JP6006208B2 - 排ガスラインの少なくとも１つの電極用ホルダ - Google Patents

Description

本発明は、特に排ガスに含まれるすす粒子が荷電されることができて、集塊されることができて、および／または取り除かれることができる電界を提供するための、排ガスラインの少なくとも１つの電極用ホルダに関する。

移動内燃機関の排ガスからすす粒子を取り除くための多数の異なる概念は、すでに述べられた。交互に閉じる壁フローフィルタ、開放した部分フローフィルタ、重力セパレータその他に加えて、排ガスの粒子が帯電して、次いで静電引力力を用いて沈積するシステムの提案も、すでにあった。これらのシステムは、特に、名称「静電フィルタ」または「静電集塵装置」によって公知である。

したがって、この種の静電集塵装置を、排ガスラインに配置される（複数の）放電電極および集塵電極に提供するという提案がたびたびある。ここで、例えば、排ガスラインのほぼ中心を通る中心放電電極、および集塵電極としての排ガスラインの周囲の円周面は、コンデンサを形成するために用いられる。放電電極および集塵電極のこの配置によって、電界は、排ガスの流れ方向を横切って形成される。そしてそれは、例えば、約１５ｋＶの領域の高電圧で放電電極を作動させることが可能である。その結果、特に、排ガスと共に電界中を流れる粒子を単極方法で荷電するコロナ放電を形成することは、可能である。この荷電のせいで、粒子は、静電クーロン力によって集塵電極に移動する。

排ガスラインが集塵電極として具体化されるシステムに加えて、集塵電極が、例えばワイヤーメッシュとして設計されるシステムもまた、公知である。ここで、粒子は、このようにして集塊を達成するために前記粒子を他の粒子とおそらく結合する目的で、ワイヤーメッシュ上に蓄積される。メッシュを通って流れる排ガスは、次いで、より大きい粒子の集塊を再び伴出して、それらを従来のファイルシステムへ運ぶ。

上記のシステムがすす粒子の処理のために適していると以前に判明した場合であっても、少なくとも試験で、自動車両の定期的な作動のためのこの概念を実施することは、大きな技術的なチャレンジをまだ表す。これは、排ガスのすす装荷の大きい変動に関して特に適用する。そしてそれは、時間に関して非常に高くありえる。既存の排気システムにこの種のシステムを改造するための所望の能力は、同様にまだ大きな課題を表す。特に、自動車両の排気システムの排ガス量のサージは、しばしば発生する。ところが、これらは、例えば発電のために使用する静止内燃機関では発生しない。さらに、排気システムは、例えば地面の不整のせいで機械的負荷を受ける。さらに、この種の排気システムの増加した性能および効果を与えられて、すす粒子の除去に関するフィルタシステムの（周期的なおよび／または継続的な）再生（そしてそのプロセス中、すすはガス状の成分に変換される）もまた必要とされることは、考慮されなければならない。

フィルタシステムを再生させる周知のプロセスは、短い加熱による断続的な再生（すなわちすすの燃焼（酸化による触媒的に支援された変換））だけを含むのではなく、二酸化窒素（ＮＯ２）によるすすの変換も含む。二酸化窒素をともなう連続再生の利点は、すすの変換が著しく低い温度（特に２５０℃未満）で起こることができることである。このために、連続再生は、多くの適用において好ましい。しかしながら、これは、排ガス中の二酸化窒素が堆積するすす粒子と充分な範囲で接触することを確実にしなければならない課題を導く。

この文脈においてまた、自動車両においてこの種の排気システムの持続的な作動を達成することに技術的困難がある。内燃機関上の異なる負荷は、異なる排ガスフロー、排ガス成分および／または温度につながる。

さらに、特に、直列生産工程の一部として経済的に生産できるそれらを含むこの種のすす除去システムのために使用する構成要素は、できるだけ単純であるべきことが考慮されなければならない。加えて、電極を設計するときに、前記電極を排ガスラインの配列において正確に位置決めすることが必要であり、特に、電極の領域において排ガスの望ましくなく高い背圧または不必要な渦を生じさせないことが必要であることは、考慮されなければならない。

国際公開第０１／８０９７８号 国際公開第０２／００３２６号 国際公開第２００５／０９９８６７号 国際公開第２００５／０６６４６９号 国際公開第２００６／１３６４３１号 国際公開第２００７／１４０９３２号

これを出発点として、先行技術に関して記載される課題を少なくとも部分的に緩和することは、本発明の目的である。特に、意図は、排ガスフローにおける電極の正確な配列を許容する少なくとも１つの電極用ホルダを示すことである。さらに、技術的に単純な手段によってホルダを提供することは、可能でなければならず、そして、ホルダは、長期間にわたって自動車両の排気システムの変化する状況に耐えなければならない。

これらの目的は、請求項１の特徴を有するホルダによって達成される。本発明のさらに有利な実施形態は、従属請求項に示される。請求項において個々に示される特徴は、いかなる技術的意味においても組み合わされることができて、本発明の別の実施形態を生起することができる点に留意する必要がある。記述は、特に図と結合して、本発明を説明して、付加的な実施形態を示す。

排ガスラインの少なくとも１つの電極用の、特にコロナ放電を生じるために適した少なくとも１つの放電電極用の、本発明によるホルダは、排ガスが流れることのできる本体、および少なくとも１つの電極のための少なくとも１つの電気接点を備える。

有利な開発によれば、少なくとも１つの電極は、コロナ放電を生じるために適した放電電極であると想定され、流れが生じることのできる本体は、チャネルを有して、少なくとも１つの電極を保持する。少なくとも１つの電気接点は、本体に組み込まれる。

電極が以下で言及される場合、特に、コロナ放電を生じるために適した放電電極は、意図される。

ホルダが用いられる場合、複数（または多数でさえ）の電極を排ガスラインに固定するかまたは取り付けることは、好ましい。この目的のために、流れが生じることのできる本体は、設けられる。そこでは、少なくとも１つの電極は、配置される。流れが生じることのできる本体は、排ガスが重要な圧力損失なしに本体を通って流れることができるというような方法で、具体化される。これを達成するために、適切な開口、チャネル等は設けられる。そして、それによって、排ガスは通過することができる。特に、少なくとも１５０ｃｐｓｉ（平方インチ当たりのチャネル）のまたは３００ｃｐｓｉでさえのチャンネル密度を有するチャネルは、好ましい。この文脈において、用語「チャネル」は、流れが生じることができ、そして流れ方向のその長さはそれの横断面積よりも大きい開口を意味するととられなければならない。

この場合、電極は、流れが生じることのできる本体を通って排ガスの流れ方向においておよび／または、特に好ましくは、流れが生じることのできる本体を越える一側上の突起としての方法で好ましくは延びる。特に、電極は、棒電極として設計される。そしてその端部は、対応する電圧が印加されるときにコロナ放電を生じることに適した曲率半径を有する先端を有する。流れが生じることのできる本体を通る流れが実質的に層状でありえて、したがって、特に、電極に沿って排ガスの特定の流れを確実にする場合、それはここでさらに好ましい。この目的のために、電極は、流れが生じることのできる本体の一端面から垂直に突出することができる。そしてその端面は、排ガスの流れ方向に直角に配置されることが好ましい。流れに影響するかまたは流れを許容することに加えて、ホルダは、さらに、少なくとも１つの電極との電気接点を作る機能を有する。この目的のために、電気導体は、流れが生じることのできる本体に形成されて、したがって、排ガスラインから少なくとも１つの電極への電気接点を与える。電気接点は、印刷導体、導電性材料、ケーブルなどによって形成されることができる。この文脈において、電気接点がホルダ内に少なくとも部分的に集積されるかまたは組み込まれる場合、それは好ましい。この目的のために、電極に目標とされる電流の供給を確実にするために電気絶縁体を設けることも、可能である。特に、弱電流（例えば０．１アンペア以下）をともなう高電圧（例えば１０００ボルトを超える）が同時に達成されることができるというような方法で、電気接点は設計される。

特に、電気接点は、本体の材料によって形成される。これは、本体に適用される電位が放電電極にも適用されることを意味する。これは、本体を、導電性材料、特に金属から製造することによって、そして、本体を全体として電位であるとすることによって、達成されることができる。導電性本体が絶縁物によって電気的に分割されて、そして、本体の定義済みの領域が電位であることは、さらに可能である。チャネルのチャネル壁が電気接点として役立ち、したがって、本体の残りの部分から電気的に絶縁されて、排ガスラインの外側の端子への電気伝導接続である場合、それはさらに好ましい。

電気接点が本体の生産中に本体に組み込まれる別の構成要素であることは、さらに可能である。したがって、例えば、少なくとも１つのケーブルは、本体に組み込まれることができる。

ホルダの好適な開発によれば、流れが生じることのできる本体は、少なくとも１つのハウジングおよび少なくとも１つの金属的なハニカム構造を有する。少なくとも１つの電気接点は、少なくとも１つのハウジングを通って形成される。ハウジングは、例えば、円筒状ジャケットの管の方法で設計される。金属的なハニカム構造は、例えば、このハウジングの範囲内に設けられることができて、前記ハニカム構造は、少なくとも部分的に構造化された複数の金属層によって形成されている。この場合、ハニカム構造は、互いに実質的に平行に並ぶチャネルを形成する。そしてそれを通って、排ガスは、ほとんど圧損なく流れることができる。適切な場合、電気接点とは別に設けられる複数の電極が設けられる場合には、複数のハウジングパーツが異なる電気接点ごとに設けられることも、可能である。適切な場合、これらのハウジングパーツは、次いで、互いに電気的に絶縁される。特に自動車分野において、流れが生じることのできるこの種の本体の生産は、すでに確立された。したがって、少なくとも１つの電極を固定するためのこの種のハニカム構造は、この場合、生産技術に関して単純である手段によって生産されることができる。さらに、実質的に層流が確立されることを確実にすることは、このようにして可能である。ここで、一端で電源または電圧源と接触される電気接点は、排ガスラインおよび少なくとも１つのハウジングを（絶縁した方法で）通過する。

流れが生じることのできる本体は、複数の電極および少なくとも１つのディストリビュータを有することがさらに提案される。少なくとも１つのディストリビュータは、複数の電極を有する電気接点を作る。この場合、電気接点は、流れが生じることのできる本体の不可欠な部分である導電性ディストリビュータに接続している。ディストリビュータは、例えばケーブル・ハーネス、印刷導体構造などの方法で、別々の構成要素として具体化されることができる。ディストリビュータは、電気接点によって供給される電流を複数の電極に（一様に）分配するのに役立つ。ディストリビュータの適切な実施形態を通して、複数の電極によって問題のない予め定められた電界を設定することは、したがって可能である。特に、流れが生じることのできる本体に対する、または複数の電極に対する電源は、このようにして単純化される。

この場合、電気接点またはディストリビュータは、例えば半田付けまたは溶接によって、流れが生じることのできる本体に固定されることができる。

ホルダの開発によれば、流れが生じることのできる本体が、チャネルの断面積を有する少なくとも１つの第１のチャンネル、および電極の断面積を有する少なくとも１つの第２のチャネルを有することも、可能である。本実施形態において、流れが生じることのできる本体が、異なるチャネルの断面積のチャネルが設けられるハニカム構造の形である場合、それは好ましい。第１のチャンネルは、通る排ガスを運ぶためだけに設けられる。第２のチャンネルは、少なくとも１つの電極に適応するために設けられる。この場合、第２のチャンネルは、電極の断面積に実質的に対応するチャネルの断面積を有する。したがって、電極が第２のチャンネルの中に少なくとも部分的に配置されて、そのチャネル断面積を実質的に閉じることは、可能である。このようにして、例えば半田付けおよび／または溶接によって、電極の周囲を介して電気接点を形成して、永続的な接続を形成することは、可能である。

流れが生じることのできる本体が電気的に部分に分けられて、部分は互いに少なくとも部分的に絶縁されることは、有利であるとさらに考えられる。特に、様々な特性を有する電界が要求される場合、例えば、排ガスラインの部分的な領域が可変の電界を（一時的に）備える場合、この設計は、好ましい。ここで、したがって、複数の電極への電流の供給が別々に、かつ互いに独立して実施され得ることが確実にされる。したがって、適切な場合、電界を形成する電極の個数は、要求にしたがって変化することができる。適切な場合、異なる電極に対して異なるパラメータを有する電流を同時に供給することは、可能でもある。個々の電極が影響されることを回避するために、電流伝導構造または電気接点またはディストリビュータは、電気的に部分に分けられて、互いに電気的に絶縁される。個々の部分は、別々の電源および／または制御によって具体化されることができる。

さらに、少なくとも１つの電極を排ガスラインに固定するための装置は、提案される。そしてそれは、本発明によるタイプの少なくとも１つのホルダを有する。排ガスの流れ方向の下流に粒子セパレータが配置される。したがって、電界は、特に、少なくとも１つの電極と、流れ方向の下流の粒子セパレータとの間に確立される。その結果、電極によって、排ガスに含まれる帯電したすす粒子を提供して、それにより、粒子セパレータに向けて引き寄せられるそれらの傾向を増加させることは、可能である。さらに、電界のせいで粒子が集塊されて、したがって、最も小さいすす粒子でさえ下流の粒子セパレータに沈積されて、最終的に変換されることは、可能である。

粒子トラップは、特に、流路が完全に閉じないいわゆる開いた部分フローフィルタである。その代わりに、粒子トラップは、金属不織布および金属波形層によって形成されて、開口、ガイド構造その他が設けられる。ここで、ガイド構造は、流れ通路の流れの抑制を形成する。したがって、粒子トラップの中でのすす粒子の滞留時間または衝突確率を上昇させる。この文脈において、注意は、出願人の周知の特許公報にひかれる。それに対する参照は、粒子トラップのより詳細な特徴描写および／またはその再生のためになされることができる。特に、以下の文書の説明は、この目的のために参照によって完全に組み込まれる：ＷＯ―Ａ―０１／８０９７８；ＷＯ―Ａ―０２／００３２６；ＷＯ―Ａ―２００５／０９９８６７；ＷＯ―Ａ―２００５／０６６４６９；ＷＯ―Ａ―２００６／１３６４３１；ＷＯ―Ａ―２００７／１４０９３２。

この種の粒子トラップの再生は、ＣＲＴ方法に基づいて連続的に実行されることが好ましい。この目的のために、酸化触媒は、例えば、装置の上流に配置されることができる。触媒（なかでも）一酸化窒素は、二酸化窒素を与えるために酸化して、次いで、それは粒子トラップのすすと反応する。この種の酸化したコーティングは、粒子トラップ自体において、粒子トラップの１つのゾーンにおいてまたは、あるいは粒子トラップの全領域において、実施されることも、さらに可能である。

複数のホルダを提供することは、さらに好都合でもよい。これらは、排ガスの流れ方向に直列に配置されることが好ましい。この場合、複数のホルダは、排ガスの流れのふるまいおよび／または電界の形成に対するそれらの効果に関して互いに影響することができる。この場合、適切な場合には、第１のホルダの電極が次の第２のホルダを少なくとも部分的に貫通することも、可能である。

多くの用途において、本体は、排ガスラインのライン断面積に完全に広がると想定される。換言すれば、これは、特に、排ガスが本体の外側を流通することができなくて、本体の内部を通って流れることを意味する。

開発によれば、しかしながら、排ガスラインのライン断面積を部分的にのみ広がる少なくとも１つのホルダを提供することも、可能である。したがって、例えば、ホルダは、排ガスラインに向かう環状ギャップを伴って具体化されることができる。複数のホルダを直列に正確に形成する場合、排ガスラインの全てのライン断面積全体的に再度広がることは、可能である。ここでの状況は、例えば、まず最初に、ライン断面の中心の円形部分のみがホルダによって満たされる一方、それに続く領域は、中心の環状ホルダで具体化されることができる。

最後に、少なくとも１つのホルダは、排ガスの脈動に対して振動的に影響されるように具体化されることも、提案される。これは、特に、自動車両のエンジンの燃焼プロセスにより生じる排ガスの脈動によって振動することが励起されるというような方法で、ホルダが排ガスラインに載置されることを意味する。ホルダのおよび／または放電電極の軸方向のおよび／または半径方向の振動が可能であるというような方法で、ホルダを具体化することは、ここで可能である。この程度に、対応して可撓性のまたは「柔らかい」実装は、ここで設けられなければならない。このようにして、例えば、作動中のホルダ上のおよび／または放電電極上のすすの沈積は、再び繰り返し解放される。したがって、特に、ホルダの領域の電気的短絡の危険は、ここで著しく減少され得る。

本発明および技術的な文脈は、図を参照して以下でさらに詳細に説明される。図は、本発明の特に好ましい実施形態を示す点に留意する必要がある。しかし、本発明はそれに制限されない。

図１は、電極ホルダおよび下流の粒子セパレータを有する装置の第１実施形態を示す。 図２は、ホルダの実施形態の横断面を示す。

図１は、複数の電極２を排ガスライン３に取り付ける装置１５の縦断面を示す。排ガスの流れ方向１６において、排ガスが流れることのできる本体４を有するホルダは、まず最初に設けられる。流れが生じることのできる本体４は、互いに平行になっている多数のチャネルを備える。複数の電極２は、流れが生じることのできる前記本体４の後側上の横断面全体に分配される方法で配置される。装置１５は、さらに、電源２２を備える。そしてそれは、電気接点７およびディストリビュータ８を介して電極２に電流を供給する。次いで、流れ方向１６において前記電極２から始まる流れが生じることのできる本体４の下流に、電界２１は形成される。この構成において、電位は、流れが生じることのできる本体４と、排ガスライン３において同様に配置される下流の粒子セパレータ２３との間に形成される。特に、粒子セパレータ２３は、金属の開いた部分流れフィルタの方法で設計される。

図２は、同様に模式的な方法で、適切な電極ホルダの横断面を示す。実質的に丸いライン断面積１７を形成する実質的に管状の排ガスライン３は、示される。ハウジング５および金属構造物６を備え、流れが生じることのできる本体は、排ガスライン３に対して間隔を伴って形成される。ここで、流れが生じることのできる本体は、３つの部分を形成する。そしてそれは、３つの中央に示された電極２に電流を供給することのできる電気接点７をさらに有する。排ガスが流れることのできるチャネルが形成される結果、個々の部分は、滑らかな構造金属箔によって形成される。部分１３は、さらに、電気絶縁によって互いに離れて間隔を置かれる。流れが生じることのできる本体の電気的に絶縁された部分的領域に対する、流れが生じることのできるチャネルの比率は、ここで示されるよりも通常、著しく大きい点に留意する必要がある。

その結果、予め定められたチャネルの横断面１０を有する第１のチャンネル９の多重度は、ここで得られる。さらに、（３つの）第２のチャンネルは、ここで設けられて、３つの電極２に適応するのに役立つ。前記第２のチャンネル１１は、電極の断面積１２を本質的に形成する。

さらに、図２は、ハニカム構造６を有するハウジング５がマウント２４で具体化されて、排ガスの脈動に対してホルダを振動的に影響されるようにするという事実を示す。したがって、特に、半径２０または軸１９の方向の排ガスライン３に対するホルダの相対運動は、可能になる。

本発明は、したがって、先行技術に関して説明される課題を少なくとも部分的に解決する。特に、少なくとも１つの電極（コロナ放電を生じるための放電電極）のためのホルダは、排ガスフローにおける電極の正確な配列を許容するように示される。さらに、このホルダは、技術的に単純な手段によって提供されることができて、持続性のベース上の自動車両の排気システムの変更状況に耐えることができる。

１…ホルダ
２…電極
３…排ガスライン
４…流れが生じることのできる本体
５…ハウジング
６…ハニカム構造
７…電気接点
８…ディストリビュータ
９…第１のチャンネル
１０…チャネルの断面積
１１…第２のチャネル
１２…電極の断面積
１３…部分
１４…絶縁
１５…装置
１６…流れ方向
１７…ライン断面積
１８…マウント
１９…軸
２０…半径
２１…電界
２２…電源
２３…粒子セパレータ
２４…マウント

Claims (9)

1. 排ガスライン（３）における複数の電極（２）のためのホルダ（１）であって、排ガスの流れが生じることのできる本体（４）、および前記複数の電極（２）のための複数の電気接点（７）を含み、
   前記複数の電極（２）は、排ガスの流れ方向（１６）において、流れが生じることのできる前記本体（４）の後側上に配置され、
   流れが生じることのできる前記本体（４）は、複数のチャネルを有して、前記複数の電極（２）を保持し、
   排ガスの流れ方向（１６）において、流れが生じることのできる前記本体（４）と、前記排ガスライン（３）内の下流に配置される粒子セパレータ（２３）との間に、前記電極（２）から始まる電界（２１）が形成され、
   流れが生じることのできる前記本体（４）は、少なくとも１つのハウジング（５）および少なくとも１つの金属的なハニカム構造（６）を有し、
   前記ホルダ（１）が前記排ガスライン（３）に対して半径（２０）または軸（１９）の方向に相対運動可能なように、そしてしたがって排ガスの脈動に対して振動的に影響され得るように、前記少なくとも１つのハウジング（５）は、マウント（２４）により、前記排ガスライン（３）にマウントされ、
   前記複数の電気接点（７）は、前記少なくとも１つのハウジング（５）を通って形成される、ホルダ（１）。
2. 前記複数の電極（２）は、コロナ放電を生じるために適した放電電極であり、流れが生じることのできる前記本体（４）は、チャネルを有して、前記複数の電極（２）を保持し、前記複数の電気接点（７）は、前記本体（４）に組み込まれる、請求項１に記載のホルダ（１）。
3. 流れが生じることのできる前記本体（４）は、前記複数の電極（２）および少なくとも１つのディストリビュータ（８）を有し、前記少なくとも１つのディストリビュータ（８）は、前記複数の電極（２）と電気的に接触する、請求項１または２に記載のホルダ（１）。
4. 流れが生じることのできる前記本体（４）は、チャネルの断面積（１０）を有する少なくとも１つの第１のチャネル（９）、および電極の断面積（１２）を有する少なくとも１つの第２のチャネル（１１）を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のホルダ（１）。
5. 流れが生じることのできる前記本体（４）は、電気的に部分に分けられ、前記部分（１３）は、互いに少なくとも部分的に絶縁される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のホルダ（１）。
6. 複数の電極（２）を排ガスライン（３）に取り付けるための装置（１５）であって、請求項１〜５のいずれか１項に記載の少なくとも１つのホルダ（１）を有し、前記排ガスの流れ方向（１６）の下流に粒子セパレータ（２３）が配置される、装置（１５）。
7. 複数のホルダ（１）が設けられる、請求項６に記載の装置（１５）。
8. 前記少なくとも１つのホルダ（１）は、前記排ガスライン（３）のライン断面積（１７）を部分的にのみ広がる、請求項６または７に記載の装置（１５）。
9. 前記少なくとも１つのホルダ（１）は、排ガスの脈動に対して振動的に影響されるように具体化される、請求項６〜８のいずれか１項に記載の装置（１５）。
   
   

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