WO2012038072A1 - Counterflow apparatus for recuperation in particle filter systems - Google Patents

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WO2012038072A1 PCT/EP2011/004714 EP2011004714W WO2012038072A1 WO 2012038072 A1 WO2012038072 A1 WO 2012038072A1 EP 2011004714 W EP2011004714 W EP 2011004714W WO 2012038072 A1 WO2012038072 A1 WO 2012038072A1
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    • F28D21/0001Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases

Definitions

  • the present invention relates to a counterflow device for recuperation in particulate filter systems. Furthermore, the invention relates to a particulate filter system comprising the countercurrent device according to the invention.
  • Particulate filter systems or particulate filter arrangements serve for filtering exhaust gases of an internal combustion engine, for example a diesel engine, and have an inlet and an outlet with at least one particle filter arranged in the flow path.
  • the particulate filter has the task of removing the soot particles present in the exhaust gases. Especially at low temperatures, it tends to clog up quickly. Therefore, it is endeavored to operate the particle filter at the highest possible temperatures to a regeneration of the soot particles stored in the filter
  • Ignition temperature of the soot particles is as high as possible, even if the diesel engine is operated with only low load proportions. If the diesel engine is operated only at low load, the exhaust gas temperature remains correspondingly low in this operating state, so that the filter can not regenerate and the soot particles remain in the filter.
  • the heavy loading of the filter and the gas-carrying ducts with soot leads to malfunction of the system and the engine (for example, loss of power, increased fuel consumption) and also increases the risk of fire. After some time, the motor vehicle is no longer ready for use and the filter must be replaced or cleaned consuming.
  • Incorporate combustion process in the supply air for combustion for example, to preheat the intake air of an engine.
  • the passive system described is a particle filter arrangement in which the ignition temperature required for the regeneration is reduced by means of heat exchange.
  • use is made of a temperature gradient between the exhaust gas streams, for which purpose three sections are provided in the device described therein, through which the exhaust gases flow. Initially, the exhaust gases are directed essentially towards the outlet, later towards the inlet and thus into Returned the opposite direction, and finally led back towards the outlet.
  • the exhaust system therefore takes place essentially in the manner of a degenerate "Z".
  • the diesel particulate filter is arranged in one of the sections and is flowed around.
  • a distribution and deflection element is provided in EP 1 801 372 A1, which leads a first exhaust gas flow coming from the inlet to the first section of the line, and deflects a second exhaust gas flow arriving from the second section of the line to the third section of the line. It is preferred to realize a star-shaped deflection, in which the various exhaust gas streams cross over without them mixing.
  • Exhaust gas routing causes the distribution and diverting element to heat up and deliver heat to the colder exhaust gas.
  • the inventive countercurrent device for recuperation in diesel particulate filters comprises a housing with an inner jacket and a front and a rear end face.
  • the jacket can preferably be formed by a pipe or a piece of pipe (eg support tube).
  • the apparatus has a front inlet for cold exhaust gas and a rear inlet for warm exhaust gas and at least two juxtaposed countercurrent chambers, in which the exhaust gases via a Contact surface without mixing be passed to each other, creating a
  • each countercurrent chamber has at least one
  • a gas-tight partition wall is provided for gas-tight separation of the front exhaust gas chamber, which receives the cold exhaust gas via the front inlet, from the rear exhaust chamber into which flows the warm exhaust gas of the rear inlet. Furthermore, the device has an outlet opening for the cold exhaust gas and at least one outlet opening for the warm exhaust gas at the housing.
  • the countercurrent chambers are arranged axially around the housing. This results in several countercurrent chambers, which have contact surfaces for the heat exchange of the exhaust gas streams passing one another, whereby a maximum heat exchange can take place in a space that is less available.
  • the invention leaves open the choice to design the chamber lengths and the chamber heights depending on the application profile to the contact surfaces for the
  • Countercurrent heat transfer optimally adapted for the particular application. Furthermore, the efficiency can be increased by increasing the number of countercurrent chambers by creating additional contact surfaces for the heat exchange by further partitions.
  • the axial arrangement of the countercurrent chambers around the housing allows a symmetrical structure, whereby the production is facilitated.
  • the preferably circular cross section of the countercurrent device can be easily combined with the geometry of the main filter.
  • the extended core tube of the countercurrent device as a support tube for a prefilter arranged there (eg stainless steel wire mesh, oxidation catalyst) serves. As a result, the prefilter is not only held, but is also heated for improved ignition by the hot exhaust gas inside the tube.
  • the countercurrent chamber according to the invention can be constructed either in one piece or from several components.
  • the structure is chosen so that the individual countercurrent chambers and sections are formed by the respective components themselves.
  • Support tube or a part thereof are formed. According to the invention, it is provided that first the cold exhaust gas from the front
  • Inlet flows via the passage opening into the first countercurrent chamber and leaves it again via the outlet opening.
  • the warm exhaust gas is passed via the rear inlet via the passage opening in the second countercurrent chamber to the outlet opening. Since the two countercurrent chambers are adjacent to each other, a heat transfer can take place via the partition wall.
  • the partition wall preferably has metallic contact surfaces in order to allow the most efficient possible heat exchange.
  • the cold exhaust gas first flows from the first countercurrent chamber over the
  • Diesel particulate filter and allows by the preheating easier ignition of the soot particles stored in the filter.
  • the exhaust gas stream is heated and, as described above, returned to the counterflow direction.
  • the passage openings for the exhaust gas streams are preferably formed on the inner jacket, the outlet openings for the cold exhaust gas and the warm exhaust gas are expediently formed on end faces of the housing.
  • Countercurrent chambers are preferably formed by the jacket bottom, the end faces and the partitions.
  • an oxidation catalyst which contributes to the recuperation.
  • a heating element is preferably arranged in or on the oxidation catalytic converter.
  • the invention further comprises a particulate filter system comprising an inlet and an outlet for exhaust gases and at least one particulate filter, wherein the particulate filter system comprises a countercurrent device according to the invention.
  • an oxidation catalyst with a heating element is arranged in front of the particle filter.
  • the warm exhaust stream flowing out of the countercurrent chamber of the counterflow device is directed to the outlet via an outer chamber along the particulate filter.
  • Fig. 1 is an isometric view of the counterflow device according to the invention
  • Fig. 2 is a particulate filter system consisting of a particulate filter and a
  • Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment of a
  • a countercurrent device 1 In Fig. 1, an embodiment of a countercurrent device 1 according to the invention is shown. This consists of a housing 10 with a front end face 26 and a rear end face 25.
  • the cold exhaust gas 16 is passed through an inlet 11 into a front exhaust chamber 27.
  • a plurality of countercurrent chambers 21, 23 separated from each other by partition walls 13 are arranged axially around the central support tube.
  • the cold exhaust gas stream 16 is first conducted from the front exhaust chamber 27 via an opening 18, which is located in the jacket 14, upwards into the first countercurrent chamber 21.
  • This has at the rear end face 25 a further outlet opening 24 for the passed exhaust gas flow. This one is about the
  • Partition wall 15 separated from each other.
  • Fig. 2 an inventive particulate filter system is shown, in which in the front section, the countercurrent device 1 according to the invention before a
  • Oxidation catalyst 30 and a diesel particulate filter 33 is arranged.
  • the cold exhaust gas stream 16 is first conducted via the inlet 11 into the front exhaust chamber 27 of the countercurrent device 1 and reaches there via the passage opening 18 upwards into the first countercurrent chamber 21, which leaves the exhaust gas flow via the outlet opening 24 again.
  • the exhaust stream is then passed through the oxidation catalyst 30 to the diesel particulate filter 33.
  • the embodiment shown is in the
  • the warm exhaust gas flow 17 passes via the rear exhaust chamber 22 from the inner portion via the passage opening 20 upwards in the other
  • Countercurrent chamber 23 The countercurrent chamber 21 for the cold exhaust gas stream 16 and the countercurrent chamber 23 for the warm exhaust gas stream 17 are separated from each other via the partition wall 13. About the partition 13, the heat exchange takes place in
  • FIG. 3 shows a schematic representation of the particle filter system according to the invention. From a motor 40, the exhaust gas 16 passes through the inlet 11 to the first countercurrent chamber 21 and leaves it via outlet openings 24 to
  • the exhaust gas flow is purified via the particle filter 33 and passes as a hot exhaust gas flow 17 via the inlet 12 into the countercurrent chamber 23, in which it is then led via the outlet openings 19 to the outside in the outer chamber 39 on the particle filter 33 to the outlet 34.

Abstract

The invention relates to a counterflow apparatus for recuperation in diesel particle filters, comprising a housing (10) with an inner casing (14), a front end surface (26) and a rear end surface (25), a front inlet (11) for cold exhaust gas (16) and a rear inlet (12) for warm exhaust gas (17). Also provided are at least two counterflow chambers (21, 23) which are arranged adjacent to one another and in which the exhaust gases (16, 17) are conducted past one another, wherein the counterflow chambers (21, 23) are separated from one another by partitions (13) and each counterflow chamber (21, 23) has at least one passage opening (18, 20) for guiding the exhaust gases (16, 17) from one portion into a further portion. Furthermore, an intermediate wall (15) is provided for separating the front exhaust-gas chamber (27) from the rear exhaust-gas chamber (22) in a gas-tight manner, and at least one outlet opening (24) for the cold exhaust gas and at least one outlet opening (19) for the warm exhaust gas (17) are provided on the housing (10).

Description

Beschreibung:  Description:
Gegenstrom Vorrichtung zur Rekuperation bei Partikelfiltersystemen Technisches Gebiet: Countercurrent device for recuperation in particle filter systems Technical field:
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gegenstromvorrichtung zur Rekuperation bei Partikelfiltersystemen. Ferner betrifft die Erfindung ein Partikelfiltersystem, welches die erfindungsgemäße Gegenstromvorrichtung umfasst. The present invention relates to a counterflow device for recuperation in particulate filter systems. Furthermore, the invention relates to a particulate filter system comprising the countercurrent device according to the invention.
Stand der Technik: State of the art:
Partikelfiltersysteme oder Partikelfilteranordnungen dienen zum Filtern von Abgasen einer Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Dieselmotors, und verfügen über einen Einlass und einen Auslass mit wenigstens einem im Strömungspfad angeordneten Partikelfilter. Der Partikelfilter hat bei Dieselmotoren die Aufgabe, die in den Abgasen vorhandenen Rußpartikel zu entfernen. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen neigt er schnell zur Verstopfung. Daher ist man bestrebt, den Partikelfilter bei möglichst hohen Temperaturen zu betreiben, um eine Regeneration der im Filter gespeicherten Rußpartikel Particulate filter systems or particulate filter arrangements serve for filtering exhaust gases of an internal combustion engine, for example a diesel engine, and have an inlet and an outlet with at least one particle filter arranged in the flow path. In diesel engines, the particulate filter has the task of removing the soot particles present in the exhaust gases. Especially at low temperatures, it tends to clog up quickly. Therefore, it is endeavored to operate the particle filter at the highest possible temperatures to a regeneration of the soot particles stored in the filter
durchzuführen. Dazu ist es erforderlich, dass die für die Regeneration notwendigeperform. For this it is necessary that the necessary for the regeneration
Zündtemperatur der Rußpartikel möglichst hoch ist, auch wenn der Dieselmotor mit nur niedrigen Lastanteilen betrieben wird. Wird der Dieselmotor nur bei geringer Last betrieben, so bleibt die Abgastemperatur bei diesem Betriebszustand entsprechend niedrig, so dass der Filter sich nicht regenerieren kann und die Rußpartikel im Filter verbleiben. Durch die starke Beladung des Filters und der gasführenden Kanäle mit Ruß kommt es zu Funktionsstörungen des Systems und des Motors (z.B. Leistungsverlust, Treibstoff-Mehrverbrauch) und erhöht zudem die Brandgefahr. Nach einiger Zeit ist das Kraftfahrzeug nicht mehr betriebsbereit und der Filter muss ausgetauscht oder aufwendig gereinigt werden. Ignition temperature of the soot particles is as high as possible, even if the diesel engine is operated with only low load proportions. If the diesel engine is operated only at low load, the exhaust gas temperature remains correspondingly low in this operating state, so that the filter can not regenerate and the soot particles remain in the filter. The heavy loading of the filter and the gas-carrying ducts with soot leads to malfunction of the system and the engine (for example, loss of power, increased fuel consumption) and also increases the risk of fire. After some time, the motor vehicle is no longer ready for use and the filter must be replaced or cleaned consuming.
Im Stand der Technik sind daher Systeme bekannt, mit denen versucht wird, die für die Betriebsfähigkeit und Regeneration des Partikelfilters erforderliche Mindesttemperatur sicherzustellen. Beispielsweise sind katalytische Beschichtungen vor oder im Filterbereich bekannt, um die für die Rußverbrennung erforderliche Zündtemperatur abzusenken. Systems are therefore known in the prior art which attempt to ensure the minimum temperature required for the operability and regeneration of the particulate filter. For example, catalytic coatings are known before or in the filter region in order to lower the ignition temperature required for soot combustion.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Meistens reichen jedoch diese Maßnahmen nicht aus, um den Zündvorgang einzuleiten, und zudem sind solche passiven Systeme wenig effektiv. CONFIRMATION COPY In most cases, however, these measures are not sufficient to initiate the ignition process and, in addition, such passive systems are less effective.
Aus diesem Grund werden oftmals auch aktive Systeme eingesetzt, welche durch eine gezielte Verbrennung von vor oder im Filtersystem eingespritzten Dieselkraftstoff (Brenner) die zur Partikelverbrennung thermische Energie bereitstellen. Der For this reason, active systems are often used which provide thermal energy for particle combustion by targeted combustion of diesel fuel (burners) injected in front of or in the filter system. Of the
Energieverbrauch derartiger Systeme ist dementsprechend hoch. Energy consumption of such systems is correspondingly high.
Neben den genannten aktiven Systemen besteht ferner die Möglichkeit, die für die Regeneration erforderliche Zündtemperatur mit Hilfe eines Heizelementes zu erzeugen, welches in einem dem Dieselpartikelfilter vorgeschalteten Vorfilter (Oxidationskatalysator) angeordnet ist, um dadurch eine Kettenreaktion von Zündereignissen auszulösen, welche dazu führen, dass die Rußpartikel im Partikelfilter verbrannt werden In addition to the said active systems, it is also possible to generate the ignition temperature required for the regeneration by means of a heating element which is arranged in a pre-filter (oxidation catalyst) upstream of the diesel particulate filter, thereby triggering a chain reaction of ignition events, which cause the ignition Soot particles are burned in the particle filter
(vgl. DE 10 2009 014 371 A1 ). (see DE 10 2009 014 371 A1).
Sowohl den erstgenannten passiven als auch den aktiven Systemen mit deren Both the former passive and the active systems with their
zusätzlicher externer Wärmeeinbringung liegt das gleiche Problem zugrunde: die vorhandene Wärmeenergie reicht nicht aus, um zuverlässig einen Rußabbrand additional external heat input is based on the same problem: the existing heat energy is not sufficient to reliably Rußabbrand
(Filterregeneration) sicherzustellen. Ferner ist der Vorgang aktiver Systeme (Filter regeneration). Furthermore, the process is active systems
energieaufwändig, da die Energie über das elektrische Bordnetz oder über die Energy-consuming, because the energy through the electrical system or via the
Verbrennung von Treibstoff zugeführt werden muss. Insbesondere bei der Entnahme von elektrischer Energie aus dem Bordnetz steht nur ein kurzes Zeitkontingent zur Verfügung, um die Regeneration durchzuführen. Aus technischen Anwendungen sind Wärmetauscher bekannt, die Abwärme aus dem Combustion of fuel must be supplied. In particular, when removing electrical energy from the electrical system is only a short time quota available to perform the regeneration. From technical applications are known heat exchangers, the waste heat from the
Verbrennungsprozess in die Zuluft für die Verbrennung einbringen, beispielsweise um die Ansaugluft eines Motors vorzuwärmen. Incorporate combustion process in the supply air for combustion, for example, to preheat the intake air of an engine.
In dem für die vorliegende Erfindung nächsten Stand der Technik, der EP 1 801 372 A1 , wird als passives System eine Partikelfilteranordnung beschrieben, bei der die für die Regeneration erforderliche Zündtemperatur mittels Wärmeaustausch herabgesenkt wird. Hierbei wird von einem Temperaturgefälle zwischen den Abgasströmen Gebrauch gemacht, wofür bei der darin beschriebenen Vorrichtung drei Abschnitte vorgesehen sind, welche von den Abgasen durchströmt werden. Dabei werden die Abgase zunächst im Wesentlichen in Richtung Auslass geführt, später in Richtung Einlass und damit in Gegenrichtung zurückgeführt, und schließlich wieder in Richtung Auslass geführt. Die Abgasführung findet daher im Wesentlichen nach Art eines entarteten "Z" statt. Der Dieselpartikelfilter ist in einem der Abschnitte angeordnet und wird umströmt. Für den Wärmeaustausch ist in der EP 1 801 372 A1 ein Verteilungs- und Umlenkelement vorgesehen, welches einen ersten, vom Einlass kommenden Abgasstrom zum ersten Abschnitt der Leitung führt, und einen vom zweiten Abschnitt der Leitung ankommenden zweiten Abgasstrom zum dritten Abschnitt der Leitung umlenkt. Es wird bevorzugt eine sternförmige Umlenkung realisiert, bei der sich die verschiedenen Abgasströme überkreuzen, ohne dass diese sich vermischen. Die durch- oder überkreuzende In the closest prior art for the present invention, EP 1 801 372 A1, the passive system described is a particle filter arrangement in which the ignition temperature required for the regeneration is reduced by means of heat exchange. Here, use is made of a temperature gradient between the exhaust gas streams, for which purpose three sections are provided in the device described therein, through which the exhaust gases flow. Initially, the exhaust gases are directed essentially towards the outlet, later towards the inlet and thus into Returned the opposite direction, and finally led back towards the outlet. The exhaust system therefore takes place essentially in the manner of a degenerate "Z". The diesel particulate filter is arranged in one of the sections and is flowed around. For the heat exchange, a distribution and deflection element is provided in EP 1 801 372 A1, which leads a first exhaust gas flow coming from the inlet to the first section of the line, and deflects a second exhaust gas flow arriving from the second section of the line to the third section of the line. It is preferred to realize a star-shaped deflection, in which the various exhaust gas streams cross over without them mixing. The crossing or crossing
Abgasführung bewirkt, dass sich das Verteilungs- und Umlenkelement erwärmt, und Wärme an das kältere Abgas abgibt.  Exhaust gas routing causes the distribution and diverting element to heat up and deliver heat to the colder exhaust gas.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass sich die verschiedenen Abgasströme lediglich mehrfach überkreuzen, ohne gezielt an Kontaktflächen vorbei zu strömen und deren Längen zur Wärmeübertragung zu nutzen, wodurch der vorgesehene Wärmeaustausch wenig effektiv verläuft. Ferner ist der konstruktive Aufwand für die gewollte sternförmige Umlenkung unverhältnismäßig hoch. Darstellung der Erfindung: A disadvantage of this arrangement is that the various exhaust gas streams only cross several times without selectively flow past contact surfaces and to use their lengths for heat transfer, whereby the proposed heat exchange is less effective. Furthermore, the design effort for the desired star-shaped deflection is disproportionately high. Presentation of the invention:
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, um den Wärmeaustausch bei gleichzeitig überschaubarem konstruktivem Aufwand für Partikelfiltersysteme zu verbessern und bei der die Nachteile des zuvor genannten Standes der Technik vermieden werden. Against this background, it is an object of the present invention to provide a device to improve the heat exchange at the same time manageable design effort for particulate filter systems and in which the disadvantages of the aforementioned prior art are avoided.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gegenstromvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen wieder. Die erfindungsgemäße Gegenstromvorrichtung zur Rekuperation bei Dieselpartikelfiltern umfasst ein Gehäuse mit einem inneren Mantel sowie einer vorderen und einer hinteren Stirnfläche. Der Mantel kann vorzugsweise von einem Rohr oder einem Rohrstück (z.B. Tragrohr) gebildet werden. Ferner verfügt die Vorrichtung über einen vorderen Einlass für kaltes Abgas und einen hinteren Einlass für warmes Abgas und wenigstens zwei nebeneinander angeordnete Gegenstromkammern, bei denen die Abgase über eine Kontaktfläche ohne Vermischung aneinander vorbeigeführt werden, wodurch ein This object is achieved by a counterflow device having the features of claim 1. Preferred embodiments can be found in the subclaims again. The inventive countercurrent device for recuperation in diesel particulate filters comprises a housing with an inner jacket and a front and a rear end face. The jacket can preferably be formed by a pipe or a piece of pipe (eg support tube). Further, the apparatus has a front inlet for cold exhaust gas and a rear inlet for warm exhaust gas and at least two juxtaposed countercurrent chambers, in which the exhaust gases via a Contact surface without mixing be passed to each other, creating a
Wärmeaustausch zur Erwärmung des kalten Abgasstromes über den warmen Heat exchange for heating the cold exhaust gas flow over the warm
Abgasstrom erzielt wird. Hierfür sind die Gegenstromkammern durch Trennwände voneinander getrennt. Jede Gegenstromkammer besitzt wenigstens eine Exhaust gas flow is achieved. For this purpose, the countercurrent chambers are separated by partitions. Each countercurrent chamber has at least one
Durchtrittsöffnung für die Abgasführung der Abgase von einem Abschnitt der Through opening for the exhaust gas of the exhaust gases from a section of
Abgasführung in einen weiteren Abschnitt. Zur gasdichten Trennung der vorderen Abgaskammer, welche das kalte Abgas über den vorderen Einlass erhält, von der hinteren Abgaskammer, in welche das warme Abgas des hinteren Einlasses strömt, ist eine gasdichte Zwischenwand vorgesehen. Ferner verfügt die Vorrichtung über eine Austrittsöffnung für das kalte Abgas und wenigstens eine Austrittsöffnung für das warme Abgas am Gehäuse. Exhaust system in another section. For gas-tight separation of the front exhaust gas chamber, which receives the cold exhaust gas via the front inlet, from the rear exhaust chamber into which flows the warm exhaust gas of the rear inlet, a gas-tight partition wall is provided. Furthermore, the device has an outlet opening for the cold exhaust gas and at least one outlet opening for the warm exhaust gas at the housing.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Gegenstromkammern axial um das Gehäuse angeordnet. Dadurch erhält man mehrere Gegenstromkammern, welche über Kontaktflächen für den Wärmeaustausch der aneinander vorbeigeführten Abgasströme verfügen, wodurch auf wenig verfügbarem Platz ein maximaler Wärmeaustausch erfolgen kann. Durch die aneinander vorbeiströmenden Abgasströme der Verbrennungsgase aus dem Hauptfilter und die noch kalten Abgase des Motors wird ein Wärmeaustausch über die Trennwände erzielt, indem Wärmeenergie auf die kalten einströmenden Abgase übertragen wird. Somit erfolgt ein Wärmefluss von dem heißen Abgasstrom des In a preferred embodiment, the countercurrent chambers are arranged axially around the housing. This results in several countercurrent chambers, which have contact surfaces for the heat exchange of the exhaust gas streams passing one another, whereby a maximum heat exchange can take place in a space that is less available. By the flowing past exhaust gas streams of the combustion gases from the main filter and the still cold exhaust gases of the engine heat exchange over the partitions is achieved by heat energy is transferred to the cold incoming exhaust gases. Thus, a heat flow from the hot exhaust gas stream of
Hauptfilters zu dem einströmenden Abgas der vorderen Abgaskammer. Main filter to the incoming exhaust gas of the front exhaust chamber.
Die Erfindung lässt die Wahl offen, die Kammerlängen und die Kammerhöhen je nach Anwendungsprofil auszugestalten, um die Kontaktflächen für die The invention leaves open the choice to design the chamber lengths and the chamber heights depending on the application profile to the contact surfaces for the
Gegenstromwärmeübertragung in optimaler Weise für den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen. Ferner kann der Wirkungsgrad durch eine Erhöhung der Anzahl der Gegenstromkammern erhöht werden, indem durch weitere Trennwände zusätzliche Kontaktflächen für den Wärmeaustausch geschaffen werden. Die axiale Anordnung der Gegenstromkammern um das Gehäuse ermöglicht einen symmetrischen Aufbau, wodurch die Fertigung erleichtert wird. Ferner kann der vorzugsweise kreisrunde Querschnitt der Gegenstromvorrichtung in einfacher Weise mit der Geometrie des Hauptfilters kombiniert werden. In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das verlängerte Kernrohr der Gegenstromvorrichtung als Tragrohr für einen dort angeordneten Vorfilter (z.B. Edelstahldrahtgestrick; Oxidationskatalysator) dient. Dadurch wird der Vorfilter nicht nur gehalten, sondern wird auch zur verbesserten Zündung durch das heiße Abgas im Rohrinneren aufgeheizt. Countercurrent heat transfer optimally adapted for the particular application. Furthermore, the efficiency can be increased by increasing the number of countercurrent chambers by creating additional contact surfaces for the heat exchange by further partitions. The axial arrangement of the countercurrent chambers around the housing allows a symmetrical structure, whereby the production is facilitated. Furthermore, the preferably circular cross section of the countercurrent device can be easily combined with the geometry of the main filter. In one embodiment, it is provided that the extended core tube of the countercurrent device as a support tube for a prefilter arranged there (eg stainless steel wire mesh, oxidation catalyst) serves. As a result, the prefilter is not only held, but is also heated for improved ignition by the hot exhaust gas inside the tube.
Die erfindungsgemäße Gegenstromkammer kann entweder einstückig oder aus mehreren Bauteilen aufgebaut sein. Vorzugsweise ist der Aufbau so gewählt, dass die einzelnen Gegenstromkammern und Abschnitte von den jeweiligen Bauteilen selbst gebildet werden. Beispielsweise kann der Mantelboden des Gehäuses von dem zentralen The countercurrent chamber according to the invention can be constructed either in one piece or from several components. Preferably, the structure is chosen so that the individual countercurrent chambers and sections are formed by the respective components themselves. For example, the jacket bottom of the housing of the central
Tragrohr oder einem Teil davon gebildet werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zunächst das kalte Abgas von dem vorderenSupport tube or a part thereof are formed. According to the invention, it is provided that first the cold exhaust gas from the front
Einlass über die Durchtrittsöffnung in die erste Gegenstromkammer strömt und diese über die Austrittsöffnung wieder verlässt. Das warme Abgas wird über den hinteren Einlass über die Durchtrittsöffnung in die zweite Gegenstromkammer zur Austrittsöffnung geleitet. Da die beiden Gegenstromkammern nebeneinander liegen, kann über die Trennwand eine Wärmeübertragung stattfinden. Die Trennwand verfügt vorzugsweise über metallische Kontaktflächen, um einen möglichst effizienten Wärmeaustausch zu ermöglichen. Inlet flows via the passage opening into the first countercurrent chamber and leaves it again via the outlet opening. The warm exhaust gas is passed via the rear inlet via the passage opening in the second countercurrent chamber to the outlet opening. Since the two countercurrent chambers are adjacent to each other, a heat transfer can take place via the partition wall. The partition wall preferably has metallic contact surfaces in order to allow the most efficient possible heat exchange.
Das kalte Abgas strömt zunächst von der ersten Gegenstromkammer über den The cold exhaust gas first flows from the first countercurrent chamber over the
Dieselpartikelfilter und ermöglicht durch die Vorwärmung eine leichtere Zündung der in dem Filter eingelagerten Rußpartikel. Im Partikelfilter selbst wird der Abgasstrom erwärmt und, wie zuvor beschrieben, zur Gegenstromrichtung zurückgeführt. Diesel particulate filter and allows by the preheating easier ignition of the soot particles stored in the filter. In the particulate filter itself, the exhaust gas stream is heated and, as described above, returned to the counterflow direction.
Die Durchtrittsöffnungen für die Abgasströme sind vorzugsweise am inneren Mantel ausgebildet, die Austrittsöffnungen für das kalte Abgas und das warme Abgas sind zweckmäßigerweise an Stirnflächen des Gehäuses ausgebildet. Die The passage openings for the exhaust gas streams are preferably formed on the inner jacket, the outlet openings for the cold exhaust gas and the warm exhaust gas are expediently formed on end faces of the housing. The
Gegenstromkammern werden vorzugsweise von dem Mantelboden, den Stirnflächen und den Trennwänden gebildet. Vorzugsweise befindet sich im Bereich des hinteren Einlasses ein Oxidationskatalysator, der zur Rekuperation beisteuert. Für die Aufheizung des Abgasstromes und somit Anhebung der Zündtemperatur ist vorzugsweise in oder an dem Oxidationskatalysator ein Heizelement angeordnet. Die Erfindung umfasst femer ein Partikelfiltersystem, das einen Einlass und einen Auslass für Abgase sowie wenigstens einen Partikelfilter umfasst, wobei das Partikelfiltersystem eine erfindungsgemäße Gegenstromvorrichtung umfasst. Vorzugsweise ist vor dem Partikelfilter ein Oxidationskatalysator mit einem Heizelement angeordnet. Bevorzugt wird der aus der Gegenstromkammer der Gegenstromvorrichtung herausströmende warme Abgasstrom über eine äußere Kammer entlang des Partikelfilters zum Auslass geleitet. Countercurrent chambers are preferably formed by the jacket bottom, the end faces and the partitions. Preferably located in the region of the rear inlet is an oxidation catalyst which contributes to the recuperation. For heating the exhaust gas flow and thus raising the ignition temperature, a heating element is preferably arranged in or on the oxidation catalytic converter. The invention further comprises a particulate filter system comprising an inlet and an outlet for exhaust gases and at least one particulate filter, wherein the particulate filter system comprises a countercurrent device according to the invention. Preferably, an oxidation catalyst with a heating element is arranged in front of the particle filter. Preferably, the warm exhaust stream flowing out of the countercurrent chamber of the counterflow device is directed to the outlet via an outer chamber along the particulate filter.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen: Die Erfindung wird in den nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Brief description of the drawings: The invention will be explained in more detail in the following drawings. Show it
Fig. 1 eine isometrische Darstellung der erfindungsgemäßen Gegenstromvorrichtung, Fig. 2 ein Partikelfiltersystem, bestehend aus einem Partikelfilter und einer Fig. 1 is an isometric view of the counterflow device according to the invention, Fig. 2 is a particulate filter system consisting of a particulate filter and a
erfindungsgemäßen Gegenstromvorrichtung,  counterflow device according to the invention,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Fig. 3 is a schematic representation of an embodiment of a
Partikelfiltersystems. Wege zur Ausführung der Erfindung und gewerbliche Verwertbarkeit:  Particulate filter system. Ways to carry out the invention and commercial usability:
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gegenstromvorrichtung 1 gezeigt. Diese besteht aus einem Gehäuse 10 mit einer vorderen Stirnfläche 26 und einer hinteren Stirnfläche 25. Das kalte Abgas 16 wird über einen Einlass 11 in eine vordere Abgaskammer 27 geleitet. Für den Wärmeaustausch sind mehrere, über Trennwände 13 voneinander getrennte Gegenstromkammem 21 , 23 axial um das zentrale Tragrohr angeordnet. Der kalte Abgasstrom 16 wird zunächst von der vorderen Abgaskammer 27 über eine Durchtrittsöffnung 18, welche sich im Mantel 14 befindet, nach oben in die erste Gegenstromkammer 21 geleitet. Diese besitzt an der hinteren Stirnfläche 25 eine weitere Austrittsöffnung 24 für den durchgeleiteten Abgasstrom. Dieser wird über den In Fig. 1, an embodiment of a countercurrent device 1 according to the invention is shown. This consists of a housing 10 with a front end face 26 and a rear end face 25. The cold exhaust gas 16 is passed through an inlet 11 into a front exhaust chamber 27. For the heat exchange, a plurality of countercurrent chambers 21, 23 separated from each other by partition walls 13 are arranged axially around the central support tube. The cold exhaust gas stream 16 is first conducted from the front exhaust chamber 27 via an opening 18, which is located in the jacket 14, upwards into the first countercurrent chamber 21. This has at the rear end face 25 a further outlet opening 24 for the passed exhaust gas flow. This one is about the
nachfolgenden Partikelfilter 33 (nicht gezeigt) geleitet und dadurch aufgewärmt. Der über den Partikelfilter 33 durchströmende warme Abgasstrom 17 gelangt über den Einlass 12 wiederum zurück in die Gegenstromvorrichtung 1. Der Einlass 12 führt zunächst in eine hintere Abgaskammer 22, über die der warme Abgasstrom 17 über Durchtrittsöffnungen 20, welche ebenfalls am Mantel 14 ausgebildet sind, nach oben in die weitere, parallel zur benachbarten Gegenstromkammer 21 angeordnete Gegenstromkammer 23 geleitet wird. Es findet somit eine Abgasführung von einem äußeren Abschnitt in einen inneren subsequent particulate filter 33 (not shown) passed and thereby warmed up. The warm exhaust gas flow 17 passing through the particulate filter 33 passes back into the countercurrent device 1 via the inlet 12. The inlet 12 initially leads into a rear exhaust chamber 22, via which the warm exhaust gas flow 17 via passage openings 20, which are likewise formed on the jacket 14, up in the other, parallel to adjacent countercurrent chamber 21 arranged countercurrent chamber 23 is passed. It thus finds an exhaust system from an outer section to an inner one
Abschnitt statt und schließlich wieder zurück in einen äußeren Abschnitt, der jedoch von dem ersten Abschnitt gasdicht getrennt ist, wodurch ein effizienter Wärmeaustausch im Gegenstrom über die Trennwände 13 stattfinden kann. Von der Gegenstromkammer 23 verlässt der Abgasstrom die Gegenstromvorrichtung 1 über die Austrittsöffnung 19. Die vordere Abgaskammer 27 und die hintere Abgaskammer 22 sind durch eine Section instead, and finally back into an outer section, which is, however, separated gas-tight from the first section, whereby an efficient heat exchange in countercurrent over the partitions 13 can take place. From the countercurrent chamber 23, the exhaust gas flow leaves the countercurrent device 1 via the outlet opening 19. The front exhaust chamber 27 and the rear exhaust chamber 22 are through a
Zwischenwand 15 voneinander getrennt. In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Partikelfiltersystem gezeigt, bei dem im vorderen Abschnitt die erfindungsgemäße Gegenstromvorrichtung 1 vor einem Partition wall 15 separated from each other. In Fig. 2, an inventive particulate filter system is shown, in which in the front section, the countercurrent device 1 according to the invention before a
Oxidationskatalysator 30 und einem Dieselpartikelfilter 33 angeordnet ist. Der kalte Abgasstrom 16 wird über den Einlass 11 zunächst in die vordere Abgaskammer 27 der Gegenstromvorrichtung 1 geleitet und gelangt dort über die Durchtrittsöffnung 18 nach oben in die erste Gegenstromkammer 21 , die der Abgasstrom über die Austrittsöffnung 24 wieder verlässt. Der Abgasstrom wird dann durch den Oxidationskatalysator 30 zum Dieselpartikelfilter 33 geleitet. In der gezeigten Ausführungsform ist in dem Oxidation catalyst 30 and a diesel particulate filter 33 is arranged. The cold exhaust gas stream 16 is first conducted via the inlet 11 into the front exhaust chamber 27 of the countercurrent device 1 and reaches there via the passage opening 18 upwards into the first countercurrent chamber 21, which leaves the exhaust gas flow via the outlet opening 24 again. The exhaust stream is then passed through the oxidation catalyst 30 to the diesel particulate filter 33. In the embodiment shown is in the
Oxidationskatalysator 30 ein Heizelement 32 angeordnet, um die Temperatur des aus der ersten Gegenstromkammer 21 herausströmenden Abgasstromes für die Regeneration zu erhöhen. Der warme Abgasstrom 17 gelangt über die hintere Abgaskammer 22 von dem inneren Abschnitt über die Durchtrittsöffnung 20 nach oben in die weitere Oxidation catalyst 30, a heating element 32 arranged to increase the temperature of the effluent from the first countercurrent chamber 21 exhaust gas stream for regeneration. The warm exhaust gas flow 17 passes via the rear exhaust chamber 22 from the inner portion via the passage opening 20 upwards in the other
Gegenstromkammer 23. Die Gegenstromkammer 21 für den kalten Abgasstrom 16 und die Gegenstromkammer 23 für den warmen Abgasstrom 17 sind über die Trennwand 13 voneinander getrennt. Über die Trennwand 13 erfolgt der Wärmeaustausch im Countercurrent chamber 23. The countercurrent chamber 21 for the cold exhaust gas stream 16 and the countercurrent chamber 23 for the warm exhaust gas stream 17 are separated from each other via the partition wall 13. About the partition 13, the heat exchange takes place in
Gegenstromprinzip. Die um das Tragrohr erfolgte symmetrische kreisförmige Anordnung der Gegenstromkammern 21 , 23 ermöglicht einen platzsparenden und zugleich effizienten Aufbau der erfindungsgemäßen Gegenstromvorrichtung 1. Je nach Anzahl der Counterflow principle. The symmetrical circular arrangement of the countercurrent chambers 21, 23 around the support tube enables a space-saving and at the same time efficient construction of the inventive countercurrent device 1. Depending on the number of
Gegenstromkammern 21 , 23 kann die Effizienz des Wärmeaustauschers zusätzlich erhöht werden, indem zusätzliche Kontaktflächen für die Energieübertragung geschaffen werden. Countercurrent chambers 21, 23, the efficiency of the heat exchanger can be further increased by additional contact surfaces for energy transfer are created.
Der warme Abgasstrom 17 gelangt, nachdem er von innen nach außen in die weitere Gegenstromkammer 23 geströmt ist, über die Austrittsöffnung 19 in eine äußere Kammer 39, welche den Abgasstrom am Partikelfilter 33 vorbeiführt, wobei eine weitere The warm exhaust gas stream 17, after having flowed from the inside to the outside into the further countercurrent chamber 23, passes via the outlet opening 19 into an outer chamber 39, which passes the exhaust gas flow past the particle filter 33, wherein a further
Aufrechterhaltung der Erwärmung erreicht wird. Schließlich gelangt der Abgasstrom zum Auslass 34 zum Auspuffsystem. Das ganze Partikelfiltersystem befindet sich in einem Gehäuse 31. Maintaining warming is achieved. Finally, the exhaust gas flow to Outlet 34 to the exhaust system. The whole particulate filter system is located in a housing 31.
In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Partikelfiltersystems gezeigt. Von einem Motor 40 gelangt das Abgas 16 über den Einlass 11 zur ersten Gegenstromkammer 21 und verlässt diese über Austrittsöffnungen 24 zum FIG. 3 shows a schematic representation of the particle filter system according to the invention. From a motor 40, the exhaust gas 16 passes through the inlet 11 to the first countercurrent chamber 21 and leaves it via outlet openings 24 to
Oxidationskatalysator 30, in dem sich ein Heizelement 32 für eine zusätzliche Erwärmung befindet. Der Abgasstrom wird über den Partikelfilter 33 gereinigt und gelangt als heißer Abgasstrom 17 über den Einlass 12 in die Gegenstromkammer 23, in der er dann über die Austrittsöffnungen 19 nach außen in die äußere Kammer 39 am Partikelfilter 33 zum Auslass 34 vorbeigeführt wird. Oxidation catalyst 30, in which a heating element 32 is located for additional heating. The exhaust gas flow is purified via the particle filter 33 and passes as a hot exhaust gas flow 17 via the inlet 12 into the countercurrent chamber 23, in which it is then led via the outlet openings 19 to the outside in the outer chamber 39 on the particle filter 33 to the outlet 34.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Gegenstromvorrichtung zur Rekuperation bei Dieselpartikelfiltern, umfassend 1. Countercurrent device for recuperation in diesel particulate filters, comprising
- ein Gehäuse (10) mit  - A housing (10) with
einem inneren Mantel (14),  an inner jacket (14),
einer vorderen Stirnfläche (26) und  a front end face (26) and
einer hinteren Stirnfläche (25),  a rear end face (25),
- einen vorderen Einlass (1 1 ) für kaltes Abgas (16) und einen hinteren Einlass (12) für warmes Abgas (17),  a front inlet (1 1) for cold exhaust gas (16) and a rear inlet (12) for warm exhaust gas (17),
- wenigstens zwei nebeneinander angeordnete Gegenstromkammem (21 , 23) bei denen die Abgase (16, 17) aneinander vorbeigeführt werden, wobei die Gegenstromkammem (21 , 23) durch Trennwände (13) voneinander getrennt sind und jede Gegenstromkammer (21 , 23) wenigstens eine Durchtrittsöffnung (18, 20) für die Abgasführung der Abgase (16, 17) von einem Abschnitt in einen weiteren Abschnitt aufweist,  - At least two juxtaposed Gegenstromkammem (21, 23) in which the exhaust gases (16, 17) are guided past each other, the Gegenstromkammem (21, 23) by partitions (13) are separated from each other and each countercurrent chamber (21, 23) at least one Passage opening (18, 20) for the exhaust gas routing of the exhaust gases (16, 17) from one section to another section,
- eine Zwischenwand (15) zur gasdichten Trennung der vorderen Abgaskammer (27) von der hinteren Abgaskammer (22),  an intermediate wall (15) for gas-tight separation of the front exhaust chamber (27) from the rear exhaust chamber (22),
- wenigstens eine Austrittsöffnung (24) für das kalte Abgas und wenigstens eine Austrittsöffnung (19) für das warme Abgas (17) am Gehäuse (10).  - At least one outlet opening (24) for the cold exhaust gas and at least one outlet opening (19) for the warm exhaust gas (17) on the housing (10).
2. Gegenstromvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die 2. Countercurrent device according to claim 1, characterized in that the
Gegenstromkammem (21 , 23) axial an dem Gehäuse (10) angeordnet sind.  Gegenstromkammem (21, 23) axially on the housing (10) are arranged.
3. Gegenstromvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das kalte Abgas (16) von dem vorderen Einlass (11 ) über die Durchtrittsöffnung (18) in die erste Gegenstromkammer (21 ) strömt und diese über die Austrittsöffnung (24) verlässt, und das warme Abgas (17) über den hinteren Einlass (12) über die 3. Counterflow device according to claim 1 or 2, characterized in that the cold exhaust gas (16) flows from the front inlet (11) via the passage opening (18) into the first counterflow chamber (21) and leaves it via the outlet opening (24), and the warm exhaust gas (17) via the rear inlet (12) over the
Durchtrittsöffnung (20) in die zweite Gegenstromkammer (23) zur Austrittsöffnung (19) strömt.  Passage opening (20) in the second counterflow chamber (23) to the outlet opening (19) flows.
4. Gegenstromvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnungen (18, 20) am Mantel (14) ausgebildet sind und der Mantelboden (14) von einem Rohr oder Rohrstück gebildet wird. Gegenstromvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (24) für das kalte Abgas an der vorderen Stirnseite (26) des Gehäuses (10) und die Austrittsöffnung (19) für das warme Abgas (17) an der hinteren Stirnseite (25) des Gehäuses (10) ausgebildet sind. 4. Countercurrent device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the passage openings (18, 20) on the jacket (14) are formed and the jacket bottom (14) is formed by a pipe or pipe section. Countercurrent device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the outlet opening (24) for the cold exhaust gas at the front end side (26) of the housing (10) and the outlet opening (19) for the warm exhaust gas (17) at the rear End face (25) of the housing (10) are formed.
Gegenstromvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenstromkammem (21 , 23) von dem Mantel (14), den Stirnflächen (25, 26) und den Trennwänden (13) gebildet werden. Countercurrent device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Gegenstromkammem (21, 23) of the shell (14), the end faces (25, 26) and the partitions (13) are formed.
Gegenstromvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas von der Austrittsöffnung (19) in eine äußere Kammer (39) eines Partikelfiltersystems (30) geführt wird. Countercurrent device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the exhaust gas from the outlet opening (19) in an outer chamber (39) of a particulate filter system (30) is guided.
Gegenstromvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des hinteren Einlasses (8) ein Oxidationskatalysator (30) angeordnet ist. Countercurrent device according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the region of the rear inlet (8), an oxidation catalyst (30) is arranged.
Gegenstromvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in oder an dem Oxidationskatalysator (30) ein Heizelement (32) angeordnet ist. Countercurrent device according to claim 8, characterized in that in or on the oxidation catalyst (30) a heating element (32) is arranged.
Partikelfiltersystem, umfassend Particulate filter system comprising
- einen Einlass (11 ) und einen Auslass (34) für Abgase,  an inlet (11) and an outlet (34) for exhaust gases,
- wenigstens einen Partikelfilter (33), dadurch gekennzeichnet, dass das  - At least one particulate filter (33), characterized in that the
Partikelfiltersystem eine Gegenstromvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst.  Particulate filter system comprises a countercurrent device (1) according to one of claims 1 to 9.
11. Partikelfiltersystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem 11. A particulate filter system according to claim 10, characterized in that before the
Partikelfilter (33) ein Oxidationskatalysator (30) mit einem Heizelement (32) angeordnet ist.  Particle filter (33) an oxidation catalyst (30) with a heating element (32) is arranged.
12. Partikelfiltersystem nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der aus der Gegenstromkammer (23) der Gegenstromvorrichtung (1 ) herausströmende warme Abgasstrom (17) über eine äußere Kammer (39) entlang des Partikelfilters (33) zum Auslass (34) geleitet wird. 12. A particulate filter system according to claim 10 or 11, characterized in that from the countercurrent chamber (23) of the countercurrent device (1) flowing out warm exhaust gas flow (17) via an outer chamber (39) along the particulate filter (33) to the outlet (34) becomes.
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