mantelrohr ver- bunden ist. Damit ist insbesondere gemeint, dass keine zusätzlichen Verbindungen, wie z.B. Schweiß- oder Hartlötverbindungen, zwischen Mantelrohr und der zweiten Wabenstruktur vorgesehen sind. Die zweite Wabenstruktur ist dann im wesentlichen an dem angrenzenden Zwischenrohr fixiert und wird so in das Mantelrohr eingeschoben. Die Ausrichtung des Zwischenrohres zum Mantel erfolgt nun über die Stützmittel, so dass eine dauerhaft im wesentlichen gleiche Kräfte vom Mantel auf die zweite Wabenstruktur einwirken. Die Ausbildung eines Zwischenrohres mit Stützmitteln erhöht in vorteilhafter Weise die Dauerhaltbarkeit eines entsprechenden Wabenkörpers. Insbesondere beim Einsatz eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers mit Stützmitteln im Abgas- System eines Automobils mit Dieselmaschine können die Stützmittel so ausgeführt und an entsprechenden Stellen ausgebildet sein, dass hierbei den entsprechenden Resonanzfrequenzen und hohen Schwingungsamplituden bei diesen Motoren Rechnung getragen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt des erfinderischen Gedankens wird ein Abgassystem für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches mindestens einen erfindungsgemäßen Wabenkörper umfasst. Das Abgassystem weist eine Durchströmungsrichtung auf, das mindestens eine Zwischenrohr ist in Durchströmungsrichtung stromaufwärts über eine Stirnseite zumindest einer der ersten und zweiten Waben- struktur hinausragend ausgebildet. In Strömungsrichtung vor den Wabenstrukturen ist eine Zuleitung für einen Reaktanden durch das Mantelrohr oder durch das Mantelrohr und das mindestens eine Zwischenrohr ausgebildet ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgassystems ist die Flüssigkeitszufuhrung mit einem Reaktandenreservoir, insbesondere Re- duMionsmittelreservoir, bevorzugt einem Reservoir für Harnstoff in wässriger Lösung, verbunden. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen Tank oder ein Reservoir für Harnstoff in wässriger Lösung. Bevorzugt sind auch Fördermittel, insbesondere regelbare Fördermittel wie beispielsweise Pumpen, ausgebildet, durch die ein Reduktionsmittel durch die Zuleitung in die Mittel zur Zugabe eines Reaktanden zufuhrbar sind. Insbesondere können so kontinuierlich oder auch in Abhängigkeit vom momentanen Betriebszustand des Motors und/oder des Abgassystems Harnstoffeinspritzungen erfolgen. Dies kann insbesondere in Abhängigkeit von den Konzentrationen von NO und/oder NO2 erfolgen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Abgassystems ist ein zweiter für ein Fluid durchströmbarer Wabenkörper mit einer SCR-Beschichtung in Durchströmungsrichtung hinter der ersten und der zweiten Wabenstruktur ausgebildet. Besonders bevorzugt ist in diesem Zusammenhang, dass zwischen der ersten und der zweiten Wabenstruktur und dem zweiten Wabenkörper Strömungsvermischungsmittel zur Vermischung eines durch die erste Wabenstruktur durchströmenden ersten Gasstroms und eines durch die zweite Wabenstruktur durchströmenden zweiten Gasstroms ausgebildet sind.
Ein solchermaßen ausgebildetes Abgassystem kann in vorteilhafter Art und Weise als S CR- Abgassystem eingesetzt werden, wobei wie oben dargelegt in der ersten Wabenstruktur eine Hydrolyse und Thermolyse erfolgt. Die Strömungsvermischungsmittel sorgen besonders bevorzugt dafür, dass eine möglichst homogene Durchmischung der Gasströme, die durch die erste und die zweite Wabenstruktur durchströmen können, erfolgen kann, so dass eine möglichst gleichmäßige Umsetzung im SCR-Katalysator in der dritten Wabenstruktur und/oder im zweiten Wabenkörper erfolgen kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt des erfinderischen Gedankens wird ein Verfahren zur Reduktion des Anteils von Stickoxiden (NOx) in einem Abgasstrom, umfassend die folgenden Schritte vorgeschlagen: a) Aufteilung des Abgasstroms in eine Rand- und eine Zentralströmung, b) Oxidieren zumindest eines Teils des Anteils von Stickstoffmonoxids (NO) in der Randströmung; c) Hydrolyse zumindest eines Teils des Anteils von Harnstoff ((NH2)2CO) in der Zentralströmung; d) Mischen der Rand- und Zentralströmung zu einer Gesamtströmung; e) Reduktion von Stickoxiden in der Gesamtströmung.
Hierbei erfolgen die Schritte b), c) und e) bevorzugt in Wabenkörpern oder Wabenstrukturen, die mit einer entsprechenden Beschichtung ausgebildet sind, wie dies oben anhand eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers dargelegt wurde. Bevorzugt erfolgt in Schritt e) eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird Harnstoff in wässriger Lösung in die Zentralströmung eingebracht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgen die Schritte b), c) und e) beim Durchströmen jeweils einer Wa- benstruktur und/oder jeweils eines Wabenkörpers.
Die oben gemachten Ausführungen zu einem erfindungsgemäßen Wabenkörper treffen in gleicher Weise auf das erfindungsgemäße Abgassystem zu und lassen sich vom Wabenkörper auf das Abgassystem übertragen und umgekehrt. Alle o- ben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Wabenkörper genannten Vorteile treten auch beim erfindungsgemäßen Abgassystem auf und umgekehrt. Die oben insbesondere zum erfindungsgemäßen Wabenkörper und zum erfindungsgemäßen Abgassystem offenbarten Details und Vorteile lassen sich auch auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen und jeweils umgekehrt. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers oder eines erfindungsgemäßen Abgassystems durchgeführt werden.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden, ohne dass die Erfindung auf die dort gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt wäre. Es zeigen:
Fig. 1 : schematisch einen Längsschnitt durch ein erstes Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers; Fig. 2: schematisch einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers,
Fig. 3: einen Querschnitt durch das erste Ausfuhrungsbeispiel des erfindungsge- mäßen Wabenkörpers;
Fig. 4: einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers;
Fig. 5: schematisch einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Abgassys- tem;
Fig. 6 schematisch einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers; und
Fig. 7 schematisch einen Querschnitt durch ein viertes Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörper.
Fig. 1 zeigt schematisch im Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Wabenkörper 1 mit einer ersten für ein Fluid durchströmbaren Wabenstruktur 2 und einer radial außerhalb der ersten Wabenstruktur 1 liegenden zweiten für ein Fluid durchströmbaren Wabenstruktur 3. Die zweite Wabenstruktur ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel koaxial zur ersten Wabenstruktur 2. Die erste 2 und die zweite Wabenstruktur 3 sind durch ein Zwischenrohr 4 voneinander getrennt. Das Zwischenrohr 4 ragt beidseitig in eine erste axiale Richtung 5 um zwischen 5 und 15 Zentimeter und in entgegengesetzter Richtung um 0,5 bis 2 cm über die Stirnseiten 6 der Wabenstrukturen 2, 3 hinaus. Weiterhin sind erfϊndungsgemäß Mittel 7 zur Zugabe eines Reaktanden im Innenraum 8 des Zwischenrohres 4 ausgebildet.
Die zweite Wabenstruktur 3 ist in einem Mantelrohr 9 gehalten. Aufgrund des über die Stirnseiten 6 hinausragenden Zwischenrohres 4 erfolgt im Betrieb des
Wabenkörpers 1 im Abgassystem eines Automobils eine Aufteilung der Abgas- ströme, die durch die erste Wabenstruktur 2 und die zweite Wabenstruktur 3 hindurchströmen. Je nach Ausbildung der Wabenstrukturen 2, 3 kann durch Anpassung des Durchmessers des Zwischenrohres sowie der Parameter der Wabenstrukturen 2 und 3 insbesondere im Hinblick auf Zelldichte, Wandstärke und Form der einzelnen Zellen eine recht genaue Aufteilung des Abgasstromes erreicht werden. Insbesondere ist es hier vorteilhaft, den Abgasstrom so zu teilen, dass etwa zwei Drittel des Abgasstroms die äußere zweite Wabenstruktur 3 durchströmen, während etwa ein Drittel des Abgasstroms über die erste innere Wabenstruktur 2 geleitet wird. Weiterhin ist es möglich und erfindungsgemäß, zusätzlich separate vorgeschaltete Gasstromteilungseinrichtungen vorzusehen, die beispielsweise aus entsprechenden Trichtern oder Klappen bestehen können. Weiterhin ist es möglich, diese Verteileinrichtungen regelbar zu machen. Insbesondere eine entsprechend ausgebildete bewegliche Klappe kann vorgesehen sein, mit der das Verhältnis der Gasströme, die die erste 2 und zweite Wabenstruktur 3 in Betrieb durchströmen, an die momentanen Gegebenheiten angepasst werden kann.
Insbesondere bei Ausbildung einer Hydrolysekatalysatorbeschichtung auf der ersten Wabenstruktur 2, gegebenenfalls einer speziellen Oxidationskatalysatorbe- schichtung auf der zweiten Wabenstruktur 3 und bei Einspritzung von Redukti- onsmittel, insbesondere von Harnstoff in wässriger Lösung durch die Mittel 7 zur Zugabe eines Reaktanden können durch die Verteileinrichtungen die Mengen an hydrolisierten Harnstoff und damit die Menge an gebildetem Ammoniak in Abhängigkeit vom Bedarf in einem stromabwärts ausgebildeten SCR-Katalysator geregelt werden.
Das in Fig. 1 gezeigte Ausfuhrungsbeispiel umfasst zwei Wabenstrukturen 2, 3 die nicht nur koaxial ausgebildet sind, sondern auch die gleiche Länge aufweisen. Grundsätzlich können die Wabenstrukturen 2, 3 auch in unterschiedlicher Länge und/oder gegeneinander versetzt ausgebildet sein. Insbesondere ist es auch mög- lieh, dass die Wabenstrukturen 2, 3 in der ersten Richtung 5 überlappen, jedoch können diese Wabenstrukturen 2, 3 in der ersten Richtung 5 versetzt zueinander ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist hier jedoch, dass zumindest ein Teilbereich besteht, in dem ein Schnitt in einer radialen Richtung 10 durch den Wabenkörper 1 sowohl einen Teil der ersten Wabenstruktur 2, als auch einen Teil der zweiten Wabenstruktur 3 umfasst.
Wenn der Wabenkörper 1 im Abgassystem eines Automobils eingebaut ist, kann durch die Zuleitung 11 ein Reduktionsmittel aus einem nicht gezeigten Reduktionsmittelreservoir über die Mittel 7 zur Zugabe eines Reaktanden in den Innen- ■ räum 8 des Zwischenrohres 4 eingegeben werden. Bevorzugt ist hier die Zugabe von flüssigen Reduktionsmitteln oder von Reduktionsmittel zumindest teilweise als mindestens ein Aerosol. Ist die erste Wabenstruktur 2 mit einer Hydrolysekata- lysatorbeschichtung versehen, so kann hier eine Umsetzung des Reduktionsmittels erfolgen. Insbesondere dann, wenn als Reduktionsmittel Harnstoff verwendet wird, erfolgt in der ersten Wabenstruktur eine Hydrolysierung und eine Thermoly- se des Harnstoffs, aufgrund derer Ammoniak (NH3) entsteht. Dieser Ammoniak kann zur selektiven katalytischen Reduktion in einem entsprechend ausgebildeten stromabwärts gelegenen Katalysator verwendet werden. Hierbei erfolgt eine Umsetzung von Stickoxiden (NOx) zu Stickstoff (N2) bei Freisetzung von Wasser. Ist nun der Bereich der zweiten Wabenstruktur 3 zumindest teilweise mit einer Oxi- dationskatalysatorbeschichtung, die gegebenenfalls die Bildung von zusätzlichem Stickstoffdioxid aus Stickstoffmonoxid katalysieren kann, versehen, besteht die Gefahr einer Schädigung oder einer Zerstörung dieses Bereichs, wenn das Reduktionsmittel mit diesem Bereich in Kontakt kommt. Von daher ist es vorteilhaft, die Mittel 7 zur Zugabe eines Reaktanden im Innenraum 8 des Zwischenrohres 4 aus- zubilden, da dadurch aufgrund der Strömungsverhältnisse im Abgassystem gewährleistet ist, dass kein Reaktand b:zw. kein Reduktionsmittel mit der zweiten Wabenstruktur 3 in Berührung kommt. So ist in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass eine Schädigung des Oxidationskatalysatorbereichs der zweiten Wabenstruktur 3 wirksam vermieden wird. Die Länge 13 des überragenden Bereichs 14 des Zwischenrohres 4 ist so gewählt, dass gemeinsam mit der spezifischen Ausgestaltung der Mittel 7 zur Zugabe eines Reaktanden eine möglichst gleichmäßige Reaktandenverteilung 12 beim Auftref- fen auf die Stirnseite 6 der ersten Wabenstruktur gewährleistet ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ragt das Zwischenrohr 4 des Wabenkörpers 1 auch auf der gegenüberliegenden Stirnseite 6 hinaus. Bevorzugt ist dabei, dass ein solcher Rohrstutzen 32 mit einer Erstreckung 33 bereitgestellt wird, die im Bereich von 0,5 bis 2 cm liegt. Dies bietet die Möglichkeit der Befestigung von Stützstrukturen 20, um eine beidseitige Lagerung des Wabenkörpers 1 im Mantelrohr 9 zu ermöglichen.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers im Längsschnitt. Zusätzlich zu den in Fig. 1 gezeigten Bauteilen weist dieser Wabenkörper 1 eine dritte Wabenstruktur 15 auf. Die dritte Wabenstruktur 15 kann sowohl Teil eines einzigen Wabenkörpers 1 zusammen mit der zweiten Wabenstruktur 3 und der ersten Wabenstruktur 2 sein. Alternativ kann auch die dritte Wabenstruktur 15 in einem getrennten Wabenkörper untergebracht sein, m diesem Fall ist die dritte Wabenstruktur 15 in Bezug auf eine Durchströmungs- richtung 16 stromabwärts der ersten Wabenstruktur 2 und der zweiten Wabenstruktur 3 ausgebildet. Zwischen der ersten 2 und/oder der zweiten Wabenstruktur 3 und der dritten Wabenstruktur 15 ist ein Bereich 17 ohne Wabensfrukturen ausgebildet. Dieser Bereich 17 weist eine axiale Länge 18 auf. Die axiale Länge 18 ist so gewählt, dass in diesem Bereich unter normalen Betriebsbedingungen im Abgassystem eines Kraftfahrzeuges eine Durchmischung der beiden Gasströme erreicht werden kann, die durch die erste Wabenstruktur 2 und die zweite Wabenstruktur 3 strömen, so dass die dritte Wabenstruktur 15 mit einem möglichst gut durchmischten Gasstrom beströmt wird. Alternativ und/oder zusätzlich können Strömungsvermischungsmittel 19 ausgebildet sein, die die zu einer möglichst gu- ten Vermischung der beiden oben genannten Gasströme führen. Diese Strömungsvermischungsmittel 19 können beispielsweise in Form einer Prallplatte, einer oder mehrerer gerader oder gerundeter Platten, die gegebenenfalls gegeneinander versetzt ausgebildet sind, mit und/oder ohne Löcher sowie gegebenenfalls auch in Form einer üblichen bekannten auf einem Wabenkörper beruhenden Mischerstruktur ausgebildet sein. Die axiale Länge 18 liegt bevorzugt in einem Be- reich von 30 bis 50 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 35 bis 45 mm, besonders bevorzugt von 40 mm Länge.
Das in Figur 2 gezeigte Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers kann besonders vorteilhaft in platzsparender Weise als System zur selek- tiven katalytischen Reduktion (selective catalytic reduction, SCR) von Stickoxiden (NOx) verwendet werden. Insbesondere erlaubt der erfindungsgemäße Wabenkörper die Durchführung einer selektiven katalytischen Reduktion bei der nur ein Teilstrom des Abgases einer Hydrolisierung unterzogen wird auf einfache Art und Weise besonders platzsparend, ohne dass zusätzliche Gehäuse für Träger und aufwändige Gasführungen auszubilden sind. So kann insbesondere der erfindungsgemäße Wabenkörper 1 in einem Personenkraftfahrzeug oder Ahnlichem eingesetzt werden, also in Bereichen, in denen der vorhandene Bauraum für eine Einheit eine gravierende Beschränkung für zusätzliche Abgaskomponenten darstellt. Hier kann in einfacher Weise eine sehr gute Umsetzung der Stickoxide durchgeführt werden, ohne dass zusätzliche Bauteile nötig sind.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt entlang der in Fig. 1 gezeigten Schnittlinie. Zu erkennen ist die erste Wabenstruktur 2, die koaxial zur zweiten Wabenstruktur 3 ausgebildet ist. Die erste Wabenstruktur 2 und die zweite Wabenstruktur 3 sind durch das Zwischenrohr 4 voneinander getrennt. Die zweite Wabenstruktur 3 ist in einem Mantelrohr 9 gehalten. Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel sind die Wabenstruktur 2, 3 aus zumindest teilweise strukturierten Lägen 25 und im wesentlichen glatten Lagen 26 aufgebaut, die Kanäle 27 bilden. Die Wabenstrukturen 2, 3 können sowohl aus Lagen aufgebaut sein als auch keramisch als Monolith ausgebildet sein. Unter Lagen 25, 26 sind hier insbesondere zumindest teilweise metallische Lagen 25, 26 zu verstehen wie insbesondere hochtemperaturfeste Blech- oder Faserlagen. Aus Lagen 25, 26 ist eine Wabenstruktur herzustellen, in dem diese verwunden und/oder gestapelt und anschließend verwunden werden. Hierzu sind verschiedene Möglichkeiten aus dem Stand der Technik bekannt.
Fig. 4 zeigt schematisch eine perspektivische Ansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 1 im überragenden Bereich 14 des Zwischenrohres 4. In diesem überragenden Bereich 14 sind Stützstrukturen 20 ausgebildet, die das Zwischenrohr 4 mit dem Mantelrohr 9 verbinden. Die Stützstrukturen 20 - hier beispielhaft als vier stabformige Elemente gezeigt - sind bevorzugt so ausgebil- det, dass Schwingungen im gekoppelten System aus Zwischenrohr und Mantelrohr möglichst wirkungsvoll unterbunden werden. Eine Möglichkeit ist es hier, die Stützstrukturen 20 am oder benachbart zum von den Wabenstrukturen 2, 3 weg weisenden Ende des überragenden Bereichs 14 vorzusehen. Hierdurch können Schwingungen des Systems wirkungsvoll unterbunden werden. Es ist auch möglich, in der ersten axialen Richtung 5 mehrere Stützstrukturen 20 auszubilden, die bevorzugt auch in radialer Richtung zueinander versetzt ausgebildet sein können. Die Stützstrukturen 20 sind in ihrer Form nicht auf stabformige Stützstrukturen 20 beschränkt, auch die Ausbildung in Form beispielsweise von Blechen ist möglich und erfindungsgemäß.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers im Längsschnitt. Im Folgenden sollen hier nur die Unterschiede zu den oben gezeigten Ausfuhrungsformen aufgeführt werden. Der überragende Bereich 14 des Zwischenrohres 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit Mitteln zur Strö- mungsteilung versehen. Dies ist zum einen ein starrer Trichter 21, welcher an das Zwischenrohr 4 angesetzt ist und zum anderen eine bewegliche Klappe 22, die in Pfeilrichtung 23 verschwenkt werden kann. Diese beiden Maßnahmen sind beispielhaft und können auch kumulativ oder alternativ ausgebildet sein. Insbesondere die schwenkbare Klappe 22 erlaubt eine sehr genaue Regelung der Anteile ei- nes Gasstroms, die durch die erste Wabenstruktur 2 und die zweite Wabenstruktur 3 strömen. So ist eine sehr genaue Regelung des Ammoniak- und/oder Stickstoff- dioxidgehaltes im Gasstrom nach den Wabenstrukturen 2, 3 möglich, wenn entsprechende Beschichtungen auf den Wabenstrukturen 2, 3 ausgebildet sind.
Weiterhin zeigt Fig. 5 schematisch die Verbindung des Mittels 7 zur Zugabe eines Reaktanden über eine Zuleitung 11 mit einem Reaktandenreservoir 24.
Im vorliegenden Ausfiihrungsbeispiel sind Wabenstrakturen 2, 3 gezeigt die koaxial und einander überlappend ausgebildet sind, wobei es jeweils Teilbereiche gibt, die keinen Überlapp aufweisen. Die Wabenstrukturen 2, 3 weisen unter- schiedliche Längen auf und sind versetzt zueinander ausgebildet. Dies ist auch zusätzlich zu den in den oben gezeigten Ausführungsbeispielen angegebenen Maßnahmen möglich.
Fig. 6 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 1 mit einer ersten Wabenstruktur 2 und einer zweiten Wabenstruktur 3. Die Wabenstruktur weisen jeweils Kanal wandun- gen 28 auf, die Kanäle 27 begrenzen. Die Kanalwandungen 28 können wie oben beschrieben durch Lagen 25, 26 oder auch aus keramischem Material gebildet sein. Der Übersichtlichkeit halber sind in beiden Wabenstruktur 2, 3 die Kanal- Wandungen 28 und Kanäle 27 nur exemplarisch eingezeichnet.
Die erste Wabenstruktur 2 und die zweite Wabenstruktur 3 sind durch ein erstes Zwischenrohr 29 und ein außerhalb des ersten Zwischenrohres 29 liegendes zweites Zwischenrohr 30 gebildet. Im dritten Ausführungsbeispiel sind die Zwischen- röhre 29, 30 durch einen Spalt 31 getrennt, welcher eine Luftspaltisolation darstellt. Die Breite des Spaltes 31 liegt bevorzugt im Bereich von 2 bis 5 mm.
Fig. 7 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein viertes Ausfuhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wabenkörpers 1, der sich vom in Fig. 6 gezeigten drit- ten Ausfuhrungsbeispiel im wesentlichen dadurch unterscheidet, dass zwischen dem ersten Zwischenrohr 29 und dem zweiten Zwischenrohr 30 kein Spalt ausge- bildet ist, sondern diese sich im innigen Kontakt befinden. Bevorzugt sind die Zwischenrohre 29, 30 miteinander kraft-, form- und/oder stoffschlüssig verbunden. Insbesondere eine stoffschlüssige Verbindung durch Hochtemperatur Hartlöten und/oder Schweißen ist vorteilhaft, da hier ein Wärmeaustausch zwischen den beiden Wabenstruktur 2, 3 in vorteilhafter Weise erfolgen kann.
Der erfindungsgemäße Wabenkörper ermöglicht in vorteilhafter Weise die Ausbildung von Abgassystemen, bei denen der Abgasstrom geteilt und durch unterschiedliche Wabenstrukturen 2, 3 geführt wird. Insbesondere vorteilhaft ist dies zur Ausbildung eines SCR-Systems, bei dem die erste Wabenstruktur 2 als Hydrolysekatalysator und die zweite Wabenstruktur 3 als Oxidationskatalysator dient.
Bezugszeichenliste
1 Wabenkörper
2 erste Wabenstruktur
3 zweite Wabenstruktur
4 Zwischenrohr
5 erste axiale Richtung
6 Stirnseite
7 Mittel zur Zugabe eines Reaktanden
8 Innenraum des Zwischenrohres
9 Mantelrohr
10 radiale Richtung
11 Zuleitung
12 Reaktandenverteilung
13 Länge des Überhangs
14 überragender Bereich
15 dritte Wabenstruktur
16 Durchströmungsrichtung
17 Bereich
18 axiale Länge
19 Strömungsvermischungsmittel
20 Stützstruktur
21 Trichter
22 Klappe
23 Richtung
24 Reaktandenreservoir
25 zumindest teilweise strukturierte Lage
26 im wesentlichen glatte Lage
27 Kanal
28 Kanalwandung
29 erstes Zwischenrohr zweites Zwischenrohr Spalt Rohrstutzen Erstreckung

Claims

Patentansprüche
1. Wabenkörper (1) mit einer ersten für ein Fluid durchströmbaren Waben- struktur (2) und einer radial außerhalb der ersten Wabenstruktur (2) liegenden zweiten für ein Fluid durchströmbaren Wabenstruktur (3), bei dem die erste (2) und die zweite Wabenstruktur (3) durch mindestens ein Zwischenrohr (4, 29, 30) voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zwischenrohr (4, 29, 30) wenigstens einseitig in eine erste axiale Richtung (5) um zwischen 5 und 15 cm über eine Stirnseite (6) zumindest einer der Wabenstrukturen (2, 3) hinausragt.
2. Wabenkörper (1) nach Anspruch 1, bei dem Mittel (7) zur Zugabe eines Reaktanden im Inneren (8) des Zwischenrohres (4, 29, 30) ausgebildet sind
3. Wabenkörper (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem in einer zweiten Richtung im wesentlichen entgegengesetzt zur ersten axialen Richtung (5) hinter der ersten (2) und der zweiten Wabenstruktur (3) eine dritte Wabenstruktur (15) ausgebildet ist.
4. Wabenkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens eine Wabenstruktur (2, 3, 15) eine katalytisch aktive Beschichtung aufweist.
5. Wabenkörper (1) nach Anspruch 4, bei dem die erste Wabenstruktur (2) eine Hydrolysekatalysatorbeschichtung aufweist.
6. Wabenkörper (1) nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die zweite Wabenstruktur (3) eine Oxidationskatalysatorbeschichtung aufweist.
7. Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die dritte Wabenstruktur (15) eine SCR (selective catalytic reduction)-Beschichtung aufweist.
8. Wabenkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Zwischenrohr (4) ein erstes Zwischenrohr (29) und ein zumindest teilweise außerhalb des ersten Zwischenrohrs (29) liegendes zweites Zwischenrohr (30) umfasst.
9. Wabenkörper (1) nach Anspruch 9, bei dem zwischen dem ersten Zwischenrohr (29) und dem zweiten Zwischenrohr (30) ein Spalt (31) ausgebildet ist.
10. Wabenkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste (29) und/oder das zweite Zwischenrohr (30) mit Stützmitteln (20) zur Abstützung an anderen Bauteilen versehen ist.
11. Wabenkörper (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest die zweite Wabenstruktur (3) in einem Mantelrohr (9) angeordnet ist und mindestens ein Zwischenrohr (4, 29, 30) über Stützmittel (20) mit dem Mantelrohr (9) verbunden ist.
12. Abgassystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend mindestens einen Wabenkörper (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer Durchströmungsrichtung (16), bei dem das mindestens eine Zwischenrohr (4, 29, 30) in Durchströmungsrichtung (16) stromaufwärts über eine Stirnseite zumindest einer der ersten (2) und zweiten Wabenstruktur (3) hinausragt und bei dem in Durchströmungsrichtung (16) vor den Wabenstrukturen (2, 3) eine Zuleitung (11) für ein Reaktand durch das Mantelrohr (9) oder - das Mantelrohr (9) und das mindestens eine Zwischenrohr (4, 29, 30) ausgebildet ist, wobei die Zuleitung (11) mit einem Mittel (7) zur Zuführung eines Reak- tanden im Inneren des Zwischenrohres (4, 29, 30) verbunden ist.
13. Abgassystem nach Anspruch 12, bei dem die Flüssigkeitszuführung mit einem Reaktandenreservoir (24) verbunden ist.
14. Abgassystem nach einem der Ansprüche 12 oder 13, bei dem ein zweiter für ein Fluid durchströmbarer Wabenkörper (1) mit einer SCR-Beschichtung in Durchströmungsrichtung (16) hinter der ersten (2) und der zweiten Waben- Struktur (3) ausgebildet ist.
15. Abgassystem nach Anspruch 14, bei dem zwischen der ersten (2) und der zweiten Wabenstruktur (3) und dem zweiten Wabenkörper (1) Strömungsverniischungsmittel (19) zur Vermischung eines durch die erste
Wabenstruktur (2) durchströmenden ersten Gasstroms und eines durch die zweite Wabenstruktur (3) durchströmenden zweiten Gasstroms ausgebildet sind.
16. Verfahren zur Reduktion des Anteils von Stickoxiden (NOx) in einem Abgasstrom, umfassend die folgenden Schritte: a) Aufteilung des Abgasstroms in eine Rand- und eine Zentralströmung, b) Oxidieren zumindest eines Teils des Anteils von Stickstoffmonoxids (NO) in der Randströmung; c) Hydrolyse zumindest eines Teils des Anteils von Harnstoff ((NH2)2CO) in der Zentralströmung; d) Mischen der Rand- und Zentralströmung zu einer Gesamtströmung; e) Reduktion von Stickoxiden in der Gesamtströmung.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem Harnstoff in wässriger Lösung in die Zentralströmung eingebracht wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, bei dem die Schritte b), c) und e) beim Durchströmen jeweils einer Wabenstruktur (2, 3, 15) und/oder jeweils eines Wabenkörpers erfolgen.
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