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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung
eines Partikelfilters und ein Verfahren zur Behandlung von Abströmen, die
bei der Reinigung erzeugt werden.
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Die
Abgase der Dieselmotoren, die Gasöl als Kraftstoff verwenden,
enthalten sowohl gasförmige Verunreinigungen
wie unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickoxide oder Kohlenmonoxide
als auch feste Verunreinigungen, die hauptsächlich aus Rußpartikeln
bestehen. Die Umweltverschmutzungsschutznormen, die auf die Dieselmotoren
angewendet werden, erfordern eine immer ausgedehntere Beseitigung
der Rußpartikelemissionen
in den Abgasen dieser Motoren.
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Um
die Beseitigung der Rußpartikel
sicherzustellen, ist eine Nachbehandlung der Abgase unter Verwendung
eines Partikelfilters notwendig.
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Ein
derartiger Partikelfilter wird in der Auspuffleitung des Motors
installiert und umfasst mindestens ein Filtrationselement, das aus
einem Filterträger
mit poröser
Struktur besteht, der eventuell einem anderen Umweltverschmutzungsschutzelement
zugeordnet ist, welcher in einem Metallmantel befestigt ist, der
mit der Auspuffleitung verbunden ist. Der Filterträger oder
die Filterelemente, die im Metallmantel des Filters angeordnet sind,
der "Canning" genannt wird, bestehen
im Allgemeinen aus Elementen aus einem porösen Keramikmaterial. Der Filterträger wird von
den Abgasen zwischen einem Eingangsende und einem Ausgangsende des
Filters durchströmt, was
es ermöglicht,
die festen Rußpartikel
in Suspension in den Abgasen zurückzuhalten,
um ein gereinigtes Gas am Ausgang zu erhalten. Der Partikelfilter kann
stromabwärts
eines Katalysators angeordnet sein.
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Im
Verlauf des Betriebs des Motors füllt sich der Filterträger mit
Rußpartikeln,
die sich im Inneren seiner Porositäten ablagern, so dass sich
der Filter fortschreitend verstopft. Die Reinigung des Filters kann
erhalten werden, indem der in den Porositäten des Filterträgers abgelagerte
Ruß in
der Abgasleitung selbst während
der Verwendung des Kraftfahrzeugs verbrennen lassen wird.
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Der
Ruß verbrennt
in Gegenwart von Sauerstoff bei Temperaturen in der Größenordnung
von 550°C
bis 600°C.
Derartige thermische Niveaus werden durch die Abgase eines Dieselmotors
eines Personenfahrzeugs nur selten erreicht. Deshalb ist es erforderlich,
den Beginn der Regenerierung der Filtrationselemente durch Hinzufügen eines
Additivs in den Kraftstoff, das es ermöglicht, die Verbrennungstemperatur
des Rußes
zu senken, zu fördern.
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Die
Additive bestehen im Allgemeinen aus organometallischen Zusammensetzungen,
die in bestimmten Verhältnissen
in das Gasöl
gemischt dem Kreislauf des Gasöls
folgen. Sie werden somit durch das Einspritzsystem in die Verbrennungskammer eingespritzt
und ihre Verbrennungsrückstände befinden
sich in den Abgasen.
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Die
Anwesenheit dieser Additive im Partikelfilter, wo sie innig mit
den Rußpartikeln
vermischt werden, ermöglicht,
dass sie bei der Verbrennung der Rußpartikel eine Katalysatorrolle
spielen und die Zündtemperaturen
des Rußes
auf ungefähr
350°C bis
550°C senken.
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Die
eventuell katalysierte Verbrennung des Rußes im Partikelfilter ermöglicht es,
die organischen Zusammensetzungen und den in diesem Ruß enthaltenen
Kohlenstoff zu beseitigen. Am Ende der Regeneration des Filters
durch Verbrennung bleiben jedoch Mineralrückstände, die in den Poren und den Kanälen des
Filterelements zurückgehalten
werden. Diese Mineralrückstände bestehen
insbesondere aus Rückständen, die
von den Additiven zur Hilfe der Verbrennung des Rußes, anderen
Additiven, die in das Gasöl
integriert sind oder auch von Schmiermittel stammen; diese Rückstände können auch
aus Partikeln aufgrund des Verschleißes des Motors bestehen oder
von der äußeren Umgebung
stammen, wenn derartige Partikel nicht vom Luftfilter des Motors
zurückgehalten
werden. Alle diese Rückstände bleiben in
den Poren und den Kanälen
des Filterelements des Partikelfilters eingelagert. Vom Gesichtspunkt der
chemischen Zusammensetzung können
zahlreiche Spezies in diesen Rückständen vorliegen,
beispielsweise Oxide, Sulfate, Nitrate oder Phosphate von Elementen
wie Cer, Zink, Kalzium, Kupfer, Eisen oder Nickel.
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Der
Partikelfilter verschmutzt fortschreitend und die Verstopfung des
Filterelements kann nach einer bestimmten Betriebsdauer in der Auspuffleitung derart
sein, dass sich eine Verschlechterung der Leistungen des Motors
und eine Erhöhung
des Kraftstoffverbrauchs ergibt. Es ist folglich erforderlich, um die
zufrieden stellenden Funktionsbedingungen des Filters wiederherzustellen,
entweder den Filter durch einen neuen Filter zu ersetzen oder den
Filter zu reinigen.
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Aufgrund
der erhöhten
Kosten der Partikelfilter kann es wirtschaftlich interessant sein,
einen Austausch des Filters zu vermeiden.
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Im
Dokument
EP-A-0335 240 kennt
man eine Vorrichtung zur Reinigung eines hohlen Körpers, der
einen Katalysator enthält,
mit einem Befestigungsmittel, einer Düse zur Bildung eines Reinigungsfluidstroms
entlang einer Längsrichtung
des zu reinigenden Objekts und einer Baugruppe zur Verteilung des
Reinigungsfluids unter Druck, so dass das Reinigungsfluid das zu
reinigende Objekt in einer Längsrichtung
durchströmt.
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Man
kennt im Dokument
DE-A-4313132 auch
eine Vorrichtung zur Reinigung eines Partikelfilters.
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Mit
diesen bekannten Vorrichtungen können jedoch
Reinigungsfluidtröpfchen
im Partikelfilter nach seiner erneuten Montage verbleiben, was seiner Funktion
schaden kann.
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Das
Ziel der Erfindung besteht folglich darin, ein Verfahren zur Reinigung
eines Partikelfilters mit einem Filterträger mit einer porösen Struktur,
der eventuell einem Katalysator zugeordnet ist, welcher in einem
Metallmantel befestigt ist, vorzuschlagen, wobei der Filter im Betrieb
in einer Auspuffleitung eines Kraftfahrzeugs montiert ist, so dass
er zwischen einem Eingangsende und einem Ausgangsende von einem
Abgasstrom des Motors des Kraftfahrzeugs durchströmt wird,
der Rußpartikel
enthält
und von dem zumindest ein Teil durch den Filterträger zurückgehalten
wird und eine eventuell katalysierte Verbrennung des Filterträgers unter
der Wirkung einer Erhitzung durch die Abgase erfährt, was es ermöglicht,
den Filter in der Abgasleitung zu regenerieren, wobei dieses Reinigungsverfahren
es ermöglicht,
einen Austausch des Filters zu vermeiden, wenn der Filter durch
Mineralrückstände am Ende
der Regeneration durch Verbrennung verschmutzt ist.
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Dazu
wird nach einer Betriebsdauer des Filters in der Auspuffleitung,
so dass der Filterträger
des durch Verbrennung regenerierten Filters zumindest teilweise
durch Rückstände verstopft
ist und die Funktion des Filters verschlechtert ist:
- – zumindest
ein Teil der Auspuffleitung mit dem Partikelfilter, der durch Verbrennung
regeneriert wird, demontiert, um sie vom Kraftfahrzeug zu trennen;
und
- – durch
den Filterträger,
der eventuell zu einem Katalysator gehört, in der Richtung, die vom
Ausgangsende bis zum Eingangsende des Filters verläuft, mindestens
ein Reinigungsfluidstrom mit gesteuertem Druck und gesteuerter Durchflussmenge
strömen
lassen, um die im Filterträger
zurückgehaltenen
Rückstände zu dissoziieren
und mitzunehmen, während
einer Behandlungsdauer, die ausreicht, um die Verstopfung des Filters
zu verringern, bis erneut eine zufrieden stellende Funktion des
Filters in der Auspuffleitung ermöglicht wird, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Zyklus ausgeführt wird, der abwechselnd eine Reinigungsphase,
in deren Verlauf durch den Filterträger des Filters eine Reinigungsflüssigkeit unter
Druck wie Wasser unter Druck strömen
lassen wird, und eine Austriebs- und/oder Trocknungsphase, in der
durch den Filterträger
ein Gas unter Druck wie Druckluft strömen lassen wird, umfasst.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung, die es ermöglicht,
das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren
auszuführen.
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Um
die Erfindung gut verständlich
zu machen, werden nun als Beispiel mit Bezug auf die im Anhang beigefügten Figuren
die Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Ausführen
der Reinigung eines Partikelfilters eines Dieselmotorfahrzeugs,
die verwendete Vorrichtung und ein Verfahren zur Behandlung der
Reinigungsabströme
beschrieben.
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1 ist
eine schematische Ansicht einer Anlage gemäß einer ersten Ausführungsform,
die es ermöglicht,
das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren
auszuführen.
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2 ist
eine schematische Ansicht einer Anlage gemäß einer zweiten Ausführungsform,
die es ermöglicht,
das Verfahren der Erfindung auszuführen.
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Nach
einer bestimmten Betriebsdauer eines Kraftfahrzeugs mit Dieselmotor
mit einer Auspuffleitung, in die ein Partikelfilter eingefügt ist,
wobei diese Betriebsdauer beispielsweise einer vom Fahrzeug zurückgelegten
Strecke in der Größenordnung
von 80000 km entsprechen kann, kann es sich als notwendig erweisen,
eine Reinigung des Partikelfilters auszuführen, um die Leistungen des
Motors wiederherzustellen und um den Kraftstoffverbrauch zu begrenzen.
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Die
Reinigung des Partikelfilters kann in einem Wartungskundendienst
oder in einer Reparaturwerkstatt, in der man vorzugsweise über eine
Reinigungsanlage, wie in 1 oder in 2 dargestellt, verfügt, ausgeführt werden.
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Es
ist auch möglich,
das erfindungsgemäße Verfahren
unter Verwendung einer anderen Anlage auszuführen.
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Vor
dem eigentlichen Reinigungsvorgang stellt man sicher, dass der Filter
durch Verbrennung der im Filterträger enthaltenen Rußpartikel
regeneriert wurde. Alle organischen Zusammensetzungen und die kohlenstoffhaltigen
Strukturen, die im Ruß enthalten
sind, wurden verbrannt, aber der Filterträger enthält Mineralrückstände verschiedener Arten, die
seine Poren und seine Kanäle
versperren und zur Verstopfung des Filters führen.
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Zuerst
führt man
die Entfernung der ganzen oder eines Teils der Auspuffleitung aus,
um den Partikelfilter oder einen Teil der Auspuffleitung mit zumindest
dem Partikelfilter vom Kraftfahrzeug zu trennen. Der Reinigungsvorgang,
der aus dem Beseitigen aller festen Rückstände, die den Partikelfilter
verschmutzen, besteht, kann an einer Anlage, wie in 1 oder
in 2 dargestellt, ausgeführt werden.
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Die
entsprechenden Elemente in den 1 und 2 sind
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und nachstehend wird der
den zwei Anlagen gemeinsame Teil ohne spezielle Bezugnahme auf die eine
oder andere der zwei Figuren beschrieben.
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Die
in allgemeiner Weise mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnete
Reinigungsanlage umfasst ein Stützgestell 2,
an dem ein angelenkter Arm 3 montiert ist, der an seinem
freien Ende ein Element 4 zum Halten eines Partikelfilters 5 umfasst,
an dem die Reinigung durchgeführt
wird, wobei das Halteelement 4 vorzugsweise aus einem Flansch
besteht, mit dem ein Ende des Partikelfilters 5 in Eingriff
gebracht und an diesem befestigt wird.
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Der
Arm 3 umfasst eine im Wesentlichen vertikale Säule, die
mit dem Stützgestell 2 fest
verbunden ist, an der der eigentliche Arm 3a, an dessen Ende
der Flansch 4 befestigt ist, durch einen Zwischenarm und
Gelenke 3b montiert ist, die blockiert werden können, um
den Arm 3a in einer festen Position zu halten. Die gelenkige
Montage des Arms 3a an der mit dem Stützgestell 2 fest verbundenen
Säule ermöglicht durch
die Gelenke 3b, die Position des Arms 3a, der
den Partikelfilter 5 trägt,
in horizontalen Richtungen X und Y, die zueinander senkrecht sind, und
in der vertikalen Richtung Z zu regeln.
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Der
Partikelfilter 5 umfasst einen Metallmantel oder "Canning", in dessen Innerem
ein Filterträger 6 mit
poröser
Struktur, der beispielsweise aus einem Element aus porösem Keramikmaterial
gebildet ist, das eventuell einem anderen Umweltverschmutzungsschutzelement
zugeordnet ist, untergebracht ist.
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Der
Filter 5 umfasst einen Eingangsteil an einem seiner Längsenden 5a und
einen Ausgangsteil an seinem entgegengesetzten Längsende 5b.
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Wenn
der Partikelfilter 5 in der Auspuffleitung des Kraftfahrzeugs
in Betrieb ist, treten die Abgase in den Partikelfilter durch das
Ende 5a ein und treten aus dem Filter durch sein entgegengesetztes
Ende 5b aus.
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Der
Partikelfilter 5 wird am Ende des Arms 3 so befestigt,
dass seine Längsachse 7 im
Wesentlichen vertikal ist, wobei der Teil des Filters mit dem Ausgangsende 5b,
das mit dem Flansch 4 in Eingriff gebracht wird, am oberen
Teil des Filters und das Eingangsende 5a an seinem unteren
Teil liegt.
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Der
Arm 3 ist so entworfen, dass der eigentliche Armteil 3a,
der den Filter 5 trägt,
eine Last in der Größenordnung
von 800 N trägt.
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Man
kann natürlich
eine Reinigungsanlage entwerfen, wobei der Partikelfilter mit seiner
Längsachse 7 entsprechend
der allgemeinen Zirkulationsrichtung der Gase im Filter in Betrieb
in einer von der vertikalen Richtung verschiedenen Richtung angeordnet
wird.
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Der
regenerierte Partikelfilter 5, der am Arm 3 der
Reinigungsvorrichtung 1 montiert wird, ist mit festen Mineralrückständen verschmutzt,
die in den Poren des Filterträgers 6 zurückgehalten
sind.
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Der
durch die Vorrichtung 1 ausgeführte Reinigungsvorgang zielt
darauf ab, die im Filterträger 6 des
Filters 5 enthaltenen festen Partikel möglichst vollständig zu
beseitigen.
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Dafür wird eine
Düse oder
ein Satz von Düsen 8 durch
einen am Arm 3a angelenkten Träger 9 derart montiert,
dass die Düse
oder der Satz von Düsen 8 über dem
Ausgangsende 5b des Filters angeordnet werden kann und
entlang der Längsachse 7 des
Filters 5 gerichtet werden kann. Der Träger 9 kann verschoben
werden, um die Position der Düse oder
des Satzes von Düsen 8 in
der axialen Richtung 7 in Bezug auf das Ausgangsende 5b des
Partikelfilters 5 zu regeln. In den Endteilen 5a und 5b des
Filters 5 ist der Filterträger 6 nicht durch
den Blechmantel bedeckt, um den Durchgang der Abgase zu ermöglichen,
wenn der Filter in der Auspuffleitung des Kraftfahrzeugs montiert
ist, wobei die Stirnflächen des
Filterträgers 6 am
Eingang und am Ausgang des Filters 5 ersichtlich sind.
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Die
Düse 8 oder
mindestens eine der Düsen des
Satzes von Düsen
kann mit Fluid unter Druck von einer Verteilungsbaugruppe 10 mit
Elektroventilen und einem Programmsteuergerät, das es ermöglicht, die
verschiedenen Reinigungsphasen zu steuern, gespeist werden.
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Das
Eingangsende 5a des Partikelfilters 5 wird über einem
Element 11 zur Rückgewinnung
einer Flüssigkeit
mit der Form eines Trichters, der mit einem Rückgewinnungsbehälter 12 in
Verbindung steht, angeordnet.
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Die
jeweils in den 1 und 2 dargestellten
Reinigungsvorrichtungen unterscheiden sich nur durch die Mittel,
die zum Versorgen der Baugruppe 10 zur Verteilung von Fluid
zur Düse
oder zum Satz von Düsen 8 zur
Reinigung des Filters verwendet werden.
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Im
Fall der in 1 dargestellten Vorrichtung wird
die Verteilungsbaugruppe 10 mit Wasser unter Druck durch
eine Leitung 13 versorgt, die mit einer Quelle für Wasser
unter Druck, die von der Reinigungsanlage unabhängig ist, verbunden ist.
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Im
Fall der in 2 dargestellten Reinigungsvorrichtung
wird die Verteilungsbaugruppe 10 mit Wasser unter Druck
durch eine Leitung 14 versorgt, die mit einer Pumpe oder
einem Aufladegebläse 15 verbunden
ist, die/das in einen Versorgungsbehälter 16 eingetaucht
sein kann (oder nicht), der am Stützgestell 2 der Reinigungsvorrichtung 1 befestigt ist.
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Wie
später
erläutert
wird, ist das im Versorgungsbehälter 16 zurückgewonnene
Versorgungswasser das Wasser, das durch Verdampfung der im Rückgewinnungsbehälter 12 zurückgewonnenen Reinigungsflüssigkeit
erhalten wird.
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Außerdem wird
die Versorgungsbaugruppe im Fall der in 1 dargestellten
Reinigungsvorrichtung wie im Fall der in 2 dargestellten
Reinigungsvorrichtung mit Druckluft durch eine Leitung 17 und
mit elektrischem Strom zur Steuerung der Elektroventile durch eine
Leitung 18 versorgt.
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In
allen Fällen
wird die Reinigung des Filters 5 durch Versorgen der Düse oder
des Satzes von Düsen 8 mit
Fluid unter Druck von der Baugruppe 10 ausgeführt. Das
Fluid unter Druck wird auf eine Oberfläche des Filterelements 6,
am Ausgangsende 5b des Filters 5 gelenkt, so dass
der Strom des Fluids unter Druck den Filterträger 6 des Filters
in einer im Allgemeinen zur Längsachse 7 des
Filters parallelen Richtung durchströmt.
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Vorzugsweise
bewirkt man die Reinigung des Filters, indem nacheinander durch
Reinigungsdüsen
des Satzes von Düsen 8 eine
Reinigungsflüssigkeit
und durch Trocknungs- und Austriebsdüsen des Satzes von Düsen 8 ein
Gas unter Druck wie Druckluft geschickt wird, wobei die Versorgung
der Düsen
durch Elektroventile der Verteilungsbaugruppe 10 durch
das Programmsteuergerät
gesteuert wird.
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Man
kann die Möglichkeit
vorsehen, mit Hilfe der Düsen
impulsförmige
Strahlen von Reinigungsflüssigkeit
und/oder Gas unter Druck mit festen oder variablen Frequenzen zu
bilden, die durch den Filterträger 6 geschickt
werden.
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Die
Reinigungsflüssigkeit,
die aus Wasser oder einer gegenüber
dem Filterträger
und den Bestandteilen der Auspuffleitung nicht aggressiven chemischen
Lösung
besteht, wird unter Druck auf die Ausgangsfläche des Filters geschickt,
so dass die Reinigungsflüssigkeit,
die im Allgemeinen in der Richtung der Achse 7 des Filters
zirkuliert, in die Poren des Filterträgers eindringen kann, um mit
den durch die Poren des Filterträgers
zurückgehaltenen festen
Rückständen in
Kontakt zu kommen. Im Inneren der Poren zerstört die Reinigungsflüssigkeit
in Kontakt mit den Rückständen die
Zusammensetzungen, die die Rückstände bilden,
durch chemische Wirkung und/oder stellt sicher, dass diese Rückstände aufgelöst oder
in Suspension gebracht werden.
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Der
Druck des Reinigungsstroms muss geregelt und reguliert werden, um
es zu vermeiden, den Filterträger
zu verschlechtern oder die Verlagerung des Filterträgers im
Inneren seines Metallmantels zu erzeugen. Andererseits muss der
Druck der Reinigungsflüssigkeit,
die im Allgemeinen aus Wasser besteht, ausreichen, damit der Reinigungsflüssigkeitsstrom
in das ganze Volumen des Filterträgers eindringt. Vorzugsweise
liegt der Druck des Reinigungsflüssigkeitsstroms
zwischen 1 und 100 bar und die Auftreffoberfläche des Reinigungsstrahls am
Ausgangsende des Filters ist ungefähr 1 cm2.
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Die
Düsen des
Satzes von Düsen 8 sind
so hergestellt, dass sie ein regelmäßiges Spülen der Oberfläche des
Ausgangsendes des Filters 5 ermöglichen, die die Eingangsfläche bei
dem Reinigungsvorgang bildet, wobei die Reinigungsflüssigkeit
(oder das Austriebs- und
Trocknungsgas) vom Ausgangsende zum Eingangsende des Filters, das
heißt
in der zur Zirkulation der Abgase im Filter in der Betriebsposition
in der Auspuffleitung des Kraftfahrzeugs entgegengesetzten Richtung,
zirkuliert.
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Die
Durchflussmenge der Reinigungsflüssigkeit
wie des Wassers liegt im Allgemeinen zwischen 1 und 50 Litern pro
Minute gemäß der Größe und den Eigenschaften
des Partikelfilters.
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Die
Temperatur der Reinigungsflüssigkeit
in dem Fall, in dem diese Flüssigkeit
Wasser ist, kann von der Umgebungstemperatur, beispielsweise 20°C, bis zu
einer Temperatur, bei der das Wasser in Form von Dampf vorliegt,
gehen.
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Wenn
man eine Reinigungsphase durch Einspritzen von Reinigungsflüssigkeit
in den Filterträger des
Filters 5 bewirkt hat, führt man anschließend eine Austriebs-
und Trocknungsphase durch Speisen der Austriebs- und Trocknungsdüsen mit
einem Gas unter Druck, das im Allgemeinen Druckluft oder eventuell
ein anderes geeignetes, nicht toxisches Gas ist, aus.
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Wie
im Fall der Reinigung führt
man eine regelmäßige Spülung der
Stirnfläche
des Filters mit dem Strahl von Gas unter Druck aus.
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Während der
Reinigungsphase und während der
Austriebs- und Trocknungsphase kann die Spülung unter Verwendung von einer
oder mehreren um eine zur Längsachse
des Filters parallele Achse drehbaren und in Bezug auf diese Längsachse
geneigten Düsen
ausgeführt
werden.
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Der
Fluss von Gas unter Druck, beispielsweise Druckluft, dringt in den
porösen
Filterträger 6 ein und
erzeugt den Austrieb der festen Rückstände, die im Reinigungswasser
während
der vorangehenden Reinigungsphase in Lösung oder in Suspension gebracht
wurden.
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Die
Folge einer Reinigungsphase und einer Austriebs- und Spülphase durch
ein Gas unter Druck bildet einen Zyklus des Reinigungsverfahrens.
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Die
Dauer der aufeinander folgenden Phasen der Reinigung durch eine
Flüssigkeit
und des Austriebs und der Trocknung durch ein Gas wird geregelt,
um eine optimale Reinigungswirkung zu erhalten.
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Die
Dauer des Aufbringens des Reinigungsflüssigkeitsstroms wird optimiert,
um eine chemische Wirkung der Reinigungsflüssigkeit auf die Substanzen,
die die Rückstände bilden,
und eine mechanische Wirkung aufgrund des Drucks der Reinigungsflüssigkeit
zu ermöglichen,
während
die Füllung
des Filters und der Überlauf
der Reinigungsflüssigkeit
wie Wasser durch das Ausgangsende des Filters vermieden werden.
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Die
Dauer des Aufbringens des Reinigungsstroms liegt zwischen einer
und einigen Minuten.
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Die
Dauer des Aufbringens des Gasstroms zum Austreiben der gelösten Substanzen
oder Substanzen in Lösung
kann von einigen Sekunden bis einigen Minuten gehen und dieses Aufbringen
kann in mehrere aufeinander folgende Phasen aufgeteilt oder in unstetiger
Weise ausgeführt
werden.
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Der
Zyklus mit nacheinander einer Reinigungsphase und einer Austriebs-
und Spülphase muss
eine Anzahl von Malen wiederholt werden, die ausreicht, um eine
vollständige
oder praktisch vollständige
Extraktion der festen Rückstände, die
im Partikelfilter vorliegen, zu ermöglichen.
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Am
Ende von jedem der Zyklen oder nach einer bestimmten Anzahl von
Zyklen misst man den durch den Partikelfilter induzierten Druckverlust
beispielsweise am Austriebs- und
Spülgasstrom
oder an einem Gasfluss, der einen Abgasfluss im Filter simulieren
kann.
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Wenn
der durch den Partikelfilter induzierte Druckverlust den Druckverlust
des Filters im neuen Zustand erreicht hat oder sich sehr nahe diesem
befindet, stoppt man den durch aufeinander folgende Zyklen ausgeführten Reinigungsvorgang.
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Im
Allgemeinen kann eine sehr gute Reinigung eines Partikelfilters,
der durch eine Verwendung in einem Kraftfahrzeug verstopft ist,
das eine Kilometerleistung in der Größenordnung von 80000 km durchgeführt hat,
durch Durchführen
von ungefähr dreißig aufeinander
folgenden Reinigungs- und Trocknungszyklen ausgeführt werden.
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Der
letzte Fluss von Gas unter Druck am Ende des letzten Reinigungszyklus
muss in ausreichender Weise verlängert
werden, um ein Maximum an Wasser oder Reinigungsflüssigkeit
zu beseitigen, und kann mit einem heißen Gasstrom, beispielsweise
durch Druckluft mit einer Temperatur zwischen einer Umgebungstemperatur,
beispielsweise 20°C, und
der maximalen Temperatur, die das Filtermaterial aushalten kann,
ausgeführt
werden.
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Während der
Reinigungsphase und während der
Austriebs- und Spülphase
gewinnt man im Behälter 12 durch
die Rückgewinnungsvorrichtung 11 einen
Abstrom zurück,
der aus der Reinigungsflüssigkeit,
die in Lösung
und/oder in Suspension Substanzen verschiedener chemischer Arten
enthält,
die von den Rückständen stammen,
die durch die Reinigungsflüssigkeit
und das Austriebs- und Trocknungsgas im Inneren des Filterträgers 6 zerstört, gelöst oder
herausgerissen wurden, besteht.
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Der
Reinigungsabstrom, der stark mit mineralischen Elementen beladen
ist, kann nicht in die Umwelt weggeworfen werden und muss folglich sorgfältig am
Eingangsende des Filters, durch das der Abstrom ausgetrieben wird,
zurückgewonnen werden.
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Der
Reinigungsvorgang durch Ausführung von
aufeinander folgenden Zyklen wird in vollständig automatischer Weise durch
das Programmsteuergerät
der mit dem Satz von Düsen 8 verbundenen
Verteilungsbaugruppe 10 gesteuert. Der Benutzer der Reinigungsvorrichtung
hat nur die Aufgabe, die Beseitigung der Rückstände im Filter beispielsweise durch
die Druckverlustmessungen zu kontrollieren.
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Am
Ende des Vorgangs wird der Partikelfilter 5 oder der Teil
der Auspuffleitung mit dem Partikelfilter 5 von der Reinigungsvorrichtung
getrennt und wieder am Fahrzeug montiert.
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Vor
seiner Montage am Fahrzeug kann der Filter oder der Teil der Auspuffleitung
mit dem Filter in einen Trockenofen geführt oder einem heißen Gasstrom
ausgesetzt werden, um die Trocknung des porösen Filterträgers des
Partikelfilters zu vervollständigen.
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Wenn
man das Fahrzeug nach der erneuten Montage des Partikelfilters oder
des Teils der Auspuffleitung wieder in Gang setzt, ist es empfohlen, den
Motor einige Zeit mit niedriger Drehzahl drehen zu lassen, um eine
geringe Durchflussmenge von Abgas zu erzeugen. Somit kann man das
eventuell in den Porositäten
des Partikelfilters vorhandene Wasser vollständig beseitigen, ohne zu riskieren,
die Funktion des Motors durch einen zu hohen Gegendruck in der Auspuffleitung
zu verschlechtern.
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Wie
weiter oben angegeben, darf der im Rückgewinnungsbehälter 12 zurückgewonnene
Reinigungsabstrom aufgrund seiner Schädlichkeit nicht in die Umwelt
weggeworfen werden. Die Abströme enthalten
nämlich
Anteile von chemischen Spezies, die groß sein können, wie Oxide, Sulfate, Phosphate oder
Nitrate von Metallen wie Cer, Zink, Kalzium, Kupfer, Eisen oder
Nickel. Diese chemischen Spezies können Gefahren für die Umwelt
darstellen. Außerdem
weist der Abstrom im Allgemeinen einen sauren pH-Wert auf, was sein Wegwerfen in die
Umwelt ohne Nachbehandlung auch untersagt.
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Folglich
ist es erforderlich, ein Verfahren zur Nachbehandlung vorzusehen,
das es ermöglicht, vom
Abstrom, der im Allgemeinen aus einer wässerigen Lösung besteht, die Mineralzusammensetzungen,
die er enthält,
zu trennen und seinen pH auf einen im Wesentlichen neutralen Wert
zu bringen.
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Der
im Rückgewinnungsbehälter 12 zurückgewonnene
Abstrom wird folglich zuerst durch Zugabe einer basenbildenden oder
Pufferzusammensetzung mit einem neutralen oder leicht basischen pH-Wert
behandelt, was den Effekt hat, einerseits die in Lösung im
Abstrom enthaltenen mineralischen Elemente auszufällen und
andererseits den pH-Wert der
wässerigen
Lösung
des Abstroms auf einen im Wesentlichen neutralen Wert zu bringen.
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Anschließend führt man
eine Trennung durch Dekantierung, Filtration, Zentrifugation oder
jedes andere Verfahren zur Trennung einer Flüssigkeit und eines Feststoffs
aus, um Wasser (oder eine neutrale Lösung) zu erhalten, das gereinigt
wurde, das heißt
von den Mineralzusammensetzungen getrennt wurde. Diese Lösung kann
in den Abwasserkanal weggeworfen oder wieder verwendet werden, um
einen neuen Reinigungsvorgang eines Partikelfilters durchzuführen. Andererseits
erhält
man einen im Wesentlichen festen oder pastenförmigen Kuchen, der Mineralzusammensetzungen
enthält,
wobei dieser feste oder pastenförmige
Kuchen wie ein Industrieabfall behandelt werden muss. Der Benutzer
kann diesen vom Abstrom getrennten festen Teil einer auf die Behandlung
und Beseitigung von chemischen Abfällen spezialisierten Gesellschaft
anvertrauen.
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Die
zurückgewonnenen
Volumina sind offensichtlich beträchtlich geringer als die Volumina
von im Rückgewinnungsbehälter 12 zurückgewonnenen
Abströmen.
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Man
kann jegliche Art von basenbildender Zusammensetzung oder Pufferlösung verwenden, um
den pH-Wert des Abstroms auf einen neutralen oder leicht basischen
Wert zu bringen.
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In
dem Fall, in dem man eine Reinigungsvorrichtung, wie in 2 dargestellt,
verwendet, kann das von den Mineralzusammensetzungen durch den Nachbehandlungsvorgang
getrennte gereinigte Wasser in den Versorgungsbehälter 16 eingeleitet
werden, in dem die Pumpe oder das Aufladegebläse 15 sicherstellt,
dass das Wasser, das zur Verteilungsbaugruppe 10 geschickt
wird, abgeschöpft
und unter Druck gesetzt wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
folglich, in schneller und automatischer Weise die Reinigung von
Partikelfiltern von Dieselfahrzeugen nach der Demontage des Filters
oder eines Teils der Auspuffleitung mit dem Filter sicherzustellen,
wobei der Filter vorher durch Verbrennung von Ruß regeneriert wurde. Nach der
Reinigung kann der vollständig
regenerierte Filter wieder in der Auspuffleitung des Kraftfahrzeugs
angeordnet werden.
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Die
Erfindung ist nicht streng auf die Ausführungsform, die beschrieben
wurde, begrenzt.
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Die
verschiedenen Phasen der Reinigung mit einer Flüssigkeit und des Austriebs
und der Trocknung durch ein Gas können gemäß einer Sequenz ausgeführt werden,
die von jener, die beschrieben wurde, verschieden ist.
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In
allgemeiner Weise führt
man mindestens einen Betriebszyklus mit abwechselnd einer Phase der
Reinigung mit einer Flüssigkeit
und einer Austriebs- und/oder Trocknungsphase mit einem Gas wie
Druckluft aus. Die Austriebsphase mit einem Gas kann nach oder vor
der Reinigungsphase mit einer Flüssigkeit
im Verlauf des oder der Zyklen ausgeführt werden.
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In
bestimmten Fällen
könnte
man ein einziges Reinigungs- und Austriebsfluid, beispielsweise
in Form eines Dampfs oder eines Gemisches von Gas und Flüssigkeit,
verwenden.
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Die
chemische Art der Reinigungsflüssigkeiten
und der Austriebs- und Trocknungsgase, die verwendet werden, kann
in verschiedener Art in Abhängigkeit
von der Art und der Eigenschaften der Partikelfilter gewählt werden.
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In
bestimmten Fällen
kann die Endtrocknungsphase des Filters unter Verwendung eines Trocknungsgases
oder ohne Verwendung eines Trocknungsgases im Inneren eines Trockenofens
bei einer relativ hohen Temperatur, die bis zur maximalen Temperatur
gehen kann, die das Filtermaterial aushalten kann, ausgeführt werden.
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Man
kann auch die Trocknung des Filters in einem Heißluftstrom durchführen, der
von einer Heiz- und Trocknungsvorrichtung analog zu einem Fön mit großer Leistung
erzeugt wird.
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In
dem Fall, in dem der Partikelfilter einem Katalysator zugeordnet
ist, der stromaufwärts
des Partikelfilters angeordnet ist, kann der Katalysator gleichzeitig
mit dem Filterträger
des Partikelfilters gereinigt werden, insbesondere wenn der Katalysator und
der Filterträger
sich in einem gemeinsamen Metallmantel befinden.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung können für die Reinigung
jedes Partikelfilters von Fahrzeugen mit Dieselmotor verwendet werden.