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Die Erfindung hegt ein Verfahren
zur Verminderung der stofflichen und akustischen Emission von Rauchgasen
in einer Abgasanlage, vorzugsweise von Verbrennungskraftmaschinen,
in der Rohre mit sinoidalen Nebenformen Verwendung finden, und eine
Abgasanlage zur Durchführung
des Verfahrens, welche an den Motorblock mit einem Rauchgaseintrittsrohr
angeschlossen ist.
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Die
DE 196 54 618 C1 offenbart eine Einrichrtung
zur Schalldämmung
von gasförmigen
Medien durchströmter
Systemen, die als rohrförmiger
Abschnitt eines Gaskanals ausgebildet sind und bei einer ungehinderten
Abführung
der Abgase eine habe Stabilität
aufweisen sowie kostengünstig
herzustellen sind. In den Rohren wird der Schall wechselweise komprimiert
und entspnnt und bildet an den jeweiligen Orten seiner transversalen
Kompression Schallwellen eines zykloidenförmig annähernden Schallbildes und an
Orten der größten transversalen
Entspannung einen annähernd
kreisförmigen
Querschnitt. Die erfindungsgemäße Lösung geht
davon aus, dass der durch die abwechselnde Robrverengung und Erweiterung
erzielte Reflexionsgrad für
eine Schallwelle jeweils abhängig
ist vom Verhältnis
der Querschnittsflächen
an den Übergängen und
die Querschnittsflächen
in den Bereichen transversaler Kompression von der Anzahl der auf
der Rohroberfläche gebildeten
Facetten, d.h. somit von der Anzahl der Spitzen des is diesem Bereich
zykloidischen Querschnittes, die vorteilhaft gebildet ist, wenn
die Anzahl der jeweils zwischen zwei benachbarten Orten der transversalen
Entspannung zum Umfang der verteilten Facetten unterschiedlich ist.
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Das
DE GM 295 10 564.7 stellt eine Lösung für Ausführung beulstrukturierter
senkrecht oder schräg
stehender Absorberrohre vor, die vorrangig zur Erzeugung eines so
genannten Energiezaunes Verwendung finden. Hier wird die Beulstrukturierung als
sinoidale Nebenform zur Verbesserug des Wärmeüberganges bei gleicher Wärmeübertragungsleistung
mit geringerer Wärmetauschoberfläche erforderlich.
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Die
DE 196 19 039 A1 offenbart ein Verfahren
zur Herstellung beulstrukturierter Rohre. Die Schrift gibt au, dass
Beulstrukturierungen in gerader, ringförmiger Aus- führung oder
auch in schräger,
sich wendelförmig
um den Rohrumfang bewegender Strukturierung ausgebildet werden kann.
Die Art und Weise dieser Strukturierung wird an einem profilierten
Abgasrohr dargestellt, das vollständig, beginnend beim Flansch
am Rohreintritt bis zum Auspuffbereich gleichmäßig und vollständig mit
Nebenformen ausgestattet ist, um den gemäß der Erfindung gewünschten
Strömungseffekt
und eine teilweise oder annähernd
vollständige
Eliminierung einer akustischen Emission zu erreichen. Insbesondere
stellt die Erfindung eine ihrer Lösung ihrer Aufgabe darauf ab, dass
in die Rohrinnenräume
Stoffe strömend
eingeleitet werden, deren axialer Hauptstrom durch die Beulstrukturierung
auf der Richtung gelenkt und in tangentiale und radiale Strömungen umgeleitet
und die in das Rohr eingeführten
Stoffe aus ihrer gleichförmigen
Strömung
gelenkt werden, wobei die Ablagerung von Feststoffen verhindert
wird. Dabei sollen gleichzeitig, wie bereits dargestellt, durch
die erzielte Überlagerung
der stofflichen Ströme
Schallwellen absorbiert und eliminiert werden, wobei die Absorbierung
Zur Verminderung der Eigenschwingung, insbesondere der Außenelemente
beiträgt
und insgesamt schalldämmend
wirksam wird.
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Der bekannte Stand der Technik gibt
darüber Auskunft,
dass die Verwendung sinoidaler Nebenformen, insbesondere in Anlagen
mit Rohren zur Führung
von gasförmigen
Medien gleicher oder ungleichförmiger
Strömungsgeschwindigkeit
zur Vergleichmäßigung der
Strömung
beitragen und damit eine akustische Dämpfung der Anlagen, insbesondere Abgasanlagen,
ermöglichen.
Da die chemische Reaktion, zum Schadstoff abbau nicht linear, sondern degressiv
ansteigend von der Verweilzeit der Rauchgasanteile bzw. der entsprechenden
Schadstoffe abhängt,
ist eine Gleichverteilung dar Rauchgasanteile vor Eintritt in den
Katalysator der Abgasanlage wünshenswert.
Durch die Vergleichmäßigung des
Geschwindigkeitsprofils kann eine Umsatzgraderhöhung im Bereich von 14 bis
20 % erreicht werden. Die Untersuchungen im Stand der Technik und
deren Ergebnisse stellen dabei insbesondere Lösungen vor, die bei Verwendung
von strukturierten Rohren zu einer Veränderung des Strömungsverhaltens
der sich bewegenden, gasförmigen
Medien beitragen, ohne sie selbst und ihre Eigenschaften zu verändern. Die ausgeführten technischen
Lösungen
des bekannten Standes der Technik zeigen, dass erste Anfänge von Lösungamöglichkeiten
vorliegen, gasförmige
Medien, insbesondere Rauchgase, in ihren Eigenschaften physikalisch
zu beeinflussen, ahne jedoch Lösungen zu
zeigen, diese auch stofflich also chemisch zu verändern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Verminderung der stofflichen und akustischen Emission
von Rauchgasen in einer Abgasanlage, vorzugsweise von Verbrennungskraftmaschinen,
in der Rohre mit sinoidalen Nebenformen Verwendung finden und eine
Abgasanlage zur Durchführung
des Verfahrens, welche an den Motorblock an einem Rauchgaseintrittsrohr
angeschlossen ist, zu schaffen, mit dem es möglich wird, auf gasförmigen Medien
insbesondere Rauchgase, während ihrer
Durchfluszeit durch die Wirkelemente der Abgasanlage in Bezug auf
ihre stofflichen Eigenschaften und akustischen Wirkungen Einfluss
zu nehmen.
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Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren
zur Verminderung der stofflichen und akustischen Emission von Rauchgasen
in einer Abgasanlage mit mindestens einem Wirkbereich, in dem der Rauchgasstrom
in vergleichmäßigter Strömungsgeschwindigkeit
Rohre und Rohrbündel
die mit sinoidalen Nebenformen ausgerüstet sind, durchströmt, wobei
die Rohre und Rohrbündel
katalytisch wirksame Substanzen aufweisen sowie mit physikalisch
und chemisch wirkenden Absorbentien in Verbindung gebracht werden,
mit welchen die strömenden
Rauchgase stofflich und schallabsorbierend beeinflusst werden.
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Eine Ausgestaltung erhält die Erfindung
dadurch, dass die Abgasanlage, bestehend aus mindestens zwei Bereichen,
beginnend mit einem Rohrkrümmerbereich
mit wenigstens zwei m einem Rohrabschnitt zusammengeführten Rohrkrümmern durch welche
das Rauchgas einem mit Nebenformen ausgerüsteten segmentartig, axialverlaufenden
Rohrabschnitt zugeführt
wird, und darin in einer vergleichmäßigten Strömungsgeschwindigkeit einem
Katalysator zuströmt,
in dem sich katalytbeschichtete Rohrbündel befinden, in denen eine
stoffliche Veränderung der
Rauchgase vorgenommen wird und der Katalysator danach mit einem
Schallabsorber, bestehend aus einem ummantelten Rohr verbunden,
wird, indem ein weiterer Stoffabbau, einhergend mit einer Vergleich
mäßigung des
Strömungsverlaufes
erfolgt, wobei das Rohr des abschließenden Reaktionsbereiches und
die vorlaufenden Bereiche aus Rohre mit sinoidalen Neben formen
gebildet werden, die katalytisch wirksame Substanzen aufweisen,
in denen mit einem Erhalten eines pfropfenförmigen Strömungsbildes eine Vergleichmäßigung der
impulsartigen Strömungen
und eine Erhöhung
der Reinheit des Rauchgases und dessen akustische Dampfung erzeugt
werden.
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Ausgeformt ist die Erfindung dadurch,
dass die Rohre der Rohrbbündel
an ihren Außen- und Innenflächen mit
katalytischen Substanzen beschichtet werden. Eine Ausgestaltung
der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Rohre und Rohrbündel an
ihren Innenflächen
mit katalytisch wirksamen Substanzen beschichtet und mit Rauchgasen
unter Bildung einer pfropfenförmigen
Strömung
angeströmt
werden.
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Die Erfindung ist durch eine Anlage
zur Durchführung
des Verfahrens, bestehend aus einem Rauchgaseintrittsrohr, das über einen
Katalysator mit einem Schallahsorber verbunden ist, gekennzeichnet.
Die Funktionselemente der Abgasanlage sind aus Rohren gebildet,
die mit sinoidalen Nebenformen ausgestattet, zu einer Vergleichmäßigung der
Strömung
der Rauchgase führen,
wobei die Rohre sowie Anlagenteile zur stofflichen Beeinflussung
der Rauchgase mit katalytischen Substanzen versehen sind. Gemäß der Erfindung
sind die sinoidalen Nebenformen in der Art von Einprägungen in
die Rohre eingearbeitet und für.
eine Homogenisierung der Strömung
und Schadstoffbeseitigung der Rauchgase, zwischen sich glatte Flächen tragend,
ausgebildet. Weiter die Erfindung ausformend, verfügt das Rauchgaseintrittsrohr
Aber mindestens zwei Krümmungen,
die in einen geraden Rohrabschnitt münden, dessen Innenraum. entsprechend
der Anzahl der einmündenden
Krümmer
in Kammern aufgeteilt ist, die aus in axialer Richtung verlaufenden,
sich radial erstreckenden Trennwände
geformt sind. Die Trennwände
durchlaufen den geraden Rohrabsehnitt bis an den Flansch im Bereich
des Katalysators.
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Im Sinne der Erfindung ist es, in
den Rohrabschnitt hinter den Krümmern
quer zu seiner Längsmittenachse
gestellte Mischelemente einzuordnen, die eine Homogenisierung des
Rauchgasstromes bewirken, wobei die Mischelemente gelochte Bleche sein
können,
die erfindungsgemäß aus katalytisch reagierenden
Materialien bestehen oder mit solchen beschichtet sein können, um
den Schadstoffabbau in den Rauchgasen zu fördern. Es ist auch im Sinne
der Erfindung, dass der Katalysator als Röhrenkatalysator ausgeführt, über ein
mit sinoidalen Nebenformen strukturierten Rohren bestehendes Rohrbündel verfügt, dessen
Rohre über
katalytisch reagierende Materialien verfügen und auf ihren Außen- sowie
Innenflächen
mit den strömenden
Rauchgasen reagierend in Verbindung gebracht sind. Sinnvoll weitergeformt ist
die Erfindung, wenn die Rohre und Rohr bündel der Katalysatoren aus
katalytisch reagierendem Material bestehen. Weitergeführt im Sinne
der Erfindung ist es, wenn die Rohre der Rohrbündel des Katalysators an ihren
Außenflächen mit
katalytischem Material beschichtet sind Katalysatoren dieser Art verfügen erfindungsgemäß über eine
Kühlung
der Rohre und Rohrbündel
mit einem Medium, das an der Außenseite
angreifend, den Katalysator durchströmt, indem die Innenwände der
Rohre mit katalytisch wirksamen Material beschichtet sind. Die Erfindung
variierend verfügt
der Katalysator über
ein Heizmittel zur Intensivierung der Katalyse, das den Katalysator
bis zum Erreichen der Betriebstemperatur erwärmt und darin hält, wobei
eine Form der Erfindung darin zu sehen ist, dass das Heizmittel
eine elektrische Heizung ist, Eine komplettierende Ausgestaltung
der Erfindung wird darin gesehen, dass der Katalysator mit einer Kühlung ausgerüstet wird,
die ihn in einer konstanten Betriebstemperatur hält.
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Sinnvoll ausgestaltend besteht der
Schallabsorber aus einem den Katalysator der jeweilig entsprechenden
Ausgestaltung angeschlossenem Rohr und weist mit dessen äußerem Rohr,
koaxial angeordnet, einen Ringspalt auf, wobei wenigstends das Kernrohr über sinoidale
Nebenformen verfügt
und an seinen zwischen den Ausbeulungen befindlichen partiellen
glatten Teilen mit Perforierungen versehen ist, die ein Durchströmen der
Rauchgase auf dem Kernrohr in den Ringspalt zwischen. beiden Rohren ermöglicht,
der mit einem Absorbermaterial ausgefüllt ist, welches den Schall
wirksam absorbieren kann. Weiter formend füllt das Absorbermaterial den Innenraum
des mit Nebenformen ausgerüsteten Kernrohres
aus, wobei die Erfindung weiterführend, das
Kernrohr und der Ringspalt des Schallabsorbers mit Absorbermaterial
ausgebildet werden kann Die Erfindung weiterführend sind das äußere Rohr
und das Kernrohr des Schallabsorbers aus katalytisch reagierenden
Substanzen gebildet oder in Variation der Erfindung das Kernrohr
mit einer Schicht katalytisch wirksamer Substanzen versehen. Den
erfinderischen Gedanken vervollständigend ist das Absorbens des Schallabsorbers
aus einem Material zeit großen
inneren Oberflächen
ausgebildet, das katalytisch wirkend eine bedeutende Verringerung
der Längenausdehnung
des Schallabsorbers zur Folge hat. Die Erfindung ausfüllend hat
das Material des Schallabsorbers katalytische sowie schalldämmende Eigenschaften.
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Eine Darstellungsform der Erfindung
kann darin gesehen werden, dass dem Rauchgaseintrittsrohr unmittelbar
ein Absorberelement nachgeordnet, das aus einem äußeren Mantelrohr und einem
Kernrohr gebildet ist, die koaxial mit unterschiedlichen Durchmessern
einen Ringspalt zwischen sich formend durch ein Absorbers so ausgefüllt sind,
dass sowohl der mit sinoidalen Nebenformen ausgerüstete Innenraum
des Kernrohres und der es umgebende Ringspalt mit katalytisch und
akustisch wirksamem Material ausgefüllt sind und die katalysierende
und schallabsorbierende Wirkung allein durch. das Absorberelement
durchgeführt
wird. Im Sinne der Erfindung ist es, wenn der Ringspalt zwischen
dem äußeren und
inneren Rohr des Absorberelementes mit Rohren eines Rohrbündels ausgefüllt ist.
Eine Variante der Erfindung ist darin zu sehen, dass ein mit dem
Motorblock verbundenes, durchgehend geschlossenes Absorberelement,
aus einem Rohr gebildet, mit Rohrbündeln ausgefüllt, die
Rohre und Rohrbündel
statische Funktionen ausüben
und katalytische Reaktionen sowie akustische Dämpffunktionen in Bezug auf
die Rauchgase bewirkt ist.
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Es ist erfinderisch vorteilhaft,
dass die Rohrbündel
zwischen ihren Rohren mit Absorbermaterialien ausgefüllt werden,
denen auch eine katalytisch reagierende Wirkung mit den Rauchgasen
zugemessen werden kann. Eine weitere vorteilhafte Variante der Erfindung
ist darin zu sehen, dass ein mit dem Motorblock verbundenes, durchgehend
geschlossenes Absorberelement aus einem Doppelwandrohr gebildet
ist, dessen Kernrohr mit dem äußeren Rohr einen
Ringspalt ausbildet, der mit schallabsorbierendem Material ausgefüllt und
akustisch wirksam wird. Das schallabsorbierende Material hat dabei
gleichzeitig katalytische Wirkungen und übt akustische Dämpffunktionen
aus. Die Erfindung in all deren Bereichen berührend sind als katalytisch
wirksame Substanzen und deren Beschichtungen sowie als Material
der Absorbentien Edelmetalle, Keramiken, Metalloxide bzw. Zeolithe
und deren äquivalente
Materialien zu verwenden.
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Es ist eine vorteilhafte Eigenschaft
der erfindungsgemäßen Lösung, die
auf eine Gesamtkonstruktion einer Abgasanlage, die gleiehermaßen eine Katalyse
zur Verminderung der Emission der Rauchgase sowie eine Schallminderung
bzw. dessen vollständige
Auslöschung
zum Inhalt hat, hinwirkt. Die grundsätzlich gewählte Form einer Abgasanlage
mit drei sich ergänzendes
Wirkbereiches ist eine Ausführungsart
einer sich mit einer Minimierung der Anlagenteile auseinandersetzenden
Erfindung.
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Wirkbereich I:
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Die Homogenisierung der Strömung in
der Abgasanlage wird durch die Grenzschichtbeeinflussung mittels
regelmäßiger oder
unregelmäßiger Einwölbungen
mit sinoidalen Nebenformen herbeigsführt, so wie es dem Stand der
Technik bereits zu entnehmen ist, Die Einwölbungen sind dabei auf dem Rohrumfang
verteilt und sehließen
zwischen sich partielle Glattmantelteile ein. Mit den Einwölbungen bildet
sich eine pfropfenförmige
Strömung
im Rohr aus. Im Gegensatz dazu würde
sich bei glatten Rohrwandungen ein ausgeprägtes Geschwindigkeitsprofil mit
hohen Kerngeschwindigkeiten ausbilden, dass sich auf den Reaktionsablauf
im Katalysator nachteilig auswirk. Ein vergleichmäßigtes Geschwindigkeitsprofil
der Strömung
sorgt dafür,
dass sich alle Teile des strömenden
Rauchgases gleich lang im Bereich der Wirkung der Katalysatoren
aufhalten. Bei Vorliegen einer ungleichmäßigen Anströmung des Katalysatorbereiches
werden einzelne Strömungsbereiche,
verzugsweise die mit hoher Geschwindigkeit benachteiligt, da sie
nur kurze Zeit deren katalysierender Wirkung ausgesetzt werden können. Hinzukommt,
dass sich in solchen Strömungsbereichen eine
ungünstige
Temperatur einstellt, da sie keine Zeit haben, sich den vorhandenen
Temperaturen anzupassen. Diese Erkenntnisse gelten gleichzeitig
für Randbereiche
der Strömung.
Das aus dem Stand der Technik bekannte Z-förmige Anströmen des Katalysators bewirkt
lange Aufenthaltszeiten. Bereits vorgenommene Versuche unter Modellbedingungen
haben gezeigt, dass die Umsatzgrößen der
Katalysatoren durch die Verwendung von Rohren, die mit sinoidalen
Nebenformen ausgestattet sind, um 30 % gesteigert werden konnten.
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Vorteilhaft wirkt sich die Verwendung
strukturierter Rohre auf der Anströmseite des Katalysators als
Wärmeübertrager
aus. Das bedeutet, dass die habe Wirksamkeit der Strukturrohre beim
Entzug oder bei Zugabe der Warme dazu beitragen, den Katalysator
unkompliziert in einer optimalen Betriebstemperatur zu halten, der
im
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Bereich II:
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- positioniert ist. Die erfindungsgemäße Lösung führt dazu, den Katalysator in
seinem, Durchmesser zu verkleinern, wenn strukturierte Rohre zur
Verwendung gelangen. Durch die besonderen Stofftransporteigenschaften
der Strukturrohre kann auf die Ausbildung von Kapillare sowie auf
größere Rohrdurchmesser
verzichtet werden. Katalysatoren, in denen Rohre mit sinoidalen
Nebenformen, also mehre Verwendung finden würden, hätten bei geringerer Dimensionierung
eine höhere
Leistung. Ihre Konstruktionen werden leichter und billiger.
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Bereich III:
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Im Bereich III erfolgt die eigentliche
Schalldämpfung
außerhalb
des Hauptströmungsbereiches. Hier
wird der Schall gedämpft.
Die Konstruktion besteht dem Grunde nach aus zwei konzentrisch angeordneten
Rohren wobei das äußere Rohr
eine Hüllfunktion
ausübt
und das Kernrohr in seiner statischen Funktion unterstützt. Das
Kernrohr im Inneren übt
dabei für
die Reflexion des Schalls aus dem Motorraum, insbesondere im Bereich
von hohen Frequenzen und für
Trasslation der tiefen Frequenzen, eine bedeutende Funktion aus.
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Einschränkend ist hier zu bemerken,
dass für große Wellenlängen weder
eine Absorbtion noch eine Reflexion des Schalls durch die erfindungsgemäße Lösung erfolgen
kann. Mindestens solche Frequenzen werden durchgelassen, die einer
bestimmten Länge
der Abgasanlage bei einer ebenso vorbestimmten Rauchgastemperatur
entsprechen. Bei 400 °C
Rauchgastemperatur und 1 m der Abgasanlage werden mindestens alle
Frequenzen, die kleiner als 450 Hz sind emittiert.
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Vorteilhaft ist das Kernrohr an seinen
zwischen den Beulungen und seinen glattes Rohrwandteilen perforiert.
Dadurch besteht die Möglichkeit, hohe
Frequenzen zu reflektieren. Auch hier werden niedrigste Frequenzen
nicht zu reflektieren sein, die bei einer Facettenlänge des
strukturierten Kernrohres von 4,5 cm bei 5.000 Hz liegen würde. Die
Voreile der Konstruktion der Abgasanlage sind in ihrer Einfachheit
der Verwendung von Doppelwandrohren, insbesondere jedoch in der
Anwendung von katalytisch wirkenden Substanzen in den Materialien
der Rohre bzw. in der Bechichtung der Rohre innen oder außen oder
auf beiden Seiten mit solchen Substanzen zu sehen. Die mit der Strukturierung
einhergehende Erhöhung
des Stofftransportesr lässt
die vorteilhafte Wirksamkeit dieser grundsätzlichen erfinderischen Maßnahmen,
der katalytischen Beeinflussung der Rauchgase bereits vor dem eigentlichen Katalysatorelement
bzw. die als Nachsorge im Absorber erfolgende katalytische Beeinflussung
durch Beschichtuag der Rohre und dem Eindringen der Absorbienten
mit der zusättzlichen
stofflichen Beeinflussungsmöglichkeit
der Rauchgase, ordnen der Erfindung einen hohen schutzrechtlichen
Wert zu.
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Die Erfindung soll nachstehend an
einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert werden.
In der zugehörigen
Zeichnung zeigen:
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1:
die Abgasanlage m einer Seitenansicht;
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2:
den Schnitt III-III in 3 vergrößert und
in der Länge
begrenzt als Ausschnitt;.
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3:
den Schnitt I-I in 1 vergrößert;
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4:
den Schnitt IV-IV in 5 mit
belassener vertikaler Trennwand;
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5:
den Schnitt II-II in 1;
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6:
eine Ausführungsart
nach 4;
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7:
eine Ausführungsform
des Katalysators;
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8:
eine wettere Ausführungsform
des Katalysators;
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9:
die Abgasanlage mit einem an das Rauchgasrohr angeschlossenen Absorberelement;
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10:
den Schnitt V-V in 9 nur
angeschnitten;
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11:
die Anlage nach 9 mit
einer abweichenden Ausbildung des Absorberelementes;
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12:
den Schnitt VI-VI in 11,
teilweise ausgeführt;
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13:
das Strömungsbild
ausgebildet in einem Glattmgntelrohr;
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14:
das Strömungsbild
in einem Rohr mit sinoidalen Nebenformen.
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1 zeigt
die Abgasanlage aufgeteilt in drei hauptsächliche Wirkbereiche I, II
und III. Der Wirkbereich I umfasst das Raucheintrittsrohr 10 mit
drei Krümmern 10', die in einen
Rohrabschnitt 18 übergehen,
der in einem Flansch 11 endet, um mit dem gegen überliegenden
Flansch 11 des Bereiches II eine Verbindung herzustellen.
Im Bereich der Einmündung
der Krümmer 10' in den Rohrabschnitt 18 sind Trennwände 2; 2'; 2'' eingeordnet, deren Bedeutung in.
den nachfolgenden Figuren Erläuterung
finden soll. Der Rohrabschnitt 18 ist mit sinoidalen Nebenformen 22 versehen,
die beulenartig auf dessen Umfang verteilt sind und eine in variabel
auszuführender Länge des
Rohrabschnittes 18 bedeckt. Hier kann bereits durch die
Einarbeitung der Nebenformen 22 eine bedeutende Vergleichmäßigung des
pulsierend durch die Krümmer 10' anströmenden Rauchgases erfolgen.
Bei hochintensiv arbeitenden Anlagen kann bereits hier vor Eintritt
der Rauchgase in den Katalysator 4; 4' durch eine
Beschichtung der Innenwände des
Rohrabschnittes 18 oder auch durch eine wahlweise Ausführung des
gesamtem Rauchgaseintrittsrohres 10 aus katslytisch reagierendem
Material eine stoffliche Beeinflussung der Rauchgase in Richtung ihrer
Entgiftung erfolgen Der Abschnitt II umfasst den Katalysator 4 bzw.
auch seine andere Ausführungsform 4', die später noch
Erläuterung
finden wird. Der Katalysator 4 ist mit einer Flanschverbindung 11 sowohl
mit dem Rauchgaseintrittsrohr 10 als auch mit dem dem Wirkbereich
III ausfüllenden
Schallabsorber 5 verbunden. Die Ausrführungsformen der Katalysatoren 4; 4' sind in den 7 und 8 näher
erläutert.
An der hinteren Flanschverbindung 11 der Katalysatoren 4; 4' ist der Absorber 5 angeordnet,
der den Bereieh III ausfüllt
und konstruktiv so ausgebildet werden kaan, dass seine Längserstreckung,
je nach Anforderung der Emissionsverringerung, variabel ist. Wie
dargestellt, ist das äußere Rohr 5', hier ein Manlrhohr,
des Schallabsorbers 5 mit sinoidalen Nebenformen 22 ausgestattet.
Wie die nachfolgenden Beispiele zeigen, kaum das Rohr 5' auch als Glattmantelrohr
ausgebildet werden.
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2 zeigt
mit dem Schnitt III-III in der 1 als
Schnittverlauf I-I die gewählte
konstruktive Ausgestaltung des Absorbers 5. Der Schnitt
III-III parallel zur hängsachse
zeigt einen Absorbers 5 mit einem äußeren Rohr 5' und einem koaxial
angeordneten Kernrohr 7 ausgebildet. Beide Rohre 5'; 7 haben
sinoidalen Nebenformen 22. Funktionsgerecht ist das Kernrohr 7 im
Bereich seiner partielles Glattmantelbereiche zwischen den Beulungen
der Nebenformen 22 mit Perforierungen 8 versehen,
die ein Durchtreten. der Rauchgase in den Ringspalt 6 ermöglichen und
damit zur Vergrößerung der
Wirkung der Absorbienten führen,
weit diese in die stoffliche Veränderung
sowie akustische Wirkung des Absorbers 5 einbezogen werden.
Der durch die koaxiale Einordnung des Kernrohres 7 in das
Rohr 5' entstandene
Ringspalt 6 ist mit einem Absorbermaterial 21 ausgefüllt, ebenso
die lichte Weite des Kernrohres 7. Die Ausschnitte in 2 zeigen die sieh ergänzende Anordnung
der Baulungen der Nebenformen 22.
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3 stellt
den Querschnitt der Ausführung gemäß 2 vor und lässt für den mitlesenden Fachmann
erkennen, dass sowohl die Einordnung der Nebenformen 22 im äußeren Rohr 5' und im Kernrohr 7 sowie
die vollständige
Füllung
des Schallabsorbers 5 mit absorbierendem Material 21 eine hochintensive,
akustisch wirksame Funktion sieherstellen. Einher geht diese hochintensive
Ausgestaltung damit, dass insbesondere das Kernrohr 7 aus
einem Material hergestellt werden kann, welches katalytische Wirkungen
auf das durchströmeade
Rauchgas ausübt
und es stofflich verändert.
Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn das Kernrohr 7 auf
seinen äußeren und
inneren Oberflächen
mit katalytisch wirksamen Substanzen beschichtet ist, die auch eine Beschichtung
der Innenflächen
des Rohres 5' einschließen kann.
Durch diese Oberflächenbehandlung
wird eine stoffliche Veränderung
in Richtung einer Emissionsverminderung oder -beseitigung der Rauchgase
wirkungsvoll erreicht. Die Erfindung vervollständigt sich und führt zu einer
signifikanten Wirkungserhöhung
des Schallabsorbers 5, wenn den Absorbentien im Kernrohr 7 sowie
im Ringspalt 6 katalytisch wirkende Eigenschaften gegeben
werden. Wie später
zu erläutern
ist, kaan diese den Absorber 5 vervollkommnende Anordnung
zu euer spürbaren Verkürzung des
Absorbers 5 bzw. zu einer Übernahme von Katalysatorfunktionen
führen
und damit eine Verbesserung des Leistungsgewichtes sowie der konstruktiven
Ausführung
der Abgasanlage führen.
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Wie bereits bei 2 erwähnt,
ist nach Zusammenführung
der Krümmer 10' das Raucheintrittsrohr 10 mit
einem Rohrabschnitt 18 bis an den Flansch 11 vor
dem Katalysator 4 geführt.
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4 und 5 zeigen im Einmündungsbereich der
Krümmer 10' in den Rohrabschnitt 18,
dass sein lichte Weite in Kammern 1, 1'; 1'' geteilt ist. Die Teilung erfolgt
durch axial verlaufende Trennwände 2; 2'; 2'', die sich radial aus der Mitte
erstrecken und die Rauchgase aus den Krümmern 10' in den Rohrabschnitt 18 führen. Die
Trennung in Kammern 1; 1'; 1'' entsprechend
der Krümmeranzahl
führt zu
einer Vergleichmäßigung des
Rauchgasstromes bereits im Bereich des Rohrabschnittes 18,
weil die Trennwände 2; 2'; 2'' nicht bis zum Flansch durchlaufen,
sondern im Bereich der sinoidalen Nebenformen 22 enden
und zu der erwtünschten
Vergleichmäßigung des Rauchgasstromes
führen,
um diesen homogen aus der Sicht seiner Strömungsgeschwindigkeit und seines
thermischen Zustandes dem Katalysator 4 zuzufürhren Es
ist auch konstruktiv möglich
und führt
zu dem gleichen Effekt, wenn die axial verlaufenden Trennwande 2; 2'; 2'' gegen senkrecht zur Mittenachse
eingeführte
Bleche, als Mischelemente 19 wirkend, ausgetauscht werden,
die für
einen Durchlass der Rauchgase perforiert sind und zu einer Vergleichmäßigung der
Rauchgasstruktur führen.
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Der mitlesende Fachmann versteht,
dass eine Kombination beider Maßnahmen
gemäß 6, also axial verlaufender
Trennwände 2 ;2' ; 2'' mit gleichartig verlaufenden Kammern 1; 1'; 1'' und eine Nachordnung der senkrecht
zur Längsmittenachse verlaufenden
Mischelemente 19 zu einer signifikanten Erhöhung der
angestrebten Vergleichmäßigung führen. Es
bietet sich an, die Wandungen der Kammern 1; 1'; 1'' sowie der Mischelemente 19 mit
katalytisch wirkenden Substanzen zu versehen, um die Rauchgase emissionsvermindernd,
stofflich zu beeinflussen. Es wäre
zu erwähnen,
die Trennwände 2; 2'; 2'' auch mit Beulungen zu versehen,
um den erwünschten
Effekt noch zu erhöhen.
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Die im Wirkbereich II der Abgasanlage
angeordneten Katalysatoren 4; 4' sind in ihren Ausführungsarten
in des 7 und 8 erläutert. Der Katalysator 7 verfügt über Rohrbündel 13 aus
dünnen
Rohre 13'', die mit geringen
Abständen
voneinander axial im Katalysator 4 erstreckt, angeordnet
sind, Die Rohre 13'' werden durch
das in Richtung des Richtungspfeiles 15 einströmende Rauchgas
innen und außen überströmt, wobei
das Rauchgas beim Richtungspfeil 16 den Katalysator 4 stofflich
verändert,
mit geringerem Emissionsanteil verlässt.
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Die Ausführung des Katalysators 4 wäre dadurch
zu kennzeichnen, dass die dünnen
Rohre 13'' innen und an
ihren Mantelflächen
von den Rauchgasen überströmt werden,
so dass die gesamten Oberflächen
des Rohrbündels 13 und
des Raumes im Katalysator 4 vom Rauchgas benetzt wird.
Damit einher geht, dass alle Oberflächen des Katalysators einschließlich der
Innenfläche
seines Mantels mit katalytisch wirksamen Substanzen versehen sind,
das heißt,
die Körper
entweder aus solchen Substanzen bestehen oder mit diesen beschichtet
sind.
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Das Problem des schnellen Erreichens
der Betriebstemperatur bzw. die Vermeidung von Abweichungen davon
soll hier nicht Gegenstand von Erläuterungen sein, da dem Fachmann
eine Reihe von brauchbaren Lösungen
dazu bekannt sind.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform
eines Katalysators 4' unter
Verwendung des erfindungsgemäßen Prinzips,
dessen Mantel mit Stutzen 16; 17 versehen sind,
in welche Kühl-
oder Heizflüssigkeit
eingeführt
werden kann, welche die Rohr 13'' eines
Bündels
von Rohren 13' umfließend beeinflusst.
Im Inneren der Rohre 13'' wird das bei 15 einfließende Rauchgas
durchgeführt
und verlässt
bei 16 den Katalysator 4', In dieser Ausführungsform
sind nur die inneren Flächen
der Rohre 13'' mit katalytisch wirkenden
Substanzen beschichtet, während
den Außenflächen der
Rohre 13'' eine thermische
Funktion zugeordnet wird. Seide Katalysatoren 4; 4' sind in unterschiedlichen
Einsatzgebieten zu verwenden, entsprechen aber durch den Einsatz
katalytisch wirksamer Substanzen im Bereich ihrer Vernetzungsflächen mit
den Rauchgasen dem Grundgedanken der Erfindung. Im Bereich 16 ist über dem
Flansch 11 eine Verbindung zum Absorber 5 vorgesehen,
in den die Rauchgase, durch den Katalysator 4' beeinflusst, strömen können.
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In 9 ist
eine Variation der Abgasanlage dargestellt, die von der Grundform
gemäß 1 signifikant abweicht,
jedoch in ihrer erfinderischen Idee dem Schutzumfang zuzuordnen
ist. Wie im Zusammenhang mit den 2 und 3 dargestellt, ist in den gesamten
Hohlraum des Absorberelementes 24 ein schallabsorbierendes
sowie gleich zeitig katalytisch reagierendes Material eingeordnet.
In der Folgerung der 1 bis 3 kann durch dieser hochintensive emissionsverminderende
Wirkung der Kopplung aus den Bereichen II und III in 1 eine spürbare Verkürzung des
Absorbers 5 angenommen werden, um Leistungsgewicht und
Abmessungen der Abgasanlage zu verringern.
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Unter dieser Sicht wird in der Ausüführung gemäß 9 dem Rauchgaseintrittsrohr 10 als
Bereich I ein Absorberelement 24, bei 24' mit unterschiedlicher
Ausführung
in 11 unmittelbar nachgeordnet.
Das Raucheintrittsrohr 14, hier wieder mit drei Krümmern 10', ist an ein
Absorberelement 24 angeflanscht. Das Absorberelement 24 verfügt über ein Rohr 5' als Mantelrohr
und ein koaxial eingeordnetes Kernrohr 7. Beide Rohre 5'; 7 sind
mit sinoidalen Nebenformen 22 versehen und bestehen entweder
aus katalytisch wirksamen Material oder sind mit ihren dem Rauchgasstrom
zugewandten, Oberflächen
damit beschichtet. Die Hohlräume
zwischen Mantelrohr 5' und
Kernrohr 7 sowie im Kernrohr 7 sind mit Absorbentien
ausgefüllt,
die eine Schallemission bedeutend vermindern und die Rauchgase stofflich
durch die katalytische Wirkung der Substanzen so beeinflussen, dass
sie ungefährdet
in die Umgebung eintreten können,
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10 zeigt
den Querschnitt des Absorberelementes 24 etwas vergrößert, in
dem das Kernrohr 7 einen erkennbar kleineren Durchmesser
aufweist. In den partiell glatten Abschnitten zwischen der Beulen
der Nebenformen 22 sind Perforierungen 8 eingebracht,
um ein Durchtreten der Rauchgase in die Absorbentien 21 des
Ringspaltes 6 zu ermöglichen.
Der gering gewählte
Durchmesser des Kernrohres 7 ist kein Grundsatz, sondern
nur angenommen, um eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
erkennen zu lassen. Technisch können
die Durchmesser der Kernrohre den Bedingungen angepasst werden,
ohne den schutztfähigen
Bereich der Erfindung zu verlassen. Der gleiche Grundsatz trifft
auch dann zu, wenn das äußere Rohr 5' als Glattmantelrohr
ausgeführt
ist.
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11 zeigt
eine dem Grundsatz der 9 folgende
Ausführug
der erfindungsgemäßen Lösung. Das
Absorberelement 24' ist
mit einem Rohrbündel 13' dünner Rohre 13'' entlang der Längsmittenachse gerichtet liegend,
bestückt.
Die Rohre 13'' liegen dicht
an dicht und sind in Platten 25; 26 eingezogen Die
Rauchgase strömen
gegen die Platte 25 in Richtung der Richtungspfeile 27,
durchströmen
das Rohrbündel 13' in Richtung
der Pfeile 27'.
Dazu sind zwischen den Einzugsbohrungen der Rohre 13' Perforierungen 8 vorgesehen.
Sinngemäß ist die
gleiche Anordnung in der Platte 26 vorgesehen: Hier verlassen
die Rauchgase das Absorberelement 24, indem sie aus dem
Rohrbündel 23' über die
Platte 26 in Richtung der Pfeile 27' austreten. Die Einordnung des
Rohrbündels 13', in dem alle
Oberflächen
der Rohre 13'' mit katalytisch
wirksamen Substanzen beschichtet oder gar aus diesen hergestellt
sind, gewährleistet
eine hohe Effizienz stofflicher Emissionsverminderung und hoher
statiacher Wirksamkeit. Die Schallverminderung wird durch die Aufteilung
des Rohrbündels 13' in hohe Vielzahl
sehr dünner
Rohre 13'' gesichert.
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12 zeigt
die hohe Anzahl dünner
Rohre 13'' und der zwischengesetzten
Perforierung 8 in den Platten 2S der Rohrbundel 13'. Auch hier
ist die Anordnung von Beulungen in der Mantelfläche des Rohres 5' vorgesehen,
jedoch kann aus Gründen
der effizienten Spaltbildung zwischen Rohrbdlndel 13' und Innenwand
des Rohres 5' auf
die Einordnung sinoidaler Nebenformen 22 verzichtet werden.
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Die 13 und 14 zeigen im Vergleich die Strömungsbilder
in Rohren 30 mit unterschiedlichen Wandausbildungen. Gemäß 13 hat das Rohr 30 eine
gleite Wand, das Strömungsbild 29 ist
schematisch dargestellt und zeigt eine ausgebeulte, in Richtung
der Strömung
gewölbte
Formlinie. Die Kernströmung
ist intensiv und führt
zu einer Verungleichmäßigung der
Reaktionen akustisch sowie stofflich in der Abgasanlage. 14 zeigt ein Rohr mit sinoidalen Nebenformem 22.
Hier ist durch die Vermischung axiales und radialer Strömungsteile,
die sich zwischen und an den Beulungen ausbilden, ein völlig gleichmäßiges, homogenes
Strömungsbild 29' ausgebildet, das
eine wirksame Vergleichmäßigung der
Reaktionen stofflich sowie akustisch gewährleistet.
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- I;
II; III
- Bereich
- 1
- Kammer
- 2;
2'
- Trennwand
- 3
-
- 4;
4'
- Katalysator
- 5
- Schallabsorber
- 5'
- Rohr
- 6
- Ringspalt
- 7
- Kernrohr
- 8
- Perforierung
- 9
- Strukturierung
- 10
- Raucheintrittsrohr
- 10'
- Krümmer
- 11
- Flanschverbindung
- 12
- Kammer
- 13;
13'
- Röhrenbündel
- 13''
- Röhren
- 14;
14'
- Übergangsflansch
- 15;
15'
- Richtungspfeil
- 16;
17
- Stutzen
- 18
- Rohrabschnitt
- 19
- Mischelemente
- 20
- Zwischenfläche
- 21
- Absorbens
- 22
- Nebenform
- 23
- Kühlmittel
- 24;
24'
- Absorberelement
- 25;
26
- Platte
- 27;
27'
- Richtungspfeil
- 28
- Düse
- 29;
29'
- Strömungsbild
- 30
- Rohr