DE102014015786A1 - Device for removing solid fractions from the flue gas of internal combustion engines or industrial gas turbines - Google Patents

Device for removing solid fractions from the flue gas of internal combustion engines or industrial gas turbines Download PDF

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Entfernung von Feststoffanteilen aus dem Rauchgas von Brennkraftmaschinen (7) oder Industriegasturbinen vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung eine Struktur mit metallischen Partikeln aufweist und die metallischen Partikel zu einer gefilzten oder filzähnlichen Metallstruktur (1) verbunden sind und an einer flächigen Trägerstruktur (2) angeordnet sind.The invention relates to a device for removing solid fractions from the flue gas of internal combustion engines (7) or industrial gas turbines, the device having a structure with metallic particles and the metallic particles being connected to a felted or felt-like metal structure (1) and attached to a flat support structure (FIG. 2) are arranged.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung von Feststoffanteilen aus dem Rauchgas von Brennkraftmaschinen oder Industriegasturbinen, wobei die Vorrichtung eine Struktur mit metallischen Partikeln aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a device for removing solid fractions from the flue gas of internal combustion engines or industrial gas turbines, the device having a structure with metallic particles, according to the preamble of claim 1.

Die Entfernung von Feststoffen aus dem Rauchgas von Brennkraftmaschinen mittels Partikelfiltern ist beispielsweise aus dem Kraftfahrzeugbereich bekannt. Auch ist es bereits bekannt geworden, bei Kraftwerken gefilzte Filterstrukturen zur Rauchgasreinigung einzusetzen, die mittels Druckluft periodisch gereinigt werden, um erhöhte Druckverluste durch den übermäßigen Aufbau eines Filterkuchens auf der Filterstruktur zu vermeiden. Die dazu eingesetzten Filterwerkstoffe besitzen üblicherweise eine Temperaturbeständigkeit im Bereich von 220 bis 250°C, während die Abgastemperatur von in der Kraftwerkstechnik verstärkt eingesetzter Brennkraftmaschinen im Bereich von 380 bis 400°C liegt und die Abgastemperatur von in der Kraftwerkstechnik auch eingesetzter Industriegasturbinen im Bereich von 500 bis 600°C liegt.The removal of solids from the flue gas of internal combustion engines by means of particle filters is known for example from the motor vehicle field. It has also become known to use felted filter structures for flue gas cleaning in power plants, which are periodically cleaned by means of compressed air in order to avoid increased pressure losses due to the excessive buildup of a filter cake on the filter structure. The filter materials used for this purpose usually have a temperature resistance in the range of 220 to 250 ° C, while the exhaust gas temperature of increasingly used in power plant technology internal combustion engines in the range of 380 to 400 ° C and the exhaust gas temperature of used in power plant technology also industrial gas turbines in the range of 500 to 600 ° C is located.

Die bislang eingesetzten Filterstrukturen sind für die Verwendung in dem oben genannten Temperaturbereich der Brennkraftmaschinen und Industriegasturbinen ungeeignet. Es sind daher auch bereits Filterstrukturen für die Heißgasfiltration in der Form von Sinterfiltern oder Metallschaumfiltern bekannt geworden, deren Abscheidegrad im Verhältnis zu dem von den Filtern erzeugten Druckverlusten aber ungünstig ist und deren Herstellung kostenintensiv ist.The filter structures used hitherto are unsuitable for use in the abovementioned temperature range of internal combustion engines and industrial gas turbines. Filter structures for hot gas filtration in the form of sintered filters or metal foam filters have therefore already become known, but their degree of separation in relation to the pressure losses generated by the filters is unfavorable and their production is cost-intensive.

Anhand der DE 11 2008 003 152 T5 ist bereits ein Filter mit metallischen Partikeln in der Form von längs gerichteten Metallfasern bekannt geworden, der zum Abscheiden von Russpartikeln aus dem Abgas von Dieselmotoren verwendet wird.Based on DE 11 2008 003 152 T5 For example, a filter with metallic particles in the form of longitudinal metal fibers has been known which is used for separating soot particles from the exhaust gas of diesel engines.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Entfernung von Feststoffanteilen aus dem Rauchgas von Brennkraftmaschinen oder Industriegasturbinen zu schaffen, die metallische Partikel aufweist und kostengünstig hergestellt werden kann, die Filterfläche der Vorrichtung oberflächenbehandelt werden kann zur Weiterbehandlung des Abgases und die Vorrichtung gleichzeitig die Temperaturstabilität für moderne Motoren und Industriegasturbinen erfüllt, wie sie in der Kraftwerkstechnik eingesetzt werden. Auch soll ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschaffen werden.The present invention is based on the object to provide a device for removing solid fractions from the flue gas of internal combustion engines or industrial gas turbines, which has metallic particles and can be produced inexpensively, the filter surface of the device can be surface treated for further treatment of the exhaust gas and the device simultaneously The temperature stability for modern engines and industrial gas turbines, as they are used in power plant technology. Also, a method for surface treatment of the device according to the invention is to be created.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe hinsichtlich der Vorrichtung die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben. Darüber hinaus schafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer gefilzten oder filzähnlichen Metallstruktur nach dem Anspruch 6 und ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung einer gefilzten oder filzähnlichen Metallstruktur nach dem Anspruch 7.The invention has to solve this problem with respect to the device to the features specified in claim 1. Advantageous embodiments thereof are described in the further claims. In addition, the invention provides a method for producing a felted or felt-like metal structure according to claim 6 and a method for the surface treatment of a felted or felt-like metal structure according to claim 7.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung zur Entfernung von Feststoffanteilen aus dem Rauchgas von Brennkraftmaschinen oder Industriegasturbinen, wobei die Vorrichtung eine Struktur mit metallischen Partikeln aufweist und die metallischen Partikel zu einer gefilzten oder filzähnlichen Metallstruktur verbunden sind und an einer flächigen Trägerstruktur angeordnet sind.The invention provides a device for removing solid fractions from the flue gas of internal combustion engines or industrial gas turbines, wherein the device has a structure with metallic particles and the metallic particles are connected to a felted or felt-like metal structure and arranged on a flat support structure.

Mit dem Begriff der gefilzten oder filzähnlichen Metallstruktur wird zum Ausdruck gebracht, dass die metallischen Partikel der erfindungsgemäßen Vorrichtung in zueinander ungerichteter Anordnung vorliegen, wodurch eine große zur Rauchgasfilterung bereitgestellte Oberfläche bezogen auf das von der Vorrichtung benötigte Einbauvolumen erreicht wird. Darüber hinaus wird dadurch auch erreicht, dass die zur Bildung der Metallstruktur benötigten metallischen Partikel nicht mit speziellen Fertigungsschritten in eine zueinander ausgerichtete Lage verbracht werden müssen, was die Fertigungskosten verringert und zudem durch den Einsatz metallischer Partikel erreicht wird, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung dem Abgastemperaturbereich von Industriegasturbinen dauerhaft standhält.The term felted or felt-like metal structure expresses that the metallic particles of the device according to the invention are in an undirected arrangement with respect to one another, whereby a large surface area provided for the flue gas filtration is achieved relative to the installation volume required by the device. In addition, this also ensures that the metallic particles required for the formation of the metal structure need not be spent with special manufacturing steps in a mutually aligned position, which reduces the manufacturing costs and is also achieved by the use of metallic particles that the inventive device the exhaust gas temperature range of Industrial gas turbines durable withstand.

Es ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Metallstruktur asymmetrisch ausgebildet ist und die metallischen Partikel weitgehend an einer Deckseite der Trägerstruktur angeordnet vorgesehen sind. Bei bekannten Filterstrukturen wird ein Filtervlies zwischen zwei Decklagen angeordnet, wobei die Decklagen dazu dienen, das Filtervlies zu schützen und das unkontrollierte Austreten von Material aus dem Vlies zu vermeiden. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Trägerstruktur nur einseitig vorgesehen, so dass sich ein asymmetrischer Aufbau der Metallstruktur ergibt, da ein unkontrolliertes Austreten der metallischen Partikel aus dem gefilzten Metallstrukturverbund aufgrund der hohen Haftkraft der einzelnen Partikel aneinander nichts zu befürchten ist.It is provided according to a development of the invention that the metal structure is formed asymmetrically and the metallic particles are provided largely arranged on a cover side of the support structure. In known filter structures, a filter fleece is arranged between two cover layers, wherein the cover layers serve to protect the filter fleece and to prevent the uncontrolled escape of material from the fleece. In the apparatus according to the invention, a support structure is provided only on one side, resulting in an asymmetrical structure of the metal structure, since an uncontrolled leakage of the metallic particles from the felted metal structure composite due to the high adhesive force of the individual particles to each other is to be feared.

Die Metallstruktur kann so beispielsweise als Mattenkörper ausgebildet werden mit der Trägerstruktur an einer Deckseite der Matte und der so gebildete Mattenkörper kann eine rohrstückförmige und für das Rauchgas durchlässige Leitung umschließen, so dass das Rauchgas radial in die Mattenstruktur eintreten kann und sich Feststoffanteile in den Hohlräumen zwischen den gefilzten metallischen Partikel ansammeln können. Durch die asymmetrische Ausbildung wird erreicht, dass die Hohlräume in Richtung radial auswärts kleiner werden und zwar das Rauchgas selbst durchtreten kann, die darin enthaltenen Feststoffanteile aber in der Metallstruktur zurück gehalten werden.The metal structure can thus be formed, for example, as a mat body with the support structure on a cover side of the mat and the mat body thus formed can surround a pipe-shaped and permeable to the flue gas pipe, so that the flue gas can enter radially into the mat structure and solid particles in the cavities between the felted metallic particles can accumulate. As a result of the asymmetrical design, it is achieved that the cavities become smaller in the direction radially outward, and indeed the flue gas itself can pass through, but the solids contained therein are retained in the metal structure.

Um den asymmetrischen Aufbau zu erreichen, ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Packungsdichte der Metallstruktur in Richtung zur Trägerstruktur hin abnimmt. Unter der Packungsdichte wird dabei die Zahl der metallischen Partikel pro Volumeneinheit der Metallstruktur verstanden. Eine hohe Zahl von metallischen Partikeln pro Volumeneinheit sorgt dafür, dass die zwischen den Partikeln vorhandenen Hohlräume kleinvolumig sind, und daher die für den Durchtritt von Feststoffanteilen aus dem Rauchgas zur Verfügung stehenden Flächen klein sind, während eine niedrigere Zahl von metallischen Partikeln dafür sorgt, dass die Hohlräume groß sind und daher die Eindringtiefe der Feststoffanteile in die Metallstruktur groß ist. Die Feststoffanteile können daher von der Trägerstruktur ausgehend in die gefilzte oder filzähnliche Metallstruktur eindringen, sie aber nicht durchdringen.In order to achieve the asymmetric structure, it is provided according to a development of the invention that the packing density of the metal structure decreases in the direction of the support structure. The packing density is understood to mean the number of metallic particles per unit volume of the metal structure. A high number of metallic particles per unit volume ensures that the voids present between the particles are small-volume, and therefore the areas available for the passage of solids from the flue gas are small, while a lower number of metallic particles ensures that the cavities are large and therefore the penetration depth of the solids in the metal structure is large. The solid components can therefore penetrate from the support structure in the felted or felt-like metal structure, but they do not penetrate.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Metallstruktur metallische Fäden und/oder Fasern aufweist. Die Fäden und/oder Fasern können unterschiedliche Längen und unterschiedliche Durchmesser aufweisen, so dass die vorstehend beschriebene Packungsdichte gezielt gesteuert werden kann, also beispielsweise Fäden und/oder Fasern mit größerem Durchmesser näher zur Trägerstruktur angeordnet sind als Fäden und/oder Fasern mit kleinerem Durchmesser.According to a development of the invention, it is provided that the metal structure has metallic threads and / or fibers. The threads and / or fibers can have different lengths and different diameters, so that the above-described packing density can be controlled selectively, that is, for example, threads and / or fibers with a larger diameter are arranged closer to the support structure than threads and / or fibers with a smaller diameter.

Auch ist es nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Metallstruktur nichtmetallische Fäden und/oder Fasern aufweist, bei denen es sich beispielsweise um keramische oder Quarzbestandteile aufweisende Fäden und/oder Fasern handeln kann, so dass die Masse der Metallstruktur pro Volumeneinheit ebenfalls gezielt gesteuert werden kann.It is also provided according to a development of the invention that the metal structure comprises non-metallic filaments and / or fibers, which may be, for example, ceramic or quartz constituent filaments and / or fibers, so that the mass of the metal structure per unit volume also controlled specifically can be.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Herstellung einer gefilzten oder filzähnlichen Metallstruktur, das den Schritt des thermischen Sinterns metallischer Fasern und/oder Fäden umfasst. Durch das thermische Sintern wird erreicht, dass die Fasern und/oder Fäden an den Punkten, an denen sie sich berühren, eine Verbindung miteinander eingehen und so eine mechanisch belastbare Struktur geschaffen wird, bei der die Gefahr des sich Lösens von Fäden und/oder Fasern aus der Struktur verringert ist, so dass keine Notwendigkeit mehr gegeben ist, zu beiden Deckseiten der Metallstruktur eine Decklage vorzusehen.The invention also provides a method of making a felted or felt-like metal structure comprising the step of thermally sintering metallic fibers and / or filaments. By thermal sintering is achieved that the fibers and / or threads at the points at which they touch, connect with each other and so a mechanically resilient structure is created, in which the risk of loosening threads and / or fibers is reduced from the structure, so that there is no longer a need to provide a cover layer on both sides of the cover metal structure.

Auch ist es nach einer Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass eine Oberflächenbehandlung an der gefilzten oder filzähnlichen Metallstruktur durchgeführt wird, indem eine Beschichtung auf der Metallstruktur mittels einer galvanischen Abscheidung durchgeführt wird und/oder eine Beschichtung auf der Metallstruktur mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung durchgeführt wird.It is also provided according to a development of the method that a surface treatment on the felted or felt-like metal structure is carried out by a coating on the metal structure is carried out by means of a galvanic deposition and / or a coating on the metal structure by means of a physical vapor deposition is performed.

Dadurch kann beispielsweise eine katalytische Beschichtung der Metallstruktur erreicht werden, so dass die Metallstruktur nicht nur zur Partikelabscheidung aus dem Rauchgas geeignet ist, sondern auch zur Nachbehandlung des Rauchgases durch beispielsweise Oxidation oder Reduzierung der Stickoxide im Rauchgas.As a result, for example, a catalytic coating of the metal structure can be achieved so that the metal structure is suitable not only for particle separation from the flue gas, but also for after-treatment of the flue gas by, for example, oxidation or reduction of the nitrogen oxides in the flue gas.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch vorgesehen, dass Fäden und/oder Fasern mit unterschiedlicher Querschnittsfläche zur Bildung der Metallstruktur verwendet werden. So ist es beispielsweise möglich, in einer Schnittansicht kreuzförmig oder trapezförmig ausgebildete Fäden und/oder Fasern zur Bildung der Metallstruktur zu verwenden. Der Einsatz unterschiedlicher Querschnittsflächen hat den Vorteil, dass dadurch bereits eine gute Haftverbindung der einzelnen unterschiedlich geformten Fasern und/oder Fäden erreicht werden kann, bevor die Metallstruktur durch einen thermischen Sintervorgang verfestigt wird, da aufgrund der unterschiedlichen Querschnittsflächen sich die Fasern und/oder Fäden untereinander verhaken und somit bereits eine in sich feste Struktur erzielt werden kann.According to a development of the method according to the invention, it is also provided that threads and / or fibers with a different cross-sectional area are used to form the metal structure. It is thus possible, for example, to use cross-shaped or trapezoidal threads and / or fibers in a sectional view to form the metal structure. The use of different cross-sectional areas has the advantage that thereby already a good adhesion of the individual differently shaped fibers and / or threads can be achieved before the metal structure is solidified by a thermal sintering process, since due to the different cross-sectional areas, the fibers and / or threads with each other and thus already a solid structure can be achieved.

Nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es auch vorgesehen, dass Fasern und/oder Fäden mit von einer gestreckten Konfiguration abweichenden Konfiguration verwendet werden. So können beispielsweise ähnlich einem Korkenzieher wendelförmige oder verdrillte Fasern und/oder Fäden zur Bildung der Metallstruktur verwendet werden. Diese Konfiguration sorgt dafür, dass sich die einzelnen Fasern und/oder Fäden miteinander zur Bildung einer festen Struktur verhaken.According to a development of the method according to the invention, it is also provided that fibers and / or threads are used with a different configuration from a straight configuration. For example, like a corkscrew, helical or twisted fibers and / or filaments may be used to form the metal structure. This configuration ensures that the individual fibers and / or threads interlock with each other to form a solid structure.

Auch ist es nach einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass Fasern und/oder Fäden mit einer von einer glattflächigen Außenkontur abweichenden Außenkontur zur Bildung der Metallstruktur verwendet werden. Die Fasern und/oder Fäden können beispielsweise an der Außenkontur mit Schuppen versehen sein oder auch eine poröse Struktur aufweisen. Eine solche Ausbildung sorgt dafür, dass die Oberfläche der Metallstruktur verglichen mit der Oberfläche einer aus glattflächigen Fasern und/oder Fäden gebildeter Metallstruktur deutlich ansteigt und somit die zur an Lagerung der abzuscheidenden Feststoffanteile zur Verfügung stehenden Aufnahmeflächen ansteigt.It is also provided according to a development of the method according to the invention that fibers and / or threads are used with a deviating from a smooth outer contour outer contour to form the metal structure. The fibers and / or threads may, for example, be provided with scales on the outer contour or may also have a porous structure. Such a design ensures that the surface of the metal structure increases significantly compared to the surface of a metal structure formed from smooth-surfaced fibers and / or filaments, and thus increases the absorption surfaces available for the storage of the solids to be deposited.

Schließlich schafft die Erfindung auch eine Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, und einer mit der Brennkraftmaschine gekoppelten Katalysatoreinrichtung, die sich dadurch auszeichnet, dass die Vorrichtung stromabwärts der Brennkraftmaschine und stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung angeordnet ist. Finally, the invention also provides an internal combustion engine having a device as described above and a catalyst device coupled to the internal combustion engine, which is characterized in that the device is arranged downstream of the internal combustion engine and upstream of the catalyst device.

Damit kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem Rauchgas der Brennkraftmaschine als strömungstechnisch erste Einrichtung im Abgastrakt beaufschlagt werden und somit verhindert werden, dass die Katalysatoreinrichtung mit Rauchgas beaufschlagt wird, das eine große Menge von Feststoffanteilen aufweist. Eine solche Konfiguration sorgt dafür, dass der Katalysator kleiner ausgebildet werden kann als ein Katalysator, wie er in bekannter Weise unmittelbar strömungstechnisch im Anschluss der Brennkraftmaschine angeordnet ist.Thus, the device according to the invention can be acted upon with the flue gas of the internal combustion engine as the fluidically first device in the exhaust system and thus be prevented that the catalyst device is subjected to flue gas having a large amount of solids. Such a configuration ensures that the catalyst can be made smaller than a catalyst, as it is arranged in a known manner directly fluidically in the connection of the internal combustion engine.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. This shows in:

1 einen Ausschnitt aus einer gefilzten Metallstruktur einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 a detail of a felted metal structure of an embodiment according to the present invention;

2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts ”A” nach 1; 2 an enlarged view of a section "A" after 1 ;

3 Darstellungen unterschiedlicher Fasern und/oder Fäden zur Bildung der Metallstruktur; 3 Representations of different fibers and / or filaments to form the metal structure;

4 einen Ausschnitt aus einer gefilzten Metallstruktur einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; und 4 a section of a felted metal structure of another embodiment according to the present invention; and

5 eine schematische Darstellung eines Aufbaus einer Brennkraftmaschine mit einem angeschlossenen Abgastrakt, der der eine Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, einem Katalysator und einen Wärmetauscher sowie einen Rauchgasabzug aufweist. 5 a schematic representation of a structure of an internal combustion engine with an exhaust system connected, comprising the one device according to the present invention, a catalyst and a heat exchanger and a flue gas outlet.

1 der Zeichnung zeigt einen Ausschnitt aus einer Metallstruktur nach einer Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem näher anhand von 2 der Zeichnung vergrößert dargestellten Ausschnitt ”A”. 1 The drawing shows a section of a metal structure according to an embodiment of the present invention with a closer reference to 2 the drawing enlarged detail shown "A".

Die Metallstruktur 1 besitzt eine Trägerstruktur 2, bei der es sich beispielsweise um ein temperaturstabiles flächiges Gewebe handeln kann. Es kann dies beispielsweise ein Metallgitter mit Verstärkungsdrähten 4 oder dergleichen sein.The metal structure 1 has a support structure 2 , which may be, for example, a temperature-stable planar tissue. This can be, for example, a metal mesh with reinforcement wires 4 or the like.

In der Zeichnungsebene linksseitig von der Trägerstruktur ist ein asymmetrischer Faserstrukturaufbau 3 angeordnet, der eine Packungsdichte aufweist, die in Richtung zur Trägerstruktur 2 hin abnimmt. Die Packungsdichte ist in dem Bereich mit dem größten Abstand von der Trägerstruktur 2 am größten, d. h. die dort befindlichen Hohlräume sind am kleinsten ausgebildet, während die Hohlräume in Richtung zur Trägerstruktur 2 hin zunehmend ausgebildet sind.In the drawing plane on the left side of the support structure is an asymmetric structure of fiber structure 3 arranged, which has a packing density, which in the direction of the support structure 2 decreases. The packing density is in the area with the greatest distance from the support structure 2 largest, ie the cavities located there are the smallest, while the cavities in the direction of the support structure 2 increasingly trained.

Die Faserstruktur 3 besitzt einen ähnlich einem Filz ausgebildeten Aufbau, der näher anhand von 2 der Zeichnung ersichtlich ist. Der Aufbau zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Fasern willkürlich angeordnet sind, ohne einen jeweils gezielt zueinander ausgerichteten Verlauf zu besitzen.The fiber structure 3 has a similar to a felt formed structure, which is described in more detail by 2 the drawing is visible. The structure is characterized in particular by the fact that the fibers are arranged arbitrarily, without having a respectively targeted aligned course.

Der der in 2 vergrößert dargestellte Ausschnitt ”A” zeigt eine Vielzahl von Metallfasern 5, die in willkürlich zueinander verlaufender Ausrichtung angeordnet sind und sich an vergrößert dargestellten Verbindungspunkten 6 berühren und dort mittels eines thermischen Sintervorgangs aneinander festgelegt werden, so dass die so gebildete Faserstruktur 3 nachfolgend beispielsweise mittels eines mechanischen Verformungsvorgangs weiter bearbeitet werden kann, beispielsweise verdichtet werden kann. Dadurch lässt sich auch die Packungsdichte der Metallstruktur 1 gesteuert beeinflussen.The one in 2 enlarged detail "A" shows a variety of metal fibers 5 which are arranged in arbitrarily aligned alignment and at enlarged connection points shown 6 touch and there are fixed to each other by means of a thermal sintering process, so that the fiber structure thus formed 3 Subsequently, for example, by means of a mechanical deformation process can be further processed, for example, can be compressed. This also allows the packing density of the metal structure 1 controlled influence.

Darüber hinaus ist die Faserstruktur 3 auch mittels einer katalytischen Beschichtung behandelt worden, so dass neben der Abscheidung von Feststoffanteilen aus dem Rauchgas der in 5 dargestellten Brennkraftmaschine 7 eine Weiterbehandlung des Rauchgases mittels beispielsweise einer Oxidation beziehungsweise der Verringerung der Stickoxide möglich ist.In addition, the fiber structure 3 Also treated by means of a catalytic coating, so that in addition to the deposition of solids from the flue gas in 5 illustrated internal combustion engine 7 a further treatment of the flue gas by means of, for example, an oxidation or the reduction of nitrogen oxides is possible.

3 zeigt eine Vielzahl von möglichen Konfigurationen der zur Bildung der erfindungsgemäßen Metallstruktur verwendbaren Fasern und/oder Fäden aus einem Metallwerkstoff. 3 shows a variety of possible configurations of the fibers and / or filaments of a metal material that can be used to form the metal structure according to the invention.

Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, kann der Faden 8 eine lang gestreckte Konfiguration mit einer glatten Außenkontur aufweisen, und im Querschnitt kreisscheibenförmig ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich können auch ähnlich einer Wendel ausgebildete Fäden 9 zum Einsatz kommen, die in einer Schnittansicht flach ausgebildet sind.As it is readily apparent, the thread can 8th have an elongated configuration with a smooth outer contour, and be circular disk-shaped in cross-section. Alternatively or additionally, threads formed similarly to a helix may also be used 9 are used, which are formed flat in a sectional view.

Ebenfalls alternativ oder zusätzlich können auch Fäden 10 verwendet werden, die in einer Draufsichtansicht zickzackförmig und in der Querschnittsansicht kreuzförmig ausgebildet sind. Schließlich zeigt 3 auch eine weitere Ausführungsform von Fäden 11, die miteinander verdrillt vorliegen und in einer Querschnittsansicht rautenförmig ausgebildet sind und ebenfalls alternativ oder zusätzlich zu allen anderen Formen von Fäden und/oder Fasern zur Bildung der Metallstruktur verwendet werden können.Also alternatively or additionally, threads may also be used 10 may be used, which are zigzag in a plan view and cross-shaped in cross-sectional view. Finally shows 3 also another embodiment of threads 11 , which are twisted together and are diamond-shaped in a cross-sectional view and also alternatively or in addition to all other forms of filaments and / or fibers can be used to form the metal structure.

4 der Zeichnung zeigt eine weitere Ausführungsform einer Metallstruktur 1 mit einer Trägerstruktur 2 und einer daran angeordneten Faserstruktur 3 mit einer Vielzahl von zickzackförmig ausgebildeter Fäden 10 zur Bildung einer Filterstruktur 12 zur Entfernung von Feststoffanteilen aus dem Rauchgas der Brennkraftmaschine 7. Neben den Fäden 10 weist die Ausführungsform nach 4 auch Fäden 8 auf, die lang gestreckt und mit einer glatten Außenoberfläche ausgebildet sind und als Verstärkungsstruktur der Trägerstruktur 2 dienen. Schließlich zeigt 4 auch noch einen weiteren Faden 13 aus einem Metallwerkstoff, der an seiner Außenfläche mit Schuppen 14 versehen ist und so eine große Oberfläche aufweist und alternativ oder zusätzlich zu allen in 3 der Zeichnung dargestellten Faserformen zur Bildung der Metallstruktur 1 verwendet werden kann und aufgrund der Schuppen 14 eine große Außenoberfläche zur Abscheidung von Feststoffanteilen aus dem Rauchgas und zur Bildung einer katalytisch wirksamen beschichteten Oberfläche besitzt. 4 The drawing shows a further embodiment of a metal structure 1 with a support structure 2 and a fiber structure disposed thereon 3 with a variety of zigzag threads 10 to form a filter structure 12 for the removal of solids from the flue gas of the internal combustion engine 7 , Next to the threads 10 the embodiment according to 4 also threads 8th which are elongated and formed with a smooth outer surface and as a reinforcing structure of the support structure 2 serve. Finally shows 4 also another thread 13 made of a metal material that scales on its outer surface 14 is provided and thus has a large surface and, alternatively or in addition to all in 3 The illustrated fiber forms to form the metal structure 1 can be used and due to the dandruff 14 has a large outer surface for the separation of solids from the flue gas and to form a catalytically active coated surface.

5 der Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 7 mit einem sich stromabwärts unmittelbar an die Brennkraftmaschine anschließenden Abgasfilter 15, der gleichzeitig der Entschwefelung der Rauchgase der Brennkraftmaschine 7 dient. Die Desulfatierung kann dabei durch innermotorische oder postmotorische Maßnahmen erreicht werden, wie beispielsweise eine temporäre Vorverlagerung des Beginns der Kraftstoffeinspritzung in mindestens einen Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine zur Bereitstellung von Kohlenwasserstoffen im Rauchgas zum Erreichten der für eine Regeneration benötigten Aktivierungstemperatur. Auch andere Maßnahmen sind hierbei möglich. 5 The drawing shows a schematic representation of an internal combustion engine 7 with a downstream immediately downstream of the engine exhaust filter 15 , which at the same time desulfurization of the flue gases of the internal combustion engine 7 serves. The desulfation can be achieved by internal engine or post-engine measures, such as a temporary forward displacement of the beginning of the fuel injection in at least one working cylinder of the internal combustion engine to provide hydrocarbons in the flue gas to achieve the required activation temperature for regeneration. Other measures are possible here.

Stromabwärts des Abgasfilters 15 befindet sich Katalysator zur Weiterbehandlung des Rauchgases angeordnet, dem ein Wärmetauscher 17 folgt, über den die im Rauchgas enthaltene Wärmeenergie entzogen werden kann, um beispielsweise der Kraftstoffvorwärmung oder der Heizung von Gebäuden zu dienen. Schließlich verlässt das Rauchgas den Abgastrakt über einen Rauchgasabzug 18. Da das Rauchgas bereits im Abgasfilter 15 entschwefelt werden kann, kann es im nachfolgenden Wärmetauscher 17 einem wesentlich stärkeren Wärmeentzug ausgesetzt werden, als dies bei bekannten Anlagen der Fall ist, da das Rauchgas bereits entschwefelt wurde und daher nicht mehr die Gefahr einer Schwefelsäurekorrosion beim Erreichen des Taupunkts besteht.Downstream of the exhaust filter 15 is arranged catalyst for further treatment of the flue gas, which is a heat exchanger 17 follows, over which the heat energy contained in the flue gas can be withdrawn, for example, to serve the fuel preheating or heating of buildings. Finally, the flue gas leaves the exhaust tract via a flue gas outlet 18 , Since the flue gas is already in the exhaust filter 15 can be desulfurized, it may be in the subsequent heat exchanger 17 be exposed to a much greater heat removal, as is the case with known systems, since the flue gas has already been desulfurized and therefore no longer the risk of sulfuric acid corrosion when reaching the dew point.

Da dem Rauchgas auch die Feststoffanteile bereits im Abgasfilter 15 entzogen wurde, kann der Katalysator 16 und auch der Wärmetauscher 17 wesentlich kleiner ausgebildet werden, als dies bei bekannten Anlagen der Fall ist, da keine Gefahr der Verstopfung des Katalysators und des Wärmetauschers durch die Feststoffpartikel im Rauchgas mehr besteht.Since the flue gas and the solids already in the exhaust filter 15 was withdrawn, the catalyst can 16 and also the heat exchanger 17 be formed much smaller than is the case with known systems, since there is no longer a risk of clogging of the catalyst and the heat exchanger by the solid particles in the flue gas.

Durch die spezifischen Oberflächenstruktur der Metallfäden, wie beispielsweise Schuppen, die Ausbildung poröse Oberflächen durch Leaching, kann die wirksame Oberfläche der Metallstruktur deutlich vergrößert werden und damit die Partikelanhaftung verbessert werden.Due to the specific surface structure of the metal threads, such as flakes, the formation of porous surfaces by leaching, the effective surface of the metal structure can be significantly increased and thus the particle adhesion can be improved.

Die Metallfäden können katalytisch beschichtet werden, um gleichzeitig die entstieg und Oxidation des Rauchgases durchführen zu können. Durch eine plastische Verformung der Metallfäden zur Bildung beispielsweise einer Wellenform können die mechanischen und abscheidetechnischen Eigenschaften der Metallstruktur verbessert werden. Auch kann die Metallstruktur nach ihrer Ausbildung noch durch eine mechanische Verformung nachbearbeitet werden, um beispielsweise die Packungsdichte zu beeinflussen. Durch einen thermischen Sinterprozess kann die mechanische Festigkeit der Metallstruktur verbessert werden, durch die Kombination von unterschiedlich dicken und unterschiedlich geformten Fasern und/oder Fäden aus Metall kann einerseits die Festigkeit der Metallstruktur beeinflusst werden und andererseits auch die Packungsdichte eingestellt werden. Schließlich ist es auch möglich, nichtmetallische Fäden und/oder Fasern mit metallischen Fäden und/oder Fasern zur Bildung der Metallstruktur zu kombinieren, um beispielsweise die Masse der mit der Metallstruktur gebildeten Filterstruktur zu verringern.The metal filaments can be catalytically coated in order to be able to simultaneously carry out the emergence and oxidation of the flue gas. By a plastic deformation of the metal threads to form, for example, a waveform, the mechanical and deposition properties of the metal structure can be improved. Also, the metal structure can be post-processed by a mechanical deformation after their training, for example, to influence the packing density. By a thermal sintering process, the mechanical strength of the metal structure can be improved by the combination of different thickness and differently shaped fibers and / or filaments of metal on the one hand, the strength of the metal structure can be influenced and on the other hand, the packing density can be adjusted. Finally, it is also possible to combine non-metallic filaments and / or fibers with metallic filaments and / or fibers to form the metal structure, for example to reduce the mass of the filter structure formed with the metal structure.

Im Einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird im Übrigen ausdrücklich auf die Einsprechende Zeichnung verwiesen.In particular, not explained in more detail features of the invention, reference is otherwise expressly made to the opponent drawing.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Metallstrukturmetal structure
22
Trägerstruktursupport structure
33
Faserstrukturaufbau, FaserstrukturFiber structure, fiber structure
44
Verstärkungsdrahtreinforcing wire
55
Metallfasernmetal fibers
66
Verbindungspunktjunction
77
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
88th
Faser, FadenFiber, thread
99
Faser, FadenFiber, thread
1010
Faser, FadenFiber, thread
1111
Faser, FadenFiber, thread
1212
Filterstrukturenfilter structures
1313
Faser, FadenFiber, thread
1414
Schuppenshed
1515
Abgasfilterexhaust filter
1616
Katalysatorcatalyst
1717
Wärmetauscherheat exchangers
1818
RauchgasabzugFlue gas exhaust

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 112008003152 T5 [0004] DE 112008003152 T5 [0004]

Claims (11)

Vorrichtung zur Entfernung von Feststoffanteilen aus dem Rauchgas von Brennkraftmaschinen (7) oder Industriegasturbinen, wobei die Vorrichtung eine Struktur mit metallischen Partikeln aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Partikel zu einer gefilzten oder filzähnlichen Metallstruktur (1) verbunden sind und an einer flächigen Trägerstruktur (2) angeordnet sind.Device for removing solids from the flue gas of internal combustion engines ( 7 ) or industrial gas turbines, wherein the device has a structure with metallic particles, characterized in that the metallic particles to a felted or felt-like metal structure ( 1 ) and on a flat support structure ( 2 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstruktur (1) asymmetrisch ausgebildet und die metallischen Partikel weitgehend an einer Deckseite der Trägerstruktur (2) angeordnet vorgesehen ist.Device according to claim 1, characterized in that the metal structure ( 1 ) asymmetrically formed and the metallic particles largely on a cover side of the support structure ( 2 ) is arranged arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Packungsdichte der Metallstruktur (1) in Richtung zur Trägerstruktur (2) hin abnimmt.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the packing density of the metal structure ( 1 ) towards the support structure ( 2 ) decreases. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstruktur (1) metallische Fäden (8, 9, 10, 11, 13) und/oder Fasern (8, 9, 10, 11, 13) aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the metal structure ( 1 ) metallic threads ( 8th . 9 . 10 . 11 . 13 ) and / or fibers ( 8th . 9 . 10 . 11 . 13 ) having. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallstruktur (1) nichtmetallische Fäden und/oder Fasern aufweist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the metal structure ( 1 ) has non-metallic threads and / or fibers. Verfahren zur Herstellung einer gefilzten oder filzähnlichen Metallstruktur, gekennzeichnet durch den Schritt des thermischen Sinterns metallischer Fasern (8, 9, 10, 11, 13) und/oder Fäden (8, 9, 10, 11, 13).Process for producing a felted or felt-like metal structure, characterized by the step of thermal sintering of metallic fibers ( 8th . 9 . 10 . 11 . 13 ) and / or threads ( 8th . 9 . 10 . 11 . 13 ). Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch wenigstens einen der nachfolgenden Schritte zur Oberflächenbehandlung einer gefilzten oder filzähnlichen Metallstruktur (1): – Anbringen einer Beschichtung auf der Metallstruktur (1) mittels einer galvanischen Abscheidung – Anbringen einer Beschichtung auf der Metallstruktur (1) mittels einer physikalischen Gasphasenabscheidung.A method according to claim 6, characterized by at least one of the subsequent steps for the surface treatment of a felted or felt-like metal structure ( 1 ): - applying a coating to the metal structure ( 1 ) by means of a galvanic deposition - application of a coating on the metal structure ( 1 ) by means of physical vapor deposition. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch die Verwendung von Fasern (8, 9, 10, 11, 13) und/oder Fäden (8, 9, 10, 11, 13) mit unterschiedlicher Querschnittsfläche.Method according to claim 6 or 7, characterized by the use of fibers ( 8th . 9 . 10 . 11 . 13 ) and / or threads ( 8th . 9 . 10 . 11 . 13 ) with different cross-sectional area. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung von Fasern (8, 9, 10, 11, 13) und/oder Fäden (8, 9, 10, 11, 13) mit von einer gestreckten Konfiguration abweichenden Konfiguration.Method according to one of claims 6 to 8, characterized by the use of fibers ( 8th . 9 . 10 . 11 . 13 ) and / or threads ( 8th . 9 . 10 . 11 . 13 ) having a configuration different from a straight configuration. Verfahren nach einer der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung von Fasern (8, 9, 10, 11, 13) und/oder Fäden (8, 9, 10, 11, 13) mit einer von einer glattflächigen Außenkontur abweichenden Außenkontur.Method according to one of claims 6 to 9, characterized by the use of fibers ( 8th . 9 . 10 . 11 . 13 ) and / or threads ( 8th . 9 . 10 . 11 . 13 ) with a deviating from a smooth outer contour outer contour. Brennkraftmaschine (7) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 sowie einer mit der Brennkraftmaschine (7) gekoppelten Katalysatoreinrichtung (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung stromabwärts der Brennkraftmaschine (7) und stromaufwärts der Katalysatoreinrichtung (15) angeordnet ist.Internal combustion engine ( 7 ) with a device according to one of claims 1 to 5 and one with the internal combustion engine ( 7 ) coupled catalyst device ( 15 ), characterized in that the device downstream of the internal combustion engine ( 7 ) and upstream of the catalyst device ( 15 ) is arranged.
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