JP2015508863A

JP2015508863A - 中心領域から径方向外側に流れるガス流の処理装置

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Publication number: JP2015508863A
Application number: JP2014559189A
Authority: JP
Inventors: ペーターヒルト; ヤンホジソン; クリスティアンフォルスマン
Original assignee: エミテックゲゼルシヤフトフユアエミツシオンステクノロギーミツトベシユレンクテルハフツング
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2013-02-26
Publication date: 2015-03-23
Anticipated expiration: 2033-02-26
Also published as: JP6177258B2; EP2820258A1; WO2013127806A1; US20140366736A1; DE102012004270A1; US9476332B2; EP2820258B1

Abstract

本発明はガス流（２２）の処理装置に関し、特に内燃機関の排ガス流の処理に関し、ガス流（２２）が径方向に流れ通ることができる少なくとも１つの径方向空間（３）を有し、径方向空間（３）は、本質的に径方向に中央領域（４）から外側の集積空間（５）に延び、径方向空間（３）は、ほぼ円板状の第１（１）および第２（２）の壁によって画定され、第１の壁（１）から、径方向空間（３）に向けられた多数の電極（１１）が突き出ている。ここで、円板状の第１（１）および第２（２）の壁は、望ましくは本質的に平行に延びる。円板状の第１の壁（１）は、望ましくは電気絶縁物質（１３）から形成され、そこに固定された電気伝導性の電極（１１）を有し、電極は、電気絶縁物質（１１）の中または上を延びる電気伝導体（１２）により、互いの間で電気的に接続される。２またはそれ以上の平行に延びる径方向空間（３）は、軸方向に連続して中央領域（４）の回りに配置される。本発明は、流れ方向に比較的短い全長で、非常に効果的な排ガスの処理を、イオン化またはプラズマの生成のための電場を用いて、実現することができる。流れ方向に対し横に進む電場により、処理装置の異なるパラメータの選択の際の新しい可能性が開かれている。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス流の処理に関し、特に、例えば自動車の、内燃機関の排ガス流の処理に関する。そのような装置は、一般に、処理用に、特にガス流の浄化用に、用いられ、本発明は主として、特にディーゼルエンジンの、内燃機関からの粒子、例えば煤粒子、の除去に関する。自動車が環境に放出してよい、排ガス重量または排ガス体積当たりの煤粒子の数および質量の限界値は、ますます厳しくなり、ますます良い排ガス浄化システムが必要になっている。

可動内燃機関の排ガスからの煤粒子の除去のための、数多くの異なった構想がある。交互に閉じられた壁流フィルタに加えて、オープンバイパスフローフィルタ、重力駆動セパレータ等があり、すでにシステムも提案され、システムにおいては、排ガス中の粒子は、帯電され、それから、静電引力の助力により堆積させられる。このシステムは、特に、「静電フィルタ」または「電気フィルタ」の名称で知られる。

「電気フィルタ」の場合、電場および／またはプラズマの提供を通じて、より大きな煤粒子を形成する小さい煤粒子の集塊、および／または煤粒子の帯電、が引き起こされる。電荷を帯びた煤粒子および／または比較的大きい煤粒子は、通常、フィルタシステムで明らかに簡単に分離される。煤粒子集塊は、それ自体の比較的高い質量慣性に基づき、排ガス流の中を緩慢に運搬され、従って、排ガス流の方向転換箇所で、より簡単に堆積する。電荷を帯びた煤粒子は、それ自体の電荷に基づき、表面に向かって引き寄せられ、表面上で、それは積み重なり、それ自体の電荷を放出する。これも、自動車の作動中の排ガス流からの煤粒子の除去を、容易にする。この領域に、本発明もある。

排ガス中の粒子に電場で影響を与えるために、粒子は、ある時間にわたって、電場に引き止められるか、または電場を通って動く、必要がある。幾何的理由から典型的に用いられる、排ガスの、流れ方向の、または流れ方向に反する、電場の場合、流れ通る粒子の高いイオン化確率を達成することが常に可能なわけではない。

本発明の課題は、従来技術に関連して現れる問題を軽減または解決することであり、その際、特にガス流の処理のための配置が示されるべきであり、その配置では、処理されるガス流は、電場に対し本質的に垂直に流れる。

この課題は、請求項１に従った装置によって解決される。有利な構成は、従属請求項に示される。請求項に個々に挙げられた特徴は、任意に、技術的に有意な方法で互いに組み合わせ可能であり、本発明のさらなる構成を示すことに、注意されるべきである。明細書は、特に図と関連して、本発明を説明し、追加の実施形態を示す。

特に内燃機関の排ガス流の、ガス流の処理のための、本発明による装置は、ガス流が径方向に流れ通ることができる少なくとも１つの径方向空間を備え、径方向空間は、（本質的に）径方向に中央領域から外側の集積空間に延び、径方向空間は、第１の（ほぼ）円板状の壁および第２の（ほぼ）円板状の壁によって画定され、径方向空間に向けられた数多くの電極は、第１の壁から突き出ている。

「径方向」は、ここでは、方向が、装置の中心軸に対してほぼ垂直に（例えばまた＋／−１５°の偏差で）延びる、と理解されるべきである。この場合、特に、ガス流は、本質的に中心軸に沿って、装置の中を流れる、および／または装置の中に流入する／から流出する、それから脇に／横に向きを変えられる。径方向空間は、特に、中心軸の断面の回りに形成される。径方向空間は、また、径方向に広がるおよび／または狭くなることもあり得るが、望ましくは、両方の壁が、半径の（および円周の）方向に、（本質的に）均一に相隔たる。特に、壁の（ほぼ）円板状の構成は、これらが、平らであり、特にまた円形であることを意味する。従って、特に、径方向におよび同じ幅で周方向に中心軸／中心空間の回りに延びる、径方向空間が形成される。

このようにして、特に第１の壁にのみ設けられる電極の間に、および第２の壁（特に電極なしで）に、電場が構築され、処理されるガス流はこの電場を、場の方向を横切って流れ通る。ガス流の方向転換および／または中心領域に比べ拡大された流れ断面は、ガス流を遅くすることもある。径方向空間を通って流れる粒子は、比較的長い期間にわたり、ほぼ一様な電場または電子の流れにさらされ、イオン化の可能性が、内側から外側への進路上で繰り返し生じる。

望ましくは、第１の円板状の壁と第２の円板状の壁とが、互いに（本質的に）平行に延び、そこを通ってガス流の速度が内側から外側に向かって落ち、一方、電場を定める、電極と第２の壁との間の間隔は、ほぼ一様のままである。

一つの望ましい実施形態では、第１の円板状の壁は、電気絶縁物質から形成され、そこに固定された電気伝導性の電極を有し、電極は、電気絶縁物質の中または上を延びる電気伝導体により、互いの間で電気的に接続される。このようにして、全ての電極に同じ電気ポテンシャルが提供される。望ましくは、電極は、ピンのようなものであり、０．１〜０．３ｍｍ［ミリメートル］、望ましくはほぼ１ｍｍ、径方向空間に突き出ている先端を有する。この先端は、十分に強い電場が構築される場合、いわゆるコロナ放電をもたらすことができる。さらに高められた電圧では、プラズマ放電が生じ、それは同じく本発明で用いられることができる。

処理される排ガス／ガス流の単位時間当たりの体積流量に応じて、本発明によると、２またはそれ以上の平行に延びる径方向空間が、軸方向に連続して中央領域の回りに配置される。排ガスは、それから、中央領域から、異なる径方向空間に分配され、個々の径方向空間は、本質的に同等に構成される。この場合、実施形態が、最大２０までの環状空間を有し、特に、２、３、４、５または６の径方向空間を有すると、望ましい。

望ましくは、さらに、第１の壁上の単位面積当たりの電極の密度は、半径の方向において変わり、特に内側から外側に向かって少なくなる。単位面積当たりの電極の密度は、例えば０．１〜５毎ｃｍ^２［平方センチメートル］で第１の壁上で一定であってもよい。けれどもやはり、径方向空間におけるガス流の速度は、内側が外側より大きいことを考慮に入れると、単位面積当たりの電極の密度の適応が実現されることもあり、つまり、電極の密度が、内側から外側に向かって少なくなることもある。けれども、より遅く流れる排ガスが、より集中的に処理されるべきである場合の利用もあり、それは、外側に向かって増える電極密度によって達成可能である。

装置の作動のため、本発明によると、電極および第２の円板状の壁は、電極と第２の壁との間に電場が生じることができるように、高電圧源に接続可能になっている。その際、特に、第２の壁は、電気伝導性材料、特に金属、から製造されることができ、望ましくは、電気的に地面と、例えばハウジングを経由して、接続される。電極に、それから、望ましくは負高電圧が適用され、これらがカソードとしての機能を果たすようになっている。

本発明の望ましい模範的な実施形態では、全ての径方向空間は、共通の、径方向空間に流入する内側開口を備える中央ガス供給部の回りに配置され、外側で、共通のハウジングにより囲まれ、共通のハウジングは、集積空間を画定する。望ましくは、集積空間は、それから、送出ラインに（直接に）接続される。換言すれば、つまり、特に、全ての径方向空間は、共通の中央ガス供給部の回りに配置され、中央ガス供給部は、径方向空間に流入する内側開口を有する。最も簡単なケースでは、中央ガス供給部は、それぞれの径方向空間と一致する穴を備える管であってもよい。それに加えて、径方向空間は、外側で、距離を有して共通のハウジングにより囲まれ、共通のハウジングは、集積空間を画定し、集積空間は、望ましくは、送出ラインに接続され、それを通って、特にさらなる処理のために、処理されるガスが送出される。

本発明の一つの実施形態では、２またはそれ以上の径方向空間のそれぞれの第１および第２の壁は、共通の（本質的に）円筒形の保持器に配置され、この円筒形の保持器は、確実な保持および一定の間隔を保証する。特に、第１の壁と第２の壁とは、それぞれの場合に交互の構成で配置され、二つ（２）の第１の壁または二つ（２）の第２の壁が、合わさって、共通の第１の壁または第２の壁として形成されるようになっている。二つの隣り合う径方向空間は、こうして、この両方の径方向空間の間の共通の壁に対し、いわば鏡面対称的に形成される。二つの背中合わせに互いに接して位置する同等の壁が、一つの壁に統合されるか否かという問いについては、構造上および製造技術上の見地に従って決定されるべきである。第２の壁にとって、一般に共通の壁が有意義であり、互いに接して位置する第１の壁の場合、これは、製造技術上の見地および場合によっては支配的な熱膨張次第である。

また電極への電気供給も、本発明によると、異なる方法で実現することができる。

従って、望ましくは、電極の少なくとも１つの電気供給ラインが、電気絶縁的にハウジングを通って外側に導かれる。

さらに、全ての第２の壁は、（電気的に）地面と接続可能であることが提案される。（特に）理由は、この全ての第２の壁は、電気的に中央ガス供給部および／またはハウジングと接続されるからである。

本質的に径方向の、ハウジングを通る電気絶縁ブッシングが望ましく、いくつかの第１の壁の電極は、ハウジングの内側で互いの間で接続されることができるか、ハウジングを通って導かれる分けられた供給ラインが設けられることができる。代替として、軸方向の、つまり中央ガス供給部に対して平行な、電気供給ラインが提案され、その場合、金属ハウジングを通る電気絶縁ブッシングが省かれるか、またはいずれにせよ簡素にされる。電気供給ラインは、垂直に第１の壁から導かれることができるからである。

第２の壁は、同じく電気供給ラインを経由して電圧源に接続されることができるが、望ましくは、すでに言及したように、この第２の壁を保持するためにいずれにせよそこにある部品を経由して、電気的に、ハウジングと、望ましくは車両の地面と、接続される。

さらなる望ましい本発明の構成および模範的な実施形態は、本発明はそれに限定されないが、図に基づいてさらに詳しく説明される。

本発明による処理装置を通る概略縦断面図を示す。別の模範的な実施形態を通る縦断面図を示す。ラインＩＩＩ‐ＩＩＩに沿った図１中の径方向空間を通る横断面図を示す。

図１は、本発明による処理装置の模範的な実施形態を示す。この模範的な実施形態は、２つの鏡面対称的に互いに配置された第１の壁１と径方向空間３を含み、共通の第２の壁２が径方向空間３の間に配置される。処理されるガスは、中央ガス供給部７を経由して、中央領域４に（中心軸２４に沿って）供給され、中央領域４から、ガスは、内側開口１８を通って径方向空間３の中に流れる。外側で、ガスは、外側開口１９を通って、集積空間５の中に流れ、集積空間５は、ハウジング６により画定される。ハウジング６内では、ガスは、送出ライン８に導かれ、送出ライン８は、望ましくは、中央ガス供給部７と一列に配置される。このようにして、装置全体は、他の処理装置と同じように、排ガスシステムに簡単に組み込まれることができる。それぞれの径方向空間３は、第１の壁１と第２の壁２とによって画定され、第１の壁１は電極１１を有し、電極１１は、電気伝導体１２を経由して電気的に互いに接続される。電気伝導体１２は、例えば格子状に、第１の壁１の内側またはその表面に延び、第１の壁１は、望ましくは電気絶縁物質１３から形成される。電気伝導体１２および電極１１は、特に、この電気絶縁物質１３にキャストされてもよい。電気絶縁ブッシング９を用いてハウジング６を通って外側に導かれる、少なくとも１つの径方向電気供給ライン１０を経由して、電極１１および電気伝導体１２は、ここで示されていない高電圧源に接続可能である。

両方の第１の壁１と、第２の壁２とは、ここにおける模範的な実施形態では、円筒形保持器１４を用いて、固定の間隔で互いに保持されている。第２の壁２は、その際、望ましくは、溶接接続１５で円筒形保持器１４に固定され、一方、第１の壁１は、それぞれ少なくとも１つの支持ショルダー１７により、第２の壁２に対する距離を置いて保持される。円筒形保持器１４のこの領域は、金属とセラミックとの異なる熱膨張のため、膨張補償器１６として構成される。

図２は、本質的に図１と同じ配置を示し、異なる、電気供給ライン２０と、両方の第１の壁１の電気伝導体１２の間の内部電気接続２１と、を有するにすぎない。それに加えて、ガス流２２が矢印により説明される。高電圧源２３は、電極への高電圧の供給に用いられる。

図３は、装置を通る概略横断面図を示し、より厳密にいえば電極１１を有する第１の壁１が見られ、この模範的な実施形態では、単位面積当たりの電極１１の密度は、外側に向かって減少する。

念のために、１つの図からの技術的詳細は、他の図からの技術的詳細と、切り離して考えられるか、または組み合わせ可能であることが、指摘される。ここで、特徴の組み合わせが、（技術的に）必須であるとして明示的に示されていない範囲において、当業者は、ここで提案された装置の構成またはその機能から離れることなく、相応の適合を実施することができる。

本発明は、流れ方向に比較的短い全長で、非常に効果的な排ガスの処理を、イオン化またはプラズマの生成のための電場を用いて、実現することができる。流れ方向に対し横に進む電場により、処理装置の異なるパラメータの選択の際の新しい可能性が開かれている。

１第１の壁
２第２の壁
３径方向空間
４中央領域
５集積空間
６ハウジング
７中央ガス供給部
８送出ライン
９電気絶縁ブッシング
１０径方向電気供給ライン
１１電極
１２電気伝導体
１３電気絶縁物質
１４円筒形保持器
１５溶接接続
１６膨張補償器
１７支持ショルダー
１８内側開口
１９外側開口
２０軸方向電気供給ライン
２１電気接続
２２ガス流
２３高電圧源
２４中心軸

Claims

ガス流（２２）の処理のための装置であって、ガス流（２２）が径方向に流れ通ることができる少なくとも１つの径方向空間（３）を有し、径方向空間（３）は、径方向に中央領域（４）から外側の集積空間（５）に延び、径方向空間（３）は、円板状の第１の壁（１）と円板状の第２の壁（２）とによって画定され、前記第１の壁（１）から、径方向空間（３）に向けられた多数の電極（１１）が突き出ている、装置。
請求項１に記載の装置であって、前記円板状の第１の壁（１）と、前記円板状の第２の壁（２）と、は、平行に互いに延びる、装置。
請求項１または２に記載の装置であって、前記円板状の第１の壁（１）は、電気絶縁物質（１３）から形成され、そこに固定された電気伝導性の電極（１１）を有し、電極（１１）は、電気絶縁物質（１１）の中または上を延びる電気伝導体（１２）により、互いの間で電気的に接続される、装置。
請求項１〜３の１項に記載の装置であって、２またはそれ以上の平行に延びる径方向空間（３）は、軸方向に連続して中央領域（４）の回りに配置される、装置。
請求項１〜４の１項に記載の装置であって、前記第１の壁（１）上の単位面積当たりの電極（１１）の密度は、半径の方向において変わる、装置。
請求項１〜５の１項に記載の装置であって、電極（１１）と、前記円板状の第２の壁（２）と、は、高電圧源（２３）に接続可能であり、電極（１１）と前記第２の壁（２）との間に電場が生じることができるようになっている、装置。
請求項１〜６の１項に記載の装置であって、全ての径方向空間（３）は、共通の、径方向空間に流入する内側開口（１８）を備える中央ガス供給部（７）の回りに配置され、外側で、共通のハウジング（６）により囲まれ、前記ハウジング（６）は、集積空間（５）を画定する、装置。
請求項１〜７の１項に記載の装置であって、２またはそれ以上の径方向空間（３）のそれぞれの前記第１の壁（１）と前記第２の壁（２）とは、共通の円筒形保持器（１４）に配置され、２つの第１の壁または２つの第２の壁が、合わさって、共通の第１の壁（１）または第２の壁（２）としてそれぞれ形成されるようになっている、装置。
請求項７または８に記載の装置であって、電極（１１）の少なくとも１つの電気供給ライン（１０）は、電気絶縁的に前記ハウジング（６）を通って外側に導かれる、装置。
請求項７〜９の１項に記載の装置であって、全ての第２の壁（２）は、電気的に前記中央ガス供給部（７）および／または前記ハウジング（６）と接続されることにより、接地可能である、装置。