PL202891B1 - Element filtrujący cząstek stałych, zwłaszcza sadzy - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest element filtrujący cząstek stałych, zwłaszcza sadzy, przeznaczony do stosowania w filtrach układu wydechowego pojazdów spalinowych napędzanych silnikami spalinowymi jak i przemyśle energetycznym i chemicznym w filtrach kominowych.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 173058, filtr przeznaczony do systemów antysadzowych instalowanych w układach wylotowych pojazdów z silnikami o zapłonie samoczynnym. Pierwszy filtr ma ceramiczną porowatą strukturę filtrującą z ukształtowanymi w niej kanalikami oraz wewnętrzną strukturę grzejną w postaci zasilanych elektrycznie elementów rezystywnych umieszczonych w niektórych kanalikach. Drugi filtr ma ceramiczną porowatą strukturę filtrującą wykonaną z ceramiki rezystywnej tworzącej wewnętrzną objętościową strukturę grzewczą filtra połączoną z przewodami obwodu zasilania elektrycznego. Filtr ten może mieć również, konstrukcję nośną złożoną z zespołu równoległych i naprzemiennie zorientowanych jednostronnie zaślepionych rurek wykonanych z siatki o wł a ś ciwoś ciach rezystywnych, których koń ce połączone są z przewodami obwodu zasilania elektrycznego, zaś w przestrzeni między rurkami umieszczona jest odporna na wysoką temperaturę włóknina filtrująca.

Znany ze stosowania filtr cząstek stałych, zwłaszcza sadzy, ma podłoże, które stanowi kształtka o silnie porowatej strukturze i sztywnej konstrukcji, wykonane z materiału ceramicznego lub z metalu. Na silnie rozbudowaną powierzchnię kształtki naniesiona jest warstwa nośnika katalitycznego, w postaci strefy zawsze z jednym rodzajem katalizatora.

Z polskiego zgł oszenia patentowego nr P.304129 znane jest urz ą dzenie samoregenerują ce się , do oczyszczania gazów spalinowych. Urządzenie ma obudowę metalową pokrytą warstwą izolacyjną. Warstwa izolacyjna składa się z dwóch połączonych konfuzorowo cylindrów o różnych średnicach. W cylindrze o wię kszej ś rednicy jest usytuowany wkł ad filtracyjny, natomiast w drugim cylindrze jest umieszczony katalizator dopalania spalin. Filtracyjny wkład stanowią filtr sadzy wykonany z żaroodpornego drutu pokrytego substancją katalityczną, elementy grzejne oraz czujnik temperatury.

Z europejskiego zgłoszenia patentowego nr EP0154145 znany jest filtr do oczyszczania spalin z silników Diesla, a zwłaszcza do usuwania cząstek sadzy, z wykorzystaniem szeregu elementów połączonych w filtr zainstalowany w obudowie układu wydechowego spalin, przy czym co najmniej jeden filtr jest elementem katalizatora, który obniża temperaturę zapłonu sadzy i wspomaga spalanie zanieczyszczeń gazowych.

Z japońskiego zgłoszenia patentowego nr JP 4050421 znane jest urządzenie, które skutecznie zmniejsza emisję sadzy i szkodliwych gazów zawartych w spalinach. W urządzeniu zastosowany jest filtr cząstek stałych i katalizator redukujący NOx, które są umieszczone na drodze przepływu spalin z silnika. Zastosowane katalizatory oraz katalizatory utleniające NOx zmniejszają ilości NOx, HC i CO w gazach spalinowych.

Element filtrujący do filtrowania cząstek stałych zawartych w gazach spalinowych z silnika wewnętrznego spalania znany z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.365228, utworzony z dużej ilości przylegających do siebie kanalików, poprzez których boczne ścianki następuje filtracja gazów spalinowych. Zawiera on pierwszą i drugą strefę filtracji, przy czym powierzchnia filtracji gazów, odniesiona do jednostki powierzchni wlotu gazów do tego elementu jest różna w pierwszej i w drugiej strefie.

Istota elementu filtrującego, według wynalazku, polega na tym, że na jednym podłożu ma, co najmniej trzy strefy z katalizatorami, przy czym pierwsza strefa z katalizatorem jest oddzielona od drugiej strefy z katalizatorem, strefą pośrednią.

Korzystnym jest, gdy katalizator każdej strefy pośredniej stanowi kompozycję katalizatorów przyległych do niej stref z katalizatorami.

Korzystnym jest również to, że związki katalityczne każdej kolejnej strefy z katalizatorem wprowadzane są w kolejności od najmniej aktywnego do najbardziej aktywnego, przy czym kierunek ten jest zgodny z kierunkiem przepływu gazów spalinowych.

Zaletą elementu filtrującego cząstek stałych, zwłaszcza sadzy, według wynalazku jest jego wysoka skuteczność w odniesieniu do emisji cząstek stałych, znaczne ograniczenie poziomu emisji tlenków węgla i azotu oraz wysoka sprawność regeneracji filtra. Zastosowanie stref stwarza możliwość optymalnego doboru aktywności katalitycznej poszczególnych stref w zależności od składu filtrowanych gazów, przez co również oszczędne i efektywne wykorzystanie substancji katalitycznych. Nowe filtry cząstek stałych wykazują działanie samoczynne, czyli bez konieczności obsługi, jak również możliwością współpracy z innymi dodatkowymi systemami oczyszczania spalin.

PL 202 891 B1

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia filtr cząstek stałych w ujęciu schematycznym.

P r z y k ł a d 1

Element filtrujący cząstek stałych, zwłaszcza sadzy ma na jednym podłożu trzy strefy z katalizatorami A, AB i B. Pierwsza strefa z katalizatorem A jest oddzielona strefą pośrednią AB od drugiej strefy z katalizatorem B. Związki katalityczne każdej kolejnej strefy z katalizatorem A, AB, B wprowadzane są w kolejności od najmniej aktywnego do najbardziej aktywnego, a kierunek ten jest zgodny z kierunkiem przepływu gazów spalinowych.

P r z y k ł a d 2

Element filtrujący cząstek stałych, zwłaszcza sadzy wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że katalizator każdej strefy pośredniej AB stanowi kompozycję katalizatorów przyległych do niej stref A, B.

P r z y k ł a d 3

Element filtrujący cząstek stałych, zwłaszcza sadzy wykonany jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że na jednym podłożu ma pięć stref z katalizatorami A, AB, B, BC i C, przy czym pierwsza strefa z katalizatorem A jest oddzielona pierwszą strefą pośrednią AB od drugiej strefy z katalizatorem B, zaś druga strefa z katalizatorem B jest oddzielona drugą strefą pośrednią BC od trzeciej strefy z katalizatorem C.

Claims (3)

1. Element filtrujący cząstek stałych, zwłaszcza sadzy ma na podłożu jedną strefę z katalizatorem, znamienny tym, że na jednym podłożu ma, co najmniej trzy strefy z katalizatorami (A, AB, B), przy czym pierwsza strefa z katalizatorem (A) jest oddzielona od drugiej strefy z katalizatorem (B) strefą pośrednią (AB).

2. Element, według zastrz. 1, znamienny tym, że katalizator każdej strefy pośredniej (AB) stanowi kompozycję katalizatorów przyległych do niej stref (A, B).

3. Element, według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że związki katalityczne każdej kolejnej strefy z katalizatorem (A, B) wprowadzane są w kolejności od najmniej aktywnego do najbardziej aktywnego, przy czym kierunek ten jest zgodny z kierunkiem przepływu gazów spalinowych.