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Patent Searching and Data


Title:
DEVICE FOR TREATING AN EXHAUST GAS STREAM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/144484
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for treating an exhaust gas stream, comprising an exhaust gas duct with which at least one muffler and at least one heat exchanger are associated. The exhaust gas duct forms at least one flow chamber in the form of a hollow tube, the muffler includes at least one damping core on the inner lateral surface of the hollow tube, and the heat exchanger includes at least one cooling water channel on the outer lateral surface of the hollow tube.

Inventors:
BRAKE JENS (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/053968
Publication Date:
August 31, 2017
Filing Date:
February 22, 2017
Export Citation:
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Assignee:
RMB / ENERGIE GMBH (DE)
International Classes:
F01N3/28; F01N1/08; F01N1/10; F01N1/12; F01N1/24; F01N5/02; F01N1/06; F01N13/02
Domestic Patent References:
WO1985004217A11985-09-26
Foreign References:
DE2904700A11980-08-28
CN2786288Y2006-06-07
DE3039742A11982-05-27
US8069660B12011-12-06
JP2001164932A2001-06-19
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
JABBUSCH SIEKMANN & WASILJEFF (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Vorrichtung zum Behandeln eines Abgasstromes mit einem Abgaskanal, dem wenigstens ein Schalldämpfer und wenigstens ein Wärmeübertrager zugeordnet sind,

d a d u rc h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass mit dem Abgaskanal (1 ) wenigstens ein als Hohlstrang geformter Strömungsraum (2) ausgebildet ist,

dass der Schalldämpfer wenigstens einen an der inneren Mantelfläche (3) des Hohlstranges ausgebildeten Dämpfungskern (4) aufweist, und

dass der Wärmeübertrager wenigstens einen an der äußeren Mantelfläche (5) des Hohlstranges ausgebildeten Kühlwasserkanal (6) aufweist.

Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Kühlwasserkanal (6) wenigstens ein als Hohlstrang geformter Strömungsraum (7) ausgebildet ist.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Strömungsraum (2) des Abgaskanals (1 ) wenigstens ein zwischen Drallblechen (8) wendeiförmig verlaufender Strömungsweg ausgebildet ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaskanal (1 ) wenigstens eine zwischen Prallplatten (9, 10) ausgebildete Interferenzkammer (1 1 ) aufweist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgaskanal (1 ) wenigstens eine in seinem Abgaseinlass angeordnete Diffusionsplatte (18) zugeordnet ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsraum (2) des Abgaskanals (1 ) eine über die Länge seines Strömungsweges hinweg ausgebildete Reduktion seines Strömungsquerschnittes aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Abgaskanal (1 ) wenigstens ein Katalysator (17) zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator (17) wenigstens einen im Dämpfungskern (4) des Schalldämpfers ausgebildeten Katalysatorkern (19) aufweist.

Description:
Vorrichtung zum Behandeln eines Abgasstromes

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Behandeln eines Abgasstromes mit einem Abgaskanal aus, wobei dem Abgaskanal wenigstens ein Schalldämpfer und wenigstens ein Wärmeübertrager zugeordnet sind.

Bekannte Vorrichtungen dieser Art dienen insbesondere der Behandlung von Abgasströmen aus Verbrennungsmotoren. Während der Schalldämpfer regelmäßig zur Lärmbekämpfung eingesetzt wird, dient der Wärmeübertrager der Nutzbarmachung der in den Verbrennungsgasen des Abgasstromes enthaltenen Verbrennungswärme. Die Kombination eines Schalldämpfers mit einem Wärmeübertrager ist jedoch konstruktiv problematisch, da der Raumbedarf der für einen leistungsstarken Wärmeübertrager erforderlichen Übertragerflächen im Konflikt mit dem Raumbedarf der für einen leistungsstarken Schalldämpfer erforderlichen Schallabsorptionsflächen steht. Folglich weisen die bekannten Vorrichtungen wenig überzeugende

Leistungsparameter oder aber unvorteilhaft große bauliche Abmessungen auf.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Behandeln eines Abgasstromes aufzuzeigen, deren Leistungsfähigkeit bei vorteilhaft kleinen Abmessungen maßgeblich erhöht ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Behandeln eines Abgasstromes zeichnet sich dadurch aus, dass mit dem Abgaskanal wenigstens ein als Hohlstrang geformter Strömungsraum ausgebildet ist, dass der Schalldämpfer wenigstens einen an der inneren Mantelfläche des Hohlstranges ausgebildeten Dämpfungskern aufweist, und dass der Wärmeübertrager wenigstens einen an der äußeren Mantelfläche des Hohlstranges ausgebildeten Kühlwasserkanal aufweist.

Mit dem als Hohlstrang geformten Strömungsraum bietet der Abgaskanal die Möglichkeit zur Trennung seiner Peripherie in einen inneren und einen äußeren Bauraum. Diese über den Abgaskanal beabstandet zueinander gelegenen Bauräume sind für eine gemeinsame und gleichwohl konfliktfreie Anordnung des Schalldämpfers und des Wärmeübertragers unmittelbar am Abgaskanal besonders geeignet. Dazu weist der Strömungsraum vorzugsweise einen kreisringförmig ausgebildeten Strömungsquerschnitt auf.

Andere, beispielsweise quadratringförmig ausgebildete Strömungsquerschnitte sind selbstverständlich ebenfalls für die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignet. Auch kann der Strömungsraum mehrere Hohlräume zur parallelen Aufnahme mehrerer Dämpfungskerne aufweisen. Zur Ausbildung eines besonders dünnspaltigen Strömungsraumes bietet ein Hohlstrang bei vergrößerter Strangstärke vorteilhaft die Möglichkeit, seine innere Mantelfläche nur unwesentlich kleiner auszubilden, als seine äußere Mantelfläche. Die vergrößerte Strangstärke ermöglicht schließlich eine Ausbildung vorteilhaft großer Schallabsorptionsflächen zwischen Abgaskanal und Dämpfungskern einerseits sowie eine Ausbildung vorteilhaft großer Wärmeübergangsflächen zwischen Abgaskanal und Kühlwasserkanal andererseits. Während sich aus den vergrößerten Schallabsorptions- und Wärmeübergangsflächen eine Leistungssteigerung ergibt, sorgt die in ihrer Größe unveränderte Strömungsquerschnittsfläche des Abgaskanals für maximal kleine bauliche Abmessungen. Nach einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist auch mit dem Kühlwasserkanal wenigstens ein als Hohlstrang geformter Strömungsraum ausgebildet. Dieser Strömungsraum weist vorzugsweise einen an den Strömungsquerschnitt des Abgaskanals angepassten Strömungsquerschnitt, vorzugsweise jedoch einen kreisringförmig ausgebildeten

Strömungsquerschnitt auf.

Nach einer nächsten Weiterbildung der Erfindung weist zumindest der Strömungsraum des Abgaskanals wenigstens einen zwischen Drallblechen wendeiförmig ausgebildeten Strömungsweg auf. Die Wendelform führt zur

Ausbildung turbulenter Strömungsverhältnisse und gewährlistet somit an den Wärmeübertragerflächen einen maximalen Wärmeübergang. Außerdem können mit den Drallblechen zusätzliche Wärmeübertragerflächen ausgebildet sein. Zur Verbesserung des Lärmschutzes weist der Abgaskanal wenigstens eine zwischen Prallplatten ausgebildete Interferenzkammer auf. Die

Interferenzkammer hat ein im Wesentlichen destruktives Interferenzmuster, so dass Schallwellen einander gegenseitig auslöschen können. Dazu weisen die die Interferenzkammer ausbildenden Prallplatten verschiedene unregelmäßig angeordnete oder ausgebildete Lochungen auf, mit denen ein Auftreten von Resonanzschwingungen oder von ungestörten Schallreflektionen verhindert wird.

Außerdem ist vorgesehen, den Schallschutz dadurch zu verbessern, dass dem Abgaskanal wenigstens eine in seinem Abgaseinlass angeordnete Diffusionsplatte zugeordnet ist. Mit dieser Platte erfolgt vorzugsweise eine

Vergleichmäßigung eines von den Taktzyklen eines Verbrennungsmotors geprägten Abgasstromes. Dazu bildet die Diffusionsplatte einen gleichmäßig über die Strömungsquerschnittsfläche wirkenden Strömungswiderstand, beispielsweise mit Hilfe einer Lochstruktur, aus.

Zur leistungsspezifischen Anpassung des Abgasstranges an einen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung betriebenen Verbrennungsmotor weist der Strömungsraum eine über die Länge seines Strömungsweges hinweg ausgebildete Reduktion seines Strömungsquerschnittes auf. Vorzugsweise wirkt diese Reduktion dem durch Abkühlung im Wärmeübertrager kleiner werdenden Volumenstrom entgegen, so dass die Strömungsgeschwindigkeit über die gesamte Länge des Abgaskanals etwa konstant gehalten werden kann.

Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist dem Abgaskanal wenigstens ein Katalysator zur Verminderung der Schadstoffemissionen in einem den Abgaskanal verlassenden

Verbrennungsgas zugeordnet. Zur baulichen Integration eines solchen Katalysators wird vorgeschlagen, diesen im Dämpfungskern des Schalldämpfers auszubilden. Dazu bedarf es einer Umlenkung des Abgasstromes an wenigstens einem Ende des Abgaskanals. Vorzugsweise ist der Katalysator sogar zum Dämpfungskern ausgebildet. Dazu weist das für die

Ausbildung des Dämpfungskerns verwendete Material sowohl schalldämpfende als auch katalytische Eigenschaften auf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt.

Die einzige Figur zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Behandeln eines Abgasstromes im Mittelschnitt. Die Vorrichtung hat einen Abgaskanal 1 , dem ein Schalldämpfer und Wärmeübertrager zugeordnet sind. Mit dem Abgaskanal 1 ist ein als

Hohlstrang geformter Strömungsraum 2 ausgebildet. Während der Schalldämpfer einen an der inneren Mantelfläche 3 des Hohlstranges ausgebildeten Dämpfungskern 4 aufweist, hat der Wärmeübertrager einen an der äußeren Mantelfläche 5 des Hohlstranges ausgebildeten Kühlwasserkanal 6. Der Kühlwasserkanal 6 hat hingegen einen als Hohlstrang geformten

Strömungsraum 7. Im Strömungsraum 2 des Abgaskanals 1 ist ein zwischen Drallblechen 8 wendeiförmig verlaufender Strömungsweg ausgebildet. Außerdem weist der Abgaskanal 1 eine zwischen Prallplatten 9, 10 ausgebildete Interferenzkammer 1 1 auf. Die Prallplatte 10 weist eine von der Interferenzkammer 1 1 in eine Eintrittsverteilungskammer 12 führende Durchlassöffnung 13 auf. Die Prallplatte 9 weist einen Sensoranschluss 14 sowie einen Anschlussflansch 15 mit einer Abgaseinlassöffnung 16 auf. Ein dem Abgaskanal 1 zugeordneter Katalysator 17 ist in der Interferenzkammer 1 1 gelegen und weist eine an der Abgaseinlassöffnung 16 angeordnete Diffusionsplatte 18 sowie einen hinter der Diffusionsplatte 18 gelegenen Katalysatorkern 19 auf. Der Kühlwasserkanal 6 weist einen Kühlwassereintrittsstutzen 20, einen Kühlwasseraustrittsstutzen 21 sowie einen Entlüftungsstutzen 22 auf. Eine dem kreisringsfömigen Strömungsraum 2 des Abgaskanals 1 austrittsseitig vorgelagerte Austrittsverteilungskammer 23 ist mit einem Prallblech 24 verschlossen, welches eine als Abgasauslass fungierende Lochstruktur 25 aufweist. Am Kühlwasserkanal 6 ausgebildete Haltelaschen 26, 27 dienen der Aufhängung der erfindungsgemäßen

Vorrichtung im nicht dargestellten Abgasstrang eines Verbrennungsmotors.

Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.