專利名稱：用于處理含有炭黑顆粒的排氣的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尤其是具有所謂的靜電過濾器或電過濾器的、用于處理含有炭黑顆粒的排氣的裝置，以及一種用于轉(zhuǎn)化排氣中的炭黑顆粒的合適的方法。本發(fā)明尤其適合用于在機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域中處理移動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣，尤其適用于處理源自柴油燃料的排氣。
背景技術(shù)：
已經(jīng)討論過許多不同的用于消除來自移動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣中的炭黑顆粒的方案。除了交替封閉的壁流過濾器、敞開式支流過濾器、重力分離器等以外，還已經(jīng)提出了使排氣中的顆粒荷電(帶有電荷)然后借助于靜電引力沉淀的系統(tǒng)。這些系統(tǒng)尤其以名稱 “靜電過濾器”或“電過濾器”所公知。對(duì)于這種電過濾器，通常建議在排氣管中安置(多個(gè))放電極和集電極。在此，例如利用一基本居中地穿過排氣管延伸的中央放電極以及一包圍的排氣管外殼面作為集電極來構(gòu)成電容器。通過放電極和集電極的這種布置，垂直于排氣流動(dòng)方向形成電場(chǎng)，其中放電極例如可以在約15kV范圍的高壓運(yùn)行。由此尤其可以形成電暈放電，該放電使得隨排氣流過電場(chǎng)的顆粒被以單極性方式充電(荷電)。由于該充電，顆粒通過靜電的庫侖力移動(dòng)到集電極。除了排氣管作為集電極的系統(tǒng)以外，還已知例如由絲網(wǎng)(格柵)構(gòu)成集電極的系統(tǒng)。顆粒積聚在絲網(wǎng)上，目的是使顆粒在適當(dāng)?shù)那闆r下與其他顆粒相結(jié)合，由此形成團(tuán)塊。 然后流過絲網(wǎng)的排氣又?jǐn)y帶較大的顆粒并且將它們輸送到常規(guī)的過濾器系統(tǒng)。盡管上述系統(tǒng)目前至少在試驗(yàn)中已經(jīng)顯示出適用于處理炭黑顆粒，但是將這種方案轉(zhuǎn)化成在機(jī)動(dòng)車中大量應(yīng)用是一個(gè)大的挑戰(zhàn)。尤其在劇烈變化的、有時(shí)非常大的排氣中的炭黑負(fù)荷方面以及所期望的這種系統(tǒng)用于目前現(xiàn)有排氣系統(tǒng)的再裝備性方面更是如此。 此外要考慮，隨著這種排氣系統(tǒng)在消除炭黑顆粒方面的性能提高，也需要進(jìn)行過濾器系統(tǒng)的(周期性的或連續(xù)的)再生，在再生時(shí)炭黑被轉(zhuǎn)化成氣態(tài)成分。關(guān)于過濾器系統(tǒng)的再生，除了通過短時(shí)間加熱進(jìn)行的間歇式再生、即燒掉炭黑 (催化激發(fā)的氧化轉(zhuǎn)化)以外，還已知利用二氧化氮(NO2)轉(zhuǎn)化炭黑。通過二氧化氮連續(xù)再生的優(yōu)點(diǎn)是，在這種情況下可以在明顯更低的溫度(尤其低于250°C)進(jìn)行炭黑的轉(zhuǎn)化。因此在許多應(yīng)用場(chǎng)合優(yōu)選連續(xù)的再生。但是這導(dǎo)致的問題是，必需保證在排氣流中的二氧化氮與沉積的炭黑顆粒以足夠的程度相接觸。與此相關(guān)，在使這種排氣設(shè)備在機(jī)動(dòng)車中連續(xù)運(yùn)行方面也存在技術(shù)上的困難，其中內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的不同負(fù)載導(dǎo)致不同的排氣流、排氣組分和溫度。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，本發(fā)明的目的是，至少部分地解決關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)描述的問題。尤其給出一種用于處理含有炭黑顆粒的排氣的裝置，該裝置同樣對(duì)于炭黑顆粒提供高的分離效果并且能夠良好地再生。還給出一種相應(yīng)的用于轉(zhuǎn)化排氣中的炭黑顆粒的方法。該裝置和方法容易集成到現(xiàn)有的移動(dòng)式排氣系統(tǒng)中，同時(shí)能夠成本有利地制成。這些目的通過如權(quán)利要求1的特征所述的裝置以及如權(quán)利要求11的步驟所述的用于轉(zhuǎn)化排氣炭黑顆粒的方法得以實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的其他有利的擴(kuò)展構(gòu)型分別在從屬權(quán)利要求中給出。要指出，在各權(quán)利要求中單獨(dú)描述的特征可以以任意技術(shù)上可行的方式相互組合并且展示本發(fā)明的其他擴(kuò)展構(gòu)型。說明書尤其結(jié)合附圖闡明了本發(fā)明并且給出了附加的實(shí)施例。本發(fā)明涉及一種用于處理含有炭黑顆粒的排氣的裝置，它至少包括-至少一個(gè)二氧化氮源或氧源，-至少一個(gè)用于電離炭黑顆粒的電離元件，-至少一個(gè)用于中和荷電的炭黑顆粒的中和元件，-至少一個(gè)表面分離器，所述表面分離器具有多個(gè)在入口區(qū)域與出口區(qū)域之間延伸的通道，排氣能夠流過所述通道，其中至少部分地在入口區(qū)域處設(shè)有至少一個(gè)用于荷電的炭黑顆粒的沉積障礙(沉積抑制器)。在此提出的裝置尤其可以是具有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)動(dòng)車的排氣系統(tǒng)的一部分。然而，該裝置也可以被設(shè)置為用于排氣系統(tǒng)的模塊化結(jié)構(gòu)組件。因此，首先優(yōu)選設(shè)有至少一個(gè)二氧化氮源。這種二氧化氮源例如是催化轉(zhuǎn)化器，該催化轉(zhuǎn)化器(與排氣的其他組分、尤其是氧一起)輔助將排氣中含有的氮氧化物(尤其是一氧化氮NO)轉(zhuǎn)化成二氧化氮。原則上也可以設(shè)置多個(gè)這樣的二氧化氮源，但這不是絕對(duì)必需的。所述二氧化氮源通?？梢杂删哂袔Ц矊拥姆涓C體的催化轉(zhuǎn)化器來實(shí)現(xiàn)，其中該覆層具有鉬、銠、鈀或類似元素。因此所述二氧化氮源連接到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的下游，且至少部分地位于排氣系統(tǒng)中。盡管通常優(yōu)選在相對(duì)“冷的排氣系統(tǒng)”中使用所述二氧化氮源(例如柴油發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合)，但也可以在相對(duì)高的溫度通過來自氧源的氧來實(shí)現(xiàn)炭黑顆粒的氧化轉(zhuǎn)化(例如汽油發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用場(chǎng)合)。作為氧源，優(yōu)選考慮例如內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)本身或所謂的二次空氣輸入管，即尤其輸送含氧氣體到排氣管中。利用催化劑的化學(xué)反應(yīng)也可能產(chǎn)生氧，由此也可以將催化劑視為氧源。尤其優(yōu)選這樣的裝置該裝置有選擇地在排氣管中在表面分離器的上游具有至少一個(gè)二氧化氮源或至少一個(gè)氧源。此外，設(shè)有至少一個(gè)用于電離炭黑顆粒的電離元件。在此優(yōu)選地，在排氣到達(dá)裝置的具有至少一個(gè)電離元件的部段之前，使排氣首先到達(dá)二氧化氮源。電離元件優(yōu)選具有一個(gè)電離電極或多個(gè)電離電極。所述至少一個(gè)電離元件與電壓源連接，尤其與高壓源連接。也可以利用控制單元調(diào)節(jié)電壓。原則上可以使用直流電壓源或交流電壓源。此外，設(shè)有至少一個(gè)用于中和荷電的炭黑顆粒的中和元件。所述至少一個(gè)中和元件至少滿足使電荷輸送到荷電的炭黑顆?；驈钠渑懦龅娜蝿?wù)(取決于電荷)，由此在接觸荷電的炭黑顆粒時(shí)發(fā)生炭黑顆粒的電中和或去電離。電離元件與中和元件的數(shù)量原則上不必一致，但是一致的數(shù)量是適宜的。在所述至少一個(gè)電離元件與所述至少一個(gè)中和元件之間通常形成電場(chǎng)。該電場(chǎng)尤其在排氣系統(tǒng)的方向上或者排氣的流動(dòng)方向上延伸，其中排氣首先到達(dá)所述至少一個(gè)電離元件，然后到達(dá)所述至少一個(gè)中和元件。由此，所述至少一個(gè)電離元件與所述至少一個(gè)中和元件在排氣流動(dòng)方向上錯(cuò)開，尤其是錯(cuò)開數(shù)厘米例如至少5cm、至少15cm、甚或至少30cm的間隔。此外，設(shè)有至少一個(gè)表面分離器。該表面分離器的特征在于具有多個(gè)供排氣流過的通道，并且所述通道在入口區(qū)域與出口區(qū)域之間延伸。原則上，可形成僅具有兩個(gè)通道的表面分離器，但是優(yōu)選一種設(shè)有多個(gè)通道的實(shí)施方式，例如設(shè)有至少30個(gè)、至少50個(gè)、甚或至少100個(gè)通道。術(shù)語“表面分離器”是指使(尤其與其體積相比)非常大的表面用于積聚炭黑顆粒。與其中炭黑顆粒在盡可能狹小受限的空間上相互凝聚成團(tuán)的已知變型不同， 在這里目的是使炭黑顆粒大面積地分布在由通道形成的通道壁的表面上。但是在此并不排除，炭黑顆粒例如也沉積在多孔通道壁的內(nèi)部。在這里尤其也可以將通道壁的外表面和內(nèi)表面視為適合于沉積的表面?！巴ǖ馈庇绕鋺?yīng)理解為長(zhǎng)度明顯長(zhǎng)于其直徑的界定出的通流路徑，其中直徑尤其顯著大于通常的炭黑顆粒尺寸。盡管對(duì)于某些目的構(gòu)成獨(dú)立和分開的通道已經(jīng)足夠了，但是也可以提供連通的通道，其中(例如通過通道壁中的開孔)能夠?qū)崿F(xiàn)排氣分流的交換。提供例如至少5cm、但是優(yōu)選甚至至少IOcm長(zhǎng)度的通道(它們尤其在橫截面上是相對(duì)較小的)容易以適配于流動(dòng)輪廓的方式構(gòu)成各個(gè)通道或表面分離器。然而，為了在垂直于流動(dòng)方向的恰好一個(gè)平面中(例如格柵)不產(chǎn)生炭黑顆粒的積聚，至少部分地在入口區(qū)域上設(shè)有至少一個(gè)用于荷電的炭黑顆粒的沉積障礙。該沉積障礙執(zhí)行防止荷電的炭黑顆粒(除外地或過度地)沉積在入口區(qū)域的功能。在此所述沉積障礙可以構(gòu)造成，使得僅對(duì)于部分通道構(gòu)成沉積障礙或?qū)τ谕ǖ啦煌貥?gòu)成沉積障礙。該沉積障礙一方面可以涉及表面分離器本身，但是也可使至少一個(gè)沉積障礙作用于排氣流上并由此引起通過表面分離器的排氣流的變化的流動(dòng)導(dǎo)向。為此，至少一個(gè)沉積障礙可以直接在入口區(qū)域處和/或從入口區(qū)域起朝出口區(qū)域的方向以略微錯(cuò)置的方式構(gòu)成。在某些情況下，也可對(duì)于至少一部分通道從入口區(qū)域直到出口區(qū)域設(shè)置這種沉積障礙。至少一個(gè)用于荷電的炭黑顆粒的沉積障礙在表面分離器中的布置和/或分布可以選擇成，使得炭黑顆粒盡可能均勻地沉積在多個(gè)通道的通道壁上(并且不只在正面上)。這尤其導(dǎo)致，即使在排氣的炭黑負(fù)荷短暫增加時(shí)，沉積的炭黑顆粒也大面積地、即相互間以相對(duì)大的距離布置。這以特別的程度提供了使炭黑顆粒在那里連續(xù)地通過二氧化氮再生的可能性。這尤其得益于以下事實(shí)在相對(duì)長(zhǎng)的流動(dòng)路徑上并且以距通道壁短的距離被導(dǎo)引通過通道的排氣有可能在那里與相對(duì)自由的小顆粒進(jìn)行轉(zhuǎn)化。其結(jié)果是，由于實(shí)施了表面分離器的特別有效的、連續(xù)的再生，尤其避免了在炭黑顆粒負(fù)荷增加時(shí)在表面分離器上不期望的壓力降。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例變型，所述至少一個(gè)中和元件在所述至少一個(gè)表面分離器的出口區(qū)域的區(qū)域中形成。這尤其指的是，所述至少一個(gè)中和元件形成所述出口區(qū)域的一部分，其中中和元件例如可以是部分表面分離器的一部分、可以定位成與其(電)接觸、或者也可以在流動(dòng)方向上設(shè)置在其下游。據(jù)此，可以使所述至少一個(gè)中和元件容納到表面分離器中，但是也可實(shí)現(xiàn)所述至少一個(gè)中和元件的獨(dú)立后置的構(gòu)型。如果所述至少一個(gè)中和元件是表面分離器的組合的組成部分，則表面分離器同時(shí)承擔(dān)中和的功能，由此最終使電中和的炭黑顆粒沉積在表面分離器的表面上。如果所述至少一個(gè)中和元件形成于表面分離器的下游，則可以使中和元件按照常規(guī)的集電電極的形式構(gòu)成，以便形成穿過表面分離器的電場(chǎng)。然后通道尤其被構(gòu)造成，使得荷電的炭黑顆粒由于電力而撞擊通道壁。
優(yōu)選使電離元件在排氣的流動(dòng)方向上設(shè)置在表面分離器的上游，由此在表面分離器的上游發(fā)生炭黑顆粒的電離。特別優(yōu)選，使電離元件以至少5cm、尤其至少IOcm的距離設(shè)置在表面分離器的上游。由此使表面分離器不是用于執(zhí)行電離，而是基本只用作已經(jīng)(在上游)被電離的炭黑顆粒的收集器。此外特別優(yōu)選，所述至少一個(gè)表面分離器由蜂窩體構(gòu)成。原則上可以使蜂窩體以不同的材料構(gòu)成，尤其具有金屬的和/或陶瓷的組分。多年以來公知這種蜂窩體的制造方法，并且蜂窩體已經(jīng)證實(shí)在排氣流與通道壁之間形成接觸方面是特別適合的。在此蜂窩體可以具有(僅)敞開的和/或(部分)封閉的通道。原則上優(yōu)選使通道基本線狀地且相互平行地延伸(例如，在擠出的蜂窩體的情形中)，但這不是絕對(duì)必需的。也可以使通道和/ 或通道壁配有結(jié)構(gòu)(溝槽、凸起、滑動(dòng)面等)，用于附加地增進(jìn)所保持的炭黑顆粒與來自排氣的二氧化氮之間的接觸。由此使表面結(jié)構(gòu)從通道壁伸進(jìn)通道中并且尤其使通道橫截面變窄。在此通道壁可以是不透氣的和/或透氣的，其中透氣的通道壁可以通過材料的多孔性和/或通過開口(例如孔)來實(shí)現(xiàn)。尤其還提出，對(duì)通道配設(shè)不同構(gòu)型的所述至少一個(gè)沉積障礙。即，換言之，尤其使至少一個(gè)沉積障礙在運(yùn)行期間導(dǎo)致在時(shí)間上和/或空間上影響各個(gè)通道的不同沉積區(qū)域。 由此可以使沉積障礙在中央設(shè)置的通道區(qū)域與在表面分離器的邊緣區(qū)域中的通道中的沉積障礙相比不同地構(gòu)成?？商鎿Q地或附加地，對(duì)于若干通道使沉積障礙在靠近通道入口區(qū)域與在出口區(qū)域相比不同地構(gòu)成。如果表面分離器本身是中和元件，尤其可以在通道的走向上和/或根據(jù)通道的位置實(shí)現(xiàn)不同的通道壁導(dǎo)電性，由此使電場(chǎng)的形成和與此相關(guān)的庫侖力在荷電的炭黑顆粒上的作用相匹配。在此根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)方案還提出，使所述至少一個(gè)沉積障礙在通道的不同軸向區(qū)域中延伸。因此沉積障礙在一部分通道中可以從入口區(qū)域進(jìn)入到通道中直達(dá)幾毫米，但是也可使沉積障礙一直延伸到出口區(qū)域。在此也可以在各通道中設(shè)置多個(gè)(相同的和/或不同的)沉積障礙。此外還提出，所述至少一個(gè)沉積障礙通過不同的通道形狀形成。在表面分離器的這個(gè)具體的實(shí)施方式中，尤其當(dāng)表面分離器構(gòu)成中和元件時(shí)，能夠使炭黑顆粒的碰撞概率和/或沉積能力和/或流動(dòng)路徑匹配于排氣的流動(dòng)輪廓和/或排氣體積流。這尤其要抵消不同量的顆粒流入通道中的情況。相反可以實(shí)現(xiàn)，不同的排氣流不同地(并且由此平均來說均勻地)流入通道中。在此“通道形狀”包括考慮其橫截面以及通道的走向形狀。尤其當(dāng)通道在下面的特性方面不同時(shí)認(rèn)為給出了不同的通道形狀通道橫截面大小(直徑)、通道橫截面形狀、通道走向的斜度、通道走向的曲率、通道走向的擴(kuò)寬、通道走向的收縮、通道壁的結(jié)構(gòu)的位置和/或形式等。此外在該變型中特別提出，使存在中央流的通道比存在非中央流的通道至少更大或者更加結(jié)構(gòu)化。即，換言之，在表面分離器的中央?yún)^(qū)域或者中央入流的區(qū)域比表面分離器的非中央或靠近邊緣的區(qū)域設(shè)有更大的通道橫截面或者更小的通道密度。可替換地或附加地，可以使存在中央流的通道的通道壁以更大的程度具有結(jié)構(gòu)，即在結(jié)構(gòu)的大小、結(jié)構(gòu)的頻度等方面。該措施尤其考慮了以下事實(shí)排氣在流過表面分離器時(shí)的壓力損失與排氣質(zhì)量流成平方地增加。在中心區(qū)域設(shè)置結(jié)構(gòu)導(dǎo)致對(duì)于該部分超比例地導(dǎo)引大部分排氣流到邊緣部位，由此總體上在通道中可檢測(cè)到大致相同的流動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，可以使所述至少一個(gè)沉積障礙由至少一個(gè)電絕緣體構(gòu)成。為此尤其考慮陶瓷覆層，該覆層例如可以涂覆在金屬表面上?？蛇x地，也可以添加形成電絕緣體的獨(dú)立的部件。然而原則上也可使所述至少一個(gè)表面分離器具有形成沉積障礙的電絕緣體作為基本材料。S卩，換言之，表面分離器本身至少部分地沒有導(dǎo)電性。尤其可通過考慮通道形狀 (例如螺旋的和/或形成結(jié)構(gòu)的通道)或表面分離器的方案(例如具有交替封閉的通道的壁流過濾器)，來確保顆粒能夠沉積在該基本材料上或該基本材料中。為了在此在表面分離器的整個(gè)表面上均勻地實(shí)現(xiàn)顆粒的選擇性沉積，可以例如以使表面分離器具有至少一個(gè)中和元件的方式組合導(dǎo)電性，其中所述至少一個(gè)中和元件在各通道中不同地構(gòu)成。因此，可以在表面分離器的基本材料中或上設(shè)置導(dǎo)電材料并使它們與電接地(接地線)連接。這可以通過相應(yīng)的導(dǎo)電的(必要時(shí)相互接觸的)導(dǎo)體、纖維、顆粒和類似部件實(shí)現(xiàn)。為此尤其提供金屬的襯層。所述表面分離器優(yōu)選具有多孔的通道壁，所述通道壁尤其通過燒結(jié)金屬、陶瓷、碳化硅(SiC)或其混合物構(gòu)成。尤其特別優(yōu)選(至少部分)擠出的蜂窩體。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種用于轉(zhuǎn)化排氣中的炭黑顆粒的方法，該方法至少包括以下步驟a)在排氣中提供至少二氧化氮或氧，b)利用電場(chǎng)電離炭黑顆粒，c)使荷電的炭黑顆粒沉積在至少一個(gè)表面分離器的內(nèi)部通道壁上，d)使二氧化氮與在所述至少一個(gè)表面分離器的內(nèi)部通道壁上的沉積的炭黑顆粒相接觸。由此尤其在根據(jù)本發(fā)明提出的裝置中提供了炭黑顆粒的連續(xù)再生。需要指出，以裝置為基礎(chǔ)描述的特征也可以用于說明方法，反之亦然。還需要指出，步驟a)和b)可以相繼地和/或同時(shí)地執(zhí)行，其中重點(diǎn)關(guān)注對(duì)排氣的分流的作用。優(yōu)選在移動(dòng)式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行期間持久地執(zhí)行所有步驟a)至d)。此外優(yōu)選地，步驟a)可選擇性地包括在排氣管中提
供/產(chǎn)生二氧化氮或氧。根據(jù)本方法的一個(gè)改進(jìn)方案還建議，根據(jù)排氣參數(shù)改變通過所述至少一個(gè)表面分離器的通道的排氣的流動(dòng)特性或者改變電場(chǎng)的配置。必要時(shí)也可同時(shí)或并行地執(zhí)行這兩個(gè)措施。也可以獨(dú)立地改變流動(dòng)特性，例如通過相應(yīng)地構(gòu)造表面分離器使得存在給出不同的流動(dòng)特性的、通過不同的通道的流。但是也可進(jìn)行有效的變型，例如調(diào)節(jié)電場(chǎng)的頻率和/或場(chǎng)強(qiáng)。作為排氣參數(shù)尤其考慮排氣的溫度、質(zhì)量流、體積流和/或流速。當(dāng)然，可替換地或附加地，也可使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的其他特征值來推斷相應(yīng)的排氣參數(shù)。本方法優(yōu)選用于執(zhí)行所述至少一個(gè)表面分離器的連續(xù)再生。為此，使炭黑與在排氣流的上游已產(chǎn)生的二氧化氮相接觸并且進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化。為了進(jìn)一步說明，可以追溯到所謂的CRT工藝(CRT = continous regeneration trap (連續(xù)再生捕集)，參見例如 EP-A-0341832)。此外還優(yōu)選一種方法，其中使荷電的炭黑顆粒均勻地沉積在至少一個(gè)表面分離器的所有通道上。這尤其指的是，將裝置或表面分離器構(gòu)造成，使得荷電的炭黑顆粒在表面分離器的所有內(nèi)部通道面上的沉積可能性基本相同。為此可能需要采取的措施已經(jīng)在上文描述過。本發(fā)明優(yōu)選在具有內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、尤其是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)動(dòng)車中使用，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有后置的排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)具有根據(jù)本發(fā)明的裝置。為此，機(jī)動(dòng)車?yán)缇哂锌刂茊卧?該控制單元用于使所述裝置按照本發(fā)明的方法運(yùn)行，其中控制單元尤其通過相應(yīng)的軟件配置成，在機(jī)動(dòng)車運(yùn)行期間實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行。必要時(shí)，該控制單元可以與排氣系統(tǒng)和/ 或內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的傳感器和/或存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)模型相互作用，以便匹配該系統(tǒng)。


下面參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明以及技術(shù)領(lǐng)域。要指出，附圖示出本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施例，但是本發(fā)明并不局限于這些實(shí)施例。在示意性的附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)施例變型；圖2示出表面分離器的第一實(shí)施例變型的第一細(xì)節(jié)；圖3示出表面分離器的第二變型的第二細(xì)節(jié)；圖4示出表面分離器的第三實(shí)施例變型的第三細(xì)節(jié)；圖5示出本裝置的另一實(shí)施例變型；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的方法的示圖；圖7示出作用于炭黑顆粒上的引力的示圖；圖8示出表面分離器的另一實(shí)施例變型的細(xì)節(jié)。
具體實(shí)施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置1的第一實(shí)施例。在此，排氣以流動(dòng)方向31流過排氣系統(tǒng)，該排氣系統(tǒng)在此示出為大致管狀的形狀，然而其形狀并不重要。在排氣中含有炭黑顆粒2。排氣與炭黑顆粒2首先被引導(dǎo)通過二氧化氮源3，尤其是通過鉬覆層的蜂窩形催化轉(zhuǎn)化器。該二氧化氮源將排氣中包含的一氧化氮(NO)轉(zhuǎn)化成二氧化氮(NO2),由此提高排氣中的二氧化氮含量(尤其總計(jì)整個(gè)氮氧化物的至少25%重量百分比甚或至少50%重量百分比)。被這樣處理的排氣繼續(xù)流動(dòng)到(各個(gè))表面分離器6。該表面分離器6具有入口區(qū)域8和出口區(qū)域9。相互平行地延伸的線狀的通道7在入口區(qū)域8與出口區(qū)域9之間延伸。通道7在此構(gòu)造成(局部地)具有催化覆層18，但這不是絕對(duì)必需的。在排氣到達(dá)表面分離器6之前，它進(jìn)入到電場(chǎng)中，該電場(chǎng)利用在表面分離器6上游的電離元件4和在表面分離器6的出口區(qū)域9處的中和元件構(gòu)成。在所示情況下，中和元件5集成到表面分離器6的通道壁中。為了防止荷電的炭黑顆粒直接碰撞到入口區(qū)域8的范圍中的蜂窩體的正面上并由此使得通道7本身不再用于沉積炭黑顆粒，在入口區(qū)域8的范圍中構(gòu)成沉積障礙10，該沉積障礙實(shí)際減少或防止在那里沉積。該沉積障礙10的不同擴(kuò)展構(gòu)型也在下面的附圖中示出。圖2例如示出表面分離器的細(xì)節(jié)，該表面分離器具有由通道壁17限定出的多個(gè)通道7。由此尤其形成所謂的蜂窩體11。為了防止炭黑顆粒僅沉積在蜂窩體11的入口區(qū)域8中，在那里設(shè)有(以在通道壁上的覆層的形式構(gòu)成的)電絕緣體15作為沉積障礙。在這個(gè)附圖中還示出，沉積障礙、或者如同在這里所示的電絕緣體的實(shí)施方式可以涉及通道7 的不同區(qū)域12。因此區(qū)域12尤其在其長(zhǎng)度和/或位置方面可以相互不同。
圖3示出蜂窩體11的實(shí)施例變型，該蜂窩體通過錐狀的或收縮/擴(kuò)展的通道構(gòu)成。盡管在圖2中通道形狀示例地基本為圓形并且其長(zhǎng)度恒定，但在錐形通道形狀中橫截面在其縱向上是變化的。由于變化的通道橫截面，在此也可以影響流動(dòng)或者也可以在蜂窩體11的后面部分中實(shí)現(xiàn)炭黑顆粒的沉積。在蜂窩體11的上游還純示意性地示出氧源32， 該氧源可以集成到排氣系統(tǒng)中，例如代替二氧化氮源。此外在這里示出蜂窩體11的擴(kuò)展構(gòu)型，其中通道壁17通過起到電絕緣體15的作用的基本材料構(gòu)成，例如陶瓷或碳化硅。但是為了使炭黑顆粒由于庫侖力而向著通道壁17 運(yùn)動(dòng)，通道壁17(其在必要時(shí)也可以是多孔的)例如以加固物、襯入纖維等形式具有電導(dǎo)體 30。因此，通道壁17對(duì)于炭黑顆粒的引力在通道7的長(zhǎng)度上逐漸變強(qiáng)，或者該引力在入口區(qū)域8中更小。該軸向分級(jí)的導(dǎo)電性在此可以分區(qū)地實(shí)現(xiàn)，由此在給定的區(qū)域12上分別給出基本相同的導(dǎo)電性，但是過渡也可以是無級(jí)的或連續(xù)的。圖4示出作為表面分離器的蜂窩體11的另一細(xì)節(jié)，其中通道7具有不同的通道形狀13。在中央M、即在表面分離器6的存在中央流的區(qū)域，通道橫截面7相對(duì)較大。如果在半徑27方向上觀察通道形狀13，則可以注意到，在邊緣25的區(qū)域、即在存在非中央入流的區(qū)域，通道的橫截面較小。此外注意到，通道7(僅)在中央M的區(qū)域形成結(jié)構(gòu)14，該結(jié)構(gòu)尤其隨著排氣流速增加或隨著排氣體積流變大而建立相對(duì)大的壓力降，由此使排氣更大程度地導(dǎo)入到在徑向上位于外部的通道中。這些措施尤其有助于均勻地加載炭黑顆粒以及均勻地提供用于沉積的炭黑顆粒的二氧化氮。圖5示出根據(jù)本發(fā)明的裝置1的另一實(shí)施例。在左側(cè)局部區(qū)域中再次示出，含有炭黑顆粒2的排氣如何以流動(dòng)方向31流過二氧化氮源3，由此形成更多的二氧化氮。接著又形成電場(chǎng)16，然而這次是利用作為電離元件4的電離電極18和布置在表面分離器6下游的且作為中和元件的接地電極四。因此，表面分離器完全位于電場(chǎng)16中。在這里所示的表面分離器6尤其是由陶瓷或碳化硅制成的常規(guī)的壁流過濾器，其通道交替地封閉，由此分別形成流動(dòng)死端。然而，通道7不必如在此所示的平行于蜂窩體的中心軸線沈延伸。用于交替封閉的塞堵23可以構(gòu)成用于荷電的炭黑顆粒的相應(yīng)的沉積障礙或者由沉積障礙來實(shí)現(xiàn)。在此通道壁是多孔的或透氣的，由此過濾出炭黑顆粒。如果在這種表面分離器6中例如通過接地電極四與相應(yīng)的蜂窩體結(jié)構(gòu)直接接觸而存在導(dǎo)電性，則應(yīng)當(dāng)相應(yīng)有針對(duì)性地引導(dǎo)電荷。為此提出，使蜂窩體由墊21包圍，該墊實(shí)現(xiàn)與外殼19足夠的距離22，以便避免從表面分離器6向外殼19的飛弧。如果蜂窩體是金屬的并且具有自身的殼體20，則同樣適用。圖6旨在再次圖示出各方法步驟。在此，在第一步驟中利用二氧化氮源(或適當(dāng)?shù)拇呋矊?將氮氧化物(NOx)或一氧化氮(NO)轉(zhuǎn)化成二氧化氮(NO2)。此外，使炭黑顆粒(PM)或部分炭黑顆粒電離，由此使它們帶有電荷。被電離的或荷電的炭黑顆粒(PM+)然后在相應(yīng)的靜電引力的輔助下均勻地沉積在通道壁上，其中這近可能非常均勻地發(fā)生。更加遠(yuǎn)離的、可能仍荷電的或甚至已經(jīng)被中和的炭黑顆粒(PMVPM)自由接觸到所產(chǎn)生的二氧化氮(NO2)，由此能夠簡(jiǎn)單且有效地實(shí)現(xiàn)沉積表面或過濾材料的再生。對(duì)于該轉(zhuǎn)化過程也可以支持性地使用催化劑。在炭黑顆粒被轉(zhuǎn)化后，從表面分離器中排出氣態(tài)剩余物，例如二氧化碳(CO2)和元素態(tài)氮(N2)。圖7示例地和圖形地表示表面分離器6在炭黑顆粒2上的作用。炭黑顆粒例如在流動(dòng)方向31上飛過表面分離器6的微孔33，在該過程中炭黑顆粒荷電。由于朝向表面分離器6的電勢(shì)，炭黑顆粒2不是直線地繼續(xù)飛行(如同虛線所示那樣)，而是經(jīng)歷偏轉(zhuǎn)34并且接觸表面分離器6。然后炭黑顆粒2在那里可以被相應(yīng)地轉(zhuǎn)化。圖8示出根據(jù)本發(fā)明的表面分離器的另一實(shí)施例的細(xì)節(jié)，該表面分離器具有由通道壁17限定出的多個(gè)通道7。由此尤其形成所謂的蜂窩體11。該蜂窩體11由絕緣材料、 優(yōu)選是陶瓷形成。為了即使在蜂窩體11的入口區(qū)域8的下游也在蜂窩體11中引起炭黑顆粒的優(yōu)選沉積，在由電絕緣體15構(gòu)成的蜂窩體中設(shè)有電導(dǎo)體15，所述電導(dǎo)體在蜂窩體的不同區(qū)域12中不同程度地在向著入口區(qū)域8的方向上延伸。本發(fā)明尤其實(shí)現(xiàn)了炭黑顆粒的均勻沉積以及表面分離器的連續(xù)再生。附圖標(biāo)記清單1 裝置2 炭黑顆粒3 二氧化氮源4 電離元件5 中和元件6 表面分離器7 通道8 入口區(qū)域9 出口區(qū)域10 沉積障礙11 蜂窩體12 軸向區(qū)域13 通道形狀14 結(jié)構(gòu)15 電絕緣體16 電場(chǎng)17 通道壁18 催化覆層19 夕卜殼20 殼體21 墊22 距離23 塞堵24 中央25 邊緣26 軸線27 半徑28 電離電極29 接地電極
30電導(dǎo)體
31流動(dòng)方向
32氧源
33微孔
34偏轉(zhuǎn)
權(quán)利要求
1.一種用于處理含有炭黑顆粒O)的排氣的裝置(1)，至少包括-至少一個(gè)二氧化氮源( 或氧源(32)，-至少一個(gè)用于電離炭黑顆粒O)的電離元件G)，-至少一個(gè)用于中和荷電的炭黑顆粒O)的中和元件(5)，-至少一個(gè)表面分離器(6)，所述表面分離器具有多個(gè)在入口區(qū)域(8)與出口區(qū)域(9) 之間延伸的通道(7)，排氣能夠流過所述通道，其中至少部分地在所述入口區(qū)域(8)處設(shè)有至少一個(gè)用于荷電的炭黑顆粒O)的沉積障礙(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(1)，其中，所述至少一個(gè)中和元件(5)形成于所述至少一個(gè)表面分離器(6)的所述出口區(qū)域(9)的區(qū)域中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置(1)，其中，所述至少一個(gè)表面分離器(6)由蜂窩體 (11)構(gòu)成。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其中，對(duì)所述通道(7)配設(shè)不同構(gòu)型的所述至少一個(gè)沉積障礙(10)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其中，所述至少一個(gè)沉積障礙(10)在所述通道(7)的不同軸向區(qū)域(12)中延伸。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其中，所述至少一個(gè)沉積障礙(10)通過不同的通道形狀(1 形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置(1)，其中，使存在中央流的通道(7)比存在非中央流的通道(7)至少更大或者更加結(jié)構(gòu)化。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其中，所述至少一個(gè)沉積障礙(10)由至少一個(gè)電絕緣體(15)構(gòu)成。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(1)，其中，所述至少一個(gè)表面分離器(6)具有形成所述沉積障礙(10)的電絕緣體(1 作為基本材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置(1)，其中，所述表面分離器(6)具有至少一個(gè)中和元件(5)，其中所述至少一個(gè)中和元件( 在所述通道(7)中不同地構(gòu)成。
11.一種用于轉(zhuǎn)化排氣中的炭黑顆粒O)的方法，至少包括以下步驟a)在排氣中提供至少二氧化氮或氧，b)利用電場(chǎng)(16)電離炭黑顆粒(2)，c)使荷電的炭黑顆粒(4)沉積在至少一個(gè)表面分離器(6)的內(nèi)部通道壁(17)上，d)使至少二氧化氮或氧與在所述至少一個(gè)表面分離器(6)的內(nèi)部通道壁(7)上的沉積的炭黑顆粒( 相接觸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，根據(jù)排氣參數(shù)改變經(jīng)過所述至少一個(gè)表面分離器(6)的通道(7)的排氣的流動(dòng)特性或者改變電場(chǎng)(16)的配置。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的方法，其中，進(jìn)行所述至少一個(gè)表面分離器(6)的連續(xù)再生。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中，使所述荷電的炭黑顆粒(4)均勻地沉積在所述至少一個(gè)表面分離器(6)的所有通道(7)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于轉(zhuǎn)化排氣中的炭黑顆粒(2)的方法，至少包括以下步驟a)在排氣中提供至少二氧化氮或氧；b)利用電場(chǎng)(16)電離炭黑顆粒(2)；c)使荷電的炭黑顆粒(4)沉積在至少一個(gè)表面分離器(6)的內(nèi)部通道壁(17)上；d)使至少二氧化氮或氧與在至少一個(gè)表面分離器(6)的內(nèi)部通道壁(17)上的沉積的炭黑顆粒(2)相接觸。本發(fā)明還涉及適于執(zhí)行該方法的裝置，其中設(shè)有至少一個(gè)表面分離器(6)，該表面分離器具有多個(gè)在入口區(qū)域(8)與出口區(qū)域(9)之間延伸的通道(7)，排氣流過所述通道，其中至少部分地在入口區(qū)域(8)處設(shè)有至少一個(gè)用于荷電的炭黑顆粒(2)的沉積障礙(10)。由此，尤其實(shí)現(xiàn)了炭黑顆粒的均勻沉積和表面分離器的連續(xù)再生。
文檔編號(hào)B01D46/24GK102497934SQ201080040792
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日
發(fā)明者P·希爾特, R·布呂克, W.莫斯 申請(qǐng)人:排放技術(shù)有限公司