WO2008113802A2 - Russfilter-anordnung - Google Patents

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WO2008113802A2 PCT/EP2008/053216 EP2008053216W WO2008113802A2 WO 2008113802 A2 WO2008113802 A2 WO 2008113802A2 EP 2008053216 W EP2008053216 W EP 2008053216W WO 2008113802 A2 WO2008113802 A2 WO 2008113802A2
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a soot filter arrangement according to the principle of a wall flow filter.
  • Wandfluß filter consist of a ceramic honeycomb body.
  • the honeycomb bodies have from an inlet end face to an outlet end face parallel flow channels, which are delimited from each other by the channel walls. Adjacent flow channels are mutually closed at the inlet and outlet face with an impermeable ceramic plug.
  • the channels open at the inlet face form the inlet channels and the channels open at the outlet face form the outlet channels.
  • Such Wandflußfilter are used in large quantities for the removal of soot from the exhaust of diesel engines.
  • the exhaust gas flows at the inlet end face into the inlet channels.
  • the exhaust gases must pass through the porous channel walls in order to leave the filter body through the outlet channels can.
  • the soot carried by the exhaust gas is deposited on and in the channel walls. It goes without saying that such a filter can also be used to remove other particles from a gas or liquid stream.
  • the ceramic material of the Wandfluß filter may consist of cordierite, mullite, Aluminiumtita- nat, silicon carbide or other ceramic materials. Silicon carbide is preferably used because of its high temperature resistance and low thermal expansion. Wandfluß filters made of silicon carbide are very expensive. A high cost factor is the mutual closing of the flow channels.
  • the somewhat cheaper cordierite wall-flow filters have the disadvantage that the ceramic plugs, with which the flow channels are closed, have a different coefficient of expansion than the material of the honeycomb body. This can lead to destruction of the filter due to the thermal cycling in the exhaust of the diesel engines.
  • the object of the present invention is therefore to specify a soot filter arrangement which can be produced much more cost-effectively than the known wall-flow filters.
  • the filter effect is produced by the fact that a shadow mask with open and closed areas lies on each of the two end faces, wherein the shadow masks are arranged so that the open areas of the perforated mask face on one end face the closed areas of the shadow mask on the other end face ,
  • the surfaces of the open and closed regions of the shadow masks can each cover a plurality of flow channels of the honeycomb body. This is particularly advantageous in the case of honeycomb bodies with a high cell density (number of flow channels per cross-sectional area) of more than 30 cm "2. In this case, it is not necessary to adjust the shadow mask relative to the flow channels of the honeycomb body.
  • the shadow masks For honeycomb bodies with a lower cell density, it may be expedient to adapt the areas of the holes and closed areas of the shadow masks to the cross-sectional dimensions of the flow channels.
  • the shadow masks must be positioned relative to the flow channels so that thereby the flow channels are mutually closed.
  • the ceramic material of the honeycomb body preferably has a porosity between 30 and 90% with an average pore diameter of 10 to 50 microns.
  • the shadow masks are preferably made of stainless steel.
  • FIG. 1 serves for further explanation. It shows the structure of the soot filter arrangement according to the invention.
  • the ceramic flow honeycomb body (2) is located in a converter housing (1).
  • On inlet and outlet end faces are the shadow masks 3 and 5 with the holes 4 and 6.
  • the arrows symbolize the exhaust gas flow.
  • the exhaust gas as it passes through the filter arrangement, is forced to flow through the porous partitions of the flow channels in order to leave the honeycomb body through the holes (6) of the mask (5) once it has entered through the holes (4) of the mask (3) can.
  • the exhaust gas stream is still laden with soot.
  • the Rußfilter- arrangement of the exhaust stream is substantially freed from soot.
  • the hole patterns of the two shadow masks can be chosen largely freely in order to optimize the filter effect.
  • the surface of the individual holes can cover a plurality of flow channels, especially in the case of high-cell honeycomb bodies, or, in the case of low-cell honeycomb bodies, can be adapted directly to the pattern of the flow channels.
  • the hole patterns may be arranged periodically, aperiodically or radially symmetrically relative to the honeycomb body.
  • the hole pattern on the two shadow masks need not necessarily be similar to each other, but may be different to optimize the filter effect, as long as the open areas of a shadow mask in the assembled state of the filter arrangement opposite the closed areas of the other shadow mask.

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Abstract

Es wird eine Rußfilter-Anordnung mit der Wirkung eines Wandflußfilters beschrieben, die sehr kostengünstig hergestellt werden kann. Die Rußfilter-Anordnung besteht aus einem keramischen Durchflußwabenkörper mit offener Porosität, welcher von einer Eintritts-Stirnfläche zu einer Austritts-Stirnfläche von parallelen, an beiden Stirnflächen offenen, Strömungskanälen durchzogen ist. Die Filterwirkung wird dadurch erzeugt, daß auf Eintritts-Stirnfläche und Austritts-Stirnfläche je eine Lochmaske derart aufgelegt wird, daß die die offenen Bereiche der einen Lochmaske den geschlossenen Bereichen der anderen Lochmaske gegenüber liegen.

Description

Rußfilter- Anordnung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Ruß filter- Anordnung nach dem Prinzip eines Wandfluß fil- ters.
Wandfluß filter bestehen aus einem keramischen Wabenkörper. Die Wabenkörper besitzen von einer Eintritts- Stirnfläche zu einer Austrittsstirnfläche parallele Strömungskanäle, die von den Kanalwänden gegeneinander abgegrenzt sind. Benachbarte Strömungskanäle sind an der Ein- und Austrittsstirnfläche wechselseitig mit einem undurchlässigen keramischen Stopfen verschlossen. Die an der Eintrittsstirnfläche offenen Kanäle bilden die Eintrittskanäle und die an der Austrittstirnfläche offenen Kanäle bilden die Austrittskanäle.
Solche Wandflußfilter werden in großer Stückzahl zur Entfernung von Ruß aus dem Abgas von Dieselmotoren eingesetzt. Zu diesem Zweck strömt das Abgas an der Eintrittsstirnfläche in die Eintrittskanäle. Beim Durchqueren des Filterkörpers müssen die Abgase durch die porösen Kanalwände hindurchtreten, um den Filterkörper durch die Austrittskanäle verlassen zu können. Dabei wird der vom Abgas getragene Ruß auf und in den Kanalwänden abgelagert. Es versteht sich von selbst, daß ein solches Filter auch zur Entfernung anderer Partikel aus einem Gas oder Flüssigkeitsstrom verwendet werden kann.
Das keramische Material der Wandfluß filter kann aus Cordierit, Mullit, Aluminiumtita- nat, Siliziumkarbid oder anderen keramischen Materialien bestehen. Bevorzugt wird wegen seiner hohen Temperaturfestigkeit und geringen Wärmeausdehnung Siliziumkarbid eingesetzt. Wandfluß filter aus Siliziumkarbid sind allerdings sehr teuer. Ein hoher Kostenfaktor stellt das wechselseitige Verschließen der Strömungskanäle dar. Die etwas preiswerteren Wandflußfilter aus Cordierit haben den Nachteil, daß die keramischen Stopfen, mit denen die Strömungskanäle verschlossen werden, einen anderen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen als das Material des Wabenkörpers. Dadurch kann es infolge der Temperaturwechselbeanspruchungen im Abgas der Dieselmotoren zu einer Zerstörung der Filter kommen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Ruß fϊlter- Anordnung anzugeben, die wesentlich kostengünstiger als die bekannten Wandflußfilter hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Ruß fϊlter- Anordnung, die einen keramischen Durchfluß-Wabenkörper mit offener Porosität enthält. Der Wabenkörper ist von einer
Eintritts- Stirnfläche zu einer Austrittsstirnfläche von parallelen, an beiden Stirnflächen offenen, Strömungskanälen durchzogen. Die Filterwirkung wird dadurch erzeugt, daß auf den beiden Stirnfläche je eine Lochmaske mit offenen und geschlossenen Bereichen liegt, wobei die Lochmasken so angeordnet sind, daß die offenen Bereiche der Loch- maske auf der einen Stirnfläche den geschlossenen Bereichen der Lochmaske auf der anderen Stirnfläche gegenüberliegen.
Die Flächen der offenen und geschlossenen Bereiche der Lochmasken können dabei jeweils mehrere Strömungskanäle des Wabenkörpers überdecken. Das ist besonders vorteilhaft bei Wabenkörpern mit hoher Zelldichte (Anzahl der Strömungskanäle pro Querschnitts fläche) von mehr als 30 cm"2. In diesem Fall ist es nicht notwendig, die Lochmasken relativ zu den Strömungskanälen des Wabenkörpers zu justieren.
Bei Wabenkörpern mit geringerer Zelldichte kann es zweckmäßig sein, die Flächen der Löcher und geschlossenen Bereiche der Lochmasken an die Querschnittsabmessungen der Strömungskanäle anzupassen. In diesem Fall müssen die Lochmasken relativ zu den Strömungskanälen so positioniert werden, daß dadurch die Strömungskanäle wechselseitig verschlossen sind.
Das keramische Material des Wabenkörpers weist bevorzugt eine Porosität zwischen 30 und 90 % auf mit einem mittleren Porendurchmesser von 10 bis 50 μm.
Die Lochmasken werden bevorzugt aus Edelstahl gefertigt.
Zur weiteren Erläuterung dient Figur 1. Sie zeigt den Aufbau der erfindungsgemäßen Rußfilter-Anordnung. Der keramische Durchfluß-Wabenkörper (2) befindet sich in einem Konvertergehäuse (1). Auf Ein- und Austrittsstirnflächen liegen die Lochmasken 3 und 5 mit den Löchern 4 und 6. Die Pfeile symbolisieren den Abgasstrom. Durch die Maskenanordnung ist das Abgas beim Durchqueren der Filteranordnung gezwungen durch die porösen Trennwände der Strömungskanäle zu fließen, um nach Eintritt durch die Löcher (4) der Maske (3) den Wabenkörper durch die Löcher (6) der Maske (5) wieder verlassen zu können. Beim Eintritt in das Filter ist der Abgasstrom noch mit Ruß beladen. Beim Verlassen der Rußfilter- Anordnung ist der Abgasstrom im wesentlichen vom Ruß befreit.
Die Lochmuster der beiden Lochmasken können weitgehend frei gewählt werden, um die Filterwirkung zu optimieren. Die Fläche der einzelnen Löcher kann besonders bei hochzelligen Wabenkörpern mehrere Strömungskanäle überdecken, oder bei niedrigzel- ligen Wabenkörpern direkt an das Muster der Strömungskanäle angepaßt sein. Die Lochmuster können periodisch, aperiodisch oder radialsymmetrisch relativ zum Wabenkörper angeordnet sein. Die Lochmuster auf den beiden Lochmasken müssen nicht unbedingt zueinander ähnlich sein, sondern können zur Optimierung der Filterwirkung verschieden sein, solange die offenen Bereiche der einen Lochmaske im montierten Zustand der Filter- Anordnung den geschlossenen Bereichen der anderen Lochmaske gegenüberliegen.

Claims

Patentansprüche
1. Rußfilter- Anordnung in Form eines Wandflußfilters, dadurch gekennzeichnet, daß die Rußfilter- Anordnung einen keramischen Durchflußwabenkörper mit offe- ner Porosität enthält, welcher zwischen zwei Stirnflächen von parallelen Strömungskanälen durchzogen ist, die von Kanalwänden mit einer offenen Porenstruktur voneinander abgegrenzt sind und die Filterwirkung dadurch erzeugt wird, daß auf den beiden Stirnfläche je eine Lochmaske mit offenen und geschlossenen Bereichen liegen, wobei die Lochmasken so angeordnet sind, daß die offenen Be- reiche der Lochmaske auf der einen Stirnfläche den geschlossenen Bereichen der
Lochmaske auf der anderen Stirnfläche gegenüberliegen.
2. Ruß filter- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen der offenen und geschlossenen Bereiche der Lochmasken jeweils mehrere Strömungskanäle des Wabenkörpers überdecken.
3. Ruß filter- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die offenen und geschlossenen Bereiche der Lochmasken den Querschnittsflächen der Strömungskanäle angepaßt sind und so positioniert werden, daß da- durch die Strömungskanäle wechselseitig verschlossen sind.
4. Ruß filter- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper aus Cordierit, Mullit, Aluminiumtitanat oder Siliziumkarbid besteht.
5. Ruß filter- Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wabenkörper eine Porosität zwischen 30 und 90 % mit einem mittleren Porendurchmesser von 10 bis 50 μm aufweist.
6. Ruß filter- Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochmasken aus Edelstahl gefertigt sind.
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