DE3808075C2

DE3808075C2 -

Info

Publication number: DE3808075C2
Application number: DE3808075A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr.-Ing. 5160 Dueren De Rohs; Dieter Dr.-Ing. 5100 Aachen De Voigt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-03-11
Filing date: 1988-03-11
Publication date: 1990-10-25
Also published as: DE3808075A1

Description

Die Erfindung betrifft eine mechanische Rußfiltervorrichtung mit einem Rußfilter, das aus mindestens einem Wabenkörper aus porösem, z.B. keramischem Werkstoff mit abwechselnd an den Stirnseiten des Wabenkörpers verschlossenen axialen Gasein- und -austrittskanälen besteht, wobei das Rußfilter und eine Heißgasquelle, die axial auf eine Teilfläche der einen Stirnseite des Rußfilters gerichtet ist, zueinander relativ so bewegbar angeordnet sind, daß während eines Zyklus der Relativbewegung nacheinander alle Teilflächen der Stirnseite des Rußfilters mindestens einmal der Heißgasquel le zugeordnet und dabei vom normalen Abgasstrom abgeschlos sen sind.

Rußfiltervorrichtungen dieser Art sind allgemein bekannt. Die den Wabenkörper axial durchziehenden Gaskanäle sind abwechselnd, d.h. schachbrettartig, an der einen und der anderen Stirnseite des Wabenkörpers verschlossen und bilden somit sacklochartige Gasein- und -austrittskanäle. Da die Wandungen dieser Gaskanäle porös sind, hat das zu reinigende Abgas die Möglichkeit, aus den Gaseintrittskanälen durch die porösen Wandungen in die Gasaustrittskanäle zu gelangen. Dabei lagern sich die Rußteilchen an den Innenwänden der Gaseintrittskanäle ab.

Bei hoher Abgastemperatur (Vollast) brennt der im Wabenkör per abgelagerte Ruß selbststätig ab. Bei längerer Betriebs dauer unterhalb der Abbrenntemperatur, d.h. bei Teillastbe trieb einer Brennkraftmaschine, setzt sich jedoch das Rußfilter zunehmend zu, wodurch der Abgasgegendruck vor dem Filter entsprechend ansteigt.

Um einen unzulässig hohen Druckverlust durch zu hohe Belastung des Rußfilters, d.h. durch sein Verstopfen zu vermeiden, muß das Rußfilter nach bestimmten, relativ kurzen Betriebszeiten abgeschaltet und durch Wärmebehandlung rege neriert werden. Dies erfordert einen unerwünschten Wartungs aufwand und gegebenenfalls die Anordnung eines zusätzlichen Rußfilters mit zugehöriger Regenerationseinrichtung.

Ein anderes Rußfilter gemäß der US-PS 45 73 317 besteht aus über einem Teilkreis angeordneten und revolverartig drehba ren Filterkörpern, von denen jeweils einer eine Zeitlang einer Heißgasquelle ausgesetzt wird, während ein anderer unmittelbar mit der Abgaszuleitung verbunden ist. Die Filterkörper enthalten eine aus Teilchen zusammengesetzte Filterfüllung.

Bei einem Rußfilter nach der US-PS 46 41 496, das aus einem Bündel einseitig verschlossener, poröser, zum Abgaseinlaßen de hin offenen Rohre besteht, ist an der Abgaseinlaßseite eine eine Teilfläche der Stirnseite des Rußfilters bedecken de Heißgasquelle angeordnet, die um eine mit der Mittelachse des Rußfilters fluchtende Achse drehbar ist.

Die WO 87/07 324 schließlich zeigt ein Rußfilter mit einem drehbaren Filterpaket aus einseitig geschlossenen porösen Rohren und einer Heißgasquelle, die eine Teilfläche der Abgaseintrittsseite des Rußfilters bedeckt.

Das heiße, in das Rußfilter eingeleitete Reinigungsgas enthält häufig nach Verlassen des Rußfilters unverbrennbare Schadstoffe, die dem Abgas nicht mehr zugefügt werden sollten. Es kann daher für den Umweltschutz wichtig sein, diese Stoffe abzuleiten und gesondert aufzufangen.

Andererseits enthält das austretende Reinigungsgas soviel Wärmeenergie, daß es mit Erfolg zur Vorwärmung der benach barten Teilfläche des Rußfilters benutzt werden kann. Dies würde eine beträchtliche Einsparung an Fremdbrennstoff für die Rußverbrennung erzielt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rußfiltervorrichtung der eingangs genannten Art so auszubil den, daß das aus dem Rußfilter austretende Reinigungsgas nicht unmittelbar in den normalen Abgasstrom eingeführt, sondern für eine weitere, gesonderte Verwendung ab- bzw. umgeleitet wird. Hierdurch soll entweder seine Wärmeenergie weiter ausgenutzt werden oder sollen die nichtbrennbaren Schadstoffe des Reinigungsgases vom normalen Abgasstrom ferngehalten bzw. abgeschieden werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich erfindungsge mäß aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.

Danach wird das austretende Reinigungsgas mit Hilfe von Leiteinrichtungen nicht unmittelbar in den Abgasstrom, sondern entweder in entgegengesetzter Richtung erneut in die auf der Austrittsseite des Rußfilters offenen Rohre einge leitet oder aus dem Abgasstrom herausgeführt.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestal tungen der Erfindung angegeben. Nachstehend ist die Erfin dung anhand der beigefügten Zeichnung an Ausführungsbeispie len näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Rußfiltervorrichtung mit Umkehrstrom-Regenera tion,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Längsschnitt nach der Linie IV-IV in den Fig. 2 und 3,

Fig. 5 eine Rußfiltervorrichtung mit Gegenstrom-Regenera tion,

Fig. 6 eine Rußfiltervorrichtung mit mehreren Wabenkörpern mit Umkehrstrom-Regeneration,

Fig. 7 einen Querschnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 einen Querschnitt nach der Linie VIII-VIII in Fig. 6,

Fig. 9 einen Längsschnitt nach der Linie IX-IX in den Fig. 7 und 8 und

Fig. 10 eine Rußfiltervorrichtung mit mehreren Wabenkörpern und Gegenstrom-Regeneration.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung besteht aus einer in der Abgasleitung 1 einer Brennkraftmaschine auf Rollen 4 drehbar gelagerten und angetriebenen Trommel 2 mit einem einstückigen Wabenkörper 3 aus porösem, z.B. keramischem Werkstoff. Dieser weist eine Vielzahl axialer Gaskanäle 5, 6 auf, die jeweils abwechselnd an ihrem Ende in der einen bzw. anderen Stirnseite 12, 15 des Wabenkörpers 3 verschlossen sind. Der Antrieb der Trommel 2 erfolgt von einem nicht dargestellten Antriebsmotor bzw. einer mit der Brennkraftma schine verbundenen Antriebswelle 13 über ein Getriebe 7. Er kannn kontinuierlich oder schrittweise erfolgen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 strömt das zu reinigende Abgas 10 von links nach rechts und verläßt die Rußfiltervor richtung gereinigt durch einen Leitungskrümmer 11. Im Bereich dieses Leitungskrümmers 11 befindet sich eine Heißgasquelle 8 in der Form eines Brenners, dem Frischluft durch die Leitung 9 und flüssiger oder gasförmiger Brenn stoff durch eine axiale Leitung 14 zugeführt werden. Die Heißgasquelle 8 kann auch aus einem elektrisch beheizten Gebläse bestehen. Die Auslaßöffnung 18 der Heißgasquelle 8 ist so bemessen, daß sie nur eine sektorförmige Teilfläche 17 der zugeordneten Stirnseite 15 des Wabenkörpers 3 bedeckt. In diese Teilfläche 17 strömt das von der Heißgasquelle 8 gelieferte Heißgas 16, das in dem beauf schlagten Teil des Wabenkörpers 3 die abgelagerten Rußteil chen verbrennt und den Wabenkörper 3 in diesem Bereich regeneriert.

Wie Fig. 3 zeigt, wird von der Heißgasquelle 8 jeweils nur eine sektorförmige Teilfläche 17 der Stirnseite 15 des vom Heißgas angeströmten Rußfilters beaufschlagt.

Vor der der Heißgasquelle 8 abgewandten Stirnseite 12 des Rußfilters ist eine ortsfeste, d.h. gegenüber der Heißgas quelle 8 relativ unbewegliche und mit dieser fluchtende Umkehrhaube 19 vorgesehen, deren Fläche so bemessen ist, daß sie einen größeren Teil der Stirnseite 12 bedeckt, als die Projektion der Teilfläche 17 auf diese ausmacht. Zweckmäßig bedeckt sie die Fläche einer benachbarten Teilfläche 20 (Fig. 2) der Stirnseite 12.

Wird bei dieser Vorrichtung derjenige Teil des Wabenkörpers 3, dessen Querschnitt der angeströmten Teilfläche 17 entspricht, in axialer Richtung mit Heißgas beaufschlagt, so erfolgt dort die vorgesehene Verbrennung der Rußteilchen. Die Umkehrhaube 19 zwingt das ausströmende Heißgas dazu, den benachbarten Teil des Wabenkörpers 3 mit dem Querschnitt der sektorförmigen Teilfläche 20 zu durchströmen. (Fig. 4). Da das Heißgas und der Wabenkörper 3 durch die vorangegangene Verbrennung noch sehr hohe Temperaturen haben, erfolgt in dem benachbarten, der Teilfläche 20 zugeordneten Teil des Wabenkörpers 3 eine entsprechende Erhitzung, u.U. sogar bereits eine Verbrennung der Rußteilchen. Durch die Umlen kung wird der Vorteil erzielt, daß eine relativ geringe Menge Heißgas - und damit Kraftstoff - benötigt wird, die einerseits die Verbrennung im einen Teil und mindestens eine thermische Aufbereitung im benachbarten Teil des Wabenkör pers 3 bewirkt und diese Ausführungsform äußerst raum- und energiesparend einsetzbar ist.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform für eine Vorrichtung mit Gegenstrom-Regeneration nach Art der Fig. 1. Soweit Teile mit Fig. 1 übereinstimmen, tragen diese - auch in den übrigen Figuren - die gleichen Bezugszeichen und sind nicht erneut erläutert. Hierbei ist anstelle einer Umkehrhaube 19 auf der dem Abgas 10 zugewandten Teilfläche 17 der Stirnseite 12 des Wabenkörpers 3 ein Austrittsstutzen 21 für das austretende Heißgas 16 und etwaige Regenerationsprodukte angeordnet. Hierdurch wird ein allmähliches Zusetzen der Gaskanäle 5, 6 vermieden.

Die Fig. 6-10 zeigen entsprechende Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich von derjenigen der Fig. 1-5 dadurch unterscheiden, daß das Rußfilter nicht aus einer Trommel 2 mit einem einstückigen Wabenkörper 3, einer sogenannten "Monomatrix" besteht, sondern aus einer drehbar gelagerten und angetriebenen Trommel 22 mit einer Vielzahl von über einen Teilkreis verteilten kleineren, axialen Wabenkörpern 23 gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform wird ähnlich wie bei einem Revolver jeweils ein Wabenkörper 23 mit der vorgesehenen Heißgasquelle 8 in Flucht gebracht und deren Wirkung ausgesetzt.

Die Fig. 6-9 zeigen eine Vorrichtung mit einer Multima trix-Ausführung für die Anwendung einer Umkehrstrom-Regene ration. Hier ist an der der Heißgasquelle 8 abgewandten Stirnseite 24 eine zur Heißgasquelle 8 unbewegbare Umkehr haube 29 vorgesehen. Diese überdeckt, wie die Fig. 6 und 8 zeigen, die Stirnseiten 25, 26 zweier benachbarter Wabenkör per 23. Dabei wird das von der Heißgasquelle 8 kommende, auf die Stirnseite 27 des einen Wabenkörpers 23 gerichtete Heißgas durch den mit ihr fluchtenden Wabenkörper 23 geführt und verbrennt dort die abgelagerten Rußteilchen. Das austretende Heißgas wird dann von der Umlenkhaube 29 abgelenkt und durchströmt dann den benachbarten Wabenkörper 23, wobei der dort angelagerte Ruß thermisch aufbereitet wird.

Fig. 10 zeigt eine Vorrichtung in Multimatrix-Ausführung für eine Gegenstrom-Regeneration. Anstelle einer Umkehrhaube 29 ist hier, wie in Fig. 5 ein die dem Abgas 10 zugewandte Stirnfläche 25 des mit Heißgas 16 beaufschlagten Wabenkör pers 23 bedeckender Austrittsstutzen 28 für das Heißgas 16 und etwaige Regenerationsprodukte angeordnet.

Claims

1. Mechanische Rußfiltervorrichtung mit einem Rußfilter, das aus mindestens einem Wabenkörper aus porösem, z.B. keramischem Werkstoff mit abwechselnd an den Stirnseiten des Wabenkörpers verschlossenen axialen Gasein- und -aus trittskanälen besteht, wobei das Rußfilter und eine Heißgasquelle, die axial auf eine Teilfläche der einen Stirnseite des Rußfilters gerichtet ist, zueinander relativ so bewegbar angeordnet sind, daß während eines Zyklus der Relativbewegung nacheinander alle Teilflächen der Stirnseite des Rußfilters mindestens einmal der Heißgasquelle zugeordnet und dabei vom normalen Abgas strom abgeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Gasein- und austrittskanäle (5, 6) jeder Teilfilterfläche (17, 20) dadurch abwechselnd an beiden Stirnseiten des Rußfilters gleichzeitig vom normalen Abgasstrom abgeschlossen sind, daß auf der der Heißgas quelle (8) abgewandten Stirnseite (12) des Rußfilters Leiteinrichtungen (19, 29; 21, 28) für das austretende Reinigungsgas (16) vorgesehen sind, die dieses Reini gungsgas nicht in das dort strömende Abgas einleiten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rußfilter aus einem zylindrisch bzw. ringzylindrisch ausgebildeten und drehbar gelagerten Wabenkörper (3) besteht, daß die Heißgasquelle (8) axial auf eine sektorförmige Teilfläche (17) der Stirnseite (15) des Wabenkörpers (3) gerichtet ist und daß dem Wabenkörper (3) ein kontinuierlicher oder schrittweise arbeitender Drehantrieb (13) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß das Rußfilter aus einer Trommel (22) mit einer Vielzahl über einen Teilkreis verteilter, axialer Wabenkörper (23) besteht und daß die Heißgasquelle (8) jeweils die Stirnfläche (27) eines Wabenkörpers (23) beaufschlagt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung (19, 29) für das Reinigungsgas (16) aus einer gegenüber der Heißgasquelle (8) relativ nicht bewegbaren Umlenkhaube (19, 29) be steht, die eine größere Fläche (17, 20) abdeckt, als die axiale Projektion der der Heißgasquelle (8) zugewandten Teilfläche (17) der anderen Stirnseite (15) auf diese Stirnseite (12) ausmacht.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkhaube (29) die Stirnseiten (25, 26) sowohl des von der Heißgasquelle (8) beauf schlagten als auch eines benachbarten Wabenkörpers (23) abdeckt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtung (21, 28) für das Reinigungsgas (16) aus einem Austrittsstutzen (21, 28) für das austretende Reinigungsgas (16) und etwaige Regenerationsprodukte besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasquelle (8) der Abgasein trittsseite des Rußfilters zugewandt ist. (Gleichstromre generation)

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasquelle (8) der Abgasaus trittsseite des Rußfilters zugewandt ist. (Gegenstromre generation).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasquelle (8) ein mit flüssigem oder gasförmigem Brennstoff betriebener Bren ner ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißgasquelle ein elektrisch beheiztes Gebläse ist.