EP1180205A1 - Honeycomb body - Google Patents
Honeycomb bodyInfo
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- EP1180205A1 EP1180205A1 EP00938550A EP00938550A EP1180205A1 EP 1180205 A1 EP1180205 A1 EP 1180205A1 EP 00938550 A EP00938550 A EP 00938550A EP 00938550 A EP00938550 A EP 00938550A EP 1180205 A1 EP1180205 A1 EP 1180205A1
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Definitions
- the invention relates to a honeycomb body, in particular as a catalyst carrier, with a honeycomb structure comprising a plurality of channels running in the longitudinal direction of the honeycomb body and through which a fluid can flow, the honeycomb body having sheet metal layers arranged one above the other.
- honeycomb bodies are used in particular as exhaust gas catalytic converters in motor vehicles, but they can also be used in other combustion plants or in process engineering if they are dimensioned accordingly.
- Honeycomb bodies of this type which have an alternating arrangement of flat and corrugated metal sheets which are soldered to one another, as a result of which smaller channels with a substantially sinusoidal cross section or an inscribed circle enclosing cross section are formed.
- the honeycomb body In order to achieve a possible quantitative catalytic conversion in the honeycomb body, the honeycomb body must have a corresponding volume, so that the flow through time of the substances to be converted in the honeycomb body is sufficiently long.
- the area of the channel walls contained in the honeycomb body volume significantly influences their costs, since the use of the structural material and the catalytically active coating material, which usually contain noble metals such as platinum, palladium and / or rhodium, increases accordingly.
- the thermal inertia of the catalyst also increases, as a result of which, for example in the case of exhaust gas catalysts, the pollutant emissions are increased during the heating-up phase of the motor vehicle engines. Furthermore, with increasing internal surface area, the pressure loss in it also increases, and with it the power loss of the drive unit.
- the invention has for its object to provide a honeycomb body that enables high effectiveness of catalytic reactions with low thermal inertia and inexpensive production of catalysts.
- channels are provided which have a cross-sectional dimension in a first direction which is a multiple of the cross-sectional dimension in another, in particular perpendicular, direction. It was found that such channels have a significantly more effective channel geometry than e.g. sinusoidal channels, in which the gussets or acute-angled inner corners of the channels, although covered with catalytically active material, are practically not catalytically active.
- the effectiveness compared to channels with an approximately round or isogonal channel cross section is also improved, since, due to the elongated or gap-shaped channel cross sections, a better mass transfer across the flow channels is possible due to a more favorable ratio of cross section to wall circumferential surface, which is particularly advantageous in the case of laminar flow conditions.
- the elongated, non-isogonal cross-sections of the channels reduce the volume fraction with stagnant or only slowly flowing gas boundary layers and thus the inhibition of the diffusive transport of the pollutant to the catalytically active coatings and significantly increases the area-specific reactivity and thus the effectiveness of the resulting catalyst. Furthermore, carrier and coating material can be saved.
- the channels can each have a straight, curved or kinked parallel profile.
- the non-isogonic or non-isometric channels according to the invention preferably occupy a volume fraction of the honeycomb body which has a not negligible proportion of the total capacity of the catalyst, for example greater than 5%.
- the total catalyst capacity particularly preferably approximately the total catalyst capacity.
- the honeycomb body area designed according to the invention can make up more than 10 volume percent, preferably more than 25 or 50 volume percent of the total honeycomb body volume.
- the areas of the honeycomb formed according to the invention are from its edge areas, i.e. its front and / or side surfaces removed.
- the distance to the edge areas can be a multiple of the channel height, e.g. more than 5 or 10 times or a fraction of the width of the honeycomb, e.g. 1/20 to 1/10 or more.
- the entire honeycomb structure is advantageously constructed from non-isogonic channels according to the invention, although different areas of the honeycomb body can have different channel cross sections.
- the non-isogonic channels can extend over a larger part of the length of the honeycomb body, e.g. extend more than a quarter or half of the same, preferably over practically the entire length of the same, it being possible for the channels to be interrupted by regions with different cross-sectional geometries. It may also be sufficient if the channels with non-isogonal cross-sections or with a height that is essentially constant over a width of several sheet-metal layer spacings extend over a length of several sheet-metal layer spacings.
- the channels advantageously extend over the entire width of the honeycomb body, as a result of which temperature uniformity is not hindered by partition walls and a mass transfer is possible over the entire width of the honeycomb body, which leads to a more uniform speed and material distribution over the honeycomb body cross section.
- the residence time of the fluid in the honeycomb body, which limits its volume downwards, is thereby made more uniform and increased, and thus also its effectiveness.
- the channels can have a width to height ratio of greater than 3, preferably greater than 5.
- the channels can in particular be designed such that they extend at least locally or over part or preferably the entire length of the honeycomb body with at least approximately the same height over a width that is a multiple (for example 2 or 3 to 5 times or more) ) corresponds to the mean or largest duct height or the sheet metal layer spacing. If necessary, duct walls or duct narrowing can adjoin these areas. Adjacent sheet metal layers thus run at least over this width or over a larger width, e.g. 1/10 to 1/2 or over the entire width of the honeycomb body essentially parallel to each other. There are therefore no or only slight cross-sectional constrictions across this width, e.g. in the range of 25% or less of the channel height.
- the sheet metal layers can have a profile whose profile height is small in comparison to the distance between sheet metal layers lying opposite one another.
- the profiling can e.g. be provided in the form of punctiform elevations and depressions, which increases the rigidity of the sheet metal layers and at the same time improves the adhesion of a ceramic substrate material on the sheet metal layers.
- the sheets can also be provided with a profile whose profile height, i.e. their distance from the top and bottom vertices of the profiling is large in comparison to the sheet layer spacing.
- the flow characteristics of the honeycomb body e.g. with respect to a material exchange in the transverse direction thereof.
- the sheet metal layer arranged reference plane is asymmetrical.
- the flow resistance in opposite directions across the profile is hereby different, so that the honeycomb body acts as a flow diode for the transverse portion of the flow in the channels.
- the sheet metal layers can be folded in a zigzag shape, the adjacent folding legs each having a different length and slope.
- honeycomb body according to the invention can in particular be constructed from sheet metal layers of the same profile, which are arranged congruently to one another.
- honeycomb bodies with e.g. curved or bent gap-shaped channels are particularly easy to assemble.
- the sheet metal layers of the same profiling can also be arranged inversely to one another and also have different channel widths in the channel course.
- the sheet-metal layers can be provided with profiles which extend in the longitudinal direction or transversely to the longitudinal direction of the flow channels and which can be formed in the manner of channels or webs.
- the profiles can extend over the entire length or width of the honeycomb body or the width of the flow channels or only over part of the same.
- the profiling can be designed such that the smallest spacing of the sheet metal layers from one another thereby remains practically unchanged or is not significantly reduced, so that the flow resistance through the honeycomb body is not increased.
- the profiling can be realized in particular in the form of sheet metal folds, so that the honeycomb bodies can be easily manufactured with high stability.
- the slope of the profiled areas can be small, in particular in the longitudinal direction of the channels, compared to the distance between the sheets, thereby keeping the pressure losses small.
- the honeycomb structure can in particular be designed in such a way that the Nusselt number relates to a certain mass flow, for example as is typical in automotive applications, for a range of the honeycomb body of> 10 percent by volume, preferably> 25, particularly preferably>50%,> as a comparison scale 4.5, preferably> 6.
- the values given refer to a diffusion distance of 0.5 mm, which corresponds to the radius, for example, in the case of flow channels with a circular cross section.
- Nusselt numbers of 15 can easily be achieved.
- the honeycomb body can be designed in such a way that an Nusselt number of> 4.5, preferably> 6, results for it on average.
- the Nusselt number is approximately 8 for slot-shaped channels which extend over the width of the honeycomb body.
- the channel cross sections of the channels designed according to the invention can be arranged such that they extend over cross-sectional areas of the honeycomb body, in which there are temperature differences of more than 10 ° C., preferably more than 50 ° C., in the starting phase of the catalyst operation.
- the channels can extend from the outer sides of the honeycomb body, which are coldest during a starting phase, over 25%, preferably over half, of the honeycomb body cross section in the direction of the central axis or plane thereof. In these areas, catalyst carrier elements with edges that can be flowed around, in particular carrier elements that can flow completely around, can be provided.
- the catalyst coating can have a greater thickness than in the case of conventional honeycomb bodies.
- the coating thickness can be 5-25 / 100 mm or more, corresponding to a ratio of coating thickness to sheet thickness of 1-5 or more.
- the ratio can also be> 10. This significantly reduces the sensitivity of the catalyst to catalyst poisons.
- the sheet metal layers can be provided with stiffening elements, the advantageous configuration of which is described below, and which are preferably provided in or adjacent to or adjacent to the areas of the honeycomb body, with the channel sections have non-isogonal cross sections.
- the stiffening elements can be integrated in the sheet metal layers, for example in the form of profiles which extend lengthways and / or transversely to the longitudinal direction of the flow channel and can be designed, for example, as meandering sheet metal sheet folds with adjacent folding webs. Additional separate stiffening elements can also be drawn into the honeycomb body, which, for example, support larger duct wall surfaces and can act on the duct wall surfaces punctually or linearly.
- the stiffening elements for example in the form of wire pins, can be arranged offset in relation to one another in the support regions formed by them, which can be designed as planes, in such a way that they bring about little or practically no narrowing of the channel cross sections and none when the fluid flows around them form larger spinal zones.
- the stiffening elements can also be connected to one another. Regardless of the design of the stiffening elements, they can be distributed in an orderly manner in the honeycomb body, for example along preferred directions or planes of the honeycomb body or in symmetrical patterns, they can also be distributed statistically.
- Honeycomb areas with an increased number of stiffening elements can alternate with areas with a smaller number or without stiffening elements, as a result of which zones of different mechanical properties, such as increased rigidity, can be created.
- the zones can in each case be arranged within the honeycomb body or at the edge regions thereof and alternate in the axial and / or radial direction with unstiffened regions of greater elasticity.
- the expansion of the stiffening zones transverse to the flow channels advantageously corresponds to a multiple of the sheet spacing.
- the stiffening elements integrated in the sheet metal layers can accordingly also have zones of different stiffness or be dimensioned accordingly in terms of their length.
- the stiffening elements can each be provided in the interior and / or in the area of the end or side surfaces of the honeycomb body.
- the stiffening elements are preferably each arranged in such a way that they cover no or only small surfaces of the channel walls.
- the stiffening elements can be arranged so that there are larger self-supporting sheet metal surfaces than channel walls in which the support spacing, i.e. the distance between the points of attack of the stiffening elements on the sheet metal layers, a multiple of the shorter cross-sectional dimension of the channels or up to the maximum distance at which there is still sufficient stability under the conditions of use of the honeycomb body.
- the support points can be arranged in a point or line shape or in planes.
- stiffening elements which can be arranged in aligned support planes or lines and also in spatially offset points which are not in alignment with one another, are preferably arranged in such a way that they can be flowed around without cross-sectional constriction.
- one-dimensional joints can be provided which join the individual sheet metal layers, which can be profiled or non-profiled, with one another or with other stiffening elements and which are specifically introduced into the honeycomb body for this purpose become.
- the joints can, at least in certain spatial directions, in particular have a higher strength and resilience than solder joints and in particular through positive, non-positive and / or material connections Connections are produced, for example by means of notched tabs or webs, which can be fixed in adjacent sheet metal folds at least in one direction or through openings, by flanging or twisting cut sheet metal sections, or, for example, by spot welding processes.
- the joints can be arranged in preferred directions or planes of the honeycomb body or in symmetrical patterns, they can also be distributed statistically. Along the given directions, the joints can be provided at every contact point of adjacent sheet metal layers or only at every second, third, etc.
- the described stiffening of the honeycomb body with insulated joints can be used not only on honeycomb bodies with non-isogonal but also those with conventional isometric (for example hexagonal or sinusoidal) channel cross sections.
- the honeycomb body is advantageously provided with stiffening elements which extend transversely to the flow channels, as a result of which an excessive change in the distance between the sheet metal layers due to bending due to temperature fluctuations is prevented.
- the stiffening elements can e.g. be designed as wires, strips or expanded metal layers or as sheet metal folds.
- the stiffening elements can support the sheet metal layers or penetrate them and in each case be connected to the sheet metal layers with tensile load or can be carried out loosely through them.
- the stiffening elements aligned parallel to the sheet metal layers can also act on a plurality of sheet metal layers arranged one above the other.
- stiffening elements can be provided which, arranged perpendicular to the sheet metal layers, penetrate a plurality of sheet metal layers arranged one above the other.
- These stiffening elements can be constructed, for example, in the form of wires or bands or of wall areas constructed from sheet metal folds. If the sheet metal layers are provided with profiles, additional stiffening elements are advantageously provided which are spaced far apart, for example a multiple of the channel height, and which can be designed separately. They are particularly arranged where forces on the sheet metal layers occur, such as in the inflow and / or outflow areas.
- the additional stiffening elements can be connected to one another and / or connected to the housing in a force-absorbing manner and in this case form planes or lines of increased rigidity which can be spaced apart in the longitudinal direction of the honeycomb body.
- the stiffening elements can also be arranged in the sheet metal profiles and optionally attached to them, for example in sheet metal profiles in the form of web-shaped ply folds.
- the stiffening elements can also be provided in the region of the outer and / or intermediate walls or partial walls of the honeycomb body and in particular can be connected to these in a force-absorbing manner.
- the stiffening elements can each be one-dimensional, for example as wires, pins, strips or sheet metal folds, but also as expanded metal layers or the like or as joints between sheet metal layers or sections.
- the stiffening elements can be non-positively, positively or materially attached to the sheet metal layers, e.g. be clamped in sheet metal folds, which can also be formed by notches, or twisted to form a positive connection. Adequate fastening can also be ensured by coating the prefabricated honeycomb body, e.g. result with the ceramic carrier mass of the catalyst.
- the width of the respective stiffening elements is advantageously small compared to the length of the flow channels, so that the catalytically active channel walls are only minimally covered by the stiffening elements and the flow characteristics of the honeycomb body are practically not influenced.
- the required width of the stiffening elements which in each case also depends on the sheet metal genprofilierng is 1/5 or 1/10 to 1/100 of the length of the flow channels, but is not limited to this.
- the stiffening elements preferably each extend over a length which corresponds to a plurality of sheet-metal layer spacings, particularly preferably over the entire cross-sectional extent of the honeycomb body.
- the sheet metal layers can be provided with longitudinal ribs running parallel to the flow channels and extending over part or the entire length of the flow channels.
- the height of the longitudinal ribs is preferably small compared to the height of the channels, e.g. equal to half the channel height or less, so that the local increase in turbulence is not canceled out by increasing thicker boundary layers.
- sheet metal folds can also be provided with a height greater than the sheet layer spacing, the individual folding webs being fastened to one another.
- the folding webs can be fastened directly to one another in a non-positive and / or positive manner; further stiffening elements, e.g. serve in the form of wires or strips that run perpendicular and / or parallel to the sheet metal layers.
- Sheet reinforcements can also be provided for stiffening, which serve to support adjacent sheet layers.
- stiffening elements can be attached to one another, which can result in two- or three-dimensional associations of stiffening elements.
- the stiffening elements can, in particular, absorb the tension with the housing or with intermediate or outer walls of the honeycomb body. be connected.
- the intermediate and outer walls can be made rigid or elastically deformable, for example in the form of folding webs of the sheet metal layers fastened to one another.
- the sheet metal layers can be provided with notches which serve to support the sheet metal layers against one another and to enable gas exchange between adjacent channels or to enlarge the catalyst area.
- the notches are advantageously in the form of webs extending in the longitudinal direction of the channels.
- flow deflection means can be provided in the area of the flow channels, for example inside or at the front ends thereof, by means of which flowing fluid volumes are forced to continue with a lateral and / or a height offset, which can also be achieved with a non-inventive configuration of the honeycomb body with, for example isometric channel cross sections can be advantageous.
- the length of the flow paths can exceed the honeycomb body length, for example by 5 to 20% or more.
- the offset can be, for example, a quarter to a channel height, ie the extent of a smaller cross-sectional extent, or more.
- the flow deflecting means can be designed in such a way that it forcibly mixes the fluid carried in one channel area with volume fractions of fluid conducted in adjacent channel areas with which there was little or no mass transfer.
- These adjacent channel areas can be separated by cross-sectional constrictions, deflection areas in the lateral direction such as sheet metal folds, channel walls or due to a large channel width which exceeds the lateral diffusion path in the residence time of the fluid in the channel section, so that diffusive material exchange practically no longer takes place.
- the flow deflecting means can, for example, by appropriate design of the channel walls, for example with areas running obliquely to the direction of flow, additional deflecting devices such as flow plates with deflecting bevels placed obliquely to the direction of flow in and / or on the End faces of the channels and / or by means of a lateral offset of honeycomb areas arranged one behind the other with dividing walls which, due to the offset of the dividing walls, divide media volumes guided upstream in a common flow channel and combine upstream separated volumes in a flow channel.
- the deflection bevels regardless of their design, are advantageously flat and at an angle of less than 45-30 °, preferably less than 10 °, to the flow direction, and they can also be curved.
- the flow deflecting means are designed such that they essentially do not reduce the size of the channel cross sections over a honeycomb area, and thus the flow resistance of the honeycomb body is not increased or is increased only slightly.
- an offset of a fluid volume can be coupled with an offset of an adjacent volume element in another, for example in the opposite direction, the total cross section being able to remain approximately unchanged over the length of the deflection region.
- the channel cross-sections can change simultaneously in height and width over the length of the channel while maintaining the cross-sectional size.
- adjacent channels or channel areas can be flow-coupled in the direction of offset of the fluid volumes, allowing fluid exchange.
- the deflecting means can in particular act as a flow divider, for example by means of adjoining inclines of opposite inclination, so that a volume flow acts and is deflected in different directions.
- the sheet metal layers can have areas that are inclined to the main plane of the sheet metal layers. These areas can be formed, for example, in one piece on the sheet metal layers or on profiles that can be inserted into the honeycomb end face and can be flowed around or through. These areas, which act like a blade, improve the inflow behavior when the honeycomb body flows at an angle. Furthermore, the inflow and outflow area of the honeycomb body can be further reinforced by stiffening elements. duck or sheet layer folds are stiffened, thereby avoiding pressure losses due to undesired movements or uneven changes in the spacing of the sheet layers. This also applies in particular to the inflow and outflow areas designed in the manner of a blade.
- the honeycomb body according to the invention in the inflow and / or outflow area in such a way that the inflow direction is parallel or at an angle of less than 90 ° to the plane of the sheet metal layers.
- the channels in the inflow region of the honeycomb body are opened laterally to the outside of the honeycomb body, so that the fluid can flow into the intermediate space of the sheet metal layers across a channel part length transversely to the longitudinal direction of the flow channels.
- the inflow area of the honeycomb body is used particularly effectively catalytically and the catalyst volume can be reduced and the honeycomb body can be charged with hotter media with less risk of spot overheating.
- the honeycomb body in motor vehicles can be arranged closer to the engine, as a result of which the cold start phase with little catalyst activity can be shortened in time.
- This also makes the outer edge of the end plane or honeycomb body more intense, uniform and deeper in the honeycomb body heated up, which significantly increases the overall effectiveness.
- This embodiment can also be implemented regardless of whether the honeycomb structure has channels according to the invention.
- honeycomb bodies can also be easily arranged one after the other, which have different channel geometries or which are arranged rotated relative to one another about their longitudinal axes, as a result of which further homogenization of the medium flowing through the honeycomb body can be achieved.
- honeycomb areas designed according to the invention in the longitudinal and / or transverse direction of a honeycomb body can alternate with such a different structure, e.g. with a different, possibly conventional channel structure or with an open support body structure, which enables a practically unhindered fluid exchange across the flow direction over larger areas of the support body.
- the channel walls which prevent fluid exchange transversely to the flow direction and separate partial fluid flows from one another, can also be provided with a passage opening through which a lateral fluid exchange is possible and which can extend over the greatest possible length of the honeycomb body, e.g. by more than 10 or 25%, up to almost the entire length of the honeycomb body.
- a particularly advantageous embodiment of a honeycomb body is when a plurality of mixing zones (including the inflow and outflow zone), in which mixing predominantly takes place, alternate with a plurality of reaction zones in which the reaction predominantly takes place.
- the honeycomb body thus preferably has at least two or more, for example 10 or more, reaction zones which are separated by mixing zones.
- the honeycomb body can also be put together by a plurality of individual bodies, each of which engages in the end faces of an adjacent honeycomb body and thus results in a coherent reaction and flow space.
- the ratio of the sum of the lengths of the reaction zones to the sum of the lengths of the mixing zones is> 2, preferably 5-20 or more.
- the length of the comparatively short mixing zones can be 2-20 times the gap width or height of the flow channels.
- the mixing zone and also the inflow zone are characterized by the fact that these accumulation vortices arise and the flow resistance is thus essentially determined by the shape resistance and there is extensive deflection of the flow threads due to flow obstacles.
- profiles such as webs of expanded metal layers, inflow guiding profiles, wires or the like can be provided in the flow cross section, for example, the flow surfaces of which run at an angle of> 15 °, preferably 45-90 ° to the flow direction.
- a high form resistance is also generated by a channel structure of the honeycomb body in the inflow area due to the abrupt transition from turbulent to laminar flow and the accumulating vortices, both with an inclined flow against the honeycomb body and with flow in the longitudinal direction of the same, without this Flow baffles or the like are to be provided.
- the reaction zones are characterized by a high proportion of frictional force in the flow resistance, so that micro-swirl zones are present here.
- the carrier elements preferably run parallel or up to an angle of approximately 10 ° to the longitudinal flow direction.
- the ratio of the shape resistances of the mixing zone to the frictional resistances of the reaction zones can be 2.5 or more, ie the pressure loss in the mixing zone with respect to a unit length is 2.5 or more times the pressure loss under the given flow conditions in the reaction zone.
- Figure 1 shows a section of a honeycomb body 1 with rectangular flow channels 2, the ratio of height to width is about 5: 1.
- the channels thus have a clearly different cross-sectional dimension along the mutually perpendicular directions R1, R2.
- the individual sheet metal layers 3, which are arranged congruently to one another, have folding webs 4, the height of which is slightly greater than the height of the channels 2 and which each engage in the folding web of the sheet metal layer arranged above it, so that double-walled partition walls extend over the height of the honeycomb body 5 result, which simultaneously limit the flow channels 2a laterally.
- the distance between the individual walls is small, so that e.g. When applied, coating material cannot penetrate into the intermediate wall area, which means that the cross-sectional narrowing due to the double-walled partition is minimal.
- the honeycomb body 1 is formed from a zigzag-shaped sheet metal strip, punched holes being made in the sheet metal strip at the folding areas. Between the punched out webs 6 remain, which connect the individual sheet metal layers 3 to one another and at the same time are provided with flaps which can be folded in at the side and which stabilize the folding points.
- the flow channels have sections 7 adjoining the dividing walls 5 and bent downwards, which produce the gaps 8 by compressing the sheet metal layers 3 in the longitudinal direction of the honeycomb body and shortening the dividing wall 5 by the folding points 11 .
- the stiffening wires 9 can be braided transversely to the flow channels between two adjacent sheet metal layers 3.
- the wires 9 penetrate the partition walls 5 so that the adjacent sheet metal layers 3 are positively attached to one another.
- a notch 10 is provided, which in the above arranged partition 5 engages and is clamped in this.
- the folding webs 4 which form the partitions 5 are provided with projections 12.
- the projections are also clamped in the folding web 4 arranged above each to form a stable partition 5.
- the sheet metal layers 3 are provided with longitudinal folding ribs 13 within them, which prevent sagging of the sheet metal layers 3 in the central region of the channels 2.
- FIG. 3 shows a section of a further embodiment of a honeycomb body 14, which is constructed by sheets 15 folded in a congruent manner and folded in a zigzag shape.
- the flow channels 16 delimited by adjacent metal sheets thus likewise have a zigzag-shaped cross section with plane-parallel side walls.
- the angulation in the course of the gap is so blunt that there are no locally too thick boundary layers.
- the upper and lower fold lines of the sheets 15 are provided with stiffening longitudinal ribs 17, the height of which is small compared to the sheet spacing.
- the longitudinal ribs 17 have incisions 18 on the two opposite sides of the sheets, into which stiffening wires 19 running parallel to the sheets are inserted or which support the sheets at the level of the cuts.
- the wires 19 are fastened to the housing, not shown, in a way that the sheet-metal layer spacing is defined.
- the wires 20 running vertically to the sheet metal layers extend through the sheet metal layers, which in the area of the incisions with the wires 19 e.g. using solder material or by twisting the wires.
- the folding ribs 21 can be formed on both sides by making incisions, double-walled tabs 22 which engage one another in the folding rib of the sheet layer 15 arranged above and are clamped therein.
- the sheet metal layers 15 are thus double-walled on the end faces and only attached to one another at practically one-dimensional connection points.
- the sheet layers 15 can be stabilized by further stiffening elements, for example by wires or bands, which can also be carried out by the tabs 22.
- the profile height h of the sheet metal layers 15a, b essentially corresponds to the distance a between the sheet metal layers.
- FIG. 5 shows a schematic representation of a further embodiment, in which the profile height h of the sheet metal layers is substantially greater than the sheet layer spacing a. Furthermore, stiffening elements in the form of strips 24 are provided, the main plane of which runs parallel to the sheet metal layers. The strips 24 penetrate the sheet metal layers immediately below or above the folding ribs 26, which laterally delimit the folding webs, and in the middle in the flat folding legs 25. A tensile fastening to the sheet metal layers 23 is carried out here by coating with a catalyst material up to one of them Diameter of sheet metal bushings exceeding thickness.
- the folding webs 25 of the sheet metal layers according to FIG. 5 can be provided with notched webs 27 which extend in the longitudinal direction of the flow channels and parallel to the folding ribs 26, the length of the notches 27 here being of the order of the width of the folding webs 25 lies.
- the distance between the notches 27 in the longitudinal direction of the flow channels is less than the length of the notches in the exemplary embodiment.
- the notches 27 each have a projection 28 in their central region, which serves as an abutment on the laterally adjacent folding web of the sheet metal layer arranged above it.
- the notches 27 can also be arranged inclined to the longitudinal direction of the flow channels, the notches enclosing an acute angle with the longitudinal direction of the channel.
- the notches 27 which follow one another in the longitudinal direction of the folding webs 25 are arranged in alignment with one another.
- FIG. 7 shows two alternative designs of the honeycomb body region which laterally adjoins a housing (not shown) or a further honeycomb body.
- the individual sheet layers 29 are deposited congruently to one another and are provided with longitudinal ribs 30, 31 on the upper and lower apex, so that a flow channel 32 is formed which extends over the entire width of the honeycomb body.
- the sheet metal layers 29 are provided with overlapping folding webs 34 which are bent by approximately 90 ° with respect to the sheet metal layers and which are fastened to one another by suitable joining techniques such as welding processes or connecting wires.
- Sheet metal sections 35 projecting laterally from the honeycomb body are integrally formed on the folding webs 34 and can be clamped in a bead of a housing (not shown) in order to fix the honeycomb body to the housing.
- corresponding folds can also be provided within the honeycomb body for the construction of intermediate walls which cut through the flow channels.
- the shorter fold webs 39 face the lateral outer surface of the honeycomb body, but alternatively this can also be the case for the longer fold webs 38.
- the individual sheet metal layers are supported by horizontally running stiffening wires 40, which are supported on the sheet metal layer lying underneath.
- the closed side wall 41 is constructed as shown in FIG. 7, left.
- the lateral folding webs 42 are flanged to stiffening ribs 43, so that a medium can enter the flow channels 44 from the side.
- This embodiment can also be implemented regardless of whether the honeycomb structure is designed according to the invention.
- the wires 40 are bent upwards on the outside on the reinforcing ribs 43, as a result of which a lateral displacement of the sheet metal layer ends projecting beyond the sheet metal sections 45 is prevented.
- the wires 40 can also run in a straight line and be attached to a housing on the side.
- the wires 40 can also be spaced from the underlying sheet metal layer, as a result of which the height of the flow channels 44 can be adjusted.
- FIG. 8 shows a section of a honeycomb body with sheet metal layers 46 which are arranged congruently to one another and which are profiled in a wave shape and are connected to one another via the webs 47.
- such a honeycomb structure can be built up by means of a meandering sheet metal strip 48, punched-out areas 49 and folding lines 50 being introduced in the folding area of the sheet metal strip.
- a meandering sheet metal strip 48 By compressing the sheet metal strip 48 in the transverse direction, the structure shown in FIG. 8, left, results with identically shaped sheet metal layers 46.
- the length of the webs 47 allows the sheet metal layer spacing to be adjusted accordingly, with the webs stabilized where compressive forces act through the fluid.
- FIG. 9 shows a section of a honeycomb body with a sheet metal strip 51 which is laid in a meandering manner in the transverse direction of the honeycomb body together with an expanded metal strip which is endlessly folded transversely thereto, this embodiment and the further details also being able to be realized regardless of whether the honeycomb body structure is designed according to the invention.
- each of the sheet-metal layers of the sheet-metal strip has two stiffening ribs 53, 54 running transversely to the direction of flow indicated by the arrows, the length of the folding webs 55 being long compared to the sheet-metal layer spacing.
- the sheet metal sections 56 lying in the folding region are notched out laterally and at the same time serve to fasten the honeycomb body to a housing (not shown).
- the expanded metal layers 58 are inserted between the individual sheet metal layers 57, the ends of which extend beyond the sheet metal layers 57 are folded over the respective sheet metal layer ends and thus engage in the adjacent flow channel 51a.
- the expanded metal layers serve both to support adjacent sheet metal layers 57 against one another and to enlarge the active catalyst area.
- the expanded metal layers 58 have sections 59 which extend in the longitudinal direction of the flow channel and which are deposited on the face of the sheet metal layers and which are thus perpendicular to the sheet metal layers and support the sheet metal layer lying above them.
- the sections 59 are provided with lateral bulges 60 to increase the rigidity under compressive forces exerted vertically on the sheet metal layers, and are guided through the ribs 53 without play in vertical gaps.
- the sheet metal sections 59 can also have areas with a lower height, which can be arranged between the bulges 60.
- the sheet metal sections 59 are connected to one another by connecting webs 61 which intersect and are integrally formed on one another at the crossing points and which are produced by making incisions in the sheet metal layers can be, wherein in these areas a fluid exchange can take place transversely to the longitudinal flow direction.
- the end regions of the expanded metal layers 58 are folded over in such a way that the end sections 62 are arranged perpendicular to the respectively opposing sheet metal layers 57 and are supported or support them. Instead of individual expanded metal layers, these can also be connected like the sheet metal layers 57 to form an infinite meandering expanded metal strip.
- FIG. 10 shows an arrangement of sheet metal layers corresponding to FIG. 3, the sheet metal layer sections 64a, 65a of the end regions 64, 65 being angled relative to the central regions 66, which is made easier by making incisions in the folding webs 67.
- the end regions of the honeycomb body and the folding points which delimit the central regions 66 are each stabilized by wires 68 running perpendicular to the sheet metal layers 63.
- An inflow or outflow area of the honeycomb body is formed by the end sections 64, 65, which facilitates an inflow of medium onto the honeycomb body obliquely to the sheet metal layers 63 and thus reduces pressure losses in the inflow area of the honeycomb body.
- This configuration can also be implemented regardless of whether the honeycomb structure is designed according to the invention.
- the sheet-metal layer 69 shown in FIG. 11 is provided with a wavy profile and is laterally delimited by folding webs 70, by means of which, as shown for the folding webs 34 in FIG. 7, left, side walls of the honeycomb body can be built up.
- this arrangement can also be implemented with smooth or alternately smooth and arbitrarily structured sheet metal layers, wherein isometric channel cross sections can also result.
- the sheet metal layer 69 as a whole is pyramidally deformed, as indicated by the edges 71.
- the sheet metal layer is provided with a central passage opening 72, through which the loop 73 is arranged below the sheet metal layer.
- th wire arrangement which supports the sheet layer 69 in the honeycomb body, is carried out.
- the loop 73 can be connected to the corresponding loops of the wire arrangement 74 arranged above or below to form a continuous wire.
- the angled wire ends 75 can be clamped at the end sections 76 of the folding webs 70 to be bent and connected to the end regions of the wire arrangements 74 arranged above or below them.
- the sheet metal layers can be provided with additional sheet metal layer folds and / or separate stiffening elements, which results in a wide range of possible uses.
- the flow characteristics of a honeycomb body can be set by such measures, obviously other than the shown pyramid-shaped deformation of the sheet metal layers is also possible.
- FIG. 12 shows a honeycomb structure made up of individual sheets 77 which have zigzag-shaped folds and delimit flow channels which extend over the entire width of the sheet layers.
- each of the triangular channels 79 is provided at its ends with a bevel 80 pointing towards the free end of the honeycomb body, while the cuboid shape of the honeycomb body is retained.
- the bevel 80 stabilizes the inflow area of the honeycomb body. This arrangement is also possible with isometric channels.
- the end regions 81 of the sheet metal layers 77 can be flanged for stiffening, additional stiffening wires 83, which are fixed to the housing (not shown), being clamped into the flanging 82. Furthermore, tapes 84 extending transversely to the sheet metal layers 77 are provided, which are deposited on the upper edges of the channels 79 and which Support the sheet metal layer arranged above. The narrow bands 84 penetrate the lateral folding webs 85 and are connected to one another and to the housing (not shown) in a tension-absorbing manner.
- the channel-shaped profiling of the sheet metal layers 77 is interrupted by a flattened area 86, which extends over the entire width of the sheet metal layer and runs at the level of the upper edge of the groove 79, in the stiffening wires 87, which can be fastened to a housing , are woven in.
- the flow channels 79 can be continued with a lateral as well as with a height offset, as indicated by the arrow 87, the fluid guided in one channel region being forcibly mixed with fluid guided in adjacent channel regions.
- the middle area of the honeycomb body is thereby additionally stabilized and at the same time better mixing of the flowing medium is achieved.
- the honeycomb body according to FIG. 12 thus consists of several short mixing zones D arranged alternately one behind the other with high flow resistance, these zones also include the inflow and outflow areas and reaction zones R arranged between them, in which the flow resistance is essentially due to the frictional force effect is determined with the channel walls or catalyst support elements.
- the honeycomb body shown in FIG. 13 also has a corresponding zone structure.
- expanded metal layers 87 can also be inserted between the individual sheet metal layers 77, as a result of which the distance between the sheet metal layers can be set as desired.
- the one-piece expanded metal layers here have elongated sections 89 in the form of narrow strips, which are arranged perpendicular to the main planes of the sheet metal layers, and connecting webs 91 which are connected to one another via intersection points.
- the expanded metal layers can here, at individual locations 90, the lateral folding webs 92 of the sheet metal layers to a Outer wall are joined together, penetrate and attached to them, for example by flanging the ends 93.
- the expanded metal layers can also be designed as a meandering strip.
- the flow-around profiles 89 decisively improve the diffusion and thus the pollutant conversion in the channels.
- the honeycomb body is produced from an endless meandering sheet metal strip according to FIG. 7, the webs 94 connecting the sheet metal layers 77 being folded in a V-shape and stiffening wires 95 running perpendicular to the sheet metal layers 77 being clamped in place.
- FIG. 14 shows a honeycomb structure with a sheet-metal strip 120 which is stored in a meandering manner, with individual flat sheets 122 being inserted between the individual sheet-metal layers 121 structured in a wave-like manner.
- the vertices 123 of the individual sheet metal corrugations run obliquely to the flat sheet metal layers 121 (see FIG. 14, below), the slopes of adjacent vertices of a sheet metal layer alternating alternately, so that the height of the flow channels along a flow path increases or decreases continuously.
- the side walls of the flow channels thus run both obliquely to the transverse direction and obliquely to the longitudinal direction of the longitudinal direction of the honeycomb body.
- the corrugated sheet metal layers 121 only rest on the flat sheet metal layers 122 on the end faces, ie on the deflection areas 124, an unimpeded cross exchange of the fluid and a flow around the edges is possible at a distance from the end faces, the height of the side openings being adjacent channels 125, 126 is greatest at half the length of the honeycomb body.
- a volume segment entering a channel 125 is thus compressed and widened in different directions at the same time due to the continuously changing channel geometry and in this case is forcibly transferred into an adjacent channel 126 and mixed with the fluid present there, so that it emerges from the honeycomb body with a lateral offset .
- the flow around the edges of the sheet metal folds also causes stagnant fluid volumes and, as a result, comparatively thick boundary layers adhering to the sheets are avoided.
- the flat sheet metal layers 122 are provided with notches 127 which support the corrugated sheet metal layers and at the same time lead to an exchange of fluid from above and below the flat sheet metal layers due to the changing channel cross sections.
- FIG. 15 shows a modification of a honeycomb body according to FIG. 14 (identical elements are provided with the same reference numbers), in which flat sheet metal sections 132 are provided between the channels 128, 129 which narrow or widen in the direction of flow and which are formed on the flat sheet metal layers 122 with the formation of stiffening layer duplications.
- the channels 130 are also open at their ends at their ends 130 with a small cross section. Since a fluid exchange transverse to the flow direction would be prevented by the flat sheet metal sections, the forced lateral deflection of the fluid through the flat sheet metal layers takes place through the correspondingly large openings 131 (only shown schematically), the size of which is here dimensioned such that there are no pressure drops.
- the mixing of adjacent fluid volumes thus takes place through a continuous change in the channel cross sections and transfer or separation of the channel areas, which can be achieved independently of the configuration of the honeycomb body according to the invention.
- the sheet corrugations can each be angular or arcuate.
- the corresponding sheet metal layers 98 can also be arranged laterally offset from one another by the asymmetrical design of the recesses 97 made in the elongated sheet metal strip 96 to be meandered.
- the offset can advantageously correspond here only to the narrow width of a flow channel 99, so that the flow channels of adjacent sheet metal layers are practically insulated from one another, or, as shown in the figure, a fraction of the width b of the flow channels 99, so that these over the Narrow 100 communicate with each other and stagnant gas is washed away here.
- the recesses can also be designed in such a way that the sheet metal layers engage in one another and are supported laterally on channel walls, as a result of which closed channels with any cross sections can be produced. Overall, the remaining webs make it easy to assemble a stable honeycomb body.
- the punched-outs 97 are designed in the form of a parallelogram, so that the offset x of the folding lines running along the sheet metal strip 100 corresponds to the lateral offset of the flow channels.
- the inclination of the end faces of the inflow regions and the height h of the flow channels are determined by the half length y of the recesses 97.
- the comparatively large height h stiffens the profiled sheet metal layers 98 in particular, advantageously with a large section modulus, which results in a high level of vibration rigidity of the layers, which is particularly important if, in order to simplify production, the layers are only connected to the end faces of the folding webs and have to be particularly rigid in between .
- FIG. 17 shows a schematic representation of a honeycomb body 110, which is constructed by spaced sheet metal layers 123, so that the flow channels in the honeycomb body and in the inflow area over the entire width of the Extend honeycomb body.
- the channels in the inflow area and in the honeycomb body can also have different cross sections and each extend only over part of the width of the honeycomb body, wherein in particular the channels of the honeycomb body can also be isometric, for example with a hexagonal or sinusoidal cross section.
- the main part H of the honeycomb body is delimited by approximately gas-tight side walls, which are built up by the lateral folding webs 111 of the sheet metal layers.
- the housing G according to FIG. 17, above, can lie closely against the folding webs to support the side walls.
- the housing is laterally spaced from the sheet metal layers and the flow channels are shown by flanging or removing the folding webs, as shown in FIG. 17, above. open laterally on both sides, the flow channels in the inflow and / or outflow area can also extend only over part of the width of the carrier body and flow channels open on one side can also be provided. As indicated by the flow arrows, a medium can penetrate into the U-shaped open flow channels S both frontally and laterally, which significantly increases the effectiveness of a corresponding catalyst.
- a second honeycomb body arranged behind the first honeycomb body can have a different orientation of the sheet metal layers constituting it, so that, according to the exemplary embodiment, the sheet metal layers of the two honeycomb bodies are rotated by 90 ° to one another.
- the honeycomb bodies are spaced apart from one another in the longitudinal direction by the intermediate region Z to enable homogenization of the medium.
- the sheet metal layers of the first honeycomb in the inflow direction. body can be arranged such that a flow occurs parallel and not obliquely to the sheet metal layers, as would be the case with an arrangement according to the second honeycomb body 112 according to Figure 17, above, with the sheet metal layers 120.
- the sheet metal layers within the honeycomb body can then be arranged in a continuation of the sheet metal layers of the inflow area, optionally also as separate sheet metal sections. A turbulence at the front edges of the sheet metal layers is hereby avoided, which results in more favorable flow conditions.
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Abstract
The invention relates to a honeycomb body (14), especially a catalyst support, comprising a honeycomb structure consisting of a multitude of channels (16) which extend in a longitudinal direction of the honeycomb body and through which a fluid can flow, whereby the honeycomb body comprises stacked sheet metal layers (15). The aim or the invention is to create a honeycomb body which permits catalytic conversions to be carried out with a high degree of efficiency and with low thermal inertia and which makes it possible to economically manufacture catalytic converters. To these ends, channels (16) are provided whose cross-section measurement in a first direction is a multiple of the cross-section measurement in another direction. The channels, in particular, can extend over the entire width of the honeycomb body. Reinforcing elements (19, 20) which are integrated with the sheet metal layers or which are separate therefrom can be provided for stabilizing the honeycomb body.
Description
Wabenkörper Honeycomb body
Die Erfindung betriff einen Wabenkörper, insbesondere als Katalysatorträger, mit einer Wabenstruktur aus einer Vielzahl von in Längsrichtung des Wabenkörpers verlaufenden, von einem Fluid durchströmbaren Kanälen, wobei der Wabenkörper überein- ander angeordnete Blechlagen aufweist.The invention relates to a honeycomb body, in particular as a catalyst carrier, with a honeycomb structure comprising a plurality of channels running in the longitudinal direction of the honeycomb body and through which a fluid can flow, the honeycomb body having sheet metal layers arranged one above the other.
Derartige Wabenkörper werden insbesondere als Abgaskatalysatoren bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, sie sind bei entsprechender Dimensionierung jedoch auch in anderen Verbrennungs- anlagen oder in der Verfahrenstechnik einsetzbar.Such honeycomb bodies are used in particular as exhaust gas catalytic converters in motor vehicles, but they can also be used in other combustion plants or in process engineering if they are dimensioned accordingly.
Es sind derartige Wabenkörper bekannt, welche eine alternierende Anordnung von ebenen und gewellten miteinander verlöteten Blechen aufweisen, wodurch kleinere Kanäle mit im wesent- liehen sinusförmigem oder einen eingeschriebenen Kreis umschließenden Querschnitt entstehen. Um eine mögliche quantitative katalytische Umsetzung in dem Wabenkörper zu erreichen, muß der Wabenkörper ein entsprechendes Volumen aufweisen, so daß die Durchströmungsverweilzeit der in dem Wabenkörper um- zusetzenden Stoffe ausreichend lang ist. Durch die Fläche der im Wabenkörpervolumen enthaltenen Kanalwände werden jedoch deren Kosten wesentlich mitbestimmt, da hierdurch der Einsatz des Strukturmaterials und des katalytisch aktiven Beschich- tungsmaterials, die meist Edelmetalle wie z.B. Platin, Palla- dium und/oder Rhodium enthalten, entsprechend steigt. Mit der erhöhten Substratmasse sowie Binder- bzw. Trägermaterial für die katalytisch aktiven Edelmetalle erhöht sich auch die thermische Trägheit des Katalysators, wodurch z.B. bei Abgaskatalysatoren während der Aufheizphase der Kraftfahrzeugmotoren der Schadstoffausstoß erhöht ist. Des weiteren nimmt mit zunehmender innerer Flächengröße auch der Druckverlust in diesen zu und damit die Leistungsverluste des Antriebsaggregats .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wabenkörper zu schaffen, der eine hohe Effektivität katalytischer Umsetzungen bei geringer thermischer Trägheit sowie eine kostengünstige Herstellung von Katalysatoren ermöglicht.Honeycomb bodies of this type are known which have an alternating arrangement of flat and corrugated metal sheets which are soldered to one another, as a result of which smaller channels with a substantially sinusoidal cross section or an inscribed circle enclosing cross section are formed. In order to achieve a possible quantitative catalytic conversion in the honeycomb body, the honeycomb body must have a corresponding volume, so that the flow through time of the substances to be converted in the honeycomb body is sufficiently long. The area of the channel walls contained in the honeycomb body volume, however, significantly influences their costs, since the use of the structural material and the catalytically active coating material, which usually contain noble metals such as platinum, palladium and / or rhodium, increases accordingly. With the increased substrate mass and binder or carrier material for the catalytically active noble metals, the thermal inertia of the catalyst also increases, as a result of which, for example in the case of exhaust gas catalysts, the pollutant emissions are increased during the heating-up phase of the motor vehicle engines. Furthermore, with increasing internal surface area, the pressure loss in it also increases, and with it the power loss of the drive unit. The invention has for its object to provide a honeycomb body that enables high effectiveness of catalytic reactions with low thermal inertia and inexpensive production of catalysts.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Kanäle vorgesehen sind, die eine Querschnittsausdehnung in einer ersten Richtung aufweisen, die ein Vielfaches der Querschnittsausdehnung in einer anderen, insbesondere dazu senkrechten, Richtung beträgt. Es konnte festgestellt werden, daß derartige Kanäle eine deutlich effektivere Kanalgeometrie aufweisen als z.B. sinusförmige Kanäle, bei welchen die Zwickel bzw. spitzwinkeligen Innenecken der Kanäle obwohl mit katalytisch wirksamem Material belegt praktisch nicht katalytisch wirksam sind. Auch ist die Wirksamkeit gegenüber Kanälen mit annähernd rundem bzw. isogonem Kanalquerschnitt verbessert, da aufgrund der länglichen bzw. spaltförmigen Kanalquerschnitte ein besserer Stoffaustausch quer zu den Strömungskanälen aufgrund eines günstigeren Verhältnisses von Querschnitt zu Wandumfangsfläche ermöglicht ist, was insbesondere bei laminaren Strömungsverhältnissen günstig ist. Durch die länglichen, nicht isogonen Querschnitte der Kanäle, bei denen die Kanalwände deutlich unterschiedlich weit vom Kanalzentrum entfernt sind, wird somit der Volumenanteil mit stagnierendem oder nur langsam strömenden Gasgrenzschichten und damit die Hemmung des diffu- siven Transports der Schadstoff zu den katalytisch wirksamen Beschichtungen vermindert und die flächenspezifische Reaktionsfähigkeit und damit die Effektivität des resultierenden Katalysators deutlich erhöht. Des weiteren kann Träger- und Beschichtungsmaterial eingespart werden.This object is achieved in that channels are provided which have a cross-sectional dimension in a first direction which is a multiple of the cross-sectional dimension in another, in particular perpendicular, direction. It was found that such channels have a significantly more effective channel geometry than e.g. sinusoidal channels, in which the gussets or acute-angled inner corners of the channels, although covered with catalytically active material, are practically not catalytically active. The effectiveness compared to channels with an approximately round or isogonal channel cross section is also improved, since, due to the elongated or gap-shaped channel cross sections, a better mass transfer across the flow channels is possible due to a more favorable ratio of cross section to wall circumferential surface, which is particularly advantageous in the case of laminar flow conditions. The elongated, non-isogonal cross-sections of the channels, in which the channel walls are at different distances from the center of the channel, reduce the volume fraction with stagnant or only slowly flowing gas boundary layers and thus the inhibition of the diffusive transport of the pollutant to the catalytically active coatings and significantly increases the area-specific reactivity and thus the effectiveness of the resulting catalyst. Furthermore, carrier and coating material can be saved.
Die Kanäle können jeweils einen geraden, gekrümmten oder geknickten parallen Verlauf aufweisen.The channels can each have a straight, curved or kinked parallel profile.
Die erfindungsgemäßen nichtisogonen bzw. nichtisometrischen Kanäle nehmen vorzugsweise einen Volumenanteil des Wabenkörpers ein, der einen nicht zu vernachlässigbaren Anteil an der Gesamtkapazität des Katalysators aufweist, z.B. größer als 5%
der Gesamtkatalysatorkapazität, besonders bevorzugt annähernd die Gesamtkatalysatorkapazität. So kann der erfindungsgemäß ausgebildete Wabenkörperbereich z.B. mehr als 10 Volumenprozent, vorzugsweise mehr als 25 oder 50 Volumenprozent des gesamten Wabenkörpervolumens ausmachen.The non-isogonic or non-isometric channels according to the invention preferably occupy a volume fraction of the honeycomb body which has a not negligible proportion of the total capacity of the catalyst, for example greater than 5%. the total catalyst capacity, particularly preferably approximately the total catalyst capacity. For example, the honeycomb body area designed according to the invention can make up more than 10 volume percent, preferably more than 25 or 50 volume percent of the total honeycomb body volume.
Vorzugsweise sind die erfindungsgemäß ausgebildeten Bereiche des Wabenkörpers von dessen Randbereichen, d.h. dessen Stirn- und/oder Seitenflächen, entfernt. Der Abstand zu den Rand- bereichen kann ein Vielfaches der Kanalhöhe betragen, z.B. mehr als das 5- oder 10-fache oder einen Bruchteil der Waben- körperbreite, z.B. 1/20 bis 1/10 oder mehr. Vorteilhafterweise ist die gesamte Wabenstruktur aus erfindungsgemäßen nicht isogonen Kanälen aufgebaut, wobei jedoch unterschiedliche Bereiche des Wabenkörpers unterschiedliche Kanalquerschnitte aufweisen können.Preferably, the areas of the honeycomb formed according to the invention are from its edge areas, i.e. its front and / or side surfaces removed. The distance to the edge areas can be a multiple of the channel height, e.g. more than 5 or 10 times or a fraction of the width of the honeycomb, e.g. 1/20 to 1/10 or more. The entire honeycomb structure is advantageously constructed from non-isogonic channels according to the invention, although different areas of the honeycomb body can have different channel cross sections.
Zur Verbesserung der Katalysatoreffektivität können sich die nichtisogonen Kanäle über einen größeren Teil der Länge des Wabenkörpers, z.B. mehr als ein Viertel oder die Hälfte desselben, vorzugsweise über praktisch die gesamte Länge desselben, erstrecken, wobei die Kanäle durch Bereiche mit anderen Querschnittsgeometrien unterbrochen sein können. Es kann auch ausreichend sein, wenn sich die Kanälen mit nichtisogonen Querschnitten bzw. mit über eine Breite von mehreren Blechla- genabständen im wesentlichen gleichbleibender Höhe, über eine Länge von mehreren Blechlagenabständen erstrecken.To improve the effectiveness of the catalyst, the non-isogonic channels can extend over a larger part of the length of the honeycomb body, e.g. extend more than a quarter or half of the same, preferably over practically the entire length of the same, it being possible for the channels to be interrupted by regions with different cross-sectional geometries. It may also be sufficient if the channels with non-isogonal cross-sections or with a height that is essentially constant over a width of several sheet-metal layer spacings extend over a length of several sheet-metal layer spacings.
Vorteilhafterweise erstrecken sich die Kanäle über die gesamte Breite des Wabenkörpers, wodurch eine Temperaturvergleichmäßigung nicht durch Trennwände behindert und ein Stoffaustausch über die gesamte Breite des Wabenkörpers möglich ist, der sowohl zu einer gleichmäßigeren Geschwindigkeits- als auch Stoffverteilung über den Wabenkörperquerschnitt führt. Die Verweilzeit des Fluids in dem Wabenkörper, die dessen Volumen nach unten beschränkt, wird hierdurch vergleichmäßigt und vergrößert und damit auch dessen Effektivität.
Insbesondere können die Kanäle ein Verhältnis von Breite zu Höhe von größer 3, vorzugsweise größer 5, aufweisen.The channels advantageously extend over the entire width of the honeycomb body, as a result of which temperature uniformity is not hindered by partition walls and a mass transfer is possible over the entire width of the honeycomb body, which leads to a more uniform speed and material distribution over the honeycomb body cross section. The residence time of the fluid in the honeycomb body, which limits its volume downwards, is thereby made more uniform and increased, and thus also its effectiveness. In particular, the channels can have a width to height ratio of greater than 3, preferably greater than 5.
Die Kanäle können insbesondere derart ausgeführt sein, daß sich diese zumindest lokal oder über einen Teil oder vorzugsweise die gesamte Länge des Wabenkörpers mit zumindest annähernd gleicher Höhe über eine Breite erstrecken, die einem Mehrfachen (z.B. dem 2 oder 3- bis 5- fachen oder mehr) der mittleren oder der größten Kanalhöhe bzw. dem Blechlagenab- stand entspricht. An diese Bereiche können sich gegebenenfalls Kanalwände oder Kanalverengungen anschließen. Benachbarte Blechlagen verlaufen somit zumindest über diese Breite oder über einen größere Breite, z.B. 1/10 bis 1/2 oder über die gesamte Breite des Wabenkörpers im wesentlichen parallel zu- einander. Es liegen somit über diese Breite keine oder nur geringe Querschnittsverengungen vor, z.B. im Bereich von 25% oder weniger der Kanalhöhe.The channels can in particular be designed such that they extend at least locally or over part or preferably the entire length of the honeycomb body with at least approximately the same height over a width that is a multiple (for example 2 or 3 to 5 times or more) ) corresponds to the mean or largest duct height or the sheet metal layer spacing. If necessary, duct walls or duct narrowing can adjoin these areas. Adjacent sheet metal layers thus run at least over this width or over a larger width, e.g. 1/10 to 1/2 or over the entire width of the honeycomb body essentially parallel to each other. There are therefore no or only slight cross-sectional constrictions across this width, e.g. in the range of 25% or less of the channel height.
Insbesondere können die Blechlagen eine Profilierung aufwei- sen, deren Profilhöhe klein ist im Vergleich zum Abstand gegenüberliegender Blechlagen. Die Profilierung kann z.B. in Form von punktuellen Erhebungen und Vertiefungen vorgesehen sein, wodurch die Steifigkeit der Blechlagen erhöht und zugleich die Haftung eines keramischen Substratmaterials auf den Blechlagen verbessert wird.In particular, the sheet metal layers can have a profile whose profile height is small in comparison to the distance between sheet metal layers lying opposite one another. The profiling can e.g. be provided in the form of punctiform elevations and depressions, which increases the rigidity of the sheet metal layers and at the same time improves the adhesion of a ceramic substrate material on the sheet metal layers.
Zusätzlich oder alternativ können die Bleche auch mit einer Profilierung versehen sein, deren Profilhöhe, d.h. deren Abstand von oberem und unterem Scheitelpunkt der Profilierung, groß ist im Vergleich zum Blechlagenabstand. Neben einer Formstabilisierung der Bleche kann hierdurch auch die Strömungscharakteristik des Wabenkörpers, z.B. bezüglich eines Stoff- austauschs in Querrichtung desselben, beeinflußt werden.Additionally or alternatively, the sheets can also be provided with a profile whose profile height, i.e. their distance from the top and bottom vertices of the profiling is large in comparison to the sheet layer spacing. In addition to stabilizing the shape of the sheets, the flow characteristics of the honeycomb body, e.g. with respect to a material exchange in the transverse direction thereof.
Für besondere Anwendungszwecke mit z.B. teilweise seitlicher Zuströmung in die Kanäle kann es wünschenswert sein, eine Profilierung vorzusehen, die bezüglich einer sich durch einen Scheitel der Profilierung erstreckenden, senkrecht zu der
Blechlage angeordneten Bezugsebene asymmetrisch ausgebildet ist. Der Strömungswiderstand in entgegengesetzten Richtungen quer zu der Profilierung ist hiermit unterschiedlich, so daß der Wabenkörper für den Queranteil der Strömung in den Kanälen in Art einer Strömungsdiode wirkt. Hierzu können z.B. die Blechlagen zick-zack-förmig gefaltet sein, wobei die jeweils benachbarten Faltungsschenkel eine unterschiedliche Länge und Steigung aufweisen.For special applications, for example with partial lateral inflow into the channels, it may be desirable to provide a profile that is perpendicular to the one that extends through an apex of the profile Sheet metal layer arranged reference plane is asymmetrical. The flow resistance in opposite directions across the profile is hereby different, so that the honeycomb body acts as a flow diode for the transverse portion of the flow in the channels. For this purpose, for example, the sheet metal layers can be folded in a zigzag shape, the adjacent folding legs each having a different length and slope.
Der erfindungsgemäße Wabenkörper kann insbesondere aus Blechlagen gleicher Profilierung aufgebaut sein, die kongruent zueinander angeordnet sind. Hierdurch sind Wabenkörper mit z.B. gebogenen oder geknickten spaltförmigen Kanälen besonders einfach aufbaubar. Bei geeigneter Profilierung können die Blechlagen gleicher Profilierung jedoch auch invers zueinander angeordnet sein und im Kanalverlauf auch unterschiedliche Kanalweiten aufweisen.The honeycomb body according to the invention can in particular be constructed from sheet metal layers of the same profile, which are arranged congruently to one another. Hereby honeycomb bodies with e.g. curved or bent gap-shaped channels are particularly easy to assemble. With a suitable profiling, however, the sheet metal layers of the same profiling can also be arranged inversely to one another and also have different channel widths in the channel course.
Die Profilierung kann unabhängig von der Profilhöhe auf unter- schiedlichste Art und Weise erfolgen. Die Blechlagen können mit sich in Längsrichtung oder quer zur Längsrichtung der Strömungskanäle erstreckenden Profilierungen versehen sein, die rinnen- bzw. stegartig ausgebildet sein können. Die Profilierungen können sich über die gesamte Länge bzw. Breite des Wabenkörpers bzw. der Breite der Strömungskanäle erstrecken oder auch nur über einen Teil derselben.Profiling can be done in a variety of ways, regardless of the profile height. The sheet-metal layers can be provided with profiles which extend in the longitudinal direction or transversely to the longitudinal direction of the flow channels and which can be formed in the manner of channels or webs. The profiles can extend over the entire length or width of the honeycomb body or the width of the flow channels or only over part of the same.
Insbesondere kann die Profilierung derart ausgebildet sein, daß der kleinste Abstand der Blechlagen zueinander hierdurch praktisch unverändert bleibt oder nicht wesentlich verringert wird, so daß der Strömungswiderstand durch den Wabenkörper nicht erhöht wird. Die Profilierung kann insbesondere in Form von Blechfaltungen realisiert werden, so daß die Wabenkörper bei hoher Stabilität einfach herstellbar sind. Die Steigung der profilierten Bereiche kann insbesondere in Längsrichtung der Kanäle klein sein verglichen mit dem Blechabstand, wodurch die Druckverluste klein gehalten werden.
Die Wabenkörperstruktur kann insbesondere derart ausgebildet sein, daß die Nusselt-Zahl als Vergleichsmaßstab auf einen bestimmten Massenstrom bezogen, wie er z.B. typisch bei Automobilanwendungen ist, für einen Bereich des Wabenkörpers von > 10 Volumenprozent, vorzugsweise > 25, besonders bevorzugt > 50%, > 4,5, vorzugsweise > 6 ist. Die angegebenen Werte beziehen sich bei diesen Relationen auf einen Diffusionsabstand von 0,5 mm, der beispielsweise bei Strömungskanälen mit kreisförmigem Querschnitt dem Radius entspricht. Insbesondere können bei Kanälen großen Querschnitts mit parallel zur Strömungsrichtung verlaufenden voll umfänglich umströmbaren Trägerprofilen für katalytisch aktives Material, die umströmbare Kanten aufweisen können, ohne weiteres Nusselt-Zahlen von 15 erzielt werden. Insbesondere kann der Wabenkörper derart aus- gebildet sein, daß für ihn im Mittel eine Nusselt-Zahl von > 4,5, vorzugsweise > 6 resultiert. Zum Vergleich sei angeführt, daß für spaltförmige Kanäle, die sich über die Breite des Wabenkörpers erstrecken, die Nusselt-Zahl ca. 8 beträgt.In particular, the profiling can be designed such that the smallest spacing of the sheet metal layers from one another thereby remains practically unchanged or is not significantly reduced, so that the flow resistance through the honeycomb body is not increased. The profiling can be realized in particular in the form of sheet metal folds, so that the honeycomb bodies can be easily manufactured with high stability. The slope of the profiled areas can be small, in particular in the longitudinal direction of the channels, compared to the distance between the sheets, thereby keeping the pressure losses small. The honeycomb structure can in particular be designed in such a way that the Nusselt number relates to a certain mass flow, for example as is typical in automotive applications, for a range of the honeycomb body of> 10 percent by volume, preferably> 25, particularly preferably>50%,> as a comparison scale 4.5, preferably> 6. With these relations, the values given refer to a diffusion distance of 0.5 mm, which corresponds to the radius, for example, in the case of flow channels with a circular cross section. In particular, in the case of channels of large cross-section with carrier profiles for catalytically active material which can flow around the circumference and run parallel to the direction of flow and which can have flow-around edges, Nusselt numbers of 15 can easily be achieved. In particular, the honeycomb body can be designed in such a way that an Nusselt number of> 4.5, preferably> 6, results for it on average. For comparison, it should be mentioned that the Nusselt number is approximately 8 for slot-shaped channels which extend over the width of the honeycomb body.
Die Kanalquerschnitte der erfindungsgemäß ausgebildeten Kanäle können derart angeordnet sein, daß sie sich über Querschnittsbereiche des Wabenkörpers erstrecken, bei welchen in der Startphase des Katalysatorbetriebs Temperaturunterschiede von mehr als 10°C, vorzugsweise mehr als 50°C bestehen. Insbeson- dere können sich die Kanäle ausgehend von den Außenseiten des Wabenkörpers, die bei einer Startphase am kältesten sind, über 25%, vorzugsweise über die Hälfte des Wabenkörperquerschnitts in Richtung auf die Mittelachse bzw. -ebene desselben erstrek- ken. In diesen Bereichen können Katalysatorträgerelemente mit umströmbaren Kanten, insbesondere vollumfänglich umströmbare Trägerelemente vorgesehen seien.The channel cross sections of the channels designed according to the invention can be arranged such that they extend over cross-sectional areas of the honeycomb body, in which there are temperature differences of more than 10 ° C., preferably more than 50 ° C., in the starting phase of the catalyst operation. In particular, the channels can extend from the outer sides of the honeycomb body, which are coldest during a starting phase, over 25%, preferably over half, of the honeycomb body cross section in the direction of the central axis or plane thereof. In these areas, catalyst carrier elements with edges that can be flowed around, in particular carrier elements that can flow completely around, can be provided.
Aufgrund der großen Breite der Strömungskanäle kann die Kata- lysatorbeschichtung eine höhere Dicke aufweisen als bei her- kömmlichen Wabenkörpern. So kann bei einer Blechdicke von ca. 5/100 mm die Beschichtungsdicke 5-25/100 mm oder mehr betragen, entsprechend einem Verhältnis von Beschichtungsdicke zu Blechdicke von 1-5 oder mehr. Bei besonderen Anwendungen kann
das Verhältnis auch >10 betragen. Hierdurch wird die Empfindlichkeit des Katalysators auf Katalysatorgifte deutlich vermindert .Due to the large width of the flow channels, the catalyst coating can have a greater thickness than in the case of conventional honeycomb bodies. With a sheet thickness of approx. 5/100 mm, the coating thickness can be 5-25 / 100 mm or more, corresponding to a ratio of coating thickness to sheet thickness of 1-5 or more. For special applications the ratio can also be> 10. This significantly reduces the sensitivity of the catalyst to catalyst poisons.
Um die Formstabilität der Kanäle bzw. die Temperaturwechselbeständigkeit des Wabenkörpers zu erhöhen, können die Blechlagen mit Versteifungselementen versehen sein, deren vorteilhafte Ausgestaltung weiter unten beschrieben wird, und die vorzugsweise in oder benachbart bzw. angrenzend zu den Bereichen des Wabenkörpers vorgesehen sind, die Kanalabschnitte mit nichtisogonen Querschnitten aufweisen. Die Versteifungselemente können in den Blechlagen integriert sein, z.B. in Form von Profilierungen, die sich längs und/oder quer zu der Strömungskanallängsrichtung erstrecken und z.B. als mänderförmige Blechlagenfaltungen mit anliegenden Faltungsstegen ausgeführt sein können. Es können auch zusätzliche separate Versteifungselemente in den Wabenkörper eingezogen werden, die z.B. größere Kanalwandflächen abstützen und hierzu punktuell oder lini- enförmig an den Kanalwandflächen angreifen können. Die Ver- steifungselemente können, z.B. in Form von Drahtstiften, in den durch sie gebildeten Stützbereichen, die als Ebenen ausgeführt sein können, so zueinander versetzt angeordnet sein, daß sie nur eine geringe oder praktisch keine Verengung der Kanalquerschnitte bewirken und bei Umströmung des Fluides keine größeren Wirbelzonen bilden. Die Versteifungselemente können jeweils auch miteinander verbunden sein. Unabhängig von der Ausgestaltung der Versteifungselemente können diese geordnet im Wabenkörper verteilt sein, z.B. entlang von Vorzugsrichtungen oder -ebenen des Wabenkörpers oder in symmetrischen Mu- stern, sie können auch statistisch verteilt sein. Wabenkörper- bereiche mit gehäufter Anzahl von Versteifungselementen können mit Bereichen mit geringerer Anzahl oder ohne Versteifungselemente abwechseln, wodurch Zonen unterschiedlicher mechanischer Eigenschaften wie z.B. erhöhter Steifigkeit erzeugbar sind. Die Zonen können jeweils innerhalb des Wabenkörpers oder an dessen Randbereichen angeordnet sein können und in axialer und/oder radialer Richtung mit unversteiften Bereichen höherer Dehnfähigkeit abwechseln. Die Ausdehnung der Versteifungszonen
quer zu den Strömungskanälen entspricht dabei vorteilhafterweise einem Vielfachen des Blechabstandes. Für einen zonalen Aufbau des Wabenkörpers können entsprechend auch die in die Blechlagen integrierten Versteifungselemente Zonen unter- schiedlicher Steifigkeit aufweisen oder in ihrer Länge entsprechend bemessen sein. Die Versteifungselemente können jeweils im Inneren und/oder im Bereich der Stirn- bzw. Seitenflächen des Wabenkörpers vorgesehen sein. Vorzugsweise sind die Versteifungselemente jeweils derart angeordnet, daß sie keine oder nur geringe Oberflächen der Kanalwandungen verdek- ken.In order to increase the dimensional stability of the channels or the thermal shock resistance of the honeycomb body, the sheet metal layers can be provided with stiffening elements, the advantageous configuration of which is described below, and which are preferably provided in or adjacent to or adjacent to the areas of the honeycomb body, with the channel sections have non-isogonal cross sections. The stiffening elements can be integrated in the sheet metal layers, for example in the form of profiles which extend lengthways and / or transversely to the longitudinal direction of the flow channel and can be designed, for example, as meandering sheet metal sheet folds with adjacent folding webs. Additional separate stiffening elements can also be drawn into the honeycomb body, which, for example, support larger duct wall surfaces and can act on the duct wall surfaces punctually or linearly. The stiffening elements, for example in the form of wire pins, can be arranged offset in relation to one another in the support regions formed by them, which can be designed as planes, in such a way that they bring about little or practically no narrowing of the channel cross sections and none when the fluid flows around them form larger spinal zones. The stiffening elements can also be connected to one another. Regardless of the design of the stiffening elements, they can be distributed in an orderly manner in the honeycomb body, for example along preferred directions or planes of the honeycomb body or in symmetrical patterns, they can also be distributed statistically. Honeycomb areas with an increased number of stiffening elements can alternate with areas with a smaller number or without stiffening elements, as a result of which zones of different mechanical properties, such as increased rigidity, can be created. The zones can in each case be arranged within the honeycomb body or at the edge regions thereof and alternate in the axial and / or radial direction with unstiffened regions of greater elasticity. The expansion of the stiffening zones transverse to the flow channels advantageously corresponds to a multiple of the sheet spacing. For a zonal structure of the honeycomb body, the stiffening elements integrated in the sheet metal layers can accordingly also have zones of different stiffness or be dimensioned accordingly in terms of their length. The stiffening elements can each be provided in the interior and / or in the area of the end or side surfaces of the honeycomb body. The stiffening elements are preferably each arranged in such a way that they cover no or only small surfaces of the channel walls.
Die Versteifungselemente können so angeordnet sein, daß sich größere freitragende Blechflächen als Kanalwandungen ergeben, bei denen der Stützabstand, d.h. der Abstand der Angriffspunkte der Versteifungselemente an den Blechlagen, einem Vielfachen der kürzeren Querschnittsausdehnung der Kanäle oder bis zu dem maximalen Abstand beträgt, bei dem unter den Einsatzbedingungen des Wabenkörpers eine noch ausreichende Stabilität gegeben ist. Die Stützstellen können punkt- bzw. linienförmig oder in Ebenen angeordnet sein.The stiffening elements can be arranged so that there are larger self-supporting sheet metal surfaces than channel walls in which the support spacing, i.e. the distance between the points of attack of the stiffening elements on the sheet metal layers, a multiple of the shorter cross-sectional dimension of the channels or up to the maximum distance at which there is still sufficient stability under the conditions of use of the honeycomb body. The support points can be arranged in a point or line shape or in planes.
Vorzugsweise sind die Versteifungselemenete, die in fluchtenden Stützebenen oder Linien sowie auch in räumlich versetzten nicht zueinander fluchtenden Punkten angeordnet sein können, derart angeordnet, daß sie ohne Querschnittsverengung fuid- umströmbar sind.The stiffening elements, which can be arranged in aligned support planes or lines and also in spatially offset points which are not in alignment with one another, are preferably arranged in such a way that they can be flowed around without cross-sectional constriction.
Zur Versteifung der sich durch den Blechlagenaufbau ergebenden Wabenkörperstruktur, z.B. durch mäanderförmig abgelegte Blechbänder, können isolierte, eindimensionale Fügestellen vorgesehen sein, die die einzelnen Blechlagen, die profiliert oder unprofiliert sein können, untereinander oder mit weiteren Versteifungselementen zusammenfügen und die hierzu gezielt in den Wabenkörper eingebracht werden. Die Fügestellen können, zumindest in bestimmten Raumrichtungen, insbesondere eine höhere Festigkeit und Belastbarkeit aufweisen als Lötstellen und insbesondere durch form-, kraft- und/oder Stoffschlüssige
Verbindungen erzeugt werden, wie z.B. durch ausgeklinkte Laschen bzw. Stege, die in benachbarten Blechfaltungen zumindest in einer Richtung festgelegt oder durch Durchbrüche geführt sein können, durch Umbördelung bzw. Verdrillung von einge- schnittenen Blechabschnitten, oder z.B. durch Punktschweißverfahren. Die Fügestellen können in Vorzugsrichtungen oder - ebenen des Wabenkörpers oder in symmetrischen Mustern angeordnet sein, sie können auch statistisch verteilt sein. Entlang gegebener Richtungen können die Fügestellen an jeder Berüh- rungsstelle benachbarter Blechlagen oder nur an jeder zweiten, dritten usw. vorgesehen sein. Die beschriebene Versteifung des Wabenkörpers mit isolierten Fügestellen ist nicht nur auf Wabenkörper mit nichtisogonen sondern auch solche mit konventionellen isometrischen (z.B. sechseckigen oder sinusförmigen) Kanalquerschnitten anwendbar.In order to stiffen the honeycomb body structure resulting from the sheet metal layer structure, for example by meandering sheet metal strips, insulated, one-dimensional joints can be provided which join the individual sheet metal layers, which can be profiled or non-profiled, with one another or with other stiffening elements and which are specifically introduced into the honeycomb body for this purpose become. The joints can, at least in certain spatial directions, in particular have a higher strength and resilience than solder joints and in particular through positive, non-positive and / or material connections Connections are produced, for example by means of notched tabs or webs, which can be fixed in adjacent sheet metal folds at least in one direction or through openings, by flanging or twisting cut sheet metal sections, or, for example, by spot welding processes. The joints can be arranged in preferred directions or planes of the honeycomb body or in symmetrical patterns, they can also be distributed statistically. Along the given directions, the joints can be provided at every contact point of adjacent sheet metal layers or only at every second, third, etc. The described stiffening of the honeycomb body with insulated joints can be used not only on honeycomb bodies with non-isogonal but also those with conventional isometric (for example hexagonal or sinusoidal) channel cross sections.
Vorteilhafterweise ist der Wabenkörper mit Versteifungselementen versehen, die sich quer zu den Strömungskanälen erstrek- ken, wodurch eine übermäßig starke Veränderung des Blechlagen- abstandes durch Verbiegung aufgrund von Temperaturschwankungen verhindert wird. Die Versteifungselemente können dabei z.B. als Drähte, Bänder oder Streckmetallagen oder als Blechlagenfaltungen ausgeführt sein. Die Versteifungselemente können die Blechlagen unterstützen oder diese durchdringen und hierbei jeweils zugbelastbar mit den Blechlagen verbunden oder lose durch diese durchgeführt sein.The honeycomb body is advantageously provided with stiffening elements which extend transversely to the flow channels, as a result of which an excessive change in the distance between the sheet metal layers due to bending due to temperature fluctuations is prevented. The stiffening elements can e.g. be designed as wires, strips or expanded metal layers or as sheet metal folds. The stiffening elements can support the sheet metal layers or penetrate them and in each case be connected to the sheet metal layers with tensile load or can be carried out loosely through them.
Bei geeigneter Profilhöhe der Blechlagen können auch die parallel zu den Blechlagen ausgerichteten Versteifungselemente an mehreren übereinander angeordneten Blechlagen angreifen.With a suitable profile height of the sheet metal layers, the stiffening elements aligned parallel to the sheet metal layers can also act on a plurality of sheet metal layers arranged one above the other.
Alternativ oder zusätzlich können Versteifungselemente vorgesehen sein, die senkrecht zu den Blechlagen angeordnet mehrere übereinander angeordnete Blechlagen durchdringen. Diese Versteifungselemente können beispielsweise in Form von Drähten oder Bändern oder von aus Blechfaltungen aufgebauten Wandbereichen aufgebaut sein.
Sind die Blechlagen mit Profilierungen versehen, so sind vorteilhafterweise zusätzliche Versteifungselemente vorgesehen, die weit voneinander beastandet sind, z.B. ein Vielfaches der Kanalhöhe, und die separat ausgeführt sein können. Sie sind insbesondere dort angeordnet, wo Kräfte auf die Blechlagen verstärkt auftreten wie z.B. in den Ein- und/oder Ausströmbereichen. Die zusätzlichen Versteifungselemente können kraftabtragend untereinander und/oder mit dem Gehäuse verbunden sein und hierbei Ebenen oder Linien erhöhter Steifigkeit aus- bilden, die in Längsrichtung des Wabenkörpers beabstandet sein können. Die Versteifungselemente können alternativ oder zusätzlich auch in den Blechprofilierungen angeordnet und wahlweise an diesen befestigt sein, z.B. in Blechprofilierungen in Form von stegförmigen Lagenfaltungen. Die Versteifungselemente können auch im Bereich von Außen- und/oder Zwischenwänden bzw. Teilwänden des Wabenkörpers vorgesehen sein und insbesondere mit diesen kraftabtragend verbunden sein. Die Versteifungselemente können jeweils eindimensional ausgebildet sein, z.B. als Drähte, Stifte, Bänder oder Blechfaltungen, aber auch als Streckmetallagen oder dergleichen oder auch als Fügestellen von Blechlagen oder -abschnitten.As an alternative or in addition, stiffening elements can be provided which, arranged perpendicular to the sheet metal layers, penetrate a plurality of sheet metal layers arranged one above the other. These stiffening elements can be constructed, for example, in the form of wires or bands or of wall areas constructed from sheet metal folds. If the sheet metal layers are provided with profiles, additional stiffening elements are advantageously provided which are spaced far apart, for example a multiple of the channel height, and which can be designed separately. They are particularly arranged where forces on the sheet metal layers occur, such as in the inflow and / or outflow areas. The additional stiffening elements can be connected to one another and / or connected to the housing in a force-absorbing manner and in this case form planes or lines of increased rigidity which can be spaced apart in the longitudinal direction of the honeycomb body. As an alternative or in addition, the stiffening elements can also be arranged in the sheet metal profiles and optionally attached to them, for example in sheet metal profiles in the form of web-shaped ply folds. The stiffening elements can also be provided in the region of the outer and / or intermediate walls or partial walls of the honeycomb body and in particular can be connected to these in a force-absorbing manner. The stiffening elements can each be one-dimensional, for example as wires, pins, strips or sheet metal folds, but also as expanded metal layers or the like or as joints between sheet metal layers or sections.
Die Versteifungselemente können dabei kraft-, form- oder Stoffschlüssig an den Blechlagen befestigt sein, z.B. in Blechfaltungen, die auch durch Ausklinkungen gebildet sein können, eingeklemmt oder unter Ausbildung eines Formschlusses verdrillt sein. Eine ausreichende Befestigung kann sich auch unter Umständen bereits durch die Beschichtung des vorgefertigten Wabenkörpers z.B. mit der keramischen Trägermasse des Katalysators ergeben.The stiffening elements can be non-positively, positively or materially attached to the sheet metal layers, e.g. be clamped in sheet metal folds, which can also be formed by notches, or twisted to form a positive connection. Adequate fastening can also be ensured by coating the prefabricated honeycomb body, e.g. result with the ceramic carrier mass of the catalyst.
Vorteilhafterweise ist die Breite der jeweiligen Versteifungselemente klein verglichen mit der Länge der Strömungskanäle, so daß die katalytisch wirksamen Kanalwandungen nur minimal durch die Versteifungselemente verdeckt und die Strömungscharakteristik des Wabenkörpers praktisch nicht beeinflußt wird. So kann die erforderliche Breite der Versteifungselemente, die jeweils unter anderem auch von der gegebenen Blechla-
genprofilierng abhängig ist, 1/5 oder 1/10 bis 1/100 der Länge der Strömungskanäle betragen, ohne hierauf beschränkt zu sein.The width of the respective stiffening elements is advantageously small compared to the length of the flow channels, so that the catalytically active channel walls are only minimally covered by the stiffening elements and the flow characteristics of the honeycomb body are practically not influenced. The required width of the stiffening elements, which in each case also depends on the sheet metal genprofilierng is 1/5 or 1/10 to 1/100 of the length of the flow channels, but is not limited to this.
Die Versteifungselemente erstrecken sich jeweils vorzugsweise über eine Länge, die mehreren Blechlagenabständen entspricht, besonders bevorzugt über die gesamt Querschnittserstreckung des Wabenkörpers .The stiffening elements preferably each extend over a length which corresponds to a plurality of sheet-metal layer spacings, particularly preferably over the entire cross-sectional extent of the honeycomb body.
Zur Stabilisierung der Blechlagen sowie zur Vergrößerung des flächenspezifischen Konversionskoeffizienten an der katalytisch wirksamen Oberfläche können die Blechlagen mit parallel zu den Strömungskanälen verlaufenden Längsrippen versehen sein, die sich über einen Teil oder die gesamte Länge der Strömungskanäle erstrecken. Die Höhe der Längsrippen ist dabei vorzugsweise klein verglichen mit der Höhe der Kanäle, z.B. gleich der halben Kanalhöhe oder geringer, damit die örtliche Vergrößerung der Turbulenz nicht durch Zunahme dickerer Grenzschichten wieder aufgehoben wird.To stabilize the sheet metal layers and to increase the area-specific conversion coefficient on the catalytically active surface, the sheet metal layers can be provided with longitudinal ribs running parallel to the flow channels and extending over part or the entire length of the flow channels. The height of the longitudinal ribs is preferably small compared to the height of the channels, e.g. equal to half the channel height or less, so that the local increase in turbulence is not canceled out by increasing thicker boundary layers.
Zur Versteifung können auch Blechfaltungen mit einer Höhe größer als der Blechlagenabstand vorgesehen sein, wobei die einzelnen Faltungsstege aneinander befestigt sind. Hierzu können die Faltungsstege unmittelbar aneinander kraft- und/ oder formschlüssig befestigt sein; es können hierzu auch wei- tere Versteifungselemente z.B. in Form von Drähten oder Bändern dienen, die senkrecht und/oder parallel zu den Blechlagen verlaufen.For stiffening, sheet metal folds can also be provided with a height greater than the sheet layer spacing, the individual folding webs being fastened to one another. For this purpose, the folding webs can be fastened directly to one another in a non-positive and / or positive manner; further stiffening elements, e.g. serve in the form of wires or strips that run perpendicular and / or parallel to the sheet metal layers.
Zur Versteifung können auch Blechlagenausklingkungen vorgese- hen sein, die der Abstützung benachbarter Blechlagen dienen.Sheet reinforcements can also be provided for stiffening, which serve to support adjacent sheet layers.
Insgesamt können unabhängig von der konkreten Ausführungsform unterschiedliche Versteifungselemente aneinander befestigt werden, wodurch sich zwei- oder dreidimensionale Verbände von Versteifungselementen ergeben können.Overall, regardless of the specific embodiment, different stiffening elements can be attached to one another, which can result in two- or three-dimensional associations of stiffening elements.
Die Versteifungselemente können insbesondere zugaufnehmend mit dem Gehäuse oder mit Zwischen- bzw. Außenwänden des Wabenkör-
pers verbunden sein. Die Zwischen- und Außenwände können dabei starr oder elastisch deformierbar ausgeführt sein, z.B. in Form von aneinander befestigten Faltungsstegen der Blechlagen.The stiffening elements can, in particular, absorb the tension with the housing or with intermediate or outer walls of the honeycomb body. be connected. The intermediate and outer walls can be made rigid or elastically deformable, for example in the form of folding webs of the sheet metal layers fastened to one another.
Des weiteren können die Blechlagen mit Ausklinkungen versehen sein, welche zur Abstützung der Blechlagen aneinander sowie zur Ermöglichung eines Gasaustauschs zwischen benachbarten Kanälen bzw. zur Vergrößerung der Katalysatorfläche dienen. Vorteilhafterweise sind die Ausklinkungen in Form von sich in Längsrichtung der Kanäle erstreckenden Stegen ausgebildet.Furthermore, the sheet metal layers can be provided with notches which serve to support the sheet metal layers against one another and to enable gas exchange between adjacent channels or to enlarge the catalyst area. The notches are advantageously in the form of webs extending in the longitudinal direction of the channels.
Gemäß einer Weiterbildung können im Bereich der Strömungskanäle, z.B. innerhalb oder an den stirnseitigen Enden derselben, Strömungsumlenkmittel vorgesehen sein, durch die strömen- de Fluidvolumina zwangsweise mit einem seitlichen und/oder einem Höhenversatz fortgeführt werden, was auch bei nicht erfindungsgemäßer Ausbildung des Wabenkörpers mit z.B. isometrischen Kanalquerschnitten vorteilhaft sein kann. Hierdurch kann die Länge der Strömungspfade die Wabenkörperlänge über- steigen, beispielsweise um 5 bis 20% oder mehr. Der Versatz kann jeweils beispielsweise ein Viertel bis eine Kanalhöhe, d.h. der Ausdehnung geringerer Querschnittserstreckung, oder mehr betragen. Insbesondere können die Strömungsumlenkmittel derart ausgebildet sein, daß durch sie das in einem Kanal- bereich geführte Fluid zwangsweise mit Volumenanteilen von in benachbarten Kanalbereichen geführtem Fluid vermischt wird, mit dem ein nur geringer oder keine Stoffaustausch gegeben war. Diese benachbarten Kanalbereiche können durch Querschnittsverengungen, Umlenkbereiche in lateraler Richtung wie Blechlagenfaltungen, Kanalwände oder aufgrund einer großen Kanalbreite, die den lateralen Diffusionsweg in der Verweilzeit des Fluids in dem Kanalabschnitt übersteigt, so daß ein diffusiver Stoffaustausch praktisch nicht mehr stattfindet, getrennt sein. Die Strömungsumlenkmittel können beispielsweise durch entsprechende Gestaltung der Kanalwände, z.B. mit schräg zur Strömungsrichtung verlaufenden Bereichen, zusätzliche Umlenkeinrichtungen wie Strömungsbleche mit schräg zur Strö- raungsrichtung gestellten Umlenkschrägen in und/oder an den
Stirnseiten der Kanäle und/oder durch einen seitlichen Versatz hintereinander angeordneter Wabenkörperbereiche mit Trennwänden, die durch den Versatz der Trennwände stromaufwärts in einem gemeinsamen Strömungskanal geführte Medienvolumina zer- teilen und stromaufwärts getrennte Volumina in einem Strömungskanal zusammenfassen, realisiert sein. Die Umlenkschrägen, unabhängig von deren Ausführung, stehen vorteilhafterweise flach und mit einem sitzen Winkel von weniger als 45- 30°, vorzugsweise weniger als 10°, zur Strömungsrichtung, wobei sie auch gekrümmt ausgeführt sein können. Vorteilhafterweise sind die Strömungsumlenkmittel derart ausgebildet, daß durch sie die Größe der Kanalquerschnitte über einen Wa- benkörperbereich im wesentlichen nicht vermindert und damit der Strömungswiderstand des Wabenkörpers nicht oder nur ge- ringfügig erhöht wird. Hierzu kann ein Versatz eines Fluidvo- lumens mit einem Versatz eines benachbarten Volumenelementes in anderen z.B. in entgegengesetzter Richtung gekoppelt erfolgen, wobei der Gesamtquerschnitt über die Länge des Umlenkbereichs annähernd unverändert bleiben kann. Beispielsweise können sich hierzu die Kanalquerschnitte über die Kanallänge unter gleichbleibender Querschnittsgröße gleichzeitig sowohl in der Höhe als auch Breite ändern. Auf Höhe der Umlenkmittel können in Versatzrichtung der Fluidvolumina benachbarte Kanäle oder Kanalbereiche unter Ermöglichung eines Fluidaustausches strömungsgekoppelt sein. Die Umlenkmittel können insbesondere als Strömungsteiler wirken, z.B. durch aneinandergrenzende Schrägen entgegengesetzter Neigung, so daß ein Volumenstrom geteilt und in verschiedene Richtungen abgelenkt wirkt .According to a further development, flow deflection means can be provided in the area of the flow channels, for example inside or at the front ends thereof, by means of which flowing fluid volumes are forced to continue with a lateral and / or a height offset, which can also be achieved with a non-inventive configuration of the honeycomb body with, for example isometric channel cross sections can be advantageous. As a result, the length of the flow paths can exceed the honeycomb body length, for example by 5 to 20% or more. The offset can be, for example, a quarter to a channel height, ie the extent of a smaller cross-sectional extent, or more. In particular, the flow deflecting means can be designed in such a way that it forcibly mixes the fluid carried in one channel area with volume fractions of fluid conducted in adjacent channel areas with which there was little or no mass transfer. These adjacent channel areas can be separated by cross-sectional constrictions, deflection areas in the lateral direction such as sheet metal folds, channel walls or due to a large channel width which exceeds the lateral diffusion path in the residence time of the fluid in the channel section, so that diffusive material exchange practically no longer takes place. The flow deflecting means can, for example, by appropriate design of the channel walls, for example with areas running obliquely to the direction of flow, additional deflecting devices such as flow plates with deflecting bevels placed obliquely to the direction of flow in and / or on the End faces of the channels and / or by means of a lateral offset of honeycomb areas arranged one behind the other with dividing walls which, due to the offset of the dividing walls, divide media volumes guided upstream in a common flow channel and combine upstream separated volumes in a flow channel. The deflection bevels, regardless of their design, are advantageously flat and at an angle of less than 45-30 °, preferably less than 10 °, to the flow direction, and they can also be curved. Advantageously, the flow deflecting means are designed such that they essentially do not reduce the size of the channel cross sections over a honeycomb area, and thus the flow resistance of the honeycomb body is not increased or is increased only slightly. For this purpose, an offset of a fluid volume can be coupled with an offset of an adjacent volume element in another, for example in the opposite direction, the total cross section being able to remain approximately unchanged over the length of the deflection region. For this purpose, for example, the channel cross-sections can change simultaneously in height and width over the length of the channel while maintaining the cross-sectional size. At the level of the deflecting means, adjacent channels or channel areas can be flow-coupled in the direction of offset of the fluid volumes, allowing fluid exchange. The deflecting means can in particular act as a flow divider, for example by means of adjoining inclines of opposite inclination, so that a volume flow acts and is deflected in different directions.
An den Ein- und/oder Ausströmbereichen des Wabenkörpers können die Blechlagen Bereiche aufweisen, die geneigt zur Hauptebene der Blechlagen verlaufen. Diese Bereiche können beispielsweise einstückig an den Blechlagen oder an stirnseitig in die Wabenkörper einzusetzenden und um- bzw. durchströmbaren Profilen angeformt sein. Durch diese schaufelartig wirkenden Bereiche wird bei schräger Anströmung des Wabenkörpers das Einströmverhalten verbessert. Des weiteren kann der Ein- bzw. Ausströmbereich des Wabenkörpers durch weitere Versteifungsele-
ente bzw. Blechlagenfaltungen versteift werden, wodurch Druckverluste aufgrund von unerwünschten Bewegungen bzw. ungleichmäßigen Abstandsänderungen der Blechlagen vermieden werden. Dies gilt insbesondere auch für die schaufelartig ausgebildeten Ein- bzw. Ausströmbereiche.At the inflow and / or outflow areas of the honeycomb body, the sheet metal layers can have areas that are inclined to the main plane of the sheet metal layers. These areas can be formed, for example, in one piece on the sheet metal layers or on profiles that can be inserted into the honeycomb end face and can be flowed around or through. These areas, which act like a blade, improve the inflow behavior when the honeycomb body flows at an angle. Furthermore, the inflow and outflow area of the honeycomb body can be further reinforced by stiffening elements. duck or sheet layer folds are stiffened, thereby avoiding pressure losses due to undesired movements or uneven changes in the spacing of the sheet layers. This also applies in particular to the inflow and outflow areas designed in the manner of a blade.
Bei schräger Strömungsführung des Fluids bezogen auf die Wa- benkörperlängsachse hat es sich als besonders günstig erwiesen, im Ein- und/oder Ausströmbereich den erfindungsgemäßen Wabenkörper derart auszubilden, daß die Einströmrichtung parallel oder in einem Winkel kleiner 90° zu der Ebene der Blechlagen erfolgt. Dies gilt insbesondere für spaltförmige Kanäle, die sich über einen größeren Bereich der Breite bzw. über die gesamte Breite des Wabenkörpers erstrecken.In the case of an oblique flow of the fluid with respect to the longitudinal axis of the honeycomb body, it has proven to be particularly advantageous to design the honeycomb body according to the invention in the inflow and / or outflow area in such a way that the inflow direction is parallel or at an angle of less than 90 ° to the plane of the sheet metal layers. This applies in particular to slot-shaped channels which extend over a larger area of the width or over the entire width of the honeycomb body.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Kanäle im Einströmbereich des Wabenkörpers zur Außenseite des Wabenkörpers hin seitlich geöffnet, so daß ein Einströmen des Fluids quer zur Längsrichtung der Strömungskanäle in den Zwi- schenraum der Blechlagen auf einer Kanalteillänge ermöglicht ist. Durch diesen vorgeschalteten vergrößerten Einströmbereich um die Wabenkörperstirnseite herum, der beispielsweise durch eine seitliche Beabstandung des Einströmstutzens von den Blechlagen realisierbar ist, kann im Einströmbereich des Wa- benkörpers eine vergleichmäßigtere und damit geringere Strömungsgeschwindigkeit eingestellt werden, die hier zu einer größeren Verweilzeit des Fluids und zu geringerer mechanischer Schwingungsbeanspruchung sowie einer geringeren da großflächig verteilten thermischen Belastung des Wabenkörpers führt. Hier- durch wird der Einströmbereich des Wabenkörpers katalytisch besonders effektiv genutzt und das Katalysatorvolumen kann vermindert sowie der Wabenkörper mit heißeren Medien bei geringerer Gefahr einer Spotüberhitzung beschickt werden. Hierdurch kann z.B. der Wabenkörper bei Kraftfahrzeugen näher an dem Motor angeordnet werden, wodurch die Kaltstartphase mit geringer Katalysatoraktivität zeitlich verkürzt werden kann. Auch der Außenrand der Stirnebene bzw. des Wabenkörpers wird hierdurch intensiver, gleichmäßiger und tiefer in den Waben-
körper hinein aufgeheizt, was die Effektivität insgesamt wesentlich erhöht. Diese Ausgestaltung ist auch unabhängig davon realisierbar, ob die Wabenkörperstruktur erfindungsgemäße Kanäle aufweist.According to a particularly advantageous embodiment, the channels in the inflow region of the honeycomb body are opened laterally to the outside of the honeycomb body, so that the fluid can flow into the intermediate space of the sheet metal layers across a channel part length transversely to the longitudinal direction of the flow channels. By means of this upstream enlarged inflow area around the honeycomb end face, which can be realized, for example, by a lateral spacing of the inflow connector from the sheet metal layers, a more uniform and thus lower flow velocity can be set in the inflow area of the honeycomb body, which in this case leads to a longer residence time of the fluid and to leads to less mechanical vibration stress and less thermal load on the honeycomb body, which is distributed over a large area. As a result, the inflow area of the honeycomb body is used particularly effectively catalytically and the catalyst volume can be reduced and the honeycomb body can be charged with hotter media with less risk of spot overheating. In this way, for example, the honeycomb body in motor vehicles can be arranged closer to the engine, as a result of which the cold start phase with little catalyst activity can be shortened in time. This also makes the outer edge of the end plane or honeycomb body more intense, uniform and deeper in the honeycomb body heated up, which significantly increases the overall effectiveness. This embodiment can also be implemented regardless of whether the honeycomb structure has channels according to the invention.
Aus dem oben Gesagten ergibt sich, daß ohne weiteres auch mehrere Wabenkörper hintereinander angeordnet werden können, die unterschiedliche Kanalgeometrien aufweisen oder die um ihre Längsachsen verdreht zueinander angeordnet sind, wodurch eine weitere Homogenisierung des den Wabenkörper durchströmenden Mediums erreichbar ist. Des weiteren können auch in Längs und/oder in Querrichtung eines Wabenkörpers erfindungsgemäß ausgebildete Wabenkörperbereiche mit solchen anderen Aufbaus abwechseln, z.B. mit einer anderen, gegebenenfalls konventio- nellen Kanalstruktur oder mit offener Trägerkörperstruktur, die einen praktisch ungehinderten Fluidaustauch quer zur Strömungsrichtung über größere Bereiche des Trägerkörpers ermöglicht. Die Kanalwände, die einen Fluidaustausch quer zur Strömungsrichtung verhindern und Fluidteilströme voneinander tren- nen, können auch mit Durchtrittsöffnung versehen sein, durch die ein lateraler Fluidaustausch möglich ist, und die sich über eine möglichst große Länge des Wabenkörpers erstreckemn können, z.B. um mehr als 10 oder 25%, bis nahezu über die gesamte Wabenkörperlänge .From what has been said above, it follows that a plurality of honeycomb bodies can also be easily arranged one after the other, which have different channel geometries or which are arranged rotated relative to one another about their longitudinal axes, as a result of which further homogenization of the medium flowing through the honeycomb body can be achieved. Furthermore, honeycomb areas designed according to the invention in the longitudinal and / or transverse direction of a honeycomb body can alternate with such a different structure, e.g. with a different, possibly conventional channel structure or with an open support body structure, which enables a practically unhindered fluid exchange across the flow direction over larger areas of the support body. The channel walls, which prevent fluid exchange transversely to the flow direction and separate partial fluid flows from one another, can also be provided with a passage opening through which a lateral fluid exchange is possible and which can extend over the greatest possible length of the honeycomb body, e.g. by more than 10 or 25%, up to almost the entire length of the honeycomb body.
Eine besonders vorteilhafte Ausbildung eines Wabenkörpers liegt vor, wenn in diesem mehrere Durchmischungszonen (einschließlich Ein- bzw. Ausströmzone) , in denen vorwiegend eine Durchmischung stattfindet, mit mehreren Reaktionszonen, in denen vorwiegend die Reaktion erfolgt, abwechseln. Der Wabenkörper weist somit vorzugsweise mindestens zwei oder mehr, beispielsweise 10 oder mehr, Reaktionszonen auf, die durch Durchmischungszonen getrennt sind. Der Wabenkörper kann hierbei auch durch mehrere Einzelkörper zusammengesteckt sein, die jeweils in die Stirnseiten eines benachbarten Wabenkörpers eingreifen und so einen zusammenhängenden Reaktions- und Strömungsraum ergeben. Das Verhältnis der Summe der Längen der Reaktionszonen zu der Summe der Längen der Durchmischungszonen
beträgt >2, vorzugsweise 5-20 oder mehr. Die Länge der vergleichsweise kurzen Durchmischungszonen kann dabei dem 2-20fa- chen der Spaltweite bzw. -höhe der Strömungskanäle betragen. Die Durchmischungszone sowie auch die Einströmzone sind da- durch charakterisiert, daß bei diesen Stauwirbel entstehen und somit der Strömungswiderstand wesentlich durch den Formwiderstand bestimmt wird und eine weitläufige Umlenkung der Strömungsfäden aufgrund von Strömungshindernissen gegeben ist. Hierzu können im Strömungsquerschnitt beispielsweise schräg zur Strömungsrichtung verlaufende Profile wie Stege von Streckmetalllagen, Einströmleitprofile, Drähte oder dergleichen vorgesehen sein, deren Anströmflächen in einem Winkel von >15°, vorzugsweise 45 - 90° zur Strömungsrichtung verlaufen. Ein hoher Formwiderstand wird aber auch durch eine Kanalstruk- tur des Wabenkörpers im Einströmbereich aufgrund des schroffen Übergangs von turbulenter zu laminarer Strömung und der sich ausbildenden Stauwirbel erzeugt, und zwar sowohl bei schräger Anströmung des Wabenkörpers als auch bei Anströmung in Längsrichtung desselben, ohne daß hierzu Strömungsumlenkbleche oder dergleichen vorzusehen sind. Demgegenüber zeichnen sich die Reaktionszonen durch einen hohen Reibkraftanteil des Strömungswiderstands aus, so daß hier Micro-Wirbelungszonen vorliegen. Die Trägerelemente verlaufen in diesen Zonen vorzugsweise parallel oder bis zu einem Winkel von ca. 10° zur Strö- mungslängsrichtung.A particularly advantageous embodiment of a honeycomb body is when a plurality of mixing zones (including the inflow and outflow zone), in which mixing predominantly takes place, alternate with a plurality of reaction zones in which the reaction predominantly takes place. The honeycomb body thus preferably has at least two or more, for example 10 or more, reaction zones which are separated by mixing zones. The honeycomb body can also be put together by a plurality of individual bodies, each of which engages in the end faces of an adjacent honeycomb body and thus results in a coherent reaction and flow space. The ratio of the sum of the lengths of the reaction zones to the sum of the lengths of the mixing zones is> 2, preferably 5-20 or more. The length of the comparatively short mixing zones can be 2-20 times the gap width or height of the flow channels. The mixing zone and also the inflow zone are characterized by the fact that these accumulation vortices arise and the flow resistance is thus essentially determined by the shape resistance and there is extensive deflection of the flow threads due to flow obstacles. For this purpose, profiles such as webs of expanded metal layers, inflow guiding profiles, wires or the like can be provided in the flow cross section, for example, the flow surfaces of which run at an angle of> 15 °, preferably 45-90 ° to the flow direction. A high form resistance is also generated by a channel structure of the honeycomb body in the inflow area due to the abrupt transition from turbulent to laminar flow and the accumulating vortices, both with an inclined flow against the honeycomb body and with flow in the longitudinal direction of the same, without this Flow baffles or the like are to be provided. In contrast, the reaction zones are characterized by a high proportion of frictional force in the flow resistance, so that micro-swirl zones are present here. In these zones, the carrier elements preferably run parallel or up to an angle of approximately 10 ° to the longitudinal flow direction.
Insgesamt gesehen kann das Verhältnis der Formwiderstände der Durchmischungszone zu den Reibkraftwiderständen der Reaktionszonen 2,5 oder mehr betragen, d.h. der Druckverlust in der Durchmischungszone bezogen auf eine Einheitslänge beträgt das 2,5- oder Mehrfache des Druckverlusts unter den gegebenen Strömungsverhältnissen in der Reaktionszone. Hierdurch ist insgesamt ein Wabenkörper mit mehreren Zonen deutlich unterschiedlicher Funktion geschaffen, wobei in den Durchmischungs- zonen eine starke Quervermischung aufgrund beschleunigter Strömungen und Wirbelbildung erfolgt, wobei in den Reaktionszonen aufgrund Haftreibung verstärkt Micro- bzw. Scherwirbel auftreten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren erläutert und beispielhaft beschrieben.Overall, the ratio of the shape resistances of the mixing zone to the frictional resistances of the reaction zones can be 2.5 or more, ie the pressure loss in the mixing zone with respect to a unit length is 2.5 or more times the pressure loss under the given flow conditions in the reaction zone. As a result, a honeycomb body with several zones of distinctly different functions is created, the mixing zones being strongly cross-mixed due to accelerated currents and vortex formation, with increased micro or shear vortices occurring in the reaction zones due to static friction. The invention is explained below with reference to the figures and described by way of example.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wabenkörper 1 mit rechteckigen Strömungskanälen 2 , deren Verhältnis von Höhe zu Breite ca. 5 : 1 beträgt. Die Kanäle weisen somit entlang der zueinander senkrechten Richtungen Rl, R2 eine deutlich unterschiedliche Querschnittsausdehnung auf. Die einzelnen Blechlagen 3, welche kongruent zueinander angeordnet sind, weisen Faltungsstege 4 auf, deren Höhe geringfügig größer ist als die Höhe der Kanäle 2 und die jeweils in den Faltungssteg der darüber angeordneten Blechlage eingreifen, so daß sich über die Höhe des Wabenkörpers erstreckende doppelwandige Trennwände 5 ergeben, die die Strömungskanäle 2a zugleich seitlich begren- zen. Der Abstand der Einzelwände ist gering, so daß z.B. Be- schichtungsmaterial bei dessen Auftrag nicht in den Zwischenwandbereich eindringen kann, wodurch auch die QuerSchnitts erengung durch die doppelwandige Trennwand minimal ist .Figure 1 shows a section of a honeycomb body 1 with rectangular flow channels 2, the ratio of height to width is about 5: 1. The channels thus have a clearly different cross-sectional dimension along the mutually perpendicular directions R1, R2. The individual sheet metal layers 3, which are arranged congruently to one another, have folding webs 4, the height of which is slightly greater than the height of the channels 2 and which each engage in the folding web of the sheet metal layer arranged above it, so that double-walled partition walls extend over the height of the honeycomb body 5 result, which simultaneously limit the flow channels 2a laterally. The distance between the individual walls is small, so that e.g. When applied, coating material cannot penetrate into the intermediate wall area, which means that the cross-sectional narrowing due to the double-walled partition is minimal.
Der Wabenkörper 1 ist aus einem zick-zack-förmig abgelegten Blechband gebildet, wobei an den Faltungsbereichen Ausstanzungen in das Blechband eingebracht werden. Zwischen den Ausstanzungen bleiben Stege 6 stehen, die die einzelnen Blechlagen 3 miteinander verbinden und gleichzeitig mit seitlich einklappbaren Laschen versehen sind, die die Faltungsstellen stabilisieren.The honeycomb body 1 is formed from a zigzag-shaped sheet metal strip, punched holes being made in the sheet metal strip at the folding areas. Between the punched out webs 6 remain, which connect the individual sheet metal layers 3 to one another and at the same time are provided with flaps which can be folded in at the side and which stabilize the folding points.
Wie im Detail aus Figur 2 hervorgeht, weisen die Strömungskanäle an die Trennwände 5 angrenzende, nach unten hin abge- knickte Abschnitte 7 auf, die unter Stauchung der Blechlagen 3 in Längsrichtung des Wabenkörpers und Verkürzung der Trennwand 5 durch die Faltungsstellen 11 die Spalte 8 erzeugen. Die Versteifungsdrähte 9 können so quer zu den Strömungskanälen zwischen zwei benachbarte Blechlagen 3 eingeflochten werden. Die Drähte 9 durchstoßen hierbei die Trennwände 5, so daß die benachbarten Blechlagen 3 formschlüssig aneinander festgelegt sind. An der Durchstoßungsstelle der Drähte 9 durch die Trennwand 5 ist eine Ausklinkung 10 vorgesehen, die in die darüber
angeordnete Trennwand 5 eingreift und in dieser eingeklemmt ist.As can be seen in detail from FIG. 2, the flow channels have sections 7 adjoining the dividing walls 5 and bent downwards, which produce the gaps 8 by compressing the sheet metal layers 3 in the longitudinal direction of the honeycomb body and shortening the dividing wall 5 by the folding points 11 . The stiffening wires 9 can be braided transversely to the flow channels between two adjacent sheet metal layers 3. The wires 9 penetrate the partition walls 5 so that the adjacent sheet metal layers 3 are positively attached to one another. At the penetration point of the wires 9 through the partition 5, a notch 10 is provided, which in the above arranged partition 5 engages and is clamped in this.
Des weiteren sind durch Einbringung von Einschnitten die die Trennwände 5 aufbauenden Faltungsstege 4 mit Vorsprüngen 12 versehen. Die Vorsprünge sind ebenfalls in dem jeweils darüber angeordneten Faltungssteg 4 zur Ausbildung einer stabilen Trennwand 5 eingeklemmt.Furthermore, by making incisions, the folding webs 4 which form the partitions 5 are provided with projections 12. The projections are also clamped in the folding web 4 arranged above each to form a stable partition 5.
Zur Stabilisierung der Strömungskanäle 2 sind innerhalb derselben die Blechlagen 3 mit längsverlaufenden Faltungsrippen 13 versehen, die ein Durchhängen der Blechlagen 3 im mittleren Bereich der Kanäle 2 verhindern.To stabilize the flow channels 2, the sheet metal layers 3 are provided with longitudinal folding ribs 13 within them, which prevent sagging of the sheet metal layers 3 in the central region of the channels 2.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Wabenkörpers 14, der durch kongruent zueinander abgelegte zick-zack-förmig gefaltete Bleche 15 aufgebaut wird. Die durch benachbarte Bleche begrenzten Strömungskanäle 16 weisen somit ebenfalls einen zick-zack-förmigen Querschnitt mit plan- parallelen Seitenwänden auf. Die Winkelung im Spaltverlauf ist so stumpf ausgeführt, daß sich keine örtlich zu dicken Grenzschichten ausbilden. Die oberen und unteren Faltungslinien der Bleche 15 sind mit versteifenden Längsrippen 17 versehen, deren Höhe klein ist im Vergleich zum Blechabstand. Die Längs- rippen 17 weisen an den beiden gegenüberliegenden Seiten der Bleche 15 Einschnitte 18 auf, in welche parallel zu den Blechen verlaufende Versteifungsdrähte 19 eingelegt sind bzw. die die Bleche auf Höhe der Einschnitte unterstützen. Die Drähte 19 sind an dem nicht gezeigten Gehäuse zugaufnehmend festge- legt, wodurch der Blechlagenabstand definiert wird. Gleichzeitig erstrecken sich die vertikal zu den Blechlagen verlaufenden Drähte 20 durch die Blechlagen, welche im Bereich der Einschnitte mit den Drähten 19 z.B. unter Verwendung von Lotmaterial oder durch Verdrillung der Drähte verbunden sind.FIG. 3 shows a section of a further embodiment of a honeycomb body 14, which is constructed by sheets 15 folded in a congruent manner and folded in a zigzag shape. The flow channels 16 delimited by adjacent metal sheets thus likewise have a zigzag-shaped cross section with plane-parallel side walls. The angulation in the course of the gap is so blunt that there are no locally too thick boundary layers. The upper and lower fold lines of the sheets 15 are provided with stiffening longitudinal ribs 17, the height of which is small compared to the sheet spacing. The longitudinal ribs 17 have incisions 18 on the two opposite sides of the sheets, into which stiffening wires 19 running parallel to the sheets are inserted or which support the sheets at the level of the cuts. The wires 19 are fastened to the housing, not shown, in a way that the sheet-metal layer spacing is defined. At the same time, the wires 20 running vertically to the sheet metal layers extend through the sheet metal layers, which in the area of the incisions with the wires 19 e.g. using solder material or by twisting the wires.
Durch die in Figur 3 gezeigte Anordnung können sich über die gesamte Breite des Wabenkörpers 14 erstreckende Kanäle ausgebildet werden.
Wie in Figur 4 gezeigt, können zur Verbindung der Bleche 15 nach Figur 3 beidseitig den Faltungsrippen 21 durch Einbringung von Einschnitten doppelwandige Laschen 22 ausgebildet werden, welche aneinanderliegend in die Faltungsrippe der darüber angeordneten Blechlage 15 eingreifen und in dieser eingeklemmt sind. Die Blechlagen 15 sind somit stirnseitig doppelwandig versteift und nur an praktisch eindimensionalen Verbindungsstellen aneinander befestigt. Zusätzlich zur örtlichen Wanddoppelung und zu den Befestigungslaschen 22 können die Blechlagen 15 durch weitere Versteifungselemente stabilisiert werden, z.B. durch Drähte oder Bänder, die auch durch die Laschen 22 durchgeführt sein können.The arrangement shown in FIG. 3 allows channels to be formed that extend over the entire width of the honeycomb body 14. As shown in FIG. 4, for the connection of the sheets 15 according to FIG. 3, the folding ribs 21 can be formed on both sides by making incisions, double-walled tabs 22 which engage one another in the folding rib of the sheet layer 15 arranged above and are clamped therein. The sheet metal layers 15 are thus double-walled on the end faces and only attached to one another at practically one-dimensional connection points. In addition to the local doubling of the wall and the fastening tabs 22, the sheet layers 15 can be stabilized by further stiffening elements, for example by wires or bands, which can also be carried out by the tabs 22.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 3 bis 4 ent- spricht die Profilhöhe h der Blechlagen 15a, b im wesentlichen dem Abstand a der Blechlagen.In the exemplary embodiments according to FIGS. 3 to 4, the profile height h of the sheet metal layers 15a, b essentially corresponds to the distance a between the sheet metal layers.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform, bei welcher die Profilhöhe h der Blechlagen wesentlich größer ist als der Blechlagenabstand a. Des weiteren sind Versteifungselemente in Form von Bändern 24 vorgesehen, deren Hauptebene parallel zu den Blechlagen verläuft. Die Bänder 24 durchstoßen dabei die Blechlagen jeweils unmittelbar unterhalb bzw. oberhalb der Faltungsrippen 26, die die Faltungsstege seitlich begrenzen, sowie mittig in den ebenen Faltungsschenkeln 25. Eine zugaufnehmende Befestigung an den Blechlagen 23 erfolgt hier durch die Beschichtung mit einem Katalysatormaterial bis zu einer den Durchmesser der Blechdurchführungen übersteigenden Stärke.FIG. 5 shows a schematic representation of a further embodiment, in which the profile height h of the sheet metal layers is substantially greater than the sheet layer spacing a. Furthermore, stiffening elements in the form of strips 24 are provided, the main plane of which runs parallel to the sheet metal layers. The strips 24 penetrate the sheet metal layers immediately below or above the folding ribs 26, which laterally delimit the folding webs, and in the middle in the flat folding legs 25. A tensile fastening to the sheet metal layers 23 is carried out here by coating with a catalyst material up to one of them Diameter of sheet metal bushings exceeding thickness.
Wie in Figur 6 gezeigt, können die Faltungsstege 25 der Blechlagen gemäß Figur 5 mit ausgeklinkten Stegen 27 versehen sein, die sich in Längsrichtung der Strömungskanäle und parallel zu den Faltungsrippen 26 erstrecken, wobei hier die Länge der Ausklinkungen 27 in der Größenordnung der Breite der Faltungsstege 25 liegt. Der Abstand der Ausklinkungen 27 in Längsrichtung der Strömungskanäle ist in dem Ausführungsbeispiel geringer als die Länge der Ausklinkungen. Die Ausklinkungen 27
weisen jeweils in ihrem mittleren Bereich einen Vorsprung 28 auf, der als Anlage an den seitlich benachbarten Faltungssteg der darüber angeordneten Blechlage dient.As shown in FIG. 6, the folding webs 25 of the sheet metal layers according to FIG. 5 can be provided with notched webs 27 which extend in the longitudinal direction of the flow channels and parallel to the folding ribs 26, the length of the notches 27 here being of the order of the width of the folding webs 25 lies. The distance between the notches 27 in the longitudinal direction of the flow channels is less than the length of the notches in the exemplary embodiment. The notches 27 each have a projection 28 in their central region, which serves as an abutment on the laterally adjacent folding web of the sheet metal layer arranged above it.
Wie in Figur 6, rechts, gezeigt, können die Ausklinkungen 27 auch geneigt zur Längsrichtung der Strömungskanäle angeordnet sein, wobei die Ausklinkungen mit der Kanallängsrichtung einen spitzen Winkel einschließen. Die in Längsrichtung der Faltungsstege 25 aufeinanderfolgenden Ausklinkungen 27 sind fluchtend zueinander angeordnet.As shown in FIG. 6, right, the notches 27 can also be arranged inclined to the longitudinal direction of the flow channels, the notches enclosing an acute angle with the longitudinal direction of the channel. The notches 27 which follow one another in the longitudinal direction of the folding webs 25 are arranged in alignment with one another.
Figur 7 zeigt zwei alternative Ausführungen des seitlich an ein nicht gezeigtes Gehäuse oder an einen weiteren Wabenkörper angrenzenden Wabenkörperbereich.FIG. 7 shows two alternative designs of the honeycomb body region which laterally adjoins a housing (not shown) or a further honeycomb body.
Gemäß Figur 7, links, sind die einzelnen Blechlagen 29 kongruent zueinander abgelegt und an jeweils dem oberen und unteren Scheitel mit Längsrippen 30, 31 versehen, so daß ein sich über die gesamte Breite des Wabenkörpers erstreckender Strö- mungskanal 32 ausgebildet ist. Zur Befestigung der einzelnen Blechlagen aneinander sowie zur Ausbildung von die Wabenstruktur stabilisierenden Seitenwänden 33 sind die Blechlagen 29 mit einander überlappenden, gegenüber den Blechlagen um ca. 90° abgeknickten Faltungsstegen 34 versehen, welche durch geeignete Fügetechniken wie Schweißverfahren oder Verbindungsdrähte aneinander befestigt sind. An den Faltungsstegen 34 sind seitlich vom Wabenkörper vorspringende Blechabschnitte 35 einstückig angeformt, welche in einer Sicke eines nicht dargestellten Gehäuses eingeklemmt werden können, um den Waben- körper an dem Gehäuse festzulegen. Entsprechend zu den Faltungsstegen 34 können auch innerhalb des Wabenkörpers entsprechende Faltungen zum Aufbau von Zwischenwänden vorgesehen sein, die die Strömungskanäle durchtrennen.According to FIG. 7, on the left, the individual sheet layers 29 are deposited congruently to one another and are provided with longitudinal ribs 30, 31 on the upper and lower apex, so that a flow channel 32 is formed which extends over the entire width of the honeycomb body. To fasten the individual sheet metal layers to one another and to form side walls 33 that stabilize the honeycomb structure, the sheet metal layers 29 are provided with overlapping folding webs 34 which are bent by approximately 90 ° with respect to the sheet metal layers and which are fastened to one another by suitable joining techniques such as welding processes or connecting wires. Sheet metal sections 35 projecting laterally from the honeycomb body are integrally formed on the folding webs 34 and can be clamped in a bead of a housing (not shown) in order to fix the honeycomb body to the housing. Corresponding to the folding webs 34, corresponding folds can also be provided within the honeycomb body for the construction of intermediate walls which cut through the flow channels.
Figur 7, rechts, zeigt einen stirnseitigen Ausschnitt eines Wabenkörpers, bei welchem die Blechlagen 36 asymmetrisch bezüglich einer senkrecht zu den Blechlagen angeordneten, durch den Scheitel 37 verlaufenden Ebene 37a ausgebildet sind, indem
die Faltungsstege 38, 39 eine unterschiedliche Breite aufweisen. Die kürzeren Faltenstege 39 sind dabei der seitlichen Außenfläche des Wabenkörpers zugewandt, alternativ kann dies aber auch für die längeren Faltungsstege 38 der Fall sein. Die einzelnen Blechlagen werden durch horizontal verlaufende Versteifungsdrähte 40 unterstützt, die auf der jeweils darunter liegenden Blechlage abgestützt sind. Der Aufbau der geschlossenen Seitenwand 41 erfolgt wie in Figur 7, links, gezeigt.FIG. 7, on the right, shows an end section of a honeycomb body, in which the sheet metal layers 36 are formed asymmetrically with respect to a plane 37a arranged perpendicular to the sheet metal layers and extending through the apex 37, in that the folding webs 38, 39 have a different width. The shorter fold webs 39 face the lateral outer surface of the honeycomb body, but alternatively this can also be the case for the longer fold webs 38. The individual sheet metal layers are supported by horizontally running stiffening wires 40, which are supported on the sheet metal layer lying underneath. The closed side wall 41 is constructed as shown in FIG. 7, left.
Im Einströmbereich des Wabenkörpers sind die seitlichen Faltungsstege 42 zu Versteifungsrippen 43 umgebördelt, so daß ein seitlicher Eintritt eines Mediums in die Strömungskanäle 44 möglich ist. Diese Ausgestaltung ist auch unabhängig davon realisierbar, ob die Wabenkörperstruktur erfindungsgemäß aus- gebildet ist.In the inflow region of the honeycomb body, the lateral folding webs 42 are flanged to stiffening ribs 43, so that a medium can enter the flow channels 44 from the side. This embodiment can also be implemented regardless of whether the honeycomb structure is designed according to the invention.
Die Drähte 40 sind dabei außenseitig an den Verstärkungsrippen 43 nach oben abgeknickt, wodurch eine seitliche Verschiebung der über die Blechabschnitte 45 vorragenden Blechlagenenden verhindert wird. Alternativ können die Drähte 40 auch geradlinig verlaufen und seitlich an einem Gehäuse befestigt werden. Die Drähte 40 können auch von der darunter liegenden Blechlage beabstandet sein, wodurch die Höhe der Strömungskanäle 44 einstellbar ist.The wires 40 are bent upwards on the outside on the reinforcing ribs 43, as a result of which a lateral displacement of the sheet metal layer ends projecting beyond the sheet metal sections 45 is prevented. Alternatively, the wires 40 can also run in a straight line and be attached to a housing on the side. The wires 40 can also be spaced from the underlying sheet metal layer, as a result of which the height of the flow channels 44 can be adjusted.
Figur 8 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wabenkörper mit kongruent zueinander angeordneten Blechlagen 46, welche wellenförmig profiliert sind und über die Stege 47 miteinander verbunden sind.FIG. 8 shows a section of a honeycomb body with sheet metal layers 46 which are arranged congruently to one another and which are profiled in a wave shape and are connected to one another via the webs 47.
Wie in Figur 8, rechts, gezeigt, kann eine derartige Wabenstruktur durch ein mäanderförmig abgelegtes Blechband 48 aufgebaut werden, wobei im Faltungsbereich des Blechbandes Ausstanzungen 49 sowie Faltungslinien 50 eingebracht werden. Durch Stauchung des Blechbandes 48 in Querrichtung resultiert die in Figur 8, links, gezeigte Struktur mit identisch geformten Blechlagen 46. Durch die Länge der Stege 47 ist der Blech- lagenabstand entsprechend einstellbar, wobei durch die Stege
dort stabilisiert, wo Druckkräfte durch das Fluid angreifen.As shown in FIG. 8, on the right, such a honeycomb structure can be built up by means of a meandering sheet metal strip 48, punched-out areas 49 and folding lines 50 being introduced in the folding area of the sheet metal strip. By compressing the sheet metal strip 48 in the transverse direction, the structure shown in FIG. 8, left, results with identically shaped sheet metal layers 46. The length of the webs 47 allows the sheet metal layer spacing to be adjusted accordingly, with the webs stabilized where compressive forces act through the fluid.
Figur 9 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wabenkörper mit einem in Querrichtung des Wabenkörpers mäanderförmig abgelegten Blechband 51 zusammen mit einem quer dazu endlos gefaltetem Streckmetallband, wobei diese Ausgestaltung sowie die weiteren Details auch unabhängig davon realisierbar ist, ob die Wabenkörperstruktur erfindungsgemäß ausgebildet ist. Zur Stabilisierung des kreuzförmig zusammengefalteten Verbandes weist jede der Blechlagen des Blechbandes zwei quer zu der durch die Pfeile angezeigten Strömungsrichtung verlaufende Versteifungsrippen 53, 54 auf, wobei die Länge der Faltungsstege 55 groß ist verglichen mit dem Blechlagenabstand. Zur Ausbildung der nach oben bzw. nach unten weisenden Rippen 53, 54 sind die im Faltungsbereich liegenden Blechabschnitte 56 seitlich nach außen ausgeklinkt und dienen gleichzeitig der Befestigung des Wabenkörpers an einem nicht gezeigten Gehäuse.FIG. 9 shows a section of a honeycomb body with a sheet metal strip 51 which is laid in a meandering manner in the transverse direction of the honeycomb body together with an expanded metal strip which is endlessly folded transversely thereto, this embodiment and the further details also being able to be realized regardless of whether the honeycomb body structure is designed according to the invention. To stabilize the cross-folded bandage, each of the sheet-metal layers of the sheet-metal strip has two stiffening ribs 53, 54 running transversely to the direction of flow indicated by the arrows, the length of the folding webs 55 being long compared to the sheet-metal layer spacing. To form the ribs 53, 54 pointing upwards or downwards, the sheet metal sections 56 lying in the folding region are notched out laterally and at the same time serve to fasten the honeycomb body to a housing (not shown).
Zwischen den einzelnen Blechlagen 57 sind jeweils einzelne Streckmetallagen 58 eingelegt, deren über die Blechlagen 57 hinausragenden Enden um die jeweiligen Blechlagenenden umgefaltet sind und sich so in den benachbarten Strömungskanal 51a eingreifen. Die Streckmetallagen dienen sowohl der Abstützung benachbarter Blechlagen 57 gegeneinander als auch der Ver- größerung der aktiven Katalysatorfläche. Die Streckmetallagen 58 weisen sich in Strömungskanallängsrichtung erstreckende, auf den Blechlagen stirnseitig abgelegte Abschnitte 59 auf, die somit senkrecht auf den Blechlagen stehen und die darüber- liegenden Blechlage abstützen. Die Abschnitte 59 sind mit seitlichen Ausbauchungen 60 zur Erhöhung der Steifigkeit bei senkrecht auf die Blechlagen ausgeübten Druckkräften versehen sowie in senkrechten Spalten spielfrei durch die Rippen 53 geführt. Die Blechabschnitte 59 können auch Bereiche mit geringerer Höhe aufweisen, die zwischen den Ausbauchungen 60 angeordnet sein können. Die Blechabschnitte 59 sind durch sich kreuzende und an den Kreuzungsstellen einstückig aneinander angeformte VerbindungsStege 61 miteinander verbunden, die durch Einbringung von Einschnitten in die Blechlagen erzeugt
werden können, wobei in diesen Bereichen auch ein Fluidaustausch quer zur Strömungslängsrichtung erfolgen kann. Die Endbereiche der Streckmetallagen 58 werden derart umgefaltet, daß die Endabschnitte 62 senkrecht zu den jeweils gegenüberliegen- den Blechlagen 57 angeordnet und auf diesen abgestützt sind bzw. diese unterstützen. Anstelle einzelner Streckmetallagen können diese auch wie die Blechlagen 57 zu einem unendlichen mäanderförmig abgelegten Streckmetallagenband verbunden sein.Individual expanded metal layers 58 are inserted between the individual sheet metal layers 57, the ends of which extend beyond the sheet metal layers 57 are folded over the respective sheet metal layer ends and thus engage in the adjacent flow channel 51a. The expanded metal layers serve both to support adjacent sheet metal layers 57 against one another and to enlarge the active catalyst area. The expanded metal layers 58 have sections 59 which extend in the longitudinal direction of the flow channel and which are deposited on the face of the sheet metal layers and which are thus perpendicular to the sheet metal layers and support the sheet metal layer lying above them. The sections 59 are provided with lateral bulges 60 to increase the rigidity under compressive forces exerted vertically on the sheet metal layers, and are guided through the ribs 53 without play in vertical gaps. The sheet metal sections 59 can also have areas with a lower height, which can be arranged between the bulges 60. The sheet metal sections 59 are connected to one another by connecting webs 61 which intersect and are integrally formed on one another at the crossing points and which are produced by making incisions in the sheet metal layers can be, wherein in these areas a fluid exchange can take place transversely to the longitudinal flow direction. The end regions of the expanded metal layers 58 are folded over in such a way that the end sections 62 are arranged perpendicular to the respectively opposing sheet metal layers 57 and are supported or support them. Instead of individual expanded metal layers, these can also be connected like the sheet metal layers 57 to form an infinite meandering expanded metal strip.
Figur 10 zeigt eine Anordnung von Blechlagen entsprechend der Figur 3, wobei die Blechlagenabschnitte 64a, 65a der Endbereiche 64, 65 gegenüber den mittleren Bereichen 66 abgewinkelt sind, was durch Einbringung von Einschnitten in die Faltungsstege 67 erleichtert wird. Die Endbereiche des Wabenkörpers sowie die Faltungsstellen, die die mittleren Bereiche 66 begrenzen, sind jeweils durch senkrecht zu den Blechlagen 63 verlaufenden Drähten 68 stabilisiert. Durch die Endabschnitte 64, 65 wird ein Ein- bzw. Ausströmbereich des Wabenkörpers ausgebildet, der eine Anströmung des Wabenkörpers mit einem Medium schräg zu den Blechlagen 63 erleichtert und so Druckverluste im Einströmbereich des Wabenkörpers vermindert. Diese Ausgestaltung ist auch unabhängig davon realisierbar, ob die Wabenkörperstruktur erfindungsgemäß ausgebildet ist.FIG. 10 shows an arrangement of sheet metal layers corresponding to FIG. 3, the sheet metal layer sections 64a, 65a of the end regions 64, 65 being angled relative to the central regions 66, which is made easier by making incisions in the folding webs 67. The end regions of the honeycomb body and the folding points which delimit the central regions 66 are each stabilized by wires 68 running perpendicular to the sheet metal layers 63. An inflow or outflow area of the honeycomb body is formed by the end sections 64, 65, which facilitates an inflow of medium onto the honeycomb body obliquely to the sheet metal layers 63 and thus reduces pressure losses in the inflow area of the honeycomb body. This configuration can also be implemented regardless of whether the honeycomb structure is designed according to the invention.
Die in Figur 11 gezeigte Blechlage 69 ist mit einem wellenförmigen Profil versehen und wird seitlich durch Faltungsstege 70 begrenzt, durch die, wie für die Faltungsstege 34 in Figur 7, links, gezeigt, Seitenwände des Wabenkörpers aufbaubar sind. Alternativ kann diese Anordnung auch mit glatten oder abwechselnd glatten und beliebig strukturierten Blechlagen realisiert werden, wobei sich auch isometrische Kanalquerschnitte ergeben können. Neben der wellenförmigen Profilierung, deren Profilhöhe im Bereich des Blechabstandes oder darunter liegen kann und die der Versteifung der Blechlagen dient, ist die Blechlage 69 insgesamt pyramidal deformiert, wie durch die Kanten 71 angedeutet wird. Hierzu ist die Blechlage mit einer mittigen Durchtrittsöffnung 72 versehen, durch welche die Schlaufe 73 der unterhalb der Blechlage angeordne-
ten Drahtanordnung, welche die Blechlage 69 im Wabenkörper unterstützt, durchgeführt wird. Die Schlaufe 73 kann mit den entsprechenden Schlaufen der darüber bzw. darunter angeordneten Drahtanordnung 74 unter Ausbildung eines durchgehenden Drahtes verbunden werden. Entsprechend können die abgewinkelten Drahtenden 75 an den umzuknickenden Endabschnitten 76 der Faltungsstege 70 eingeklemmt und mit den Endbereichen der darüber bzw. darunter angeordneten Drahtanordnungen 74 verbunden werden. Durch Ausübung von entgegengesetzt gerichteten Zugkräften auf die Schlaufen 73 bzw. die Drahtenden 75 sind die Blechlagen 69 entlang der vorgeprägten Kanten 71 pyramidenförmig deformierbar. Die Blechlagen können mit zusätzlichen Blechlagenfaltungen und/oder separaten Versteifungselementen versehen sein, wodurch sich vielfältige Anwendungsmöglich- keiten ergeben. Durch derartige Maßnahmen kann die Strömungscharakteristik eines Wabenkörpers eingestellt werden, wobei offensichtlich auch andere als die gezeigte pyramidenförmige Deformierung der Blechlagen möglich ist.The sheet-metal layer 69 shown in FIG. 11 is provided with a wavy profile and is laterally delimited by folding webs 70, by means of which, as shown for the folding webs 34 in FIG. 7, left, side walls of the honeycomb body can be built up. As an alternative, this arrangement can also be implemented with smooth or alternately smooth and arbitrarily structured sheet metal layers, wherein isometric channel cross sections can also result. In addition to the wave-shaped profiling, the profile height of which can be in the area of the sheet metal spacing or below and which serves to stiffen the sheet metal layers, the sheet metal layer 69 as a whole is pyramidally deformed, as indicated by the edges 71. For this purpose, the sheet metal layer is provided with a central passage opening 72, through which the loop 73 is arranged below the sheet metal layer. th wire arrangement, which supports the sheet layer 69 in the honeycomb body, is carried out. The loop 73 can be connected to the corresponding loops of the wire arrangement 74 arranged above or below to form a continuous wire. Correspondingly, the angled wire ends 75 can be clamped at the end sections 76 of the folding webs 70 to be bent and connected to the end regions of the wire arrangements 74 arranged above or below them. By exerting oppositely directed tensile forces on the loops 73 or the wire ends 75, the sheet layers 69 can be deformed pyramid-shaped along the pre-embossed edges 71. The sheet metal layers can be provided with additional sheet metal layer folds and / or separate stiffening elements, which results in a wide range of possible uses. The flow characteristics of a honeycomb body can be set by such measures, obviously other than the shown pyramid-shaped deformation of the sheet metal layers is also possible.
Figur 12 zeigt einen Wabenkörperaufbau aus einzelnen Blechen 77 die zick-zack-förmige Faltungen aufweisen und sich über die gesamte Breite der Blechlagen erstreckende Strömungskanäle begrenzen. Zur Erleichterung einer Anströmung des Wabenkörpers schräg zu der Hauptebene der Blechlagen, wie durch die Pfeile angedeutet, ist jede der dreieckigen Rinnen 79 an ihren Enden mit einer zum freien Ende des Wabenkörpers hinweisenden Abschrägung 80 versehen, wobei die quaderförmige Gestalt des Wabenkörpers erhalten bleibt. Gleichzeitig wird durch die Abschrägungen 80 der Einströmbereich des Wabenkörpers stabili- siert. Diese Anordnung ist auch bei isometrischen Kanälen möglich.FIG. 12 shows a honeycomb structure made up of individual sheets 77 which have zigzag-shaped folds and delimit flow channels which extend over the entire width of the sheet layers. In order to facilitate a flow towards the honeycomb body obliquely to the main plane of the sheet metal layers, as indicated by the arrows, each of the triangular channels 79 is provided at its ends with a bevel 80 pointing towards the free end of the honeycomb body, while the cuboid shape of the honeycomb body is retained. At the same time, the bevel 80 stabilizes the inflow area of the honeycomb body. This arrangement is also possible with isometric channels.
Die stirnseitigen Endbereiche 81 der Blechlagen 77 können zur Versteifung umgebördelt sein, wobei in die Umbördelung 82 zusätzliche Versteifungsdrähte 83, die an dem nicht gezeigten Gehäuse festgelegt sind, eingeklemmt sind. Des weiteren sind quer zu den Blechlagen 77 verlaufende Bänder 84 vorgesehen, die auf den Oberkanten der Rinnen 79 abgelegt sind und die
darüber angeordnete Blechlage unterstützen. Die schmalen Bänder 84 durchstoßen dabei die seitlichen Faltungsstege 85 und sind miteinander sowie mit dem nicht dargestellten Gehäuse zugaufnehmend verbunden.The end regions 81 of the sheet metal layers 77 can be flanged for stiffening, additional stiffening wires 83, which are fixed to the housing (not shown), being clamped into the flanging 82. Furthermore, tapes 84 extending transversely to the sheet metal layers 77 are provided, which are deposited on the upper edges of the channels 79 and which Support the sheet metal layer arranged above. The narrow bands 84 penetrate the lateral folding webs 85 and are connected to one another and to the housing (not shown) in a tension-absorbing manner.
Im mittleren Bereich des Wabenkörpers ist die rinnenförmige Profilierung der Blechlagen 77 durch einen abgeflachten, sich über die gesamte Breite der Blechlage erstreckenden, auf Höhe der Oberkante der Rinne 79 verlaufenden Bereich 86 unterbro- chen, in den Versteifungsdrähte 87, die an einem Gehäuse befestigbar sind, eingeflochten sind. Durch diese Faltung können die Strömungsrinnen 79 mit einem seitlichen sowie mit einem Höhenversatz fortgeführt werden, wie durch den Pfeil 87 angedeutet, wobei das in einem Kanalbereich geführte Fluid zwangs- weise mit in benachbarten Kanalbereichen geführtem Fluid vermischt wird. Der mittlere Bereich des Wabenkörpers wird hierdurch zusätzlich stabilisiert und gleichzeitig wird eine bessere Durchmischung des strömenden Mediums erreicht.In the central area of the honeycomb body, the channel-shaped profiling of the sheet metal layers 77 is interrupted by a flattened area 86, which extends over the entire width of the sheet metal layer and runs at the level of the upper edge of the groove 79, in the stiffening wires 87, which can be fastened to a housing , are woven in. As a result of this folding, the flow channels 79 can be continued with a lateral as well as with a height offset, as indicated by the arrow 87, the fluid guided in one channel region being forcibly mixed with fluid guided in adjacent channel regions. The middle area of the honeycomb body is thereby additionally stabilized and at the same time better mixing of the flowing medium is achieved.
Der Wabenkörper nach Fig. 12 besteht somit aus mehreren alternierend hintereinander angeordneten kurzen Durchmischungszonen D mit hohen Strömungsformwiderständen, wobei zu diesen Zonen auch die Ein- und Ausströmbereiche zählen und mit zwischen diesen angeordneten Reaktionszonen R, in welchen der Strö- mungswiderstand im wesentlichen durch die Reibkraftwirkung mit den Kanalwänden bzw. Katalysatorträgerelementen bestimmt wird. Einen entsprechenden Zonenaufbau weist auch der in Fig. 13 gezeigte Wabenkörper auf.The honeycomb body according to FIG. 12 thus consists of several short mixing zones D arranged alternately one behind the other with high flow resistance, these zones also include the inflow and outflow areas and reaction zones R arranged between them, in which the flow resistance is essentially due to the frictional force effect is determined with the channel walls or catalyst support elements. The honeycomb body shown in FIG. 13 also has a corresponding zone structure.
Wie aus Figur 13 hervorgeht, können zwischen den einzelnen Blechlagen 77 auch Streckmetallagen 87 eingelegt werden, wodurch der Abstand der Blechlagen wunschgemäß einstellbar ist. Die einstückigen Streckmetallagen weisen hierbei langgestreckte Abschnitte 89 in Form von schmalen Bändern auf, die senk- recht zu den Hauptebenen der Blechlagen angeordnet sind sowie einander über Kreuzungspunkte verbundene VerbindungsStege 91. Die Streckmetallagen können hierbei an einzelnen Stellen 90 die seitlichen Faltungsstege 92 der Blechlagen, die zu einer
Außenwand zusammengefügt sind, durchdringen und an diesen z.B. durch Umbördelung der Enden 93 befestigt sein. Entsprechend zu dem Blechband können auch die Streckmetallagen als mäanderför- mig abgelegtes Band ausgeführt sein. Die umströmbaren Profile 89 verbessern entscheidend die Diffusion und damit die Schadstoffkonversion in den Kanälen.As can be seen from FIG. 13, expanded metal layers 87 can also be inserted between the individual sheet metal layers 77, as a result of which the distance between the sheet metal layers can be set as desired. The one-piece expanded metal layers here have elongated sections 89 in the form of narrow strips, which are arranged perpendicular to the main planes of the sheet metal layers, and connecting webs 91 which are connected to one another via intersection points. The expanded metal layers can here, at individual locations 90, the lateral folding webs 92 of the sheet metal layers to a Outer wall are joined together, penetrate and attached to them, for example by flanging the ends 93. Corresponding to the sheet metal strip, the expanded metal layers can also be designed as a meandering strip. The flow-around profiles 89 decisively improve the diffusion and thus the pollutant conversion in the channels.
Der Wabenkörper wird aus einem endlosen mäanderförmig abgelegten Blechband entsprechend Figur 7 erzeugt, wobei die die Blechlagen 77 verbindenden Stege 94 V-förmig gefaltet und in die Faltung senkrecht zu den Blechlagen 77 verlaufende Versteifungsdrähte 95 eingeklemmt sind.The honeycomb body is produced from an endless meandering sheet metal strip according to FIG. 7, the webs 94 connecting the sheet metal layers 77 being folded in a V-shape and stiffening wires 95 running perpendicular to the sheet metal layers 77 being clamped in place.
Figur 14 zeigt einen Wabenkörperaufbau mit einem mäandrierend abgelegten Blechband 120, wobei zwischen den einzelnen wellenartig strukturierten Blechlagen 121 einzelne ebene Bleche 122 eingelegt sind. Die Scheitel 123 der einzelnen Blechwellungen verlaufen schräg gestellt zu den ebenen Blechlagen 121 (siehe Fig. 14, unten), wobei die Steigungen benachbarter Scheitel einer Blechlage wechselweise alternieren, so daß sich die Höhe der Strömungskanäle entlang eines Strömungspfades kontinuer- lich erhöht oder verringert. Die Seitenwände der Strömungskanäle verlaufen somit sowohl schräg zur Querrrichtung als auch schräg zur Längsrichtung der Wabenkörperlängsrichtung. Da die gewellten Blechlagen 121 nur an den Stirnseiten, d.h. an den Umlenkbereichen 124, auf den ebenen Blechlagen 122 aufliegen, ist in einem Abstand von den Stirnseiten ein ungehinderter Queraustausch des Fluids und eine Umströmung der Kanten möglich, wobei die Höhe der seitlichen Öffnungen be- nachbarter Kanäle 125, 126 auf halber Länge des Wabenkörpers am größten ist. Ein in einen Kanal 125 eintretendes Volumensegment wird somit aufgrund der sich kontinuerlich ändernden Kanalgeometrie in unterschiedlichen Richtungen gleichzeitig gestaucht und verbreitert und hierbei zwangsweise in einen benachbarten Kanal 126 überführt und mit dem dort vorhandenen Fluid vermischt, so daß es mit einem seitlichen Versatz aus dem Wabenkörper austritt. Durch die umströmbaren Kanten der Blechfaltungen werden des weiteren stagnierende Fluidvolumina
und an den Blechen haftende und somit vergleichsweise dicke Grenzschichten vermieden.FIG. 14 shows a honeycomb structure with a sheet-metal strip 120 which is stored in a meandering manner, with individual flat sheets 122 being inserted between the individual sheet-metal layers 121 structured in a wave-like manner. The vertices 123 of the individual sheet metal corrugations run obliquely to the flat sheet metal layers 121 (see FIG. 14, below), the slopes of adjacent vertices of a sheet metal layer alternating alternately, so that the height of the flow channels along a flow path increases or decreases continuously. The side walls of the flow channels thus run both obliquely to the transverse direction and obliquely to the longitudinal direction of the longitudinal direction of the honeycomb body. Since the corrugated sheet metal layers 121 only rest on the flat sheet metal layers 122 on the end faces, ie on the deflection areas 124, an unimpeded cross exchange of the fluid and a flow around the edges is possible at a distance from the end faces, the height of the side openings being adjacent channels 125, 126 is greatest at half the length of the honeycomb body. A volume segment entering a channel 125 is thus compressed and widened in different directions at the same time due to the continuously changing channel geometry and in this case is forcibly transferred into an adjacent channel 126 and mixed with the fluid present there, so that it emerges from the honeycomb body with a lateral offset . The flow around the edges of the sheet metal folds also causes stagnant fluid volumes and, as a result, comparatively thick boundary layers adhering to the sheets are avoided.
Zur Stabilisierung sind die ebenen Blechlagen 122 mit aufge- stellten Ausklinkungen 127 versehen, die die gewellten Blechlagen abstützen und zugleich wegen der sich ändernden Kanalquerschnitte zu einem Austausch von Fluid von ober- und unterhalb der ebenen Blechlagen führen.For stabilization, the flat sheet metal layers 122 are provided with notches 127 which support the corrugated sheet metal layers and at the same time lead to an exchange of fluid from above and below the flat sheet metal layers due to the changing channel cross sections.
Es versteht sich, daß auch durch andere Profilierungen bzw. durch Leitbleche erreicht werden kann, daß eine großflächige zwangsweise Vermischung von benachbart, z.B. in benachbarte Kanäle, in den Wabenkörper eintretenden Fluidvolumina erfolgt. In dem Ausführungsbeispiel erfolgt dabei die zwangsweise Strö- mungsumlenkung des Fluids in benachbarten Kanälen bzw. Waben- körperabschnitten gleichzeitig gegensinnig aufeinander zu, wobei aufgrund der sich kontinuerlich ändernden Kanalquerschnitte praktisch keine Druckverluste und stagnierende Fluid- polster entstehen.It goes without saying that other profiles or baffles can also ensure that large-area compulsory mixing of adjacent, e.g. in adjacent channels, fluid volumes entering the honeycomb body. In the exemplary embodiment, the forced flow deflection of the fluid in adjacent channels or honeycomb body sections simultaneously takes place in opposite directions, with practically no pressure losses and stagnant fluid cushions due to the continuously changing channel cross sections.
Figur 15 zeigt eine Abwandlung eines Wabenkörpers nach Figur 14 (gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern versehen) , bei dem zwischen den sich in Strömungsrichtung verengenden bzw. erweiternden Kanälen 128, 129 ebene Blechabschnitte 132 vorgesehen sind, die auf den ebenen Blechlagen 122 unter Ausbildung von versteifenden Lagendoppelungen aufliegen. Die Kanäle sind hier auch an ihren Enden 130 mit kleinem Querschnitt stirnseitig geöffnet. Da durch die ebenen Blechab- schitte ein Fluidaustausch quer zur Strömungsrictung unterbun- den wäre, erfolgt die zwangsweise laterale Umlenkung des Fluids durch die eben Blechlagen durch die entsprechend groß ausgelegten Durchbrüche 131 (nur schematisch wiedergegeben), deren Größe hier so bemessen ist, daß durch sie keine Druckverluste auftreten. Die Vermischung benachbarter Fluidvolumina erfolgt somit durch eine kontinuerliche Änderung der Kanalquerschnitte und Ineinderüberführung bzw. Trennung der Kanalbereiche, was unabhängig von der erfindungsgemäßen Ausbildung des Wabenkörpers realisierbar ist.
Wie in den Figuren 14,15 dargestellt, können die Blechwel- lungen jeweils kantig oder bogenförmig ausgeführt sein.FIG. 15 shows a modification of a honeycomb body according to FIG. 14 (identical elements are provided with the same reference numbers), in which flat sheet metal sections 132 are provided between the channels 128, 129 which narrow or widen in the direction of flow and which are formed on the flat sheet metal layers 122 with the formation of stiffening layer duplications. The channels 130 are also open at their ends at their ends 130 with a small cross section. Since a fluid exchange transverse to the flow direction would be prevented by the flat sheet metal sections, the forced lateral deflection of the fluid through the flat sheet metal layers takes place through the correspondingly large openings 131 (only shown schematically), the size of which is here dimensioned such that there are no pressure drops. The mixing of adjacent fluid volumes thus takes place through a continuous change in the channel cross sections and transfer or separation of the channel areas, which can be achieved independently of the configuration of the honeycomb body according to the invention. As shown in FIGS. 14, 15, the sheet corrugations can each be angular or arcuate.
Gemäß Figur 16 können durch asymmetrische Ausbildung der in das mäanderförmig abzulegende langgestreckte Blechband 96 eingebrachten Ausnehmungen 97 die entsprechenden Blechlagen 98 auch seitlich zueinander versetzt angeordnet werden. Der Versatz kann dabei der vorteilhafterweise hier nur schmalen Breite eines Strömungskanals 99 entsprechen, so daß die Strömungs- kanäle benachbarter Blechlagen voneinander praktisch isoliert sind, oder, wie in der Figur gezeigt, einen Bruchteil der Breite b der Strömungskanäle 99, so daß diese über die Engstelle 100 miteinander kommunizieren und stagnierendes Gas hier weggespült wird. Die Ausnehmungen können auch so ausge- bildet sein, daß die Blechlagen ineinander eingreifen sich seitlich an Kanalwandungen abstützen, wodurch geschlossene Kanäle mit beliebigen Querschnitten erzeugbar sind. Insgesamt ist hier durch die verbleibenden Stege ein stabiler Wabenkörper einfach aufbaubar.According to FIG. 16, the corresponding sheet metal layers 98 can also be arranged laterally offset from one another by the asymmetrical design of the recesses 97 made in the elongated sheet metal strip 96 to be meandered. The offset can advantageously correspond here only to the narrow width of a flow channel 99, so that the flow channels of adjacent sheet metal layers are practically insulated from one another, or, as shown in the figure, a fraction of the width b of the flow channels 99, so that these over the Narrow 100 communicate with each other and stagnant gas is washed away here. The recesses can also be designed in such a way that the sheet metal layers engage in one another and are supported laterally on channel walls, as a result of which closed channels with any cross sections can be produced. Overall, the remaining webs make it easy to assemble a stable honeycomb body.
Die Ausstanzungen 97 sind hierzu parallelogrammförmig ausgebildet, so daß der Versatz x der längs des Blechbandes 100 verlaufenden Faltungslinien dem seitlichen Versatz der Strömungskanäle entspricht. Durch die Halblänge y der Ausnehmungen 97 wird die Neigung der Stirnseiten der Einströmbereiche und durch das Maß h die Höhe der Strömungskanäle bestimmt . Die vergleichsweie große Höhe h versteift die profilierten Blechlagen 98 besonders, vorteilhafterweise mit einem großen Widerstandsmoment, wodurch sich eine große Schwingungssteifigkeit der Lagen ergibt, was besonders wichtig ist, wenn die Lagen herstellungsvereinfachend nur an den Stirnseiten der Faltungsstege verbunden sind und dazwischen besonders biegesteif sein müssen.The punched-outs 97 are designed in the form of a parallelogram, so that the offset x of the folding lines running along the sheet metal strip 100 corresponds to the lateral offset of the flow channels. The inclination of the end faces of the inflow regions and the height h of the flow channels are determined by the half length y of the recesses 97. The comparatively large height h stiffens the profiled sheet metal layers 98 in particular, advantageously with a large section modulus, which results in a high level of vibration rigidity of the layers, which is particularly important if, in order to simplify production, the layers are only connected to the end faces of the folding webs and have to be particularly rigid in between .
Figur 17, unten, zeigt eine schematische Darstellung eines Wabenkörpers 110, der durch voneinander beabstandete Blechlagen 123 aufgebaut ist, so daß die Strömungskanäle im Wabenkörper und im Einströmbereich sich über die gesamte Breite des
Wabenkörpers erstrecken. Die Kanäle im Einströmbereich und im Wabenkörper können auch unterschiedliche Querschnitte aufweisen und sich jeweils nur über einen Teil der Breite des Wabenkörpers erstrecken, wobei insbesondere die Kanäle des Wabenkörpers auch isometrische, z.B. mit sechseckigem oder sinusförmigen Querschnitt, ausgeführt sein können. Der Hauptteil H des Wabenkörpers wird durch annähernd gasdichte Seitenwände begrenzt, die durch die seitlichen Faltungsstege 111 der Blechlagen aufgebaut werden. Das Gehäuse G gemäß Figur 17, oben, kann dabei zur Abstützung der Seitenwände eng an den Faltungsstegen anliegen. Im Einströmbereich E des Wabenkörpers, dessen Anordnung unabhängig von der Kanalausbildung des strömungsabwärts nachfolgenden Wabenkörperbereichs vorteilhaft sein kann, ist das Gehäuse seitlich von den Blechlagen beab- standet und die Strömungskanäle sind durch Umbördelung oder Entfernung der Faltungsstege, wie in Figur 17, oben, gezeigt, beidseitig seitlich geöffnet, wobei die Strömungskanäle im Ein- und/oder Ausströmbereich sich auch nur über einen Teil der Trägerkörperbreite erstrecken können und jeweils auch ein- seitig geöffnete Strömungskanäle vorgesehen sein können. Wie durch die Strömungspfeile angedeutet wird, kann ein Medium sowohl frontal als auch seitlich in die U-förmig geöffneten Strömungskanäle S eindringen, wodurch die Effektivität eines entsprechenden Katalysators wesentlich gesteigert wird.Figure 17, below, shows a schematic representation of a honeycomb body 110, which is constructed by spaced sheet metal layers 123, so that the flow channels in the honeycomb body and in the inflow area over the entire width of the Extend honeycomb body. The channels in the inflow area and in the honeycomb body can also have different cross sections and each extend only over part of the width of the honeycomb body, wherein in particular the channels of the honeycomb body can also be isometric, for example with a hexagonal or sinusoidal cross section. The main part H of the honeycomb body is delimited by approximately gas-tight side walls, which are built up by the lateral folding webs 111 of the sheet metal layers. The housing G according to FIG. 17, above, can lie closely against the folding webs to support the side walls. In the inflow region E of the honeycomb body, the arrangement of which can be advantageous regardless of the channel configuration of the downstream honeycomb body region, the housing is laterally spaced from the sheet metal layers and the flow channels are shown by flanging or removing the folding webs, as shown in FIG. 17, above. open laterally on both sides, the flow channels in the inflow and / or outflow area can also extend only over part of the width of the carrier body and flow channels open on one side can also be provided. As indicated by the flow arrows, a medium can penetrate into the U-shaped open flow channels S both frontally and laterally, which significantly increases the effectiveness of a corresponding catalyst.
Wie in Figur 17, oben, angedeutet, kann ein hinter dem ersten Wabenkörper angeordneter zweiter Wabenkörper eine unterschiedliche Orientierung der diesen aufbauenden Blechlagen aufweisen, so daß gemäß dem Ausführungsbeispiel die Blechlagen der beiden Wabenkörper um 90° zueinander verdreht sind. Die Wabenkörper sind zur Ermöglichung einer Homogenisierung des Mediums in Längsrichtung durch den Zwischenbereich Z voneinander beabstandet .As indicated in FIG. 17, above, a second honeycomb body arranged behind the first honeycomb body can have a different orientation of the sheet metal layers constituting it, so that, according to the exemplary embodiment, the sheet metal layers of the two honeycomb bodies are rotated by 90 ° to one another. The honeycomb bodies are spaced apart from one another in the longitudinal direction by the intermediate region Z to enable homogenization of the medium.
Für verschiedene Anwendungszwecke kann es entsprechend auch vorteilhaft sein, bei schräger Anströmung des Wabenkörpers, wie dies z.B. bei einem Einlaßstutzen nach Figur 17 der Fall ist, die Blechlagen des in Einströmrichtung ersten Waben-
körpers derart anzuordnen, daß eine Anströmung parallel und nicht schräg zu den Blechlagen erfolgt, wie dies bei einer Anordnung gemäß dem zweiten Wabenkörper 112 gemäß Figur 17, oben, mit den Blechlagen 120 der Fall wäre. Die Blechlagen innerhalb des Wabenkörpers können dann in Fortführung der Blechlagen des Einströrabereichs angeordnet sein, gegebenenfalls auch als separate Blechabschnitte. Eine Verwirbelung an den Stirnkanten der Blechlagen wird hierdurch vermieden, wodurch günstigere Strömungsverhältnisse vorliegen.
For various applications, it can also be advantageous, in the case of an oblique flow against the honeycomb body, as is the case, for example, with an inlet connector according to FIG. 17, the sheet metal layers of the first honeycomb in the inflow direction. body to be arranged such that a flow occurs parallel and not obliquely to the sheet metal layers, as would be the case with an arrangement according to the second honeycomb body 112 according to Figure 17, above, with the sheet metal layers 120. The sheet metal layers within the honeycomb body can then be arranged in a continuation of the sheet metal layers of the inflow area, optionally also as separate sheet metal sections. A turbulence at the front edges of the sheet metal layers is hereby avoided, which results in more favorable flow conditions.
Claims
1. Wabenkörper, insbesondere Katalysatorträger, mit einer Wabenstruktur aus einer Vielzahl von in Längsrichtung des Wabenkörpers verlaufenden, von einem Fluid durchströmbaren Kanälen, wobei der Wabenkörper übereinander angeordnete, die Kanäle begrenzende Blechlagen aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Kanäle (2, 16) vorgesehen sind, die zumindest über eine Teillänge des Wabenkörpers (1) eine Querschnittsausdehnung in einer ersten Rich- tung (Rl) aufweisen, die ein Vielfaches der Querschnittsausdehnung in einer anderen Richtung (R2) beträgt.1. honeycomb body, in particular catalyst carrier, with a honeycomb structure comprising a plurality of channels running in the longitudinal direction of the honeycomb body and through which a fluid can flow, the honeycomb body having sheet metal layers arranged one above the other and delimiting the channels, characterized in that channels (2, 16) are provided, which have a cross-sectional dimension in a first direction (R1) at least over a partial length of the honeycomb body (1), which is a multiple of the cross-sectional dimension in another direction (R2).
2. Wabenkörper nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kanäle (16) sich in einer Richtung über den gesamten Querschnitt des Wabenkörpers erstrecken.2. Honeycomb body according to claim 1, so that the channels (16) extend in one direction over the entire cross section of the honeycomb body.
3. Wabenkörper nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Blechlagen (29) eine Profilierung (30) aufweisen, deren Profilhöhe klein ist im Vergleich zum Abstand gegenüberliegender Blechlagen (29).3. honeycomb body according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n e e c h n e t that the sheet metal layers (29) have a profile (30) whose profile height is small compared to the distance between the opposite sheet metal layers (29).
4. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Blechlagen (23) eine Profilierung aufweisen, deren Profilhöhe groß ist im Vergleich zum Abstand gegenüberliegender Blechlagen (23).4. honeycomb body according to one of claims 1 to 3, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the sheet metal layers (23) have a profile, the profile height is large compared to the distance between opposite sheet metal layers (23).
5. Wabenkörper nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Blechlagen (36) mit einer Profilierung vorgesehen sind, die asymmetrisch ist bezüglich einer sich durch einen Scheitel (37) der Profi- lierung senkrecht zur Hauptebene der Blechlage (36) erstreckenden Ebene (37a).5. honeycomb body according to claim 3 or 4, characterized in that sheet metal layers (36) are provided with a profile that is asymmetrical with respect to one by an apex (37) of the professional lation perpendicular to the main plane of the sheet metal layer (36) extending plane (37a).
6. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Wabenkörper (1) durch Blechlagen (3) gleicher Profilierung aufgebaut ist, die kongruent zueinander angeordnet sind.6. honeycomb body according to one of claims 1 to 5, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the honeycomb body (1) is constructed by sheet metal layers (3) of the same profile, which are arranged congruently to each other.
7. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kanäle7. honeycomb body according to one of claims 1 to 7, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the channels
Bereiche (86) aufweisen, die einen Versatz der Strömungspfade quer zur Strömungslängsrichtung bewirken.Have areas (86) which cause the flow paths to be offset transversely to the longitudinal flow direction.
8. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Strömungsumlenkeinrichtungen (86, 128, 129) vorgesehen sind, die eine Vermischung benachbarter Stoffaustauscharmer Fluidvolumina ermöglichen, und die derart ausgebildet sind, daß der durchströmbare Kanalquerschnitt im Bereich der Strö- mungsumlenkeinrichtungen (86, 128, 129) gegenüber dem Kanalquerschnitt der angrenzenden Kanalbereiche nicht wesentlich verkleinert wird.8. honeycomb body according to any one of claims 1 to 7, - - characterized in that flow deflection devices (86, 128, 129) are provided which allow mixing of adjacent fluid exchange-poor fluid volumes, and which are designed such that the flow-through channel cross-section in the area of the flow mungsumlenkeinrichtung (86, 128, 129) is not significantly reduced compared to the channel cross section of the adjacent channel areas.
9. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Kanäle in Bereichen geschlossener Kanalquerschnitte eine sich in Strömungskanallängsrichtung ändernde Höhe und/oder Breite aufweisen.9. honeycomb body according to one of claims 1 to 8, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the channels in areas of closed channel cross sections have a changing height and / or width in the longitudinal direction of the flow channel.
10. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im wesentlichen eindimensionale Fügestellen (10, 12, 22) vorgesehen sind, die zusätzlich zum Blechlagenaufbau benachbarte Blechlagen (3, 15) miteinander gezielt verbinden.10. Honeycomb body according to one of claims 1 to 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that substantially one-dimensional joints (10, 12, 22) are provided which in addition to the sheet metal layer structure adjacent plate layers (3, 15) selectively connect with each other.
11. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Blechlagen (57) mit versteifenden Profilrippen (53, 54) verse- hen sind, die sich quer zur Längsrichtung der Strömungskanäle (51a) erstrecken.11. honeycomb body according to one of claims 1 to 10, characterized in that the sheet metal layers (57) with stiffening profile ribs (53, 54) verse hen that extend transversely to the longitudinal direction of the flow channels (51a).
12. Wabenkörper nach Anspruch 11, d a d u r c h g e - k e n n z e i c h n e t, daß die Profilrippen (53, 54) als Blechlagenfaltungen ausgeführt sind und sich durchgehend über die Breite des Wabenkörpers erstrecken.12. honeycomb body according to claim 11, so that the profile ribs (53, 54) are designed as sheet metal folds and extend continuously over the width of the honeycomb body.
13. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß den Wabenkörper (1) zumindest bereichsweise durchziehende, sich im wesentlichen parallel zu den Blechlagen (2) erstreckende Versteifungselemente (9) vorgesehen sind.13. honeycomb body according to one of claims 1 to 12, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the honeycomb body (1) at least in areas extending, extending substantially parallel to the sheet metal layers (2) stiffening elements (9) are provided.
14. Wabenkörper nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Erstreckung der Versteifungselemente (9) in Längsrichtung des Wabenkörpers (1) klein ist verglichen mit der Länge der Strömungskanäle (2a).14. honeycomb body according to claim 13, so that the extent of the stiffening elements (9) in the longitudinal direction of the honeycomb body (1) is small compared to the length of the flow channels (2a).
15. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß Versteifungselemente (20) vorgesehen sind, die zwei oder mehrere übereinander angeordnete Blechlagen (15) mitein- ander verbinden.15. Honeycomb body according to one of claims 1 to 14, that a reinforcement element is provided that stiffening elements (20) are provided which connect two or more sheet metal layers (15) arranged one above the other.
16. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mehrere Versteifungselemente (19, 20, 59) unmittelbar oder durch von den Blechlagen verschiedene Verbindungsmittel (61) aneinander angreifend angeordnet sind.16. honeycomb body according to one of claims 11 to 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that several stiffening elements (19, 20, 59) are arranged directly or by attacking each other by connecting means (61) different from the sheet metal layers.
17. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Blechla- gen (25) mit sich in Längsrichtung der Kanäle erstreckenden Ausklinkungen (27) versehen sind.17. Honeycomb body according to one of claims 1 to 16, so that the sheet-metal layers (25) are provided with notches (27) extending in the longitudinal direction of the channels.
18. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß an den stirnseitigen Endbereichen (64, 65) des Wabenkörpers die Blechlagen (63) mit zur Längsrichtung der Strömungskanäle geneigt verlaufenden Blechabschnitten (64a, 65a) versehen sind.18. honeycomb body according to one of claims 1 to 17, since - characterized in that the sheet-metal layers (63) are provided with sheet-metal sections (64a, 65a) which are inclined to the longitudinal direction of the flow channels at the end regions (64, 65) of the honeycomb body.
19. Wabenkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 18 mit einem Gehäuse mit an den stirnseitigen Endbereichen des Wabenkörpers vorgesehenen Einrichtungen, die eine schräge An- Strömung des Wabenkörpers durch ein fluides Medium ermöglichen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Blechlagen (120) des Wabenkörpers (110) derart angeordnet sind, daß auf einer axialen Teillänge die Anströmrichtung parallel zu der Hauptebene der Blechlagen (120) ausgerichtet ist.19. Honeycomb body according to one of claims 1 to 18 with a housing with means provided on the front end regions of the honeycomb body, which allow an oblique flow to the honeycomb body through a fluid medium, characterized in that the sheet metal layers (120) of the honeycomb body (110) are arranged such that the flow direction is aligned parallel to the main plane of the sheet metal layers (120) over an axial partial length.
20. Wabenkörper mit Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß im Einströmbereich (E) des Wabenkörpers (110) das Gehäuse (G) von dem Wabenkörper (110) seitlich beabstandet und die Strömungskanäle (122) im Einströmbereich auf einer axialen Teillänge seitlich geöffnet sind, so daß ein Einströmen des Fluids quer zur Längsrichtung der Strömungskanäle (122) in den Zwischenraum der Blechlagen (123) ermöglicht ist. 20. Honeycomb body with housing according to one of claims 1 to 19, characterized in that in the inflow region (E) of the honeycomb body (110) the housing (G) from the honeycomb body (110) laterally spaced and the flow channels (122) in the inflow region on an axial Partial length are opened laterally, so that the fluid can flow transversely to the longitudinal direction of the flow channels (122) into the space between the sheet metal layers (123).
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