JP2013504705A - 煤粒子を含有する排気ガスを処理するための装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、排気ガスの煤粒子（２）を変換するための方法であって、少なくとも以下の工程：（ａ）排気ガス中に少なくとも二酸化窒素または酸素を提供する工程と、（ｂ）電界（１６）によって煤粒子（２）をイオン化する工程と、（ｃ）少なくとも１つの表面集塵装置（６）の内部ダクト壁（７）に帯電した煤粒子（４）を堆積させる工程と、（ｄ）少なくとも１つの表面集塵装置（６）の内部ダクト壁（７）に堆積した煤粒子（２）と、少なくとも二酸化窒素または酸素接触させる工程と、を含む方法に関する。本発明はさらに、その方法を実施するのに適切な装置に関し、少なくとも１つの表面集塵装置（６）に、排気ガスが流れることができ、入口領域（８）と出口領域（９）との間に延びる複数のダクト（７）が提供され、帯電した煤粒子（２）のための少なくとも１つの堆積抑制装置が、入口領域（８）の少なくとも一部に提供され、これにより特に、煤粒子が均一に堆積され、表面集塵装置が連続再生することを可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に静電気フィルタまたは電気フィルタと呼ばれる、煤粒子を含有する排気ガスを処理するための装置、および排気ガスの煤粒子を変換するための適切な方法に関する。本発明は、特に、自動車の分野における可動性（モビール、ｍｏｂｉｌｅ）の内燃エンジンの排気ガスの処理、特に、ディーゼルエンジンから生じる排気ガスの処理に使用される。

自動車の内燃エンジンの排気ガスから煤粒子を取り除くための多数の異なる概念が既に議論されている。交互に閉じられている壁流フィルタに加えて、開口二次流フィルタ、重力降下などのシステムが既に提案されており、それらにおいて、排気ガス中の粒子は帯電され、次いで静電気引力を用いて堆積される。これらのシステムは、特に、「静電フィルタ」または「電気フィルタ」という用語で知られている。

一般に、排気ラインに配置される（複数の）放電極および集電極がこのような電気フィルタのために提案されている。この状況において、例えば、排気ラインのほぼ中心を通る中心の放電極および集電極としての排気ライン周囲の側面がコンデンサを形成するために使用される。放電極および集電極のこの構成によって、電界が排気ガスの流れ方向に対して横方向に形成され、放電極は、例えば、約１５ｋＶの範囲の高電圧で作動可能になる。結果として、特にコロナ放電が形成され得、排気ガスが単極形態で帯電される電界を粒子が流れる。この帯電の結果として、粒子は、静電気クーロン力の結果として集電極に移動する。

排気ラインが集電極として実現されるシステムに加えて、集電極が例えばワイヤメッシュとして実現されるシステムも知られている。従ってこの状況において、ワイヤメッシュ上の粒子の蓄積は、適切な場合、凝集を形成するために、粒子をさらなる粒子と合わせる目的を果たす。次いで格子を流れる排気ガスは、それに沿って比較的大きな粒子で再度移動し、それらの粒子は従来のフィルタシステムに移動する。

これまでは、上記のシステムは、少なくとも実験的に煤粒子の処理に適切であると証明されているが、自動車の連続生産においてこの概念を実行することには重大な課題がある。このことは特に、排気ガス中の非常に重い煤粒子の負荷時の大きな変動性、および現在の既存の排気システムにこのようなシステムを望ましく組み込むことに対して当てはまる。加えて、煤粒子の除去という点でこのような排気システムの改良された性能により、煤が気体成分に変換されることを含む、フィルタシステムの再生（定期的または連続的）を実施する必要があるという事実を考慮する必要性が存在する。

フィルタシステムの再生に関して、短時間の加熱、すなわち煤の燃焼（触媒により活性化される酸化変換）による断続的な再生に加えて、二酸化窒素（ＮＯ_２）によって煤を変換することも知られている。二酸化窒素での連続再生の利点は、煤の変換が顕著に低い温度（特に２５０℃未満）でここで既に行われ得るということである。この理由のために、連続再生が多くの用途において好ましい。しかしながら、これは、排気ガスのストリーム中の二酸化窒素が、堆積した煤粒子と十分な程度で接触することを確実にする必要があるという問題を導く。

この状況において、自動車においてこのような排気システムの連続作動を実行することの技術的困難性も存在し、異なる内燃エンジンの負荷により、排気ガスのストリーム、排気ガスの成分および温度が異なる。

これらのことを基礎として、本発明の目的は、従来技術に関して記載された問題を少なくとも部分的に解決することである。特に、本発明は、煤粒子を含有する排気ガスを処理するための装置であって、同様に煤粒子について大きな沈殿降下を達成でき、満足のいくように再生できる、装置を記載する。本発明はまた、排気ガスの煤粒子を変換するための対応する方法を特定する。この装置および方法は、既存の自動車の排気システムに容易に組み込まれ、同様に製造時のコスト効率を良くできる。

これらの問題は、請求項１の特徴に係る装置および請求項１１の工程に係る排気ガスの煤粒子を変換するための方法により解決される。本発明の実施形態のさらなる利点は、それぞれの従属請求項において特定される。請求項において個々に開示される特徴は、任意の望ましい技術的に有益な方法で互いに組み合わされてもよく、本発明のさらなる実施形態を示すことは留意されるべきである。特に図面と併せて本発明の詳細な説明をし、さらなる例示的な実施形態を特定する。

本発明は、
少なくとも１つの二酸化窒素源または酸素源と、
煤粒子をイオン化するための少なくとも１つのイオン化エレメントと、
帯電した煤粒子を中和するための少なくとも１つの中和エレメントと、
排気ガスが流れることができ、入口領域と出口領域との間に延びる複数のダクトを有する少なくとも１つの表面集塵装置とを少なくとも備え、帯電した煤粒子のための少なくとも１つの堆積抑制装置が入口領域において少なくとも部分的に提供される、煤粒子を含有する排気ガスを処理するための装置である。

ここで提案される装置は、特に、ディーゼルエンジンを有する自動車の排気システムの一部であり得る。しかしながら、この装置はまた、排気システムのためのモジュールキットとしても利用可能であり得る。

従って、まず二酸化窒素源が提供される。このような二酸化窒素源は、例えば、排気ガス中に含有する（排気ガスの他の成分、特に酸素と共に）窒素酸化物（特に一酸化窒素（ＮＯ））の二酸化窒素への変換を支援する触媒コンバータである。基本的に、複数のこのような二酸化窒素源も存在してもよいが、これは必ずしも必要ではない。二酸化窒素源は、通常、コーティング（そのコーティングは白金、ロジウム、パラジウムなどを有する）を有するハニカムエレメントを有する触媒コンバータを有して設けられ得る。従って、二酸化窒素源は内燃エンジンの下流に接続されるので、排気システム内に少なくとも部分的に位置する。

二酸化窒素源は、通常好ましくは、比較的「低温の排気システム」（例えばディーゼルエンジン用途）に使用されるが、酸素源からの酸素を用いる煤粒子の酸化的変換もまた、比較的高温（例えばガソリンエンジン用途）で実施され得る。例えば、内燃エンジン自体または二次空気流入と称されるもの、すなわち特に排気ライン内への酸素を含有する気体の供給は、好ましくは、酸素源とみなされる。適切な場合、触媒を用いる化学変換も酸素を生成でき、その結果、これも酸素源とみなされ得る。

特に、排気ラインにおいて表面集塵装置の上流に少なくとも１つの二酸化窒素源または少なくとも１つの酸素源を交互に有する装置が好ましい。

さらに、煤粒子をイオン化するための少なくとも１つのイオン化エレメントが提供される。ここで、排気ガスは、まず二酸化窒素源に到達し、その後、少なくとも１つのイオン化エレメントを有する装置の部分に到達することが好ましい。イオン化エレメントは、好ましくは、イオン電極または複数のイオン電極を含む。少なくとも１つのイオン化エレメントは、電源、特に高電圧源に接続される。制御ユニットによって電圧を調節することも可能である。基本的に、直流電源または交流電源が利用可能であり得る。

さらに、帯電した煤粒子を中和するための少なくとも１つの中和エレメントが提供される。少なくとも１つの中和エレメントは、帯電した煤粒子に電荷を供給するか、または（電荷に応じて）その煤粒子から電荷を放電する作用を少なくとも実施し、その結果として、帯電した煤粒子との接触が起こる場合、煤粒子の電気中性または脱イオン化が起こる。イオン化エレメントおよび中和エレメントの数は基本的に対応させることを必要としないが、それらは目的にかなうようになされてよい。

電界は通常少なくとも１つのイオン化エレメントと少なくとも１つの中和エレメントとの間に形成される。この電界は特に、排気システムの方向および／または排気ガスの流れ方向に延び、排気ガスはまず少なくとも１つのイオン化エレメントに到達し、その後、少なくとも１つの中和エレメントに到達する。結果として、少なくとも１つのイオン化エレメントおよび少なくとも１つの中和エレメントは、特に数ｃｍ、例えば少なくとも５ｃｍ、少なくとも１５ｃｍまたはさらに少なくとも３０ｃｍの距離にて排気ガスの流れ方向において互いに対してオフセットする。

さらに、少なくとも１つの表面集塵装置が提供される。表面集塵装置は、排気ガスが流れる複数のダクトを有すること、および内側領域と外側領域との間に延びるダクトにより特徴付けられる。基本的に、２つのダクトのみを有する表面集塵装置を形成してもよいが、複数のダクトが提供される実施形態において、例えば少なくとも３０、少なくとも５０またはさらに少なくとも１００のダクトが好ましい。用語「表面集塵装置（表面プレシピテータ（ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｏｒ）」は、非常に大きな（特にその容積に関しても）表面が、煤粒子を蓄積するために利用可能であるという事実を表すことを意図する。密接した空間において煤粒子が互いに重なって凝集する、可能な公知の変形例とは対照的に、ここでの目的は、ダクトによって形成されるダクト壁の表面上の大きな面積にわたって煤粒子を分配することである。しかしながら、これは、例えば、多孔性ダクト壁の内部にも煤粒子が堆積される可能性を除外しない。特に、ダクト壁の外面および内面は、従って、ここで、煤の堆積に適した表面とみなされる。ここで、「ダクト」は、特に、その範囲が直径より明らかに長い規定された流路であると理解され、その直径は、特に、煤粒子の通常のサイズより著しく大きい。別々および別個のダクトを形成するための一部の目的に十分であるとしても、それにも関わらず、（例えばダクト壁の開口部を通る）排気ガスの部分的ストリームの交換が可能であるように連通するダクトが利用可能であり得る。例えば、少なくとも５ｃｍ、しかし好ましくはさらに少なくとも１０ｃｍ、特に比較的小さい断面の範囲を有するダクトを提供することにより、個々のダクトまたは表面集塵装置が、流動プロファイルに適合するように構成されることが容易に可能となる。

しかしながら、実際には、（格子の場合のように）流れ方向に対して垂直なただ１つの面に煤粒子の蓄積が存在しないので、帯電された煤粒子のための少なくとも１つの堆積抑制装置が、入口領域に少なくとも部分的に提供される。この抑制装置は、入口領域における帯電した煤粒子の堆積（排他的または優勢的）を防止する機能を実施する。これに関して、堆積抑制装置は、ダクトの一部のみに構成されるか、またはダクトについて異なって構成されるように構成され得る。一方で、堆積抑制装置は表面集塵装置自体に関連してもよいが、少なくとも１つの堆積抑制装置が排気ガスの上流で作動してもよく、従って、表面集塵装置を通る排気ガスのストリームの変化した経路をもたらす。この目的のために、少なくとも１つの堆積抑制装置は、入口領域において直接、および／または入口領域から開始して出口領域の方向にわずかにオフセットした形態で形成され得る。特定の状況下で、このような堆積抑制装置はまた、入口領域から出口領域までのダクトの少なくとも一部に設けられてもよい。表面集塵装置における帯電した煤粒子のための少なくとも１つの堆積抑制装置の配置および／または分配は、煤粒子が複数のダクトのダクト壁に（および全面上だけでなく）可能な限り均一に堆積されるように選択される。これは、特に、堆積された煤粒子が、大きな面積にわたって、すなわち、排気ガスの一時的に増加する煤負荷の場合でさえ、互いから比較的遠い距離で配置される状況を導く。これは、特に、そこで継続的に二酸化窒素を用いて煤粒子を再生する可能な方法を提供する。これは、比較的長い流路にわたって、およびダクト壁から短い距離でダクトを通って誘導される排気ガスが、そこに比較的自由に存在する小さな粒子で変換をもたらす可能性を有するという事実により促進される。これは、特に、表面集塵装置の特に効果的な連続再生が実施されるので、表面抑制装置上の圧力の望ましくない降下により、煤粒子を有する負荷が増加することを回避するという状況を生じる。

本発明の１つの好ましい実施形態の変形例によれば、少なくとも１つの中和エレメントが、少なくとも１つの表面集塵装置の出口領域の領域に形成される。これは、特に、少なくとも１つの中和エレメントが、特に、表面集塵装置の部分であり得る、外側領域の部分を形成し、それは、（電気）接触して配置され得るか、または流れ方向の下流に配置され得ることを意図する。従って、少なくとも１つの中和エレメントは、表面集塵装置に適合され得るが、少なくとも１つの中和エレメントの別の下流の改良もまた可能である。少なくとも１つの中和エレメントが表面集塵装置の一体的な構成要素である場合、表面集塵装置は中和の機能を同時に実施し、その結果として、最終的に電気的に中性の煤粒子が、表面集塵装置の表面上に堆積される。表面集塵装置の下流に少なくとも１つの中和エレメントが形成され得る場合、その中和エレメントは、表面集塵装置にわたる電界を形成するために従来の集電極の形態で実現され得る。次いで、特に、帯電された煤粒子が電気力に起因してダクト壁に衝突するようにダクトが構成される。

イオン化エレメントは、排気ガスの流れ方向において表面集塵装置の上流に配置されることが好ましく、その結果として、煤粒子のイオン化が表面集塵装置の上流で起こる。イオン化エレメントは、表面集塵装置の上流、少なくとも５ｃｍ、特に少なくとも１０ｃｍの距離で配置される場合、特に好ましい。従って、表面集塵装置はイオン化を実施する機能だけでなく、（上流の）既にイオン化されている煤粒子のための収集器としても実質的に機能する。

さらに、少なくとも１つの表面集塵装置はハニカムエレメントとして実現されることが特に好ましい。ハニカムエレメントは、基本的に、異なる材料、特にまた、金属および／またはセラミック成分で構成され得る。このようなハニカムエレメントの製造方法は何年にもわたって知られており、排気ガスのストリームとダクトの壁との間の接触の形成に関してハニカムエレメントは特に適切であることが証明されている。ここで、ハニカムエレメントは、開口（のみ）および／または（部分的に）閉じたダクトを有し得る。基本的に、実質的に直線状かつ互いに平行に延びるダクト（例えば押出ハニカムエレメントの場合）が好ましいが、これは必ずしも必要ではない。ダクトおよび／またはダクト壁はまた、排気ガスからの保持される煤粒子と二酸化窒素との間の接触形成のさらなる改良を実施するような構造（溝、ノブ、スライド面など）で実現されてもよい。結果として、構造は、ダクト壁からダクト内に延び、特にダクト断面を収縮する。ダクト壁は、ここで、ガスに対して非透過性および／または透過性であってもよく、材料の多孔性および／または開口（例えば穴）を与えられてもよい。

特に、少なくとも１つの堆積抑制装置の種々の改良がダクトに割り当てられ得ることが提案される。すなわち、特に、作動中、少なくとも１つの堆積抑制装置は、時間的および／または空間的に影響を与える個々のダクトの異なる堆積領域を生じる。従って、堆積抑制装置は、表面集塵装置の端部領域におけるダクト内の堆積抑制装置より中心に配置されるダクトの領域において異なって実現され得る。代替としてまたは累積的に、複数のダクトについて外側領域の領域と異なって入口領域近くの堆積抑制装置を実現することも可能である。表面集塵装置自体が中和エレメントである場合、それに応じて、特にダクトの外形（プロファイル、ｐｒｏｆｉｌｅ）方向において、および／またはダクトの位置に応じて、ダクト壁の異なる電気伝導性を与えてもよく、その結果として、電界およびそれに応じる荷電された煤粒子に対するクーロン力の作用の実施形態が適合される。

本発明の一つの開発によれば、ダクトの種々の軸領域に延びる少なくとも１つの堆積抑制装置もまた提供される。従って、ダクトの一部において、堆積抑制装置は、入口領域からダクト内の数ミリメートルで実現され得るが、堆積抑制装置は出口領域の範囲まで延びてもよい。これに関して、（同じ種類および／または異なる）複数の堆積抑制装置もまた、それぞれのダクトに提供されてもよい。

さらに、少なくとも１つの堆積抑制装置がダクトの種々の形態により形成されることも提案される。表面集塵装置のこの特定の実施形態において、特に表面集塵装置が中和エレメントを構成する場合、煤粒子についての衝突する可能性および／または堆積能力および／または流路は、排気ガスの流れプロファイルおよび／または排気ガス体積流量に適合されることも可能であるべきである。これは特に、異なる量の粒子がダクト内に流れる状況に対抗することを意図する。代わりに、排気ガスの異なるストリームを与えられるダクト内に異なる（およびそれに応じて平均して均一な）流れが存在する状況を実行することも可能である。従って、用語「ダクト形状」は、ダクトのその断面および外形を考慮することを含む。特に、ダクトの以下の特性のうちの１つが異なる場合、異なるダクト形状が提供される：ダクト断面のサイズ（直径）、ダクト断面の形状、ダクト外径の勾配、ダクト外径の曲率、ダクト外径の拡張、ダクト外径の収縮、ダクト壁の構造の配置および／または種類など。

さらに、特にこの変形例において、中心の流れが中心から外れた流れより少なくとも大きいかまたはより構造化されているダクトが提案される。これは、すなわち、比較的大きなダクト断面および／またはより小さなダクト密度が、表面集塵装置の中心領域において、および／または中心から外れたもしくは端部に近接する表面集塵装置の領域より、中心の流れの領域において提供されることを意味する。この代替としてまたは累積的に、中心の流れが存在するダクトのダクト壁は、比較的大きな程度の構造、すなわち構造のサイズ、構造の頻度などを有するように実現されることも可能である。この尺度は、特に、排気ガスの圧力損失が、排気ガスが表面集塵装置を流れるので、排気ガスの質量流と共に二次的に増加するという事実を考慮する。次いで中心領域における構造の提供は、過剰に比例する（ｏｖｅｒｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｌｙ）大部分の排気ガスもまた、この部分についての端部領域に誘導されるという状況を導き、その結果として、全体でほぼ同じ流れがダクトにおいて検出され得る。

本発明のさらなる実施形態によれば、少なくとも１つの堆積抑制装置は、少なくとも１つの電気絶縁体により形成され得る。特に、セラミックコーティングが、例えば金属表面に提供されてもよい。代替として、電気絶縁体を形成する別の成分も加えられてもよい。

しかしながら、基本的に、少なくとも１つの表面集塵装置は、基礎材料として、堆積抑制装置を形成する電気絶縁体を有してもよい。すなわち、表面集塵装置自体が、少なくとも部分的に電気伝導性を有さない。次いで、特に、ダクト形状（例えばねじれたおよび／または構造化されたダクト）または表面集塵装置の概念（例えば交互の閉じたダクトを有する壁流フィルタ）を考慮することによって、粒子がこの基礎材料上または内に堆積され得ることを確実にできる。

またここで、表面集塵装置の全体の表面にわたって均一な形態での粒子の選択的な堆積を達成するために、例えば、表面集塵装置が、少なくとも１つの中和エレメントを有するように電気伝導性を組み込んでもよく、その少なくとも１つの中和エレメントはダクト内に異なって実現される。従って、導電性材料は、表面集塵装置の基礎材料内および／または上に配置され得、電気的アースに接続される。これは、対応して導電性導体、繊維、粒子など（適切な場合、互いに接触する）により達成され得る。特に、金属インレーがこれに適切である。

表面集塵装置は、好ましくは、特に、焼結材料、セラミック、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはそれらの混合物で形成される多孔性ダクト壁を有する。これは特に好ましくは、（少なくとも部分的に）押出ハニカムエレメントである。

本発明のさらなる態様によれば、排気ガスの煤粒子を変換するための方法であって、少なくとも以下の工程：
ａ）排気ガス中に少なくとも二酸化窒素または酸素を提供する工程と、
ｂ）電界によって煤粒子をイオン化する工程と、
ｃ）少なくとも１つの表面集塵装置の内部ダクト壁に帯電した煤粒子を堆積させる工程と、
ｄ）前記少なくとも１つの表面集塵装置の内部ダクト壁に堆積した煤粒子と、少なくとも二酸化窒素または酸素を接触させる工程と、
を含む、方法が提案される。結果として、特に煤粒子の連続再生もまた、本発明によって提案される装置を用いて特定される。この理由のために、装置に関して提示される特徴が、その方法を説明するため（逆もまた同様）に使用され得ることを指摘することも必要である。また、工程ａ）および）ｂは、連続および／または同時に実施され得ることを留意することも必要であり、排気ガスの部分的ストリームに対するそれぞれの効果に重点が置かれる。自動車の内燃エンジンの作動中、工程ａ）からｄ）の全ては連続して実施されることが好ましい。さらに、工程ａ）は代替として、排気ライン内の二酸化窒素または酸素の供給／生成を含むことが好ましい。

その方法の一つの開発によれば、少なくとも１つの表面集塵装置のダクトまたは電界の空間を通る排気ガスの流動作用は、排気ガスパラメータに応じて変化することもまた提案される。適切な場合、両方の測定を同時に、または互いに一緒に実施してもよい。流動作用は、例えば対応して設定される表面集塵装置により独立して変化でき、その結果として、異なるダクトを通る流れが異なる流動作用を与える。しかしながら、例えば、電界の周波数および／または電界強度が調節されるようなアクティブな変更を実施してもよい。特に、排気ガスの温度、質量流、体積流量、および／または流速が排気ガスパラメータとみなされる。もちろん、内燃エンジンの作動の他の特性値もまた、代替として使用され得るか、または対応する排気ガスパラメータについて推断するために使用され得る。

この方法は好ましくは、少なくとも１つの表面集塵装置の連続再生を実施する機能を有する。この目的のために、煤は、排気ガスの流れにおいて上流で生成される二酸化窒素と接触して配置され、化学的に変換される。さらなる説明のために、参照がＣＲＴ法（ＣＲＴ＝連続再生トラップ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｔｒａｐ）、例えば欧州特許Ａ−０３４１８３２号を参照のこと）と称されるものになされ得る。

さらに、帯電した煤粒子が、少なくとも１つの表面集塵装置のダクト全てに均一に堆積される方法もまた好ましい。これは、特に、表面集塵装置の全ての内側ダクト面上の帯電した煤粒子の堆積の可能性が実質的に同じであるように、装置および／または表面集塵装置が構成されることを意味すると理解されるべきである。適切な場合、これを達成するために考慮される測定は既に上記に提示されている。

本発明は好ましくは、内燃エンジン、特にディーゼルエンジンを有する自動車に使用され、下流の排気システムに本発明による装置を有する。この目的のために、自動車は、例えば、本発明による方法を用いてこの装置を作動するための制御ユニットを有し、その制御ユニットは特に、自動車の作動中、本発明による作動を実施するように対応するソフトウェアによって構成される。適切な場合、制御ユニットは、このシステムを適合するために、排気システムおよび／または内燃エンジンのセンサおよび／または保存データモデルと相互作用し得る。

本発明および技術分野を図面を参照して以下により詳細に説明する。図面は特に本発明の好ましい実施形態の変形例を示すが、それらに限定されないことは留意されるべきである。

図１は、本発明に係る装置の第１の実施形態の変形例を示す。 図２は、表面集塵装置の第１の実施形態の変形例の第１の詳細を示す。 図３は、表面集塵装置の第２の変形例の第２の詳細を示す。 図４は、表面集塵装置の第３の実施形態の変形例の第３の詳細を示す。 図５は、装置のさらなる実施形態の変形例を示す。 図６は、本発明に係る方法の例を示す。 図７は、煤粒子に作用する引力の例を示す。 図８は、表面集塵装置のさらなる実施形態の変形例の詳細を示す。

図１は、本発明に係る装置１の第１の例示的な実施形態を示す。ここで、ほぼ管状の形状で示される（これは重要ではない）排気システムを排気ガスは流れ方向３１で流れる。排気ガスは煤粒子２を含有する。煤粒子２を有する排気ガスは、最初に、二酸化窒素源３、特にプラチナ被覆を有するハニカム形状の触媒コンバータを通って誘導される。この二酸化窒素源は、排気ガス中に含有される一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に変換し、その結果として、排気ガス中の二酸化窒素の割合は増加する（特に、全窒素酸化物の少なくとも２５重量％またはさらに少なくとも５０重量％増加する）。このように調製される排気ガスは、（個々の）表面集塵装置（表面プレシピテータ）６に流れる。表面集塵装置６は入口領域８および出口領域９を有する。互いに平行に延びる直線状のダクト７は、入口領域８と出口領域９との間に延びる。ここで、ダクト７は、（部分的に）触媒コーティング１８を有して実現されるが、これは必ずしも必要ではない。

排気ガスが表面集塵装置６に到達する前に、排気ガスは、表面集塵装置６の上流のイオン化エレメント４および表面集塵装置６の出口領域９における中和エレメントによって形成される電界に侵入する。例示した場合において、中和エレメント５は表面集塵装置６のダクト壁に一体化される。次いで、荷電した煤粒子が、入口領域８の領域においてハニカムエレメントの前面に直接衝突するのを防ぎ、ダクト７自体が煤粒子をこれ以上蓄積しないようにするために、堆積抑制装置１０が入口領域８の領域に形成され、前記堆積抑制装置１０は、実際に、そこでの蓄積を減少または防ぐ。この堆積抑制装置１０の異なる改良も以下の図面を参照して提示される。

図２は、例えば、ダクト壁１７によって規定されている複数のダクト７を有する表面集塵装置の詳細を示す。結果として、特に、ハニカムエレメント１１と称されるものが形成される。次いで、煤粒子がハニカムエレメント１１の入口領域８内にのみ堆積するのを防ぐために、電気絶縁体１５（ダクト壁上にコーティングの形態で実現される）が堆積抑制装置として提供される。この図において、堆積抑制装置、またはここで示すように電気絶縁体の実施形態は、ダクト７の異なる領域１２に関連してもよいことが示される。従って領域１２は、特にそれらの範囲および／または位置に関して互いに異なり得る。

図３は、円錐状および／またはテーパー状／拡張状ダクトで形成されるハニカムエレメント１１の実施形態の変形例を示す。図２におけるダクトの形状は例えば実質的に円形であり、その長さにわたって一定であるが、円錐形のダクトの場合、その断面は、その長手方向において変化する。変化したダクトの断面のために、ここで、流れにも影響を与え得、および／または煤粒子の堆積もハニカムエレメント１１の後方部分で達成され得る。酸素源３２もまた、このハニカムエレメント１１の上流で単に概略として示され、例えば二酸化窒素源の代わりにその酸素源３２を排気システムに組み込むことも可能である。

さらに、ダクト壁１７が、電気絶縁体１５として作用する基礎材料、例えばセラミックまたは炭化ケイ素で実現されるハニカムエレメント１１の改良がここで示される。しかしながら、クーロン力に基づいたダクト壁１７への煤粒子の移動を誘発するために、ダクト壁１７（適切な場合、多孔質でもあり得る）は、例えば埋め込まれた繊維などの補強部の形態で導電体３０を有する。従ってダクト壁１７から煤粒子までの引力は、ダクト７の長さにわたってより強くなるか、および／またはこの引力は入口領域８においてより小さくなる。この軸方向の交互の伝導性は、ここで、領域ごとに発生し得、その結果として、各場合において、ほぼ同じ伝導性が予め規定された領域１２に提供されるが、遷移部はまた、無段階（ｓｔｅｐｌｅｓｓ）または連続的であってもよい。

図４は、表面集塵装置としてのハニカムエレメント１１のさらなる詳細を示し、ここで、ダクト７は異なるダクト形状１３を有する。中心部２４において、すなわち中心の流れが存在する表面集塵装置６の領域において、ダクト断面７は比較的大きい。ダクト形状１３が半径方向２７でみなされる場合、ダクトの断面は端部２５の領域において小さくなる。すなわちその領域は中心から外れた流れであることが留意されるべきである。加えて、ダクト７（のみ）が、中心部２４の領域において構造１４を有し、その構造は、比較的大きな圧力降下を発生させ、特に排気ガスの流速が増加するか、または排気ガスの体積流量が大きなくり、その結果として、排気ガスはまた、半径方向外側のダクトにおいて広い範囲に誘導されることは留意されるべきである。これらの寸法は特に、煤粒子をほぼ均一に負荷すること、および煤粒子を堆積させるための二酸化窒素の均一な供給に起因する。

図５は、本発明に係る装置１のさらなる例示的な実施形態を示す。左側の部分的領域において、煤粒子２を含有する排気ガスが、流れ方向３１において二酸化窒素源３をどのように流れるかを再度示し、その結果として十分な二酸化窒素が形成される。次いで、イオン化エレメント４として作用するイオン化電極１８および表面集塵装置６の下流に配置され、中和エレメントとして作用する接地電極２９によって、電界１６が下部に形成される。従って、表面集塵装置は、電界１６内に完全に位置する。

ここで示す表面集塵装置６は、特に、従来のセラミックまたは炭化ケイ素の壁流フィルタであり、各々の場合において、そのダクトは交互に閉じられ、その結果として、流れが通らない端部が形成される。しかしながら、ダクト７は、ここで示すように、ハニカムエレメントの中心軸２６に平行に延びなくてもよい。閉鎖部に提供される交互に配置されるストッパー２３は、帯電した煤粒子についての対応する堆積抑制装置を構成し得るか、または堆積抑制装置そのものとして実現され得る。ここで、ダクト壁は、多孔質および／またガス透過性の形態で実現され、その結果として煤粒子が除去される。このような表面集塵装置６に電気伝導性が存在する場合、例えば接地電極２９およびハニカムエレメントの対応する構造との直接接触の結果として、それに応じて、選択される電荷の伝導が起こり得る。この目的のために、マット２１によって囲まれるハニカムエレメントは、表面集塵装置６からハウジング１９への電圧ロールオーバーを回避するために、ハウジング１９からほぼ十分な距離２２にあることが提案される。ハニカムエレメントが金属であり、その独自のケーシング２０を有する場合も同様に適用される。

図６は個々の方法工程の別の図を示すことを意図する。ここで、第１の工程において、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）および／または一酸化窒素（ＮＯ）が、二酸化窒素源（および／または対応する触媒コーティング）によって二酸化窒素（ＮＯ_２）に変換される。さらに、煤粒子（ＰＭ）または煤粒子の一部がイオン化され、その結果としてそれらは純粋な電荷を有する。次いで帯電された煤粒子（ＰＭ^＋）は、対応する静電気引力によりダクト壁に均一に堆積される（これは非常に均一に起こり得る）。適切な場合、広い範囲に離間している煤粒子（ＰＭ^＋／ＰＭ）は、依然として帯電されているか、またはさらに既に中和されており、生成した二酸化窒素（ＮＯ_２）に自由にアクセスでき、その結果として、単純かつ効果的な堆積表面および／またはフィルタ材料の再生が可能となる。また、触媒がこの変換プロセスのための支援形態として使用されてもよい。煤粒子の変換後、例えば二酸化炭素（ＣＯ_２）および窒素分子（Ｎ_２）などの気体が存在し、表面集塵装置６から除去される。

図７は、ここで、煤粒子２に対する表面集塵装置６の例示的および図示的な効果を示す。その煤粒子２は、例えば流れ方向３１において適宜充填し、表面集塵装置６の孔３３を通って、そのプロセスにおいて帯電される。表面集塵装置６の方向への電位に起因して、この煤粒子２は、（点線で示すように）直線状に前方に進まないが、代わりに、偏向３４を受け、表面集塵装置６に位置するようになる。次いで煤粒子２はそこで対応して変換され得る。

図８は、ダクト壁１７によって規定される複数のダクト７を備える本発明に係る表面集塵装置のさらなる実施形態の変形例の詳細を示す。結果として、特にハニカムエレメント１１と称されるものが形成される。ハニカムエレメント１１は、絶縁材、好ましくはセラミックから形成される。次いでハニカムエレメント１１の入口領域８のさらに下流のハニカムエレメント１１における煤粒子のほぼ好ましい堆積を達成するために、ハニカムエレメントの異なる領域１２において入口領域８の方向において異なる範囲にわたる導電体１５が、導電体１５として実現されるハニカムエレメントに提供される。

本発明は、特に、煤粒子の均一な堆積および表面集塵装置の連続再生を提供する。

１ 装置
２ 煤粒子
３ 二酸化窒素源
４ イオン化エレメント
５ 中和エレメント
６ 表面集塵装置
７ ダクト
８ 入口領域
９ 出口領域
１０ 堆積抑制装置
１１ ハニカムエレメント
１２ 軸領域
１３ ダクト形状
１４ 構造
１５ 電気絶縁体
１６ 電界
１７ ダクト壁
１８ 触媒コーティング
１９ ハウジング
２０ ケーシング
２１ マット
２２ 距離
２３ 停止部
２４ 中心部
２５ 端部
２６ 軸
２７ 半径方向
２８ イオン化電極
２９ 接地電極
３０ 導電体
３１ 流れ方向
３２ 酸素源
３３ 孔
３４ 偏向

Claims (14)

1. 少なくとも１つの二酸化窒素源（３）または酸素源（３２）と、
   煤粒子（２）をイオン化するための少なくとも１つのイオン化エレメント（４）と、
   帯電した煤粒子（２）を中和するための少なくとも１つの中和エレメント（５）と、
   排気ガスが流れることができ、入口領域（８）と出口領域（９）との間に延びる複数のダクト（７）を有する少なくとも１つの表面集塵装置（６）とを少なくとも備え、帯電した煤粒子（２）のための少なくとも１つの堆積抑制装置（１０）が前記入口領域（８）において少なくとも部分的に提供される、煤粒子（２）を含有する排気ガスを処理するための装置（１）。
2. 前記少なくとも１つの中和エレメント（５）は、前記少なくとも１つの表面集塵装置（６）の前記出口領域（９）の領域に形成される、請求項１に記載の装置（１）。
3. 前記少なくとも１つの表面集塵装置（６）は、ハニカムエレメント（１１）として実現される、請求項１または２に記載の装置（１）。
4. 前記少なくとも１つの堆積抑制装置（１０）の種々の改良型が、前記ダクト（７）に割り当てられ得る、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１）。
5. 前記少なくとも１つの堆積抑制装置（１０）は、前記ダクト（７）の種々の軸領域（１２）において延びる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１）。
6. 前記少なくとも１つの堆積抑制装置（１０）は、種々のダクト形状（１３）によって形成される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１）。
7. 中心の流れが存在するダクト（７）は、中心から外れた流れが存在するダクト（７）より少なくとも大きく、またはより構造化されて製造される、請求項６に記載の装置（１）。
8. 前記少なくとも１つの堆積抑制装置（１０）は、少なくとも１つの電気絶縁体（１５）により形成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１）。
9. 前記少なくとも１つの表面集塵装置（６）は、基礎材料として、堆積抑制装置（１０）を形成する電気絶縁体（１５）を有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置（１）。
10. 前記表面集塵装置（６）は、少なくとも１つの中和エレメント（５）を有し、前記少なくとも１つの中和エレメント（５）は、前記ダクト（７）において異なって実現される、請求項９に記載の装置（１）。
11. 排気ガスの煤粒子（２）を変換するための方法であって、少なくとも以下の工程：
    ａ）排気ガス中に少なくとも二酸化窒素または酸素を提供する工程と、
    ｂ）電界（１６）によって煤粒子（２）をイオン化する工程と、
    ｃ）少なくとも１つの表面集塵装置（６）の内部ダクト壁（７）に帯電した煤粒子（４）を堆積させる工程と、
    ｄ）前記少なくとも１つの表面集塵装置（６）の内部ダクト壁（７）に堆積した煤粒子（２）と、少なくとも二酸化窒素または酸素を接触させる工程と、
    を含む、方法。
12. 前記少なくとも１つの表面集塵装置（６）のダクト（７）または前記電界（１６）の空間を通る排気ガスの流動作用が、排気ガスパラメータに応じて変化する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記少なくとも１つの表面集塵装置（６）の連続再生が行われる、請求項１１または１２に記載の方法。
14. 前記帯電した煤粒子（４）は、前記少なくとも１つの表面集塵装置（６）の全ての前記ダクト（７）上に均一に堆積される、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
    
    

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