EP0612372A1 - Verfahren zur entfernung von elektrisch leitenden teilchen aus einem gasstrom sowie vorrichtung zur drucführung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zur entfernung von elektrisch leitenden teilchen aus einem gasstrom sowie vorrichtung zur drucführung des verfahrensInfo
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- EP0612372A1 EP0612372A1 EP93917533A EP93917533A EP0612372A1 EP 0612372 A1 EP0612372 A1 EP 0612372A1 EP 93917533 A EP93917533 A EP 93917533A EP 93917533 A EP93917533 A EP 93917533A EP 0612372 A1 EP0612372 A1 EP 0612372A1
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- EP
- European Patent Office
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- filter
- electrodes
- gas stream
- particles
- counter electrode
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
- F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
- F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
- F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
- F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
- F01N3/027—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means
- F01N3/0275—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles using electric or magnetic heating means using electric discharge means
Definitions
- the present invention relates to a method for
- the described removal of the filter involves increased effort, particularly in industrial areas.
- the present invention has for its object to provide a method for removing electrically conductive particles from a gas stream and a corresponding device for performing the method, with which it is possible to regenerate the filter loaded with particles with particularly little effort .
- this object is achieved by a method having the characterizing features of patent claim 1 and by a device having the characterizing features of patent claim 11.
- the inventive method for removing electrically conductive particles from a gas stream is based on the basic idea that the gas stream is passed through a filter and the particles are thereby separated from the gas stream.
- the filter is not removed in the method according to the invention. Rather, the correspondingly loaded filter is regenerated stationary in certain periods of time, with the deposited particles being subjected to an electrical spark and / or brief arc discharge for stationary regeneration until the particles ignite and then the ignited particles are converted into gaseous compounds by combustion become.
- the method according to the invention has a number of advantages. It is not necessary here, as in the prior art mentioned at the outset, to remove the particle-laden filter and to regenerate or dispose of it externally, which leads to the fact that Method according to the invention is characterized by a particularly high level of economy.
- the regeneration (cleaning) of the filter takes place in particularly short times, so that the filter can be regenerated at any time within a very short time.
- a significant back pressure to build up in the gas stream as a result of a correspondingly heavily loaded filter.
- the method according to the invention allows the use of particularly fine-mesh filters. This in turn means that the process according to the invention thus has a particularly high deposition residue with respect to the particles to be separated, which is expressed in a correspondingly high efficiency of cleaning the gas stream.
- spark and / or short-term arc discharge is to be understood as an electrical discharge in which an electrical spark or an electrical arc with a service life of between 0.0001 s and 1 s, preferably in the range between 0.001 s and 0.01 s.
- a voltage source with a voltage of less than 50 kV, in particular with a voltage between 500 V and 50 kV and preferably with a voltage between 2 kV and 25 kV.
- this exposure time depends on the voltage source used in each case and the type of the particles deposited. In the method according to the invention, this exposure time is usually less than 2 seconds and preferably varies between 0.01 s and 1.5 s. In particular, it was found that the previously mentioned exposure times for soot or sulfur particles deposited on a filter are completely sufficient to ignite these soot or sulfur particles accordingly and thus to convert them predominantly into gaseous carbon dioxide or gaseous sulfur dioxide.
- the average pore size of the filter used in the method according to the invention generally depends on the particle size of the particles to be separated. Normally, this average pore size varies between 5 nm and 400 nm. In particular between 150 nm and 300 nm, in special cases both filters with larger ones Ren pore sizes as well as filters with smaller average pore sizes can be used. If soot particles are to be separated from the exhaust gas stream of a diesel engine by the method according to the invention, filters are usually used for this purpose, the average pore size of which vary within the previously specified concrete values.
- the process according to the invention is separated into at least two partial gas flows, a filter being assigned to each partial gas flow, through which the partial gas flow is passed.
- This embodiment variant of the method according to the invention is always used in particular when the gas stream has a relatively high concentration of electrically conductive particles, so that the intervals between the regeneration are correspondingly extended. Furthermore, it is possible to work in this process variant in such a way that only one filter is flowed through by the gas stream, while the other filter is being regenerated at this time.
- another, particularly advantageous embodiment of the method according to the invention provides that additional air and / or oxygen be added to the filter during regeneration Feeds gas stream.
- the method according to the invention and the device described below are preferably also used to separate soot particles from an exhaust gas stream of a diesel engine. This is due to the fact that the method according to the invention, because of the quick and simple regeneration of the filter described above, reduces the use of relatively small and thus correspondingly in weight Filters allowed that can be installed in a space-saving manner, for example in the exhaust system of a vehicle.
- the present invention further relates to a
- the device according to the invention for carrying out the method according to the invention described above has a filter which is flowed in or through by the gas stream. At least two electrodes and at least one counter electrode for generating the electrical spark and / or arc discharge are assigned to the filter, the at least two electrodes and the at least one counter electrode being connected to a voltage source.
- the device according to the invention described above has the decisive advantage that as soon as the two electrodes and the counter electrode are connected to the voltage source, a spark or short-term arc discharge is always formed between the counter electrode and the area between the electrodes as soon as the surface of the filter is coated with the electrically conductive particles, ie the electrically conductive particles are thus deposited on the filter.
- a spark or arc discharge is then formed, as already described above, due to the shortening of the distance between the counter electrode and the deposited electrically conductive particle layer acting as an electrode, since the distance between the electrically conductive particle layer and the counter electrode is reduced accordingly.
- this distance serves to prevent clogging with particles. This would lead to the fact that this distance would be bridged by the appropriately deposited particles, so that an electrical short circuit between the counter electrode and the layer or the counter electrode and the electrode arises, so that spark and / or short-term arc discharges are no longer formed becomes.
- the distance preferably varies between approximately 2 mm and approximately 10 mm.
- Layer thickness can be deposited on the filter. Since this formation of the spark or arc discharge inevitably occurs, it is not necessary in the device according to the invention to provide corresponding control elements.
- the device according to the invention allows a particularly simple and effective regeneration of the filter without it being necessary to add any additives which cause the particle layer to burn off or detach from the surface of the filter to the gas stream to be cleaned.
- the device according to the invention also has a very simple construction and a low weight, so that the device according to the invention can also be used in particular where weight and space requirements play a decisive role, in particular also in vehicles in the exhaust-side area of a diesel engine.
- a first embodiment of the device according to the invention provides that the filter is designed as a filter tube, preferably as a ceramic filter tube.
- a filter tube can then be fitted excellently into a corresponding cylindrical exhaust pipe, it being particularly useful to arrange the filter tube in the gas stream in such a way that the particles to be separated are separated on the outside of the filter tube.
- a filter tube made of another material for example of electrically non-conductive material Steel, glass or the like .., where it is recommended to select a heat-resistant material for this.
- the filter tube can be positioned in the gas stream such that the particles to be separated are separated on the inside of the filter tube.
- the at least two electrodes assigned to the filter it should be noted that both the positioning and the design of these electrodes depend on the filter used in each case.
- the at least two electrodes it is particularly expedient here to design the at least two electrodes as ring electrodes and to assign them to the filter tube, in particular to fasten them in contact with the filter tube, these ring electrodes then being arranged at an axial distance from one another, as is described in detail below for an exemplary embodiment.
- Counter electrode required according to the invention is that this counter electrode is designed and positioned such that between the electrically conductive particles deposited on the filter tube and the counter electrode, the spark or short-term arc discharge, which has already been described several times, is formed.
- the counter electrode it is advisable to position the counter electrode here with a radial and axial distance from the at least two electrodes, a row of counter electrodes preferably being assigned to the filter tube.
- the at least two electrodes are configured as ring electrodes
- this counter electrode designed as a ring electrode then having a diameter which is substantially larger ß is greater than the diameter of the electrodes associated with the filter tube, so that this ensures a uniform radial distance between the cylindrical filter tube and the counter electrode designed as a ring electrode.
- the filter is not tubular, as described above. Rather, in this embodiment, a plate-like filter is provided, which preferably has a multiplicity of individual, spaced-apart filter plates which extend in the longitudinal direction or transversely to the direction of flow of the gas stream. In this case, in particular two to twenty filter plates are provided, in particular depending on the level of loading of the respective gas stream with particles.
- a wall in particular a gas-tight wall, is provided between adjacent filter plates, so that, as already described above, the total gas flow is divided into partial gas flows and, in addition, the partial gas flows are also each made by a gas-tight wall be partitioned off from neighboring gas streams.
- each filter plate-shaped filter is designed to ensure that the electrical spark and / or arc discharge required for regeneration is properly formed, each filter plate is assigned at least two electrodes spaced apart from one another. Furthermore, the counter electrode of each of the at least two electrodes is positioned at the same distance, so that the spark or arc discharge is reproducible and trouble-free between the counter electrode and the area of the filter between the two electrodes when this filter area with a corresponding layer of electrically conductive particles is occupied and therefore this area must be regenerated.
- Has counter electrodes provides that each counter electrode or electrode is assigned at least one capacitor which is connected between the respective counter electrode or the electrode and the voltage source. Electrodes decoupled in this way almost lead to a loss Free current limit reached, the output of the discharge being limited and kept at a predetermined value by varying the capacitance of the capacitor. Furthermore, this variant prevents a discharge from occurring on only one electrode or on a few electrodes, so that the discharges extend over the entire surface of the filter. In addition, an unlimited number of discharges can be generated with such a circuit, the respective counter electrodes and electrodes then being connected to only a single voltage source.
- an upstream resistor can also be used, this upstream resistor then causing corresponding current losses due to the heating.
- a particularly suitable development of the previously described embodiment of the device according to the invention, in which at least one capacitor is assigned to each counterelectrode or electrode, provides that the capacitor is designed as a coaxial cable.
- This development has the advantage that it has a relatively low weight, so that it can be installed in vehicles without any problems.
- the capacitance of such a capacitor, designed as a coaxial cable can be varied particularly easily, so that in such an embodiment of the device according to the invention, the power of the discharge varies in any manner and within a very short time and is adapted to the respective conditions can be.
- the capacitance of the capacitor which is connected between each counter electrode and the voltage source, it should be noted that this varies between 5 pF and 5,000 pF, preferably between 100 pF and 1,500 pF.
- the respective electrodes and the respective counter electrodes are arranged in parallel.
- electrically conductive materials in particular those materials which do not oxidize or corrode under the respective conditions, are selected for this.
- the electrode and / or the counter electrode are preferably made of aluminum, iron (steel), copper, platinum, platinum alloys, tungsten or nickel, aluminum, copper or iron being preferred for reasons of cost.
- each counter electrode is assigned a second capacitor, the second capacitor preferably connecting the electrode to the counter electrode.
- This second capacitor allows the time course of the spark or short-term arc discharge and thus the frequency range of the discharge to be varied over time.
- the capacitance of this second capacitor depends on the desired modulation, preferably capacitors are used as second capacitors whose capacitance is equal to or less than the capacitance of the first capacitor.
- capacitors are selected whose capacitance is 10% to 90% of the capacitance of the first capacitor.
- the variation of the capacitance of the second capacitor described above can be achieved in a particularly simple manner in that a coaxial cable is also used as the second capacitor, the desired capacitance of such a second capacitor also being able to be set by changing the length of the coaxial cable.
- the electrode and the counter electrode are connected, it should be noted that a voltage source designed as an alternating voltage is preferably used here. Usually this voltage source then generates an AC voltage with a frequency between 5 Hz and 20,000 Hz, preferably 50 Hz. With regard to the voltage generated by the voltage source provided in the device according to the invention, it should be noted that the magnitude of this voltage depends on the design and arrangement of the counterelectrode and the electrodes assigned for this purpose.
- the device according to the invention usually has a voltage source which generates an alternating voltage between 500 V and 50 kV, preferably between 2 kV and 25 kV.
- each partial gas stream is preferably assigned a separate filter which is arranged in the corresponding partial gas stream and through which the partial gas stream flows. This makes it possible to filter out larger quantities of particles from the gas stream or to regenerate the filter. ters to be carried out without the gas stream or the partial gas stream flowing through it.
- a further advantageous embodiment of the device according to the invention provides that a fresh air supply and / or an oxygen supply is arranged upstream of the filter as seen in the flow direction of the gas flow .
- the fresh air feed or oxygen supply preferably comprises a valve and a sensor, the valve being opened or closed depending on a control signal generated by the sensor.
- the sensor is assigned to the electrodes or the counter electrodes, so that the control signal for opening the valve is generated when a current flows between the electrode and the counter electrode, i.e. if a spark and / or short-term arc discharge is generated between the electrode and the counter electrode.
- the term is used repeatedly for a short time in connection with the spark and / or arc discharge. This means that the discharge takes place during a time between 10-1 seconds and 10-8 seconds, preferably 10-6 seconds and 10-2 seconds.
- the filter is simultaneously designed as a silencer of a diesel engine, this embodiment being distinguished by the fact that it can be arranged in a particularly space-saving manner.
- Advantageous developments of the method according to the invention and the device according to the invention are specified in the subclaims.
- the device according to the invention is explained in more detail below using two embodiments in conjunction with the drawing. Show it:
- Figure 1 is a general circuit diagram
- Figure 2 shows a modification of that shown in Figure 1
- Figure 3 is a schematic sectional view of a first
- Figure 4 is a schematic sectional view of a second
- Figure 5 is a schematic sketch of the flow path of the
- FIG. 1 schematically depicts a circuit diagram that is used in the embodiments of the device shown in FIGS. 3 to 5.
- the circuit diagram that is used in the embodiments of the device shown in FIGS. 3 to 5.
- the voltage source 1 for example, generates an alternating voltage of 5 kV with a frequency of 50 Hz.
- this voltage source 1 three electrodes 2, 3 and 4 shown by way of example and three counter electrodes 5, 6 and 7 shown by way of example are connected, both electrodes 2 to 4 and counter electrodes 5 to 7 being connected in parallel.
- Each counter electrode 5 to 7 is assigned a capacitor 8, 9 or 10, the capacitors 8 to 10 having a capacitance of 500 pF.
- the counter electrodes 5 to 7 are thus decoupled, which leads to Applying voltage between the electrodes 5 and 2, the electrodes 6 and 3 and the electrodes 7 and 4 when a certain limit voltage is exceeded, which is determined by the electrode spacing and by the capacitance of the capacitors 8 to 10, an electrical spark and / or brief arc discharge is formed. During this spark and / or arc discharge, alternating current flows through the respective capacitors 9-10.
- the circuit diagram shown in FIG. 2 differs from the circuit diagram described above in that the circuit here has a second capacitor 11.
- the circuit comprises a voltage source 1, a first capacitor 8, a counter electrode 5, an electrode 2, only one pair of electrodes 5 and 2 being shown in FIG. 2 by way of example.
- a second capacitor 11 is connected in parallel with the electrodes 5 and 2 and effects a time modulation of the spark or short-term arc discharge taking place between the electrodes 5 and 2.
- the capacitor 11 has a capacitance of the same size as the first capacitor.
- the voltage source 1 generates such a voltage as was specified above for the circuit diagram 1.
- FIG. 3 describes a first embodiment of the device, the device being a cylindrical ceramic filter tube 20 which is arranged in a cylindrical housing 21 surrounding the filter tube.
- a cylindrical annular space 22 is provided between the filter tube 20 and the housing 21, through which a gas stream laden with particles, for example an exhaust gas stream loaded with soot from a diesel engine, flows in the direction of arrow 23.
- the filter tube 20 is assigned three electrodes 2 to 4 shown by way of example, while two counter electrodes 5 and 6 are shown arranged on the housing 21. Both the electrodes 2 to 4 and the counter electrodes 5 and 6 are designed as ring electrodes which are connected as shown in FIG. 1. As soon as an electrically conductive particle layer 26 is deposited on the outside of the filter tube and this layer has reached a certain thickness, the layer 26 becomes conductive due to its connection to the electrodes 2 to 4, which means that when a boundary layer thickness is exceeded, a electrical spark or short-term arc discharge is ignited between this layer and the counter electrodes 5 and 6, as is sketched by reference numbers 27.
- the layer 26 is ignited and the corresponding layer material is converted into a gaseous state, which inevitably leads to the layer material burning off and thus to the filter being regenerated.
- the conductivity of the layer is interrupted as a result of the dissolution of the layer, so that the burning off is stopped automatically when the filter tube is completely regenerated.
- the embodiment described above has the particular advantage that the filter tube is regenerated automatically without complex controls depending on the respective layer thickness. This also applies to the second embodiment described below.
- FIGS. 4 and 5 differs from the previously described embodiment in that instead of the ceramic filter tube 20, plate-shaped filters 30 are arranged, which are positioned at a distance from one another. Between each filter plate 30, a gas-tight wall 31 is provided, so that the gas stream flowing in the direction of arrow 32 (FIG. 5) is inevitably passed through the filter plate 30 due to the sealing element 33 arranged on the head side.
- the electrically conductive particles contained in the gas stream are deposited on the surface thereof, as a result of which an electrically conductive layer of the deposited particles is formed on the surface of the filter plate 30.
- the gas-tight wall 31 is assigned electrodes 2, 3 and 4 and the filter plate 30 counter electrodes 5 and 6, which are connected as shown in FIG.
- this surface becomes electrically conductive, with the result that a spark or arc discharge is formed between the conductive layer and the electrodes when a certain boundary layer thickness is exceeded becomes.
- This leads to the particles being ignited thereby and thus being converted into gaseous compounds, with the result that the filter regenerates itself automatically.
- this erosion has ended and the distance between the electrodes has increased, no more discharges are generated until the corresponding layer thickness of the particles is formed again on the surface of the filter plate.
- the regeneration is started and ended automatically without it being necessary to provide complex control elements.
- the device according to the invention are particularly suitable for removing soot particles from the exhaust gas flow of diesel engines, preferably in motor vehicles.
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Description
Verfahren zur Entfernung von elektrisch leitenden Teilchen aus einem Gasstrom sowie Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Entfernung von elektrisch leitenden Teilchen aus einem Gasstrom mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 11.
Um Teilchen aus einem Gasstrom, so zum Beispiel einem industriellen Abgasstrom oder einem Fahrzeugabgasstrom, insbesondere aus einem Abgasstrom eines Dieselmotors, zu entfernen, ist es bekannt, diese Teilchen an einem entsprechend ausgebildeten Filter abzuscheiden. Hierbei ist dieses Filter im Abgasstrom angeordnet und wird von dem Abgasstrom durchströmt. Sobald jedoch das Filter beladen ist, muß es ausgebaut werden, so daß die hieran abgeschiedenen Teilchen mechanisch entfernt werden können oder das mit Teilchen beladene Filter entsorgt werden kann. Bei entsprechenden, mit Dieselmotoren versehenen Fahrzeugen führt dies dazu, daß je nach Betriebsweise das entsprechende Filter in regelmäßigen Intervallen, so zum Beispiel nach etwa 5.000 bis 15.000 Kilometer, regeneriert bzw. erneuert werden muß. Analoges gilt für solche Filter, die in industriellen Abgasströme angeordnet sind.
Die zuvor beschriebene Regenerierung bzw. der zuvor
beschriebene Ausbau der Filter beinhaltet insbesondere auch im industriellen Bereiche einen erhöhten Aufwand. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernung von elektrisch leitenden Teilchen aus einem Gasstrom sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung zu stellen, mit der es möglich ist, das entsprechend mit Teilchen beladene Filter mit besonders geringem Aufwand zu regenerieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Entfernung von elektrisch leitenden Teilchen aus einem Gasstrom beruht auf dem Grundgedanken, daß man den Gasstrom durch ein Filter führt und hierdurch die Teilchen aus dem Gasstrom abscheidet. Um nunmehr bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das mit elektrisch leitenden Teilchen beladene Filter zu regenerieren, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zum eingangs aufgeführten Stand der Technik das Filter nicht ausgebaut. Vielmehr wird das entsprechend beladene Filter stationär in bestimmten Zeitabschnitten regeneriert, wobei man zur stationären Regenerierung die abgeschiedenen Teilchen mit einer elektrischen Funken- und/oder kurzzeitigen Bogenentladung so lange beaufschlagt, bis hierdurch die Teilchen zünden und hiernach die gezündeten Teilchen durch Verbrennung in gasförmige Verbindungen überführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist eine Reihe von Vorteilen auf. So ist es hierbei nicht, wie beim eingangs aufgeführten Stand der Technik, erforderlich, das entsprechend mit Teilchen beladene Filter auszubauen und extern zu regenerieren bzw. zu entsorgen, was dazu führt, daß sich das
erfindungsgemäße Verfahren durch eine besonders hohe Wirtschaftlichkeit auszeichnet. Auch läuft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Regenerierung (Reinigung) des Filters in besonders kurzen Zeiten ab, so daß das Filter zu jedem beliebigen Zeitpunkt innerhalb von kürzester Zeit regeneriert werden kann. Somit kann es hierbei auch nicht zum Aufbau eines nennenswerten Staudruckes im Gasstrom in Folge eines entsprechend hoch beladenen Filters kommen. Ferner ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren auch nicht erforderlich, die am Filter abgeschiedenen Teilchen bei der Regenerierung durch Zusatz von Chemikalien zu dem Gasstrom zu entfernen, so daß das erfindungsgemäße Verfahren besonders umweltfreundlich ist. Wegen der zuvor beschriebenen und einfachen Regenerierung des Filters erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren, besonders feinmaschige Filter einzusetzen. Dies wiederum führt dazu, daß das erfindungsgemäße Verfahren somit einen besonders hohen Abscheidungsreste in bezug auf die entsprechend abzuscheidenden Teilchen besitzt, was sich in einem entsprechend hohen Wirkungsgrad der Reinigung des Gasstromes ausdrückt.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß man zur Erzeugung der Funken- und/oder der kurzzeitigen Bogenentladung eine Gleich- oder Wechselspannung, insbesondere eine Wechselspannung oder eine hochfrequente Spannung anlegt. Hierbei ist im Rahmen der vorliegenden Anmeldung unter Funken-und/oder kurzzeitiger Bogenentladung eine solche elektrische Entladung zu verstehen, bei der ein elektrischer Funken bzw. ein elektrischer Bogen mit einer Lebensdauer zwischen 0,0001 s und 1 s, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,001 s und 0,01 s, erzeugt wird.
Bei einer anderen, besonders vorteilhaften Weiterbildung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vielzahl von Funken- und/oder kurzzeitigen Bogenentladungen erzeugt, wobei man hier eine einzige Spannungsquelle
verwendet. Diese Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich insbesondere dann anwenden, wenn die elektrisch leitenden Teilchen, so zum Beispiel Ruß, aus einem Gasstrom eines Fahrzeuges, so insbesondere eines mit einem Dieselmotor angetriebenen Fahrzeuges, abgeschieden werden sollen.
Um besonders energiereiche Funkenentladungen bzw. kurzzeitige Bogenentladungen sicherzustellen, sieht eine Weiterbildung des zuvor beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß man hier eine Spannungsquelle mit einer Spannung kleiner als 50 kV, insbesondere mit einer Spannung zwischen 500 V und 50 kV und vorzugsweise mit einer Spannung zwischen 2 kV und 25 kV, verwendet.
Bezüglich der Zeit, die erforderlich ist, um die an dem Filter abgeschiedenen Teilchen durch die Funken- und/oder durch die kurzzeitige Bogenentladung zu zünden , ist allgemein festzuhalten, daß sich diese Beaufschlagungszeit nach der jeweils verwendeten Spannungsquelle und der Art der abgeschiedenen Teilchen richtet. Üblicherweise beträgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren diese Beaufschlagungszeit kleiner als 2 Sekunden und variiert vorzugsweise zwischen 0,01 s und 1,5 s. Insbesondere konnte festgestellt werden, daß die zuvor genannten Beaufschlagungszeiten bei auf einem Filter abgeschiedenen Ruß- oder Schwefelpartikel vollständig ausreichen, um diese Ruß- oder Schwefelpartikel entsprechend zu zünden und somit überwiegend in gasförmiges Kohlendioxid oder gasförmiges Schwefeldioxid umzuwandeln.
Die mittleren Porenweite des bei dem erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzten Filters richtet sich allgemein nach der Teilchengröße der jeweils abzuscheidenden Teilchen. Normalerweise variiert diese mittlere Porenweite zwischen 5 nm und 400 nm. insbesondere zwischen 150 nm und 300 nm, wobei in speziellen Fällen sowohl Filter mit größeren mittle
ren Porenweiten als auch Filter mit kleineren mittleren Porenweiten eingesetzt werden können. Sollen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren Rußpartikel aus dem Abgasstrom eines Dieselmotors abgeschieden werden, so werden hierfür üblicherweise Filter eingesetzt, deren mittleren Porenweite innerhalb der zuvor angegebenen konkreten Werte variieren.
Bei einer besonders geeigneten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens trennt man den Gasstrom in mindestens zwei Teilgasströme auf, wobei man jedem Teilgasstrom ein Filter zuordnet, durch das der Teilgasstrom geführt ist. Diese Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird immer insbesondere dann angewendet, wenn der Gasstrom eine relativ hohe Konzentration an elektrisch leitenden Teilchen aufweist, so daß die Intervalle zwischen der Regenerierung entsprechend verlängert werden. Desweiteren ist es möglich, bei dieser Verfahrensvariante so zu arbeiten, daß hierbei jeweils nur ein Filter von dem Gasstrom durchströmt wird, während der andere Filter zu diesem Zeitpunkt regeneriert wird.
Um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Regenerierung des Filters und somit die Überführung der elektrisch leitenden Teilchen in gasförmigen Verbindungen zu beschleunigen, sieht eine andere, besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß man während der Regenerierung des Filters zusätzliche Luft und/oder Sauerstoff in den Gasstrom einspeist. Wie bereits vorstehend mehrfach ausgeführt ist, wird das erfindungsgemäße Verfahren und die nachfolgend noch beschriebene Vorrichtung vorzugsweise auch angewendet, um Ruß-Teilchen aus einem Abgasstrom eines Dieselmotors abzutrennen. Dies hängt damit zusammen, daß das erfindungsgemäße Verfahren wegen der zuvor beschriebenen schnellen und einfachen Regenerierung des Filters die Verwendung von relativ kleinen und somit im Gewicht entsprechend reduzierten
Filtern erlaubt, die entsprechend platzsparend, beispielsweise in der Auspuffanläge eines Fahrzeuges, eingebaut werden können. Die vorliegende Erfindung betrifft desweiteren eine
Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein vom Gasstrom an- bzw. durchströmtes Filter auf. Hierbei sind dem Filter mindestens zwei Elektroden sowie mindestens eine Gegenelektrode zur Erzeugung der elektrischen Funken-und/oder Bogenentladung zugeordnet, wobei die mindestens beiden Elektroden sowie die mindestens eine Gegenelektrode mit einer Spannungsquelle verbunden sind.
Die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung weist den entscheidenden Vorteil auf, daß, sobald die beiden Elektroden und die Gegenelektrode mit der Spannungsquelle verbunden sind, immer dann eine Funken- bzw. kurzzeitige Bogenentladung zwischen der Gegenelektrode und dem Bereich zwischen den Elektroden ausgebildet wird, sobald die Oberfläche des Filters mit den elektrisch leitenden Teilchen belegt ist, d.h. somit die elektrisch leitenden Teilchen am Filter abgeschieden sind. In diesem Betriebszustand, in dem eine Regenerierung des Filters erforderlich ist, wird dann, wie vorstehend bereits beschrieben, aufgrund der Verkürzung des Abstandes zwischen der Gegenelektrode und der als Elektrode wirkenden abgeschiedenen elektrisch leitenden Teilchenschicht eine Funken- bzw. Bogenentladung ausgebildet, da der Abstand zwischen der elektrisch leitenden Teilchenschicht und der Gegenelektrode entsprechend verringert ist. Dies wiederum führt dazu, daß die abgeschiedenen Teilchen gezündet werden und somit abbrennen und von daher in gasförmige Produkte umgewandelt werden. Mit zunehmenden Regenerierungsgrad wird der Abstand zwischen der abbrennenden
Teilchenschicht und der Gegenelektrode entsprechend vergrößert, was bei Überschreiten eines von der geometrischen Konfiguration der beiden Elektroden und der Gegenelektrode abhängigen Grenzabstandes dann dazu führt, daß die elektrisehe Funkenentladung bzw. Bogenentladung automatisch unterbrochen wird. Zu diesem Zeitpunkt ist dann das Filter vollständig regeneriert. Eine erneute Ausbildung der Bogenbzw. Funkenentladung setzt erst dann wieder ein, wenn der zuvor gereinigte Bereich des Filters wieder erneut mit elektrisch leitenden Teilchen belegt ist, so daß eine weitere Regenerierung erforderlich wird.
Bezüglich des Abstandes zwischen der Gegenelektrode bzw. den Gegenelektroden und der von dem Filter abzubrennenden Schicht sowie den Elektroden ist festzuhalten, daß dieser Abstand dazu dient, ein Zusetzen mit Teilchen zu verhindern. Dies würde nämlich dazu führen, daß dieser Abstand durch die entsprechend abgeschiedenen Teilchen überbrückt werden würde, so daß ein elektrischer Kurzschluß zwischen der Gegenelektrode und der Schicht bzw. der Gegenelektrode und der Elektrode entsteht, so daß keine Funken- und/oder kurzzeitige Bogenentladungen mehr ausgebildet wird. Vorzugsweise variiert der Abstand zwischen etwa 2 mm und etwa 10 mm.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den wesentlichen Vorteil auf, daß hierbei immer dann automatisch eine Funken- bzw. Bogenentladung ausgebildet wird, sobald entsprechende elektrisch leitende Teilchen in entsprechender
Schichtdicke auf dem Filter abgeschieden werden. Da diese Ausbildung der Funken- bzw. Bogenentladung zwangsläufig auftritt ist es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht erforderlich, entsprechende Steuerelemente vorzusehen.
Ebenso automatisch wird, wie bereits vorstehend beschrieben, aufgrund der Abstandsvergrößerung die Ausbildung der Funken- bzw. Bogenentladung unterbrochen, so daß hierfür ebenfalls auf aufwendige Steuerelemente verzichtet werden
kann. Somit erlaubt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine besonders einfache und wirkungsvolle Regenerierung des Filters, ohne daß es hierfür erforderlich ist, irgendwelche Zusatzstoffe, die einen Abbrand bzw. ein Ablösen der Teilchenschicht von der Oberfläche des Filters bewirken, dem zu reinigenden Gasstrom zuzusetzen. Auch besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung einen sehr einfachen Aufbau und ein geringes Gewicht, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch insbesondere dort angewendet werden kann, wo Gewicht und Platzbedarf eine entscheidende Rolle spielen, so insbesondere auch bei Fahrzeugen im abgasseitigen Bereich eines Dieselmotors. Hierbei ist es dann lediglich erforderlich, das Filter und die zuvor beschriebenen mindestens beiden Elektroden sowie die mindestens eine Gegenelektrode im Abgasstrom eines Dieselmotors, insbesondere in der Auspuffanlage im Bereich des Schalldämpfers, anzuordnen, wobei wegen der zuvor beschriebenen selbständigen Regenerierung hierfür ein relativ geringer Platzbedarf erforderlich ist. Bezüglich der Ausgestaltung des bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Filters ist allgemein festzuhalten, daß sich diese Ausgestaltung des Filters nach dem jeweiligen Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Vorrichtung richtet.
So sieht eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß das Filter als Filterrohr, vorzugsweise als keramisches Filterrohr, ausgebildet ist. Ein derartiges Filterrohr läßt sich dann hervorragend in ein entsprechendes zylindrisches Abgasrohr einpassen, wobei es sich insbesondere anbietet, das Filterrohr derart in dem Gasstrom anzuordnen, daß die abzuscheidenden Teilchen außen auf dem Filterrohr abgeschieden werden. Selbstverständlich ist es jedoch auch möglich, anstelle eines keramischen Filterrohr ein Filterrohr aus einem anderen Material, beispielsweise aus elektrisch nicht leitendem
Stahl, Glas o. dgl.., vorzusehen, wobei es empfehlenswert ist, hierfür ein hitzebeständiges Material auszuwählen.
Ebenso kann man das Filterrohr derart in dem Gasstrom positionieren, daß die abzuscheidenden Teilchen innen am Filterrohr abgeschieden werden.
Bezüglich der Ausgestaltung und der Positionierung der mindestens beiden, dem Filter zugeordneten Elektroden ist festzuhalten, daß sich sowohl die Positionierung als auch die Ausgestaltung dieser Elektroden nach dem jeweils verwendeten Filter richtet. Bei dem zuvor beschriebenen zylindrischen Filterrohr bietet es sich insbesondere an, hier die mindestens beiden Elektroden als Ringelektroden auszubilden und dem Filterrohr zuzuordnen, insbesondere auf der Oberfläche des Filterrohres und in Kontakt mit diesem zu befestigen, wobei diese Ringelektroden dann mit axialem Abstand voneinander angeordnet sind, wie dies nachfolgend noch für ein Ausführungsbeispiel im Detail beschrieben ist. Entscheidend für die Ausgestaltung der bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung erforderlichen Gegenelektrode ist, daß diese Gegenelektrode derart ausgestaltet und positioniert ist, daß sich zwischen den elektrisch leitenden und auf dem Filterrohr abgeschiedenen Teilchen und der Gegenelektrode die zuvor bereits mehrfach beschriebene Funken- bzw. kurzzeitige Bogenentladung ausbildet. So bietet es sich bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der Vorrichtung, die ein zylindrisches Filterrohr aufweist, an, hier die Gegenelektrode mit radialem und axialem Abstand von den mindestens beiden Elektroden zu positionieren, wobei vorzugsweise eine Reihe von Gegenelektroden dem Filterrohr zugeordnet ist. Insbesondere dann, wenn die mindestens beiden Elektroden als Ringelektroden ausgestaltet sind, empfiehlt es sich, hier die Gegenelektrode bzw. die Reihe von Gegenelektroden ebenfalls als Ringelektrode auszubilden, wobei diese als Ringelektrode gestaltete Gegenelektrode dann einen Durchmesser aufweist, der wesentlich grö
ßer ist als der Durchmesser der dem Filterrohr zugeordneten Elektroden, so daß hierdurch ein gleichmäßiger radialer Abstand zwischen dem zylindrischen Filterrohr und der als Ringelektrode ausgestalteten Gegenelektrode sichergestellt ist.
Eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß das Filter nicht, wie vorstehend beschrieben, rohrförmig ausgebildet ist. Vielmehr ist bei dieser Ausführungsform ein plattenartiges Filter vorgesehen, das vorzugsweise eine Vielzahl von einzelnen, mit Abstand voneinander angeordneten Filterplatten aufweist , die sich in Längsrichtung oder quer zur Strömungsrichtung des Gasstromes erstrecken. Hierbei sind dann insbesondere abhängig von der Höhe der Beladung des jeweiligen Gasstromes mit Teilchen insbesondere zwei bis zwanzig Filterplatten vorgesehen.
Bezüglich der Ausrichtung dieser Filterplatten relativ zur Strömungsrichtung des zu reinigenden Gasstromes besteht dann insbesondere die Möglichkeit, diese Filterplatten quer, vorzugsweise unter einem Winkel von 90°, zur Gasströmungsrichtung anzuordnen. Eine besonders geeignete Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich durch eine hohe Standzeit auszeichnet, sieht vor, daß die Filterplatten derart mit Abstand voneinander angeordnet sind, daß hierdurch der Gesamtgasstrom in Teilgasströme aufgeteilt und somit einzelne Teilgasströmungskanäle ausgebildet werden. Um dies zu erreichen, erstrecken sich die Filterplatten in Strömungsrichtung des Gasstromes, wobei der Gasstrom dann durch Anordnung geeigneter Absperrorgane oder Umlenkelemente in den einzelnen Teilgasströmungskanälen einmal oder mehrfach durch die Filterplatten gelenkt werden.
Eine andere Weiterbildung der zuvor beschriebenen Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß zwischen benachbarten Filterplatten eine Wandung, insbesondere eine gasdichte Wandung vorgesehen ist, so daß, wie bereits vorstehend beschrieben, der Gesamtgasstrom in Gasteilströme aufgeteilt und zusätzlich die Gasteilströme noch jeweils durch eine gasdichte Wandung von benachbarten Gasteilströmen abgeschottet werden. Um bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei denen das Filter als
plattenartiges Filter ausgebildet ist, sicherzustellen, daß eine einwandfreie Ausbildung der für die Regenerierung erforderlichen elektrischen Funken- und/oder Bogenentladung abläuft, sind jeder Filterplatte mindestens zwei, mit Abstand voneinander angeordnete Elektroden zugeordnet. Weiterhin ist die Gegenelektrode von jeder der mindestens beiden Elektroden im selben Abstand positioniert, so daß die Funken- bzw. Bogenentladung reproduzierbar und störungsfrei zwischen der Gegenelektrode und dem Bereich des Filters zwischen den beiden Elektroden dann ausgebildet wird, wenn dieser Filterbereich mit einer entsprechenden Schicht der elektrisch leitenden Teilchen belegt ist und somit dieser Bereich regeneriert werden muß.
Bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, bei der zwischen benachbarten Filterplatten eine gasdichte Wandung vorgesehen ist, bietet es sich insbesondere an, die Gegenelektrode der gasdichten Wandung zuzuordnen.
Eine weitere, besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die eine Vielzahl von
Gegenelektroden aufweist, sieht vor, daß jeder Gegenelektrode oder Elektrode mindestens ein Kondensator zugeordnet ist, der zwischen der jeweiligen Gegenelektrode bzw. der Elektrode und der Spannungsquelle geschaltet ist. Durch derartig entkoppelte Elektroden wird eine nahezu verlust
freie Strombegrenzung erreicht, wobei durch Variation der Kapazität des Kondensators die Leistung der Entladung begrenzt und auf einen vorgegebenen Wert gehalten wird. Ferner verhindert diese Ausführungsvariante, daß nur an einer Elektrode oder an einigen wenigen Elektroden eine Entladung stattfindet, so daß sich die Entladungen über die gesamte Fläche des Filters erstrecken. Darüber hinaus kann mit einer derartigen Schaltung eine unbegrenzte Zahl von Entladungen erzeugt werden, wobei die jeweiligen Gegenelektroden und Elektroden dann mit nur einer einzigen Spannungsquelle verbunden sind.
Anstelle des zuvor beschriebenen und jeder Gegenelektrode bzw. Elektrode zugeordneten Kondensators kann auch ein vorgeschalteter Widerstand verwendet werden, wobei dieser vorgeschaltete Widerstand dann aufgrund der Erwärmung entsprechende Stromverluste bewirkt.
Eine besonders geeignete Weiterbildung der zuvor beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der jeder Gegenelektrode bzw. Elektrode mindestens ein Kondensator zugeordnet ist, sieht vor, daß der Kondensator als Koaxialkabel ausgebildet ist. Diese Weiterbildung weist den Vorteil auf, daß sie ein relativ geringes Gewicht aufweist, so daß sie problemlos auch in Fahrzeugen installierbar ist. Desweiteren läßt sich durch Variation der Länge des Koaxialkabels besonders einfach die Kapazität eines derartigen, als Koaxialkabel ausgebildeten Kondensators variieren, so daß bei einer derartigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in beliebiger Weise und innerhalb von kürzester Zeit die Leistung der Entladung variiert und auf die jeweiligen Verhältnisse angepaßt werden kann. Bezüglich der Kapazität des Kondensators, der zwischen jeder Gegenelektrode und der Spannungsquelle geschaltet ist,
ist festzuhalten, daß diese zwischen 5 pF und 5.000 pF, vorzugsweise zwischen 100 pF und 1.500 pF, variiert.
Bei allen zuvor beschriebenen Ausführungsformen, bei denen mehrere Elektroden bzw. Gegenelektroden mit einer
Spannungsquelle geschaltet sind, sind die jeweiligen Elektroden und die jeweiligen Gegenelektroden parallel angeordnet. Bezüglich der Materialien, aus denen die Elektrode und die Gegenelektrode gefertigt sind, ist allgemein festzuhalten, daß hierfür elektrisch leitende Materialien, insbesondere solche Materialien, die unter den jeweiligen Bedingungen nicht oxidieren bzw. korrodieren, ausgewählt werden. Im speziellen Fall bedeutet dies, daß vorzugsweise die Elektrode und/oder die Gegenelektrode aus Aluminium, Eisen (Stahl), Kupfer, Platin, Platinlegierungen, Wolfram oder Nickel angefertigt werden, wobei aus Kostengründen Aluminium, Kupfer oder Eisen bevorzugt werden.
Eine andere, besonders geeignete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß jeder Gegenelektrode ein zweiter Kondensator zugeordnet ist, wobei vorzugsweise der zweite Kondensator jeweils die Elektrode mit der Gegenelektrode verbindet. Hierbei erlaubt dieser zweite Kondensator, daß der zeitliche Verlauf der Funken- bzw. kurzzeitigen Bogenentladung und somit der Frequenzbereich der Entladung zeitlich variiert wird. Die Kapazität dieses zweiten Kondensators richtet dabei nach der erwünschten Modulation, wobei vorzugsweise solche Kondensatoren als zweite Kondensatoren eingesetzt werden, deren Kapazität gleich oder kleiner ist als die Kapazität des ersten Kondensators.
Konkret zur Kapazität des zweiten Kondensators ist
festzuhalten, daß hierfür solche Kondensatoren ausgewählt
werden, deren Kapazität 10 % bis 90 % der Kapazität des ersten Kondensators beträgt.
Die zuvor beschriebene Variation der Kapazität des zweiten Kondensators kann insbesondere dadurch in besonders einfacher Weise erreicht werden, daß hierbei ebenfalls als zweiter Kondensator ein Koaxialkabel eingesetzt wird, wobei ebenfalls durch eine Veränderung der Länge des Koaxialkabels die gewünschte Kapazität eines derartigen zweiten Kondensators eingestellt werden kann.
Bezüglich der Spannungsquelle, mit der bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung die Elektrode und die Gegenelektrode jeweils verbunden ist, ist festzuhalten, daß hier vorzugsweise eine als Wechselspannung ausgebildete Spannungsquelle eingesetzt wird. Üblicherweise erzeugt dann diese Spannungsquelle eine Wechselspannung mit einer Frequenz zwischen 5 Hz und 20.000 Hz, vorzugsweise 50 Hz. Bezüglich der durch die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen Spannungsquelle erzeugten Spannung ist festzuhalten, daß sich die Größe dieser Spannung nach der Ausgestaltung und Anordnung der Gegenelektrode und den hierzu zugeordneten Elektroden richtet. Üblicherweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Spannungsquelle auf, die eine Wechselspannung zwischen 500 V und 50 kV, vorzugsweise zwischen 2 kV und 25 kV, erzeugt.
Zuvor sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Ausführungsvarianten beschrieben, bei denen der Gasstrom in mindestens zwei Teilgasströme aufgeteilt wird. Vorzugsweise sind bei diesen Ausführungsvarianten jedem Teilgasstrom ein separates Filter zugeordnet, das in dem entsprechenden Teilgasstrom angeordnet ist und von dem Teilgasstrom durchströmt wird. Hierdurch wird es ermöglicht, größere Teilchenmengen aus dem Gasstrom auszufiltern oder die Regenerierung des Fil-
ters vorzunehmen, ohne daß dieser von dem Gasstrom bzw. dem Teilgasstrom durchströmt wird.
Um die Regenerierung des Filters zu beschleunigen und somit die Überführung der elektrisch leitenden Teilchen in gasförmige Verbindungen zu forcieren, sieht eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, daß in Strömungsrichtung des Gasstromes gesehen stromauf des Filters eine Frischlufteinspeisung und/oder eine Sauerstoffzuführung angeordnet ist. Hierbei umfaßt die Frischlufteinspeisung bzw. Sauerstoffzuführung vorzugsweise ein Ventil sowie einen Sensor, wobei das Ventil abhängig von einem von dem Sensor erzeugten Steuersignal geöffnet oder geschlossen wird. Insbesondere ist dabei der Sensor den Elektroden oder den Gegenelektroden zugeordnet, so daß dann das Steuersignal zum Öffnen des Ventiles erzeugt wird, wenn ein Strom zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode fließt, d.h. wenn eine Funken- und/oder kurzzeitige Bogenentladung zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode erzeugt wird.
Vorstehend und nachfolgend wird der Begriff kurzzeitig im Zusammenhang mit der Funken- und/oder Bogenentladung wiederholt verwendet. Hierunter ist zu verstehend, daß die Entladung während einer Zeit zwischen 10-1 Sekunden und 10-8 Sekunden, vorzugsweise 10-6 Sekunden und 10-2 Sekunden, stattfindet.
Bei einer besonders geeigneten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Filter gleichzeitig als Schalldämpfer eines Dieselmotors ausgebildet, wobei sich diese Ausführungsform dadurch hervorhebt, daß sie besonders platzsparend angeordnet werden kann. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird nachfolgend anhand von zwei Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein allgemeines Schaltbild;
Figur 2 eine Abwandlung des in Figur 1 wiedergegebenen
Schaltbildes;
Figur 3 eine schematische Schnittansicht einer ersten
Ausführungsform der Vorrichtung;
Figur 4 eine schematische Schnittansicht einer zweiten
Ausführungsform der Vorrichtung; und
Figur 5 eine Schemaskizze des Strömungsweges des mit
Teilchen beladenen Gasstromes bei der in Figur 4 gezeigten zweiten Ausführungsform.
In den Figuren 1 bis 5 sind die selben Teile mit den selben
Bezugsziffern versehen.
Die Figur 1 bildet schematisch eine Schaltskizze ab, die bei den in Figuren 3 bis 5 gezeigten Ausführungsformen der Vorrichtung zur Anwendung gelangen. Hierbei weist die
Schaltung eine Spannungsquelle 1 auf, wobei die Spannungsquelle 1 z.B. eine Wechselspannung von 5 kV mit einer Frequenz von 50 Hz erzeugt. Mit dieser Spannungsquelle 1 sind drei beispielhaft gezeigte Elektroden 2, 3 und 4 sowie drei beispielhaft gezeigte Gegenelektroden 5, 6 und 7 verbunden, wobei sowohl die Elektroden 2 bis 4 als auch die Gegenelektroden 5 bis 7 parallel geschaltet sind. Jeder Gegenelektrode 5 bis 7 ist ein Kondensator 8, 9 bzw. 10 zugeordnet, wobei die Kondensatoren 8 bis 10 eine Kapazität von 500 pF besitzen. Mit anderen Worten sind somit die Gegenelektroden 5 bis 7 entkoppelt, was dazu führt, daß bei einer Span-
nungsbeaufschlagung zwischen den Elektroden 5 und 2, den Elektroden 6 und 3 sowie den Elektroden 7 und 4 bei Überschreitung einer gewissen Grenzspannung, die durch den Elektrodenabstand sowie durch die Kapazität der Kondensato- ren 8 bis 10 bestimmt wird, eine elektrische Funken- und/oder kurzzeitige Bogenentladung ausgebildet wird. Während dieser Funken- und/oder Bogenentladung fließt Wechselstrom durch die jeweiligen Kondensatoren 9 - 10. Das in Figur 2 gezeigte Schaltbild unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Schaltbild dadurch, daß hierbei die Schaltung einen zweiten Kondensator 11 aufweist. Auch hier umfaßt die Schaltung eine Spannungsquelle 1 , einen ersten Kondensator 8, eine Gegenelektrode 5, eine Elektrode 2, wo- bei in der Figur 2 nur beispielhaft ein einziges Elektrodenpaar 5 und 2 abgebildet ist. Parallel zu den Elektroden 5 und 2 ist ein zweiter Kondensator 11 geschaltet, der eine zeitliche Modulation der zwischen den Elektroden 5 und 2 stattfindenden Funken- bzw. kurzzeitigen Bogenentladung be- wirkt. Der Kondensator 11 besitzt eine Kapazität von der selben Größe wie der erste Kondensator. Die Spannungsquelle 1 erzeugt eine solche Spannung, wie dies vorstehend für das Schaltbild 1 angegeben wurde. In der Figur 3 ist eine erste Ausführungsform der Vorrichtung beschrieben, wobei die Vorrichtung ein zylindrisches keramisches Filterrohr 20, das in einem zylindrischen, das Filterrohr umgebenden Gehäuse 21 angeordnet ist. Zwischen dem Filterrohr 20 und dem Gehäuse 21 ist ein zylindrischer Ringraum 22 vorgesehen, durch das ein mit Teilchen belade- ner Gasstrom, beispielsweise ein mit Ruß beladener Abgasstrom eines Dieselmotors, in Pfeilrichtung 23 strömt. Bedingt dadurch, daß der zylindrische Ringraum einseitig durch entsprechende Dichtelemente 24 geschlossen ist, ge- langt der Gasstrom zwangsläufig in das Innere des Filterrohres 20 und verläßt dieses Filterrohr in Pfeilrichtung
25. Dies wiederum führt dazu, daß die Teilchen außen am Filterrohr 20 als Schicht 26 abgeschieden werden.
Dem Filterrohr 20 sind drei beispielhaft gezeigte Elektro- den 2 bis 4 zugeordnet, während am Gehäuse 21 zwei beispielhaft gezeigte Gegenelektroden 5 und 6 angeordnet sind. Hierbei sind sowohl die Elektroden 2 bis 4 als auch die Gegenelektroden 5 und 6 als Ringelektroden ausgebildet, die so geschaltet sind, wie dies in Figur 1 gezeigt ist. Sobald nunmehr eine elektrisch leitende Teilchenschicht 26 außen auf dem Filterrohr abgeschieden ist und diese Schicht eine gewisse Dicke erreicht hat, wird die Schicht 26 aufgrund ihrer Verbindung mit den Elektroden 2 bis 4 leitend, was zur Folge hat, daß bei Überschreitung einer Grenzschicht- dicke eine elektrische Funken- bzw. kurzzeitige Bogenentla- dung zwischen dieser Schicht und den Gegenelektroden 5 bzw. 6 gezündet wird, wie dies durch die Bezugsziffern 27 skizziert ist. Dies hat zur Folge, daß die Schicht 26 gezündet und das entsprechende Schichtmaterial in einen gasförmigen Zustand überführt wird, was zwangsläufig zu einem Abbrennen des Schichtmaterials und damit zu einer Regenerierung des Filters führt. Hierdurch wird in Folge der Auflösung der Schicht die Leitfähigkeit der Schicht unterbrochen, so daß das Abbrennen beim vollständigen Regenerieren des FiI- terrohres automatisch gestoppt wird.
Die zuvor beschriebene Ausführungsform weist insbesondere den Vorteil auf, daß hier ohne aufwendige Steuerungen abhängig von der jeweiligen Schichtdicke automatisch ein Re- generieren des Filterrohres erfolgt. Dies gilt ebenso für die nachfolgend noch beschriebene zweite Ausführungsform.
Die in den Figuren 4 und 5 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen Ausführungsform dahingehend, daß hier anstelle des keramischen Filterrohres 20 plattenförmige Filter 30 angeordnet sind, die mit Abstand voneinander positioniert sind. Zwischen jeder Filter-
platte 30 ist eine gasdichte Wandung 31 vorgesehen, so daß der im Pfeilrichtung 32 (Figur 5) strömende Gasstrom zwangsläufig durch die Filterplatte 30 aufgrund des kopfseitig angeordneten Dichtelementes 33 geführt wird. Bei der Durchströmung der Filterplatte 30 werden auf der Oberfläche derselben die in dem Gasstrom enthaltenen elektrisch leitenden Teilchen abgeschieden, wodurch sich auf der Oberfläche der Filterplatte 30 eine elektrisch leitende Schicht der abgeschiedenen Teilchen ausbildet.
Der gasdichten Wandung 31 sind Elektroden 2, 3 und 4 und der Filterplatte 30 Gegenelektroden 5 und 6 zugeordnet, die so geschaltet sind, wie dies in Figur 1 gezeigt ist. Sobald nunmehr die Teilchenschicht 34 auf der Oberfläche der Filterplatte 30 in hinreichender Dicke und Gleichmäßigkeit ausgebildet ist, wird diese Oberfläche elektrisch leitend, was zur Folge hat, daß bei Überschreiten einer bestimmten Grenzschichtdicke eine Funken- bzw. Bogenentladung zwischen der leitenden Schicht und den Elektroden ausgebildet wird. Dies wiederum führt dazu, daß die Teilchen hierdurch gezündet werden und somit in gasförmige Verbindungen überführt werden, was zur Folge hat, daß sich das Filter automatisch regeneriert. Sobald dieser Abbrand beendet und somit der Abstand zwischen den Elektroden vergrößert ist, werden so lange keine Entladungen mehr erzeugt, bis die entsprechende Schichtdicke der Teilchen an der Oberfläche der Filterplatte wieder ausgebildet ist. Somit wird auch bei dieser Ausführungsform, wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform, die Regenerierung automatisch begonnen und automatisch beendet, ohne daß es hierzu erforderlich ist, aufwendige Steuerelemente vorzusehen.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung sind insbesondere dazu geeignet, Rußpartikel aus dem Abgasstrom von Dieselmotoren, vorzugsweise bei Kraftfahrzeugen, zu entfernen.
Claims
1. Verfahren zur Entfernung von elektrisch leitenden Teilchen aus einem Gasstrom, bei dem man den Gasstrom durch ein Filter führt und hierdurch die Teilchen aus dem Gasstrom abscheidet und bei dem man das beladene Filter regeneriert, dadurch gekennzeichnet, daß man das mit Teilchen beladene Filter derart stationär regeneriert, daß man die abgeschiedenen Teilchen mit elektrischen Funken- und/oder kurzzeitigen Bogenentladungen so lange beaufschlagt, bis hierdurch die Teilchen zünden und hiernach die gezündeten Teilchen durch Verbrennung in gasförmige Verbindungen überführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Erzeugung der Funken- und/oder der Bogenentladungen eine Gleich- oder Wechselspannung, insbesondere eine Wech selspannung oder eine hochfrequente Spannung, anlegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Erzeugung einer Vielzahl von Funken-und/oder Bogenentladungen eine einzige Spannungsquelle verwendet.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Spannungsquelle mit einer Spannung kleiner als 50 kV, vorzugsweise zwischen 500 V und 50 kV, einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Spannungsquelle mit einer Spannung zwischen 2 kV und 25 kV, verwendet.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die abgeschiedenen Teilchen mit der Funken- und/oder Bogenentladung während einer Zeit kleiner als 2 Sekunden, vorzugsweise zwischen 0,01 Sekunden und 1,5 Sekunden, beaufschlagt.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Filter mit einer mittleren Porenweite zwischen 5 nm und 400 nm, insbesondere zwischen 150 nm und 300 nm, auswählt.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Gasstrom in mindestens zwei Teilgasströme auftrennt und daß man in jedem Teilgasstrom ein Filter anordnet.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Regenerierung des Filters Luft einspeist.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man Ruß-Teilchen aus einem Abgasstrom eines Dieselmotors abtrennt.
11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein vom Gasstrom (32) an- bzw. durchströmtes Filter (20, 30) aufweist, daß dem Filter (20, 30) mindestens zwei Elektroden (2-4) sowie mindestens eine Gegenelektrode (5-7) zur Erzeugung der elektrischen Funken-und/oder Bogenentladung zugeordnet ist und daß die mindestens beiden Elektroden (2-4) sowie die mindestens eine Gegenelektrode (5-7) mit einer Spannungsquelle (1) verbunden sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter abgasseitig eines Dieselmotors angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Filter als Filterrohr (20), vorzugsweise als keramisches Filterrohr, ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterrohr (20) derart in dem Gasstrom angeordnet ist, daß die abzuscheidenden Teilchen (26) außen auf dem Filterrohr (20) abgeschieden werden.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filterrohr (20) mindestens zwei, mit axialem Abstand voneinander angeordnete Ringelektroden (2-4) zugeordnet sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filterrohr (20) mindestens eine weitere Gegenelektrode (5, 6) zugeordnet ist, die mit radialem und axialem Abstand von den mindestens beiden Elektroden (2-4) positioniert ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (5, 6) als Ringelektrode ausgebildet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß das Filter (30) als plattenartiges Filter ausgebildet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter eine Vielzahl von Filterplatten (30), vorzugsweise zwei bis zwanzig Filterplatten (30), aufweist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Filterplatten (30) derart mit Abstand voneinander angeordnet sind, daß hierdurch Gasströmungskanäle ausgebildet werden.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Filterplatten (30) eine Wandung (31), vorzugsweise eine gasdichte Wandung, vorgesehen ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Filterplatte (30) mindestens zwei, mit Abstand voneinander angeordneten Elektroden (2, 3) zugeordnet sind.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (5, 6) von jeder der beiden Elektroden (2, 3) im selben Abstand positioniert ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (4, 5, 6) der Wandung zugeordnet ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gegenelektrode (5-7) mindestens ein Kondensator (8-10) zugeordnet ist, der zwischen der jeweiligen Gegenelektrode (5-7) und der Spannungsquelle (1) geschaltet ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (8-10) als Koaxialkabel ausgebildet ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kapazität des Kondensators (8-10) 5 pF bis 5.000 pF, vorzugsweise 100 pF bis 1.500 pF, beträgt.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2-4) und die
Gegenelektroden (5-7) aus einem Metall, insbesondere Eisen, Aluminium oder Kupfer, bestehen.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Gegenelektrode (5) ein zweiter Kondensator (11) zugeordnet ist.
30 . Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (11) jeweils die Gegenelektrode
(5) mit der Elektrode (2) verbindet.
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch
gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator eine Kapazität besitzt, die gleich oder kleiner ist als die Kapazität des ersten Kondensators.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß dem Filter (20, 30) eine Vielzahl mit Abstand voneinander angeordneten Elektroden (2-4), insbesondere zwei bis vierzig Elektroden, zugeordnet ist, wobei die Elektroden (2-4) parallel geschaltet und mit der gemeinsamen Spannungsquelle verbunden sind, und daß die Gegenelektroden (5 - 7) jeweils elektrisch entkoppelt sind.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2-4) mit einer als Wechselspannung ausgebildeten Spannungsquelle (1) verbunden ist.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (1) eine Wechselspannung mit einer Frequenz zwischen 5 Hz und 20.000 Hz, vorzugsweise 50 Hz, erzeugt.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (1) eine
Wechselspannung zwischen 500 V und 50 kV, vorzugsweise zwischen 2 kV und 25 kV, erzeugt.
36. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Teilgasstrom ein Filter (20,
30) angeordnet ist.
37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung des Gasstromes gesehen stromauf des Filters (20, 30) eine Frischlufteinspeisung positioniert ist.
38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Frischlufteinspeisung ein Ventil sowie einen Sensor umfaßt, wobei das Ventil abhängig von einem vom Sensor erzeugten Steuersignal geöffnet oder geschlossen wird.
39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor den Elektroden (2 - 4) oder den Gegenelektroden (5 - 7) zugeordnet ist und das Steuersignal zum Öffnen des Ventiles dann erzeugt, wenn ein Strom zwischen den Gegenelektroden (5 - 7) und den Elektroden (2 - 4) fließt.
40. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 11 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (30) als
Schalldämpfer eines Dieselmotors ausgebildet ist.
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