DE2845928A1 - Verfahren und filter zur aufbereitung eines brennbare feststoffteilchen mitfuehrenden heissen auspuffgasstroms - Google Patents

Verfahren und filter zur aufbereitung eines brennbare feststoffteilchen mitfuehrenden heissen auspuffgasstroms

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DE2845928A1
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Description

Dr. Gerhard Schupfner , 26. Juni 1978
Kirchenstraße 8
2110 Buchholz/Nordheide ir
T 78 039 DE (D#76,417>
TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION 135 East 42nd Street New York, N.Y. 10017 (V. St. A.)
VERFAHREN UND FILTER ZUR AUFBEREITUNG EINES BRENNBARE FESTSTOFFTEILCHEN MITFÜHRENDEN HEISSEN AUSPUFFGASSTROMS.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Filter zum Aufbereiten eines brennbare Feststoffteilchen mitführenden heißen Auspuffgasstroms, wobei der Filter mit einem eine Reaktionskammer bildenden Gehäuse mit endseitiger Einlaß- und Auslaßöffnung versehen und die Einlaßöffnung mit einer Quelle teilchenhaltiger heißer Auspuffgase verbindbar ist.
Es ist wünschenswert, die Auspuffgase von Brennkraftmaschinen in einer Weise aufzubereiten, daß diese Gase ohne Beeinträchtigung der Umwelt an die freie Atmosphäre abgegeben werden können. Für manche Maschinen, insbesondere solche vom Dieseltyp bilden dabei die vom Auspuffgasstrom mitgeführten Feststoffteilchen eines der größten Probleme bei der Aufbereitung des Auspuffgasstroms.
Bei den mitgeführten Feststoffteilchen handelt es sich normalerweise um Kohlenstoffteilchen. Diese ergeben sich aus der unvollständigen Verbrennung des Kohlenwasserstoff-Kraftstoffs bei bestimmten Betriebsbedingungen.' Als Faktor hinsichtlich der erzeugten Kohlenstoffmenge trägt außerdem der Leistungswirkungsgrad der Maschine bei.
Das Vorhandensein einer verhältnismäßig großen Menge an Kohlenstoffteilchen in einem Auspuffgasstrom führt zu einer unerwünschten schwärzen Rauchentwicklung. Dieser Rauch stellt dabei nicht nur eine Geruchsbelästigung dar, sondern bildet in größeren Mengen auch ein Gesundheitsrisiko.
Zur Beseitigung oder Verringerung des Kohlenstoffgehalts in Auspuffgasen wurdenbereits entsprechende Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen. Die Kohlenstoffteilchen lassen sich zwar vermittels eines Filters geeigneter Konstruktion ausscheiden, jedoch werden derartige Filter im
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Laufe der Zeit gesättigt und/oder aufgrund des Kohlenstoffüberschusses unwirksam.
Bei Dieselmaschinen werden Kohlenstoffteilchen .unter sämtlichen Betriebsbedingungen erzeugt. Außerdem ändern sich Menge und Zusammensetzung der Auspuffgase jeder Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Maschine. So kann z.B. die Temperatur der Auspuffgase an einer Dieselma-schine sich innerhalb eines Bereichs verändern, der von einer geringfügig über der Umgebungstemperatur liegenden niedrigen Temperatur bis zu Temperaturen über etwa 800 0C reicht.
Wenn eine Maschine dauernd unter Betriebsbedingungen betrieben wird, bei denen- kontinuierlich Kohlenstoff erzeugt wird und sich im Filter absetzt, muß der Filter von Zeit zu Zeit regeneriert bzw. reaktiviert werden, üblicherweise besteht die Regenerierung lediglich darin, daß ein heißer Auspuffgasstrom in den Filter eingeleitet und in diesem in Berührung mit den Kohlenstoffteilchen gebracht wird.
Bei der Verbrennung größerer Kohlenstoffablagerungen entstehen Temperaturen, die weit über denen des Auspuffgases liegen. Bei diesen hohen Temperaturen besteht daher die Gefahr, daß der Filter durch die Hitzeeinwirkung beschädigt wird.
Durch die Erfindung sollen daher ein Verfahren zum Aufbereiten eines Brennbare Feststoffteilchen mitführenden heißen Auspuffgasstroms und ein· Filter vom eingangs gegannten Typ zur Ausführung dieses Verfahrens geschaffen werden, wobei der Filter durch in periodischen Abständen erfolgendes Abbrennen der im Filter zurückgehaltenen Teilchen ohne Gefahr einer Beschädigung des Filters aufgrund
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Wärmeschock regenerierbar ist.
Das zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Auspuffgasstrom nacheinander durch wenigstens zwei Teilchenausscheidefilter mit einem ersten und einem zweiten Filterbett hindurchgeleitet wird, wobei wenigstens ein Teil der von dem Gasstrom mitgeführten Feststoffteilchen in den Filterbetten zurückgehalten wird, bei Erreichen einer zur Entzündung der Feststoffteilchen ausreichend hohen Temperatur der Auspuffgase das erste Filterbett mit einem kleineren Anteil des heißen Auspuffgasstroms in Berührung gebracht und in begrenztem umfang die Verbrennung der zurückgehaltenen Teilchen eingeleitet wird, und der übrige Teil des Auspuffgasstroms an dem ersten Filterbett vorbei unmittelbar in das zweite Filterbett eingeleitet wird.
Der weiterhin zur Ausführung des Verfahrens vorgeschlagene Filter ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktionskammer zwei Reaktionszonen ausgebildet sind und eine Strömungsumlenkvorrichtung vorgesehen ist, vermittels welcher die Strömungsrichtung des durch die Reaktionskammer hindurchtretenden Auspuffgases in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Veränderung im Gasstrom veränderlich vorgebbar ist.
Das Verfahren und der Filter nach der Erfindung ermöglichen, Kohlenstoffteilchen in einem zufriedenstellenden oder vorgegebenen Umfang ohne Beschädigung des Filters aus dem Auspuffgas zu entfernen. Der die Kohlenstoffteilchen mitführende heiße Auspuffgasstrom wird zu diesem Zweck durch eine im Filter vorhandene Reaktionskammer durchgeleitet.
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Wenn das Auspuffgas unter bestimmten Betriebsbedingungen wie z.B. beim Anlauf der Maschine aus einem kalten Betriebszustand, bei Teillast oder im Leerlaufbetrieb eine verhältnismäßig niedrige Temperatur aufweist, werden sehr viele Kohlenstoffteilchen in den Filter eingetragen. Der die Reaktionskammer des Filters durchsetzende Auspuffgasstrom durchläuft dann zwei im Strömungsweg hintereinander angeordnete Reaktionszonen oder -betten.
Der Strömungsverlauf innerhalb des Filters wird durch eine in Form eines Ventils ausgebildete Umlenkvorrichtung gesteuert. Das Ventil ist verstellbar, um Richtung und Menge des von seinem normalen Strömungsweg abgelenkten heißen Auspuffgases vorzugeben. Solange das Auspuffgas eine niedrige Temperatur aufweist, werden die von diesem mitgeführten Kohlenstoffteilchen entlang der Durchlaßwege im ersten Reaktionsbett abgelagert.
Nach seinem Austritt aus dem ersten Reaktionsbett tritt das praktisch kohlenstoffreie Auspuffgas in ein zweites Reaktionsbett ein, in welchem es weiter aufbereitet wird, d.h. der noch verbleibende Rest an Kohlenstoffteilchen ausgeschieden wird. Das auf diese Weise aufbereitete Gas ist dann zur Abgabe an die freie Atmosphäre geeignet.
Wenn die Brennkraftmaschine unter Last arbeitet, d.h. unter normalen Betriebsbedingungen, steigt die Temperatur der Auspuffgase auf die normalen Betriebswerte an. Dabei stellt sich das Strömungsumlenkventil selbsttätig ein, so daß ein größerer Teil des Auspuffgasstroms im Nebenstrom an der ersten Reaktionszone vorbei unmittelbar in die zweite Reaktionszone eingeleitet wird. In dieser gelangt dann das heiße Auspuffgas in Berührung mit den in dieser Zone bereits abgelagerten Kohlenstoffteilchen und tritt
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hinter dem Filter in die freie Atmosphäre aus.
Das Strömungsumlenkventil ist in solcher Weise im Hauptströmungsweg des Filters angeordnet, daß nur ein kleinerer Teil des gesamten Auspuffgasstroms in die erste Reaktionszone gelangt, in welcher der größte Teil des Kohlenstoffs zurückgehalten wird. Die erste Reaktionszone hält zwar den größten Teil der Kohlenstoffteilchen zurück, erhält jedoch bei Regenerierung nur eine begrenzte Menge an Auspuffgas und folglich an die Verbrennung ermöglichendem Sauerstoff zugeführt. Somit erfolgt in der ersten Reaktionszone zwar eine Regenerierung durch Verbrennung, jedoch ist diese Verbrennung aufgrund der begrenzten Menge an dem die Verbrennung fördernden Element gedrosselt oder verlangsamt. Die zurückgehaltenen Kohlenstoffteilchen werden daher mit vorgegebener Geschwindigkeit abgebrannt, wobei das teilchenfreie Gas durch die zweite Reaktionszone hindurch austritt.
Das Verfahren und der zur Ausführung dieses Verfahrens vorgeschlagene Filter nach der Erfindung sind im nachfolgenden anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung ist
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte
Ansicht eines Filters für eine Brennkraftmaschine ,
Fig. 2 ein Aufrißquerschnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1,
Fig. 3 eine schematische, schaubildliche Darstellung eines Teils im Inneren des Filters, und
Fig. 4 ein Querschnitt entlang der Linie 4-4 von Fig. 3.
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Der in der Zeichnung dargestellte Kohlenstoffteilchenfilter 10 umfaßt ein Gehäuse 11 aus Stahl oder einem anderen, haltbaren metallischen Werkstoff. Das Gehäuse 11 umschließt eine mittige, innere Reaktionskammer. .
An dem vorderen Ende des Gehäuses 11 ist ein sich konisch verjüngender Stutzen 12 angeschweißt oder in anderer Weise mit dem Gehäuse verbunden. Dieser Stutzen 12 umfaßt einen Einlaßabschnitt 13 beschränkten Querschnitts, der abdichtend mit einer Quelle heißer Auspuffgase verbindbar ist. Diese Verbindung erfolgt dabei normalerweise mit dem Auspuffkrümmer oder dem Auspuffrohr einer Brennkraftmaschine.
Ein starr auf der AufStromseite der Reaktionskammer im Filter angeordneter Strömungsablenker 14 dient dazu, den eintretenden Auspuffgasstrom in seiner Richtung zu beeinflussen und gleichförmig zu verteilen. Der so gerichtete Gasstrom trifft dann in einer bevorzugten Verteilung am aufstromseitigen Ende der Reaktionskammer auf eine vordere Platte Der sich konisch verjüngende Stutzen 12 weist eine umlaufende Führungswand 17 auf, welche ebenfalls zur Richtungsbeeinflussung des heißen Gasstroms dient, damit an der Stirnfläche der Platte 16 eine möglichst wirksame Verteilung des Gasstroms erhalten wird.
Entsprechend einer Ausführungsform besteht die vordere Platte 16 aus einer perforierten Metallplatte, welche den Auspuffgasstrom ungehindert durchläßt. Die Platte 16 kann zu diesem Zweck beispielsweise aus verhältnismäßig schwerem Streckmetall oder einem Drahtgewebe bestehen, welche ohne Verformung oder Beschädigung ständig dem heißen Gasstrom ausgesetzt sein können. Die quer angeordnete vordere Platte 16 ist durch'Schweißverbindung oder auf andere Weise an der umlaufenden Führungswand 17 gehalten.
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Die im Gehäuse 11 ausgebildete Reaktionskammer ist von langgestreckter Formgebung und weist in Abhängigkeit vom Einsatzzweck des Filters einen runden oder elliptischen Querschnitt auf. In der Reaktionskammer sind wenigstens zwei hintereinander angeordnete Reaktionszonen ausgebildet, Die erste Reaktionszone besteht aus einem ersten Reaktions· b.ett 19, das sich am vorderen Ende der Reaktionskammer unmittelbar hinter der vorderen Platte 16 befindet. Eine zweite Reaktionszone besteht ebenfalls aus einem Reaktionsbett 21 , welches in Strömungsrichtung auf der Abstromseite des ersten Reaktionsbetts 19 angeordnet ist. Ein am vorderen Ende in die Reaktionskammer eintretender heißer Auspuffgasstrom wird somit nacheinander durch die beiden Reaktionsbetten 19 und 21 hindurchgeleitet. Während der Regenerierung wird dagegen das heiße Auspuffgas ab- oder umgelenkt, so daß ein größerer Teil des Gasstroms im Nebenstrom am Reaktionsbett 19 vorbei unmittelbar in das zweite Reaktionsbett 21 gelangt. In diesem Falle wird nur ein kleinerer Anteil des heißen Auspuffgases durch das erste Reaktionsbett 19 durchgeleitet.
Die Strömungsumlenkvorrichtung für das Auspuffgas besteht aus einem Strömungsumlenkventil 22. Dieses Ventil ist in einer solchen Lage angeordnet, daß es die Gasströmung durch den Filter in der gewünschten Weise steuern und vorgeben kann. Zu diesem Zweck ist das Ventil 22 innerhalb der Reaktionskammer angeordnet und zwischen einer Öffnungsund einer Schließstellung verstellbar. Die Verstellung des Ventils in die öffnungsstellung kann in Abhängigkeit entweder von der Temperatur oder der Durchsatzmenge des Auspuffgases erfolgen.
Am hinteren, abstromseitigen Ende des Gehäuses 11 befindet sich ein sich konisch verjüngender Stutzen 23, in den das
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von Teilchen befreite Gas eintritt. Der Strömungsweg des Gases wird dabei verengt und das teilchenfreie Gas in eine Auslaßleitung 24 eingeführt. Das durch diese austretende Gas kann noch weiter aufbereitet oder auch unmittelbar an die freie Atmosphäre abgegeben werden.
Das erste Reaktionsbett 19 besteht aus einer Matrix oder Füllung aus einem Material, das den ungehinderten Durchtritt von Auspuffgasen ermöglicht, jedoch Feststoffteilchen zurückhält. Zu diesem Zweck besteht das Reaktionsbett 19 typischerweise aus Stahlwolle oder einem ähnlichen, streifenförmig ausgebildeten Material. Im verdichteten Zustand bildet ein derartiges Material eine gasdurchlässige Masse, die eine große Anzahl von Durchlaßkanälen vorgibt. Die Wände dieser Durchlaßkanäle werden dabei von dem Material der Füllung oder Matrix gebildet und sind in der Lage, die von dem durchtretenden Gasstrom mitgeführten Kohlenstoffteilchen zurückzuhalten.
Entsprechend einer Ausführungsform weist das aus metallischem Material bestehende Reaktionsbett 19 die Form eines Drehkörpers auf. Die verformbare metallische Masse ist dabei in der Weise in das Gehäuse 11 eingesetzt, daß ein mittiger Axialdurchlaß 26 gebildet ist, welcher von dem die Reaktions2one bildenden Material umgeben ist, so daß in Axialrichtung durch den Durchlaß 26 hindurchströmendes Gas radial nach außen in die umgebende Reaktionszone abgelenkt werden kann.
Die erste Reaktionszone 19 braucht nicht wie hier dargestellt aus einem einzigen Drehkörper zu bestehen, sondern kann auch aus mehreren hintereinander angeordneten oder kleineren Teilkörpern gebildet sein. In diesem Falle werden die Teilkörper aneinander liegend angeordnet, so daß
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sie eine einzige, verhältnismäßxg langgestreckte Reaktionszone bilden.
In Anbetracht der nicht formhaltigen Beschaffenheit des Reaktionsbetts 19 können beispielsweise Metallhülsen 27 und 28 vorgesehen sein, welche dem Bett eine bestimmte Steifigkeit verleihen. Diese Metallhülsen, welche auch zu einem einzigen, die Masse umgebenden und innere und äußere Hülse umfassenden Behälter zusammengefaßt sein können, sind mit Perforationen versehen, um einen leichten Gasdurchtritt zu ermöglichen.
Die Hülsen 27, 28 weisen eine ausreichende Dicke oder Stärke auf, damit sie sich bei großer Erhitzung nicht verformen. Die Auspuffgase können somit ungehindert an der Wandung des mittigen Axialdurchlasses 26 eintreten und am Umfang des Reaktionsbetts 19 wieder autreten.
Das Reaktionsbett 19 ist innerhalb der Reaktionskammer im Gehäuse 11 vorzugsweise in einer zum Einlaßabschnitt 13 und der Auslaßleitung 24 koaxialen Lage ausgerichtet. Die äußere Umfangsflache des Reaktionsbetts 19 weist einen Abstand von der Innenwandung des Gehäuses 11 auf, so daß ein Ringkanal 33 gebildet ist. Das aufbereitete Gas wird somit in diesen Ringkanal· 33 abgegeben und strömt entlang dem Gehäuse 11 zu dessen Abstromseite.
Am hinteren Ende der Reaktionskammer ist das Reaktionsbett 19 durch einen quer verlaufenden Teil wie z.B. einen Haltering 3 0 gehalten. Außerdem ist das Reaktionsbett durch Hartlötung, Schweißung oder auf andere Weise lagefest gesichert. Der Haltering 3 0 steht von der Innenseite der Wand des Gehäuses 11 nach innen vor und läßt den Gasstrom aus dem Ringkanal 33 in eine Zwischenkammer 36 eintreten.
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Aufgrund dieser abstromseitigen Halterung ist die erste Reaktionszone 19 fest innerhalb der Reaktionskaitimer gehalten. Andererseits kann das Reaktionsbett auch in der Weise gehalten sein, daß es in Abhängigkeit von: Temperaturschwankungen des Reaktionsbetts Bewegungen begrenzter Größe ausführen kann.
Die durch das zweite Reaktionsbett 21 gebildete zweite Reaktionszone ist im wesentlichen in gleicher Weise wie das erste Reaktionsbett 19 ausgebildet und erstreckt sich quer über die Reaktionskammer. Diese zweite Reaktionszone 21 weist jedoch nicht wie die erste Reaktionszone einen mittigen Axialdurchlaß 26 auf.
Die zweite Reaktionszone bzw. das zweite Reaktionsbett kann vermittels einer perforierten Hülse 32 oder eines das Bett wenigstens teilweise umgebenden Behälters verstärkt sein. Dadurch werden Verformungen des Reaktionsbetts durch den mit hoher Geschwindigkeit hindurchtretenden heißen Auspuffgasstrom vermieden.
Das Reaktionsbett 21 füllt die ganze Breite am abstromseitigen Ende der Reaktionskammer aus. Aus dem Reaktionsbett 19 austretendes und in die Zwischenkammer 3 6 eintretendes Gas muß somit die zweite Reaktionszone 21 durchsetzen. Zur Richtungsbeeinflussung des in die zweite Reaktionszone 21 eintretenden Auspuffgases können ggf. entlang der Wand des Gehäuses 11 Deflektoren oder dgl. vorgesehen sein.
Das Stromungsumlenkventil 22 weist wenigstens eine Klappe, jedoch vorzugsweise mehrere Klappen 34 auf. Diese Klappen sind schwenkbar gelagert und verschließen in einer Stellung des Ventils das abstromseitige Ende des Axialdurchlasses
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praktisch völlig. In der Öffnungsstellung des Strömungsumlenkventils 22 geben die Klappen 34 jedoch den Axialdurchlaß 26 frei, so daß praktisch der gesamte Auspuffgasstrom durch den Axialdurchlaß 26 hindurch unmittelbar in die Zwischenkammer 3 6 gelangt.
Das Strömungsumlenkventil 22 ist in der Weise ausgebildet, daß die Klappen 3 4 jeweils einseitig an dem Haltering 3 angelenkt sind. Vermittels eines Beaufschlagungsglieds 29 wird das Ventil 22 in der Schließstellung gehalten. Das Beaufschlagungsglied 29 kann dabei aus Federn oder Scharnieren bestehen, vermittels welcher die Klappen normalerweise in der Schließstellung gehalten werden, auch wenn sie von Auspuffgas in einem niedrigen Durchsatz angeströmt werden.
Die stärkste Ablagerung von Kohlenstoffteilchen aus dem Auspuffgasstrom erfolgt bei Anlauf der Maschine aus dem kalten Zustand. Unter bestimmten Betriebsbedingungen, insbesondere im Leerlauf- und bei Teillastbetriob, kommt es jedoch normalerweise ebenfalls zur Ausbildung von Ablagerungen an Kohlenstoffteilchen. Unter diesen Umständen wird nur eine geringe Menge an Auspuffgas erzeugt, und dieses weist eine niedrige Temperatur auf.
Heißes, Feststoffteilchen mitführendes Auspuffgas, welches über den Einlaßabschnitt 13 eintritt, wird durch den Strömungsablenker 14 über die Stirnseite der vorderen Platte 16 verteilt und gelangt in den Axialdurehlaß 26. Bei Anlaufbetrieb ist die Maschine noch verhältnismäßig kalt, so daß dementsprechend das Auspuffgas auch noch eine verhältnismäßig niedrige Temperatur aufweist. Das Strömungsumlenkventil 22 befindet sich dann in seiner normalen Schließstellung, in welcher es das abstromseiHge Ende des Axialdurchlasses 26 völlig oder nahezu völlig ver-
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schließt, so daß der Durchtritt von Auspuffgas durch diesen Durchlaß 26 hindurch verhindert wird.
Aufgrund des im Axialdurchlaß 26 auftretenden Staudrucks wird der Gasstrom radial nach außen in das erste Reaktionsbett 19 gedrückt, wobei die vom Gasstrom mitgeführten Kohlenstoffteilchen in diesem Reaktionsbett 19 in Berührung mit den Oberflächen der Stahlwolle oder des jeweils vorhandenen Reaktionsmediums gelangen und an diesen zurückgehalten werden.
Der Gasstrom, aus dem ein hoher Prozentsatz der mitgeführten Peststoffe ausgeschieden worden ist, tritt dann aus dem Reaktionsbett 19 in den Ringkanal 33 an der Innenwand des Gehäuses 11 ein. Die Gehäusewandung weist normalerweise eine verhältnismäßig niedrige Temperatur auf, da sie an ihrer Außenseite der freien Atmosphäre ausgesetzt ist. Folglich wird das entlang der Gehäusewandung strömende Gas in Abhängigkeit von der Außentemperatur ebenfalls etwas abgekühlt. Das Auspuffgas gelangt dann zum hinteren Ende des Filters 10 und tritt durch öffnungen im Haltering 30 hindurch in die Zwischenkammer 36 ein.
Somit gelangt der gefilterte Auspuffgasstrom in das zweite Reaktionsbett 21, in welchem noch zurückgebliebene Kohlenstoff teilchen zurückgehalten werden, so daß teilchenfreies Gas durch die hintere Platte 38 hindurch abgegeben wird. Der Gasstrom wird dann im Querschnitt verengt und durch den sich konisch verjüngenden Stutzen 23 in die Auslaßleitung 24 abgegeben.
Wenn die Maschine nach einer gewissen Betriebszeit wieder im Leerlaufbetrieb'läuft oder über längere Zeiträume hinweg unter Teillast oder mit niedrigen Drehzahlen betrieben wird, bewirkt die niedrige Belastung der Maschine
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eine entsprechend verhältnismäßig niedrige Temperatur der Auspuffgase, was zu einer allmählichen Ansammlung und Ablagerung von Kohlenstoffteilchen führt. Diese Ablagerungen bilden sich insbesondere im ersten Reaktionsbett 19 und auch in einem gewissen Maße im zweiten Reaktionsbett 21 aus. Wenn die Maschine unter normaler Betriebsbelastung sich auf Betriebstemperatur erwärmt, steigt die Abgastemperatur bald an, so daß Durchsatzmenge und Temperatur des Auspuffgases entsprechend zunehmen und die Kohlenstoffentzündungstemperatür überschritten wird.
Zu einem bestimmten Zeitpunkt ist die Auspuffgastemperatur ausreichend hoch und der Feststoffteilchen mitführende Auspuffgasstrom ausreichend heiß zur Verbrennung der abgelagerten Feststoffteilchen, so daß diese in gasförmiger Form durch den Filter hindurchgelangen können. Außerdem werden die Klappen 34 des Strömungsumlenkventils 22 aufgrund des gesteigerten Durchsatzes und der höheren Strömungsgeschwindigkeit der austretenden heißen Auspuffgase in die Öffnungsstellung gebracht, so daß der größe Teil des Auspuffgases den Axialdurchlaß 26 in Axialrichtung durchsetzt und unmittelbar in die Zwischenkammer 3 6 gelangt. Die Verstellung des Strömungsumlenkventils 22 kann dabei durch ein im Strömungsweg angeordnetes temperaturabhängiges Stellglied erfolgen. Stellglieder dieser Art sind bekannt und werden in vielen Fällen bei Hochtemperaturmedien wie z.B. in Verbindung mit Auspuffgasen eingesetzt.
Das Strömungsumlenkventil 22 ist so bemessen, daß es sich bei einer bestimmten Temperatur oder in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Beaufschlagungskraft durch das mit hoher Geschwindigkeit strömende Auspuffgas in die Öffnungsstellung verstellt. Außerdem sind das Vemtil 22 und die verstellbaren Klappen 34 in der Weise ausgebildet,
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daß wenigstens ein Teil des heißen Gasstroms in Radialrichtung in das erste Reaktionsbett 19 abgelenkt wird.
Wenn das heiße Auspuffgas im ersten Reaktionsbe.tt in Berührung mit den in diesem zurückgehaltenen Kohlenstoffteilchen gelangt, werden diese zur Entzündung gebracht und abgebrannt. Da der Auspuffgasstrom jedoch nur eine begrenzte Menge an die Verbrennung fördernden Elementen enthält, erfolgt in der Reaktionszone 19 lediglich eine gedrosselte oder verlangsamte Kohlenstoffverbrennung. Dadurch wird die Temperatur innerhalb des ersten Reaktions-•betts 19 bei dieser Regenerierung innerhalb sicherer Grenzwerte gehalten.
Am abstromseitigen Ende des ersten Reaktionsbetts 19 treten die heißen Auspuffgase über den Ringkanal 33 in die Zwischenkammer 36 ein und gelangen zur zweiten Reaktionszone 21. In dieser werden aus dem ursprünglichen Auspuffgasstrom von niedrigerer Temperatur zurückgehaltene Kohlenstoff teilchen durch den Hauptstrom der nunmehr durch das offene Strömungsumlenkventil 22 zugeführten heißen Auspuffgase verbrannt.
Am abstromseitigen Ende des Kohlenstoffteilchenfilters 10 tritt verhältnismäßig heißes Verbrennungsgas in die Auslaßleitung 24 ein. Erstes und zweites Reaktionsbett 19 und 21 enthalten dann praktisch keine Kohlenstoffteilchen mehr.
Wenn die Maschine mit hohen Betriebstemperaturen betrieben wird, wobei die Auspuffgase eine entsprechend hohe Strömungsgeschwindigkeit aufweisen, bleibt der Zustand des Filters in bezug auf die Ablagerung von Kohlenstoff verhältnismäßig unverändert. Wenn jedoch die Drehzahl der
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Maschine niedriger liegt oder die Maschine über einen längeren Zeitraum hinweg im Leerlauf betrieben wird, fällt die Temperatur der Auspuffgase entsprechend ab, so daß es zur Ausbildung einer Kohlenstoffablagerung in der ersten Reaktionszone 19 kommt. Das ist darauf zurückzuführen, daß sich unter diesen Umständen das Strömungsumlenkventil 22 wiederum geschlossen hat und der gesamte Auspuffgasstrom aus dem Axialdurchlaß 26 in das erste Reaktionsbett 19 umgelenkt wird.
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Leerseite

Claims (10)

  1. Patentansprüche :
    j, Verfahren zum Aufbereiten eines brennbare Feststoffteilchen mitführenden heißen Auspuffgasstroms zur wesentlichen Verringerung der Menge an Feststoffteilchen in dem Gasstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Auspuffgasstrom nacheinander durch wenigstens zwei Teilchenausscheidefilter mit einem ersten und einem zweiten Filterbett hindurchgeleitet wird, wobei wenigstens ein Teil der von dem Gasstrom mitgeführten Feststoffteilchen in den Filterbetten zurückgehalten wird, bei Erreichen einer zur Entzündung der Feststoffteilchen ausreichend hohen Temperatur der Auspuffgase das erste Filterbett mit einem kleineren Anteil des heißen Auspuffgasstroms in Berührung gebracht und in begrenztem Umfang die Verbrennung der zurückgehaltenen Teilchen eingeleitet wird, und der übrige Teil des Auspuffgasstroms an dem ersten Filterbett vorbei unmittelbar in das zweite Filterbett eingeleitet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinere Anteil des Auspuffgasstroms an einer auf der Abstromseite des ersten Filterbetts befindlichen
    ' Stelle mit dem übrigen Teil des Auspuffgasstroms vereinigt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auspuffgasstrom nach Durchsetzen des ersten Filterbetts abgekühlt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Auspuffgas durch einen Kanal in dem ersten Filterbett hindurchgeleitet, in diesem Kanal zum
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    ORIGINAL INSPECTED
    Auftreffen auf ein verstellbares Hindernis gebracht und an diesem in das erste Filterbett abgelenkt wird.
  5. 5. Filter zur Ausführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, mit einem eine Reaktionskammer bildenden Gehäuse mit endseitiger Einlaß- und Auslaßöffnung, wobei die Einlaßöffnung mit einer Quelle teilchenhaltiger, heißer Auspuffgase verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktionskammer zwei Reaktionszonen (19, 21) ausgebildet sind und eine Strömungsumlenkvorrichtung (22) vorgesehen ist, vermittels welcher die Strömungsrichtung des durch die Reaktionskammer hindurchtretenden Auspuffgases in Abhängigkeit von einer vorbestimmten Veränderung im Gasstrom veränderlich vorgebbar ist.
  6. 6. Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktionskammer ein in Eingriff mit der Strömungsumlenkvorrichtung (22) stehendes, in eine Öffnungs- und eine Schließstellung bringbares, temperaturabhängiges Stellglied vorgesehen ist.
  7. 7. Filter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsumlenkvorrichtung (22) ein im Strömungsweg angeordnetes, in Abhängigkeit von einer Zunahme der Auspuffgasgeschwindigkeit in die Öffnungsstellung verstellbares Umlenkelement (3 4) umfaßt.
  8. 8. Filter nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Reaktionszonen (19, 21) in Strömungsrichtung in einem gegenseitigen Längsabstand voneinander angeordnet sind und die Strömungsumlenkvorrichtung (22) zwischen den beiden Reaktionszonen angeordnet ist.
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  9. 9. Filter nach einem der Ansprüche 5 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Reaktionszone (19) in Form eines Drehkörpers mit einem zu der Einlaßöffnung ausgerichteten Axialdurchlaß (26) und einem diesen Durchlaß umgebenden, gasdurchlässigen Bett, in welches das durch den Durchlaß strömende Auspuffgas einleitbar ist, ausgebildet ist.
  10. 10. Filter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Reaktionsbetts (19) ein zur Aufnahme wenigstens eines Teils des durch dieses hindurchströmenden Auspuffgases dienender Kanal (33) vorgesehen ist.
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