DE60313151T2

DE60313151T2 - Behandlung von abgasen aus einem verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE60313151T2
Application number: DE60313151T
Authority: DE
Inventors: Paul Fritz Fuls
Original assignee: Council for Scientific and Industrial Research CSIR
Current assignee: Council for Scientific and Industrial Research CSIR
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2023-02-22
Also published as: EP1485587A1; WO2003072915A1; AU2003248366A1; ATE359435T1; US20050232829A1; EP1485587B1; DE60313151D1; JP2005519212A

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein die Behandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Wandstromkörper, der zur Verwendung bei der Behandlung von Abgasen von einem Verbrennungsmotor geeignet ist, einen Kern für einen Katalysator oder eine katalytische Fangstelle/Falle und eine Behandlungseinrichtung zur Behandlung von Abgasen von einem Verbrennungsmotor.
Die EP-0 225 402 A1 offenbart einen Wandstromkörper mit Kanälen/Durchgängen, die sich in ein Austrittsfläche öffnen und in denen die Kanäle nicht senkrecht zu der Austrittsfläche sind. Ein spitzer Winkel zwischen einer zentral angeordneten Längsachse von aussen radial gelegenen Kanälen (die am stärksten relativ zu der Austrittsfläche gewinkelt sind) und der Austrittsfläche beträgt jedoch nicht viel weniger als 90° und eindeutig wesentlich mehr als 70°. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin die Dicke von Trennwänden von Eintrittseitenendbereichen in Richtung von Austrittseitenendbereichen des Wandstromkörpers so zu verbessern, dass in dem Abgas befindliche Feinpartikel gleichmäßig gesammelt beziehungsweise abgeschieden werden, um eine hohe Sammelleistung und kein lokales Verstopfen zu gewährleisten. JP 04 301130 A offenbart einen Wandstromkörper mit einer Eintrittsfläche, die eine Region aufweist, die relativ zu der Richtung der Kanäle abgeschrägt ist und eine Zentralregion, die senkrecht zu der Richtung der Kanäle verläuft. Gemäß der JP 04 301 130 A besteht der Zweck des abgeschrägten Bereichs der Eintrittsfläche darin, den Leitwärmetransfer von der abgeschrägten oder geneigten Region der Eintrittsfläche zu der Hitzekammer zu verringern, in der der Filter untergebracht ist. Es wird wiederum angenommen, dass dies eine Filterregeneration in radialen äußeren Regionen des Filters verbessert, indem in der äußeren Region höhere Temperaturen und ein verbesserter Luftstrom zu der äußeren Region gewährleistet werden. Die US-5,330,728 offenbart einen Durchströmungskörper mit Eintritts- und Austrittsflächen, die zu den sich durch den Körper erstreckenden, linearen, parallelen Kanälen nicht senkrecht verlaufen. Mit dieser Anordnung kann der Durchströmungskörper in einem Behälter so angebracht werden, dass der Durchströmungskörper einen erhöhten stirnseitigen oder Eintrittsbereich ohne eine entsprechende Zunahme beim Wandlerquerschnitt aufweist, während die parallelen Strömungskanäle die Wirkung der winkligen Anbringung des Durchströmungskörpers auf den Gegendruck relativ zu der Austrittsströmung minimieren, der dem Abgassystem durch ein derartigen Katalysator aufgezwungen wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein poröser Wandstromkörper bereitgestellt, der zur Verwendung bei der Behandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor geeignet ist, wobei der Körper mehrere Kanäle aufweist, die sich entlang seines Inneren zwischen einem/einer Gaseintrittsende oder -fläche des Körpers und einem einer Gasaustrittsende oder -fläche des Körpers erstrecken, eine durch eine Öffnung in einer der Flächen in mindestens einem der Kanäle zentral angeordnete Längsachse, die nicht orthogonal zu mindestens einer Tangente der Fläche ist, welche die zentral angeordnete Längsachse schneidet, einen spitzen Winkel zwischen der zentral angeordneten Längsachse und der Tangente 70° oder weniger beträgt.
Vorzugsweise sind zentral angeordnete Längsachsen durch die Öffnungen von mehreren der Kanäle jeweils zu mindestens einer Tangente einer der Flächen nicht orthogonal angeordnet, welche die Längsachse schneidet. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die zentral angeordneten Längsachsen durch die Eintritte oder Austritte von allen Kanälen nicht orthogonal zu den entsprechenden Tangenten, die jeweils die Gaseintrittsfläche oder Gasaustrittsfläche der zentralen Längsachsen schneiden.
Ein spitzer Winkel zwischen der zentral angeordneten Längsachse und der Tangente beträgt vorzugsweise zwischen ungefähr 45° und ungefähr 25°, noch bevorzugter zwischen ungefähr 40° und ungefähr 30°, beispielsweise 35°.
Die Kanäle können eine maximale Länge von 110 mm aufweisen. Die maximale Länge der Kanäle und das Volumen des Körpers können derart sein, dass das Verhältnis der maximalen Länge zu dem Volumen mindestens 1 : 5000 mm² beträgt.
Das Verhältnis der maximalen Länge zu dem Volumen kann in einem Bereich mit einer unteren Beschränkung und einer oberen Beschränkung liegen, wobei die untere Beschränkung, wie vorstehend angegeben, mindestens 1 : 5.000 mm² beträgt. Die untere Beschränkung kann jedoch so viel wie ungefähr 1 : 10.000 mm², oder sogar ungefähr 1 20.000 mm² betragen. Die obere Beschränkung kann jedoch so gering sein wie ungefähr 1 30.000 mm², oder höher als ungefähr 1 : 60.000 mm², oder so hoch wie ungefähr 1 : 120.000 mm².
Der Körper kann eine Wärmeleitung von mindestens 1 W/mK aufweisen. Vorzugsweise weist der Körper eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 5 W/mK auf, noch bevorzugter mindestens 10 W/mL, am meisten bevorzugt mindestens 20 W/mK.
In einem porösen Wandstromkörper öffnet gewöhnlich jeder Kanal mindestens eine Ende oder Fläche des Körpers, wobei mindestens mehrer Kanäle durch Verengungen an Positionen beschränkt sind, die näher an einem/r Ende oder Fläche des Körpers als an dem/r anderen Ende oder Fläche des Körpers angeordnet sind, und öffnen sich an dem/r anderen Ende oder Fläche des Körpers, und wobei mindestens mehrere der Kanäle durch Verengungen an Positionen beschränkt sind, die näher an dem/r anderen Ende oder Fläche als zu dem/r einen Ende oder Fläche des Körpers angeordnet ist und sich zu dem/r einen Ende oder Fläche des Körpers öffnet. Vorzugsweise sind alle der Kanäle linear und parallel. Der Körper weist ein offenes poröses Inneres auf, das am Ende offene (open ended) Poren umfasst, und wobei die Beschränkungen der Kanäle eine Förderung der Strömung von Gas bewirken, das durch die offenen Enden der beschränkten Kanälen an dem/r Ende oder Fläche des Körpers, entfernt von deren Beschränkung, eintritt, in einer Richtung, die transversal zu den Kanälen und durch das poröse Innere des Körpers verläuft, d.h. durch Wände der Kanäle, in Kanäle, die offene Enden an dem/r abgewandten Ende oder Fläche des Körpers und entfernt von deren Beschränkungen aufweisen und folglich über die offenen Enden an dem/r abgewandten Ende oder Fläche des Körpers heraus.
Die Beschränkungen können lediglich bewirken, dass die Kanäle durch Verringerung des Querschnittsbereiches davon gedrosselt werden, der für ein Entlangströmen von Gas daran verfügbar ist, oder die Beschränkung kann bewirken, dass die Kanäle blockiert und geschlossen werden, um ein Ausströmen von Gas aus den geschlossenen Kanälen zu verhindern. Der Beschränkungsgrad wird zusammen mit der Porosität des Materials des Körpers, dem Abstand der Kanäle zu einander und dem Querschnittbereichs der Kanäle so gewählt werden, dass ein wünschenswerter Grad einer transversalen Gasströmung durch das poröse Innere des Körpers, verglichen zu einer beliebigen Gasströmung gefördert wird, die entlang der Kanäle von einem Ende des Körpers zu dem anderen auftritt ohne in das poröse Innere des Körpers einzutreten. Falls alle Kanäle mit offenen Enden an deren stromaufwärts befindlichen Enden blockiert sind, dann wird das gesamte Gas, das über die offenen Enden der Kanäle in den Körper eintritt ab einer bestimmten Phase transversal durch das poröse Material des Körpers strömen, wobei jedoch falls mindestens mehrere der Kanäle mit offenen Enden an deren stromaufwärts befindlichen Enden nicht blockiert sind und lediglich gedrosselt oder überhaupt nicht beschränkt sind, dann kann etwas/einiges Gas gerade durch den Körper entlang derartiger Kanäle passieren ohne überhaupt in das poröse Innere des Körpers einzudringen beziehungsweise überzutreten.
Die Kanäle müssen nicht den gleichen Querschnittsumfang oder den gleichen Querschnittsbereich aufweisen, wobei ein derartiger Bereich eines Kanals in der Größe oder Form entlang dessen Länge nicht konstant sein muss. Folglich können mehrere Kanäle enger sein oder einen viereckigen/rechteckigen oder sogar sternenförmigen Querschnitt aufweisen. Somit wird klar, dass eine beträchtliche Freiheit bezüglich der Erfindung besteht die Größe und Form der Kanäle, die Positionen davon in dem Körper und die Anzahlen und Abstand davon zueinander und die Porosität des Körpers zu variieren, um ein wünschenswertes Muster einer Gasströmung von einem Ende des Körpers zu dem anderen zu fördern, wobei mindestens einiges des Gases durch das poröse Innere des Körpers passiert. Es ist jedoch vorgesehen, dass die breiteste Gestaltung der Kanäle eine von ausschließlich blockierten, linearen parallelen Kanälen sein wird.
Folglich kann sich in einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung im Wesentlichen die Hälfte der Kanäle aus einem/r Ende oder Fläche des Körpers öffnen, wobei sich die Kanäle zu dem/r anderen Ende oder Fläche des Körpers erstrecken, an dessen anderen Ende oder Fläche des Körpers diese geschlossen sind, wobei die übrigen/verbleibenden im Wesentlichen die Hälfte der Kanäle sich dem/r anderen Ende oder Fläche des Körpers öffnen und sich im Wesentlichen den gesamten Weg zu dem/r einen Ende oder Fläche des Körpers erstrecken, an dem sie geschlossen sind, wobei die gesamten Kanäle die gleiche Querschnittsgestaltung aufweisen, wobei die Kanäle so angeordnet sind, dass ausgenommen benachbarte zu einer Oberfläche einer beliebigen Seite des Körpers zwischen dessen Enden oder Flächen, jeder Kanal, der sich aus dem/r einen Ende oder Fläche des Körpers öffnet durch Kanäle umgeben ist, die sich aus dem/r anderen Ende oder Fläche des Körpers öffnen und wobei jeder Kanal, der sich aus dem/r anderen Ende oder Fläche des Körpers öffnet durch Kanäle umgeben ist, die sich aus dem/r einen Ende oder Fläche des Körpers öffnen, wobei die der Oberfläche einer beliebigen Seite des Körpers benachbarten Kanäle lediglich teilweise umgeben sind. Im Wesentlichen die Hälfte der Kanäle bedeutet 49% bis 51% davon und es sollte angemerkt werden, dass der Körper eine einzelne Seite aufweisen kann, falls er nicht polygonal im Querschnitt, beispielsweise im Querschnitt kreisförmig oder elliptisch oder dergleichen vorliegt, oder er kann mehrere Seiten aufweisen falls er beispielsweise im Querschnitt polygonal vorliegt.
Vorzugsweise ist das/die Gaseintrittsende oder -fläche und das/die Gasaustrittsende oder -fläche planar, wobei die gesamten Kanälen zu den Flächen nicht orthogonal angeordnet sind. Andere Gestaltungen, wie beispielsweise gestuft oder konvex oder konkav gekrümmte Flächen, sind jedoch vom Umfang der Erfindung nicht ausgeschlossen.
Die Länge der Leitungen kann in einem Bereich mit einem unteren Grenzwert liegen, der so kurz wie ungefähr 40 mm, oder so kurz wie ungefähr 20 mm, oder sogar so kurz wie ungefähr 10 mm ist. Ein oberer Grenzwert des Bereichs kann so lang sein wie ungefähr 60 mm, oder so lang wie ungefähr 80 mm oder so lang wie 100 mm, oder sogar so lang wie ungefähr 110 mm, wie vorstehend aufgeführt, beispielsweise ungefähr 49 mm.
Ein Ende oder eine Fläche des Körpers kann einen vorstehenden Bereich aufweisen, welcher in einen Bereich mit einem unteren Grenzwert fällt, der ungefähr 25000 mm², oder so gering wie ungefähr 15000 mm², oder sogar so gering wie ungefähr 5000 mm² betragen kann. Ein oberer Grenzwert des Bereichs kann ungefähr 30000 mm², oder so hoch wie ungefähr 60000 mm², oder sogar so hoch wie ungefähr 120000 mm² betragen. Das andere Ende oder die Fläche des Körpers kann die gleiche vorstehende Fläche wie das eine Ende oder die Fläche des Körpers, oder kann einen verschiedenen vorstehenden Bereich, aufweisen.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Körper in Seitenansicht einen Umriß/eine Kontur in der Form eines Parallelogramms mit Seiten auf, welche zumindest eine nicht rechtwinklige Ecke festlegen. Bei dieser besonderen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Körper in einem parallel zu den Flächen liegenden Abschnitt rechtwinklig, wobei ein vorstehender Bereich des einen Endes oder der Fläche und des anderen Endes oder der Fläche einen rechtwinkligen Umriss aufweist. Selbstverständlich kann der Körper stattdessen quadratisch, kreisförmig, elliptisch, oval, oder irgendein anderer erwünschter Abschnitt sein, welcher zu den Flächen parallel oder transversal zu den Leitungen genommen wird.
Die Leitungen können einen Querschnittsbereich in einem Bereich mit einem unteren Grenzwert aufweisen, welcher ungefähr 2 mm², oder so gering wie ungefähr 1,5 mm², oder sogar so gering wie ungefähr 1 mm², sein kann. Ein oberer Grenzwert des Bereichs kann ungefähr 3 mm², oder so hoch wie ungefähr 12 mm², oder sogar so hoch wie ungefähr 48 mm² sein.
Die Leitungen sind vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandet, obgleich andere Abstandsanordnungen vom Bereich der Erfindung nicht ausgeschlossen sind. Ein Abstand zwischen angrenzenden Leitungen kann in einem Bereich mit einem unteren Grenzwert von ungefähr 0,3 mm, oder so gering wie ungefähr 0,2 mm, oder sogar so gering wie ungefähr 0,1 mm sein. Ein oberer Grenzwert des Bereichs kann ungefähr 1 mm, oder so hoch wie ungefähr 2 mm, oder sogar so hoch wie ungefähr 5 mm sein. Der Abstand stellt das Maß für die Stärke des porösen Körpermaterials zwischen angrenzenden Leitungen, d.h. die Wandstärke der Leitungen, bereit. Der Querschnittsbereich der Leitungen und der Leitungenabstand sind für gewöhnlich derart ausgewählt, dass eine Leitungendichte erhalten wird, welche in einem Bereich mit einem unteren Grenzwert von ungefähr 1 Zelle/Passage pro 10 mm² liegt. Der untere Grenzwert kann so gering wie ungefähr 1 Zelle/Passage pro 25 mm², oder sogar so gering wie ungefähr 1 Zelle/Passage pro 70 mm² sein. Ein oberer Grenzwert für den Bereich kann ungefähr 1 Zelle/Passage pro 5 mm², oder so hoch wie ungefähr 1 Ze1le/Passage pro 3 mm², oder sogar so hoch wie ungefähr 1 Zelle/Passage pro 2 mm² sein.
Die Leitungen können einen vieleckigen oder einen nicht-vieleckigen Querschnitt aufwiesen. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen die Leitungen einen quadratischen oder rechteckigen Querschnitt auf und sind in einer quadratischen Rasteranordnung angeordnet. Die Leitungen oder andere Querschnitte (beispielsweise gestreckte, rechteckige, elliptische, ovale, Sternförmige, usw.) können selbstverständlich stattdessen verwendet werden, wobei sie für gewöhnlich den gleichen Querschnittsbereich und Abstand/Anordnung wie vorstehend beschrieben aufweisen werden.
Die Leitungen können entlang ihrer Länge einen konstanten Querschnittsbereich aufweisen. Stattdessen können zumindest einige der Leitungen abgeschrägt vorliegen. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform weisen die Leitungen offene Enden in dem einen Ende des Körpers abgeschrägt zu ihren geschlossenen Enden an dem anderen Ende des Körpers auf, wobei die Leitungen, welche ihre offenen Enden in dem anderen Ende des Körpers aufweisen, einen konstanten Querschnittsbereich entlang ihrer Längen aufweisen. Stattdessen sind in einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform die Leitungen, welche offene Enden in dem einen Ende des Körpers aufweisen, zu ihren geschlossenen Enden abgeschrägt, und Leitungen, welche ihre offenen Enden in dem anderen Ende des Körpers aufweisen, sind zu ihren geschlossenen Enden in dem einen Ende des Körpers abgeschrägt. Es wird daher klar sein, dass für quadratische oder rechteckige Leitungen in der einen Ausführungsform die Wandstärke einer Passage entlang ihrer Länge variiert, wohingegen in der anderen Ausführungsform die Wandstärke entlang der Länge der Passage konstant sein kann.
Falls alle Leitungen des Körpers blockiert oder abgesperrt sind, ist dies für ein Behandeln von Fluiden geeignet, welche ausreichend frei von Festkörpern, wie beispielsweise mitgerissenen Teilchen, wie Asche oder Ruß, sind, die die Poren des Körpers verdecken können. Falls derartige Teilchen erwartet werden, können die Leitungen, welche Fluid über ihre offene Enden aufnehmen und welche Fluid Einlass-Leitungen in dem Körper bilden, an beiden Enden geöffnet vorliegen, beispielsweise durch Abschrägen oder durch Aufweisen verschmutzter oder Venturi-geformter Verengungen an ihrem stromabwärts gelegenen Ende verengt sein, um Teilchen zu ermöglichen davon auszutreten, so dass dem Teilchenaufbau darin widerstanden wird. Die Leitungen, welche sich an dem stromabwärts gelegenen Ende des Körpers öffnen und welche Auslass-Leitungen von dem Körper bilden und welche Fluid von dem porösen Inneren des Körpers aufnehmen, können, falls erwünscht, an ihren stromaufwärts gelegenen Enden geschlossen oder blockiert sein. Ein Körper, welcher seine Einlass-Leitungen nicht-blockiert und nicht abgesperrt und seine Auslass-Leitungen an ihren stromaufwärts gelegenen Enden blockiert oder abgesperrt aufweist, kann im Grunde zusätzlich zu einem Selbst-Reinigen von Teilchen ebenso verwendet werden, um Teilchen, wie beispielsweise Asche oder Ruß von beispielsweise Dieselabgas, Teilchen enthaltende Gase zu trennen und Ausströmen von dem stromabwärts gelegenen Ende der Einlass-Leitungen und von den aus den Auslass-Leitungen strömenden sauberen Gasen getrennt zu halten, um dadurch zumindest einen Teil der in Frage stehenden Gase zu reinigen. Ein Körper mit abgesperrten Einlass-Leitungen ist selbstverständlich besonders für eine Verwendung als Dieselteilchenmaterial-Falle oder ähnliches geeignet.
Das Material des Körpers weist ein offen poröses Inneres auf, das aus offenen Poren, Kapillaren oder Röhrchen besteht, welche aneinander verbunden sind und mit Ausnahme von vernachlässigbar wenigen Ausnahmen nicht abgesperrt und voneinander isoliert sind, und welche sich an Öffnungen an der Oberfläche des Körpers aufweiten. Der Körper kann eine durchschnittliche Porengröße in einem Bereich mit einem unteren Grenzwert von ungefähr 10 μm, oder so gering wie ungefähr 5 μm, oder sogar so gering wie ungefähr 2 μm aufweisen. Ein oberer Grenzwert für den Bereich kann ungefähr 80 μm, oder so hoch wie ungefähr 100 μm, oder sogar so hoch wie ungefähr 200 μm sein. Diesbezüglich sind die Ausdrücke "Poren" und "porös" daher nicht auf die Öffnungen aus der Oberfläche des Körpers begrenzt, sondern umfassen ebenso die verbundenen Kapillaren und Röhrchen in dem Inneren des Körpers; wobei das offen poröse Innere soll von einem geschlossen porösen Inneren kontrastiert sein, in welchem die Poren abgeschlossen und voneinander isoliert sind. Die Zahl, Größe und der Abstand der Poren kann demgemäß ausgewählt werden. Das offen poröse Innere des Körpers kann insbesondere Poren umfassen, welche eine durchschnittliche Porengröße zwischen ungefähr 40 μm und ungefähr 80 μm aufweisen, wobei das Körpermaterial mit Ausnahme der Volumina der Leitungen eine prozentuale Porosität von zwischen ungefähr 30% und ungefähr 90%, vorzugsweise zwischen ungefähr 40% und ungefähr 75%, beispielsweise ungefähr 50%, aufweist, wie durch die Gleichung: Prozentuale Porosität = 100 × (ρc – ρm)/ρc festgelegt, worin: ρ_c die Dichte des Materials des Körpers mit Ausnahme irgendwelcher Leitungen oder Poren ist; und
ρ_m die Raumdichte des Körpers als gesamtes mit Ausnahme irgendwelcher Leitungen allerdings einschließlich der Poren ist.
Der Körper kann in der Form eines Monolithen vorliegen. Er kann stattdessen mehrere Körperelemente umfassen, welche für ein Bilden des Wandstromkörpers zusammen gepasst sind.
Ein Satz von Leitungen, d.h. ein Satz von Leitungen mit offenen Enden in dem gleichen Ende oder der Fläche des porösen Körpers, kann, falls erwünscht, Membranen von geringerer durchschnittlicher Porengröße als die durchschnittliche Porengröße für den gesamten porösen Körper umfassen, und die Leitungen auskleiden. Derartige Membranen gewähren eine sehr hohe Filtrationseffizienz für den porösen Körper und hemmen das Passieren von Rußteilchen durch den porösen Körper (d.h. so genanntes "Abblasen"), selbst wenn der poröse Körper ohne Filterkuchen rein vorliegt. In einer derartigen erfindungsgemäßen Ausführungsform ist es möglich die durchschnittliche Porengröße des porösen Körpers mit Ausnahme der Membranen zu erhöhen, um die katalytischen Regenerationsmöglichkeiten in dem porösen Körper zu verbessern, falls als ein Kern für einen katalytischen Konverter verwendet, ohne dabei die Filtrationseffizienz des Kerns zu verringern. Wie es klar sein wird, ermöglicht diese Anordnung Rußteilchen in den porösen Körper einzudringen, hemmt allerdings die Rußteilchen von einem Austreten aus dem porösen Körper. Die Membranen können durch einen Gradienten der Porengröße des porösen Körpers entlang der Stärke der Wandungen zwischen den Leitungen erstellt werden, wobei mit vergleichsweise großen Poren angefangen und mit Poren aufgehört wird, welche ausreichend klein sind um sicherzustellen, dass Ruß nicht den porösen Körper verlassen werden wird. Es ist stattdessen ebenso möglich einen Übergang unmittelbar von einer großen Porengröße zu einer kleinen Porengröße aufzuweisen. Die Membranen können dünn sein, mit einer Stärke von 0,02 mm bis 5 mm, vorzugsweise von 0,05 mm bis 0,4 mm, und die Membranen werden für gewöhnlich eine durchschnittliche Porengröße in dem Bereich von 1 μm bis 50 μm, vorzugsweise 2 μm bis 15 μm, aufweisen. Eine bevorzugte Möglichkeit die Membranen den Leitungen hinzuzufügen besteht in einem Herstellen einer Schlemme, welche die Teilchen oder Fasern zum Bilden der Membranen enthält, und diese Schlemme durch den porösen Körper in einer Richtung zu passieren, welche der Richtung entgegengesetzt ist mit der bei Verwendung Gas durch den porösen Körper filtriert werden wird.
Der poröse Körper kann aus einem Metallmaterial bestehen, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Eisen, Legierungen davon, wie beispielsweise Messing, Bronze, Duraluminium und rostfreiem Stahl. Andere Metalle, wie beispielsweise Chrom, Molybdän, Nickel, Silber, und Titan können vorteilhaft in dem porösen Körper oder in Kombinationen von Legierungen verwendet werden, welche den porösen Körper bilden. Darüber hinaus können andere Metalle, wie beispielsweise Mangan, Vanadium, Yttrium, und seltene Erden Metalle, wie beispielsweise Cer, Lanthan, Neodym und Edelmetalle, wie Platin, Palladium und Rhodium eingesetzt werden. Der poröse Körper kann anstelle dessen aus einem Material bestehen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus SiC, B4C, NaxWo₃, worin x zwischen 0 und 1 ist, wie dass x zwischen 0,3 und 0,9 ist, M₂B, MB, MB₂, M₂B₅, M₂C, MN, M₃Si, M₃Si₂, M₅Si₃ und MiS₂, wobei M entweder Mo oder W ist. Der poröse Körper kann ein keramischer Körper sein. Typischerweise besteht der poröse Körper aus einem teilchenförmigen Material. Das teilchenförmige Material kann eine Teilchengrösse von zwischen etwa 1 μm und etwa 250 μm, vorzugsweise zwischen etwa 10 μm und etwa 150 μm, gewöhnlich zwischen etwa 30 μm und etwa 100 μm aufweisen. In einer Ausführungsform der Erfindung besteht der poröse Körper aus einem Gemisch eines keramischen Materials und einem Hilfsmittel, das die thermische Leitfähigkeit des porösen Körpers auf mindestens 5 W/mk steigert. Das Hilfsmittel kann ausgewählt sein unter den vorstehend aufgeführten Materialien.
Die Erfindung erstreckt sich auf einen Kern für einen katalytischen Konverter (Katalysator), worin der Kern einen porösen Wandstromkörper wie vorstehend beschrieben umfasst, und einen geeigneten Katalysator für die Umwandlung unerwünschter Verschmutzungen in Verbrennungsgasen aus Verbrennungsmotor-Abgasen, worin der Katalysator von dem Körper getragen wird.
Der Kern umfasst einen Katalysator für die Behandlung von Verbrennungsgasen durch katalytische Umwandlung unerwünschter Komponenten der Gase in eine weniger unerwünschte Form. Der Katalysator wird auf den Oberflächen der Poren in dem porösen Inneren des Körpers getragen. Ein Teil des Katalysators kann jedoch auch auf den Oberflächen jeder Leitung getragen werden, die sich entlang des Inneren des Körpers erstrecken.
Routine-Experimente werden verwendet, um eine geeignete Katalysatordichte, d.h. die Masse des Katalysators/Einheitsvolumen des Körpers oder die Anzahl der katalytisch aktiven/Einheitsvolumen des Körpers, für eine wirksame katalytische Umwandlung zu bestimmen, wobei für einen Platin/Rhodium-(Pt/Rh)-Katalysator des für diesen Zweck gewöhnlich verwendeten Typs erwartet wird, dass eine mehr oder weniger herkömmliche Katalysatordicht verwendet werden kann.
Die Erfindung erstreckt sich weiter auf einen Kern für eine katalytische Falle für eine Steuerung/Kontrolle von Dieselteilchen, wobei der Kern einen porösen Wandstromkörper, wie hier vorstehend beschrieben, umfasst und einen geeigneten Katalysator zur Förderung der Verbrennung des von der Falle eingefangenen Dieselteilchenmaterials, wobei der Katalysator vom Körper getragen wird.
Der Kern umfasst daher einen Katalysator, der eine katalytische Verbrennung von Dieselteilchenmaterial (gewöhnlich ein Gemisch von Rußaggregaten, die adsorbierte Kohlenwasserstoffe, Sulfate und Metalloxide tragen) bei Dieselabgas-Temperaturen von etwa 150°C bis 500°C, gewöhnlich 350°C bis 450°C, ermöglicht. Der Katalysator wird auf den Oberflächen der Poren in dem porösen Inneren des Körpers getragen. Ein Teil des Katalysators kann jedoch auch auf den Oberflächen jeder Leitung getragen sein, die sich entlang des Inneren des Körpers erstrecken.
Wenn die Porosität des porösen Körpers ausreichend hoch ist, kann der poröse Körper eine Oberflächen-vergrössernde Beschichtung in den Leitungen und Poren des Körpers beinhaltet, um dem Bereich, in dem das Gas oder der Ruß mit dem Katalysator interagiert, zu vergrößern. Diese Oberflächen-vergrössernde Beschichtung kann in Form einer sogenannten "Wasch-Beschichtung" vorliegen, die durch Waschen einer Lösung oder Aufschlämmung, die den Katalysator enthält, durch den porösen Körper abgelagert wird, um einige der Substanzen auf die Leitungen und Porenwandungen abzulagern.
Der Katalysator kann ein auf Cu-K-V-basierender Katalysator sein. Anstelle oder zusätzlich kann der Katalysator ein auf einem Gemisch von Vanadaten und Chloriden basierender Katalysator sein, der die katalytische Verbrennung des Dieselteilchen-Materials über Redoxmechanismen, die hauptsächlich über Vanadate ablaufen, favorisieren. Der Katalysator kann darüber hinaus ein sogenannter Dieseloxidationskatalysator (DOC) sein oder diesen enthalten, der gewöhnlich den Gesamtteilchengehalt der Dieselabgase durch Oxidierung der löslichen organischen Fraktion der Dieselabgase um 30% bis 50% reduziert, zusätzlich zur Oxidierung gasförmiger Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid. Der DOC besteht gewöhnlich aus Platin oder Palladium oder beiden, die auf einem Träger mit hohem Oberflächenbereich, wie Aluminiumoxid oder Siliziumdioxid, dispergiert sind, der den Kontakt mit den Gasen und flüssigen organischen Bestandteilen maximiert.
Die Auswahl eines jeden spezifischen Materials für den porösen Körper kann von vielen Faktoren beeinflußt werden, einschließlich der Fähigkeit des Materials per se als ein Katalysator für die Umwandlung unerwünschter Verunreinigungen in Verbrennungsgasen von Verbrennungsmotorabgasen zu fungieren, oder zur Katalyse der Verbrennung von Dieselteilchenmaterial und/oder der Kompatibilität des Materials mit derartigen Katalysatoren. Die Kupferlegierungen oder Kombinationen der Legierungen, beispielsweise Messing und Bronzelegierungen und weiter einige Metalloxide, beispielsweise Eisen(II) oxide und Manganoxide weisen bekanntermaßen eine Kohlenstoffoxidations-Katalysatorwirkung auf, so dass Messing und Bronze oder Kupferlegierungen im Allgemeinen geeignete Materialien für den porösen Körper sein können. Weitere Überlegungen hinsichtlich weiterer Materialien, wie Bindemittel, und Widerstand gegenüber der Umgebung, der der poröse Körper ausgesetzt ist, kann die Auswahl des Materials oder der Materialien ebenfalls beeinflussen. Natürlich sind Kosten und hohe thermische Leitfähigkeit von Bedeutung und es wird davon ausgegangen, dass Metall-Aluminium, Kupfer und Eisen oder Stahl bei dem porösen Wandstromkörper der Erfindung eine wichtige Rolle spielen. Hinsichtlich Kosten ist ein keramischer Wandstromkörper interessant.
Die Erfindung betrifft weiter eine Behandlungseinrichtung für die Behandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor, worin die Einrichtung einen porösen Wandstromkörper, wie vorstehend beschrieben, umfasst, der in einem Gehäuse mit einem Abgaseinlaß oder stromaufwärts angeordneten Bereich und einem Abgasauslaß oder stromabwärts liegenden Bereich angeordnet ist.
Die Richtung der Leitungen des Körpers kann in einem Winkel von 180°C oder weniger gegenüber einer zentral gelegenen Achse durch den Abgaseinlaß oder stromaufwärts gelegenen Bereich und/oder gegenüber einer zentral angeordneten Achse durch den Abgasauslaß oder stromabwärts gerichteten Bereich vorliegen, beispielsweise in einem Winkel von zwischen etwa 90° und etwa 175°, gewöhnlich zwischen etwa 135° und etwa 175°.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Behandlungseinrichtung bedeckt die Gaseinlassfläche und/oder die Gasauslassfläche des porösen Wandstromkörpers, hinsichtlich des Gehäuses entlang einer Achse senkrecht zu der Fläche selbst, einen inneren Oberflächenbereich des Gehäuses entlang einer Achse senkrecht zu der Fläche selbst, wodurch der Abstrahlungswärmeaustausch zwischen der Gaseinlaßfläche und/oder der Gasauslassfläche und dem Gehäuse gesteigert wird, wobei mindestens eine der Einlaßfläche oder der Auslaßfläche des Körpers hinsichtlich einer zentral angeordneten Achse durch den Abgaseinlass oder dem stromaufwärts gelegenen Bereich oder dem Abgasauslaß oder stromabwärts gelegenen Bereich senkrecht verläuft.
Gewöhnlich paßt das Gehäuse in einer im Wesentlichen luftdichten Art und Weise um den Körper, so dass nicht mehr als eine vernachlässigbare Menge an Abgas durch den Einlaß oder den stromaufwärts gelegenen Bereich des Gehäuses zu dem Auslaß oder stromabwärts gelegenen Bereich des Gehäuses ohne durch den Körper zu gelangen, strömt. In anderen Worten, der Körper kann in einem Metallgehäuse angeordnet sein, wobei das Gehäuse gegenüberliegende Enden aufweist, von denen jedes jeweils mit einer Öffnung versehen ist, die einen Abgaseinlass oder stromaufwärts gelegenen Bereich und einen Abgasauslass oder stromabwärts gelegenen Bereich liefert, wobei der Körper in dem Gehäuse in einer Art und Weise angeordnet ist, die dazu führt, dass mindestens ein größerer Teil der Abgase in den Einlass oder stromaufwärts gelegenen Bereich gelangen und durch das Innere des Körpers gelangen, über Leitungen und Poren davon, bevor sie durch den Einlass oder stromaufwärts gelegenen Bereich austreten. In diesem Fall kann das Gehäuse um den Körper passen, so dass es im Wesentlichen ein luftdichtes Siegel zwischen der äußeren Oberfläche des Körpers und der inneren Oberfläche des Gehäuse gibt, und so dass nicht mehr als eine vernachlässigbarere Menge an Abgas, der in den Einlass oder stromaufwärts gelegenen Bereich gelangt, vom Einlass oder stromaufwärts gelegenen Bereich zum Einlass oder stromaufwärts gelegenen Bereich strömen kann, ohne durch das Innere des Körpers zu strömen.
In einer Ausführungsform verlaufen die zentral angeordneten Achsen durch den Einlass oder stromaufwärts gelegenen Bereich und den Auslass oder stromabwärts gelegenen Bereich parallel, d.h. der Einlass oder stromaufwärts gelegene Bereich und der Einlass oder stromaufwärts gelegene Bereich sind in parallel gelegenen Ebenen, wobei die Richtung der Leitungen des Körpers in einem Winkel von weniger als 180° zu der zentral angeordneten Achse durch den Einlass oder stromaufwärts gelegenen Bereich und zu der zentral angeordneten Achse durch den Auslass oder stromabwärts gelegenen Bereich vorliegen. Der Winkel kann zwischen etwa 90° und etwa 175°, typischerweise zwischen etwa 135° und etwa 175° beispielsweise etwa 155° betragen.
Die Behandlungseinrichtung kann eine Dieselteilchenfalle sein.
Der Wandstromkörper der Behandlungseinrichtung kann einen Katalysator tragen, um die Verbrennung von durch den Körper eingefangenem Dieselteilchenmaterial zu fördern und kann daher Teil eines vorstehend beschriebenen Kerns bilden.
Zusätzlich zur Fähigkeit für eine Kontrolle von Dieselteilchen als eine Falle zu fungieren, katalytisch oder nicht, kann die Behandlungseinrichtung auch als Katalysator zur Umwandlung unerwünschter gasförmiger Verunreinigungen in Verbrennungsgasen von einem Verbrennungsmotor-Abgas fungieren.
Der Körper kann daher einen Katalysator zur Behandlung von Verbrennungsgasen tragen, und wahlweise einen Katalysator zur Verbrennung von Dieselteilchen-Material. Anstelle dessen kann die Behandlungseinrichtung zwei (oder mehrere) in Reihe angeordnete Kerne umfassen, wobei ein Kern einen Katalysator zur Umwandlung gasförmiger Verunreinigungen umfasst, und ein Kern wahlweise einen Katalysator zur Verbrennung von Dieselteilchen-Material umfasst. Typischerweise befindet sich der Kern zur Umwandlung gasförmiger Verunreinigungen stromaufwärts des anderen Kerns.
Vorteilhafterweise ermöglicht diese Anordnung die Erzeugung von Stickstoffdioxid in dem stromaufwärts gelegenen Kern, das dazu verwendet werden kann, mit eingefangenem Ruß in dem stromabwärts gelegenen Kern kontinuierlich bei über etwa 250°C zu reagieren, um Kohlendioxid zu ergeben. Die Behandlungseinrichtung kann daher eine sogenannte kontinuierlich regenerierende Falle (CRT) sein. Mindestens einer der Kerne wird ein wie vorstehend beschriebener Kern sein. Einer der Kerne, gewöhnlich der Kern, der den Katalysator zur Umwandlung gasförmiger Verunreinigungen umfasst, kann ein Kern sein, der einen Durchströmkörper mit mehreren unbeschränkten Durchlässen mit offenen Enden umfasst, der sich von einem Ende des Körpers zu dem anderen Ende des Körpers erstreckt.
Obwohl der poröse erfindungsgemässe Wandstromkörper mittels einer Vielzahl von bekannten Verfahren hergestellt werden kann, wie feuchte Konsolidierung, beispielsweise Extrusion eines mehr oder weniger teilchenförmigen Materials mit einheitlicher Grösse wird davon ausgegangen, dass eine mehr bevorzugte Art und Weise der Bildung des Wandstromkörpers oder Körperelements ein Gießverfahren sein würde, möglicherweise unter Verwendung einer Flüssigkeit und/oder eines festen Bindemittels. Durch Verwendung eines Gießverfahrens mit geeigneten Gussformen kann der Körper mit Leitungen gegossen werden, die an einem Ende davon verschlossen sind, was die Notwendigkeit die Leitungen nachfolgend zu verschließen, wie dies bei Extrusion erforderlich wäre, obsolet macht. Ein Gießverfahren ermöglicht zudem, dass Leitungen mit unterschiedlichem Querschnittsbereich, beispielsweise sich verjüngende Leitungen, gebildet werden. Dies ist mit einem Extrusionsverfahren ebenfalls nicht möglich. Die Ablagerung des Katalysators, die in jeder geeigneten Art und Weise erreicht werden kann, wie aus einer Lösung oder aus der Gasphase, oder mittels des Sol/Gel-Verfahrens, kann vor oder nach dem Sintern des Körpers erfolgen, um den Katalysator in dem porösen Inneren des Körpers als auch auf der Oberfläche der Leitungen, die sich entlang des Inneren des Körpers erstrecken, abzulagern.
Anstelle der Verwendung eines Gieß- oder Gußverfahrens kann der poröse Körper unter Verwendung wohlbekannter Kaltkompaktverfahren mit oder ohne ein transientes Poren-bildendes Mittel, wie Fasern oder Kügelchen eines Kunststoffmaterials, wie eines organischen Polymermaterials, beispielsweise Silikonzusammensetzungen, Polypropylen oder Polystyrol, und nachfolgendem Sintern, und sogenannten Sintermethoden ohne Druck hergestellt werden.
In Abhängigkeit von dem spezifischen teilchenförmigen Material des porösen Körpers kann das Material direkt miteinander gebunden werden, beispielsweise durch Anwendung von Druck oder Wärme, beispielsweise Wärme, die mittels elektrischem Strom erzeugt wurde, oder einfach durch Heizen des Materials, oder alternativ oder zusätzlich mittels eines Bindemittels zusammen verbunden werden. Dem Fachmann sind viele geeignete Bindemittel bekannt, wie Elastomere, thermoplastische oder synthetische Polymermaterialien, oder auf Harz basierende Bindemittel. Alternativ kann das Bindemittel ein Metall sein, wie Molybdän, Zinn, ein Metall, das durch Reduktion eines Metallsalzes erzeugt wurde, ein Metallsalz oder ein Metalloxid, das beispielsweise mittels chemischer Behandlung der Oberfläche des teilchenförmigen Metallmaterials bereitgestellt wurde, als das Material in dem porösen Körper zusammen gebunden wurde. Darüber hinaus kann das Bindemittel alternativ oder zusätzlich ein Silikat sein, wie Tonerde oder hydratisiertes Aluminiumsilikat, oder andere Metallsilikatzusammensetzungen, beispielsweise Kalium- oder Natriumsilikat, das ein im Stand der Technik wohlbekanntes Bindemittel ist. Ein weiteres mögliches Bindemittel ist ein Siliziumsäureester, insbesondere wenn der poröse Körper SiC umfasst.
Wenn das teilchenförmige Material in einem Sinterprozess zusammen gebunden wird, dann wird der Sinterprozess vorzugsweise in einer reduzierenden Atmosphäre durchgeführt, wie einer Wasserstoffatmosphäre, oder bei verringertem Druck, um die Erzeugung von Oxiden in dem betreffenden Material an den Oberflächen des teilchenförmigen Materials oder einem anderen zu sinternden Material zu eliminieren. Darüber hinaus oder zusätzlich kann das teilchenförmige Material vor dem Sinterprozess verdichtet werden, indem an das Material in einem sogenannten isotaktischen Pressen Druck angelegt wird, wobei das Material weiter Wärme ausgesetzt werden kann.
Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert, in denen
1 eine dreidimensionale, Teilschnittsansicht von oben einer Ausführungsform einer Behandlungseinrichtung ist, die nicht Teil der Erfindung ist, um Abgase aus Verbrennungsmotoren zu behandeln;
2 eine Seitenansicht der Einrichtung von 1 ist;
3 eine planare Ansicht des Bodens der Einrichtung von 1 zeigt;
4 eine Ansicht des Endes von 1 ist;
5 einen Längsschnitt (vom Boden aus gesehen) der Einrichtung von 1 ist;
6 eine vergrösserte Schnittansicht eines Bereichs eines Kerns der Einrichtung von 1 ist;
7 ein Transversalschnitt durch den Kern von 6 ist;
8 einen Transversalschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Kerns zeigt, der nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist;
9 einen Längsschnitt (vom Boden aus gesehen) einer anderen Ausführungsform einer Behandlungseinrichtung zeigt, die nicht Teil der beanspruchten Erfindung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors ist;
10 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Behandlungseinrichtung zeigt, die nicht Teil der beanspruchten Erfindung ist, zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors;
11 eine dreidimensionale Ansicht einer Ausführungsform eines porösen Wandstromkörpers gemäß der Erfindung zeigt;
12 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Behandlungseinrichtung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors zeigt;
13 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Behandlungseinrichtung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors zeigt;
14 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines porösen Wandstromkörpers gemäß der Erfindung zeigt.
In den 1 bis 5 der Zeichnungen gekennzeichnet das Bezugzeichen im Allgemeinen eine Behandlungseinrichtung für die Behandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor. Die Einrichtung 10 umfasst im weitesten Sinne einen Kern 12 und ein Gehäuse 14.
Das Gehäuse 14 besteht aus Stahl des Typs, der gewöhnlich bei Schalldämpfern von Verbrennungsmotoren zum Einsatz kommt. Das Gehäuse umfasst einen angeflanschten Abgaseinlass 16, der von einem angeflanschten Abgasauslass 18 beabstandet ist. Das Gehäuse 14 umfasst weiter eine Einlasskammer 20, in die der Einlass 16 führt, und eine Auslasskammer 22, von der der Auslass 18 abgeht, wobei die Einlasskammer 20 und die Auslasskammer 22 durch den Kern 12 getrennt sind. Wie in den 1 und 3 der Zeichnungen klar ersichtlich verjüngt sich die Einlasskammer 20 und die Auslasskammer 22 in Endbereichen, die von dem Einlass 16 bzw. dem Auslass 18 entfernt sind.
Der Einlass 16 und der Auslass 18 sind in parallelen vertikalen Ebenen beabstandet, sind jedoch in der gleichen horizontalen Ebene, wenn die Behandlungseinrichtung 10 in der Seitenansicht gesehen wird, wie in 2 gezeigt ist. In der Ansicht von unten, wie in 3 der Zeichnungen gezeigt, sind der Einlass 16 und der Auslass 18 nicht ausgerichtet. Es sollte jedoch klar sein, dass die Behandlungseinrichtung 10 in jeder Orientierung eingesetzt werden kann, beispielsweise wie in 2 der Zeichnungen gezeigt, auf ihrer Seite oder sogar vertikal.
Der Kern 12 umfasst einen porösen Wandstrom-Monolithen 24 in der Form eines rechteckigen Panels oder einer rechteckigen Platte. Der Monolith 24 besteht aus einem Material oder einem Gemisch von Materialien, die die thermische Leitfähigkeit des Monolithen über die eines reinen keramischen Monolithen hebt, wie Cordierit-Monilith, beispielsweise auf etwa 20 W/mK. Es sollte jedoch klar sein, dass in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen ein rein keramisches Material für den Kern 12 zum Einsatz kommen kann. Der Monolith passt in einer luftdichten Art und Weise in das Gehäuse 14. Ein keramischer Versiegelungsfilz 15 bildet eine Versiegelung zwischen dem Monolithen 24 und dem Gehäuse 14.
Der Monolith 24 weist mehrere Leitungen 26 auf, die sich entlang des Inneren in einer Richtung erstrecken, die sich von einem Einlassende oder Einlassoberfläche 28 des Monolithen 24 auf ein Auslassende oder eine Auslassoberfläche 30 des Monolithen erstreckt.
Der Monolith weist eine Länge oder Dicke, gemessen in Richtung der Leitungen, von etwa 50 mm auf. Das Einlassende oder die Oberfläche 28 weist Abmessungen von etwa 102 mm × 514 mm auf, die einen tatsächlichen oder hochgerechneten Bereich für das Einlassende 28 von 52428 mm² liefern. Infolgedessen beträgt das Verhältnis der Länge oder Dicke des Monolithen 24 zum des Monolithen 24 etwa 1:52428 mm².
Die Leitungen 26 erstrecken sich parallel zueinander und senkrecht zum Einlassende oder der Oberfläche 28 und den Auslassende oder der Auslassoberfläche 30. Die Leitungen 26 sind voneinander gleich beabstandet.
Die Hälfte der Leitungen 26, in der vergrößerten Ansicht von 6 als 26.1 bezeichnet, im Detail in der 1 gezeigt, öffnen sich aus den Auslassende oder der Auslassoberfläche 30 des Monolithen 24. Die verbleibende Hälfte der Leitungen 26, in 6 als 26.2 bezeichnet, öffnen sich aus dem Einlassende der Oberfläche 28 des Monolithen 24. Die stromaufwärts gelegenen Bereiche der Leitungen 26.1. sind durch poröse Endwandungen 32 des Monolithen 24 geblockt oder abgeschlossen. Die stromabwärts gelegenen Enden der Leitungen 26.2. sind in vergleichbarer Art und Weise durch poröse Endwandungen 34 des Monolithen 24 abgeschlossen.
Die Leitungen 26 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf und sind in einer rechteckigen Rasteranordnung angeordnet. Wie in 7 der Zeichnungen klar ersichtlich, verjüngen sich die Leitungen 26.2 in Richtung stromabwärts, während die Leitungen 26.1 sich in Richtung stromabwärts erweitern. Die Seitenwandungen 36, die benachbarte Leitungen 26 trennen, weisen über deren Länge eine konstante Dicke auf. In der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform beträgt diese Dicke etwa 0.43 mm. Der Leitungsabstand und die Abmessungen der Leitungen liefern daher eine Leitungsdichte von etwa 1 Zelle/Leitung pro 6,45 mm².
Die Leitungen 26.1 und 26.2 weisen an der weitesten Stelle einen Querschnittsbereich von etwa 4,445 mm² auf. An deren engster Stelle weisen die Leitungen 26.1 und 26.2 einen Querschnittsbereich von etwa 1.545 mm² auf.
Die Leitungen 26.1 und 26.2 sind derart angeordnet, dass jede Leitung 26.1 im Allgemeinen mehr oder weniger an vier Seiten von den Leitungen 26.2 umgeben ist, und derart, dass jede Leitung 26.2 mehr oder weniger an vier Seiten von den Leitungen 26.1 umgeben sind, obwohl dieses Ergebnis natürlich neben einer äußeren Umfangsoberfläche des Monolithen 24, der durch den Versiegelungsfilz 15 an das Gehäuse 14 versiegelt ist, nicht vollständig erreicht werden kann.
Das poröse Innere des Monolithen 24 ist durch offene verbundene Poren in Form mikroskopischer Leitungen oder Kanäle (nicht gezeigt), mit einer Porengrösse von etwa 20 μm besetzt, wobei der Monolith 24 insgesamt eine prozentuale Porosität von etwa 50% aufweist.
Die Richtung der Leitungen 26 des Monolithen 254 ist in einem Winkel gegenüber einer zentral angeordneten Achse 38 durch den Abgaseinlass 16 und auch in einem Winkel zur zentral angeordneten Achse 40 durch den Abgasenauslass 18 (siehe 5 der Zeichnungen). Diese Anordnung ermöglicht vorteilhafterweise, dass die Behandlungseinrichtung 10 kompakt ist und weiter wesentliche Vorteile hinsichtlich Wärmestrahlung von dem Monolithen 24 zu dessen Umgebung aufweist.
Die Behandlungseinrichtung 10 kann ein Katalysator sein, wobei als solcher der Kern 12 dann sowohl auf der porösen Oberfläche der Leitungen 26, aus denen sich das poröse Innere des Monolithen 24 öffnet, als auch in den wirklichen Poren des porösen Inneren des Monolithen 24, katalytische Stellen aus einem Platin/Rhodium-Katalysator aufweist, die in den Poren und auf den porösen Oberfläche der Leitungen 26 abgelagert wurden. Die Katalysator-Ablagerung kann in einer herkömmlichen Art und Weise erfolgen, bei einer Dichte katalytischer Stellen, die für den beabsichtigten Einsatz des Katalysators geeignet ist. Ein derartiger Katalysator ist zur Verwendung in dem Abgassystem eines Verbrennungsmotors des von Benzin oder Ottokraftstoff abgeleiteten Typs geeignet, um unerwünschte Komponenten der Abgase einer derartigen Maschine in eine weniger unerwünschte Form zu bringen.
Anstelle eines Katalysators kann die Behandlungseinrichtung 10 in Form einer katalytischen Falle für Dieselteilchen-Kontrolle vorliegen. Der Kern 12 wird daher einen geeigneten Katalysator umfassen, um die Verbrennung von Dieselteilchenmaterial, das von dem Monolithen bei typischen Diesel-Abgastemperaturen von etwa 150°C bis 500°C eingefangen wurde, zu fördern. Der Katalysator wird erneut auf den Oberflächen der Poren in dem porösen Inneren des Monolithen 24 getragen und auch auf den Oberflächen der Leitungen 26, die sich entlang des Inneren des Monolithen 24 erstrecken.
Bei Verwendung gelangen die zu behandelnden Abgase des Verbrennungsmotors in das Gehäuse 14 der Einrichtung 10 durch den Einlass 16. Die Gase gelangen in den Kern 12 über die offenen stromaufwärts gelegenen Enden der Leitungen 26.2 in den Einlassende 28, bevor sie in einer Richtung transversal zu den Leitungen 26 durch das poröse Material zwischen den Leitungen strömen, in die Leitungen 26.1, die sich in das Auslassende 30 des Kerns 12 öffnen, von denen sie in die Auslasskammer 22 des Gehäuses 14 gelangen, bevor sie aus dem Gehäuse 14 über den Auslass 18 kommen. Ein enger Kontakt zwischen den Abgasen und dem Material des Kerns tritt auf, was den Kontakt der Abgase mit den katalytischen Stellen fördert und eine wirksame katalytische Umwandlung unerwünschter Verbrennungsprodukte in den Abgasen zu weniger erwünschten Verbrennungsprodukten, wie Kohlendioxid und Wasser fördert. Ist die Behandlungseinrichtung eine Rußfalle, dann fängt der Kern 12 Dieselteilchenmaterial ein, das dann katalytisch bei den Betriebstemperaturen der Rußfalle verbrannt wird.
In 8 der Zeichnungen sind die Leitungen 26 einer anderen Ausführungsform des Monolithen gezeigt. Im Gegensatz zu den Leitungen 26.2 der 7 weisen die quadratischen Leitungen 26.2 von 8 einen konstanten Querschnittsbereich entlang deren Länge auf. Die Leitungen 26.1 von 8 sind vergleichbar zu den Leitungen 26.1 der 7, die an deren geschlossenen Enden einen kleineren Querschnittsbereich aufweisen und auf deren offene Enden zu allmählich weiter werden. Wie in 8 der Zeichnungen ersichtlich bewirkt diese Anordnung, dass die Seitenwandungen 36 der Leitungen 26 des Monolithen von 8 an Einlassende oder an der Einlassfläche dicker sind, und auf das Auslassende oder die Auslassfläche 30 zu dünner werden. Diese Anordnung kann natürlicherweise nach bedarf auch umgekehrt werden.
In 9 der Zeichnungen ist eine Behandlungseinrichtung in Form einer sogenannten kontinuierlich regenerierenden Falle (CRT) im Allgemeinen durch das Bezugszeichen 50 angegeben. Die Falle 50 ist vergleichbar zur Behandlungseinrichtung 10 und wird in einer ähnlichen Art und Weise betrieben, wobei, wenn nicht anders angegeben, die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um die gleich oder ähnliche Teile oder Merkmale zu bezeichnen.
Ein hauptsächlicher Unterschied zwischen der Falle 50 und der Behandlungseinrichtung 10 besteht darin, dass die Falle 50 2 Kerne 12.1 und 12.2. umfasst. Die Kerne 12.1 und 12.2 sind ähnlich zu dem Kern 12 der Behandlungseinrichtung 10. Der Kern 12.1 umfasst jedoch einen Katalysator für die Umwandlung gasförmiger Verunreinigungen. Um das Einfangen von Teilchenmaterial im Kern 12.1. zu verhindern, sind die Leitungen des Kerns 12.1 gedrosselt und am Auslassende oder der Oberfläche 30 nicht vollständig blockiert, und/oder der Monolith 24 des Kerns 12.1 weist eine mittlere Porengrösse von über etwa 40 μm auf, beispielsweise zwischen etwa 40 μm und etwa 50 μm, was ermöglicht, dass das meiste Dieselteilchenmaterial ohne eingefangen zu werden durchgelangt. Der Monolith 24 des Kerns 12.1 ist auch dicker als der Monolith 24 des Kerns 12.2, der etwa 60 mm und etwa 40 mm dick ist. Die Kerne 12.1, 12.2 sind derart angeordnet, dass das Auslassende oder die Auslassoberfläche 30 des Kerns 12.1 von dem Einlassende oder der Einlassoberfläche 28 des Kerns 12.2. beabstandet ist. Der Kern 12.1 mit dem Katalysator zur Umwandlung gasförmiger Verunreinigungen befindet sich daher stromaufwärts des Kerns 12.2. Diese Anordnung ermöglicht die Erzeugung von Stickstoffdioxid in dem stromaufwärts gelegenen Kern 12.1. Das in dem stromaufwärts gelegenen Kern 12.1. so gebildete Stickstoffdioxid kann dann dazu verwendet werden, den in dem stromabwärts gelegenen Kern 12.2 eingefangenen Ruß zu verbrennen. Diese Verbrennung kann kontinuierlich bei Temperaturen über etwa 250°C ablaufen, wodurch im Kern 12.2 Kohlendioxid gebildet wird.
In 10 der Zeichnungen ist eine auch in Form einer kontinuierlich regenerierenden Falle vorliegenden Behandlungseinrichtung allgemein mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet. Die Fall wird in einer zur Falle 50 ähnlichen Art und Weise betrieben.
Die Falle umfasst eine Behandlungseinrichtung 10 in Form einer Falle für Dieselteilchenkontrolle, die mit einem Katalysator 70 verbunden ist. Der Katalysator 70 ist ein herkömmlicher Katalysator, der einen keramischen Durchströmkörper mit mehrere am Enden offenen, nicht beschränkten Leitungen aufweist, die sich von einem Ende des keramischen Körpers 72 zu dem anderen Ende des keramischen Körpers 72 erstreckt. Ein Platin-Katalysator ist auf den inneren Oberflächen der Leitungen vorhanden, die sich durch den Körper 72 erstrecken, und oxidieren im Einsatz Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid in Dieselabgasen, und weiter auch Stickoxid zu Stickstoffdioxid, das dazu verwendet wird, durch den Monolith 24 der Falle 10 zurückgehaltenen Ruß zu oxidieren.
Wie zuvor erwähnt ist der keramische Körper 72 ein herkömmlicher keramischer Körper, der in herkömmlichen Katalysatoren eingesetzt wird, und ist daher ein länglicher zylindrischer Körper mit Abmessungen, die sich von den Abmessungen des Monolithen 24 der Falle 10 erheblich unterscheiden. Der Körper 72 ist in einem Gehäuse 74 aufgenommen, das einen Einlass 76 und einen Auslass 78 aufweist.
In 11 der Zeichnungen ist eine Ausführungsform eines porösen erfindungsgemässen Wandstromkörpers generell mit dem Bezugszeichen 100 bezeichnet. Der poröse Wandstromkörper 100 ist zur Verwendung bei der Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors geeignet und ist ähnlich zu dem porösen Wandstrom-Monolithen 24 der 1. Der Körper 100 weist daher mehrere Leitungen auf, die sich entlang dessen Inneren in einer Richtung erstrecken, die sich von dem Einlassende oder Fläche oder Einlassoberfläche 28 auf das Auslassende oder auf die Auslassoberfläche 30 des Körper erstrecken. Die Leitungen erstrecken sich parallel zueinander und jede Leitung 26 weist eine Länge von etwa 50 mm auf. Im Gegensatz zum Monolithen 24 sind die Leitungen 26 des Körpers 100 nicht senkrecht zu den parallelen Flächen 28, 30. In anderen Worten, eine zentral angeordnete Längsachse durch einen Einlass eine Leitung 26 ist nicht senkrecht zu mindestens einer Tangente zu der Fläche 28, die die zentrale Längsachse der Leitung 26 schneidet.
Wie im Fall des Monolithen 24 öffnet sich eine Hälfte der Leitungen 26, mit 26.1 bezeichnet, aus dem Auslassende oder der Auslassoberfläche oder der Fläche 30 des Körpers 100. Die verbleibende Hälfte der Leitungen 26, mit 26.2. bezeichnet öffnen sich zum Einlassende oder Oberfläche oder Fläche 28 des Körpers 100. Die stromaufwärts gelegenen Enden der Leitungen 26.2 sind in ähnlicher Art und Weise abgesperrt. Die Leitungen 26 des Körpers 100 weisen einen quadratischen Querschnitt in einer quadratischen Rasteranordnung auf. Die Leitungen 26.2 verjüngen sich in Richtung stromabwärts, während sich die Leitungen 26.1 in Richtung stromabwärts weiten.
Der Körper ist ein keramischer Körper 100. Es sollte jedoch klar sein, dass viele andere geeignete Materialien zur Verwendung in einem porösen Wandstromkörper, wie dem Körper 100, existieren, die zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors verwendet werden können.
In Seitenansicht weist der Körper 100 eine Kontur auf, die der Kontur eines Paralellogramms ohne rechtwinklige Ecken entspricht. Der Körper 100 weist eine Länge auf, die länger ist als dessen Weite. Ein Winkel α zwischen der Fläche 28 und einer Endfläche 102 beträgt etwa 35°. Dieser Winkel von 35° ist daher der Winkel zwischen einer zentral angeordneten Längsachse durch einen Einlass einer Leitung 26 und einer Tangente zu der Gaseinlassfläche 28, die die zentrale Längsachse schneidet.
Das Volumen des porösen Wandstromkörpers 100 ist das gleiche, wie das Volumen des Monolithen 24. Die Anzahl an Leitungen des Körpers 100 ist weiter gleich der Anzahl an Leitungen 26 des Monolithen 24. Darüber hinaus sind der Querschnittsbereich der Leitungen 26 und die Wanddicke der Leitungen 26 zwischen dem Körper 100 und dem Monolithen 24 identisch. Die Einlassfläche 28 und die Auslassfläche 30 des Körpers 100 ist etwa 68% größer als die entsprechenden Flächen des Monolithen 24. Dies ist vom Gesichtspunkt der Wärmeabstrahlung vorteilhaft.
Der poröse Wandstromkörper 100 ist insbesondere, obwohl nicht notwendigerweise ausschließlich zur Verwendung als ein Kern eine katalytischen Falle für Dieselteilchenkontrolle geeignet. 12 zeigt eine Behandlungseinrichtung in Form einer bestimmten Falle zur Dieselteilchenkontrolle, die den porösen Wandstromkörper 100 als Kern 12 umfasst. In 12 wird die Dieselfall allgemein mit dem Bezugszeichen 200 bezeichnet.
Die Falle 200 ist ähnlich zur Behandlungseinrichtung 10 von 1. Die gleichen Bezugszeichen werden daher verwendet, um die gleichen oder ähnliche Teile oder Merkmale anzuzeigen.
Ein bestimmter Unterschied zwischen der Falle 200 und der Behandlungseinrichtung 10 besteht jedoch darin, dass der Winkel β zwischen der Richtung der Leitungen 26 des Körpers 100 und einer zentral angeordneten Achse 38 durch einen angeflanschten Abgaseinlass 16 näher an 180° ist, als dies der Fall für die Behandlungseinrichtung 10 wäre. Für die in 12 gezeigte Falle 200 beträgt der Winkel β etwa 155°. Dieser Anstieg im Winkel β ist ein Ergebnis der bestimmten Orientierung der Leitungen 26 des Körpers 100 und weist den Vorteil auf, dass der Einlass- und Auslaß-Druckverlust über die Leitungen 26 für die Falle 200 geringer ist als für die Behandlungseinrichtung 10. Ein weiterer Vorteil der Falle 200 besteht darin, dass aufgrund des Anstiegs der Bereiche der Flächen 28 und 30, die Wärmeabstrahlung der Flächen 28, 30 im Vergleich zu der des Monolithen 24 verbessert ist. Dies soll die thermische Schockwiderstandfähigkeit des Körpers 100 im Vergleich zum Monolithen 24 verbessern.
In 13 der Zeichnungen zeigt das Bezugszeichen 300 noch eine weitere Ausführungsform einer Teilchenfalle gemäß der Erfindung zur Dieselteilchenkontrolle, die einen porösen Wandstromkörper 100 als Kern 12 umfasst. Die Falle 300 ist ähnlich zur Falle 200 wobei, wenn nicht anders angegeben, die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung der gleichen oder ähnlichen Teile verwendet werden.
In der Falle 300 ist der Winkel β näher an 180° als der Winkel β der Falle 200, der 175° beträgt. Wie jedoch in 13 erläutert wird dies auf kosten der Kompaktheit erzielt, so dass die Falle 300 sperriger ist als die Falle 200.
In 14 der Zeichnungen ist eine weitere Ausführungsform eines porösen Wandstromkörpers gemäß der Erfindung allgemein mit dem Bezugszeichen 400 gezeigt. Im Prinzip ist der Wandstromkörper 400 ähnlich zum Monolithen 24, wobei die gleichen Bezugszeichen zur Angabe der gleichen oder ähnlichen Teile oder Merkmale verwendet werden.
Wie in 14 der Zeichnungen ersichtlich ist der Wandstromkörper 400 in der Tat zylindrisch rund mit abgestumpften oder abgeschrägten Einlass- und Auslaßflächen 28, 30, die parallel zueinander verlaufen. Als ein Ergebnis einer Endansichts-Kontur des zylindrisch runden Körpers 400, kann der Körper 400 in einem zylindrisch runden Gehäuse aufgenommen werden, wie der Länge einer Röhre, die in 14 in unerbrochenen Linien gezeigt ist, um eine Behandlungseinrichtung zu bilden. Die Einlass- und Auslaß-Flächen 28, 30 sind daher gegenüber einer zentral angeordneten Achse durch stromaufwärts und stromabwärts gelegene Bereiche des Gehäuses nicht senkrecht, und bedeckt, wenn auf das Gehäuse entlang einer senkrecht zur Fläche 28 bzw. der Fläche 30 verlaufenden Achse gesehen, einen inneren gekrümmten Oberflächenbereich des Gehäuses, der größer ist als der Bereich der Fläche 28, 30 selbst. Es wird erwartet, dass dies den Abstrahlungswärme-Austausch zwischen den Flächen 28, 30 und dem Gehäuse vorteilhaft fördert. Die Behandlungseinrichtung kann ein Gaseinlass und Gasauslass umfassen, die hinsichtlich der durch gestrichelte Linien gezeigten Röhre koaxial, jedoch mit geringerem Durchmesser verläuft. Anstelle dessen kann der Gaseinlass und der Gasauslass im Hinblick auf eine zentrale Längsachse der durch gestrichelte Linien gezeigten Röhre winklig versetzt sein, um Richtungsänderung im Gasstrom in den und aus dem Körper 400 heraus auf ein Minimum zu reduzieren.
Die Behandlungseinrichtungen zur Behandlung von Verbrennungsgasen von Verbrennungsmotoren, und insbesondere die Kerne, katalytisch oder nicht, derartiger Behandlungseinrichtungen müssen bei Verwendung vier grundlegenden Erfordernissen genügen, die sind:

(1) entsprechende Filterwirksamkeit, um Teilchenemissionsgesetzen zu genügen;
(2) geringer Druckabfall, um Brennstoffverbrauch zu minimieren und Motorleistung zu erhalten;
(3) hohe thermische Schockwiderstandsfähigkeit oder hohe thermische Leitfähigkeit oder Abstrahlungsfähigkeit, um die Filterintegrität während der Rußregeneration sicherzustellen; und
(4) hoher Oberflächenbereich pro Einheitsvolumen zur kompakten Packung.

Der Anmelder geht davon aus, dass der erfindungsgemässe poröse Wandstromkörper, wie in den 11 bis 14 gezeigt, diesen Erfordernissen außerordentlich gut genügt, obwohl einige der gezeigten Ausführungsformen diesen Erfordernissen mehr genügen als andere. So genügen dem Erfordernis des geringen Druckabfalls und der hohen thermischen Schockwiderstandfähigkeit der Platten-ähnliche poröse Körper und die erfindungsgemässe Behandlungseinrichtung außerordentlich gut im Vergleich zu Einrichtungen des Standes der Technik, die der Anmelder kennt, wie Behandlungseinrichtungen, bei denen längliche zylindrische rein keramische Wandstrom-Monolithe mit parallelen transversalen Flächen zum Einsatz kommen. Die Geometrie des erfindungsgemässen porösen Körpers liefert relativ große Abgas-Einlass- und -Auslass-Flächen, die als Abstrahlungsflächen den lokalen Temperaturanstieg in dem porösen Körper weiter begrenzen. Dieser Vorteil wird verstärkt, wenn diese Abstrahlungsflächen kälteren Wandungen der Behandlungseinrichtung, obwohl in einem schiefen Winkel, in einem Wärmeaustauschverhältnis mit der Umgebung gegenüberliegen. Die erfindungsgemässe Behandlungseinrichtung, wie gezeigt, zeigt daher einen besonders wichtigen Vorteil, soweit die Steuerung der Temperatur des porösen Wandstromkörper betroffen ist. Wie dem Fachmann wohlbekannt ist, ist es für den wirksamen Ablauf der katalytischen Aktivität Katalysators wichtig, dass der Katalysator eine geeignete Temperatur (die sogenannte Anspringtemperatur) so schnell wie möglich erreicht, nachdem der Verbrennungsmotor gestartet wurde. Typischerweise besteht das Gehäuse der Behandlungseinrichtung aus Metall, das sie viel schneller erwärmt als der Wandstromkörper, der in vielen Fällen erwartetermassen aus einem keramischen Material besteht. Als Ergebnis der Orientierung der relativ grossen Abgas-Einlass- und -Auslass-Flächen zu den Wandungen des Gehäuses, und der typischerweise gekrümmten Oberflächenbereich des diesen Flächen ausgesetzten Gehäuses, wirkt das Gehäuse während der Startphase als Förderer der Abstrahlungserwärmung des porösen Wandstromkörpers. Im Gegensatz dazu ist es, sobald die Betriebstemperatur erreicht ist, und insbesondere im Fall einer Behandlungseinrichtung, bei der der Wandstromkörper einen Katalysator trägt, um die Verbrennung von von dem Körper eingefangenem Dieselteilchenmaterial zu fördern, wichtig, Wärme von dem Wandstromkörper abzuführen, um den Kern und den Wandstromkörper zu schützen. Unter diesen Bedingungen wirken die grossen Abgas-Einlass- und Auslass-Flächen als Abstrahlungsflächen, die vorteilhafterweise so orientiert sind, dass sie den kälteren Wandungen des Gehäuse gegenüberliegen, so dass von dem Wandstromkörper Wärme abgeleitet wird. In der erfindungsgemässen, in 14 gezeigten Behandlungseinrichtung ist der Oberflächenbereich des Gehäuses, der bei dem Abstrahlungswärmeaustausch mit dem Wandstromkörper beteiligt ist, gewöhnlich grösser als der bei Einrichtung des Standes der Technik, ist gekrümmt und weiter im Vergleich zu einer des Standes der Technik besser orientiert.

Claims

Poröser Wandstromkörper (100, 400), der zur Verwendung in der Behandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor geeignet ist, wobei der Körper mehrere Kanäle (26) ausweist, die sich entlang seines Inneren zwischen einem/einer Gaseintrittsende oder -fläche (28) des Körpers und einem/einer Gasaustrittsende oder -fläche (30) des Körpers erstrecken, eine durch eine Öffnung in dem/der Austrittsende oder -fläche (30) in mindestens einem der Kanäle (26) zentral angeordnete Längsachse, die nicht orthogonal zu mindestens einer Tangente der Austrittsfläche (30) ist, welche die zentral angeordnete Längsachse schneidet, dadurch gekennzeichnet, dass ein spitzer Winkel zwischen der zentral angeordneten Längsachse und der Tangente 70° oder weniger beträgt.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach Anspruch 1, worin der spitze Winkel zwischen 45° und 25° beträgt.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, worin die Kanäle (26) eine maximale Länge von 110 mm aufweisen.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin eine maximale Länge der Kanäle (26) und das Volumen des Körpers (100, 400) derart sind, dass das Verhältnis der maximalen Länge zu dem Volumen mindestens 1 : 5000 mm^–2 ist.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach Anspruch 4, worin das Verhältnis der maximalen Länge zu dem Volumen in einem Bereich zwischen 1 : 5000 mm^–2 und 1 : 120000 mm^–2 liegt.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach Anspruch 5, worin das Verhältnis zwischen 1 : 10000 mm^–2 und 1 : 60000 mm^–2 liegt.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 5 W/mK aufweist.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin das/die Gaseintrittsende oder -fläche (28) und das/die Gasaustrittsende oder -fläche (30) eben sind, wobei alle die Kanäle (26) nicht orthogonal zu den Flächen (28, 30) angeordnet sind.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach Anspruch 8, worin die Eintrittsfläche (28) und die Austrittsfläche (30) parallel sind, wobei alle die Kanäle (26) lineare, parallel versetzte Kanäle sind.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Länge der Kanäle (26) zwischen 10 mm und 100 mm beträgt.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach Anspruch 10, worin die Länge der Kanäle (26) zwischen 20 mm und 80 mm beträgt.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin mindestens einige der Kanäle (26) verjüngt sind.
Poröser Wandstromkörper (100, 400) nach einem der vorstehenden Ansprüche, der ein geformter Körper ist.
Kern (12) für einen katalytischen Wandler, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern einen porösen Wandstromkörper (100, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis einschließlich 13 und einen geeigneten Katalysator für die Umwandlung unerwünschter Schadstoffe in Verbrennungsgasen von Verbrennungsmotorauslässen umfasst, wobei der Katalysator durch den Körper (100, 400) getragen wird.
Kern (12) für eine katalytische Falle zur Steuerung von Dieselpartikeln, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern einen porösen Wandstromkörper (100, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis einschließlich 13 und einen geeigneten Katalysator zum Fördern einer Verbrennung von durch den Körper (100, 400) gefangenem Dieselpartikelmaterial umfasst, wobei der Katalysator durch den Körper (100, 400) getragen wird.
Behandlungseinrichtung (200) für die Behandlung von Abgasen aus einem Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung einen porösen Wandstromkörper (100, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis einschließlich 13 umfasst, der in einem Gehäuse (14) mit einem Abgaseintritt (16) oder stromaufwärtigen Bereich und einem Abgasaustritt (18) oder stromabwärtigen Bereich lokalisiert ist.
Behandlungseinrichtung (200) nach Anspruch 16, worin die Richtung der Kanäle (26) des Körpers in einem Winkel von 180° oder weniger zu einer zentral angeordneten Achse (38) durch den Abgaseintritt (16) oder stromaufwärtigen Bereich und/oder zu einer zentral angeordneten Achse (40) durch den Abgasaustritt (18) oder stromabwärtigen Bereich ist.
Behandlungseinrichtung (200) nach Anspruch 17, worin der Winkel zwischen der Richtung der Kanäle (26) des Körpers (100, 400) und einer zentral angeordneten Achse (38) durch den Abgaseintritt (16) oder stromaufwärtigen Bereich und/oder zu einer zentral angeordneten Achse (40) durch den Abgasaustritt (18) oder stromabwärtigen Bereich zwischen 90° und 175° beträgt.
Behandlungseinrichtung (200) nach einem der Ansprüche 16 bis einschließlich 18, welche eine Dieselpartikelfalle ist.
Behandlungseinrichtung (200) nach Anspruch 19, worin der Wandstromkörper (100, 400) der Behandlungseinrichtung (200) einen Katalysator zum Fördern einer Verbrennung von durch den Körper (100, 400) gefangenem Dieselpartikelmaterial trägt.
Behandlungseinrichtung (200) nach Anspruch 19, welche zusätzlich zur Fähigkeit als eine Falle, ob katalytisch oder nicht, zur Steuerung von Dieselpartikeln zu wirken, ebenfalls geeignet ist als ein katalytischer Wandler für die Umwandlung unerwünschter gasförmiger Schadstoffe in Verbrennungsgasen aus einem Verbrennungsmotorauslass zu wirken.
Behandlungseinrichtung nach Anspruch 21, welche mindestens zwei in Reihe angeordnete Kerne umfasst, wobei ein Kern einen Katalysator für die Umwandlung gasförmiger Schadstoffe umfasst, und ein Kern wahlweise einen Katalysator für die Verbrennung von Dieselpartikelmaterial umfasst, wobei mindestens einer der Kerne den Wandstromkörper (100, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis einschließlich 13 umfasst.
Behandlungseinrichtung nach Anspruch 22, worin mindestens einer der Kerne einen Durchflusskörper mit einer Vielfalt an nicht beschränkten Kanälen mit offenen Enden umfasst, die sich von einem Ende des Körpers zu einen anderen Ende des Körpers erstrecken.
Behandlungseinrichtung (200) nach einem der Ansprüche 16 bis einschließlich 23, worin die Gaseintrittsfläche (28) und/oder die Gasaustrittsfläche (30) des porösen Wandstromkörpers (100, 400), wenn sie entlang einer zu der Fläche (28, 30) selbst orthogonalen Achse auf das Gehäuse (14) projiziert wird, einen inneren Oberflächenbereich des Gehäuses (14) bedeckt, der größer ist als der Bereich der Fläche (28, 30) selbst, wobei dadurch ein Strahlungswärmeaustausch zwischen der Gaseintrittsfläche (28) und/oder Gasaustrittsfläche (30) und dem Gehäuse (14) verbessert wird.
Behandlungseinrichtung (200) nach Anspruch 24, worin mindestens eine der Eintrittsfläche (28) oder Austrittsfläche (30) des Körpers (100, 400) jeweils nicht orthogonal zu einer zentral angeordneten Achse (38, 40) durch den Abgaseintritt (16) oder stromaufwärtigen Bereich oder dem Abgasaustritt (18) oder stromabwärtigen Bereich ist.