CN103119257B - 用于处理包含煤烟颗粒的废气的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理包含煤烟颗粒(2)的废气的装置(1)，包括：至少一个用于电离煤烟颗粒(2)的电离部件(3)；至少一个过滤部件(4)，可以对过滤部件(4)的至少一个部分施加电势；以及至少一个导流器件(8)。所述导流器件能够影响废气的流动，使得能够在至少一个电离部件(3)或过滤部件(4)的电绝缘体(9.1，9.2)上阻止或移除煤烟颗粒(2)的沉积。本发明有效阻止了煤烟颗粒(2)沉积到废气净化部件的电绝缘体(9.1，9.2)上，如此地阻止了短路的形成。以此方式，废气系统可以安全操作。

Description

用于处理包含煤烟颗粒的废气的装置
技术领域
本发明涉及一种用于处理包含煤烟颗粒的废气的装置，其尤其具有所谓的静电过滤器或电过滤器。本发明尤其用于机动车辆领域中的移动式内燃机的废气处理，尤其用于缘自柴油燃料的废气的处理。
背景技术
在具有移动式内燃机的机动车辆中和尤其在柴油传动的机动车辆中，内燃机的废气通常包含大量不能排放到环境中的煤烟颗粒。这是由相应的废气排放法令所规定的，其预先限定了单位重量废气或单位体积废气的煤烟颗粒的数量和质量的极限值，也一定程度上预定了整个机动车辆的极限值。煤烟颗粒尤其为废气中的未燃烧的碳和碳氢化合物。
已经讨论过用于在移动式内燃机中从废气中消除煤烟颗粒的多种不同的理念。除了交替在侧部上闭合的壁流式过滤器、开放的次级流动过滤器、重力沉淀器等，已经提出了这样的系统，即其中使废气中的颗粒带电，并且之后使用静电引力使颗粒沉淀。这些系统尤其已知称作为“静电过滤器”或“电过滤器”。
在“电过滤器”的情况中，电场和/或等离子体的设置导致小煤烟颗粒积聚，以形成相对大的煤烟颗粒和/或使煤烟颗粒带电。带电的煤烟颗粒和/或相对大的煤烟颗粒通常明显更容易在过滤系统中沉淀。由于它们相对大的质量惯性，煤烟颗粒积聚体在废气流中更容易借助惯性地被输送，并且它们因此更容易在废气流的偏转点处沉积。由于它们的电荷，带电的煤烟颗粒被吸引朝向它们所沉积的表面，并且释放电荷。在机动车辆的领域中，这也促进了将煤烟颗粒从废气流移除。
因此，对于这种电过滤器而言，大致上提出了在废气管线中布置多个放电电极和集电极。在该情况中，例如利用大约居中地延伸通过废气管线的中间放电电极和作为集电极的废气管线的周围侧部表面来形成电容器。通过该放电电极和集电极的布置，相对于废气的流动方向横向地形成电场，其中可以例如通过处于大约15kV的区域中的高压来操作放电电极。其结果是尤其可以形成电晕放电，通过电晕放电，与废气一同流动通过电场的颗粒以单极的形式带电。由于这种带电，颗粒由于静电库仑力而移动到集电极。
除了其中废气管线实施为集电极的系统，还已知有这样的系统，其中集电极实施为例如丝网。在该情况中，丝网上的颗粒的积累具有如下目的，即在特定的条件下将颗粒与另外的颗粒结合，以借此实现凝聚。流动通过丝网的废气之后将相对较大的颗粒携带起来，并且将它们输送至传统的过滤系统。
当再生过滤系统时，还知晓的是不仅通过简单加热、也就是说燃烧煤烟(催化剂驱动的氧化转化)来进行间歇的再生，而且还可通过二氧化氮(NO2)来转化煤烟。通过二氧化氮连续再生的优势是煤烟可以在低很多的温度下(尤其低于250℃)就已经被转化了。由此原因，在许多应用情况中优选连续再生。然而这导致了如下问题，即必须要保证废气中的二氧化氮与累积的煤烟颗粒接触到足够的程度。
在本情况中，技术困难同样产生于对机动车辆中的这种废气系统实施连续操作，其中内燃机的不同负载导致不同的废气流、废气组成和/或温度。
另外，要考虑到当使得这样的煤烟沉淀系统能够得到这样的部件时，就要使用尽可能简单的部件、尤其是还有可以作为批量生产的一部分而划算地制造的部件。另外，尤其针对电极的设计，必须要考虑到在特定的条件下电极必须在废气管线中对齐布置，尤其是布置成使得在电极的区域中不会产生不期望的高冲压或不期望的废气涡流。
即使迄今为止的上述系统已经证明至少在试验中对于煤烟颗粒的处理而言是适用的，在机动车辆中为批量操作而实施该理念仍然构成大挑战。尤其是，煤烟颗粒沉淀在引向废气管线的电极和对电极的电绝缘体上，在那里煤烟颗粒的层会导致短路。
发明内容
以此为基础，本发明的目的是至少部分地解决针对现有技术所描述的问题。尤其是要详细说明用于处理包含煤烟颗粒的废气的装置，其阻止在电绝缘体上形成短路。
这些目的通过如下所述的装置来达到，所述装置至少包括：至少一个用于电离煤烟颗粒的电离部件；至少一个过滤部件，其中能够对所述过滤部件的至少一个部分施加电势；至少一个导流器件，所述导流器件能够影响废气的流动，使得能够至少在所述电离部件上或在所述过滤部件的电绝缘体上移除煤烟颗粒的沉积。本发明还详细说明了装置的进一步的有利改进。所理解的是，在各个实施方案中所单独详细说明的特征可以任何所期望的技术上合适的方式彼此结合，并且公开了本发明的进一步的改进。说明、尤其是关于附图的说明解释了本发明并且详细说明了另外的示例性实施方案。
根据本发明的用于处理包含煤烟颗粒的废气的装置至少包括：
至少一个用于电离煤烟颗粒的电离部件；
至少一个过滤部件，其中能够对该过滤部件的至少一个部分施加电势；
至少一个导流器件，该导流器件能够影响废气的流动，使得能够至少在电离部件或过滤部件的电绝缘体上阻止或移除煤烟颗粒的沉积。
这里所提出的装置尤其可以为具有柴油发动机的机动车辆的废气系统的一部分，并且尤其布置在废气系统的废气管线中。
相应地，包含煤烟颗粒的废气流动通过电离部件，该电离部件包括至少一个电极，可以对电极施加位于3kV(千伏特)和50kV之间的、优选位于5kV和25kV之间的高电压。电压尤其以这样的方式来设置或调节或控制，即使得在电极和对电极之间产生电晕放电。电离部件可以形成为简单的放电电极或棒电极，然而优选的是电离部件包括蜂窝体，该蜂窝体具有多个流体可从中流过的通道，并且在这些通道的进入区域或排出区域布置有至少一个电极，该电极沿着流动方向或反向于流动方向定向。蜂窝体尤其可以至少部分地、优选完全地由电导材料形成，其结果是可以对蜂窝体并且因此同时对电极施加电势。
该至少一个电离部件还可以优选地具有相对彼此同心地布置的外管和内管，这些管形成废气能够从中流过的中间空间，其中在外管的内侧上布置有至少一个环形电极，其具有多个径向伸入到中间空间中的电极凸点。
该至少一个过滤部件优选实施为具有多个废气可从中流过的通道的表面沉淀器，这些通道在进入区域和排出区域之间延伸。可以至少对过滤部件的一个部分施加电势，其结果是过滤部件可以用作电离部件的电极的对电极，并且在过滤部件中沉积的煤烟颗粒可以被中和。
该至少一个过滤部件尤其优选为所谓的开放的次级流动过滤器，其中不设有完全关闭的流动管道。相反地，过滤部件通过金属非纺织体和金属波纹来成形，其中设置有开口、导向结构等。此处，导向结构在流动通道中形成流动结构，其结果是过滤部件内部的煤烟颗粒的停留时间和/或撞击可能性增加。关于这一方面可参照本申请人的已知专利公开，其更详细地表征了过滤部件和/或其再生；尤其是，此处可参照下列文献的说明书的全部范围：WO A 01/80978；WO A 02/00326；WO A 2005/099867；WO A 2005/066469；WO A 2006/136431；WO A2007/140932。
此处，这样的过滤部件优选地基于CRT方法连续地再生。为此目的，例如氧化催化转化器可以连接到装置的上游，其中一氧化氮(也)被氧化成二氧化氮，二氧化氮之后在过滤部件中与煤烟反应。另外，这样的氧化作用覆盖层还可以在过滤部件自身中实施，或是在其一个区域中实施或是在过滤部件的所有区域中实施。
该至少一个导流器件在废气的流动方向上布置在该至少一个电离部件或该至少一个过滤部件的上游。该导流器件包括将废气的至少一个(空间有限的)部分偏转的部件，这尤其以这样的方式进行，即一部分废气至少部分地围绕导流器件流动，其结果是偏转仅仅被导流器件的形状所影响。局部废气流的偏转以这样的方式进行，即使得煤烟颗粒甚至不会接触到电离部件(并且尤其是电离部件的电绝缘体)或过滤部件的电绝缘体，或以这样的方式撞击到它们，即使得废气流在那里起作用而导致煤烟颗粒不能积聚。通过避免电绝缘体和/或电离部件上的煤烟层，也阻止了在电离部件和/或过滤部件与废气管线之间的短路。
导流器件优选包括下列部件中的至少一个：
至少一个整流器，和
至少一个挡板。
此处整流器理解为这样的器件，即其至少部分地减少流动中的紊流和/或使废气流层化，并且因此产生废气在废气管线的横截面上的更均匀的速度分布。这可以例如通过具有多个废气可从中流过的通道的蜂窝体来进行。
如果导流器件可调节，则是尤其有利。因此，可以通过调节导流器件来改变一部分离开导流器件的废气的流动方向。尤其是，在预定的间隔之后或基于车辆的参数，导流器件调节成使得废气交替流动到电离部件或过滤部件的不同区域上，其中阻止了煤烟颗粒沉积到电离部件或电绝缘体上，或者已经沉积的煤烟颗粒被携带走并且因此被消除。
为了阻止煤烟颗粒在电离部件或过滤部件的电绝缘体上沉积，导流器件有利地形成废气可从中流过的直径，该直径小于在流动方向上位于下游的电离部件或过滤部件的废气可从中流过的直径，优选至少小于10％、尤其优选至少小于25％。以此方式，废气甚至不会接触到围绕电离部件或过滤部件的电绝缘体。煤烟颗粒因此不会沉积。尤其是，在煤烟颗粒通过电离部件的电场偏转的情况中，带电的煤烟颗粒不能接触到电离部件和/或过滤部件的电绝缘体。
在本发明的一个改进中，提出了该至少一个导流器件包括催化反应器。以此方式，流经导流器件的废气可以被催化转化。
该至少一个导流器件直接连接到废气管线，其结果是免去了导流器件的另外的附属部件。
本发明的另一个改进是，该至少一个导流器件在电绝缘体的区域中形成了流动盲区，这导致至少在电离部件或过滤部件的电绝缘体上也阻止了煤烟颗粒的沉积。导流器件因此在废气流中以这样的方式布置，使得废气不会流到电离部件或过滤部件的电绝缘体上。
为了至少在电离部件或电绝缘体上阻止煤烟颗粒的沉积并且移除已经沉积的煤烟颗粒，还提出至少一个导流器件在电绝缘体的区域中形成具有提升的废气速度的集中的入流。废气速度因此相比跨过废气管线的横截面的平均废气速度或者没有导流器件时的废气速度有所提升。该废气动量的增加保证了已经沉积的颗粒至少从电离部件或电绝缘体中移除，并且处于废气中的颗粒不会沉积。
根据另一个优选的实施方案，提出了这样的装置，其中导流器件布置在电离部件的上游，并且导流器件具有流体可从中流过的区域，该区域的尺寸设定为使得来自由电离部件所产生的电场的废气流中的离子化的煤烟颗粒至少不到达电离部件或过滤部件的电绝缘体的表面。此实施方案尤其优选地与这样的电离部件结合，即在该电离部件中，相对彼此同心地布置的外管和内管形成了废气可从中流过的中间空间，其中在外管的内侧上布置有至少一个环形电极，其具有多个径向伸入到中间空间中的电极凸点。这因此尤其意味着，流动障碍布置成至少从外管或内管径向延伸出来，其径向范围选择为电离部件的电场在流动方向上的长度、电场强度以及废气速度的函数，使得在运行中离子化的煤烟颗粒至少不会到达电离部件或过滤部件的电绝缘体的表面。废气主流因此被限制到中间空间的有限部分中，其中在电离部件的壁处仅形成小的废气流。
附图说明
下面将参照附图，通过举例来解释本发明和技术领域。所理解的是，附图显示了尤其优选的本发明的实施方案的变体，然而本发明并不限制于此。在附图中为示意图：
图1显示了根据本发明的装置的一个实施方案；
图2显示了根据本发明的装置的另一个实施方案；并且
图3显示了根据本发明的装置的另一个实施方案。
具体实施方式
图1显示了位于废气管线16中的根据本发明的装置1的示意性剖视图。在包含煤烟颗粒2的废气的流动方向15上，在导流器件8的下游布置有电离部件3和过滤部件4。导流器件8包括通过(未示出的)连接部件连接到废气管线16的挡板11。电离部件3具有导电的蜂窝体17，蜂窝体17通过第一电绝缘体9.1连接到废气管线16。在蜂窝体17的沿流动方向15的后侧部上布置有多个电极14，电压可以通过第一电终端13.1施加到所述电极14。过滤部件4具有多个废气可以流动通过的通道5，这些通道在进入区域6和排出区域7之间延伸。过滤部件4通过第二电绝缘体9.2与废气管线16绝缘。电压可以通过第二电终端13.2施加到过滤部件4。
在运行中，包含煤烟颗粒2的废气流向电离部件3，并且在该过程中其至少部分地被挡板11所偏转。挡板11使一部分废气加速，该部分废气以提升的速度撞击到第一电绝缘体9.1，并且其结果是煤烟颗粒2不能沉积到第一电绝缘体9.1上，或已经沉积到第一电绝缘体9.1上的颗粒再次被分离。
废气进一步流动通过电离部件3的蜂窝体17，其中流体至少局部地被层化。在位于电极14和过滤部件4之间的区域中，至少一部分煤烟颗粒2在位于电极14和过滤部件4之间的电晕放电中被离子化。带电的煤烟颗粒2朝着过滤部件4加速，并且由于它们的电荷而在那里以相对高的沉积速率沉积。
图2显示了根据本发明的装置1的另一个示例性实施方案的示意性剖视图。根据本发明的该装置1的示例性实施方案与根据图1的示例性实施方案类似，因此此处仅指出区别之处。在本示例性实施方案中，导流器件8实施为整流器10。整流器10具有流体可从中流过的直径12，该直径小于布置于下游的电离部件3的流体可从中流过的直径。在整流器10中，废气流至少部分地层化，并在直径上减少到整流器10的流体可从中流过的直径12。假定整流器的直径12和电离部件3的直径之间相差足够大，则因此保证了废气中的煤烟颗粒2不接触到电离部件3的第一电绝缘体9.1。因此，避免了电绝缘体9.1上的沉积。
图3显示根据本发明的装置1的另一个实施方案的示意性剖视图，其中下面的文本将仅仅对其与根据图2的实施方案的差别进行详述。导流器件8具有蜂窝体17，其夹持了电离部件3的对电极22。蜂窝体17具有可在外部区域和内部区域中关闭的通道18，并且其在这些区域中以轴向范围20阻止了流动通过蜂窝体17。因此，形成了蜂窝体17的流体可从中流过的区域19。电离部件3具有配属于废气管线16的并且具有多个电极凸点的环形电极14。由蜂窝体所夹持的并且如果合适的话相对其绝缘的棒形对电极22居中地布置在废气管线16中。其结果是，可以在环形电极14和棒形对电极22之间在长度21上形成电场。
关闭的通道18的径向范围20选择为使得离子化的煤烟颗粒2不会被在环形电极14和对电极22之间产生的电场偏转到使得它们能够到达电离部件3的表面的程度。径向范围20的大小因此大致上取决于长度21、电场强度和废气速度。
本发明有效阻止了煤烟颗粒沉积到废气净化部件的电绝缘体上，其结果是阻止了短路的形成。因此，保证了废气系统的可靠操作。
附图标记列表
1 装置
2 煤烟颗粒
3 电离部件
4 过滤部件
5 通道
6 进入区域
7 排出区域
8 导流器件
9.1 第一电绝缘体
9.2 第二电绝缘体
10 整流器
11 挡板
12 直径
13.1 第一电终端
13.2 第二电终端
14 电极
15 流动方向
16 废气管线
17 蜂窝体
18 关闭通道
19 流体可从中流过的区域
20 径向范围
21 长度
22 对电极

Claims (9)

1.一种用于处理包含煤烟颗粒(2)的废气的装置(1)，至少包括：
至少一个用于电离煤烟颗粒(2)的电离部件(3)；
至少一个过滤部件(4)，其中能够对所述过滤部件(4)的至少一个部分施加电势；
至少一个导流器件(8)，所述导流器件能够影响废气的流动，使得能够至少在所述电离部件(3)上或在所述过滤部件(4)的电绝缘体(9.2)上移除煤烟颗粒(2)的沉积。
2.根据权利要求1所述的装置(1)，其特征在于，所述导流器件(8)包括下列部件中的至少一个：
至少一个整流器(10)，和
至少一个挡板(11)。
3.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述导流器件(8)是能够调节的，以改变一部分离开所述导流器件的废气的流动方向。
4.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述导流器件(8)形成废气能够从中流过的直径(12)，所述直径(12)小于在流动方向(15)上设于下游的所述电离部件(3)或所述过滤部件(4)的流体能够从中流过的直径。
5.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述至少一个导流器件(8)包括催化反应器。
6.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述至少一个导流器件(8)连接到废气管线(16)。
7.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述至少一个导流器件(8)在电绝缘体(9.1,9.2)的区域中形成流动盲区。
8.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述至少一个导流器件(8)在电离部件或电绝缘体(9.2)的至少一个表面的区域中形成了具有提高的废气速度的集中的入流。
9.根据权利要求1或2所述的装置(1)，其特征在于，所述导流器件(8)布置在所述电离部件(3)的上游，并且所述导流器件(8)具有流体能够从中流过的区域，所述导流器件的所述区域的尺寸设定为使得来自由所述电离部件(3)所产生的场的废气流中的离子化的煤烟颗粒不能到达所述电离部件(3)或所述过滤部件(4)的电绝缘体(9.2)的表面。
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