專利名稱：用于在廢氣系統(tǒng)中產(chǎn)生電場的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在廢氣系統(tǒng)中、尤其是在機動車輛的廢氣系統(tǒng)中產(chǎn)生電場的裝置。尤其是，本發(fā)明涉及用于處理包含煤煙顆粒的廢氣的裝置，該裝置可以尤其與所謂的靜電過濾器或電過濾器一起使用。就此程度而言，本發(fā)明優(yōu)選應(yīng)用在機動車輛領(lǐng)域中的移動式內(nèi)燃機的廢氣處理中。
背景技術(shù)：
已經(jīng)討論過用于在移動式內(nèi)燃機中從廢氣中消除煤煙顆粒的多種不同的理念。除了交替在側(cè)部上閉合的壁流式過濾器、開放的次級流動過濾器、重力沉淀器等，已經(jīng)提出了這樣的系統(tǒng)，即其中使廢氣中的顆粒帶電，并且之后使用靜電引力使顆粒沉淀。這些系統(tǒng)尤其已知稱作為“靜電過濾器”或“電過濾器”。對于這樣的電過濾器而言，大致上提出了布置在廢氣管線中的(多個)放電電極和集電極。在該情況中，例如利用大約居中地延伸通過廢氣管線的中間放電電極和作為集電極的廢氣管線的周圍側(cè)部表面來形成電容器。通過該放電電極和集電極的布置，相對于廢氣的流動方向橫向地形成電場，其中可以例如通過處于大約15kV的區(qū)域中的高壓來操作放電電極。其結(jié)果是尤其可以形成電暈放電，通過電暈放電，與廢氣一同流動通過電場的顆粒以單極的形式帶電。由于這種帶電，顆粒由于靜電庫侖力而移動到集電極。除了其中廢氣管線實施為集電極的系統(tǒng)，還已知有這樣的系統(tǒng)，其中集電極實施為例如絲網(wǎng)。在該情況中，絲網(wǎng)上的顆粒的積累具有如下目的，即在特定的條件下將顆粒與另外的顆粒結(jié)合，以借此實現(xiàn)凝聚。流動通過絲網(wǎng)的廢氣之后將相對較大的顆粒凝聚物攜帶起來，并且將它們輸送至傳統(tǒng)的過濾系統(tǒng)。即使迄今為止的上述系統(tǒng)已經(jīng)證明至少在試驗中對于煤煙顆粒的處理而言是適用的，在機動車輛中為批量生產(chǎn)而實施該理念仍然構(gòu)成很大的技術(shù)挑戰(zhàn)。這對于廢氣中的劇烈波動的、有時非常高的煤煙負載而言尤其如此。同樣地，對現(xiàn)有的用于廢氣系統(tǒng)的這種系統(tǒng)進行所期望的改裝仍然構(gòu)成很大困難。尤其是，在機動車輛的廢氣系統(tǒng)中會產(chǎn)生大致上突然增多的廢氣量，但是這例如在用來產(chǎn)生動力的固定式內(nèi)燃機中不會產(chǎn)生。另外，例如由于地面的不平，廢氣系統(tǒng)會承受到機械負載。另外，必須考慮到如下事實，即考慮到這種廢氣系統(tǒng)的增加的功率和/或效率，必須(周期性地和/或連續(xù)地)將過濾系統(tǒng)再生以消除煤煙顆粒，所述再生包括煤煙到氣態(tài)組分的轉(zhuǎn)化。當再生過濾系統(tǒng)時，還知曉的是不僅通過簡單加熱、也就是說燃燒煤煙(催化劑驅(qū)動的氧化轉(zhuǎn)化)來進行間歇的再生，而且還可通過二氧化氮(NO2)來轉(zhuǎn)化煤煙。通過二氧化氮連續(xù)再生的優(yōu)勢是煤煙可以在低很多的溫度下(尤其低于250°C)就已經(jīng)被轉(zhuǎn)換了。由此原因，在許多應(yīng)用情況中優(yōu)選連續(xù)再生。然而這導(dǎo)致了如下問題，即必須要保證廢氣中的二氧化氮與累積的煤煙顆粒接觸到足夠的程度。在本情況中，技術(shù)困難產(chǎn)生于對機動車輛中的這種廢氣系統(tǒng)實施連續(xù)操作，其中內(nèi)燃機的不同負載導(dǎo)致不同的廢氣流、廢氣組成和/或溫度。
另外，需要考慮到當使得這樣的煤煙沉淀系統(tǒng)能夠得到這樣的部件時，就要使用盡可能簡單的部件、尤其是還有可以作為批量生產(chǎn)的一部分而劃算地制造的部件。另外，尤其針對電極的設(shè)計，需要考慮到在特定的條件下電極必須在廢氣管線中對齊布置，尤其是布置成使得在電極的區(qū)域中不會產(chǎn)生不期望的高沖壓或不期望的廢氣渦流。

發(fā)明內(nèi)容
以此為基礎(chǔ)，本發(fā)明的目的是至少部分地解決針對現(xiàn)有技術(shù)所描述的問題。尤其是要提出一種用于在廢氣系統(tǒng)中產(chǎn)生電場的裝置，其可以通過簡單的方式和已知的技術(shù)而甚至作為批量生產(chǎn)的一部分來獲得。另外，本裝置可容易地整合到廢氣管線中，尤其是以這樣的方式整合，使得電極可以朝向所期望的電場或所指定的顆粒捕集器選擇性定向。這些目的通過根據(jù)權(quán)利要求1的特征的裝置來達到。從屬權(quán)利要求中詳細說明了本發(fā)明的進一步的有利改進。所理解的是，在權(quán)利要求中所單獨詳細說明的特征可以任何技術(shù)上合適的方式彼此結(jié)合，并且公開了本發(fā)明的進一步的改進。根據(jù)本發(fā)明的用于在廢氣系統(tǒng)中產(chǎn)生電場的裝置具有廢氣管線，其中布置有至少一個設(shè)置成與電源相接觸的電極。在本情況中，該至少一個電極通過至少一個金屬板形成，該至少一個電極沿廢氣的流動方向延伸，并且所有的電極都具有多個沿著廢氣的流動方向的凸起。該裝置尤其為靜電過濾器的極點。此處優(yōu)選為，電場為(如果可能的話為脈沖的)直流電壓場。在該情況中，可以產(chǎn)生尤其是處于從IOkV (千伏特)到30kV的范圍中的電壓。廢氣系統(tǒng)尤其為移動式內(nèi)燃機的廢氣系統(tǒng)，尤其是機動車輛的柴油發(fā)動機的廢氣系統(tǒng)。如果合適的話，廢氣管線的實施為相應(yīng)的電場的區(qū)域可以是電絕緣的，其中這可以沿廢氣管線的軸向方向、以及徑向朝外地來實施。此處，該至少一個電極置于廢氣管線的內(nèi)部中——也就是說處于廢氣流動通過的空間。這里，該至少一個電極例如通過相應(yīng)的電導(dǎo)體、插頭、錫焊連接件等布置成與電源電接觸。尤其是，此處也優(yōu)選使用電源的通過廢氣管線的電封裝的引線。為了電極在廢氣管線的內(nèi)部中的改善的對齊，以及與電極的接觸的簡化的制造和形成，還提出了電極通過至少一個金屬板形成。“金屬板”理解為尤其是由平坦的金屬材料制成的(平面的)條帶。這里，金屬板可以實施為使得其大體上是光滑的或平坦的，但金屬板也可以被結(jié)構(gòu)化，也就是說例如其具有皺折。對于制造作為廢氣系統(tǒng)中的催化劑載體的金屬蜂窩體而言，批量生產(chǎn)已經(jīng)是非常先進的，其結(jié)果是這里已經(jīng)實施了類似構(gòu)造的金屬板的精確實施方案。現(xiàn)在可以利用這種生產(chǎn)知識來實施也作為電極的這種金屬板，并且使用它們來產(chǎn)生相應(yīng)的電場。為此目的，金屬板必須通過相應(yīng)的接觸導(dǎo)體、電導(dǎo)體、焊接點等來構(gòu)造，其結(jié)果是可以通過金屬板自身來形成預(yù)定的電流路徑，如果適合的話，也可為金屬板使用絕緣覆蓋層或鑲嵌物。當然，在該情況中可考慮相應(yīng)的電導(dǎo)材料。金屬板的平面?zhèn)葍?yōu)選布置成平行于廢氣的流動方向。其結(jié)果是，金屬板帶來針對流動廢氣的最小的可能流阻。金屬板尤其由具有低歐姆電阻的材料來制造，作為附加或替代，其可具有有限的氧化能力。金屬板優(yōu)選地由均質(zhì)材料制造，其結(jié)果是在凸起處形成了具有良好的電離能力的均勻場。金屬板優(yōu)選具有小于0.1mm、尤其優(yōu)選地小于0.065mm、非常尤其優(yōu)選地小于0.035mm的厚度。在該情況中，尤其優(yōu)選的是，該至少一個電極沿著廢氣的流動方向延伸。也就是說，換言之，金屬板相對廢氣的流動方向布置成使得其帶來最小的可能流阻。在此方面，金屬板的平面?zhèn)扔绕洳贾贸善叫杏趶U氣的流動方向。作為電極的布置和實施方案的結(jié)果，避免了當與電極發(fā)生接觸時廢氣的強紊流，和/或當廢氣通過時所增加的壓強損失。另外，該至少一個電極具有多個沿著廢氣的流動方向的凸起。相應(yīng)的凸起可以例如通過如下事實來生成，即將金屬板的靠近端側(cè)邊緣的材料移除或沖壓掉。尤其是沿電場方向定向的剩余部分的凸起適合于形成電場的局部中心。在特定的條件下，同樣合適的是，僅僅這些凸起布置為與相應(yīng)的電導(dǎo)體接觸，而金屬板的剩余部分電絕緣。因此，流動可以針對這些凸起選擇性地引導(dǎo)。尤其是在該情況中，有利的是，金屬板或凸起相對廢氣管線布置或定向為使得它們生成朝向集電極、尤其是布置在下游的顆粒捕集器的均勻電場。此處尤其優(yōu)選的是，僅僅設(shè)置一個金屬板，然而其具有多個凸起，每個形成電極尖端。尤其優(yōu)選的是，該至少一個凸起在流動方向上具有15mm (毫米)到20mm (毫米)的長度,其結(jié)果是在操作中避免了凸起的振動。另外，所提出的是，至少三個凸起形成為在每種情況中均與至少兩個相鄰的凸起相隔一定的距離，其中該距離大致相等。這尤其意味著距離最多相差10%。該距離優(yōu)選為至少IOmm,尤其優(yōu)選為至少30mm,非常尤其優(yōu)選為至少50mm。以此方式,形成了非常均勻的電場，其具有在凸起的區(qū)域中沿著橫截面均勻分布的局部場強極大值。為此目的，凸起必須彼此相隔一定距離地布置在金屬板上，與彎曲一致。相對大的距離也尤其阻止了在凸起之間形成(不期望的)電場。該至少一個凸起優(yōu)選形成構(gòu)成尖端的電極，其中凸起的尖端具有至多30°、優(yōu)選至多20°、尤其優(yōu)選為至多10°的角度。還提出了該凸起的至少一個端點相對于流動方向橫向地定向，其中多個凸起的尖端可以沿不同方向定向。根據(jù)本裝置的一個改進，提出了該至少一個電極整合到蜂窩體中。因此可以知道例如可得到這樣的金屬蜂窩體，其中由金屬箔片制成的至少局部結(jié)構(gòu)化的層一個在另一個之上堆疊、纏繞和/或卷繞，以形成大致平行的通道。即使這些蜂窩體的金屬箔片能夠?qū)嵤橄鄬Ρ〉牟牧虾穸?如果合適的話)，蜂窩結(jié)構(gòu)應(yīng)該整體上考慮為相對剛性的，使得電極可以通過這些金屬箔片或蜂窩體牢固地固定到金屬板上。其結(jié)果是，蜂窩體因此可以構(gòu)成電極或金屬板的支撐結(jié)構(gòu)。如果合適的話，此處顯然是電極必須相對于蜂窩體電絕緣。如果在該情況中例如設(shè)置了電絕緣的覆蓋層，則它們也可以作為通到電極的電導(dǎo)體的基底，這些導(dǎo)體可容易地安裝到電絕緣覆蓋層。根據(jù)本發(fā)明的一個尤其優(yōu)選的應(yīng)用領(lǐng)域，最后提出了顆粒捕集器在廢氣的流動方向上布置在該至少一個電極的下游。此處極其優(yōu)選的是，顆粒捕集器(直接)布置在下游并在此處作為一種類型的集電極。其結(jié)果是，流動通過位于該至少一個電極和顆粒捕集器之間的區(qū)域的煤煙顆粒在位于那里的電場中帶電，并且最終朝向顆粒捕集器的過濾材料偏轉(zhuǎn)。在該情況中，當然還可以同時進行聚集。顆粒捕集器尤其是所謂的開放的次級流動過濾器，其中不設(shè)有完全關(guān)閉的流動通道。相反地，顆粒捕集器通過金屬非紡織體和金屬波紋形成，其中設(shè)置有開口、引導(dǎo)結(jié)構(gòu)等。此處，引導(dǎo)結(jié)構(gòu)在流動通道中形成流動限制，其結(jié)果是顆粒捕集器內(nèi)部的煤煙顆粒的停留時間或撞擊可能性增加。關(guān)于這一方面可參照本申請人的已知專利公開，其更詳細地表征了顆粒捕集器和/或其再生；尤其是，此處可完全參照下列文獻的說明書:WO A01/80978;W0 A02/00326;W0 A2005/099867;W0 A2005/066469;W0A2006/136431;W0 A2007/140932。此處，這樣的顆粒捕集器優(yōu)選地基于CRT方法連續(xù)地再生。為此目的，例如氧化催化轉(zhuǎn)化器可以連接到裝置的上游，其中一氧化氮(也)被氧化以形成二氧化氮，二氧化氮之后在顆粒捕集器中與煤煙反應(yīng)。另外，還可能的是，這樣的氧化作用覆蓋層在顆粒捕集器自身中實施，或是在其一個區(qū)域中實施，或是在顆粒捕集器的所有區(qū)域中實施。


下面將參照附圖更詳細地解釋本發(fā)明。所理解的是，附圖顯示了尤其優(yōu)選的實施方案的變體，然而本發(fā)明并不限制于此。在附圖中，在每種情況中處于示意性的形式:圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實施方案變體的剖視圖；并且圖2顯示了裝置的另一個實施方案變體的細節(jié)，其涉及到通過蜂窩結(jié)構(gòu)形成的電極，并且圖3顯示了裝置的一個實施方案變體的流動方向上的平面圖。
具體實施例方式圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于在廢氣系統(tǒng)3中產(chǎn)生電場2的裝置I的第一實施方案變體。在此處，裝置I還包括廢氣管線4的區(qū)域，其中布置有至少一個電極5。在此處所顯示的實施方案的變體中，多個電極5整合到一(單獨的)蜂窩體10中。為了相應(yīng)地形成電接觸而設(shè)置了電源6，其被引導(dǎo)通過電接觸部分12，使得其相對于廢氣管線4電絕緣。此處，電極5通過(如果合適的話為分離的)金屬板7形成，金屬板7大致上平行于廢氣的流動方向8延伸，并且在端部處具有多個凸起9。在該情況中，在電極5和在流動方向8上隨后布置的顆粒捕集器11之間形成了煤煙顆粒可以在其中凝聚或帶電的所期望的電場2。帶電的顆粒之后沖擊到顆粒捕集器11上，在那里它們優(yōu)選地嵌入到過濾材料之中或之上，并且在再生范圍內(nèi)被轉(zhuǎn)換成氣態(tài)組分。此處，凸起9同樣由其直至尖端18的長度16來示出，其中尖端18形成了角度17。圖2顯示了裝置I的一個實施方案的變體，其中電極5同樣整合到蜂窩體10中。此處顯示了其中布置有多個至少局部結(jié)構(gòu)化的(非電活性的)金屬箔片(顯示為白色)和(至少局部電活性的)金屬板(顯示為黑色)的柱形殼體13的立體圖。在該情況中，在金屬箔片或金屬板的結(jié)構(gòu)之間形成了通道，流體可以流過這些通道，并且通道大致上彼此平行地延伸。與所期望的金屬板7的電接觸可以通過相應(yīng)的電源6并經(jīng)殼體13來實施，其結(jié)果是保證了到電極5的能量供應(yīng)。此處，電極5以凸起的形式延伸過端側(cè)，其中它們優(yōu)選在蜂窩體10的橫截面上平均分布。圖3是根據(jù)本發(fā)明的裝置I的一個實施方案的沿著或逆著廢氣的流動方向的平面不意圖。蜂窩體10布置在殼體13中。蜂窩體10包含至少一個金屬板7,其形成作為電極5的凸起9?？梢酝ㄟ^電接觸部分12對電極施加電壓。每個凸起9至少與相鄰的電極5相隔第一距離14和第二距離15。第一距離14和第二距離15大致相等，其中凸起9在蜂窩體10的端面上平均分布。因此，已經(jīng)至少部分地解決了開篇處關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)所述的問題。尤其是，詳細說明了用于在廢氣系統(tǒng)中產(chǎn)生電場的裝置，即使在批量生產(chǎn)的范圍內(nèi)，其也可以通過簡單的方式和已知的技術(shù)來獲得。另外，裝置可以容易地整合到廢氣管線中，尤其是以這樣的方式，即使得電極可以相對所期望的電場或指定的顆粒捕集器選擇性對齊。附圖標記列表I 裝置2 電場3廢氣系統(tǒng)4廢氣管線5 電極6 電源7金屬板8流動方向9 凸起10 蜂窩體11顆粒捕集器12電接觸部分13 殼體14 第一距離15第二距離16 長度17 角度18 尖端
權(quán)利要求
1.一種用于在廢氣系統(tǒng)(3)中產(chǎn)生電場(2)的裝置(I)，具有廢氣管線(4)，其中布置有至少一個設(shè)置成與電源(6)相接觸的電極(5)，其中所述至少一個電極(5)通過至少一個金屬板(7)形成，所述至少一個電極(5)沿廢氣的流動方向(8)延伸，并且所有的所述電極(5)都具有多個沿著廢氣的流動方向(8)的凸起(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(I)，其特征在于，最多設(shè)置三個所述電極(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置(I)，其特征在于，形成了至少三個所述凸起(9)，其中在每種情況中，各凸起與至少兩個相鄰的凸起(9)相隔距離(14，15)，其中所述距離(14，15)相等。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(I)，其特征在于，所述至少一個電極(5)整合到蜂窩體(10)中。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的裝置(I)，其特征在于，所述顆粒捕集器(11)在廢氣的流動方向(8)上布置在所述至少一個電極(5)的下游。
全文摘要
用于在廢氣系統(tǒng)(3)中產(chǎn)生電場(2)的裝置(1)，包括廢氣管線(4)，其中布置有至少一個與供電單元(6)相接觸的電極(5)，該至少一個電極(5)設(shè)計為具有至少一個片狀金屬部件(7)。
文檔編號B03C3/49GK103118790SQ201180044238
公開日2013年5月22日 申請日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者羅爾夫·布呂克, 簡·霍奇森, 克里斯蒂安·福斯曼 申請人:依米泰克排放技術(shù)有限公司