DE69801257T2

DE69801257T2 - Abgasreiniger

Info

Publication number: DE69801257T2
Application number: DE69801257T
Authority: DE
Inventors: Shiro Nakajima; Masataka Oji; Satoru Okamoto; Hidetoshi Saito
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-05-21
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 2002-01-10
Anticipated expiration: 2018-05-21
Also published as: US6102976A; JPH10317945A; CA2238125A1; EP0879939A3; EP0879939B1; KR19980087222A; EP0879939A2; KR100283491B1; DE69801257D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungseinrichtung, die Feststoffteilchen beseitigt, die im Abgas eines Motors enthalten sind, der in einem Kraftfahrzeug, einer industriellen Maschine und dergleichen installiert ist, und der Erdölkraftstoff als Energiequelle verwendet.
Ein Motor, bei dem Erdölkraftstoff als Energiequelle dient, verbrennt den Kraftstoff, um ihn in mechanische Energie umzuwandeln. Abgas, das aus dem Motor abgegeben wird, enthält jedoch teilweise Feststoffteilchen, die aufgrund unvollständiger Verbrennung hauptsächlich Kohlenstoff enthalten. Wenn diese Feststoffteilchen unverändert abgegeben werden, kommt es zu Luftverschmutzung.
Es sind verschiedene Verfahren zum Beseitigen von Feststoffteilchen in diesem Abgas, insbesondere Feststoffteilchen im Abgas eines Dieselmotors entwickelt worden.
Das von einem Motor abgegebene Abgas weist jedoch eine hohe Temperatur auf und enthält korrodierendes Gas, wie beispielsweise SOx. Dementsprechend fällt es schwer, das Material für einen Filter auszuwählen. Des Weiteren enthalten die Feststoffteilchen in dem Abgas sehr kleine Partikel. Dementsprechend ist auch auf die Feinheit der Maschen des Filters geachtet worden.
Normalerweise ist keramischer Schaumstoff aus Cordierit als Material eingesetzt worden, und dieser keramische Schaumstoff wird in eine Wabenform gebracht. Dieses keramische Schaumstoffmaterial weist so feine Maschen auf, dass Feststoffteilchen sicherer und vorteilhafter eingeschlossen werden als mit anderen Materialien, die keine derartig feinen Maschen aufweisen. Dieses Material muss jedoch eine größere Wirkfläche zum Einschließen von Feststoffteilchen aufweisen, und zwar deshalb, weil die Feinheit seiner Maschen bezüglich der einzuschließenden Mengen an Feststoffteilchen von Nachteil sind. Daher muss das Material in eine Wabenform gebracht werden, mit der sich eine größere wirksame Fläche zum Einschließen von Feststoffteilchen erzielen lässt. Was dieses Material angeht, weist es ein weiteres nachteiliges Problem auf, das auftritt, wenn die verbrannten Feststoffteilchen verbrannt und regeneriert werden. Wenn dieses Material durch das Verbrennen und Regenerieren von Feststoffteilchen örtlich begrenzt erhitzt wird, ist es wahrscheinlich, dass es zu Rissen oder Schmelzverlusten kommt.
In jüngster Zeit sind Gruppen von porösen Metallen, wie beispielsweise Cr-Al, Ni-Cr-Al oder Fe-Ni-Al für den Einsatz für die Materialien von Filtern entwickelt worden. Diese Materialien weisen den Vorteil auf, dass sie keine örtlich begrenzte Erwärmung bewirken, die einen Schwachpunkt des oben erwähnten Cordierits darstellt, und dass das Regenerieren durch gleichmäßiges Erhitzen bewirkt werden kann. Wenn die Maschen jedoch so fein sind wie die des keramischen Schaumstoffs, entsteht aufgrund des Unterschiedes der relativen Dichte zwischen den Materialien ein sehr schwerer Filter. Daher sind verschiedene Maßnahmen bezüglich der Struktur eines Filters unternommen worden.
Bezüglich der Struktur eines Filters offenbart die japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. Hei-6-257422 eine Struktur, bei der zwei oder vier geschichtete zylindrische Filterelemente, die jeweils aus porösem Metall mit dreidimensionaler Maschenstruktur bestehen, zum Einsatz kommen, und eine Heizeinrichtung zwischen den Filterelementen installiert ist. Vorteilhafterweise können mit diesem Filter eingeschlossene Feststoffteilchen sehr wirkungsvoll und gleichmäßig verbrannt und regeneriert werden, und darüber hinaus weist er eine lange Lebensdauer auf. Der Filter hat jedoch aufgrund der Eigenschaften des Materials keine so feinen Maschen wie der keramische Schaumstoff. Des Weiteren tritt das Gas aufgrund der Struktur nur einmal durch die jeweiligen Filterelemente hindurch. Dementsprechend ist die Leistung bezüglich des Einschließens von Feststoffteilchen in dem Abgas nicht zufriedenstellend.
Die japanische ungeprüfte Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. Hei-1-66418 offenbart ein weiteres Verfahren, bei dem eine Vielzahl zylindrischer Filterelemente kombiniert werden, und die Größe der Maschen der Filterelemente unterscheidet sich voneinander, so dass Feststoffteilchen in Abgas wirkungsvoll beseitigt werden, obwohl über das einzusetzende Material nichts gesagt wird.
Bei diesem Verfahren ist das Filterelement auf der Abgas-Einlassseite so ausgeführt, dass es grobe Maschen und eine große Fläche zum Einschließen aufweist, während das Filterelement auf der Abgas-Auslassseite feine Maschen und eine kleine Einschlussfläche aufweist. So werden große Teilchen in dem Abgas von ersterem, d. h. von dem grobmaschigen Filterelement, beseitigt, während kleine Teilchen in dem Abgas von letzterem, d. h. dem feinmaschigeren Filterelement, beseitigt werden.
Obwohl dies eine gute Idee ist, unterscheiden sich die Feststoffteilchen-Einschließmengen der entsprechenden Filterelemente entsprechend der Größe der Feststoffteilchen in dem Abgas voneinander. Dadurch wird das Druckabfallverhalten des Filters aufgrund des Abgases von einem der Filter bestimmt, der bezüglich des Druckabfallverhaltens unterlegen ist.
Des Weiteren ist es, um Feststoffteilchen mit geringerer Teilchengröße zu beseitigen, erforderlich, die Maschen des zuletzt genannten Filterelements feiner zu machen. Das Druckabfallverhalten wird durch dieses feinmaschige Filterelement auf der Auslassseite bestimmt. Des Weiteren ist es, da bei dem oben genannten Stand der Technik keine Einrichtung zum Regenerieren offenbart wird, in Funktion nicht praktikabel.
Eine Reinigungseinrichtung für Motorabgase kann, wie oben beschrieben, für den praktischen Einsatz hergestellt werden, jedoch weist sie noch Verbesserungsmöglichkeiten auf.
Insbesondere ist es zu erwarten, dass eine langlebige Reinigungseinrichtung geschaffen wird, die kontinuierlich und wiederholt Feststoffteilchen in Abgas einschließen kann und die eingeschlossenen Feststoffteilchen in einem Zustand verbrennen/regenerieren kann, in dem die Reinigungseinrichtung unverändert an einer Austrittsleitung des Abgases verbleibt.
Um eine derartige Reinigungseinrichtung zu schaffen, muss die Leistung bezüglich des Einschließens von Abgas verbessert werden, gleichzeitig jedoch muss die Leistung bei der Regenerierung verbessert werden, da sie die Lebensdauer des Reinigers erheblich beeinflusst. Eine Reinigungseinrichtung, mit der sich diese Leistungen bei verbessertem Wirkungsgrad in Einklang bringen lassen, ist erforderlich. Zunächst ist, was das einzusetzende Material angeht, um die Regenerierung stabil zu machen und die Lebensdauer der Reinigungseinrichtung zu verringern, Material, wie beispielsweise keramische Stoffe, mit einem niedrigen Wärmeleitkoeffizienten ist nicht geeignet. Bei metallischem Material muss die Volumenporosität (volume porosity) vergrößert werden, um das Problem der großen relativen Dichte zu lösen. Wenn die Volumenporosität jedoch zu groß wird, sinkt die Einschlussleistung, und gleichzeitig nimmt die Größe der Reinigungseinrichtung zu. Wenn die Volumenporosität im Gegensatz dazu verringert wird, nimmt der Druckabfall des Filters aufgrund des Abgases zu. In diesem Fall muss die Einschlussfläche entsprechend vergrößert werden, wodurch die Größe des Reinigers zunimmt. Wenn jedoch die Größe einer Reinigungseinrichtung aus dem oben erwähnten Grund zunimmt, ist es unpraktisch, eine derartige Reinigungseinrichtung zum Reinigen des Abgases einzusetzen, das von einem Motor emittiert wird da der Raum zum Anbringen des Reinigers an einem Fahrzeug so begrenzt ist.
Es ist, wie oben beschrieben, eine wichtige Aufgabe, eine Abgasreinigungseinrichtung zu schaffen, die praktisch, kompakt und langlebig ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasreinigungseinrichtung zum Anbringen an einer Leitung zum Ausstoß eines durch den Betrieb eines Motors ausgestoßenen Abgases, wobei die Abgasreinigungseinrichtung umfasst:
ein äußeres Gehäuse;
einen Filter, der in dem äußeren Gehäuse installiert ist, wobei der Filter wenigstens zwei zylindrische Filterelemente enthält, die jeweils aus porösem Metall bestehen, und sich die Filterelemente bezüglich des Durchmessers voneinander unterscheiden und konzentrisch zueinander mit einem ringförmigen Zwischenraum zwischen zwei radial benachbarten Filterelementen angeordnet sind, und die Filterelemente ein Abgaseinlassleitungsende und ein Abgasauslassleitungsende aufweisen; dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungseinrichtung des Weiteren eine erste Abschirmplatte enthält, die an dem Abgaseinlassleitungsende des Filters vorhanden ist, um dieses Ende aller Filterelemente zu verschließen;
eine zweite Abschirmplatte, die an dem Abgasauslassleitungsende des Filters vorhanden ist, um einen Zwischenraum zwischen einem Ende eines radial am weitesten innen liegenden der Filterelemente und einer Innenwand des äußeren Gehäuses zu verschließen; und
eine dritte Abschirmplatte, die an dem Abgas-Auslassleitungsende des Filters vorhanden ist, um einen Zwischenraum zwischen einem Ende eines radial am weitesten außen liegenden der Filterelemente und der Innenwand des äußeren Gehäuses zu verschließen.
Durch diese Kombination aus Material und Aufbau ist es möglich, eine Abgasreinigungseinrichtung zu schaffen, die praktisch, kompakt und langlebig ist.
Des Weiteren wird ein dreidimensionales siebartiges poröses Metall mit der gleichen durchschnittlichen Porengröße als Material für jedes der Filterelemente des zylindrischen Filters eingesetzt. Durch diesen Aufbau wird ein Unterschied bezüglich des Zusetzens der Filterelemente vermieden, so dass die Leistung hinsichtlich des Druckabfallverhaltens gesichert wird.
Bei der oben beschriebenen Abgasreinigungseinrichtung wird die Dicke der Filterelemente des zylindrischen Filters vorzugsweise vergrößert, wenn die Zylinderdurchmesser von derselben sich verringern. Durch diesen Aufbau ist es möglich, die Einschließleistung zu verbessern, ohne die Maschen der Filterelemente zu verfeinern, und es ist möglich, auch die Feststoffteilchen-Einschlussmenge zu erhöhen.
Spezielle Ausführungen gemäß der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines ersten Beispiels der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht eines zweiten Beispiels der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 3 eine Schnittansicht eines Vergleichsbeispiels einer Abgasreinigungseinrichtung nach dem Stand der Technik ist;
Fig. 4 ein Diagramm ist, das eine Feststoffteilchen-Einschließmenge pro Flächeneinheit eines Filterelements bei dem Vergleichsbeispiel zeigt;
Fig. 5 ein Diagramm ist, das eine Feststoffteilchen-Einschlußmenge pro Flächeneinheit eines Filterelements gemäß dem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 6 ein Diagramm ist, das eine Feststoffteilchen-Einschließmenge pro Flächeneinheit eines Filterelements gemäß dem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Ein Filter gemäß der vorliegenden Erfindung besteht aus einer Vielzahl zylindrischer Filterelemente 4-1, 4-2, 14-1, 14-2, 14-3 mit entsprechend verschiedenen Durchmessern, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Eine scheibenartige Abschirmplatte 6 ist an einem Längsende (d. h. einem Ende auf der Abgas-Einlassleitungsseite) des Filters nahe an diesem Ende angebracht. Die scheibenartige Abschirmplatte 6 weist einen Durchmesser auf, der im Wesentlichen einem Außendurchmesser des Filterelements 4-1, 14-1 des größten Außendurchmessers entspricht, und daher strömt das Abgas, das über einen Abgaseinlass 1 eintritt, an der Innenwand eines Filtergehäuses 3 diffundierend entlang, so dass das Abgas gleichmäßig von der gesamten Außenumfangsfläche dieses Filterelements 4-1, 14-1 her in das Filterelement 4-1, 14-1 eintritt. Eine Abschirmplatte 7-1 ist an einem Ende eines Filterelements 4-2, 14-3 des kleinsten Außendurchmessers am anderen Längsende (d. h. einem Ende auf der Abgas-Auslassleitungsseite) des Filters angebracht. Die Abschirmplatte 7-1 ist ebenfalls dichtend an der Innenwand des Filtergehäuses 3 befestigt, und daher wird das gesamte Abgas über einen Abgasauslass 2 abgeleitet, nachdem es von diesem Filterelement 4-2, 14-3 des geringsten Außendurchmessers gereinigt worden ist. Desgleichen ist eine Abschirmplatte 7-2 sowohl an einem Ende des Filterelements 4-1, 14-1 des größten Außendurchmessers als auch der Innenwand des Filtergehäuses 3 so angebracht, dass das gesamte Abgas, das über den Abgaseinlass 1 eintritt, von diesem Filterelement 4-1, 14-1 des größten Außendurchmessers gereinigt wird.
Bei dem Material der Filterelemente 4-1, 4-2, 14-1, 14-2, 14-3 handelt es sich um ein poröses Metall, das bessere Wärmeleitung aufweist als keramisches Material. Daher wird, wenn das Material verbrannt und regeneriert wird, selbst wenn die Feststoffteilchen nicht gleichmäßig eingeschlossen sind, Wärme durch die Skelettstruktur des Filterelements diffundiert, wenn die Feststoffteilchen mit einer plattenartigen Heizeinrichtung erhitzt und in Selbstverbrennung verbrannt werden. Daher wird das Filterelement kaum örtlich begrenzt überhitzt, so dass das Auftreten von Rissen bzw. Schmelzverluste vermieden werden können.
Als das poröse Metall wird vorzugsweise ein dreidimensional maschenartiges poröses Metalfeingesetzt, das hergestellt wird, indem Schaumpolyurethan mit Metall plattiert wird und dann der in einem derartigen Schaumpolyurethan enthaltene Harzbestandteil verbrannt und beseitigt wird. Mit diesem dreidimensionalen maschenartigen porösen Metall werden Feststoffteilchen in Abgas dreidimensional eingeschlossen. Daher ist es, wenn die Dicke des Filterelements vergrößert wird, möglich, die Feststoffteilchen- Einschlussmenge pro Flächeneinheit zu verbessern.
Beim Herstellen eines zylindrischen Filterelements kann die Dicke des Filterelements reguliert werden, indem ein derartiges Band aus dreidimensional maschenartigem porösem Metall übereinandergeschichtet aufgewickelt wird.
Was die Zusammensetzung des Metalls angeht, so kommen vorzugsweise eine Ni-Cr- Al-Legierung, eine Fe-Cr-Al-Legierung sowie eine Fe-Ni-Cr-Al-Legierung aufgrund ihrer überlegenen Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit zum Eindruck. Die Legierung, die entsteht, indem Cr und Al in CELMET (eingetragenes Warenzeichen) diffundiert worden, das aus Ni besteht, und von Sumitomo Electric Industries, Ltd. hergestellt wird, ist besonders vorzuziehen.
Die Anordnung mehrerer Stufen zylindrischer Metallfilterelemente in einem Abgasstrom ist unter den folgenden Aspekten vorteilhafter als der Einsatz lediglich eines dickeren Filterelements. Zunächst werden die Feststoffteilchen nicht nur an der Oberfläche des Filterelements eingeschlossen, sondern auch im Inneren des Filterelements. Wenn das Filterelement zu dick ist, kann es dazu kommen, dass die Menge an Feststoffteilchen, die in der Tiefenrichtung des Filterelements eingeschlossen wird, sich an der Vorderseite konzentriert und der Beitrag der Umgebung der Rückseite des Filterelements zum - Einschließen erschwert wird. Dieser Zustand ist in Fig. 4 dargestellt.
Wenn jedoch ein zwei- oder dreistufiger Filter, der aus zwei oder drei Filterelementen besteht, eingesetzt wird, so dass die Summe ihrer Dicken der Dicke des oben erwähnten einzelnen Filterelements entspricht, übersteigt die Gesamtmenge an Feststoffteilchen, die von dem ersten, dem zweiten und dem dritten Filterelement eingeschlossen wird, die des einstufigen Filters, wie dies in Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Dadurch wird der Feststoffteilchen-Einschließgrad in großem Maße verbessert. Des Weiteren ist es, indem örtlich begrenztes Zusetzen des Filterelements in der Dickenrichtung vermieden wird, möglich, das Filterelement über längere Zeit einzusetzen, und damit ist es möglich, das Intervall der Regulierung des Filters zu verlängern.
Zweitens kann eine Regulierungs-Heizeinrichtung zwischen die Filterelemente eingesetzt werden. Wenn das Filterelement dick ist, wird Strahlungswärme hauptsächlich zur Oberfläche des Filterelements gegenüber der Heizeinrichtung übertragen, und zwar unabhängig davon, wie stark die Heizeinrichtung den Filter erhitzt, und der Filter kann eine vorgegebene Temperatur nicht ohne weiteres erreichen, so dass die Regenerierung zeitaufwendig ist.
Drittens wird bei der Herstellung eines Metallfilterelements dem Filter vorzugsweise im Stadium der Legierung von Ni, Fe, Fe-Cr, Ni-Fe-Cr oder dergleichen, die sich leicht endverarbeiten lässt, die Endform verliehen und Cr und Al werden der Legierung durch Diffusionslegieren zugesetzt. Wenn ein Filterelement bei diesem Diffusionslegierungsvorgang dicker ist, ist es wahrscheinlich, dass die Diffusion uneinheitlich ist, so dass dies beim Bearbeitungsvorgang nicht vorgezogen wird.
Eine plattenförmige Heizeinrichtung wird eingesetzt, um die eingeschlossenen Feststoffteilchen zu verbrennen und zu beseitigen. Es ist wichtig, dass der gesamte Filter auf eine einheitliche Temperatur erhitzt wird. Vorzugsweise wird die Heizeinrichtung an einer Position zwischen dem Filterelement mit dem größten Außendurchmesser und einem weiteren Filterelement angeordnet, das sich innerhalb des ersten Filterelements und daran angrenzend befindet. Diese Tatsache wurde aus der Messung der Temperaturverteilung unter Verwendung der von der Verbrennung der eingeschossenen Feststoffteilchen erzeugten Wärme, der Wärme der Heizeinrichtung und dem Strom einer geringen Menge an Abgas bzw. -luft zum Zeitpunkt der Regenerierung hergeleitet.
Wenn die plattenartige Heizeinrichtung den Filter zu diesem Zeitpunkt berührt, fließt ein elektrischer Strom zu dem Filterelement. Dies ist gefährlich und bewirkt lokales Erwärmen des Filterelements. Vorzugsweise wird daher die Heizeinrichtung im Abstand zu dem Filterelement angeordnet.
Wenn alle Filterelemente die gleichen Porengröße haben, können die Filterelemente leicht hergestellt werden, und die Filterelemente können ohne Konzentration des Druckabfalls an einem Filterelement eingesetzt werden. So ist es möglich, die Feststoffteilchen-Einschließmenge zu erhöhen. Vorzugsweise können Feststoffteilchen ausreichend nur von einem großkalibrigen Filterelement eingeschlossen werden, bei dem es sich um dasjenige in der Nähe der Abgas-Einlassseite handelt, jedoch auch von einem kleinkalibrigen Filterelement.
Des Weiteren kann der Einfangwirkungsgrad umso mehr verbessert werden, je geringer die Porengröße des Filterelements ist. Wenn jedoch die Porengröße zu gering ist, ist der Druckabfall des Abgases unvorteilhafterweise so groß, dass Gegendruck auf einen Motor wirkt. Was die Feststoffteilchen-Einschließleistung und die Gegendruckwirkung auf den Motor angeht, kann ein Filterelement mit der optimalen Porengröße von ungefähr 0,1 bis 0,6 mm besonders vorteilhaft eingesetzt werden.
Die Dicke jedes Filterelements liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 20 mm, noch besser 1 mm oder mehr, wobei dies unter dem Aspekt der praktischen Beständigkeit zu sehen ist.
Des Weiteren sind die zylindrischen Filterelemente, obwohl die Dicke jedes einer Vielzahl von Filterelementen mit voneinander unterschiedlichen Durchmessern nach Wunsch festgelegt werden kann, dicker, wenn die Zylinderdurchmesser derselben abnehmen, wobei dies unter dem Aspekt der Verbesserung der Einschluss- und der Druckabfallleistung zu sehen ist. Der Grund dafür wird weiter unten beschrieben. Abgas strömt über die Außenfläche des Filterelements mit dem größten Außendurchmesser ein und strömt über die Innenfläche des Filterelements mit dem kleinsten Außendurchmesser aus. Feststoffe werden immer dann eingefangen, wenn das Abgas die Filterelemente passiert. Daher ist die Feststoffteilchenmenge in dem Abgas, das ein Filterelement passiert, umso geringer, und damit die eingeschlossene Feststoffteilchenmenge umso kleiner, je kleiner der Außendurchmesser des Filterelements ist. Daher bewirkt, wenn alle Filterelemente die gleiche Dicke haben, das Filterelement mit dem geringeren Außendurchmesser im Vergleich zu dem Filterelement mit dem größeren Außendurchmesser kein effektives Einschließen von Feststoffteilchen. Daher kann, wenn das zylindrische Filterelement mit einem geringeren Außendurchmesser wie bei dem oben beschriebenen Aufbau dick ausgeführt wird, die Einschlussmenge in der Dickenrichtung durch den dreidimensionalen Einschlusseffekt erhöht werden, und alle Filterelemente können Feststoffteilchen wirkungsvoll einschließen.

BEISPIELE

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines ersten Beispiels einer Abgasreinigungseinrichtung. Abgas (mit dem Pfeil gekennzeichnet), das von einem Motor abgegeben wird, trat in die Abgasreinigungseinrichtung ein. Das Abgas gelangte über einen Abgaseinlass 1 in ein Filtergehäuse 3. Das Abgas bewegte sich aufgrund einer Abschirmplatte 6, an einem Filterendabschnitt, um die Umgebung der Innenwand des Filtergehäuses 3 herum. Feststoffteilchen wurden in einem ersten Filterelement 4-1 eingeschlossen, traten durch den Zwischenraum einer plattenartigen Heizeinrichtung 5 mit Isolatoren 8 ein und wurden weiter in einem zweiten Filterelement 4-2 eingeschlossen. Dann wurde das Gas, das so gereinigt wurde, dass es frei von Feststoffteilchen war, über einen Abgasauslass 2 ausgestoßen. Jedes der Filterelemente, die dabei zum Einsatz kamen, war 8 mm dick. Des Weiteren verhinderte der Isolator 8 sicher, dass die Filterelemente 4-1 und 4-2 mit der Heizeinrichtung 5 in Kontakt kamen.
Im Allgemeinen sind, da die Abgasreinigungseinrichtung dieses Typs abwechselnd das Einschließen und die Regenerierung ausführen muss, zwei oder mehr Gruppen derartiger Abgasreinigungseinrichtungen an einer Abgasleitung angebracht, so dass, während eine Gruppe Regenerierung ausführt, die andere Gruppe das Einschließen ausführt, und dieser Vorgang wird wechselweise umgekehrt. Bei dieser Konstruktion kann das Einschließen und das Regenerieren ausgeführt werden, ohne die Reinigungseinrichtung zu demontieren.
Bei der Reinigungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bestanden das Filtergehäuse 3, das als äußere Hülse diente, und die Abschirmplatten 6 und 7 (7-1, 7-2) aus rostfreiem Stahl. Die Filterelemente bestanden aus CELMET (eingetragenes Warenzeichen) Nr. 7, das von Sumitomo Electric Industries, Ltd. hergestellt wird, wurden in zylindrische Form gebracht, und anschließend mit einem Diffusionslegierungsverfahren mit Cr und Al zu einer Ni-Cr-Al-Legierung legiert. Eine Fe-Cr-Al-Legierung wurde für die plattenartige Heizeinrichtung 5 eingesetzt.
Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines zweiten Beispiels der vorliegenden Erfindung. Obwohl der Umriss der Reinigungseinrichtung nahezu der gleiche war wie bei dem ersten Beispiel, werden die hier eingesetzten Filterelemente in der Reihenfolge des Hindurchtretens des Abgases durch die Filterelemente dicker. Bei diesem Beispiel war ein erstes Filterelement 14-1 3 mm dick, ein zweites Filterelement 14-2 war 5 mm dick und ein drittes Filterelement 14-3 war 8 mm dick.
Fig. 3 zeigt ein Vergleichsbeispiel. Bei diesem Vergleichsbeispiel sollte Abgas zwischen Filterelementen 24-1 und 24-2 eingeschlossen werden, die eine doppelte Struktur bildeten, und eine Heizeinrichtung wurde in den Mittelabschnitt zwischen den Filterelementen 24-1 und 24-2 eingesetzt. Was die Dicke der Filterelemente anging, wurden das äußere zylindrische Filterelement 24-1 und das innere zylindrische Filterelement 24-2 entsprechend der Gesamtsumme der drei Filterelemente, die beim zweiten Beispiel zum Einsatz kommen, 16 mm dick ausgeführt. Die Filterelemente wurden so hergestellt, dass jeder der Filter des ersten, des zweiten und des Vergleichsbeispiels eine wirksame Fläche von 0,064 m² hatte. Diese Werte sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, betrug die Gesamtsumme der Dicke der Filter beim ersten und beim zweiten Beispiel sowie beim Vergleichsbeispiel 16 mm, und der Druckabfall war ebenfalls gleich. Es gab jedoch einen Unterschied bezüglich der Einschließmenge und einen Unterschied hinsichtlich des Grades der Rückgewinnung (Regenerierungsrate) beim Regenerieren.
Wie mit den Ergebnissen dargestellt, war es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Feststoffteilchen-Einschließmenge zu erhöhen und die Regenerierungsrate zu verbessern. Es war daher möglich, das Intervall zwischen Regenerationen zu verlängern. Dadurch wurde es möglich, die Lebensdauer eines Filters zu verlängern, und es wurde auch möglich die Leitleistung der Heizeinrichtung pro Zeiteinheit zu verringern. Was das Messen der Feststoffteilchen-Mengen anging, die in den Filtern in der Richtung der Tiefe der Filter in Beispiel 1, Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel abgelagert wurden, so wurde der Betrieb der Reinigungseinrichtung vor dem Beginn des Regenerierens in den Reinigern unterbrochen, nachdem diese Feststoftteilchen eingefangen worden waren. Da ein Filterelement aus Bahnen eines Metalls besteht, die gewickelt und übereinandergeschichtet sind, kann das Filterelement in die Bahnen aufgetrennt werden, die jeweils zum Messen der Feststoffteilchen-Mengen untersucht werden können, die an jeder dieser Bahnen abgelagert sind.
Fig. 4 stellt die Ergebnisse dar, die bei der Messung an dem Vergleichsbeispiel gewonnen wurden, wobei die Feststoffteilchen-Menge hauptsächlich in der Richtung der Dicke des Filterelements verteilt war, so dass das Filterelement in der Dickenrichtung nicht ausreichend genutzt wurde. Fig. 5 zeigt die Ergebnisse der Messung, die an Beispiel 1 ausgeführt wurde. Aus dieser Fig. 5 lässt sich schließen, dass ein Filter, das mit zwei zylindrischen Filterelementen versehen ist, eindeutig effektiver beim Einschließen einer größeren Menge an Feststoffteilchen ist als der Filter des Vergleichsbeispiels. Es lässt sich auch sagen, dass jedes Filterelement in einem derartigen Filter mit zwei zylindrischen Filterelementen ausreichenden Nutzen beim Einfangen von Feststoffteilchen in der Tiefenrichtung eines derartigen Filterelements erbringt. Des Weiteren geht aus Fig. 6 hervor, dass ein Mehrfachfilter, der mit drei zylindrischen Filterelementen versehen ist, die in einem Filter angeordnet sind, noch effektiver und vorteilhafter beim Einschließen einer erheblich größeren Menge an Feststoffteilchen wirkt als der Filter des Vergleichsbeispiels.

AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG

Wie in den Beispielen dargestellt, ist die Einschließleistung aufgrund einer Mehrfachfilterstruktur ausreichend, und auch das Regenerieren mit einer plattenartigen Heizeinrichtung wird wirkungsvoll ausgeführt. Dementsprechend eignet sich die Reinigungseinrichtung für den praktischen Einsatz als eine Abgasreinigungseinrichtung für einen Motor.

Claims

1. Abgasreinigungseinrichtung zum Anbringen an einer Leitung zum Ausstoß eines durch den Betrieb eines Motors ausgestoßenen Abgases, wobei die Abgasreinigungseinrichtung umfasst:

ein äußeres Gehäuse (3);

einen Filter (4, 14), der in dem äußeren Gehäuse (3) installiert ist, wobei der Filter wenigstens zwei zylindrische Filterelemente (4-1, 4-2, 14-1, 14-2, 14-3) enthält, die jeweils aus porösem Metall bestehen, und sich die Filterelemente bezüglich des Durchmessers voneinander unterscheiden und konzentrisch zueinander mit einem ringförmigen Zwischenraum zwischen zwei radial benachbarten Filterelementen angeordnet sind, und die Filterelemente ein Abgaseinlassleitungsende (1) und ein Abgasauslassleitungsende (2) aufweisen; dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungseinrichtung des Weiteren eine erste Abschirmplatte (6) enthält, die an dem Abgaseinlassleitungsende (1) des Filters vorhanden ist, um dieses Ende aller Filterelemente (4-1, 14-1) zu verschließen;

eine zweite Abschirmplatte (7-1), die an dem Abgasauslassleitungsende des Filters vorhanden ist, um einen Zwischenraum zwischen einem Ende eines radial am weitesten innen liegenden der Filterelemente (4-2, 14-3) und einer Innenwand des äußeren Gehäuses (3) zu verschließen; und

eine dritte Abschirmplatte (7-2), die an dem Abgasauslassleitungsende des Filters vorhanden ist, um einen Zwischenraum zwischen einem Ende eines radial am weitesten außen liegenden der Filterelemente (4-1, 14-1) und der Innenwand des äußeren Gehäuses (3) zu verschließen.

2. Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 1, die des Weiteren umfasst:

eine plattenartige Heizeinrichtung (8), die zwischen dem radial am weitesten außenliegenden (4-1, 14-1) der wenigstens zwei Filterelemente und einem weiteren von wenigstens zwei Filterelementen, das radial an das äußerste angrenzt, angeordnet ist, ohne dass elektrischer Kontakt mit einem der wenigstens zwei Filterelemente besteht.

3. Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das dreidimensionale poröse Metall mit der gleichen durchschnittlichen Porengröße als ein Material für jedes der wenigstens zwei Filterelemente eingesetzt wird.

4. Abgasreinigungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die radiale Dicke der wenigstens zwei Filterelemente sich verringert, wenn ihr Durchmesser größer wird.