SE439949B - Partikelfilter, for rening av avgaser fran forbrenningsmotor, kompletterat med katalysatorer - Google Patents

Description

io l5 20 30 35 8400084-3 I de fall, då avgaserna från förbränningsmotorn inte har tillräcklig temperatur för att kunna åstadkomma filtrets rege- nerering på grund av motorns arbetsbetingelser, har det före- slagits att höja avgasernas temperatur genom tillförsel av energi utifrån. Sålunda beskrives i den svenska patentansök- ningen 8008527-7 en anordning för regenerering av ett avgas- 2 filter, vid vilken vätske- eller gasformigt bränsle förbrännes intermittent på katalytisk.väg i avgasflödet från förbrännings- Zmotorn. En sådan anordning kräver ett omfattande reglersystem_ för att fungera tillfredsställande och för att uppfylla de speciella säkerhetskrav, som kan gälla för fordonet, maskinen eller anläggningen som helhet, vari förbränningsmotorn.användes.

Att åstadkomma temperaturhöjningen genom sådan förbränning i avgassystemet kan vara ett tänkbart alternativ till att köra förbränningsmotorn temporärt med högt varvtal för ökning av -avgastemperaturen, men av praktiska skäl eller kostnadsskäl kan sådan extra utrustning 1 många fall anses som en orealistisk f lösning på problemet.

Uppfinningen syftar till att på ett konstruktivt och funktionellt enkelt sätt uppnå regenerering av ett partikel- filter för rening av avgaser från förbränningsmotorer genom tillförsel av energi utifrån under uppnående av stor säkerhet obhzutananvändning av omfattande reglerutrustning. Partikelfilt- -ret enligt uppfinningen innefattar därvid på känt sätt ett filterelement med_parallellöpande inlopps- och utloppskanaler, åtskilda av porösa väggar. Enligt uppfinningen har ett sådant 'ñartikelfilter i det angivna syftet erhållit de kännetecken, r som framgår av patentkravet- ' ' Detta partikelfilter kan regenereras av de genomströmmande avgaserna på anligt sätt, då avgaserna har tillräcklig tempera- tur för att åst dkomma förbränning av förefintlig beläggning i I filtret, men när avgasernas temperatur inte är tillräcklig, åstadkommas regenereringen genom elektrisk upphettning av filt- ret, vilket kan ske utan annan gasgenomströmning än den som åstadkommas genom "skorstensverkan" i kanalerna i filterelemen- s lÛ l5 20 725 30 35 84ÛÜ084~u ~..l\! tet. Detta innebär två fördelar, nämligen liten energiåtgâng och liten risk för överhettning av filtret med åtföljande risk för värmechock eller -spänningar.

För närmare förklaring av uppfinningen Skall ett Utförande därav beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka FIG l är en axialsektionsvy av ett partikelfilter enligt uppfinningen.

FIG 2 är en tvärsektionsvy av partikelfiltret och ' FIG 3 är en sidovy av partikelfiltret, sett från inlopps- sidan eller primärsidan.

Det på ritningarna visade partikelfiltret innefattar ett monolitisktporöstiïlterelement l0 av keramiskt material. Detta fsrceieiement kan vara av märket csLLoR från tärning, usA, och innefattar ett antal inbördes parallella kanaler ll med kvad- ratisk tvärsektionsform, vilka sträcker sig mellan motsatta ytor av filterelementet men är igensatta vid l2 i omväxlande den ena och den andra änden. Filterelementet är anordnat med kanalerna ll huvudsakligen vertikalt och är ingjutet i eldfast cement 13 eller liknande material, som omgives av värmeisole- rande skikt 14. Därvid är under filterelementet anordnad en kammare l5, som är inloppskammare, och över filterelementet en kammare lö, som är utloppskammare. Inloppskammaren är för- sedd med en inloppsstuts l7 av plåt, medan utloppskammaren har en utloppsstuts l8, vilken också är av plåt, och filterelementet l0 med ingjutningen 13 och isoleringen 14 är inneslutet i en plåtmantel l9, vid vilken stutsarna l7 och l8 lämpligen är fästa. Det förekommer sålunda ingen metallisk förbindelse mellan själva filterelementet och manteln l9.

I inlop kammaren l5, som utgör filtrets primärsida, är anordnat ett värmeelement, och på ritningarna visas två olika alternativa utföranden av detta värmeelement. Det kan ha formen av en glödtråd 20, som är anbragt tätt intill filterelementets l0 undersida, eller ett skruvformigt värmeelement 21 av den typ, som består av ett metallrör, vilket är fyllt med exempelvis l0 l5 '20 30 35 ga4ooos4-3 magnesiumoxid och innehåller en däri inbäddad glödtråd. värme- elementet är anordnat att anslutas tiil det elektriska nätet eller annan extern energikälla för uppvärmning av filterelemen- tet 10.

Det beskrivna partikelfiltret skall med inloppsstutsen l7 vara anslutet till en förbränningsmotors, exempelvis en diesel- motors, avgassystem för tillförsel av partikelbemängda avgaser genom inloppsstutsen l7.till inloppskammaren 15. Under drift av motorn är värmeelementet 20 resp 21 frånkopplat, och avgaserna passerar in i de kanaler ll i filterelementet l0_ pom är öppna nedtill, för att sedan passera genom de porösa skiljeväggarna mellan kanalerna och in i de kanaler ll, som är öppna upptill.

När avgaserna passerar genom de porösa väggarna, avsättes före- kommande fasta partiklar i avgaserna på de porösa väggarnas yta f på filterelementets ll primärsida, dvs 1 de kanaler, som är löppna nedtill, så att renade avgaser inkommer i utloppskammaren l6 för att genom utloppsstutsen l8 avgå till det fria. De fasta partiklar, som fångas upp på filterelementets l0 primärsida, kommer att förbrännas, om avgaserna har tillräckligt hög tem- aperatur, dvs en temperatur på minst 650 ä 700°C, och vidare under ' förutsättning att det finns tillräckligt med syre kvar i avga- serna för möjliggörande av partiklarnas förbränning. Som nämn- a des inledningsvis, kommer avgaserna under vissa driftbetingel- ser hos förbränningsmotorn inte att uppnå den antändningstem- peratur som erfordras. I så fall sker inte kontinuerlig regene rering av filtret, utan det uppstår så småningom en beläggning av fasta partiklar och då främst sotpartiklar på filterelemene tets l0 primärsida.

Med hjälp av värmeelementet 20 eller 21 åstadkommas då uppvärmning a filterelementet l0 medelst utifrân tillförd energi för boštbränning av beläggningen. Ett särskilt luftin- släpp 22 kan vara anordnat på inloppsstutsen l7 för tillförsel av luft utifrån, så att man därvid får en syrehalt i filtret på 8 - 10 volymprocent. Inšläppet 22 kan vara reglerat exempel- vis medelst en magnetventil. Genom att,värmeelementet är lfl 15 20 25 30 35 84ÛÛÛ84~~FS monterat under filterelementet, uppnås en naturlig och gynnsam värmedistribution genom filtret vid den regenerering, som åstadkommes genom elektrisk uppvärmning av filterelementet, varvid uppvärmningen av filterelementet sker snabbt och jämnt tack vare att värme inte ledes bort från filterelementet genom det sätt på vilket detta är monterat, samtidigt som det inte bildas kalla zoner i filterelementet eller dess omedelbara omgivning.

Filterelementet l0 måste dimensioneras under hänsynstagande till dels avgasflödets storlek dels,praktiskt tillämpbara regee nereringsintervaller, och därvid får värmeelementets värmeeffekt avpassas efter filtrets storlek. Värmeelementet bör vara för- sett med ett överhettningsskydd, som arbetar med läckageström- mätning.

Det framgår sålunda, att det beskrivna partikelfiltret kan regenereras dels under drift, då de genomströmmande avgaserna har tillräckligt hög temperatur, och dels under driftsuppehåll genom elektrisk uppvärmning av filterelementet.

Det är möjligt att vid användning av partikelfiltret på ett fordon låta en elektrisk kraftkälla på fordonet mataavärme- elementet. Denna strömkälla kan exempelvis utgöras av en genera- tor, som drives av fordonet vid bromsning.

Ett partikelfilter av det beskrivna utförandet kan ersätta den konventionella ljuddämparen och/eller en gnistsläckare.

Filtrets primärsida kan vara belagd med en katalysator (ej ädelmetall) för sänkning av antändningstemperaturen för ansamlade kolpartiklar, som utgör den huvudsakliga bestånds- delen i beläggningen på filterelementets primärsida, till en temperatur på ca 40D°C. Även på sekundärsidan kan filterelementet vara belagt med en katalysator men i detta fall en ädelmetall- katalysator för efterförbränning av koloxid, kolväten och andra brännbara gasformiga föroreningar i avgaserna, så att dessa ämnen hindras från att komma ut i omgivningen, vilket man vill förhindra av miljöskäl. Det förutsättes emellertid, att tillräck- lig temperatur upprätthâlles i filterelementet och ätt syrehalten l0 l5 84ÛOÜ84~3 i avgaserna är tillräcklig för att koloxid, kolväten och andra brälnnbara. föroreningar skall förbrännas. Detta krav kan ut- märkt väl tillgodoses med partikelfiltret enligt uppfinningen, vilket sålunda kan ersätta andra anordningar för katalytisk avgasrening.

De perioder då filterelementet l0 uppvärmes elektriskt, skall inte begränsas till korta temperaturtoppar, utan filter- elementet skall hållas vid den förhöjda temperaturen under en viss utdragen tidsperiod. Eftersom det inte förekommer någon gasströmning genom filterelementet under regenereringen, blir energiåtgángen betydligt mindre än i det fall man förbränner gasformigt eller flytande bränsle i filtret för höjning av filterelementets temperatur.

Rent konstruktivt kan det här beskrivna utförandet av partikelfíltret enligt uppfinningen modifieras inom ramen för uppfinningstanken. f).

Claims (1)

1. l0 l5 20 8400084-3 7 PATENTKRAV Partikelfilter för rening av avgaser från förbrän- ningsmotorer, innefattande ett filterelement (lO), vilket har huvudsakligen vertikalt anordnade parallellöpande kanaler (ll), av vilka en del är anslutna till en nedtill belägen inloppskammare (l5) som inloppskanaler och andra är anslutna till en upptill belägen utloppskammare (l6) som utloppskana- ler med inlopps- och utloppskanalerna åtskilda av porösa väg- gar, och ett i inloppskammaren under filterelementet anordnat elektriskt värmeelement (20, Zl) för regenerering av filtret, k ä n n e t e c k n a t av att för möjliggörande av regene- rering av filtret under motorns driftuppehäll är filterele- mentet (l0) inneslutet i ett värmetâligt och värmeisolerande material (13, 14) och har pâ inloppssidan en katalysator för sänkning av förbränningstemperaturen för avskilda sotpartik- lar, och på utloppssidan en katalysator för katalytisk för- bränning av gasformiga bestândsdelar i avgaserna och är där- jämte ett luftinsläpp (22) anordnat pà filterelementets (l0) inloppssida.