DE4230631C2 - Process for removing electrically conductive particles from a gas stream and device for carrying out the process - Google Patents
Process for removing electrically conductive particles from a gas stream and device for carrying out the processInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von elektrisch leitenden Teilchen aus einem Gasstrom mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 11.The present invention relates to a method of removal of electrically conductive particles from a gas stream the features of the preamble of claim 1 and a device for performing the method with the features the preamble of claim 11.
Um Teilchen aus einem Gasstrom, so zum Beispiel einem industriellen Abgasstrom oder einem Fahrzeugabgasstrom, insbesondere aus einem Abgasstrom eines Dieselmotors, zu entfernen, ist es bekannt, diese Teilchen an einem entsprechend ausgebildeten Filter abzuscheiden. Hierbei ist dieses Filter im Abgasstrom angeordnet und wird von dem Abgasstrom durchströmt. Sobald jedoch das Filter beladen ist, muß es ausgebaut werden, so daß die hieran abgeschiedenen Teilchen mechanisch entfernt werden können oder das mit Teilchen beladene Filter entsorgt werden kann. Bei entsprechenden, mit Dieselmotoren versehenen Fahrzeugen führt dies dazu, daß je nach Betriebsweise das entsprechende Filter in regelmäßigen Intervallen, so zum Beispiel nach etwa 5000 bis 15 000 Kilometer, regeneriert bzw. erneuert werden muß. Analoges gilt für solche Filter, die in industriellen Abgasströmen angeordnet sind.To particles from a gas stream, such as an industrial one Exhaust gas stream or a vehicle exhaust gas stream, in particular from an exhaust gas stream of a diesel engine, it is known to use an appropriately trained particle Filter. This filter is in the exhaust gas flow arranged and is flowed through by the exhaust gas stream. As soon as however the filter is loaded, it must be removed, so that the particles deposited thereon are mechanically removed can be disposed of or the particle-laden filter can be. With corresponding, equipped with diesel engines This leads to vehicles, depending on the mode of operation, the corresponding Filters at regular intervals, for example after about 5000 to 15,000 kilometers, regenerated or renewed must become. The same applies to such filters that are used in industrial Exhaust gas flows are arranged.
Die zuvor beschriebene Regenerierung bzw. der zuvor beschriebene Ausbau der Filter beinhaltet insbesondere auch im industriellen Bereiche einen erhöhten Aufwand. The regeneration described above or the one described above Expansion of the filter includes especially in industrial Areas an increased effort.
Um den zuvor beschriebenen Ausbau des Filters zu ersparen, schlägt die DE 40 03 564 eine Vorrichtung zur Entfernung von Partikeln aus einem Abgasstrom vor, bei dem der mit Partikeln beladene Abgasstrom nicht durch ein Filter, sondern vielmehr durch ein elektrisches Feld geführt wird, derart, daß die Partikel beim Durchströmen des elektrischen Feldes gezündet und somit aus dem Abgasstrom als gasförmige Verbindungen entfernt werden.To save the previously described removal of the filter, DE 40 03 564 proposes a device for removing Particles from an exhaust gas flow in which the particle loaded exhaust gas flow not through a filter, but rather is passed through an electric field such that the Particles ignited when flowing through the electric field and thus removed from the exhaust gas stream as gaseous compounds will.
Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist aus der DE 37 15 174 A1 bekannt. Hierbei werden bei dem bekannten Verfahren die im Abgasstrom enthaltenen Partikel auf einem Filter abgeschieden, so daß die an dem Filter anhaftende Rußschicht dann mittels elektrischer Entladung gezündet wird, was seinerseits dazu führt, daß es zu einem Abbrand des Rußes kommt. Bedingt jedoch dadurch, daß bei dem bekannten Verfahren die für die Erzeugung der elektrischen Entladung erforderlichen Hochspannungselektroden auf der Oberfläche des Filters innerhalb derselben angeordnet sind, ist bei dem bekannten Verfahren immer dann die Ausbildung eines elektrischen Funkens ausgeschlossen, solange noch über die Rußschicht oder über Bereiche der Rußschicht eine Verbindung zwischen den beiden Elektroden besteht. Dies führt dazu, daß eine einwandfreie Ausbildung des für den Abbrand der Rußschicht erforderlichen Funkens nur relativ selten auftritt, so daß das bekannte Verfahren eine eingeschränkte Wirksamkeit in bezug auf die Regenerierung des Filters besitzt.A method with the features of the preamble of the claim 1 is known from DE 37 15 174 A1. Here are in the known method that contained in the exhaust gas stream Particles are deposited on a filter, so that on the filter adhering soot layer then by means of electrical discharge is ignited, which in turn causes it to burn of soot comes. However, due to the fact that known methods for the generation of electrical Discharge required high voltage electrodes on the surface of the filter are arranged within the same in the known method always the formation of a electrical spark excluded while still on the Soot layer or a connection over areas of the soot layer exists between the two electrodes. This leads to a perfect formation of the for the burning of the soot layer required spark occurs relatively rarely, so that the known method has a limited effectiveness in regarding the regeneration of the filter.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernung von elektrisch leitenden Teilchen aus einem Gasstrom sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, mit der es möglich ist, das entsprechend mit Teilchen beladene Filter mit besonders geringem Aufwand und einer geringen Störanfälligkeit zu regenerieren.The present invention is based on the object Process for removing electrically conductive particles a gas flow and a corresponding device for performing of the process by which it is available is possible, the filter loaded with particles accordingly to regenerate particularly little effort and a low susceptibility to failure.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.This object is achieved by a method with the characterizing features of claim 1 and by a device with the characterizing features of the claim 11 solved.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung von elektrisch leitenden Teilchen aus einem Gasstrom beruht auf dem Grundgedanken, daß man den Gasstrom durch ein Filter führt und hierdurch die Teilchen aus dem Gasstrom abscheidet. Um nunmehr bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das mit elektrisch leitenden Teilchen beladene Filter stationär zu regenerieren, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die auf dem Filter abgeschiedenen Teilchen so lange mit einer Funken- und/oder kurzzeitigen Bogenentladung beaufschlagt, bis hierdurch die Teilchen zünden und hiernach die gezündeten Teilchen durch Verbrennung in gasförmige Verbindungen überführt werden. Um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine sichere und reproduzierbare Ausbildung der für die Zündung der Teilchen erforderlichen elektrischen Funken- und/oder kurzzeitigen Bogenentladung zu gewährleisten, wird diese Funken- und/oder kurzzeitige Bogenentladung von mindestens einer von der abgeschiedenen und zu entfernenden Schicht der Teilchen beabstandeten Elektrode erzeugt. The inventive method for removing electrical conductive particles from a gas stream is based on the basic idea that you pass the gas flow through a filter and thereby separates the particles from the gas stream. To now at the inventive method that with electrically conductive Regenerating particle-laden filters in the present invention method the particles deposited on the filter for so long a spark and / or brief arc discharge, until this ignites the particles and then the ignited Particles converted into gaseous compounds by combustion will. In order to ensure a safe and reproducible training for the ignition of the particles required electrical spark and / or short-term To ensure arc discharge, this will spark and / or brief arc discharge of at least one of the deposited and removable layer of particles spaced electrode generated.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. So ist es hierbei nicht, wie beim eingangs aufgeführten Stand der Technik, erforderlich, das entsprechend mit Teilchen beladene Filter auszubauen und extern zu regenerieren bzw. zu entsorgen, was dazu führt, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit auszeichnet. Auch läuft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Regenerierung (Reinigung) des Filters in besonders kurzen Zeiten ab, so daß das Filter zu jedem beliebigen Zeitpunkt innerhalb von kürzester Zeit regeneriert werden kann. Somit kann es hierbei auch nicht zum Aufbau eines nennenswerten Staudruckes im Gasstrom infolge eines entsprechend hoch beladenen Filters kommen. Ferner ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren auch nicht erforderlich, die am Filter abgeschiedenen Teilchen bei der Regenerierung durch Zusatz von Chemikalien zu dem Gasstrom zu entfernen, so daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders umweltfreundlich ist. Wegen der zuvor beschriebenen und einfachen Regenerierung des Filters erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, besonders feinmaschige Filter einzusetzen. Dies wiederum führt dazu, daß das erfindungsgemäße Verfahren somit eine besonders hohe Abscheidungsrate in bezug auf die entsprechend abzuscheidenden Teilchen besitzt, was sich in einem entsprechend hohen Wirkungsgrad der Reinigung des Gasstromes ausdrückt.The method according to the invention has a number of advantages on. So it is not like the one listed at the beginning State of the art, required, accordingly with particles Remove loaded filters and regenerate them externally discard, which leads to the fact that the inventive method characterized by a particularly high level of economy. Regeneration also runs in the method according to the invention (Cleaning) the filter in particularly short times off so that the filter is at any time within can be regenerated in no time. So it can not to build up any significant back pressure in the gas flow as a result of a correspondingly heavily loaded filter come. It is also the case with the method according to the invention does not require the particles deposited on the filter regeneration by adding chemicals to the gas stream to remove, so that the inventive method particularly is environmentally friendly. Because of the previously described and simple Regeneration of the filter allows the inventive Process of using particularly fine-mesh filters. This in turn leads to the fact that the method according to the invention a particularly high deposition rate in relation to that particles to be separated has what is in one correspondingly high efficiency of cleaning the gas stream expresses.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß zur Erzeugung der Funken- und/oder der kurzzeitigen Bogenentladung eine Gleich- oder Wechselspannung, insbesondere eine Wechselspannung oder eine hochfrequente Spannung, angelegt wird. Hierbei ist im Rahmen der vorliegenden Beschreibung unter Funken- und/oder kurzzeitiger Bogenentladung eine solche elektrische Entladung zu verstehen, bei der ein elektrischer Funken bzw. ein elektrischer Bogen mit einer Lebensdauer zwischen 0,0001 s und 1 s, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,001 s und 0,01 s, erzeugt wird.A particularly advantageous development of the invention The method provides that to generate the spark and / or the short-term arc discharge an equal or AC voltage, in particular an AC voltage or a high-frequency voltage is applied. This is within the scope of the present Description under spark and / or short-term arc discharge to understand such an electrical discharge at with an electric spark or arc a lifespan between 0.0001 s and 1 s, preferably in Range between 0.001 s and 0.01 s is generated.
Bei einer anderen, besonders vorteilhaften Weiterbildung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vielzahl von Funken- und/oder kurzzeitigen Bogenentladungen erzeugt, wobei hierfür eine einzige Spannungsquelle verwendet wird. Diese Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich insbesondere dann anwenden, wenn die elektrisch leitenden Teilchen, so zum Beispiel Ruß, aus einem Gasstrom eines Fahrzeuges, so insbesondere eines mit einem Dieselmotor angetriebenen Fahrzeuges, abgeschieden werden sollen.In another, particularly advantageous development of the The method according to the invention described above becomes a Variety of spark and / or short-term arc discharges generated using a single voltage source becomes. This embodiment variant of the method according to the invention can be used especially when the electrical conductive particles, such as soot, from a gas stream of a vehicle, in particular one with a diesel engine driven vehicle to be separated.
Um besonders energiereiche Funkenentladungen bzw. kurzzeitige Bogenentladungen sicherzustellen, sieht eine Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß eine Spannungsquelle mit einer Spannung kleiner als 50 kV, insbesondere mit einer Spannung zwischen 500 V und 50 kV und vorzugsweise mit einer Spannung zwischen 2 kV und 25 kV, verwendet wird.For particularly high-energy spark discharges or short-term Ensuring arc discharges is a further development of the previously described embodiment of the method according to the invention before that a voltage source with a voltage less than 50 kV, especially with a voltage between 500 V and 50 kV and preferably with a voltage between 2 kV and 25 kV is used.
Bezüglich der Zeit, die erforderlich ist, um die an dem Filter abgeschiedenen Teilchen durch die Funken- und/oder durch die kurzzeitige Bogenentladung zu zünden, ist allgemein festzuhalten, daß sich diese Beaufschlagungszeit nach der jeweils verwendeten Spannungsquelle und der Art der abgeschiedenen Teilchen richtet. Üblicherweise beträgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren diese Beaufschlagungszeit kleiner als 2 Sekunden und variiert vorzugsweise zwischen 0,01 s und 1,5 s. Insbesondere konnte festgestellt werden, daß die zuvor genannten Beaufschlagungszeiten bei auf einem Filter abgeschiedenen Ruß- oder Schwefelpartikeln vollständig ausreichen, um diese Ruß- oder Schwefelpartikel entsprechend zu zünden und somit überwiegend in gasförmiges Kohlendioxid oder gasförmiges Schwefeldioxid umzuwandeln.Regarding the time it takes to complete the filter deposited particles by the spark and / or by the Igniting short-term arc discharge must generally be recorded that this exposure time depends on the used Voltage source and the type of particles deposited judges. Usually in the case of the invention Move this exposure time to less than 2 seconds and preferably varies between 0.01 s and 1.5 s. Especially it could be determined that the exposure times mentioned above with soot or Sulfur particles are sufficient to completely soot or Ignite sulfur particles accordingly and therefore predominantly in gaseous carbon dioxide or gaseous sulfur dioxide convert.
Die mittlere Porenweite des bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten Filters richtet sich allgemein nach der Teilchengröße der jeweils abzuscheidenden Teilchen. Normalerweise variiert diese mittlere Porenweite zwischen 5 nm und 400 nm, insbesondere zwischen 150 nm und 300 nm, wobei in speziellen Fällen sowohl Filter mit größeren mittleren Porenweiten als auch Filter mit kleineren mittleren Porenweiten eingesetzt werden können. Sollen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Rußpartikel aus dem Abgasstrom eines Dieselmotors abgeschieden werden, so werden hierfür üblicherweise Filter eingesetzt, deren mittleren Porenweiten innerhalb der zuvor angegebenen konkreten Werte variieren.The average pore size of the process according to the invention The filter used generally depends on the Particle size of the particles to be separated. Usually this average pore size varies between 5 nm and 400 nm, in particular between 150 nm and 300 nm, in particular Cases both filters with larger average pore sizes as well as filters with smaller medium pore sizes can be. Should according to the inventive method Soot particles separated from the exhaust gas stream of a diesel engine are used, filters are usually used for this purpose average pore widths within the concrete specified above Values vary.
Bei einer besonders geeigneten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Gasstrom in mindestens zwei Teilgasströme aufgetrennt, wobei jedem Teilgasstrom ein Filter zugeordnet wird, durch das der Teilgasstrom geführt wird. Diese Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird immer insbesondere dann angewendet, wenn der Gasstrom eine relativ hohe Konzentration an elektrisch leitenden Teilchen aufweist, so daß die Intervalle zwischen der Regenerierung entsprechend verlängert werden. Des weiteren ist es möglich, bei dieser Verfahrensvariante so zu arbeiten, daß hierbei jeweils nur ein Filter von dem Gasstrom durchströmt wird, während das andere Filter zu diesem Zeitpunkt regeneriert wird.In a particularly suitable embodiment of the invention The gas flow process is divided into at least two Partial gas streams separated, a filter being assigned to each partial gas stream through which the partial gas flow is passed. This variant the inventive method is always particular applied when the gas flow is relatively high Has concentration of electrically conductive particles, so that the intervals between regeneration accordingly be extended. It is also possible with this method variant to work in such a way that only one The gas stream flows through the filter while the other Filter is regenerated at this time.
Um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Regenerierung des Filters und somit die Überführung der elektrisch leitenden Teilchen in gasförmigen Verbindungen zu beschleunigen, sieht eine andere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß während der Regenerierung des Filters zusätzliche Luft und/oder Sauerstoff in den Gasstrom eingespeist wird.In order to regenerate the Filters and thus the transfer of the electrically conductive Accelerating particles in gaseous compounds sees another, particularly advantageous embodiment of the invention Procedure before that during regeneration the filter additional air and / or oxygen in the gas stream is fed.
Wie bereits vorstehend mehrfach ausgeführt ist, werden das erfindungsgemäße Verfahren und die nachfolgend noch beschriebene Vorrichtung vorzugsweise auch angewendet, um Ruß-Teilchen aus einem Abgasstrom eines Dieselmotors abzutrennen. Dies hängt damit zusammen, daß das erfindungsgemäße Verfahren wegen der zuvor beschriebenen schnellen und einfachen Regenerierung des Filters die Verwendung von relativ kleinen und somit im Gewicht entsprechend reduzierten Filtern erlaubt, die entsprechend platzsparend, beispielsweise in der Auspuffanlage eines Fahrzeuges, eingebaut werden können.As has already been stated several times, the invention Method and the one described below Device preferably also applied to soot particles to separate an exhaust gas stream from a diesel engine. This depends together with the fact that the inventive method because of previously described quick and easy regeneration of the Filters the use of relatively small and therefore in weight correspondingly reduced filters allowed that accordingly space-saving, for example in the exhaust system of a Vehicle can be installed.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein vom Gasstrom an- bzw. durchströmtes Filter auf. Hierbei sind dem Filter mindestens zwei Gegenelektroden sowie mindestens eine Elektrode zur Erzeugung der elektrischen Funken- und/oder Bogenentladung zugeordnet, wobei die mindestens beiden Gegenelektroden sowie die mindestens eine Elektrode mit einer Spannungsquelle verbunden sind.The inventive device for performing the previously The inventive method described has a gas flow filter on or through. Here are the filter at least two counter electrodes and at least one Electrode for generating the electrical spark and / or arc discharge assigned, the at least two counter electrodes and the at least one electrode with a voltage source are connected.
Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung weist den entscheidenden Vorteil auf, daß, sobald die beiden Gegenelektroden und die Elektrode mit der Spannungsquelle verbunden sind, immer dann eine Funken- bzw. kurzzeitige Bogenentladung zwischen der Elektrode und dem Bereich zwischen den Gegenelektroden ausgebildet wird, sobald die Oberfläche des Filters mit den elektrisch leitenden Teilchen belegt ist, d. h. somit die elektrisch leitenden Teilchen am Filter abgeschieden sind. In diesem Betriebszustand, in dem eine Regenerierung des Filters erforderlich ist, wird dann, wie vorstehend bereits beschrieben, aufgrund der Verkürzung des Abstandes zwischen der Elektrode und der als Gegenelektrode wirkenden abgeschiedenen elektrisch leitenden Teilchenschicht eine Funken- bzw. Bogenentladung ausgebildet, da der Abstand zwischen der elektrisch leitenden Teilchenschicht und der Elektrode entsprechend verringert ist. Dies wiederum führt dazu, daß die abgeschiedenen Teilchen gezündet werden und somit abbrennen und von daher in gasförmige Produkte umgewandelt werden. Mit zunehmendem Regenerierungsgrad wird der Abstand zwischen der abbrennenden Teilchenschicht und der Elektrode entsprechend vergrößert, was bei Überschreiten eines von der geometrischen Konfiguration der beiden Gegenelektroden und der Elektrode abhängigen Grenzabstandes dann dazu führt, daß die elektrische Funkenentladung bzw. Bogenentladung automatisch unterbrochen wird. Zu diesem Zeitpunkt ist dann das Filter vollständig regeneriert. Eine erneute Ausbildung der Bogen- bzw. Funkenentladung setzt erst dann wieder ein, wenn der zuvor gereinigte Bereich des Filters wieder erneut mit elektrisch leitenden Teilchen belegt ist, so daß eine weitere Regenerierung erforderlich wird.The device according to the invention described above has the decisive advantage on that once the two counter electrodes and the electrode is connected to the voltage source, always a spark or short-term arc discharge between the electrode and the area between the counter electrodes is formed as soon as the surface of the filter with the electrically conductive particles are occupied, d. H. hence the electrically conductive particles are deposited on the filter. In this operating state, in which a regeneration of the filter is required, as already described above, due to the shortening of the distance between the Electrode and the deposited electrically acting as a counter electrode conductive particle layer a spark or arc discharge formed because the distance between the electrically conductive Particle layer and the electrode accordingly is reduced. This in turn leads to the separated Particles are ignited and thus burn off and therefore be converted into gaseous products. With increasing Degree of regeneration is the distance between the burning ones Particle layer and the electrode enlarged accordingly, what if one of the geometric configuration is exceeded of the two counter electrodes and the electrode Limit distance then leads to the electrical spark discharge or sheet discharge is automatically interrupted becomes. At this point the filter is completely regenerated. A renewed formation of the arc or spark discharge only starts again when the previously cleaned one Area of the filter again with electrically conductive Particles are occupied, so that further regeneration is necessary becomes.
Bezüglich des Abstandes zwischen der Elektrode bzw. den Elektroden und der von dem Filter abzubrennenden Schicht sowie den Gegenelektroden ist festzuhalten, daß dieser Abstand dazu dient, ein Zusetzen mit Teilchen zu verhindern. Dies würde nämlich dazu führen, daß dieser Abstand durch die entsprechend abgeschiedenen Teilchen überbrückt werden würde, so daß ein elektrischer Kurzschluß zwischen der Elektrode und der Schicht bzw. der Elektrode und der Gegenelektrode entsteht, so daß keine Funken- und/oder kurzzeitige Bogenentladungen mehr ausgebildet wird. Vorzugsweise variiert der Abstand zwischen etwa 2 mm und etwa 10 mm.Regarding the distance between the electrode or Electrodes and the layer to be burned off by the filter and the counter electrodes, it should be noted that this distance to it serves to prevent clogging with particles. This would namely cause this distance by the corresponding deposited particles would be bridged so that a electrical short circuit between the electrode and the Layer or the electrode and the counter electrode arises, so that no more spark and / or short-term arc discharges is trained. The distance between preferably varies about 2 mm and about 10 mm.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den wesentlichen Vorteil auf, daß hierbei immer dann automatisch eine Funken- bzw. Bogenentladung ausgebildet wird, sobald entsprechende elektrisch leitende Teilchen in entsprechender Schichtdicke auf dem Filter abgeschieden werden. Da diese Ausbildung der Funken- bzw. Bogenentladung zwangsläufig auftritt, ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht erforderlich, entsprechende Steuerelemente vorzusehen. Ebenso automatisch wird, wie bereits vorstehend beschrieben, aufgrund der Abstandsvergrößerung die Ausbildung der Funken- bzw. Bogenentladung unterbrochen, so daß hierfür ebenfalls auf aufwendige Steuerelemente verzichtet werden kann. Somit erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine besonders einfache und wirkungsvolle Regenerierung des Filters, ohne daß es hierfür erforderlich ist, irgendwelche Zusatzstoffe, die einen Abbrand bzw. ein Ablösen der Teilchenschicht von der Oberfläche des Filters bewirken, dem zu reinigenden Gasstrom zuzusetzen. Auch besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen sehr einfachen Aufbau und ein geringes Gewicht, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch insbesondere dort angewendet werden kann, wo Gewicht und Platzbedarf eine entscheidende Rolle spielen, so insbesondere auch bei Fahrzeugen im abgasseitigen Bereich eines Dieselmotors. Hierbei ist es dann lediglich erforderlich, das Filter und die zuvor beschriebenen mindestens beiden Gegenelektroden sowie die mindestens eine Elektrode im Abgasstrom eines Dieselmotors, insbesondere in der Auspuffanlage im Bereich des Schalldämpfers, anzuordnen, wobei wegen der zuvor beschriebenen selbständigen Regenerierung hierfür ein relativ geringer Platzbedarf erforderlich ist.The device according to the invention has the essential advantage that a spark or Arc discharge is formed as soon as appropriate electrically conductive particles in the appropriate layer thickness be separated from the filter. Since this training of spark or arc discharge inevitably occurs, it is with the device according to the invention not necessary, corresponding Provide controls. Just as automatically becomes how already described above, due to the increase in distance the formation of the spark or arc discharge is interrupted, so that this also involves elaborate controls can be dispensed with. Thus, the invention allows Device a particularly simple and effective regeneration of the filter, without requiring any Additives that burn or detach the particle layer from the surface of the filter, add to the gas stream to be cleaned. Also has the invention Device a very simple construction and one light weight, so that the device according to the invention also can be used especially where weight and Space requirements play a crucial role, especially also for vehicles in the exhaust-side area of a diesel engine. It is then only necessary to use the filter and the previously described at least two counter electrodes as well the at least one electrode in the exhaust gas stream of a diesel engine, especially in the exhaust system in the area of the Muffler to be arranged, because of the previously described independent regeneration for this a relatively minor Space is required.
Bezüglich der Ausgestaltung des bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Filters ist allgemein festzuhalten, daß sich diese Ausgestaltung des Filters nach dem jeweiligen Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Vorrichtung richtet.With regard to the configuration of the device according to the invention Filters used is generally to be noted that this design of the filter depends on the respective application the device according to the invention.
So sieht eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß das Filter als Filterrohr, vorzugsweise als keramisches Filterrohr, ausgebildet ist. Ein derartiges Filterrohr läßt sich dann hervorragend in ein entsprechendes zylindrisches Abgasrohr einpassen, wobei es sich insbesondere anbietet, das Filterrohr derart in dem Gasstrom anzuordnen, daß die abzuscheidenden Teilchen außen auf dem Filterrohr abgeschieden werden.This is a first embodiment of the device according to the invention before that the filter as a filter tube, preferably as ceramic filter tube, is formed. Such a filter tube can then be excellent in a corresponding cylindrical Fit exhaust pipe, it being particularly offers to arrange the filter tube in the gas stream in such a way that the particles to be separated are deposited on the outside of the filter tube will.
Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, anstelle eines keramischen Filterrohres ein Filterrohr aus einem anderen Material, beispielsweise aus elektrisch nichtleitendem Stahl, Glas od. dgl., vorzusehen, wobei es empfehlenswert ist, hierfür ein hitzebeständiges Material auszuwählen. Ebenso kann man das Filterrohr derart in dem Gasstrom positionieren, daß die abzuscheidenden Teilchen innen am Filterrohr abgeschieden werden. Of course, it is also possible instead of one ceramic filter tube a filter tube made of a different material, for example made of electrically non-conductive steel, Glass or the like. To provide, where it is recommended, for this choose a heat-resistant material. You can do the same Position the filter tube in the gas flow so that the ones to be separated Particles are separated on the inside of the filter tube.
Bezüglich der Ausgestaltung und der Positionierung der mindestens beiden, dem Filter zugeordneten Gegenelektroden ist festzuhalten, daß sich sowohl die Positionierung als auch die Ausgestaltung dieser Gegenelektroden nach dem jeweils verwendeten Filter richtet. Bei dem zuvor beschriebenen zylindrischen Filterrohr bietet es sich insbesondere an, hier die mindestens beiden Gegenelektroden als Ringelektroden auszubilden und dem Filterrohr zuzuordnen, insbesondere auf der Oberfläche des Filterrohres und in Kontakt mit diesem zu befestigen, wobei diese Ringelektroden dann mit axialem Abstand voneinander angeordnet sind, wie dies nachfolgend noch für ein Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben ist.With regard to the design and positioning of the at least hold the two counter electrodes assigned to the filter, that both the positioning and the design of these counter electrodes after the filter used in each case judges. With the cylindrical filter tube described above it is particularly useful here at least the two To form counter electrodes as ring electrodes and the filter tube assign, especially on the surface of the filter tube and attach in contact with this, these ring electrodes are then arranged at an axial distance from one another, as follows in detail for an exemplary embodiment is described.
Entscheidend für die Ausgestaltung der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erforderlichen Elektrode ist, daß diese Elektrode derart ausgestaltet und positioniert ist, daß sich zwischen den elektrisch leitenden und auf dem Filterrohr abgeschiedenen Teilchen und der Elektrode die zuvor bereits mehrfach beschriebene Funken- bzw. kurzzeitige Bogenentladung ausbildet. So bietet es sich bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Vorrichtung, die ein zylindrisches Filterrohr aufweist, an, hier die Elektrode mit radialem und axialem Abstand von den mindestens beiden Gegenelektroden zu positionieren, wobei vorzugsweise eine Reihe von Elektroden dem Filterrohr zugeordnet ist. Insbesondere dann, wenn die mindestens beiden Gegenelektroden als Ringelektroden ausgestaltet sind, empfiehlt es sich, hier die Elektrode bzw. die Reihe von Elektroden ebenfalls als Ringelektrode auszubilden, wobei diese als Ringelektrode gestaltete Elektrode dann einen Durchmesser aufweist, der wesentlich größer ist als der Durchmesser der dem Filterrohr zugeordneten Gegenelektroden, so daß hierdurch ein gleichmäßiger radialer Abstand zwischen dem zylindrischen Filterrohr und der als Ringelektrode ausgestalteten Elektrode sichergestellt ist.Crucial for the design of the inventive Device required electrode is that this Electrode is designed and positioned such that between the electrically conductive and on the filter tube deposited particles and the electrode the previously already Spark or short-term arc discharge described several times trains. So it offers itself with the previously described Embodiment of the device, which is a cylindrical Filter tube has, here, the electrode with a radial and axial distance from the at least two counter electrodes position, preferably a series of electrodes is assigned to the filter tube. Especially if the at least two counter electrodes configured as ring electrodes , it is recommended to use the electrode or the To form a series of electrodes also as a ring electrode, this electrode designed as a ring electrode then has a diameter that is much larger is the diameter of the counter electrodes assigned to the filter tube, so that this creates a uniform radial distance between the cylindrical filter tube and that as a ring electrode configured electrode is ensured.
Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß das Filter nicht, wie vorstehend beschrieben, rohrförmig ausgebildet ist. Vielmehr ist bei dieser Ausführungsform ein plattenartiges Filter vorgesehen, das vorzugsweise eine Vielzahl von einzelnen, mit Abstand voneinander angeordneten Filterplatten aufweist, die sich in Längsrichtung oder quer zur Strömungsrichtung des Gasstromes erstrecken. Hierbei sind dann insbesondere abhängig von der Höhe der Beladung des jeweiligen Gasstromes mit Teilchen insbesondere zwei bis zwanzig Filterplatten vorgesehen.Another embodiment of the device according to the invention stipulates that the filter does not, as described above, is tubular. Rather, in this embodiment a plate-like filter is provided, which preferably a large number of individual, spaced apart Has filter plates that extend in the longitudinal direction or extend transversely to the direction of flow of the gas stream. This then depends in particular on the height of the load of the respective gas flow with particles in particular two up to twenty filter plates are provided.
Bezüglich der Ausrichtung dieser Filterplatten relativ zur Strömungsrichtung des zu reinigenden Gasstromes besteht dann insbesondere die Möglichkeit, diese Filterplatten quer, vorzugsweise unter einem Winkel von 90°, zur Gasströmungsrichtung anzuordnen.Regarding the alignment of these filter plates relative to The direction of flow of the gas stream to be cleaned then exists in particular the possibility of these filter plates across, preferably at an angle of 90 ° to the gas flow direction to arrange.
Eine besonders geeignete Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich durch eine hohe Standzeit auszeichnet, sieht vor, daß die Filterplatten derart mit Abstand voneinander angeordnet sind, daß hierdurch der Gesamtgasstrom in Teilgasströme aufgeteilt und somit einzelne Teilgasströmungskanäle ausgebildet werden. Um dies zu erreichen, erstrecken sich die Filterplatten in Strömungsrichtung des Gasstromes, wobei der Gasstrom dann durch Anordnung geeigneter Absperrorgane oder Umlenkelemente in den einzelnen Teilgasströmungskanälen einmal oder mehrfach durch die Filterplatten gelenkt wird.A particularly suitable development of the previously described Embodiment of the device according to the invention characterized by a long service life, provides that the filter plates are spaced apart such that this divides the total gas flow into partial gas flows and thus individual partial gas flow channels are formed. Around to achieve this, the filter plates extend in the direction of flow of the gas flow, the gas flow then through Arrangement of suitable shut-off devices or deflection elements in the individual partial gas flow channels once or several times the filter plates is steered.
Eine andere Weiterbildung der zuvor beschriebenen Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß zwischen benachbarten Filterplatten eine Wandung, insbesondere eine gasdichte Wandung, vorgesehen ist, so daß, wie bereits vorstehend beschrieben, der Gesamtgasstrom in Gasteilströme aufgeteilt wird und zusätzlich die Gasteilströme noch jeweils durch eine gasdichte Wandung von benachbarten Gasteilströmen abgeschottet werden.Another development of the previously described variant of The device according to the invention provides that between adjacent Filter plates a wall, especially a gas-tight Wall, is provided so that, as already described above, the total gas flow is divided into partial gas flows and in addition, the partial gas flows are also each gas-tight Wall of neighboring gas streams are sealed off.
Um bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei denen das Filter als plattenartiges Filter ausgebildet ist, sicherzustellen, daß eine einwandfreie Ausbildung der für die Regenerierung erforderlichen elektrischen Funken- und/oder Bogenentladung abläuft, sind jeder Filterplatte mindestens zwei, mit Abstand voneinander angeordnete Gegenelektroden zugeordnet. Weiterhin ist die Elektrode von jeder der mindestens beiden Gegenelektroden im selben Abstand positioniert, so daß die Funken- bzw. Bogenentladung reproduzierbar und störungsfrei zwischen der Elektrode und dem Bereich des Filters zwischen den beiden Gegenelektroden dann ausgebildet wird, wenn dieser Filterbereich mit einer entsprechenden Schicht der elektrisch leitenden Teilchen belegt ist und somit dieser Bereich regeneriert werden muß. To in the previously described embodiments of the invention Device in which the filter as a plate-like Filter is designed to ensure that it is in perfect working order Training the necessary for the regeneration electrical spark and / or arc discharge, everyone is Filter plate at least two, spaced apart Assigned counter electrodes. Furthermore, the Electrode from each of the at least two counter electrodes in the positioned the same distance so that the spark or arc discharge reproducible and trouble-free between the electrode and the area of the filter between the two counter electrodes is formed when this filter area with a corresponding layer of the electrically conductive particles is and therefore this area must be regenerated.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, bei der zwischen benachbarten Filterplatten eine gasdichte Wandung vorgesehen ist, bietet es sich insbesondere an, die Elektrode der gasdichten Wandung zuzuordnen.In the previously described embodiment, in which between a gas-tight wall is provided for adjacent filter plates is, it is particularly appropriate to use the electrode of the assign gastight wall.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Vielzahl von Elektroden aufweist, sieht vor, daß jeder Elektrode oder Gegenelektrode mindestens ein Kondensator zugeordnet ist, der zwischen der jeweiligen Gegenelektrode bzw. der Elektrode und der Spannungsquelle geschaltet ist. Durch derartig entkoppelte Elektroden wird eine nahezu verlustfreie Strombegrenzung erreicht, wobei durch Variation der Kapazität des Kondensators die Leistung der Entladung begrenzt und auf einen vorgegebenen Wert gehalten wird. Ferner verhindert diese Ausführungsvariante, daß nur an einer Elektrode oder an einigen wenigen Elektroden eine Entladung stattfindet, so daß sich die Entladungen über die gesamte Fläche des Filters erstrecken. Darüber hinaus kann mit einer derartigen Schaltung eine unbegrenzte Zahl von Entladungen erzeugt werden, wobei die jeweiligen Gegenelektroden und Elektroden dann mit nur einer einzigen Spannungsquelle verbunden sind.Another particularly advantageous embodiment of the invention Device that has a variety of electrodes has, provides that each electrode or counter electrode at least one capacitor is assigned, which is between the respective counter electrode or the electrode and the Voltage source is switched. Through such decoupled Electrodes a nearly loss-free current limitation is achieved, by varying the capacitance of the capacitor the output of the discharge is limited and to a predetermined Value is held. Furthermore, this variant prevents that only on one electrode or on a few electrodes a discharge takes place so that the discharges extend over the entire surface of the filter. Furthermore can with such a circuit an unlimited number of Discharges are generated, with the respective counter electrodes and electrodes with only a single voltage source are connected.
Anstelle des zuvor beschriebenen und jeder Gegenelektrode bzw. Elektrode zugeordneten Kondensators kann auch ein vorgeschalteter Widerstand verwendet werden, wobei dieser vorgeschaltete Widerstand dann aufgrund der Erwärmung entsprechende Stromverluste bewirkt. Instead of the previously described and each counter electrode or A capacitor connected to the electrode can also be an upstream one Resistor are used, this upstream Resistance then corresponding current losses due to the heating causes.
Eine besonders geeignete Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der jeder Gegenelektrode bzw. Elektrode mindestens ein Kondensator zugeordnet ist, sieht vor, daß der Kondensator als Koaxialkabel ausgebildet ist. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, daß sie ein relativ geringes Gewicht aufweist, so daß sie problemlos auch in Fahrzeugen installierbar ist. Des weiteren läßt sich durch Variation der Länge des Koaxialkabels besonders einfach die Kapazität eines derartigen, als Koaxialkabel ausgebildeten Kondensators variieren, so daß bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in beliebiger Weise und innerhalb von kürzester Zeit die Leistung der Entladung variiert und auf die jeweiligen Verhältnisse angepaßt werden kann.A particularly suitable development of the previously described Embodiment of the device according to the invention, in which everyone Counter electrode or electrode at least one capacitor assigned, provides that the capacitor as a coaxial cable is trained. This training has the advantage on that it has a relatively light weight, so that it can also be easily installed in vehicles. Furthermore can be particularly varied by varying the length of the coaxial cable simply the capacity of such a, as a coaxial cable trained capacitor vary, so that this Embodiment of the device according to the invention in any Performance wisely and in no time the discharge varies and adapted to the respective conditions can be.
Bezüglich der Kapazität des Kondensators, der zwischen jeder Elektrode und der Spannungsquelle geschaltet ist, ist festzuhalten, daß diese zwischen 5 pF und 5000 pF, vorzugsweise zwischen 100 pF und 1500 pF, variiert.Regarding the capacitance of the capacitor between each Electrode and the voltage source is switched note that this is between 5 pF and 5000 pF, preferably varies between 100 pF and 1500 pF.
Bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen, bei denen mehrere Elektroden bzw. Gegenelektroden mit einer Spannungsquelle geschaltet sind, sind die jeweiligen Elektroden und die jeweiligen Gegenelektroden parallel angeordnet.In all previously described embodiments in which several electrodes or counter electrodes with one voltage source are connected, the respective electrodes and the respective counter electrodes arranged in parallel.
Bezüglich der Materialien, aus denen die Elektrode und die Gegenelektrode gefertigt sind, ist allgemein festzuhalten, daß hierfür elektrisch leitende Materialien, insbesondere solche Materialien, die unter den jeweiligen Bedingungen nicht oxidieren bzw. korrodieren, ausgewählt werden. Im speziellen Fall bedeutet dies, daß vorzugsweise die Elektrode und/oder die Gegenelektrode aus Aluminium, Eisen (Stahl), Kupfer, Platin, Platinlegierungen, Wolfram oder Nickel angefertigt werden, wobei aus Kostengründen Aluminium, Kupfer oder Eisen bevorzugt werden.Regarding the materials that make up the electrode and the counter electrode are made, it should generally be noted that for this purpose electrically conductive materials, in particular those Materials that do not oxidize under the respective conditions or corrode. In a special case this means that preferably the electrode and / or the counter electrode made of aluminum, iron (steel), copper, platinum, Platinum alloys, tungsten or nickel are made, whereby aluminum, copper or iron preferred for cost reasons will.
Eine andere, besonders geeignete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß jeder Elektrode ein zweiter Kondensator zugeordnet ist, wobei vorzugsweise der zweite Kondensator jeweils die Elektrode mit der Gegenelektrode verbindet. Hierbei erlaubt dieser zweite Kondensator, daß der zeitliche Verlauf der Funken- bzw. kurzzeitigen Bogenentladung und somit der Frequenzbereich der Entladung zeitlich variiert wird.Another, particularly suitable embodiment of the invention The device provides that each electrode a second capacitor is assigned, preferably the second capacitor each the electrode with the counter electrode connects. This second capacitor allows that the time course of the spark or short-term arc discharge and thus the frequency range of the discharge in time is varied.
Die Kapazität dieses zweiten Kondensators richtet dabei nach der erwünschten Modulation, wobei vorzugsweise solche Kondensatoren als zweite Kondensatoren eingesetzt werden, deren Kapazität gleich oder kleiner ist als die Kapazität des ersten Kondensators.The capacitance of this second capacitor adjusts the desired modulation, preferably such capacitors used as second capacitors, their capacitance is equal to or less than the capacity of the first Capacitor.
Konkret zur Kapazität des zweiten Kondensators ist festzuhalten, daß hierfür solche Kondensatoren ausgewählt werden, deren Kapazität 10% bis 90% der Kapazität des ersten Kondensators beträgt.Specifically regarding the capacitance of the second capacitor, that such capacitors are selected for this Capacitance 10% to 90% of the capacitance of the first capacitor is.
Die zuvor beschriebene Variation der Kapazität des zweiten Kondensators kann insbesondere dadurch in besonders einfacher Weise erreicht werden, daß hierbei als zweiter Kondensator ebenfalls ein Koaxialkabel eingesetzt wird, wobei durch eine Veränderung der Länge des Koaxialkabels die gewünschte Kapazität eines derartigen zweiten Kondensators eingestellt werden kann.The previously described variation in the capacity of the second Capacitor can be particularly simple Be achieved that as a second capacitor a coaxial cable is also used, whereby by changing the length of the coaxial cable Capacity of such a second capacitor is set can be.
Bezüglich der Spannungsquelle, mit der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Elektrode und die Gegenelektrode jeweils verbunden ist, ist festzuhalten, daß hier vorzugsweise eine als Wechselspannung ausgebildete Spannungsquelle eingesetzt wird. Üblicherweise erzeugt dann diese Spannungsquelle eine Wechselspannung mit einer Frequenz zwischen 5 Hz und 20 000 Hz, vorzugsweise 50 Hz.Regarding the voltage source with which in the invention Device the electrode and the counter electrode each is connected, it should be noted that here preferably a used as an AC voltage source becomes. Usually this voltage source then generates one AC voltage with a frequency between 5 Hz and 20,000 Hz, preferably 50 Hz.
Bezüglich der durch die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehenen Spannungsquelle erzeugten Spannung ist festzuhalten, daß sich die Größe dieser Spannung nach der Ausgestaltung und Anordnung der Elektrode und den hierzu zugeordneten Gegenelektroden richtet. Üblicherweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Spannungsquelle auf, die eine Wechselspannung zwischen 500 V und 50 kV, vorzugsweise zwischen 2 kV und 25 kV, erzeugt.With regard to the in the device according to the invention generated voltage source is to be recorded, that the magnitude of this tension depends on the design and arrangement of the electrode and the associated Aligns counter electrodes. Usually, the invention Device on a voltage source, which is an AC voltage between 500 V and 50 kV, preferably between 2 kV and 25 kV, generated.
Zuvor sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Ausführungsvarianten beschrieben, bei denen der Gasstrom in mindestens zwei Teilgasströme aufgeteilt wird. Vorzugsweise sind bei diesen Ausführungsvarianten jedem Teilgasstrom ein separates Filter zugeordnet, das in dem entsprechenden Teilgasstrom angeordnet ist und von dem Teilgasstrom durchströmt wird. Hierdurch wird es ermöglicht, größere Teilchenmengen aus dem Gasstrom auszufiltern oder die Regenerierung des Filters vorzunehmen, ohne daß dieser von dem Gasstrom bzw. dem Teilgasstrom durchströmt wird.Previously, in the inventive method and in the The device according to the invention describes embodiment variants, in which the gas flow into at least two partial gas flows is divided. These variants are preferred a separate filter is assigned to each partial gas flow is arranged in the corresponding partial gas stream and from which Part gas flow is flowed through. This enables filter out larger quantities of particles from the gas stream or Regenerate the filter without this of the Gas flow or the partial gas flow is flowed through.
Um die Regenerierung des Filters zu beschleunigen und somit die Überführung der elektrisch leitenden Teilchen in gasförmige Verbindungen zu forcieren, sieht eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß in Strömungsrichtung des Gasstromes gesehen stromauf des Filters eine Frischlufteinspeisung und/oder eine Sauerstoffzuführung angeordnet ist. Hierbei umfaßt die Frischlufteinspeisung bzw. Sauerstoffzuführung vorzugsweise ein Ventil sowie einen Sensor, wobei das Ventil abhängig von einem von dem Sensor erzeugten Steuersignal geöffnet oder geschlossen wird. Insbesondere ist dabei der Sensor den Elektroden oder den Gegenelektroden zugeordnet, so daß dann das Steuersignal zum Öffnen des Ventils erzeugt wird, wenn ein Strom zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode fließt, d. h. wenn eine Funken- und/oder kurzzeitige Bogenentladung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode erzeugt wird.To speed up the regeneration of the filter and thus the conversion of the electrically conductive particles into gaseous ones Forcing connections sees another advantageous one Design of the device according to the invention that seen in the flow direction of the gas stream upstream of the filter a fresh air supply and / or an oxygen supply is arranged. Here, the fresh air feed comprises or oxygen supply preferably a valve and a Sensor, the valve depending on one generated by the sensor Control signal is opened or closed. Especially is the sensor of the electrodes or the counter electrodes assigned so that then the control signal to open the Valve is generated when there is a current between the electrode and the counter electrode flows, i. H. if a spark and / or brief arc discharge between the electrode and the counter electrode is produced.
Vorstehend und nachfolgend wird der Begriff kurzzeitig im Zusammenhang mit der Funken- und/oder Bogenentladung wiederholt verwendet. Hierunter ist zu verstehen, daß die Entladung während einer Zeit zwischen 10-1 Sekunden und 10-8 Sekunden, vorzugsweise 10-6 Sekunden und 10-2 Sekunden, stattfindet. Above and below, the term is used repeatedly for a short time in connection with the spark and / or arc discharge. This means that the discharge takes place during a time between 10 -1 seconds and 10 -8 seconds, preferably 10 -6 seconds and 10 -2 seconds.
Bei einer besonders geeigneten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Filter gleichzeitig als Schalldämpfer eines Dieselmotors ausgebildet, wobei sich diese Ausführungsform dadurch hervorhebt, daß sie besonders platzsparend angeordnet werden kann.In a particularly suitable embodiment of the invention The device acts as a silencer a diesel engine, this embodiment in that it is particularly space-saving can be arranged.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the method according to the invention and the device according to the invention are in the dependent claims specified.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe device according to the invention is described below with reference to two embodiments in connection with the drawing explained. It shows
Fig. 1 ein allgemeines Schaltbild, Fig. 1 is a general diagram,
Fig. 2 eine Abwandlung des in Fig. 1 wiedergegebenen Schaltbildes, Fig. 2 shows a modification of the reproduced in Fig. 1 diagram,
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung, Fig. 3 is a schematic sectional view of a first embodiment of the apparatus,
Fig. 4 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung und Fig. 4 is a schematic sectional view of a second embodiment of the device and
Fig. 5 eine Schemaskizze des Strömungsweges des mit Teilchen beladenen Gasstromes bei der in Fig. 4 gezeigten zweiten Ausführungsform. Fig. 5 is a schematic diagram of the flow path of the particle-laden gas stream in the second embodiment shown in Fig. 4.
In den Fig. 1 bis 5 sind dieselben Teile mit denselben Bezugsziffern versehen.In Figs. 1 to 5 the same parts are given the same reference numerals.
Die Fig. 1 bildet schematisch eine Schaltskizze ab, die bei den in Fig. 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtung zur Anwendung gelangen. Hierbei weist die Schaltung eine Spannungsquelle 1 auf, wobei die Spannungsquelle 1 z. B. eine Wechselspannung von 5 kV mit einer Frequenz von 50 Hz erzeugt. Mit dieser Spannungsquelle 1 sind drei beispielhaft gezeigte Gegenelektroden 2, 3 und 4 sowie drei beispielhaft gezeigte Elektroden 5, 6 und 7 verbunden, wobei sowohl die Gegenelektroden 2 bis 4 als auch die Elektroden 5 bis 7 parallel geschaltet sind. Jeder Elektrode 5 bis 7 ist ein Kondensator 8, 9 bzw. 10 zugeordnet, wobei die Kondensatoren 8 bis 10 eine Kapazität von 500 pF besitzen. Mit anderen Worten sind somit die Elektroden 5 bis 7 entkoppelt, was dazu führt, daß bei einer Spannungsbeaufschlagung zwischen den Elektroden 5 und 2, den Elektroden 6 und 3 sowie den Elektroden 7 und 4 bei Überschreitung einer gewissen Grenzspannung, die durch den Elektrodenabstand sowie durch die Kapazität der Kondensatoren 8 bis 10 bestimmt wird, eine elektrische Funken- und/oder kurzzeitige Bogenentladung ausgebildet wird. Während dieser Funken- und/oder Bogenentladung fließt Wechselstrom durch die jeweiligen Kondensatoren 9-10. FIG. 1 schematically depicts a circuit diagram which come in in Fig. 3 to 5 shown embodiments of the device for application. Here, the circuit has a voltage source 1 , the voltage source 1 z. B. generates an AC voltage of 5 kV with a frequency of 50 Hz. With this voltage source 1 three counter electrodes 2 , 3 and 4 shown by way of example and three electrodes 5 , 6 and 7 shown by way of example are connected, both the counter electrodes 2 to 4 and the electrodes 5 to 7 being connected in parallel. A capacitor 8 , 9 and 10 is assigned to each electrode 5 to 7 , the capacitors 8 to 10 having a capacitance of 500 pF. In other words, the electrodes 5 to 7 are thus decoupled, which leads to the fact that when a voltage is applied between the electrodes 5 and 2 , the electrodes 6 and 3 and the electrodes 7 and 4 when a certain limit voltage is exceeded, caused by the electrode spacing and by the capacitance of the capacitors 8 to 10 is determined, an electrical spark and / or short-term arc discharge is formed. During this spark and / or arc AC current flows through the respective capacitors 9 - 10.
Das in Fig. 2 gezeigte Schaltbild unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Schaltbild dadurch, daß hierbei die Schaltung einen zweiten Kondensator 11 aufweist. Auch hier umfaßt die Schaltung eine Spannungsquelle 1, einen ersten Kondensator 8, eine Elektrode 5, eine Gegenelektrode 2, wobei in der Fig. 2 nur beispielhaft ein einziges Elektrodenpaar 5 und 2 abgebildet ist. Parallel zu den Elektroden 5 und 2 ist ein zweiter Kondensator 11 geschaltet, der eine zeitliche Modulation der zwischen den Elektroden 5 und 2 stattfindenden Funken- bzw. kurzzeitigen Bogenentladung bewirkt. Der Kondensator 11 besitzt eine Kapazität von derselben Größe wie der erste Kondensator. Die Spannungsquelle 1 erzeugt eine solche Spannung, wie dies vorstehend für das Schaltbild 1 angegeben wurde.The circuit diagram shown in FIG. 2 differs from the circuit diagram described above in that the circuit here has a second capacitor 11 . Here, too, the circuit comprises a voltage source 1 , a first capacitor 8 , an electrode 5 , a counter electrode 2 , only one pair of electrodes 5 and 2 being shown in FIG. 2 by way of example. A second capacitor 11 is connected in parallel with the electrodes 5 and 2 and effects a temporal modulation of the spark or short-term arc discharge taking place between the electrodes 5 and 2 . The capacitor 11 has a capacitance of the same size as the first capacitor. The voltage source 1 generates such a voltage as was specified above for the circuit diagram 1 .
In der Fig. 3 ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung beschrieben, wobei die Vorrichtung ein zylindrisches keramisches Filterrohr 20, das in einem zylindrischen, das Filterrohr umgebenden Gehäuse 21 angeordnet ist. Zwischen dem Filterrohr 20 und dem Gehäuse 21 ist ein zylindrischer Ringraum 22 vorgesehen, durch das ein mit Teilchen beladener Gasstrom, beispielsweise ein mit Ruß beladener Abgasstrom eines Dieselmotors, in Pfeilrichtung 223 strömt. Bedingt dadurch, daß der zylindrische Ringraum einseitig durch entsprechende Dichtelemente 24 geschlossen ist, gelangt der Gasstrom zwangsläufig in das Innere des Filterrohres 20 und verläßt dieses Filterrohr in Pfeilrichtung 25. Dies wiederum führt dazu, daß die Teilchen außen am Filterrohr 20 als Schicht 26 abgeschieden werden. FIG. 3 describes a first embodiment of the device, the device being a cylindrical ceramic filter tube 20 which is arranged in a cylindrical housing 21 surrounding the filter tube. A cylindrical annular space 22 is provided between the filter tube 20 and the housing 21 , through which a gas stream loaded with particles, for example an exhaust gas stream loaded with soot from a diesel engine, flows in the direction of the arrow 2 23 . Due to the fact that the cylindrical annular space is closed on one side by corresponding sealing elements 24 , the gas flow inevitably enters the interior of the filter tube 20 and leaves this filter tube in the direction of arrow 25 . This in turn leads to the particles being deposited on the outside of the filter tube 20 as a layer 26 .
Dem Filterrohr 20 sind drei beispielhaft gezeigte Gegenelektroden 2 bis 4 zugeordnet, während am Gehäuse 21 zwei beispielhaft gezeigte Elektroden 5 und 6 angeordnet sind. Hierbei sind sowohl die Gegenelektroden 2 bis 4 als auch die Elektroden 5 und 6 als Ringelektroden ausgebildet, die so geschaltet sind, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Sobald nunmehr eine elektrisch leitende Teilchenschicht 26 außen auf dem Filterrohr abgeschieden ist und diese Schicht eine gewisse Dicke erreicht hat, wird die Schicht 26 aufgrund ihrer Verbindung mit den Gegenelektroden 2 bis 4 leitend, was zur Folge hat, daß bei Überschreitung einer Grenzschichtdicke eine elektrische Funken- bzw. kurzzeitige Bogenentladung zwischen dieser Schicht und den Elektroden 5 bzw. 6 gezündet wird, wie dies durch die Bezugsziffern 27 skizziert ist. Dies hat zur Folge, daß die Schicht 26 gezündet und das entsprechende Schichtmaterial in einen gasförmigen Zustand überführt wird, was zwangsläufig zu einem Abbrennen des Schichtmaterials und damit zu einer Regenerierung des Filters führt. Hierdurch wird infolge der Auflösung der Schicht die Leitfähigkeit der Schicht unterbrochen, so daß das Abbrennen beim vollständigen Regenerieren des Filterrohres automatisch gestoppt wird.The filter tube 20 is assigned three counter electrodes 2 to 4 shown by way of example, while two electrodes 5 and 6 shown by way of example are arranged on the housing 21 . Here, both the counter electrodes 2 to 4 and the electrodes 5 and 6 are formed as ring electrodes which are connected as shown in FIG. 1. Once now an electrically conductive particle 26 is externally deposited on the filter tube, and this layer has reached a certain thickness, the layer 26 is conductive due to its connection with the mating electrodes 2 to 4, which has the consequence that when exceeding a boundary layer thickness of an electrical spark - or brief arc discharge between this layer and the electrodes 5 and 6 is ignited, as is outlined by the reference numerals 27 . As a result, the layer 26 is ignited and the corresponding layer material is converted into a gaseous state, which inevitably leads to the layer material burning off and thus to the filter being regenerated. As a result, the conductivity of the layer is interrupted due to the dissolution of the layer, so that the burning off is stopped automatically when the filter tube is completely regenerated.
Die zuvor beschriebene Ausführungsform weist insbesondere den Vorteil auf, daß hier ohne aufwendige Steuerungen abhängig von der jeweiligen Schichtdicke automatisch ein Regenerieren des Filterrohres erfolgt. Dies gilt ebenso für die nachfolgend noch beschriebene zweite Ausführungsform.The embodiment described above has in particular the Advantage on that depending on without complex controls the respective layer thickness automatically regenerates the Filter tube takes place. This also applies to the following second embodiment still described.
Die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform dahingehend, daß hier anstelle des keramischen Filterrohres 20 plattenförmige Filter 30 angeordnet sind, die mit Abstand voneinander positioniert sind. Zwischen jeder Filterplatte 30 ist eine gasdichte Wandung 31 vorgesehen, so daß der in Pfeilrichtung 32 (Fig. 5) strömende Gasstrom zwangsläufig durch die Filterplatte 30 aufgrund des kopfseitig angeordneten Dichtelementes 33 geführt wird. Bei der Durchströmung der Filterplatte 30 werden auf der Oberfläche derselben die in dem Gasstrom enthaltenen elektrisch leitenden Teilchen abgeschieden, wodurch sich auf der Oberfläche der Filterplatte 30 eine elektrisch leitende Schicht der abgeschiedenen Teilchen ausbildet.The embodiment shown in FIGS. 4 and 5 differs from the previously described embodiment in that instead of the ceramic filter tube 20 plate-shaped filters 30 are arranged, which are positioned at a distance from one another. A gas-tight wall 31 is provided between each filter plate 30 , so that the gas stream flowing in the direction of arrow 32 ( FIG. 5) is inevitably passed through the filter plate 30 due to the sealing element 33 arranged on the head side. When flowing through the filter plate 30 , the electrically conductive particles contained in the gas stream are deposited on the surface thereof, as a result of which an electrically conductive layer of the deposited particles is formed on the surface of the filter plate 30 .
Der gasdichten Wandung 31 sind Gegenelektroden 2, 3 und 4 und der Filterplatte 30 Elektroden 5 und 6 zugeordnet, die so geschaltet sind, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.The gas-tight wall 31 is assigned counter electrodes 2 , 3 and 4 and the filter plate 30 electrodes 5 and 6 , which are connected as shown in FIG. 1.
Sobald nunmehr die Teilchenschicht 34 auf der Oberfläche der Filterplatte 30 in hinreichender Dicke und Gleichmäßigkeit ausgebildet ist, wird diese Oberfläche elektrisch leitend, was zur Folge hat, daß bei Überschreiten einer bestimmten Grenzschichtdicke eine Funken- bzw. Bogenentladung zwischen der leitenden Schicht und den Elektroden ausgebildet wird. Dies wiederum führt dazu, daß die Teilchen hierdurch gezündet werden und somit in gasförmige Verbindungen überführt werden, was zur Folge hat, daß sich das Filter automatisch regeneriert. Sobald dieser Abbrand beendet und somit der Abstand zwischen den Elektroden vergrößert ist, werden so lange keine Entladungen mehr erzeugt, bis die entsprechende Schichtdicke der Teilchen an der Oberfläche der Filterplatte wieder ausgebildet ist. Somit wird auch bei dieser Ausführungsform, wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, die Regenerierung automatisch begonnen und automatisch beendet, ohne daß es hierzu erforderlich ist, aufwendige Steuerelemente vorzusehen.As soon as the particle layer 34 is now formed on the surface of the filter plate 30 with sufficient thickness and uniformity, this surface becomes electrically conductive, with the result that a spark or arc discharge is formed between the conductive layer and the electrodes when a certain boundary layer thickness is exceeded becomes. This in turn leads to the particles being ignited thereby and thus being converted into gaseous compounds, with the result that the filter regenerates itself automatically. As soon as this erosion has ended and the distance between the electrodes has increased, no more discharges are generated until the corresponding layer thickness of the particles is formed again on the surface of the filter plate. Thus, in this embodiment, as in the previously described embodiment, the regeneration is started and ended automatically without it being necessary to provide complex control elements.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind insbesondere dazu geeignet, Rußpartikel aus dem Abgasstrom von Dieselmotoren, vorzugsweise bei Kraftfahrzeugen, zu entfernen.The previously described embodiments of the invention Device are particularly suitable for soot particles from the exhaust gas flow from diesel engines, preferably in motor vehicles, to remove.
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