DE3808075A1

DE3808075A1 - Mechanische russfiltervorrichtung

Info

Publication number: DE3808075A1
Application number: DE3808075A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr Ing Rohs; Dieter Dr Ing Voigt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-11
Filing date: 1988-03-11
Publication date: 1989-09-21
Also published as: DE3808075C2

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische Rußfiltervorrichtung mit einem Rußfilter, das aus mindestens einem Wabenkörper aus porösem, z. B. keramischen Werkstoff mit abwechselnd an den Stirnseiten des Wabenkörpers verschlossenen axialen Gasein- und -austrittskanälen besteht.

Rußfiltervorrichtungen dieser Art sind allgemein bekannt. Die dem Wabenkörper axial durchziehenden Gaskanäle sind abwechselnd, d. h. schachbrettartig, an der einen und der anderen Stirnseite des Wabenkörpers verschlossen und bilden somit sacklochartige Gasein- und -austrittskanäle. Da die Wandungen dieser Gaskanäle porös sind, hat das zu reinigende Abgas die Möglichkeit, aus den Gaseintrittskanälen durch die porösen Wandungen in die Gasaustrittskanäle zu gelangen. Dabei lagern sich die Rußteilchen an den Innenwänden der Gaseintrittskanäle ab.

Bei hoher Abgastemperatur (Vollast) brennt der im Wabenkör per abgelagerte Ruß selbsttätig ab. Bei längerer Betriebs dauer unterhalb der Abbrenntemperatur, d. h. bei Teillastbe trieb einer Brennkraftmaschine, setzt sich jedoch das Rußfilter zunehmend zu, wodurch der Abgasgegendruck vor dem Filter entsprechend ansteigt.

Um einen unzulässig hohen Druckverlust durch zu hohe Belastung des Behälters, d. h. durch sein Verstopfen zu vermeiden, muß das Rußfilter nach bestimmten, relativ kurzen Betriebszeiten abgeschaltet und durch Wärmebehandlung rege neriert werden. Dies erfordert einen unerwünschten Wartungs aufwand und gegebenenfalls die Anordnung eines zusätzlichen Rußfilters mit zugehöriger Regenerationseinrichtung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rußfiltervorrichtung der eingangs genannten Art so auszubil den, daß die Regeneration des Rußfilters in der Betriebs stellung und während des Betriebes gegebenenfalls auch kontinuierlich, ermöglicht wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich erfindungsge mäß aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Danach wird jeweils ein Teilbereich des im Einsatz befindli chen Rußfilters der Einwirkung einer Heißgasquelle ausge setzt, die dafür sorgt, daß mindestens in diesem Bereich des Rußfilters die abgelagerten Rußteile verbrennen. Dabei entsteht zusätzliche Wärme, die den Zeitablauf des Regenera tionsvorgangs beschleunigt oder den Bedarf an Heißgas verringert.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestal tungen der Erfindung angegeben. Nachstehend ist die Erfin dung anhand der Zeichnung an Ausführungsbeispie len näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Rußfiltervorrichtung mit Gegen strom-Regeneration,

Fig. 2 eine Rußfiltervorrichtung mit Gleichstrom-Regenera tion,

Fig. 3 eine Rußfiltervorrichtung mit Umkehrstrom-Regenera tion,

Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Querschnitt nach der Linie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 einen Längsschnitt nach der Linie VI-VI in den Fig. 4 und 5,

Fig. 7 eine Rußfiltervorrichtung mit Gegenstrom-Regenera tion,

Fig. 8 eine Rußfiltervorrichtung mit mehreren Wabenkörpern mit Gegenstrom-Regeneration,

Fig. 9 eine Rußfiltervorrichtung mit mehreren Wabenkörpern mit Gleichstrom-Regeneration,

Fig. 10 eine Rußfiltervorrichtung mit mehreren Wabenkörpern mit Umkehrstrom-Regeneration,

Fig. 11 einen Querschnitt nach der Linie XI-XI in Fig. 10,

Fig. 12 einen Querschnitt nach der Linie XII-XII in Fig. 10,

Fig. 13 einen Längsschnitt nach der Linie XIII-XIII in den Fig. 11 und 12 und

Fig. 14 eine Rußfiltervorrichtung mit mehreren Wabenkörpern und Gegenstrom-Regeneration.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer in der Abgasleitung 1 einer Brennkraftmaschine auf Rollen 4 drehbar gelagerten und angetriebenen Trommel 2 mit einem einstückigen Wabenkörper 3 aus porösem, z. B. keramischem Werkstoff. Dieser weist eine Vielzahl axialer Gaskanäle 5, 6 auf, die jeweils abwechselnd an ihrem Ende in der einen bzw. anderen Stirnseite 12, 15 des Wabenkörpers 3 verschlossen sind. Der Antrieb der Trommel 2 erfolgt von einem nicht dargestellten Antriebsmotor bzw. einer mit der Brennkraftma schine verbundenen Antriebswelle 13 über ein Getriebe 7. Er kann kontinuierlich oder schrittweise erfolgen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 strömt das zu reinigende Abgas 10 von links nach rechts und verläßt die Rußfiltervor richtung gereinigt durch einen Leitungskrümmer 11. Im Bereich dieses Leitungskrümmers 11 befindet sich eine Heißgasquelle 8 in der Form eines Brenners, dem Frischluft durch die Leitung 9 und flüssiger oder gasförmiger Brenn stoff durch eine axiale Leitung 14 zugeführt werden. Die Heißgasquelle 8 kann auch aus einem elektrisch beheizten Gebläse bestehen. Die Auslaßöffnung 18 der Heißgasquelle 8 ist so bemessen, da sie nur einen Sektor 17 der zugeordne ten Stirnseite 15 des Wabenkörpers 3 bedeckt. In diesen Sektor 17 strömt das von der Heißgasquelle 8 gelieferte Heißgas 16, das in dem beaufschlagten Teil des Wabenkörpers 3 die abgelagerten Rußteilchen verbrennt und den Wabenkörper 3 in diesem Bereich regeneriert.

Das entgegengesetzt dem zu reinigenden Abgas 10 ausströmende Heißgas 16 mischt sich mit dem zu reinigenden Abgas 10 durchströmt den Wabenkörper 3 und wird von diesem in den Rohrkrümmer 11 geführt. Die Regeneration erfolgt bei der Vorrichtung nach Fig. 1 somit im Gegenstrom.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der erfin dungsgemäßen Vorrichtung. Soweit Teile mit Fig. 1 überein stimmen, tragen diese - auch in den übrigen Figuren - die gleichen Bezugszeichen und sind nicht erneut erläutert.

Die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung unterscheidet sich von derjenigen der Fig. 1 lediglich darin, daß hierbei das zu reinigende Abgas 10′ in entgegengesetzter Richtung durch die Abgasleitung 1 geführt wird. Die Rußfiltervorrichtung, d. h. das von deren Heißgasquelle 8 kommende Heißgas 16 arbeitet mit einer Gleichstrom-Regeneration.

Die Fig. 3-6 zeigen eine weitere abgewandelte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierbei erfolgt die Regenera tion im sogenannten "Umkehrstrom".

Die Vorrichtung entspricht baulich derjenigen der Fig. 1. Wie Fig. 5 zeigt, wird von der Heißgasquelle 8 jeweils nur ein Sektor 17 der Stirnseite 15 des vom Heißgas angeströmten Rußfilters beaufschlagt.

Vor der der Heißgasquelle 8 abgewandten Stirnseite 12 des Rußfilters ist eine ortsfeste, d. h. gegenüber der Heißgas quelle 8 relativ unbewegliche und mit dieser fluchtende Umkehrhaube 19 vorgesehen, deren Fläche so bemessen ist, daß sie einen größeren Teil der Stirnseite 12 bedeckt, als die Projektion des Sektors 17 auf diese ausmacht. Zweckmäßig bedeckt sie die Fläche eines benachbarten Sektors 20 (Fig. 4) der Stirnseite 12.

Wird bei dieser Vorrichtung derjenige Teil des Wabenkörpers 3, dessen Querschnitt dem angeströmten Sektor 17 entspricht, in axialer Richtung mit Heißgas beaufschlagt, so erfolgt dort die vorgesehene Verbrennung der Rußteilchen. Die Umkehrhaube 19 zwingt das ausströmende Heißgas dazu, den benachbarten Teil des Wabenkörpers 3 mit dem Querschnitt des Sektors 20 zu durchströmen (Fig. 6). Da das Heißgas und der Wabenkörper 3 durch die vorangegangene Verbrennung noch sehr hohe Temperaturen haben, erfolgt in dem benachbarten, dem Sektor 20 zugeordneten Teil des Wabenkörpers 3 eine entsprechende Erhitzung, u. U. sogar bereits eine Verbrennung der Rußteilchen. Durch die Umlenkung wird der Vorteil erzielt, daß eine relativ geringe Menge Heißgas - und damit Kraftstoff - benötigt wird, die einerseits die Verbrennung im einen Teil und mindestens eine thermische Aufbereitung im benachbarten Teil des Wabenkörpers 3 bewirkt und diese Ausführungsform äußerst raum- und energiesparend einsetzbar ist.

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform für eine Vorrichtung mit Gegenstrom-Regeneration nach Art der Fig. 1. Hierbei ist anstelle einer Umkehrhaube 19 auf der dem Abgas 10 zugewandten Teilfläche 17 der Stirnseite 12 des Wabenkörpers 3 ein Austrittsstutzen 21 für das austretende Heißgas 16 und etwaige Regenerationsprodukte angeordnet. Hierdurch wird ein allmähliches Zusetzen der Gaskanäle 5, 6 vermieden.

Die Fig. 8-14 zeigen entsprechende Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich von derjenigen der Fig. 1-6 dadurch unterscheiden, daß das Rußfilter nicht aus einer Trommel 2 mit einem einstückigen Wabenkörper 3, einer sogenannten "Monomatrix" besteht, sondern aus einer drehbar gelagerten und angetriebenen Trommel 22 mit einer Vielzahl von über einen Teilkreis verteilten kleineren, axialen Wabenkörper 23 gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform wird ähnlich wie bei einem Revolver jeweils ein Wabenkörper 23 mit der vorgesehenen Heißgasquelle 8 in Flucht gebracht und deren Wirkung ausgesetzt.

So zeigt Fig. 8 eine Ausführungsform einer solchen "Multima trix"-Ausführung für die Anwendung mit Gegenstrom-Regenera tion. Dabei kann die Trommel 22 schrittweise oder auch kontinuierlich gedreht werden.

Fig. 9 zeigt die entsprechende Multimatrix-Ausführung für die Anwendung der Gleichstrom-Regeneration.

Die Fig. 10-13 zeigen eine Vorrichtung mit einer Multima trix-Ausführung für die Anwendung einer Umkehrstrom-Regene ration. Hier ist an der der Heißgasquelle 8 abgewandten Stirnseite 24 eine zur Heißgasquelle 8 unbewegbare Umkehr haube 29 vorgesehen. Diese überdeckt, wie die Fig. 10 und 12 zeigen, die Stirnseiten 25, 26 zweier benachbarter Wabenkör per 23. Dabei wird das von der Heißgasquelle 8 kommende, auf die Stirnseite 27 des einen Wabenkörpers 23 gerichtete Heißgas durch den mit ihr fluchtenden Wabenkörper 23 geführt und verbrennt dort die abgelagerten Rußteilchen. Das austretende Heißgas wird dann von der Umlenkhaube 29 abgelenkt und durchströmt dann den benachbarten Wabenkörper 23, wobei der dort angelagerte Ruß thermisch aufbereitet wird.

Fig. 14 zeigt eine Vorrichtung in Multimatrix-Ausführung für eine Gegenstrom-Regeneration entsprechend Fig. 8. Anstelle einer Umkehrhaube 29 ist hier, wie in Fig. 7 ein die dem Abgas 10 zugewandte Stirnfläche 25 des mit Heißgas 16 beaufschlagten Wabenkörpers 23 bedeckender Austrittsstutzen 28 für das Heißgas 16 und etwaige Regenerationsprodukte angeordnet.

Claims

1. Mechanische Rußfiltervorrichtung mit einem Rußfilter, das aus mindestens einem Wabenkörper aus porösem, z. B. keramischen Werkstoff mit abwechselnd an den Stirnseiten des Wabenkörpers verschlossenen axialen Gasein- und -austrittskanälen besteht, dadurch gekennzeichnet,
daß axial auf eine Teilfläche (17, 27) der einen Stirnseite (15) des Rußfilters eine Heißgasquelle (8) gerichtet ist und
daß das Rußfilter und die Heißgasquelle (8) zueinander relativ so bewegbar angeordnet sind, daß während eines Zyklus der Relativbewegung nacheinander alle Teilflächen (17, 27) der Stirnseite (15) des Rußfilters mindestens einmal der Heißgasquelle (8) zugeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rußfilter aus einem zylindrisch bzw. ringzylindrisch ausgebildeten und drehbar gelagerten Wabenkörper (3) besteht, daß die Heißgasquelle (8) axial auf einen Sektor (17) der Stirnseite (15) des Wabenkörpers (3) gerichtet ist und daß dem Wabenkörper (3) ein konti nuierlicher oder schrittweise arbeitender Drehantrieb (13) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß vor der der Heißgasquelle (8) abgewandten Stirnseite (12) jedes Wabenkörpers (3) eine gegenüber der Heißgasquelle (8) relativ nicht bewegbare Gasumlenk haube (19) angeordnet ist, deren Fläche größer ist, als die axiale Projektion der der Heißgasquelle (8) zuge wandten Teilfläche (17) der anderen Stirnseite (15) auf dieser Stirnseite (12) abdeckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rußfilter aus einer Trommel (22) mit einer Vielzahl über einen Teilkreis verteilter, axialer Wabenkörper (23) besteht und daß die Heißgasquelle (8) jeweils die Stirnfläche (27) eines Wabenkörpers (23) beaufschlagt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeich net, daß an der der Heißgasquelle (8) abgewandten, jedoch vom zu reinigenden Abgas (10) beaufschlagten Stirnseite (12, 25) an die mit Heißgas (16) beaufschlag ten Teilflächen (17, 27) des Wabenkörpers (3) bzw. den zugeordneten Wabenkörper (23) ein Austrittsstutzen (21, 28) für das austretende Heißgas (16) und etwaige Regenerationsprodukte angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Heißgasquelle (8) abgewandten Stirnseite (28) des Rußfilters eine Umlenkhaube (29) angeordnet ist, die die Stirnseiten (25, 26) sowohl des von der Heißgasquelle (8) beaufschlagten als auch eines benach barten Wabenkörpers (23) abdeckt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasquelle (8) der Abgasein trittsseite des Rußfilters zugewandt ist (Gleichstromre generation).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasquelle (8) der Abgasaus trittsstelle des Rußfilters zugewandt ist (Gegenstromre generation).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasquelle (8) ein mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betriebener Bren ner ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasquelle ein elektrisch beheiztes Gebläse ist.