SE441027B - Anordning for mekanisk och katalytisk rening av dieselmotoravgaser - Google Patents

Description

8001507-6 det nödvändigt att upphetta denna till hög temperatur, vilket ej endast är besvärligt, utan också medför försämring av den katalytiska funktionen, liksom också formförändring eller för- störing av katalysatorn.

Vid den ovan nämnda konventionella anordningen be- tecknad (b), kan å andra sidan den med vatten arbetande rök- gastvättande anordningen avlägsna röken tillfredsställande.

Till följd av vattentillförseln bildas emellertid en stor mängd ånga, som allvarligt hindrar synligheten. Vidare er- fordras besvärliga underhållsarbeten, såsom t ex av anord- ningarna för tillförsel av tvättvatten med mera.

För fullständig borttagning av dålig lukt och skad- liga komponenter_från avgaserna är det nödvändigt att dessa har hög temperatur pâ mellan 300°C och 500°C vid katalysator- tilloppet. Vid anordningen betecknad med (b) sänkes emeller- tid gastemperaturen störande vid tvättning av avgaserna med vattnet i rökgastvättaren. Av detta skäl är det ej tillåtet att_installera katalysatorn på nedströmssidan av en rökgas-- tvättare som arbetar med vatten. Det är följaktligen oundvik- ligt att rökpartiklarna vidhäftar vid katalysatorn, vilket medför flera problem enligt närmare beskrivning ovan i sam- band med nackdelarna med den konventionella anordningen be- tecknad (a). Ändamålet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma en reningsanordning för dieselmotoravgaser med för- måga att bibehålla hög verkningsgrad vid avgasrening under en lång tidsperiod genom att säkert avlägsna rökpartiklar med hjälp av ett värmebeständigt filter anordnat på uppströmssi- dan av katalysatorbädden, varigenom ovan beskrivna problem vid tidigare känd teknik övervinnes. Ännu ett ändamål med före- liggande uppfinning är att åstadkomma en anordning för rening av avgaser från dieselmotorer, vid vilken arrangemanget för förbränning och avlägsnande av rökpartiklarna är avsevärt för- enklat, vilka rökpartiklar uppfångats av det värmebeständiga filtret under avgasernas passage genom detta.

En reningsanordning av det slag, som anges i ingressen i bifogat huvudkrav kännetecknas enligt föreliggande uppfin- ning av de säregenskaper som anges i kravets kännetocknande del. g Vid arrangemanget enligt uppfinningen förhindras få (Û ÉÜ nå CÜ c... “få f Éfi ' effektivt ovälkommen vidhäftning av rökpartiklar vid kataly- satorbädden till följd av den filtrering, som utföres av det värmebeständiga filtret, varigenom god rengöring under en lång tidsperiod säkerställas. De rökpartiklar, som uppfångas av det värmebeständiga filtret, är samtidigt lätt förbränn- barfl Och borttagbara med hjälp av regenereringsanordningen.

Det värmebeständiga filtret vid reningsanordningen enligt uppfinningen är så konstruerat, att förbränning och borttagning av rökpartiklar, som uppfångas av det värmebe- ständiga filtret, är utförbar till och med under det att av- gaserna strömmar genom det värmebeständiga filtret. Renings- anordningen enligt uppfinningen har också liten storlek.

Med hänvisning till bifogade ritning beskrivs nedan ëem exempel olika utföringsformer av reningsanordningen en- ligt uppfinningen. På ritningen är fig. 1 ett blockdiagram iöver en praktiskt användbar sådan utföringsform av renings- anordningen enligt uppfinningen, fig. 2 ett längdsnitt genom en annan utföringsform av avgasreningsanordningen enligt upp- finningen, fig, 3 ett tvärsnitt taget längs linje A - A genom reningsanordningen enligt fíg. 2, samt fig. H och 5 var sin praktisk utfëringsform för tillämpning av anordningen enligt fig. 2 och 3, H Pig. 1 illustrerar en dieselmotor 1 med en renings- anordning för avgaser enligt uppfinningen. Avgaserna från dieselmotarn 1 tillföres till en avgasreningskrets med en in- gasände 2, som förgrenar sig i två grenledningar 3, H. I gren- ledningarnas 5, Ä förgreningspunkt är ett omkastningsspjäll 5 anordnat, varigenom avgasströmningen är omkastbar mellan gren- ledningarna 3 och Ä beroende på omkastningsspjällets 5 läge.

I grenledningarna 3, Ä är värmebeständiga filter 6 resp. Ü anordnade, Filterna 6, 7 är gjorda av metallfibrer med flera olika fiberdiametrar, som är utvalda med hänsyn till rökpartiklarnas storleksfördelning. Metallfibrer med olika fiberdiametrar är anordnade i skikt, som är så överlag- rade eller laminerade, att de i sin helhet bildar en väsent- ligen oylindrisk eller skívformad kropp. Ü Grenledningarna 3, H förgrenar sig i sin tur i led-I ningar Ba, Bb respektive Ra, Hb. Ledningarna Ba och Äa leder till en utgasënde 5, medan ledningarna Bb, Hb är kommunicéranf- de fiörbundna med en katalysatoromvandlare 9, vars utloppsände P05 çïÜ;;j:~---~._ ' . Iaf-IT? I är kommunicerande förbunden med kretsens utgasände 8. I 8061507-6 för- greningspunkten mellan ledningarna Ba, 3b och mellan led- Hb är omkastningsspjäll 10 respektive 11 anord- att vid manövrering av ningarna Ha, nade. Arrangemanget är så utformat, spjällen 10, 11 är kommunicerbarheten i kretsen omkastbar första tillstånd, vid vilket grenledningarna 5, och ett an- mellan ett Ä kommunicerar direkt med kretsens utgasände 8, nat tillstånd, vid vilket nämnda grenledningar kommuniceras med katalysatoromvandlaren 9. Regenereringsarordningen för regenerering av de värmebeständiga filterna 6.och 7 är kon- Från grenledningarna 3 och H utgår sär- 13. Dessa regenereringsled- 7 inloppsändar.

I en inblåsningsöppning lü, anordnad mitt.för en brännare 16, är vidare ett omkastningsspjäll 15 anordnat. Arrangemanget är därvid så utfört, att de rökpartiklar som tilltäpper filterna 6, 7 förbrännes och bortföres vid tillförsel av hetluft till filterna 6, 7 med hjälp av fläkten 17. Eftersom de från diesel- motorn avgivna avgaserna endast innehåller en liten mängd syr- är det mycket svårt att förbränna rökpartíklarna. F1äkten~ som möjliggör fullständig för- struerad enligt nedan. skilda regenereringsledningar 12, ningar är förbundna med filternas 6 respektive E35, 17 tillför därför ytterluft, bränning av rökpartíklarna.

Tryckfallsmätare 18, 19 är inkopplade över de värme- beständiga filterna 6 respektive 7. Mer detaljerat uttryckt innebär detta att tryckfallsmätaren 18 är förbunden med filt- rets 6 utlopps- och inloppsändar, medan tryckfallsmätaren 19 är förbunden med filtrets 7 utlopps- och inloppsändar. Dessa tryckfallsmätare är avpassade för mätning av tryckdifferensen eller tryckfallet över filterna 6, 7, dvs filternas grad av igentäppning med rökpartiklar. ÜEn automatisk styranordning (ej visad) är anordnad för automatisk omkastning av omkastningsspjällen 5, 10, 11, 15, för att möjliggöra alternativ användning av grenledningar- na 3, H och för automatisk start av brännaren 16 och fläkten 17, varvid hetluft inmatas i filtrena 6, 7 för förbränning och bortföring av de rökpartiklar som vidhâftar vid filterna.i Den automatiska styranordningen arbetar i avhängighet av filternas 6, 7 igensättningsgrad, som avkännes av tryckfalls- mätarna 18, 19.

Med dieselmotorn i drift och spjällen 5, 10, 11, 15 8G0í5u?~f 5 i de i figuren illustrerade lägena, inströmmar dieselmotorns 1 avgaser i grenledningen 3 genom reningskretsens ingasände 2 och strömmar sedan vidare genom det värmebeständiga filtret 6 och når därefter katalysatoromvandlaren 9 via grenledningen šb.

Gaserna avges slutligen till atmosfären genom utgasledningen 8.

Eftersom rökpartiklarnas uppfångning är beroende på filtrets 6 filtreringsförmåga, är det att märka att det är möjligt att säkert uppfânga också jämförelsevis små rökpartiklar, med följden att de med avgaserna medföljande rökpartiklarna av- lägsnas fullständigt. Skadliga komponenter i avgaserna, såsom kolmonoxid och kolväten, liksom också dålig lukt, nedbrytes å andra sidan till oförarglig koldioxid, till följd av den katalytiskt oxiderande verkan, som utföres av katalysatorn i _katalysatoromvandlaren 9. Det är i detta sammanhang att märka, att rökpartiklarnas ovälkomna vidhäftning vid katalysatorom- vandlaren 9 fullständigt undvikes till följd av att rökpartik~ larna redan uppfångats och avlägsnats ur gasen med hjälp av filtret 6, varigenom katalysatorns katalyserande verkan bibe- hâlles under en längre tidsperiod utan försämring.

Rökgaspartiklarnas vidhäftning vid eller avsättning på det värmebeständiga filtret 6 blir synlig i form av ökat tryckfall över filtret 6. Denna ökning detekteras bekvämt av tryckfallsmätaren 18, vars inverkan medför automatisk omkast- ning av omkastningsspjällen 5, 10, 11, 15 för byte av grenled- ning från ledning 3 till ledning H och följaktligen också ge- nom det värmebeständiga filtret 7, så att kontinuerlig rening av gaserna möjliggöres. Samtidigt startas också automatiskt brännaren 16 och fläkten 17 för tillförsel av hetluft till filtret 6, som blivit delvis igensatt av rökgaspartiklar, var~ vid dessa partiklar fullständigt förbrännes och filtret 6 re~ genereras under en jämförelsevis kort tidsperiod. 6 De under filtrets 6 regenerering alstrade gaserna ut- blåses direkt genom utgasledningen 8 via grenledningen Ba.

Sedan regenereringen fullbordats, har tryckfallet över filtret 6 minskat. Denna minskning avkännes effektivt av tryck- fallsmätaren 18, som i sin tur avger en signal, som stannar brännaren 16 och fläkten 17. 6 Vid den ovan beskrivna utföríngsformen är de värmebe- ständiga filterna anordnade i två parallella ledningar, för ~ att möjliggöra omkastnüX;dem emellan, så att den ena ledningen är under användning medan den andra ledningen regenereras. 8-061507-6 Detta arrangemang är emellertid ej det enda användbara, utan det är också möjligt att utföra avgasreningsanordningen en- ligt uppfinningen med liten storlek och mer kompakt genom att endast en ledning med ett värmebeständigt filter använ- des och utföra arrangemanget så, att motoravgaserna tillåtes strömma genom detta enda filter även under regenerering av detta.

Fig. 2 - 5 beskriver en annan utföringsform av reningsanordningen enligt uppfinningen, som endast har en led- ning med ett värmebeständigt filter.

Ett cylindriskt, ihåligt hus 21 är anordnat i en dieselmotors avgassystem. Inloppet 22 för motorns avgaser är utformat i husets 21 perifera vägg i ett parti beläget nära husets ena axiella ände, medan ett avgasutlopp 23 är ut- format nära husets 21 andra axiella ände. Huset 21 inrymmer ett värmebeständigt filter 2Ä, som består av metallfibrer eller ett liknande material och har formen av en matta eller dylikt och är lindad i spiral till en ihålig cylinder. I lik- het med fallet vid den först beskrivna utföringsformens vär- mebeständiga filter 6, 7, är filtret 2Ä vid denna andra ut- föringsform sammansatt av metallfibrer med olika fiberdia- metrar valda med hänsyn till rökpartiklarnas storleksfördel- ning. Det axiella ändparti av filtret 2ü, som är vänt mot tilloppet 22, är tillslutet av ett lock 25, medan filtrets mot utloppet 23 vända ände är öppet och kommunicerar med ut- loppet 23.

I huset 21 är också en katalytisk bädd 26 anordnad.

Katalysatorbädden 26 utgöres av en svampartad metallkatalysa- tor lindad i spiral till en ihålig cylinder. Metallkatalysa- torn utgöres vanligtvis av platina eller ett liknande mate- rial med förmåga att borttaga dålig lukt och skadliga avgas- komponenter, såsom kolmonoxid och kolväten. Katalysatorbäd- den 26 är anordnad i det ihåliga cylindriska filtret 2H, när- mare bestämt på dess nedströmssida, och bädden ligger innan- för filtret zu.

Nära husets 21 utlopp 23 är en skiljevägg 27 anord- nad, som ätskiljer husets 21 inlopp 22 och utlopp 23 från varandra. De avgaser som inkommer i huset 21 genom inloppet 22 tillåtes därför att nå utloppet 23 endast efter passage genom filtrets 2fl och katalysatorbäddens 26 perifera ytor. e 7 På husets 21 axiella ände belägen intill inloppet 22 är en högtrycksbrännare 28 lufttätt anordnad. Brännaren 28 är påverkbar i avhängighet av tryckfallet över filtrets 2H och bäddens 26 laminerade skikt eller tryckdifferensen mellan husets 21 inlopp 22 och utlopp 23, det vill säga filtrets 2U igensättningsgrad, som avkännes av en tryckfallsmätare (ej visadš. Till följd av det höga trycket är högtrycksbrännaren 28 användbar även under drift av dieselmotorn, dvs under det att avgaserna strömmar genom filtret 24. För regenerering av filtret 2H kan brännaren 28 således tillföra hetluft till filtret, även om avgasströmning genom detta äger rum.

Högtrycksbrännaren 28 har ett lufttillopp 29 för hög- trycksluft till förbränningen. Högtrycksbrännaren 28 har också erforderliga organ för att tåla trycksvängningar i de till huset 21 tillförda avgaserna. På brännaren 28 är vidare en cylindrisk värmestrålningsplåt 30 fäst, vilken är avpassad för att omge flamman från brännaren 28. I plåtens 30 perifera vägg nära dess fria ände är flera öppningar 30a utbildade. I huset 21 är isolering 31 anordnad och utanpå huset fästorgan 32 för montering.

Fig. H och 5 illustrerar modifieringar av den andra utföringsformen. Vid den ovan beskrivna andra utröringsfor- men, §Qm endast har ett värmebeständigt filter, utgöres an- ordningen för regenerering av filtret 24 av högtrycksbränna- ren 28. Vid denna modifiering är emellertid brännaren 28 er- satt av en kombination av en bruklig lågtrycksbrännare och en vakuumframkallande sektion utformad i avgasledningen. Den vakuumframkallande sektionen, som givits hänvisningsbeteck- ningen 33, är utformad i ingasledningen 3Ä uppströms om huset 21. Sektionen 33 är utformbar genom lokal reduktion av led- ningens 3H diameter, såsom visas i fig. Ä, eller genom att ingasledningen 3fl uppdelas i två avsnitt, vars mot varandra vända partier utbildas med skilda diametrar, såsom visas i fíg. 5. Lågtrycksbrännaren 35 är anordnad mitt för en led- -ning 36, som är öppen in till den vakuumframkallande sektio- nen 33, så att den av brännaren 35 alstrade hetluften är till- förbar till huset 21 till följd av det vakuum, som framkal- las av gasströmningen genom den vakuumframkallande sektionen 33- Den Senast beskrivna avgasrenaren enligt uppfinningen *av ' f' x' :WWW 'v . , - . v. Én .aa-...s RÅM fyße... píivm _ . ifïfsfßw-çff- ~ _ 8001507-6 fungerar enligt följande. Vid startad dieselmotor, tillföres från motorn avgående avgaser till huset 21 genom dettas till- lopp 22 och genomströmmar filtrets 2H och bäddens 26 väggar.

Avgaserna utblâses slutligen genom utloppet 23. De av avga- serna medförda rökgaspartiklarna uppfångas säkert av det vär- mebeständiga filtret 24 vid gasens strömning därigenom. Dålig lukt och skadliga komponenter, såsom kolmonoxid och kolväten, avlägsnas också effektivt genom katalysatorbäddens 26 kata- lytiska verkan vid gasens passage genom bädden.

Eftersom avgasermn;rökpartiklar uppfångats och full- ständigt avlägsnats genom filtrets 24 filtrerande verkan, är det att märka att ovälkommen vidhäftning av rökpartiklar vid katalysatorbädden 26 helt undvikas, så att katalysatorbädden får en god katalytisk verkan under en lång tidsperiod. 2 Efter hand som mängden av filtret 2Ä uppfångade rök- partiklar ökar, ökas tryckdifferensen mellan husets 21 inlopp 22 och utlopp 23 i motsvarande grad. Denna ökning av tryck- differensen detekteras av tryckfallsmätaren (ej visad). Då förutbestämd tryckdifferens uppnås, ger tryckfallsmätaren signal för start av högtrycksbrännaren. Hetluft tillföres därigenom till huset 21, varigenom de av filtret uppfångade rökpartiklarna fullständigt förbrännas och avlägsnas, så att filtret 2Ä regenereras. Detta medför en minskning av tryck- skillnaden över huset 21, vars detektering medför att hög- trycksbrännaren 28 stannas. Värmestrålningsplåten 30 är i detta fall rödvarm som följd av brännarens 28 uppvärmning.

Genom inloppet 22 inkommande avgaser blåses mot ändpartiet av plåtens 30 perifera yta, varvid gasen uppvärmes under ström- ning i spiral omkring plåtens 30 cylindriska, perifera yta.

Den.upphettade luften strömmar därefter genom filtret 2Ä för fullständig förbränning och borttagning av rökpartiklarna.

Vid den i fig. Ä och 5 illustrerade anordningen detekterar tryckfallsmätaren (ej visad) i likhet med fallet enligt fig. 1 igensättningsgraden för aktivering av lâgtrycks- brännaren 35. Den av brännaren alstrade hetluften ínföres i huset 21 till följd av det vakuum som alstras i sektionen 33, varvid alla rökpartiklar, som uppfångats av filtret 2H, full- ständigt förbrännes och avlägsnas. Sammanfattningsvis till- handahåller föreliggande uppfinning en anordning med liten storlek för rening av avgaser avgivna från dieselmotorer, vil- I ken anordning har hög rengöríngsförmåga, är lätt att under- hålla, är användbar vid olika typer av dieselmotorer, såsom motorer monterade i entreprenadutrustníngar och vanliga for- don,sâsom bussar och lastbilar, liksom också vid stationärt anordnade dieselmotorer. . .-....._......_..,.._._._._..~_..__._.._.-._. I _ _..- -_>, _ -..__ _

Claims (6)

8--061507-6 10 Patentkrav

1. Anordning för mekanisk och katalytisk rening av dieselmotor- avgaser, med en avgasreningsledning (3, Ä, 21) till vilken avga- serna från dieselmotorn (1) tillföres, en föravskiljningsanord- ning (6, 7, 2N) anbringad i ledningen för att uppfånga rökpartik- lar ingående i avgaserna och en katalytisk omvandlare (9, 26) i ledningen nedströms om föravskiljningsanordningen för att elimi- nera dålig lukt och skadliga komponenter i avgaserna, k ä n n e- t e c k n.a d av att föravskiljningsanordningen såsom i och för sig känt utgöres av minst ett värmebeständigt filter (6, 7, 2%), att en regenereringsanordning (16, 17, 28-30) är anordnad i sam- band med detta filter, samt att katalysatorn i omvandlaren (9, 26) utgöres av porös metall anordnad i väggform, varvid filterväggen anbringas väsentligen parallellt med ledningens längdriktning för att tillåta stor genomströmningsarea i förhållande till ledning- ens area och således långsam avgasströmning genom omvandlaren.

2. Reningsanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att avgasreningsledningen strax efter motorn (1) delar sig i två grenledningar (3, 4) som åter förenar sig före katalysatoromvand- laren (9), att en omkastningsanordning (5) är anordnad vid del- ningspunkten och varje grenledning uppvisar var sitt värmebe- .ständigt filter (6, 7), att ytterligare en ledning (12) med en ytterligare omkastningsanordning (15) förbinder regeneratorn (16, 17) med endera av grenledningarna (3, Ä) i närheten av motsvaran- de filter (6, 7), att varje grenledning (3, U) nedströms om mot- svarande filter uppvisar var sin förbigångsledníng (Ba, Na) med omkopplingsanordning (10, 11) för förbikoppling av katalysator- omvandlaren (9), varigenom den ena grenledningen (3, Bb, U, Hb) är användbar för avgasrening samtidigt som den andra grenledning- en (H, Ha, 3, Ba) är användbar för regenerering av den senare ledningens filter (7, 6) genom motsvarande inställning av omkopp- lingsanordningarna (5, 10, 11, 15).

3. Reningsanordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att avgasreningsledningen är bildad av en cylindrisk mantel (21) med ett inlopp(22) i mantelns ena ände och ett utlopp (23 i den andra, och med en huvudströmningsriktninm i mantoln koaxial! mvd mantelns centrumaxel. ,_ __,.... g--l iiy/-f *- 8061507-6 11

4. H. Reningsanordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att såväl det värmebeständiga filtret (ZU) som katalysatoromvand- laren (26) har formen av en hålcylinder och är laminerade med varandra till en gemensam hålcylinder anordnad nära mantelns (21) utlopp (23), varvid filter-katalysatorhålcylindern (2Ä, 26) är så anordnad, att avgaserna tillåtes genomströmma densamma väsent- ligen radiellt och genom filtret före katalysatorn.

5. Reningsanordning enligt något eller några av kraven 1~H, k ä n- n e t e c k n a d av att det värmebeständiga filtret (6, 7, 2Ä} består av metallfibrer med olika fiberdiametrar.

6. Reningsanordning enligt något eller några av kraven 1-5, k ä n- n e t e c k n a d av att det värmebeständiga filtret (6, 7, ZH) är utbildat med en tryckindikator (18, 19) som detekterar tryck- differensen över filtret, och att regenereringsanordningens (16, 17, 28-30) tillslagning och avstängning är styrd av tryckindika- torn vid förutbestämda övre resp. undre tryckfallsgränser.