(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一様な排ガスライン（１６）においてすす粒子（２）を含む排ガスを処理するための装置（１）であって、少なくとも、
−すす粒子（２）をイオン化するための少なくとも１つのイオン化エレメント（３）、
−少なくとも１つのフィルタエレメント（４）であって、前記フィルタエレメント（４）の少なくとも１つの部分に電位が適用されることのできる、少なくとも１つのフィルタエレメント（４）、
−少なくとも１つの流れ指向装置（８）であって、少なくとも前記イオン化エレメント（３）または前記フィルタエレメント（４）と前記排ガスライン（１６）との電気的絶縁（９．２）上の前記すす粒子（２）の堆積が防止されるかまたは除去されるように前記排ガスの流れに影響を及ぼすことができる、少なくとも１つの流れ指向装置（８）、
を備え、
前記流れ指向装置（８）は、排ガスが通って流れることのできる直径（１２）を形成し、前記直径（１２）は、流れ方向（１５）において下流に位置する前記イオン化エレメント（３）またはフィルタエレメント（４）の流れが存在し得る直径よりも小さい、装置（１）。
【請求項２】
前記流れ指向装置（８）は、以下のグループのうちの少なくとも１つのエレメント、
−少なくとも１つの流れ整流器（１０）、
−少なくとも１つのバッフル（１１）、
を備える、請求項１に記載の装置（１）。
【請求項３】
前記流れ指向装置（８）は、調節可能である、請求項１または２に記載の装置（１）。
【請求項４】
前記少なくとも１つの流れ指向装置（８）は、触媒反応器を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項５】
前記少なくとも１つの流れ指向装置（８）は、排ガスライン（１６）に取り付けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項６】
前記少なくとも１つの流れ指向装置（８）は、電気的絶縁（９．１、９．２）の領域においてほんのわずかな流れを形成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項７】
前記少なくとも１つの流れ指向装置（８）は、前記イオン化エレメントの少なくとも１つの表面の領域または前記電気的絶縁（９．２）の領域において、増加した排ガス速度を有する集中する流れを形成する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置（１）。
【請求項８】
前記流れ指向装置（８）は、前記イオン化エレメント（３）の上流に配置され、前記流れ指向装置（８）は、流れが存在し得る領域を有し、前記領域は、前記イオン化エレメント（３）により発生する電界から前記排ガス流れ中のイオン化されたすす粒子が前記イオン化エレメント（３）の表面または前記フィルタエレメント（４）の前記電気的絶縁（９．２）の表面に到達しないような大きさに形成される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、静電フィルタまたは電気的フィルタとして呼ばれるものを有する、すす粒子を含む排ガスを処理するための装置に関する。本発明は、特に、自動車両の分野において移動性内燃機関の排ガス処理、特にディーゼル燃料から生じる排ガス処理に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
移動性内燃機関を有する自動車両において、そして、特に、ディーゼル機関を有する自動車両において、内燃機関の排ガスは、通常、環境へ放出してはならない多量のすす粒子を含む。これは、自動車両全体にとっても一定の程度であるのと同様に、排ガスの重量または排ガスのボリューム当たりのすす粒子の数および質量のための限界値をあらかじめ定義する対応する排ガス規則によって、あらかじめ定義されている。すす粒子は、特に、排ガス中の未燃焼炭素およびハイドロカーボンである。
【０００３】
移動性内燃機関の排ガスからすす粒子を除去するための多数の異なる概念は、すでに議論された。交互の側に閉じる壁流れフィルタ、開いた二次流れフィルタ、重力プレシピテータその他に加えて、排ガス中の粒子が電気的に帯電されて、次いで静電吸引力を用いて引きつけられるシステムも、すでに提案された。これらのシステムは、特に、「静電フィルタ」または「電気的フィルタ」の呼称によって公知である。
【０００４】
「電気的フィルタ」の場合、電界および／またはプラズマの供給は、小さいすす粒子の集塊をもたらして、比較的大きいすす粒子および／またはすす粒子の場合に帯電を形成する。帯電しているすす粒子および／または比較的大きいすす粒子は、通常、フィルタシステムにおいて濾過するのが著しくより容易である。すす粒子の集塊は、それらの比較的大きい質量慣性のせいで排ガスの流れにおいてより慣性的に輸送される。それらは、したがって、排ガスの流れの偏向点でより容易に堆積する。帯電しているすす粒子は、それらの電荷のせいで、それらが堆積してそれらの電荷を捨てる表面の方へ引きつけられる。これも、自動車両の分野において排ガスの流れからすす粒子の除去を容易にする。
【０００５】
この種の電気的フィルタにとって、排ガスラインに位置する複数の放電電極および集塵電極は、それ故、通常、提唱される。この文脈において、例えば、排ガスラインのほぼ中央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側面は、コンデンサを形成するために用いられる。放電電極の、および集塵電極のこの配置については、電界は、排ガスの流れ方向に関して横断方向に形成される。そして、放電電極は、例えば、約１５ｋＶの範囲にある高電圧によって作動されることができる。その結果、特にコロナ放電が形成されることができ、それにより、排ガスと共に電界を通って流れる粒子は、単極様式で帯電される。この帯電のせいで、粒子は、静電クーロン力の結果として、集塵電極へ移動する。
【０００６】
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メッシュとして具体化されるシステムもまた、公知である。この文脈において、ワイヤメッシュ上の粒子の蓄積には、特定の状況の下で、これにより集塊を達成するために粒子をさらなる粒子と結合する目的がある。メッシュを通って流れる排ガスは、次いで、それに沿って比較的大きい粒子を運搬して、それらを従来のフィルタシステムに供給する。
【０００７】
フィルタシステムが再生されるとき、短い加熱によって断続的な再生を実行するだけでなく、すなわちすすを燃焼（触媒的に動機づけされた酸化性変換）させるだけでなく、二酸化窒素（ＮＯ２）によってすすを変換することもまた、公知である。二酸化窒素を伴う連続再生の利点は、すすがそれから著しく低い（特に２５０℃未満の）温度ですでに変換されることができるということである。このために、連続再生は、多くの適用事例において好ましい。しかしながら、これは、排ガス中の二酸化窒素が集積したすす粒子と充分な範囲に接触することを確実にする必要があるという課題に至る。
【０００８】
同様にこの文脈において、自動車におけるこの種の排ガスシステムの連続作動の実施において技術的困難が起こる。内燃機関の異なる負荷は、異なる排ガス流れ、排ガス成分および／または排ガス温度を引き起こす。
【０００９】
さらに、この種のコンポーネントがこの種のすす集塵システムに利用可能にされるとき、考えられる単純なコンポーネントが用いられる限り、特に、連続生産の一部として費用効果的に製造可能なコンポーネントも用いられることに留意すべきである。さらに、特に電極の設計に関して、特定の状況の下で、特に、望ましくない高いラム圧または望ましくない排ガスの渦巻きが電極の領域で起こらないという方法で、それらが排ガスラインにおいて整列配置されなければならないことに留意する必要がある。
【００１０】
上記のシステムが、少なくとも試験的に、すす粒子の処理のために適切であると今までのところ判明した場合であっても、この概念の実現は、自動車両の連続運転のための大きいチャレンジを構成する。特に、すす粒子は、電極の、そして排ガスラインに至る対向電極の電気的絶縁上に堆積する。すす粒子の層は、短絡をもたらすことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
これに基づいて、本発明の目的は、先行技術に関して記載されている課題を少なくとも部分的に解決することである。特に、すす粒子を含む排ガスを処理する装置は、電気的絶縁上の短絡の形成を防止することが特定される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの目的は、請求項１の特徴による装置を用いて達成される。装置のさらに有利な改良は、従属請求項において特定される。請求項において個々に特定される特徴がいかなる所望の技術的に適切な方法でも互いに組み合わされることができて、本発明のさらなる改良を開示する点に留意する必要がある。特に図に関する記述は、本発明を説明して、追加の例示的実施形態を特定する。
【００１３】
すす粒子を含む排ガスを処理するための本発明による装置は、少なくとも、
−すす粒子をイオン化するための少なくとも１つのイオン化エレメント、
−少なくとも１つのフィルタエレメントであって、フィルタエレメントの少なくとも１つの部分に電位が適用されることのできる、少なくとも１つのフィルタエレメント、
−少なくとも１つの流れ指向装置であって、少なくとも１つのイオン化エレメントまたはフィルタエレメントの電気的絶縁上のすす粒子の堆積が防止され得るかまたは除去され得るというような方法で、排ガスの流れに影響を及ぼすことができる、少なくとも１つの流れ指向装置、
を備える。
【００１４】
ここで提案される装置は、特に、ディーゼル機関を有して、特に、排ガスシステムの排ガスラインに配置される自動車両の排ガスシステムの一部でよい。
【００１５】
したがって、すす粒子を含む排ガスは、イオン化エレメントを通って流れる。イオン化エレメントは、３ｋＶ［キロボルト］と５０ｋＶとの間の、好ましくは５ｋＶと２５ｋＶとの間の高電圧が適用されることのできる少なくとも１つの電極を備える。電圧は、特に、コロナ放電が電極と対向電極との間に発生するというような方法で設定されるかまたは調整されるかまたは制御される。イオン化エレメントは、単純な放電電極またはロッド電極として形成されてよい。しかし、イオン化エレメントは、流れが存在し得る多数のチャネルを有し、そして、流れ方向にまたは流れの反対方向に正しい向きで置かれる少なくとも１つの電極が入口領域または出口領域で配置されるハニカムボディを備えることが好ましい。ハニカムボディは、特に、少なくとも部分的に、好ましくは完全に、導電性材料から形成されてよい。その結果、電位は、ハニカムボディに、したがって電極に同時に適用されることができる。
【００１６】
少なくとも１つのイオン化エレメントは、外管およびそれに対して同心的に配置される内管を好ましくは有することもできる。それらの管は、排ガスが流れることのできる中間スペースを形成する。中間スペースへと半径方向に突出する多数の電極チップを有する少なくとも１つの環状電極は、外管の内側上に配置される。
【００１７】
少なくとも１つのフィルタエレメントは、排ガスが通って流れることができて、入口領域と出口領域との間に延びる、多数のチャネルを有する表層プレシピテータとして、好ましくは具体化される。フィルタエレメントの少なくとも１つの部分に印加されることができる電位の結果、フィルタエレメントは、イオン化エレメントの電極に対する対向電極として用いることができる。そして、フィルタエレメント内に堆積されるすす粒子は、中和されることができる。
【００１８】
少なくとも１つのフィルタエレメントは、特に好ましくは、完全に閉じる流れダクトがない開いた二次流れフィルタと呼ばれるものである。フィルタエレメントは、その代わりに、開口および指向構造等が設けられる金属不織布および金属波形を用いて成形される。指向構造は、ここで流れ通路の流れ構造を形成する。その結果、フィルタエレメントの内部においてすす粒子のための滞在時間および／または衝突確率は、増加する。この文脈において、出願人による公知の特許文献が参照される。そしてそれは、フィルタエレメントのより詳細な特徴描写および／またはその再表示のために用いられることが可能である。特に、以下の文書の説明の全範囲がここで参照される：ＷＯ−Ａ−０１／８０９７８；ＷＯ−Ａ−０２／００３２６；ＷＯ−Ａ−２００５／０９９８６７；ＷＯ−Ａ−２００５／０６６４６９；ＷＯ−Ａ−２００６／１３６４３１；ＷＯ−Ａ−２００７／１４０９３２。
【００１９】
この種のフィルタエレメントは、ＣＲＴ法に基づいて連続的にここで再生されることが好ましい。この目的のために、例えば、酸化触媒コンバータ（一酸化窒素が二酸化窒素に（また）酸化され、次いでフィルタエレメント内のすすと反応する）は、デバイスの上流に接続されることができる。加えて、この種の酸化的に作用するコーティングが、フィルタエレメント自体において（そのゾーンにおいて、またはフィルタエレメントの全領域のその他において）実施されることも、可能である。
【００２０】
少なくとも１つの流れ指向装置は、排ガスの流れ方向において、少なくとも１つのイオン化エレメントの、または少なくとも１つのフィルタエレメントの上流に配置される。流れ指向装置は、特に、排ガスの一部が流れ指向装置の周辺で少なくとも部分的に流れるという事実のせいで、排ガスの少なくとも１つの（空間的に限られた）部分を偏向させるエレメントを備える。その結果、偏向は、流れ指向装置の形状によってのみ影響される。部分的な排ガス流の偏向は、すす粒子がイオン化エレメント（および特にイオン化エレメントの電気的絶縁）またはフィルタエレメントの電気的絶縁のいずれかに到達さえしないか、あるいは、すす粒子の集塊が可能とならないように排ガスの流れがそこで作用することになるようにその上に影響を与えるというような方法で、発生する。電気的絶縁上のおよび／またはイオン化エレメント上のすすの層の回避によって、排ガスラインを有するイオン化エレメントおよび／またはフィルタエレメントの間の短絡の形成も、防止される。
【００２１】
流れ指向装置は、好ましくは、以下のグループのうちの少なくとも１つのエレメント：
−少なくとも１つの流れ整流器、および、
−少なくとも１つのバッフル、
を備える。
【００２２】
流れ整流器は、流れの乱気流および／または排ガス流の層流化を少なくとも部分的に減少させて、したがって、排ガスラインの断面に亘って排ガスのより均一な速度分布を生成する。これは、例えば、排ガスが通って流れることのできる多数のチャネルを有するハニカムボディによって生じてよい。
【００２３】
流れ指向装置が調節可能である場合、それは特に有利である。流れ指向装置を調整することによって、流れ指向装置から出て行く排ガスの一部の流れ方向を変えることは、したがって可能である。特に、予め定義可能な間隔の後、または車両のパラメータに基づいて、流れ指向装置は、排ガスがイオン化エレメントのまたはフィルタエレメントの異なる領域上に交互に流れるというような方法で、調整される。イオン化エレメントまたは電気的絶縁上のすす粒子の堆積は、防止されるか、または、すでに堆積していたすす粒子は、持ち運ばれて、したがって除去される。
【００２４】
イオン化エレメント上のまたはフィルタエレメントの電気的絶縁上のすす粒子の堆積を防止するために、流れ指向装置は、排ガスが通って流れることのできる直径を都合よく形成する。そしてその直径は、流れ方向において下流に配置されるイオン化エレメントまたはフィルタエレメントの流れが存在し得る直径よりも小さく、好ましくは少なくとも１０％より小さく、特に好ましくは少なくとも２５％より小さい。このようにして、排ガスは、イオン化エレメントまたはフィルタエレメントを囲む電気的絶縁に到達さえしない。すす粒子は、したがって、堆積しない。特に、イオン化エレメントの電界によりすす粒子が偏向する場合には、帯電したすす粒子は、イオン化エレメントにおよび／またはフィルタエレメントの電気的絶縁に到達することができない。
【００２５】
本発明の展開において、少なくとも１つの流れ指向装置は、触媒反応器を含むことが提案される。このようにして、流れ指向装置を過ぎて流れる排ガスは、触媒的に変換されることができる。
【００２６】
少なくとも１つの流れ指向装置は、排ガスラインに直接取り付けられる。その結果、流れ指向装置のためのさらなる取り付けエレメントは、省略されることができる。
【００２７】
本発明のさらなる展開は、少なくとも１つの流れ指向装置が電気的絶縁の領域において実体のない流れを形成することを提供する。その結果、少なくともイオン化エレメント上のまたはフィルタエレメントの電気的絶縁上のすす粒子の堆積も、防止される。流れ指向装置は、したがって、排ガスがイオン化エレメント上をまたはフィルタエレメントの電気的絶縁上を流れないというような方法で、排ガスの流れの中に配置される。
【００２８】
少なくともイオン化エレメント上または電気的絶縁上のすす粒子の堆積を防止して、すでに堆積したすす粒子を除去するために、少なくとも１つの流れ指向装置は、電気的絶縁の領域において、増加した排ガス速度を有する集中する流れを形成することも提案される。排ガス速度は、したがって、排ガスラインの断面全体の平均排ガス速度または流れ指向装置のない排ガス速度と比較して、増加する。排ガスの運動量のこの増加は、すでに堆積した粒子が少なくともイオン化エレメントまたは電気的絶縁から除去されることを、そして排ガス中に位置する粒子が堆積できないことを、確実にする。
【００２９】
さらなる好ましい実施形態によれば、流れ指向装置がイオン化エレメントの上流に配置され、流れ指向装置が流れが存在し得る領域を有し、その領域は、イオン化エレメントにより発生する電界から排ガス流れ中のイオン化されたすす粒子がイオン化エレメントの表面またはフィルタエレメントの電気的絶縁の表面に到達しないような大きさに形成される、装置は、提案される。この実施形態は、外管およびそれに対して同心的に配置される内管が排ガスが流れることのできる中間スペースを形成するイオン化エレメントと特に好ましくは結合される。中間スペースへと半径方向に突出する多数の電極チップを有する少なくとも１つの環状電極は、外管の内側上に配置される。これは、したがって、特に、流れの障害が少なくとも外管または内管から半径方向に延びて配置されることを意味する。そして、その半径方向の範囲は、作動中にイオン化したすす粒子が少なくともイオン化エレメントのまたはフィルタエレメントの電気的絶縁の表面に到達しないというような方法で、流れ方向のイオン化エレメントの電界の長さ、電界の強さおよび排ガス速度の関数として、選択される。排ガスの主たる流れは、したがって、中間スペースの限られた一部に制限される。排ガスの小さい流れのみがイオン化エレメントの壁で形成される。
【００３０】
本発明および技術分野は、例として、図を参照して以下で説明される。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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明による装置の実施形態を示す。
【図２】図２は、本発明による装置のさらなる実施形態を示す。
【図３】図３は、本発明による装置のさらなる実施形態をさらに示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、排ガスライン１６において、本発明による装置１を通る断面の概略図を示す。すす粒子２を含む排ガスの流れ方向１５において、イオン化エレメント３およびフィルタエレメント４は、流れ指向装置８の下流に配置される。流れ指向装置８は、取り付けエレメント（例示されない）を介して排ガスライン１６に取り付けられるバッフル１１を備える。イオン化エレメント３は、第１の電気的絶縁９．１を介して排ガスライン１６に接続している導電性ハニカムボディ１７を有する。ハニカムボディ１７の流れ方向１５における後部側に、第１の電気的端子１３．１を介して電圧が適用されることのできる多数の電極１４は、配置される。フィルタエレメント４は、排ガスが通って流れることのできる多数のチャネル５を有する。そして、チャネルは、入口領域６と出口領域７との間を延びる。フィルタエレメント４は、第２の電気的絶縁９．２を用いて排ガスライン１６から電気的に絶縁される。電圧は、第２の電気的端子１３．２を介してフィルタエレメント４に適用されることができる。
【００３３】
作動中に、すす粒子２を含む排ガスは、イオン化エレメント３に向かって流れて、その過程でバッフル１１によって少なくとも部分的に偏向する。バッフル１１は、排ガスの一部を加速する。そして、その部分は、第１の電気的絶縁９．１上に増加した速度で衝突して、その結果、すす粒子２は、第１の電気的絶縁９．１上に堆積されることができないか、または、第１の電気的絶縁９．１上にすでに堆積されている粒子が再び分離するようになる。
【００３４】
排ガスは、絶縁エレメント３のハニカムボディ１７を通ってさらに流れる。その流れは、少なくとも部分的に層流化される。電極１４とフィルタエレメント４との間の領域において、すす粒子２の少なくとも一部は、電極１４とフィルタエレメント４との間のコロナ放電においてイオン化される。帯電したすす粒子２は、フィルタエレメント４に向かって加速されて、それらの帯電のせいで比較的高い堆積率によってその中で堆積する。
【００３５】
図２は、本発明による装置１のさらなる例示的実施形態を通る断面の概略図を示す。本発明による装置１のこの例示的実施形態は、図１による例示的実施形態と類似の設計である。その結果、ここでは違いについてのみ参照される。この例示的実施形態では、流れ指向装置８は、流れ整流器１０として具体化される。流れ整流器１０は、流れが存在し得る直径１２を有する。そして、その直径は、下流に配置されるイオン化エレメント３の直径よりも小さい。それによって、その直径は流れが存在し得る。流れ整流器１０において、排ガス流は、少なくとも部分的に層流化されて、流れ整流器１０の直径１２までその直径を減少される。それによって、その直径は流れが存在し得る。流れ整流器の直径１２とイオン化エレメント３の直径との充分な違いを与えられて、排ガス中のすす粒子２がイオン化エレメント３の第１の電気的絶縁９．１に達しないことは、したがって、確実にされる。電気的絶縁９．１上の堆積は、したがって、回避される。
【００３６】
図３は、本発明による装置１のさらなる実施形態の概略的断面図を示す。以下の説明において、詳細は、図２による実施形態との違いにのみ与えられる。流れ指向装置８は、イオン化エレメント３の対向電極２２を保持するハニカムボディ１７を有する。ハニカムボディ１７は、チャネル１８を有する。チャネル１８は、外側領域および内側領域において閉じて、そして、半径方向範囲２０によってこれらの領域のハニカムボディ１７を通る流れを防止する。ハニカムボディ１７の領域１９は、その領域に流れが存在し得るかにしたがって形成される。イオン化エレメント３は、排ガスライン１６に割り当てられて、多数の電極チップを有する環状電極１４を有する。ハニカムボディに保持されて、適切な場合それに対して電気的に絶縁される管状の対向電極２２は、排ガスライン１６の中央に配置される。その結果、電界は、環状電極１４と管状の対向電極２２との間に長さ２１に亘って形成されることができる。
【００３７】
閉じたチャネル１８の半径方向範囲２０は、イオン化されたすす粒子２が環状電極１４と対向電極２２との間にある電界によってそれらがイオン化エレメント３の表面に到達することができる程度まで偏向することができないように、選択される。半径方向範囲２０の大きさは、したがって、長さ２１に、電界強度に、および排ガス速度に、実質的に依存する。
【００３８】
本発明は、すす粒子が排ガス浄化コンポーネントの電気的絶縁上に堆積されるのを効果的に防止する。その結果、短絡の形成は、防止される。排ガスシステムの信頼性の高い作動は、したがって、確実にされる。
【符号の説明】
【００３９】
１…装置
２…すす粒子
３…イオン化エレメント
４…フィルタエレメント
５…チャネル
６…入口領域
７…出口領域
８…流れ指向装置
９．１…第１の電気的絶縁
９．２…第２の電気的絶縁
１０…流れ整流器
１１…バッフル
１２…直径
１３．１…第１の電気的端子
１３．２…第２の電気的端子
１４…電極
１５…流れ方向
１６…排ガスライン
１７…ハニカムボディ
１８…閉じたチャネル
１９…流れが存在し得る領域
２０…半径方向範囲
２１…長さ
２２…対向電極
【図１】
0005883007.tif 000002
【図２】
0005883007.tif 000003
【図３】
0005883007.tif 000004