WO2012100273A1 - Katalysatoranordnung für eine abgasreinigungsvorrichtung einer brennkraftmaschine - Google Patents

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gas purification
purification device
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Friedrich Gruber
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Ge Jenbacher Gmbh & Co Ohg
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Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, in particular for a stationary gas engine, with at least one catalyst arrangement, wherein the at least one catalyst arrangement along a flow direction of an exhaust gas of the internal combustion engine can be flowed through and along the flow direction a plurality of catalytically active, in particular independent areas comprising, wherein a nickelab 2010voriques is provided, which comprises at least one heat receiving device and a heat sink, wherein at least between two catalytically active areas, the at least one heat receiving device is provided, wherein the at least one heat receiving device is contacted with the heat sink.
  • a broadbandab 2010voriques which comprises at least one heat receiving device and a heat sink, wherein at least between two catalytically active areas, the at least one heat receiving device is provided, wherein the at least one heat receiving device is contacted with the heat sink.
  • Modern high-performance lean-burn engines, in particular stationary gas engines have very high power densities and efficiencies with relatively low production and maintenance costs.
  • gas-lean-burn engines are among the most economical power generation technologies on the market. Compared to diesel engines, pollutant emissions are also very low, whereby NOx emissions can be reduced to very low levels by internal engine emissions and emissions of CO and formaldehyde by exhaust gas catalytic measures.
  • unburned hydrocarbons in particular methane (CH4)
  • CH4 methane
  • conventional emission control devices can only implement CH4 to a very limited extent.
  • the object of the invention is to provide a comparison with the prior art improved exhaust gas purification device for an internal combustion engine.
  • an emission control device for the reduction of unburned fuel components is to be specified, which avoids the above-mentioned problems with strong Exot tires.
  • the exhaust gas purification device should have a high tolerance to short-term hydrocarbon spikes, which may be caused, for example, by misfires or interruptions in engine combustion, e.g. through selective selective cylinder shutdown during load drops, can occur.
  • the maintainability of the exhaust gas purification device should be facilitated.
  • the exhaust gas purification device comprises a plurality of catalyst assemblies and a, in particular tubular, inner housing with a housing shell and a housing enclosing the outer housing, wherein the inner housing has a longitudinal axis, wherein the catalyst assemblies are arranged separately from each other on the housing shell of the inner housing ,
  • the catalyst arrangements Due to the fact that the catalyst arrangements are arranged on the inner housing, the most direct possible heat removal from the catalyst arrangements can take place into the inner housing of the exhaust gas purification device.
  • the heat removal devices provided in the catalyst arrangements comprise at least one heat absorption device and a heat sink as well as the inner housing heat capacities.
  • the heat capacities can generally be achieved a temperature stabilization of the exhaust gas purification device, especially if the heat receiving devices, the heat sinks (eg the housing of the catalyst assemblies) and the Inner housing of the exhaust gas cleaning device good heat conduction in conjunction.
  • a plurality of catalyst assemblies are arranged separately from each other on the inner housing, can be arranged between the catalyst assemblies substantially exposed areas of the inner housing.
  • These webs between the catalyst assemblies also have a temperature-stabilizing effect in terms of heat capacity. They can also promote heat dissipation.
  • the internal structure of the catalyst assemblies with banksab Industriesvoriquesen and the arrangement of the catalyst assemblies on the inner housing of an exhaust gas purification device an advantageous synergistic effect with respect to the temperature stabilization or temperature compensation, in particular the heat removal, the exhaust gas purification device.
  • the catalyst assemblies may preferably be arranged so that their flow direction is substantially transverse to the longitudinal axis of the inner housing, so that viewed radially from the housing, the catalyst assemblies can be viewed.
  • Such an arrangement of the catalyst assemblies along the longitudinal axis of the inner housing can be achieved that the flow rate in the exhaust gas purification device and thus the influx of unburned exhaust gas components can be significantly reduced to the surfaces of the catalytically active regions at a constant space velocity. Furthermore, this allows the entire catalyst volume to be divided into a plurality of individual catalyst arrangements, each of which has a relatively small diameter.
  • the exhaust gas flow rate through the exhaust gas purification device is usually related to the total volume of the catalytically active regions and referred to as space velocity.
  • the space velocity of exhaust gas purification devices is between 40,000 and 100,000 h -1 , ie an amount of exhaust gas flows through the exhaust gas purification device per hour corresponding to 40,000 and 100,000 times the total volume of the catalytically active regions.
  • These values for the space velocity correspond to the free entrance surface of the catalytically active areas related values for the flow velocity from approx. 3 - 7 m / s.
  • the exhaust gas supplies the chemical energy contained in the unburned hydrocarbons, part of which is converted into heat converted into heat by the chemical reaction into the carrier bodies of the catalyst arrangements of the exhaust gas purification device.
  • the sum of the inlet surfaces of the catalyst assemblies can be in a defined ratio to the exhaust gas volume flow (based on the rated power of the engine) according to the required space velocity, according to the formula:
  • V ⁇ / A is the sum of the inlet areas of the catalyst arrangements, Q the exhaust gas volume flow, v the required space velocity and I the total length of the catalytically active areas.
  • a canted, preferably at least 3 mm thick, heat-resistant steel sheet can be used, whose cross-section can be polygonal transverse to the longitudinal axis.
  • an octagonal cross section of the housing jacket of the inner housing produces eight side surfaces extending in the direction of the longitudinal axis of the inner housing, wherein catalyst arrangements can be arranged on each side surface in the direction of the longitudinal axis. The number of side surfaces can be carried out depending on the exhaust gas flow rate through the exhaust gas purification device.
  • the cross-section of the housing shell of the inner housing for example, square to 2,000 m 3 / h, hexagonal in the range of 1,500 to 5,000 m 3 / h, in the range of 4,000 to 12,000 m 3 / h octagonal and in the range> 12,000 m 3 / h dodecagonal be executed.
  • the inner housing has an exhaust gas inlet opening, wherein the plurality of Catalyst assemblies are arranged starting from the exhaust gas inlet opening along the longitudinal axis at decreasing radial distances from the longitudinal axis.
  • the inside diameter of the inner housing decreases along the longitudinal axis.
  • the housing shell of the inner housing has a plurality of sections with different cross-sectional diameters.
  • the catalyst assemblies may be arranged at different radial distances from the longitudinal axis of the inner housing at this.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust gas inlet opening can be evenly distributed to the catalyst assemblies.
  • a heating device for heating the catalytically active regions of at least one of the plurality of catalyst arrangements.
  • a heating device can be arranged between in each case two catalyst arrangements arranged along the direction of the longitudinal axis.
  • the heaters are used in particular during a cold start of the internal combustion engine for rapid increase in temperature of the exhaust gas purification device in order to bring about a rapid catalytic activity of the exhaust gas purification device can.
  • the heaters can be heated wires, for example.
  • the at least one heat receiving device can also be used for heating.
  • the proposed heat dissipation device of a catalyst arrangement should in particular dissipate heat which arises in the conversion of unburned hydrocarbon fractions in the catalyst arrangement.
  • the preferably two to four catalytically active regions of a catalyst arrangement can be independent of one another. Between at least two catalytically active areas while a heat receiving device is provided which can absorb the resulting heat and derived by thermal contact with a heat sink accordingly.
  • the heat sink can preferably be formed by a housing which encloses the catalyst arrangement and is thermally contacted or coupled with its at least one heat receiving device. According to an advantageous development can be between Catalyst arrangement and housing a good thermal conductivity
  • Heat transport device preferably a metal fiber mat or an embedding mass may be provided.
  • the plurality of catalytically active regions each comprise a carrier body, wherein at least one catalyst, preferably a plurality of catalysts, is applied to the carrier body.
  • catalysts are often used precious metals such as platinum, palladium and rhodium.
  • the catalyst arrangement has a first catalytically active region and a second catalytically active region in the flow direction, wherein the carrier body of the first catalytically active region has a lower catalyst loading than the carrier body of the second catalytically active region.
  • this can be designed such that in each case a heat receiving device is provided between in each case two successive catalytically active regions in the flow direction. It can of course also be provided that in each case a heat receiving device is provided in the flow direction before the first and after the last catalytically active region.
  • the carrier bodies are usually pressed by means of ceramic swelling mats (for example made of mica compounds) in the housing.
  • These swelling mats have the task to compensate for the different thermal expansions of carrier body and housing, as well as to thermally isolate the catalyst assembly. It should thus be removed as little heat from the interior of the catalyst assembly in the housing surrounding the catalyst assembly.
  • exactly the opposite is to be achieved: in order to counteract the strong evolution of heat by the reaction of unburned hydrocarbons, as much heat should be dissipated.
  • heat absorption devices are provided in the interior of the catalyst arrangement, which heat preferably by means of a good thermal conductivity heat transfer device (eg, a metal fiber mat or investment with a high thermal conductivity) to a heat sink, for example, the surrounding the catalyst assembly housing dissipate.
  • a good thermal conductivity heat transfer device eg, a metal fiber mat or investment with a high thermal conductivity
  • a heat-conductive heat transport device has a temperature-stabilizing effect, so that a thermal relief of the catalyst arrangement can be made possible at short-term temperature peaks.
  • the housing may preferably surround the catalyst arrangement in the flow direction of the exhaust gas jacket-shaped.
  • the carrier body is a ceramic carrier.
  • the ceramic of the support body may comprise, for example, cordierite.
  • the carrier body can be formed from a disk with a thickness of 40-60 mm, preferably 50 mm. In the case of circular disks, the diameter of the disk can be 120-160 mm, preferably 140 mm.
  • the wall thickness of the carrier may be> 0.25 mm, preferably at least 0.3 mm, in order to ensure an increased heat capacity of the carrier.
  • the at least one heat receiving device consists at least partially of a material with good thermal conductivity and / or that the at least one heat receiving device consists at least partially of a material with high heat capacity.
  • a material with good thermal conductivity is understood as meaning a material having a thermal conductivity of> 10 W / mK, preferably> 20 W / mK. This applies, for example, to certain brass alloys or copper-nickel alloys, such as the alloy CuNi2Si (SB22) with about 250 W / mK.
  • a material with a high heat capacity is understood as meaning a material with a specific heat capacity> 0.4 kJ / kgK.
  • an uncoated carrier body can also be used as the heat-receiving device, in which case preferably the cell wall thickness is selected to be higher in order to achieve a higher heat capacity.
  • the at least one heat receiving device comprises at least one wire grid layer.
  • a wire grid layer can be arranged substantially straight, crosswise Bars or wires are preferably formed with each preferably about 1, 5 - 2.5 mm in diameter.
  • the preferred materials for the rods or wires are steel (low alloy), brass, nickel, alloys or special ceramics with high thermal conductivity and high heat capacity.
  • 4-7 wire mesh layers can be used per heat receiving device.
  • the distance between the individual bars or wires within a plane or wire mesh layer can be about 1, 5 - 2.5 mm.
  • the wire mesh layers can be enclosed in flexible brackets or terminals, in which case no tightness is required.
  • the at least one heat receiving device may also comprise a plurality of wire mesh layers arranged congruently or offset one above the other and, overall, have a layer thickness of approximately 5 to 15 mm in the direction of flow.
  • a fine tuning of the wire spacing and number of wire grid layers can be made such that at a flow rate of the exhaust gas with respect to the free flow area of about 1 m / s, a pressure loss of 4-7 mbar sets.
  • the at least one heat absorption device can thereby contribute to a homogenization of the flow over the cross section, relative to the flow direction of the exhaust gas.
  • the at least one wire grid layer but also increased turbulence generation in the exhaust gas flow can be achieved, by which the reactivity of the exhaust gas can be increased in the downstream of the catalytically active region.
  • the at least one heat receiving device comprises a metal or ceramic foam.
  • a metal or ceramic foam can have a particularly favorable effect on a flow equalization and a heat distribution or temperature stabilization.
  • the metal or ceramic foam used is preferably characterized by a large specific surface, a high thermal conductivity, a high heat capacity, and a high temperature and corrosion resistance.
  • the at least one heat receiving device can also be designed as a sponge or as a hollow ball structure.
  • a cooling device for active cooling of the at least one heat absorption device can be further provided.
  • At least one heating device can be provided. This can for example be designed as a heating mat and be arranged in the flow direction after a heat receiving device and in front of a catalytically active region. Such a heater is used in particular during a cold start of the internal combustion engine to achieve a stable temperature state in the catalyst arrangement.
  • the housing of the catalyst arrangement has at least one fastening device for fastening the catalyst arrangement to a housing part of an exhaust gas purification device.
  • the fastening devices can be embodied, for example, as a plurality of support elements (for example fixing rings) projecting from the preferably jacket-shaped housing, through which the catalyst arrangement can be connected to the inner housing of an exhaust-gas purification device, e.g. can be screwed.
  • both the housing of the catalyst assembly and the inner casing of the exhaust gas purification device made of a good thermal conductivity material (eg steel sheet), so starting from the at least one heat receiving device via, for example, a good thermal conductivity heat transfer device (eg investment) to the housing of the catalyst assembly and the inner casing of the Exhaust gas purification device, which form the heat sink in this case, a good heat dissipation can be achieved.
  • a good thermal conductivity heat transfer device eg investment
  • Fig. 1a shows an example of the proposed catalyst arrangement in a
  • FIG. 1 b shows a diagram of the concentration of unburned hydrocarbons along the catalytically active regions of a catalyst arrangement according to FIG. 1 a
  • 3a shows the schematic structure of an exhaust gas purification device
  • 3b is a sectional view transverse to the longitudinal axis of the inner housing of
  • Fig. 6, Fig. 7 are schematic representations of further arrangement variants of proposed catalyst arrangements in one
  • Fig. 8 shows another example of an exhaust gas purification device with proposed catalyst arrangements
  • Adjustment device for influencing the exhaust gas flow is
  • the catalyst arrangement 1 comprises two catalytically active regions 4, 4 ', which each comprise a carrier body 6.
  • the carrier body 6 of the first catalytically active region 4 in the flow direction S has a lower charge with catalysts than the carrier body 6 of the second catalytically active region 4 'in the flow direction S.
  • the first catalytically active region 4 in the flow direction S has a lower catalytic activity compared to the second catalytically active region 4 ', as a result of which the unburnt fuel components can be reacted over the entire catalyst length.
  • the carrier body 6 of the two catalytically active regions 4, 4 ' can be, for example, circular ceramic matrix disks with disk thicknesses D1, D2 of approximately 45 mm and diameters of approximately 140 mm.
  • the wall thickness of the ceramic matrix can be about 0.3 mm in order to increase the heat capacity of the ceramic matrix and the thermal resistance to a rapid increase in temperature accordingly.
  • a heat receiving device 5a is arranged, wherein this heat receiving device 5a preferably comprises a material with good thermal conductivity and / or high heat capacity to dissipate and / or absorb occurring temperature peaks accordingly.
  • the heat receiving device 5a may for example consist of one or more wire grid layers, wherein the grid bars may each have diameters of about 1, 5 to 2.5 mm.
  • the wire grid layers can be temperature-stabilizing and, depending on the arrangement, also produce turbulence. Increased turbulence in the exhaust gas flow can result in an increased reaction in the catalytically active region 4 'following in the direction of flow S.
  • the arrangement shown of two catalytically active Bei oak 4, 4 'and disposed therebetween heat receiving device 5a is embedded by means of good thermal conductivity heat transport device 8 in a jacket-shaped housing 7, which acts as a heat sink 5b.
  • the heat transport device 8 may be, for example, a metal fiber mat which can dissipate the heat of the carrier body 6 and the heat receiving device 5 a in the direction of the housing 7, which may be, for example, a sheet steel cylinder jacket.
  • 1 b shows a diagram of the concentration K of the unburned hydrocarbon fractions contained in the exhaust gas flow over the thickness D of the catalytically active regions 4, 4 'flowed through by the exhaust gas in the flow direction S according to FIG.
  • the x-axis of this diagram shows the layer thicknesses D1, D2 of the two catalytically active regions 4, 4 'of the arrangement according to FIG. 1a, which are flowed through in the flow direction S by the exhaust gas flow.
  • the y-axis shows the concentration K of the unburned hydrocarbons in the exhaust stream.
  • the concentration K on entry into the first catalytically active region 4 is considered as the reference value. This reference value is given as 100%.
  • the concentration K decreases along the slice thickness D1 of the first catalytically active region 4.
  • the second catalytically active region 4 ' has a higher charge than the first catalytically active region 4 Catalysts, whereby this second catalytically active region 4 'has a higher catalytic activity and the concentration K of unburned hydrocarbons in the exhaust stream decreases correspondingly faster.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the proposed catalyst arrangement 1 in a sectional view along the flow direction S.
  • the catalyst arrangement 1 has a total of three catalytically active regions 4, wherein between each two catalytically active regions 4 succeeding one another in the flow direction S, a heat absorption device 5a is provided is.
  • the entire arrangement is embedded by means of a good thermal conductivity investment, which forms a heat transport device 8, in a cylinder jacket-shaped housing 7, wherein the housing 7 forms a heat sink 5b.
  • the housing 7 may for example consist of sheet steel and has in this embodiment, two fastening devices 9, by which the catalyst assembly 1 can be attached to an inner housing 10 of an exhaust gas purification device 2, for example by screwing.
  • the catalyst assembly 1 can be particularly easily serviced (e.g., cleaned or replaced).
  • FIG 3a shows schematically an example of a proposed exhaust gas purification device 2 comprising an inner housing 10 and an outer housing 12 enclosing the inner housing 10.
  • the inner housing 10 is tubular in this case. It has a housing shell 11 and is on the right Closed front. In the area of the left end side, the inner housing 10 is connected to an exhaust gas collecting pipe of an indicated internal combustion engine 3. The flow direction of the exhaust gases of the internal combustion engine 3 is indicated by dashed arrows.
  • proposed catalyst assemblies 1 are arranged on the housing shell 11. In the example shown, the exhaust gas flows through the exhaust gas intake pipe of the internal combustion engine 3 and is introduced through the exhaust gas inlet opening 13 of the inner housing 10 into the interior of the inner housing 10.
  • the exhaust gas flows along the flow directions S through the individual catalyst arrangements 1 in the direction of the outer housing 12 of the exhaust gas purification device 2. From there, the exhaust gas leaves the exhaust gas purification device 2 via the outlet 20, for example in the direction of the exhaust gas turbocharger.
  • one or more catalyst arrangements 1 may be equipped with temperature sensors, wherein these temperature sensors may be located immediately before or after the respective catalyst arrangement 1 or within the catalyst arrangement 1, for example between a catalytically active area 4 and a heat absorption device 5a.
  • a heat receiving device 5a within a catalyst arrangement 1 can be used to determine the prevailing temperature.
  • FIG. 3b shows a sectional view along section line A-A of the inner housing 10 of Fig. 3a.
  • the housing shell 11 of the inner housing 10 is an eight-folded steel sheet.
  • An attachment of a catalyst arrangement 1 to a side surface 15 can be effected via fastening devices 9 on the housing 7 of the catalyst arrangement 1 (see FIG. 2).
  • FIG. 4 shows the top view of a further example of an inner housing 10 with catalyst arrangements 1 arranged thereon.
  • the lattice-shaped hatched areas indicate in this case the exit surfaces of a carrier body 6 through which the exhaust gas flows in the form of a ceramic matrix.
  • the catalyst assemblies 1 have a quadrangular cross-section transverse to the flow direction S.
  • the catalyst assemblies 1 adjacent side surfaces 15 of the housing shell 11 are each arranged at the same distance from the exhaust gas inlet opening 13.
  • FIG. 5 shows a further example of an inner housing 10 and catalyst arrangements 1 arranged thereon.
  • the catalyst arrangements 1 have a round cross section transverse to the flow direction S.
  • the catalyst assemblies 1 of adjacent side surfaces 15 of the housing shell 11 are offset from each other. Thus, a higher packing density can be achieved. In addition, thereby the supporting webs between the catalyst assemblies 1 are evenly distributed.
  • the cross sections of the housing shell 11 of the inner housing 10 along the longitudinal axis L may have a plurality of different diameters and thus the local exhaust gas volume flows to be adjusted.
  • FIG. 6 shows schematically the example of an exhaust gas purification device 2 in which the housing shell 11 of the inner housing 10 is stepped, wherein the diameter of the cross section transverse to the longitudinal axis L in the region of the exhaust gas inlet opening 13 has a higher value than the diameter of a cross section of the housing shell 1 first In the region of the closed front side of the inner housing 10.
  • the exhaust gas purification device 2 heaters 14 are provided in the form of heating wires between adjacent in the longitudinal direction L catalyst assemblies 1.
  • the exhaust gas purification device 2 for example, before the start of the internal combustion engine 3 (not shown here) are preheated to reaction temperature.
  • the emission behavior during start and idling of the internal combustion engine 3 and during the startup of the internal combustion engine 3 can be improved.
  • 7 shows another example of an exhaust gas purification device 2 with proposed catalyst arrangements 1 according to FIG. 6.
  • the catalyst arrangements 1 are arranged at different radial distances from the longitudinal axis L, so that the radial distances starting from the exhaust gas inlet opening 13 to the right remove the end face of the inner housing 10 continuously. This improves the flow conditions of the exhaust gas flow in the interior of the inner housing 10.
  • the flow direction S is parallel to the longitudinal axis L.
  • FIG. 8 shows a schematic longitudinal section of a further advantageous embodiment of an exhaust-gas purification device 2 with proposed catalyst arrangements 1, in which a conical flow-deflecting device 16 is provided in the interior of the inner housing 10.
  • This flow deflection device 16 can improve the flow behavior of the catalyst assemblies 1.
  • the outer housing 12 is designed so that the distance between the outer housing 12 and housing shell 11 of the inner housing 10 increases from left to right, ie in the direction of an increasing mass flow of the exhaust gas flowing through the catalyst assemblies 1.
  • FIG. 9 schematically shows the internal structure of a further exhaust gas purification device 2 with proposed catalyst arrangements 1.
  • the exhaust gas purification device 2 is connected to an exhaust gas manifold of an internal combustion engine 3 indicated here, so that the exhaust gas of the internal combustion engine 3 through the exhaust gas inlet opening 13 in the interior of the inner housing 10 can flow.
  • the exhaust gas flows along the flow directions S through the catalyst assemblies 1 into the space between the inner housing 10 and the outer housing 12. From there, it becomes via the outlet 20 of the exhaust gas purification device 2, for example in the direction of an exhaust gas turbocharger dissipated.
  • the exhaust gas collecting pipe 18 of the internal combustion engine 3 has a direct connection to the outlet 20 of the exhaust gas purification device 2 via a bypass line 19.
  • the exhaust gas volume flow can be divided by the exhaust gas purification device 2 and by the bypass line 19 in an arbitrary ratio via the provided exhaust gas steering device 17 in the form of an adjusting flap.
  • a division of the exhaust gas flow rate can be carried out based on the temperature conditions in the exhaust gas purification device 2 or according to engine dynamics requirements, eg for the start and shutdown of the engine 3 or for the rapid startup of the engine. 3

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Abstract

Abgasreinigungsvorrichtung (2) für eine Brennkraftmaschine (3), insbesondere für einen stationären Gasmotor, mit wenigstens einer Katalysatoranordnung (1), wobei die wenigstens eine Katalysatoranordnung (1) entlang einer Strömungsrichtung (S) von einem Abgas der Brennkraftmaschine (3) durchströmbar ist und entlang der Strömungsrichtung (S) eine Mehrzahl von katalytisch aktiven, insbesondere voneinander unabhängigen, Bereichen (4, 4') umfasst, wobei eine Wärmeabführvorrichtung (5) vorgesehen ist, welche mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung (5a) und eine Wärmesenke (5b) umfasst, wobei zumindest zwischen zwei katalytisch aktiven Bereichen (4, 4') die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung (5a) vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung (5a) mit der Wärmesenke (5b) kontaktiert ist, wobei die Abgasreinigungsvorrichtung (2) eine Mehrzahl von Katalysatoranordnungen (1) und ein, insbesondere rohrförmiges, Innengehäuse (10) mit einem Gehäusemantel (11) sowie ein das Innengehäuse (10) umschließendes Außengehäuse (12) umfasst, wobei das Innengehäuse (10) eine Längsachse (L) aufweist, wobei die Katalysatoranordnungen (1) getrennt voneinander am Gehäusemantel (11) des Innengehäuses 10 angeordnet sind.

Description

Katalysatoranordnung für eine Abgasreinigungsvorrichtung einer
Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen stationären Gasmotor, mit wenigstens einer Katalysatoranordnung, wobei die wenigstens eine Katalysatoranordnung entlang einer Strömungsrichtung von einem Abgas der Brennkraftmaschine durchströmbar ist und entlang der Strömungsrichtung eine Mehrzahl von katalytisch aktiven, insbesondere voneinander unabhängigen, Bereichen umfasst, wobei eine Wärmeabführvorrichtung vorgesehen ist, welche mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung und eine Wärmesenke umfasst, wobei zumindest zwischen zwei katalytisch aktiven Bereichen die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung mit der Wärmesenke kontaktiert ist. Moderne Hochleistungs-Magermotoren, insbesondere stationäre Gasmotoren, weisen sehr hohe Leistungsdichten und Wirkungsgrade bei relativ geringen Herstell- und Wartungskosten auf. Aus diesem Grund zählen Gas-Magermotor-Anlagen zu den wirtschaftlichsten Energieerzeugungstechnologien auf dem Markt. Im Vergleich zu Dieselmotoren sind auch die Schadstoffemissionen sehr gering, wobei die NOx- Emissionen durch innermotorische und die CO- und Formaldehydemissionen durch abgaskatalytische Maßnahmen auf sehr geringe Werte reduziert werden können. Bei den unverbrannten Kohlenwasserstoffen, insbesondere bei Methan (CH4), weisen erdgasbetriebene Magermotoren hingegen relativ hohe Emissionswerte auf. Im Gegensatz zu CO können übliche Abgasreinigungsvorrichtungen CH4 nur in sehr geringem Maße umsetzen. Zur Erzielung ausreichend hoher Umsetzungsraten sind neben speziellen Formulierungen für die aktive Oberfläche der Katalysatoranordnungen von Abgasreinigungsvorrichtungen auch Temperaturen von mindestens etwa 600 °C erforderlich. Da die Abgastemperatur moderner hochaufgeladener Gas-Magermotoren nach einem Abgasturbolader nur etwa 300 - 400 °C beträgt, kann eine für CH4 aktive Abgasreinigungsvorrichtung nicht nach dem Abgasturbolader eingesetzt werden. Um eine entsprechende Reaktion zur Umsetzung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in einer Abgasreinigungsvorrichtung eines hochaufgeladenen Gas-Magermotors zu erzielen, muss daher die Abgasreinigungsvorrichtung vor einer Abgasturbine angeordnet sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die für diese chemische Reaktion nötige Temperatur vorhanden ist.
Bei der Umsetzung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe wird ein Teil der darin enthaltenen chemischen Energie durch die chemische Reaktion in Wärme umgewandelt. Da die Reaktionsrate in der Abgasreinigungsvorrichtung eine Funktion der Temperatur ist, erfolgt die Umsetzung rascher und vollständiger, je höher die Temperatur ist. Sobald daher die Konzentration an unverbrannten Kohlenwasserstoffen ein bestimmtes Maß überschreitet, führt die Temperaturerhöhung aufgrund der Reaktion zu einer Steigerung der Reaktionsrate und damit zu einem selbstverstärkenden Vorgang. Die Temperatur steigt immer weiter an, bis die gesamten, im Abgas enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffe auf einer sehr kurzen Wegstrecke vollständig umgesetzt werden. Bei entsprechend erhöhten Konzentrationen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen kommt es in der Folge lokal zu einer thermischen Überlastung des Katalysatorträgers oder sogar zum Schmelzen von rrägermaterial der Katalysatoranordnungen. Dieser Effekt wird im Falle des Einbaues der Abgasreinigungsvorrichtung vor einer Abgasturbine noch dadurch verstärkt, dass das Abgas unter einem Druck von etwa 3 - 4 bar vorliegt und die Energiedichte der in den unverbrannten Kohlenwasserstoffen enthaltenen chemischen Energie damit entsprechend erhöht ist. Zu den massivsten Problemen zählt dabei die thermische Zerstörung von Bereichen einer Abgasreinigungsvorrichtung durch zu hohe Konzentrationen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen, wie sie beispielsweise bei Zündaussetzern vorkommen. Zündaussetzer können bei Gasmotoren jedoch kaum grundsätzlich vermieden werden.
Als Gegenmaßnahme gegen eine solche verstärkt auftretende Korrosion eines Katalysatorträgerkörpers aufgrund von durch unverbrannte Kohlenwasserstoffe verursachte starke exotherme Reaktionen zeigt beispielsweise die DE 100 46 278 A1 einen Katalysatorträgerkörper, welcher in Strömungsrichtung des Abgases zwei unterschiedliche Zonen aufweist, wobei die erste Zone eine höhere oberflächenspezifische Wärmekapazität aufweist als die zweite Zone. Dadurch wird dem Abgas in der ersten Zone relativ viel thermische Energie entzogen, wodurch einer verstärkten Korrosion in der zweiten Zone entgegengewirkt werden kann. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass die Wärmeaufnahme durch die Katalysatorträgerkörper selbst erfolgt. Da die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit der Katalysatorträgerkörper begrenzt sind, erfolgt dabei nur eine geringfügige Ableitung der entstehenden Wärme aus der Katalysatoranordnung in die umgebende Struktur.
Aus der US 5,474,745 A und der EP 1 1 11 212 A2 sind auch Abgasreinigungsvorrichtungen mit jeweils einer Katalysatoranordnung bekannt, die Kühleinrichtungen zur Abfuhr von Wärme aus der Katalysatoranordnung aufweisen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine anzugeben. Insbesondere soll eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Reduktion von unverbrannten Treibstoffkomponenten angegeben werden, welche die vorgenannten Probleme bei starken Exot ermien vermeidet. Die Abgasreinigungsvorrichtung soll dabei insbesondere eine hohe Toleranz gegenüber kurzzeitigen Kohlenwasserstoffspitzen aufweisen, welche beispielsweise durch Zündaussetzer oder Unterbrechungen in der motorischen Verbrennung, z.B. durch gezielte selektive Zylinderabschaltung bei Lastabwürfen, auftreten können. Darüber hinaus soll die Wartbarkeit der Abgasreinigungsvorrichtung erleichtert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Abgasreinigungsvorrichtung eine Mehrzahl von Katalysatoranordnungen und ein, insbesondere rohrförmiges, Innengehäuse mit einem Gehäusemantel sowie ein das Innengehäuse umschließendes Außengehäuse umfasst, wobei das Innengehäuse eine Längsachse aufweist, wobei die Katalysatoranordnungen getrennt voneinander am Gehäusemantel des Innengehäuses angeordnet sind.
Dadurch, dass die Katalysatoranordnungen am Innengehäuse angeordnet sind, kann eine möglichst direkte Wärmeableitung aus den Katalysatoranordnungen in das Innengehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung erfolgen. Ganz generell stellen die in den Katalysatoranordnungen vorgesehenen Wärmeabführvorrichtungen umfassend mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung und eine Wärmesenke sowie das Innengehäuse Wärmekapazitäten dar. Durch diese Wärmekapazitäten kann generell eine Temperaturstabilisierung der Abgasreinigungsvorrichtung erzielt werden, insbesondere wenn die Wärmeaufnahmevorrichtungen, die Wärmesenken (z.B. die Gehäuse der Katalysatoranordnungen) und das Innengehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung gut wärmeleitend in Verbindung stehen. Durch die vorgeschlagene Anordnung einer Mehrzahl von Katalysatoranordnungen am Innengehäuse einer Abgasreinigungsvorrichtung kann gezielt und effizient Wärme aus den Katalysatoranordnungen in das Innengehäuse abgeführt werden. Dadurch, dass eine Mehrzahl von Katalysatoranordnungen getrennt voneinander am Innengehäuse angeordnet sind, können zwischen den Katalysatoranordnungen im Wesentlichen freiliegende Bereiche des Innengehäuses angeordnet sein. Diese Stege zwischen den Katalysatoranordnungen wirken ebenfalls temperaturstabilisierend im Sinne einer Wärmekapazität. Sie können auch die Wärmeabfuhr begünstigen. Somit ergeben der innere Aufbau der Katalysatoranordnungen mit Wärmeabführvorrichtungen und die Anordnung der Katalysatoranordnungen am Innengehäuse einer Abgasreinigungsvorrichtung einen vorteilhaften synergetischen Effekt in Bezug auf die Temperaturstabilisierung bzw. den Temperaturausgleich, insbesondere die Wärmeabfuhr, der Abgasreinigungsvorrichtung. Die Katalysatoranordnungen können vorzugsweise so angeordnet sein, dass ihre Strömungsrichtung im Wesentlichen quer zur Längsachse des Innengehäuses verläuft, sodass die Katalysatoranordnungen vom Gehäuse aus betrachtet radial durchströmt werden können. Durch eine solche Anordnung der Katalysatoranordnungen entlang der Längsachse des Innengehäuses kann erreicht werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit in der Abgasreinigungsvorrichtung und damit der Zustrom von unverbrannten Abgaskomponenten auf die Oberflächen der katalytisch aktiven Bereiche bei gleichbleibender Raumgeschwindigkeit maßgeblich reduziert werden kann. Weiters kann dadurch das gesamte Katalysatorvolumen auf eine Vielzahl von einzelnen Katalysatoranordnungen aufgeteilt werden, die jeweils einen relativ geringen Durchmesser aufweisen.
Zur Angabe der spezifischen Abgasleistung einer Abgasreinigungsvorrichtung wird der Abgasdurchsatz durch die Abgasreinigungsvorrichtung üblicherweise auf das gesamte Volumen der katalytisch aktiven Bereiche bezogen und als Raumgeschwindigkeit bezeichnet. Üblicherweise beträgt die Raumgeschwindigkeit von Abgasreinigungsvorrichtungen zwischen 40.000 und 100.000 h"1, d.h. pro Stunde strömt durch die Abgasreinigungsvorrichtung eine Abgasmenge entsprechend dem 40.000 bzw. 100.000 fachen des gesamten Volumens der katalytisch aktiven Bereiche. Diesen Werten für die Raumgeschwindigkeit entsprechen auf die freie Eintrittsfläche der katalytisch aktiven Bereiche bezogene Werte für die Strömungsgeschwindigkeit von ca. 3 - 7 m/s. Entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit liefert das Abgas die in den unverbrannten Kohlenwasserstoffen enthaltene chemische Energie nach, von der ein Teil durch die chemische Reaktion in Wärme umgewandelt in die Trägerkörper der Katalysatoranordnungen der Abgasreinigungsvorrichtung eingeleitet wird.
Die Summe der Eintrittsflächen der Katalysatoranordnungen kann dabei zum Abgasvolumenstrom (bezogen auf die Nennleistung des Motors) entsprechend der geforderten Raumgeschwindigkeit in einem definierten Verhältnis stehen, entsprechend der Formel:
(V ·/) wobei A der Summe der Eintrittsflächen der Katalysatoranordnungen, Q dem Abgasvolumenstrom, v der geforderten Raumgeschwindigkeit und I der gesamten Länge der katalytisch aktiven Bereiche entspricht. Nach dieser Formel ergibt sich beispielsweise bei einem Abgasvolumenstrom von 1.000 m3/h, einer Raumgeschwindigkeit von 40.000 h"1 und einer gesamten Länge der katalytisch aktiven Bereiche einer Abgasreinigungsvorrichtung von 0,1 m eine benötigte Summe der Eintrittsflächen der Katalysatoranordnungen von 0,25 m2
Als Innengehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung kann beispielsweise ein gekantetes, vorzugsweise mindestens 3 mm starkes, wärmefestes Stahlblech zum Einsatz kommen, dessen Querschnitt quer zur Längsachse mehreckig sein kann. So ergibt z.B. ein achteckiger Querschnitt des Gehäusemantels des Innengehäuses acht in Richtung der Längsachse des Innengehäuses verlaufende Seitenflächen, wobei an jeder Seitenfläche in Richtung der Längsachse Katalysatoranordnungen angeordnet sein können. Die Anzahl der Seitenflächen kann dabei abhängig vom Abgasvolumenstrom durch die Abgasreinigungsvorrichtung ausgeführt sein. So kann der Querschnitt des Gehäusemantels des Innengehäuses beispielsweise bis 2.000 m3/h quadratisch, im Bereich von 1.500 bis 5.000 m3/h sechseckig, im Bereich von 4.000 bis 12.000 m3/h achteckig und im Bereich > 12.000 m3/h zwölfeckig ausgeführt sein.
Weiters kann bei einer vorgeschlagenen Abgasreinigungsvorrichtung vorgesehen sein, dass das Innengehäuse eine Abgaseinlassöffnung aufweist, wobei die Mehrzahl von Katalysatoranordnungen ausgehend von der Abgaseinlassöffnung entlang der Längsachse in geringer werdenden radialen Abständen von der Längsachse angeordnet sind. Dabei verringert sich ausgehend von der Abgaseinlassöffnung der lichte Durchmesser des Innengehäuses entlang der Längsachse. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Gehäusemantel des Innengehäuses mehrere Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnittsdurchmessern aufweist. Alternativ oder zusätzlich zum Gehäusemantel mit unterschiedlichen Durchmessern können auch die Katalysatoranordnungen in unterschiedlichen radialen Abständen von der Längsachse des Innengehäuses an diesem angeordnet sein. Durch eine solche Anordnung der Katalysatoranordnungen kann insbesondere bei verhältnismäßig großen axialen Abmessungen des Innengehäuses das durch die Abgaseinlassöffnung einströmende Abgas gleichmäßig auf die Katalysatoranordnungen verteilt werden.
Weiters kann eine Heizvorrichtung zum Beheizen der katalytisch aktiven Bereiche zumindest einer der Mehrzahl von Katalysatoranordnungen vorgesehen sein. Vorzugsweise kann zwischen jeweils zwei entlang der Richtung der Längsachse angeordneten Katalysatoranordnungen jeweils eine Heizvorrichtung angeordnet sein. Die Heizvorrichtungen dienen insbesondere während eines Kaltstarts der Brennkraftmaschine zur raschen Temperaturerhöhung der Abgasreinigungsvorrichtung, um eine rasche katalytische Aktivität der Abgasreinigungsvorrichtung herbeiführen zu können. Die Heizvorrichtungen können dabei beispielsweise beheizte Drähte sein. Alternativ oder zusätzlich kann auch die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung für eine Beheizung verwendet werden. Durch die vorgeschlagene Wärmeabführvorrichtung einer Katalysatoranordnung soll insbesondere Wärme, die bei der Umsetzung von unverbrannten Kohlenwasserstoffanteilen in der Katalysatoranordnung entsteht, abführbar sein. Die vorzugsweise zwei bis vier katalytisch aktiven Bereiche einer Katalysatoranordnung können dabei unabhängig voneinander sein. Zwischen mindestens zwei katalytisch aktiven Bereichen ist dabei eine Wärmeaufnahmevorrichtung vorgesehen, welche die entstehende Wärme aufnehmen und durch thermische Kontaktierung mit einer Wärmesenke entsprechend ableiten kann. Die Wärmesenke kann dabei vorzugsweise durch ein Gehäuse gebildet sein, welches die Katalysatoranordnung umschließt und mit dessen mindestens einen Wärmeaufnahmevorrichtung thermisch kontaktiert bzw. gekoppelt ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann dabei zwischen Katalysatoranordnung und Gehäuse eine gut wärmeleitfähige
Wärmetransportvorrichtung, vorzugsweise eine Metallfasermatte oder eine Einbettmasse, vorgesehen sein. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht dabei vor, dass die Mehrzahl von katalytisch aktiven Bereichen jeweils einen Trägerkörper umfasst, wobei auf dem Trägerkörper zumindest ein Katalysator, vorzugsweise eine Mehrzahl von Katalysatoren, aufgebracht ist. Als Katalysatoren kommen dabei häufig Edelmetalle wie Platin, Palladium und Rhodium zum Einsatz. Bevorzugt kann dabei vorgesehen sein, dass die Katalysatoranordnung in Strömungsrichtung einen ersten katalytisch aktiven Bereich und einen zweiten katalytisch aktiven Bereich aufweist, wobei der Trägerkörper des ersten katalytisch aktiven Bereichs eine geringere Katalysatorenbeladung aufweist als der Trägerkörper des zweiten katalytisch aktiven Bereichs.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann diese so ausgeführt sein, dass zwischen jeweils zwei in Strömungsrichtung aufeinanderfolgenden katalytisch aktiven Bereichen jeweils eine Wärmeaufnahmevorrichtung vorgesehen ist. Dabei kann natürlich auch vorgesehen sein, dass in Strömungsrichtung vor dem ersten und nach dem letzten katalytisch aktiven Bereich jeweils eine Wärmeaufnahmevorrichtung vorgesehen ist.
Bei herkömmlichen Katalysatoranordnungen sind die Trägerkörper üblicherweise mittels keramischer Quellmatten (z.B. aus Glimmer-Verbindungen) im Gehäuse verpresst. Diese Quellmatten haben die Aufgabe, die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Trägerkörper und Gehäuse auszugleichen, sowie die Katalysatoranordnung thermisch zu isolieren. Es soll damit also möglichst wenig Wärme vom Inneren der Katalysatoranordnung in das die Katalysatoranordnung umgebende Gehäuse abgeführt werden. Bei der vorgeschlagenen Katalysatoranordnung soll jedoch genau das Gegenteil erzielt werden: um der starken Wärmeentwicklung durch die Umsetzung unverbrannter Kohlenwasserstoffe entgegenwirken zu können, soll möglichst viel Wärme abgeführt werden. Dafür sind im Inneren der Katalysatoranordnung Wärmeaufnahmevorrichtungen vorgesehen, welche die entstehende Wärme vorzugsweise mittels einer gut wärmeleitfähigen Wärmetransportvorrichtung (z.B. eine Metallfasermatte oder Einbettmasse mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit) zu einer Wärmesenke, beispielsweise das die Katalysatoranordnung umgebende Gehäuse, abführen. Eine solche gut wärmeleitfähige Wärmetransportvorrichtung wirkt temperaturstabilisierend, sodass eine thermische Entlastung der Katalysatoranordnung bei kurzfristig auftretenden Temperaturspitzen ermöglicht werden kann. Das Gehäuse kann dabei vorzugsweise die Katalysatoranordnung in Strömungsrichtung des Abgases mantelförmig umschließen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Trägerkörper ein Keramikträger ist. Die Keramik des Trägerkörpers kann dabei beispielsweise Cordierit umfassen. Der Trägerkörper kann aus einer Scheibe mit einer Dicke von 40 - 60 mm, vorzugsweise 50 mm, gebildet sein. Im Falle von kreisrunden Scheiben kann dabei der Durchmesser der Scheibe 120 - 160 mm, vorzugsweise 140 mm betragen. Die Wandstärke des Trägers kann > 0,25 mm, vorzugsweise mindestens 0,3 mm betragen, um eine erhöhte Wärmekapazität des Trägers zu gewährleisten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung zumindest teilweise aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit besteht und/oder dass die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung zumindest teilweise aus einem Material mit hoher Wärmekapazität besteht. Unter einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit wird im Rahmen der Erfindung ein Material mit einer Wärmeleitfähigkeit > 10 W/mK, vorzugsweise > 20 W/mK verstanden. Dies trifft beispielsweise auf bestimmte Messinglegierungen oder Kupfer-Nickel-Legierungen zu, etwa auf die Legierung CuNi2Si (SB22) mit rund 250 W/mK. Unter einem Material mit hoher Wärmekapazität wird im Rahmen der Erfindung ein Material mit einer spezifischen Wärmekapazität > 0,4 kJ/kgK verstanden.
Generell kann jedoch als Wärmeaufnahmevorrichtung auch ein unbeschichteter Trägerkörper zum Einsatz kommen, wobei in diesem Fall vorzugsweise die Zellwandstärke höher gewählt wird, um eine höhere Wärmekapazität zu erreichen.
Besonders vorteilhaft ist jene Ausführungsform der Erfindung, bei der die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung mindestens eine Drahtgitterlage umfasst. Eine Drahtgitterlage kann dabei aus im Wesentlichen geraden, kreuzweise angeordneten Stäben bzw. Drähten mit vorzugsweise jeweils ca. 1 ,5 - 2,5 mm Durchmesser gebildet sein. Die bevorzugten Materialien für die Stäbe bzw. Drähte sind dabei Stahl (niedrig legiert), Messing, Nickel, Legierungen oder spezielle Keramiken mit hoher Wärmeleitfähigkeit und zugleich hoher Wärmekapazität.
Vorzugsweise können 4 - 7 Drahtgitterlagen je Wärmeaufnahmevorrichtung eingesetzt werden. Der Abstand zwischen den einzelnen Stäben bzw. Drähten innerhalb einer Ebene bzw. Drahtgitterlage kann dabei ca. 1 ,5 - 2,5 mm betragen. Die Drahtgitterlagen können dabei in flexible Halterungen oder Klemmen eingefasst werden, wobei hierbei keine Dichtheit erforderlich ist. Die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung kann auch mehrere deckungsgleich oder versetzt zueinander übereinander angeordnete Drahtgitterlagen umfassen und insgesamt in Strömungsrichtung eine Schichtstärke von ca. 5 - 15 mm aufweisen. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann eine Feinabstimmung der Drahtabstände und Anzahl der Drahtgitterlagen derart vorgenommen werden, dass sich bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Abgases bezogen auf die freie Anströmfläche von ca 1 m/s ein Druckverlust von 4 - 7 mbar einstellt. Neben der Wärmeabfuhr kann dadurch die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung zu einer Homogenisierung der Strömung über den Querschnitt, bezogen auf die Strömungsrichtung des Abgases, beitragen. Durch eine entsprechende Anordnung der mindestens einen Drahtgitterlage kann aber auch eine erhöhte Turbulenzerzeugung in der Abgasströmung erzielt werden, durch die die Reaktivität des Abgases im in Strömungsrichtung nachfolgenden katalytisch aktiven Bereich erhöht werden kann.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung einen Metall- oder Keramikschaum umfasst. Ein Metalloder Keramikschaum kann sich besonders günstig auf eine Strömungsvergleichmäßigung und eine Wärmeverteilung bzw. Temperaturstabilisierung auswirken. Der verwendete Metall- oder Keramikschaum zeichnet sich dabei vorzugsweise durch eine große spezifische Oberfläche, eine hohe Wärmeleitfähigkeit, eine hohe Wärmekapazität, sowie eine hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit aus. Die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung kann auch als Schwamm oder als Hohlkugelstruktur ausgebildet sein. Um den Wärmeabfuhreffekt der Wärmeabführvorrichtung zu intensivieren, kann weiters eine Kühlvorrichtung zur aktiven Kühlung der mindestens einen Wärmeaufnahmevorrichtung vorgesehen sein. Zum Vorwärmen der Mehrzahl von katalytisch aktiven Bereichen, beispielsweise bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine, kann zumindest eine Heizeinrichtung vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise als Heizmatte ausgeführt sein und in Strömungsrichtung nach einer Wärmeaufnahmevorrichtung und vor einem katalytisch aktiven Bereich angeordnet sein. Eine solche Heizeinrichtung dient insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine zur Erzielung eines stabilen Temperaturzustands in der Katalysatoranordnung.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn das Gehäuse der Katalysatoranordnung zumindest eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung der Katalysatoranordnung an einem Gehäuseteil einer Abgasreinigungsvorrichtung aufweist. Die Befestigungsvorrichtungen können dabei beispielsweise als mehrere, vom vorzugsweise mantelförmigen Gehäuse abstehende, Halterungselemente (z.B. Fixierringe) ausgeführt sein, durch die die Katalysatoranordnung mit dem Innengehäuse einer Abgasreinigungsvorrichtung z.B. verschraubt werden kann. Wenn sowohl das Gehäuse der Katalysatoranordnung als auch das Innengehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung aus einem gut wärmeleitfähigen Material bestehen (z.B. Stahlblech), so kann ausgehend von der mindestens einen Wärmeaufnahmevorrichtung über beispielsweise eine gut wärmeleitfähige Wärmetransportvorrichtung (z.B. Einbettmasse) bis zum Gehäuse der Katalysatoranordnung und zum Innengehäuse der Abgasreinigungsvorrichtung, welche in diesem Fall die Wärmesenke bilden, eine gute Wärmeabfuhr erzielt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1a ein Beispiel der vorgeschlagenen Katalysatoranordnung in einer
Schnittdarstellung längs zur Strömungsrichtung,
Fig. 1 b ein Diagramm der Konzentration unverbrannter Kohlenwasserstoffe entlang der katalytisch aktiven Bereiche einer Katalysatoranordnung gemäß Fig. 1a,
Fig. 2 ein weiteres Beispiel einer vorgeschlagenen Katalysatoranordnung in einer Schnittdarstellung längs zur Strömungsrichtung,
Fig. 3a den schematischen Aufbau einer Abgasreinigungsvorrichtung mit
Ausführungsbeispielen der vorgeschlagenen Katalysatoranordnungen,
Fig. 3b eine Schnittdarstellung quer zur Längsachse des Innengehäuses der
Abgasreinigungsvorrichtung gemäß Fig. 3a,
Fig. 4, Fig. 5 Ausführungsbeispiele für verschiedene Anordnungen der vorgeschlagenen Katalysatoranordnungen an einem Innengehäuse einer Abgasreinigungsvorrichtung,
Fig. 6, Fig. 7 schematische Darstellungen von weiteren Anordnungsvarianten von vorgeschlagenen Katalysatoranordnungen in einer
Abgasreinigungsvorrichtung mit Heizvorrichtungen,
Fig. 8 ein weiteres Beispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung mit vorgeschlagenen Katalysatoranordnungen und
Fig. 9 ein weiteres Beispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einer
Stellvorrichtung zum Beeinflussen der Abgasströmung.
Fig. 1a zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Strömungsrichtung S eines Ausführungsbeispiels einer vorgeschlagenen Katalysatoranordnung 1. Die Katalysatoranordnung 1 umfasst zwei katalytisch aktive Bereiche 4, 4', die jeweils einen Trägerkörper 6 umfassen. Der Trägerkörper 6 des in Strömungsrichtung S ersten katalytisch aktiven Bereiches 4 weist dabei eine geringere Beladung mit Katalysatoren auf als der Trägerkörper 6 des in Strömungsrichtung S zweiten katalytisch aktiven Bereichs 4'. Dadurch weist der in Strömungsrichtung S erste katalytisch aktive Bereich 4 im Vergleich zum zweiten katalytisch aktiven Bereich 4' eine geringere katalytische Aktivität auf, wodurch die Umsetzung der unverbrannten Treibstoffkomponenten über die gesamte Katalysatorlänge erfolgen kann. Die Trägerkörper 6 der beiden katalytisch aktiven Bereiche 4, 4' können dabei beispielsweise kreisrunde Keramikmatrixscheiben mit Scheibendicken D1, D2 von ca. 45 mm und Durchmessern von ca. 140 mm sein. Die Wandstärke der Keramikmatrix kann dabei ca. 0,3 mm betragen, um die Wärmekapazität der Keramikmatrix und den thermischen Widerstand gegenüber einem raschen Temperaturanstieg entsprechend zu erhöhen. Zwischen den beiden Trägerkörpern 6 der katalytisch aktiven Bereiche 4, 4' ist eine Wärmeaufnahmevorrichtung 5a angeordnet, wobei diese Wärmeaufnahmevorrichtung 5a vorzugsweise einen Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit und/oder hoher Wärmekapazität umfasst, um auftretende Temperaturspitzen entsprechend abführen und/oder absorbieren zu können. Die Wärmeaufnahmevorrichtung 5a kann beispielsweise aus einer oder mehreren Drahtgitterlagen bestehen, wobei die Gitterstäbe jeweils Durchmesser von etwa 1 ,5 bis 2,5 mm aufweisen können. Die Drahtgitterlagen können dabei temperaturstabilisierend und je nach Anordnung auch turbulenzenerzeugend wirken. Durch erhöhte Turbulenzen in der Abgasströmung kann eine erhöhte Reaktion im in Strömungsrichtung S nachfolgenden katalytisch aktiven Bereich 4' erzielt werden.
Die gezeigte Anordnung aus zwei katalytisch aktiven Bei eichen 4, 4' und dazwischen angeordneter Wärmeaufnahmevorrichtung 5a ist mittels gut wärmeleitfähiger Wärmetransportvorrichtung 8 in ein mantelförmiges Gehäuse 7 eingebettet, welches als Wärmesenke 5b fungiert. Die Wärmetransportvorrichtung 8 kann dabei beispielsweise eine Metallfasermatte sein, welche die Wärme der Trägerkörper 6 und der Wärmeaufnahmevorrichtung 5a in Richtung Gehäuse 7, welches beispielsweise ein Stahlblechzylindermantel sein kann, ableiten kann.
Fig. 1 b zeigt ein Diagramm der Konzentration K der im Abgasstrom enthaltenen unverbrannten Kohlenwasserstoffanteile über die Dicke D der vom Abgas in Strömungsrichtung S durchströmten katalytisch aktiven Bereiche 4, 4' gemäß Fig. 1a. Die x-Achse dieses Diagramms zeigt die Schichtdicken D1 , D2 der beiden katalytisch aktiven Bereiche 4, 4' der Anordnung gemäß Fig. 1a, welche in Strömungsrichtung S vom Abgasstrom durchströmt werden. Die y-Achse zeigt die Konzentration K der unverbrannten Kohlenwasserstoffe im Abgasstrom. Als Referenzwert wird hierbei die Konzentration K beim Eintritt in den ersten katalytisch aktiven Bereich 4 betrachtet. Dieser Referenzwert wird mit 100 % angegeben. Entsprechend der Beladung mit Katalysatoren erfolgt eine Abnahme der Konzentration K entlang der Scheibendicke D1 des ersten katalytisch aktiven Bereichs 4. Der zweite katalytisch aktive Bereich 4' weist gegenüber dem ersten katalytisch aktiven Bereich 4 eine höhere Beladung mit Katalysatoren auf, wodurch dieser zweite katalytisch aktive Bereich 4' eine höhere katalytische Aktivität aufweist und die Konzentration K an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgasstrom entsprechend rascher abnimmt. Durch eine solche ungleiche Beladung mit Katalysatoren kann erricht werden, dass die Umsetzung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe besser auf die betroffenen katalytisch aktiven Bereiche 4, 4' verteilt wird. Es soll dadurch vermieden werden, dass der Großteil der unverbrannten Kohlenwasserstoffe bereits in dem in Strömungsrichtung S ersten katalytisch aktiven Bereich 4 umgesetzt wird, da die Wärmefront ohnehin entgegen der Strömungsrichtung S wandert. Mit anderen Worten soll erreicht werden, dass auch in katalytisch aktiven Bereichen 4', welche dem ersten katalytisch aktiven Bereich 4 in Strömungsrichtung S nachfolgen, noch unverbrannte Kohlenwasserstoffe umgesetzt werden. Es kann aber natürlich auch vorgesehen sein, dass beide katalytisch aktiven Bereiche 4, 4' dieselbe Beladung an Katalysatoren aufweisen. Diesen Fall zeigt die strichlierte Kurve im Diagramm.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Katalysatoranordnung 1 in einer Schnittdarstellung entlang der Strömungsrichtung S. In diesem Beispiel weist die Katalysatoranordnung 1 insgesamt drei katalytisch aktive Bereiche 4 auf, wobei zwischen jeweils zwei in Strömungsrichtung S aufeinanderfolgenden katalytisch aktiven Bereichen 4 eine Wärmeaufnahmevorrichtung 5a vorgesehen ist. Die gesamte Anordnung ist mittels einer gut wärmeleitfähigen Einbettmasse, welche eine Wärmetransportvorrichtung 8 bildet, in ein zylindermantelförmiges Gehäuse 7 eingebettet, wobei das Gehäuse 7 eine Wärmesenke 5b bildet. Das Gehäuse 7 kann beispielsweise aus Stahlblech bestehen und weist in diesem Ausführungsbeispiel zwei Befestigungsvorrichtungen 9 auf, durch die die Katalysatoranordnung 1 an einem Innengehäuse 10 einer Abgasreinigungsvorrichtung 2 befestigt werden kann, beispielsweise durch Verschrauben. Durch eine lösbare Befestigung der Katalysatoranordnung 1 am Innengehäuse 10 einer Abgasreinigungsvorrichtung 2 kann die Katalysatoranordnung 1 besonders einfach serviciert (z.B. gereinigt oder getauscht) werden.
Fig. 3a zeigt schematisch ein Beispiel einer vorgeschlagenen Abgasreinigungsvorrichtung 2 bestehend aus einem Innengehäuse 10 und einem das Innengehäuse 10 umschließenden Außengehäuse 12. Das Innengehäuse 10 ist dabei rohrförmig ausgebildet. Es weist einen Gehäusemantel 11 auf und ist an der rechten Stirnseite geschlossen. Im Bereich der linken Stirnseite ist das Innengehäuse 10 mit einem Abgassammeirohr einer angedeuteten Brennkraftmaschine 3 verbunden. Die Strömungsrichtung der Abgase der Brennkraftmaschine 3 wird durch strichlierte Pfeile angedeutet. Entlang der Längsachse L des Innengehäuses 10 sind an dessen Gehäusemantel 11 vorgeschlagene Katalysatoranordnungen 1 angeordnet. Im gezeigten Beispiel strömt das Abgas durch das Abgassammeirohr der Brennkraftmaschine 3 und wird durch die Abgaseinlassöffnung 13 des Innengehäuses 10 in das Innere des Innengehäuses 10 eingebracht. Von hier aus strömt das Abgas entlang der Strömungsrichtungen S durch die einzelnen Katalysatoranordnungen 1 in Richtung des Außengehäuses 12 der Abgasreinigungsvorrichtung 2. Von dort aus verlässt das Abgas die Abgasreinigungsvorrichtung 2 über den Auslass 20 beispielsweise in Richtung Abgasturbolader.
Zur Überwachung der Temperatur können eine oder mehrere Katalysatoranordnungen 1 mit Temperatursensoren ausgestattet sein, wobei sich diese Temperatursensoren unmittelbar vor oder nach der jeweiligen Katalysatoranordnung 1 oder auch innerhalb der Katalysatoranordnung 1 - beispielsweise zwischen einem katalytisch aktiven Bereich 4 und einer Wärmeaufnahmevorrichtung 5a - befinden können. Alternativ kann auch eine Wärmeaufnahmevorrichtung 5a innerhalb einer Katalysatoranordnung 1 zur Ermittlung der vorherrschenden Temperatur herangezogen werden. Durch eine Temperaturüberwachung kann die Gefahr einer Überhitzung frühzeitig erkannt und entsprechend gegengesteuert werden, beispielsweise durch Unterbrechung der Gaszufuhr zur Brennkraftmaschine 3, oder durch Absteuern des Abgases über eine Bypassleitung 19 (siehe Fig. 9).
Fig. 3b zeigt eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie A-A des Innengehäuses 10 der Fig. 3a. Der Gehäusemantel 11 des Innengehäuses 10 ist dabei ein achtfach gekantetes Stahlblech. An den acht Seitenflächen 15 des Gehäusemantels 11 sind dabei die Katalysatoranordnungen 1 in Richtung der Längsachse L angeordnet. Eine Befestigung einer Katalysatoranordnung 1 an einer Seitenfläche 15 kann dabei über Befestigungsvorrichtungen 9 am Gehäuse 7 der Katalysatoranordnung 1 erfolgen (siehe Fig. 2).
Fig. 4 zeigt die Draufsicht eines weiteren Beispiels eines Innengehäuses 10 mit daran angeordneten Katalysatoranordnungen 1. Die gitterförmig schraffierten Flächen deuten dabei die Austrittsflächen eines vom Abgas durchströmten Trägerkörpers 6 in Form einer Keramikmatrix an. In diesem Beispiel weisen die Katalysatoranordnungen 1 einen viereckigen Querschnitt quer zur Strömungsrichtung S auf. Die Katalysatoranordnungen 1 benachbarter Seitenflächen 15 des Gehäusemantels 11 sind dabei jeweils mit demselben Abstand zur Abgaseinlassöffnung 13 angeordnet.
Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel eines Innengehäuses 10 und daran angeordneten Katalysatoranordnungen 1. In diesem Beispiel weisen die Katalysatoranordnungen 1 einen runden Querschnitt quer zur Strömungsrichtung S auf. Die Katalysatoranordnungen 1 von benachbarten Seitenflächen 15 des Gehäusemantels 11 sind dabei versetzt zueinander angeordnet. Damit kann eine höhere Packungsdichte erzielt werden. Darüber hinaus können dadurch die tragenden Stege zwischen den Katalysatoranordnungen 1 gleichmäßig verteilt werden. Zur Optimierung der Strömungsverhältnisse in einer Abgasreinigungsvorrichtung 2 können die Querschnitte des Gehäusemantels 11 des Innengehäuses 10 entlang der Längsachse L mehrere verschiedene Durchmesser aufweisen und damit die lokalen Abgas-Volumenströme angepasst werden. Fig. 6 zeigt schematisch das Beispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung 2, bei dem der Gehäusemantel 11 des Innengehäuses 10 gestuft ausgeführt ist, wobei der Durchmesser des Querschnitts quer zur Längsachse L im Bereich der Abgaseinlassöffnung 13 einen höheren Wert aufweist als der Durchmesser eines Querschnitts des Gehäusemantels 1 1 im Bereich der geschlossenen Stirnseite des Innengehäuses 10. Durch einen solchen veränderlichen Strömungsquerschnitt des Innenbereichs des Innengehäuses 10 kann erreicht werden, dass die Strömungsgeschwindigkeiten des Abgases entlang der Längsachse L ein ähnliches Niveau aufweisen.
Zusätzlich sind in diesem Ausführungsbeispiel der Abgasreinigungsvorrichtung 2 Heizvorrichtungen 14 in Form von Heizdrähten zwischen in Längsrichtung L benachbarten Katalysatoranordnungen 1 vorgesehen. Durch diese Heizvorrichtungen 14 kann die Abgasreinigungsvorrichtung 2 beispielsweise vor dem Start der Brennkraftmaschine 3 (hier nicht gezeigt) auf Reaktionstemperatur vorgeheizt werden. Damit kann insbesondere das Emissionsverhalten beim Start und im Leerlauf der Brennkraftmaschine 3 sowie während des Hochfahrens der Brennkraftmaschine 3 verbessert werden. Fig. 7 zeigt ein weiteres Beispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung 2 mit vorgeschlagenen Katalysatoranordnungen 1 gemäß Fig. 6. Zusätzlich zum gestuften Gehäusemantel 11 sind hierbei die Katalysatoranordnungen 1 in unterschiedlichen radialen Abständen zur Längsachse L angeordnet, sodass die radialen Abstände ausgehend von der Abgaseinlassöffnung 13 bis zur rechten stirnseitigen Fläche des Innengehäuses 10 kontinuierlich abnehmen. Dies verbessert die Strömungsverhältnisse der Abgasströmung im Inneren des Innengehäuses 10. An der rechten Stirnseite des Innengehäuses 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel eine weitere Katalysatoranordnung 1 vorgesehen, deren Strömungsrichtung S parallel zur Längsache L verläuft.
Fig. 8 zeigt einen schematischen Längsschnitt einer weiteren vorteilhaften Ausbildung einer Abgasreinigungsvorrichtung 2 mit vorgeschlagenen Katalysatoranordnungen 1 , bei der im Inneren des Innengehäuses 10 eine kegelförmige Strömungslenkeinrichtung 16 vorgesehen ist. Diese Strömungslenkeinrichtung 16 kann das Anströmverhalten der Katalysatoranordnungen 1 verbessern. Auf der jeweils abströmenden Seite der Katalysatoranordnungen 1 ist das Außengehäuse 12 so gestaltet, dass sich der Abstand zwischen Außengehäuse 12 und Gehäusemantel 11 des Innengehäuses 10 von links nach rechts, also in Richtung eines zunehmenden Massestroms des durch die Katalysatoranordnungen 1 durchströmenden Abgases, vergrößert. Insgesamt ergibt sich durch die Anordnung dieses Ausführungsbeispiels eine strömungsoptimierte Bauweise bei gleichzeitiger Minimierung des Innenraums der Abgasreinigungsvorrichtung 2.
Fig. 9 zeigt schematisch den inneren Aufbau einer weiteren Abgasreinigungsvorrichtung 2 mit vorgeschlagenen Katalysatoranordnungen 1. Im Bereich der Abgaseinlassöffnung 13 des Innengehäuses 10 ist die Abgasreinigungsvorrichtung 2 mit einem Abgassammeirohr einer hier angedeuteten Brennkraftmaschine 3 verbunden, sodass das Abgas der Brennkraftmaschine 3 durch die Abgaseinlassöffnung 13 in den Innenraum des Innengehäuses 10 einströmen kann. Das Abgas strömt entlang der Strömungsrichtungen S durch die Katalysatoranordnungen 1 hindurch in den Raum zwischen Innengehäuse 10 und Außengehäuse 12. Von dort aus wird es über den Auslass 20 der Abgasreinigungsvorrichtung 2 beispielsweise in Richtung eines Abgasturboladers abgeführt. In diesem Beispiel weist das Abgassammeirohr 18 der Brennkraftmaschine 3 über eine Bypassleitung 19 eine direkte Verbindung zum Auslass 20 der Abgasreinigungsvorrichtung 2 auf. Über eine vorgesehene Abgaslenkvorrichtung 17 in Form einer Stellklappe kann dabei der Abgasvolumenstrom in einem beliebigen Verhältnis auf die beiden Leitungsführungen durch die Abgasreinigungsvorrichtung 2 und durch die Bypassleitung 19 aufgeteilt werden. Eine Aufteilung des Abgasvolumenstroms kann dabei auf Basis der Temperaturverhältnisse in der Abgasreinigungsvorrichtung 2 oder entsprechend motordynamischer Erfordernisse erfolgen, z.B. für den Start und Abstellvorgang der Brennkraftmaschine 3 oder für den raschen Hochlauf der Brennkraftmaschine 3.

Claims

Patentansprüche:
1. Abgasreinigungsvorrichtung (2) für eine Brennkraftmaschine (3), insbesondere für einen stationären Gasmotor, mit wenigstens einer Katalysatoranordnung (1), wobei die wenigstens eine Katalysatoranordnung (1) entlang einer Strömungsrichtung (S) von einem Abgas der Brennkraftmaschine (3) durchströmbar ist und entlang der Strömungsrichtung (S) eine Mehrzahl von katalytisch aktiven, insbesondere voneinander unabhängigen, Bereichen (4, 4') umfasst, wobei eine Wärmeabführvorrichtung (5) vorgesehen ist, welche mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung (5a) und eine Wärmesenke (5b) umfasst, wobei zumindest zwischen zwei katalytisch aktiven Bereichen (4, 4') die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung (5a) vorgesehen ist, wobei die mindestens eine Wärmeaufnahmevorrichtung (5a) mit der Wärmesenke (5b) kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsvorrichtung (2) eine Mehrzahl von Katalysatoranordnungen (1) und ein, insbesondere rohrförmiges, Innengehäuse (10) mit einem Gehäusemantel (11) sowie ein das Innengehäuse (10) umschließendes Außengehäuse (12) umfasst, wobei das Innengehäuse (10) eine Längsachse (L) aufweist, wobei die Katalysatoranordnungen (1 ) getrennt voneinander am Gehäusemantel (11) des Innengehäuses (10) angeordnet sind.
2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoranordnungen (1) entlang der Längsachse (L) des Innengehäuses (10) am Gehäusemantel (1 1) angeordnet sind.
3. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengehäuse (10) eine Abgaseinlassöffnung (13) aufweist, wobei die Katalysatoranordnungen (1) ausgehend von der Abgaseinlassöffnung (13) entlang der Längsachse (L) in geringer werdenden radialen Abständen von der Längsachse (L) angeordnet sind.
4. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel (11) des Innengehäuses (10) in einem Querschnitt quer zur Längsachse (L) mehreckig, vorzugsweise achteckig, ausgebildet ist.
5. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizvorrichtung (14) zum Beheizen der katalytisch aktiven Bereiche (4, 4') zumindest einer der Mehrzahl von Katalysatoranordnungen (1) vorgesehen ist.
6. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jeweils zwei entlang der Richtung der Längsachse (L) angeordneten Katalysatoranordnungen (1) jeweils eine Heizvorrichtung (14) angeordnet ist.
7. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Mehrzahl von Katalysatoranordnungen (1) lösbar am Innengehäuse (10) befestigbar ist, vorzugsweise mittels Schraubverbindung.
8. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von katalytisch aktiven Bereichen (4, 4') jeweils einen, vorzugsweise keramischen, Trägerkörper (6) umfasst, wobei auf dem Trägerkörper (6) zumindest ein Katalysator, vorzugsweise eine Mehrzahl von Katalysatoren, aufgebracht ist.
9. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Katalysatoranordnung (1) in Strömungsrichtung (S) einen ersten katalytisch aktiven Bereich (4) und einen zweiten katalytisch aktiven Bereich (4') aufweist, wobei der Trägerkörper (6) des ersten katalytisch aktiven
Bereichs eine geringere Katalysatorenbeladung aufweist als der Trägerkörper (6) des zweiten katalytisch aktiven Bereichs (4').
10. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmevorrichtung (5a) zumindest teilweise aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit und/oder mit hoher Wärmekapazität besteht.
11. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmevorrichtung (5a) mindestens eine Drahtgitterlage umfasst.
12. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeaufnahmevorrichtung (5a) einen Metall- oder Keramikschaum umfasst.
13. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlvorrichtung zur aktiven Kühlung der Wärmeaufnahmevorrichtung (5a) vorgesehen ist.
14. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Mehrzahl von Katalysatoranordnungen (1) von einem Gehäuse (7) umschlossen ist, wobei das Gehäuse (7) die Wärmesenke (5b) bildet, wobei vorzugsweise zwischen Katalysatoranordnung (1) und Gehäuse (7) eine gut wärmeleitfähige Wärmetransportvorrichtung (8), vorzugsweise eine Metallfasermatte oder eine Einbettmasse, vorgesehen ist.
15. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) zumindest eine Befestigungsvorrichtung (9) zur Befestigung einer Katalysatoranordnung (1) am Gehäusemantel (11) des Innengehäuses (10) aufweist.
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