ОЧИСТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Настоящая полезная модель относится к очистительному устройству для удаления примесей, таких как углеродсодержащие частицы и углеводороды, из выхлопных и отходящих газов.
x
x
Допустимые предельные концентрации в выбросах выхлопных газов транспортных средств, станков и двигателей снижают из года в год, так что для поддержания выброса ниже предельных значений необходимо использовать дополнительную обработку. В случае дизельных транспортных средств, наиболее тяжело добиться предельно допустимых выбросов твердых частиц (ТЧ) и NO, но выбросы моноксида углерода и углеводородов можно эффективно устранить посредством катализаторов окисления. Для снижения выбросов NO, можно использовать способы модификации двигателя (EGR = рециркуляцию выхлопных газов), которые, однако, оказывают эффект, увеличивающий выбросы СО, углеводородов (УВ) и ТЧ. В частности, на транспортных средствах используют дизельные сажевые фильтры (ДСФ) для снижения количества частиц, вредных для здоровья, при степенях превращения свыше 90%. Такие общепринятые фильтры относятся к типу wall-flow (вынужденное прохождение через пористую стенку), основанному на поверхностной фильтрации, при которой частицы фильтрационного осадка начинают скапливаться на стенке проточного канала, а внутри стенки после первоначального аккумулирования не происходит накопления большого количества частиц. Средний диаметр пор в фильтрующих стенках таких фильтров на основе поверхностной фильтрации составляет примерно 8-25 мкм, что достаточно при общепринятой конструкции для удаления свыше 95% массы частиц. Вместо этого можно использовать частично фильтрующие фильтры (частичные фильтры), также известные под названием РОС (катализатор неполного окисления), при этом их фильтрующая способность составляет примерно 40-70%. Преимущество частичных фильтров состоит в том, что они не требуют обслуживания, так как несгоревшая зола и избыток частиц могут выходить из сборного устройства без применения внешней энергии, в отличие от обычных фильтров, в которых основная доля золы и несгоревшего вещества будет оставаться на поверхности фильтра. Следовательно, в полнопоточных фильтрах в процессе использования падение давления проявляет тенденцию к увеличению, хотя происходит полное удаление сажи/углерода при регенерации. По эффективности фильтрации фильтры на основе глубокой фильтрации находятся между поверхностными фильтрами и частичными фильтрами, и эффективность фильтрации составляет примерно 50-90%, при оптимальном значении примерно 60-80% за счет практических аспектов. Фильтры глубокой очистки обычно получают с применением керамических или металлических волокон или пен или металлических порошков, полученных методом спекания. Волокна на фильтре могут быть в виде подстилающего слоя или складчатого мата. Соотношение эффективности и падения давления можно оптимизировать путем увеличения до предела площади поверхности фильтрации (тонкие маты, сложенные как в масляных и воздушных фильтрах).
В частичных фильтрах обычно используют сети, волокнистые маты и перфорированные пластины/листы фольги, причем частицы накапливаются на указанных конструкциях вследствие перепадов давления и турбулентности. Механизм реакций и конструкция фильтров глубокой очистки и частичных фильтров различаются, даже если используют одинаковые материалы. Например, волокнистый мат может действовать как ячеистая структура при сборке, в которой текучую среду вынуждают проходить через мат (глубокая фильтрация), или как ячеистая структура, в которой основной поток протекает между проточным каналом, образованным из неизогнутых и гофрированных волокнистых матов, и часть частиц остается, тем не менее, на поверхности стенок (частичная фильтрация). Фильтрация на волокнистых фильтрах основана на использовании подходящего диаметра волокон. Степень пористости в волокнистом слое или мате обычно очень высока (>90%), но степень пористости или пористость типичных фильтров поверхностного типа (например, кордиерита, SiC, титаната Al), как правило, составляет от 40 до 50% и в отдельных высокопористых поверхностных фильтрах даже достигает 60-70%. Кроме того, при глубокой фильтрации, частицы начинают накапливаться в большей степени на передней части по направлению потока, таким же способом, как и при поверхностной фильтрации.
2
2
Как правило, отфильтрованная углеродная фракция (сажа) в ТЧ термически сгорает за счет дополнительного тепла. Сажу можно окислить посредством интенсивной реакции горения с помощью кислорода при температуре выше 550°C, или медленно при более низких температурах (250-350°C) под действием NO. NO, образующийся на катализаторе окисления, окисляет сажу при умеренно низких температурах (>250-300°C), при которых катализатор окисления является достаточно эффективным.
При применении эффективных катализаторов окисления, можно удалить большую часть углеводородсодержащей летучей фракции (ЛОФ = летучая органическая фракция или РОФ = растворимая органическая фракция) твердых частиц. ЛОФ фракция обычно составляет 10-40%, но для некоторых двигателей и при определенных условиях вождения ЛОФ частиц может даже составлять 70-90%. Такие условия существуют при городском движении транспорта, при использовании старых двигателей и/или отработавших топлив. Таким образом, невозможно однозначно классифицировать катализатор окисления, частичный фильтр и полный фильтр согласно коэффициенту разделения, так как их коэффициенты разделения перекрываются, как и степени превращения, в зависимости от условий эксплуатации. К тому же, коэффициент разделения фильтров, в которых частицы накапливаются внутри фильтрующей фазы, а не на поверхностях каналов, сильно зависит от скорости потока и линейной скорости. Эффективность фильтрации фильтров глубокой очистки обычно уменьшается при увеличении скорости потока, но эффективность частичных фильтров возрастает при увеличении скорости потока (фильтрация, основанная на улучшенном массопереносе), что позволяет четко различать их в зависимости от принципа работы. Многие фильтры глубокой очистки начинают пропускать частицы при более высоких скоростях потока. Коэффициент разделения также зависит от размера частиц.
2
2
3
4
Удаление углеродной фракции требует более длительного времени пребывания в фильтре или катализаторе. Известный способ улавливания с постоянной регенерацией (сажеуловитель с постоянной регенерацией, CRT) включает применением Pt-содержащего катализатора окисления и после этого ДСФ без покрытия или с каталитическим покрытием (ЕР 341832). Проблемы пассивного способа с применением общепринятого полного фильтра связаны с ситуациями, когда NO не образуется в достаточном количестве, например, при движении городского автотранспорта в часы пик, и указанный способ требует применения топлива с очень низким содержанием серы (S<10 ppm) для минимизации образования сульфата в эффективном и дорогостоящем Pt-содержащем катализаторе окисления. Если вместе с Pt-содержащим катализатором окисления применяют топливо с высоким содержание S, увеличение образования сульфатов (SO→SO→SO, катализируемое Pt) уничтожает преимущества фильтра, который заполняется слишком быстро, что увеличивает частоту регенерации и опасность закупорки. Закупорку ДСФ нельзя допустить в любой ситуации, поскольку она приведет к прерыванию движения автотранспорта. Следовательно, большинство сажевых фильтров включают активную регенерацию, принцип которой уже используют в течение нескольких десятилетий. Применение современной регулирующей техники с системой управления двигателем позволяет осуществлять активную регенерацию ДСФ. В случае современных автомашин возможно проведение активной регенерации путем периодического увеличения температуры обычно до 600-650°C. Если в фильтре накапливается достаточное количество сажи, инициирование сжигания создает дополнительное тепло для проведения сжигания сажи. Независимо от регенерации углерода, в ДСФ накапливается несгоревшая зола, количество которой следует учитывать с точки зрения соблюдения нужных размеров, рекомендаций смазочных материалов и возможного технического обслуживания.
Наряду с общепринятым ячеистым сажевым фильтром типа wall-flow, также известны конструкции, выполненные из стальной ваты, керамической пены, в виде конической конструкции, в виде трубчатой конструкции, покрытой волокном, в которых используют электростатическое разделение или мокрые скрубберы. В конструкции известных фильтров, на верхнюю часть перфорированных трубчатых конструкций наматывают волокнистый коврик или металлическую вату, и одну или более из указанных конструкций можно установить в цельное сборное фильтрующее устройство. Характерно, что структура волокна однородна, без промежуточного пространства, и регулировку потока в такой структуре осуществляют случайным образом, избегая волокнистых нитей, при этом среднее основное направление является радиальным. Это характерно для фильтров на основе глубокой фильтрации, в которых частицы частично накапливаются внутри фильтрующего материала. Как правило, выхлопные газы в таких фильтрах перемещаются в радиальном направлении внутрь трубки, вследствие чего частицы имеют достаточно места для накапливания внутри, на поверхности и в открытом пространстве сборного устройства, установленного перед фильтром. Существуют также металлические полнопоточные фильтры, они сделаны, например, из металлических порошков, полученных методом спекания, или металлических пен.
Сборка частичных фильтров была модифицирована с применением катализатора окисления, так что разделению частиц, вместо керамической или металлической ячейки, способствуют путем применения сборных устройств, включающих различные сквозные отверстия, зубцы или выступы на стенках, а также дроссели или фильтрующие элементы в проточных каналах ячейки. Сквозные отверстия или фильтрующие элементы были получены путем применения керамических или металлических сеток, ваты или пористых материалов вместо обычных металлических или керамических стенок. Частичные фильтры обычно имеют ячеистую структуру, включающую осевые открытые каналы в основном направлении потока. Основной поток подобен потоку в обычных каталитических сборных устройствах, но разделение частиц было улучшено за счет частичного вынужденного перемещения потока в радиальном направлении через сетки, волокна или отверстия в стенке, регулируемого путем перепада давления. Однако радиальный поток обычно течет произвольно в различных направлениях, вследствие чего вектор в направлении основного потока находится в среднем осевом положении. Основной принцип также состоит в том, что поток поступает из одного конца и выходит с противоположной стороны из другого конца ячейки, которая обычно круглая или прямоугольная.
2
Регенерацию сажевых фильтров проводили с помощью совместного дросселирования двигателя (соотношение воздух/топливо устанавливали вблизи стехиометрических значений) и дополнительного впрыскивания топлива в электрооборудование, плазму (документ SAE 1999-01-3638) или горелки, которые создают дополнительное тепло, и сажа начнет гореть (ЕР 0070619-1982 и Emissionminderung, Autobilabgase, Dieselmotoren, Nurnberg 15-17 Oct 1985, Kurzfassungen, VDI 1985). Дополнительное количество топлива можно инжектировать в цилиндры (последующее впрыскивание) или в выхлопные газы перед катализатором окисления и/или катализированным сажевым фильтром. Горение можно усилить с помощью агентов, которые впрыскивают в выхлопные газы. Такие соединения, например, содержат Се, Fe или Sr, диспергированные на саже, и понижают температуру сжигания, например, до 500°C и также усиливают регенерацию, осуществляемую с помощью NO.
Электрический нагрев был использован различными способами, такое нагревание представляет собой старое изобретение ((SAE 900603, Hayashi et al. 1990). Как правило, электрический нагрев основан на применении различного рода электрического сопротивления. Нагревание во время движения всего количества выхлопных газов до температуры сжигания сажи требует высокой мгновенной мощности электрических блоков транспортного средства. Возможно местное нагревание в выбранных местах в разное время при уменьшении необходимой энергии до уровня электрической мощности транспортного средства (документ SAE 2005-01-3703). Электрический нагрев использовали для проведения регенерации при низких температурах в сочетании с применением топливных катализаторов, (документ SAE 2000-01-1924). Можно установить отдельную выхлопную линию с фильтром для каждого цилиндра, что позволяет регулировать температуру и регенерацию в каждой линии по отдельности (US 4709547, 1987). Проволоку с высоким электрическим сопротивлением можно частично разместить внутри фильтра, который также может обладать электропроводностью (US 5472462, 1995 и ЕР 0244061, 1987). При регенерации полнопоточного фильтра (DE 20 2004 018993, 2004) было предложено использовать свечи накаливания. В свечи накаливания можно вставить датчик давления (US 7214908, 2005). Алгоритмы регенерации полнопоточного фильтра со свечами накаливания можно регулировать на основе показателей падения давления (WO 2010/015428, 2009). Указанная система содержала одну или более свечей накаливания, смонтированных непосредственно в контакте с передней поверхностью фильтра типа wall-flow, который инициирует сжигание сажи. В целом, регулирование активной регенерации является самостоятельной областью техники, в которой существует большое количество патентов и публикаций. Такое регулирование обычно основано на откликах температуры, давления или переменных графика характеристик двигателя, коррелирующих с загрузкой накопленных твердых частиц и подходящими условиями регенерации.
2
2
Каталитическое покрытие сажевого фильтра способствует каталитическому сжиганию сажи (документ SAE 8500015, 1985), образованию NO и окислению углеводородов, инжектируемых для повышения температуры. Большинство эффективных и долговечных катализаторов для окисления УВ (выделяющихся из топлива), моноксида углерода (СО) и NO основаны на применении платины (Pt). В частности, высокая скорость образования NO требует присутствия Pt, но при окислении УВ и СО палладий (Pd) также является активным. Для каталитического сжигания сажи были использованы разного рода катализаторы с покрытием, содержащие, например, ванадий, медь, калий, молибден и соединения на основе подобных элементов. Как правило, каталитические реакции таких соединений основаны на их высокой подвижности на поверхности сажи, или они образуют подвижные соединения кислорода.
2
x
2
2
В отличие от полнопоточных фильтров, регенерация частичных фильтров основана главным образом на пассивной регенерации с помощью NO. Частичные фильтры использовали без закупорки даже с топливами, содержащим большие количества серы и золы, поскольку несгоревшие примеси и сульфаты выбрасывались из открытого фильтра сразу же или позже. Требование с точки зрения регенерации состоит в том, чтобы температура и соотношение NO/C были в среднем достаточно высоки, когда возможно получение достаточного количества NO и реакция NO+C является достаточно быстрой для предотвращения кумулятивного накопления углеродосодержащих твердых частиц. Структура и фильтрация твердых частиц отличается от структуры и фильтрации полнопоточных фильтров, следовательно, условия регенерации различны. В начале 2000-х годов эффективность частичных фильтров была несколько лучше, чем при использовании катализаторов окисления, но позднее эффективность очистки от ТЧ указанных частичных фильтров была увеличена до уровня 60-70%. Даже при такой эффективности, выбросы ТЧ все еще в 5-20 раз выше по сравнению с выбросами полных фильтров (степень превращения выше 95-98%) и, соответственно, понятно, что такие фильтры попадают в отдельные категории. По этим причинам, склонность к закупорке и регенерация частичных фильтров по-прежнему полностью отличаются от фильтров на основе поверхностной фильтрации. Увеличение падения давления при заполнении полнопоточных фильтров настолько значительно, что его можно измерить с помощью стандартных манометров. В качестве альтернативы, падение давления явно увеличивается все меньше и медленнее. Заметное возрастание падения давления, как в случае полнопоточных фильтров, уже является признаком закупорки. Такая зависимость падения давления отличает частичные фильтры от полных фильтров. Таким образом, для двух рассмотренных типов фильтров оптимальные стратегии регулирования регенерации ТЧ отличны друг от друга.
ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задача настоящей полезной модели состоит в обеспечении очистительного устройства (ОУ), работающего для отходящих газов дизельных двигателей или эквивалентных установок, которое по существу сводит к минимуму количество выбрасываемых компонентов, в частности, выбросы твердых частиц и углеводородов.
Для достижения этой цели настоящая полезная модель характеризуется особенностями, которые представлены в независимом пункте формулы полезной модели. Другие пункты формулы полезной модели представляют некоторые предпочтительные варианты реализации настоящего полезной модели.
Очистительное устройство включает по меньшей мере один открытый сепаратор частиц (ОСЧ), содержащий проницаемые/полупроницаемые листы и/или маты и имеющий открытые каналы для прохождения газа, содержащего примеси, между указанными листами/матами/листами фольги, при этом указанное очистительное устройство дополнительно содержит по меньшей мере один элемент зажигания, расположенный перед указанным открытым сепаратором частиц в направлении потока, для периодического поджигания накопленных и протекающих примесей газа. Между указанным элементом (элементами) зажигания и открытым сепаратором для частиц предпочтительно имеется по меньшей мере один открытый канал или камера.
По сравнению со стандартными фильтрами на основе известного уровня техники, новый тип очистительного устройства и способ/система регенерации обеспечивают не требующую технического обслуживания эксплуатацию, регенерацию при всех условиях применения и низкое потребление энергии. Очистительное устройство согласно настоящей полезной модели остается не закупоренным на протяжении срока службы, обеспечивая низкую потерю давления, и дополнительно характеризуется низкими производственными и эксплуатационными расходами.
В соответствии с задачей настоящей полезной модели имеется по меньшей мере один устройство для последующего впрыскивания топлива или УВ в выхлопные или отходящие газы для их сжигания с помощью указанного элемента зажигания. Такое устройство по существу минимизирует количество компонентов в выбросах.
В соответствии с задачей настоящей полезной модели имеется по меньшей мере одно отдельное устройство для испарения, расположенное после указанного устройства для последующего впрыскивания, для испарения впрыскиваемого топлива или УВ. Такая конструкция тоже по существу минимизирует количество компонентов в выбросах.
В соответствии с задачей настоящей полезной модели имеется по меньшей мере одно устройство для циркуляции топлива для впрыскивания топлива или УВ в выхлопные газы из обычных устройств для циркуляции топлива/УВ, расположенных в двигателе. Такая конструкция тоже по существу минимизирует количество компонентов в выбросах.
2
В соответствии с задачей настоящей полезной модели в очистительном устройстве (ОУ) можно использовать каталитическое покрытие. В очистительном устройстве можно использовать покрытия, содержащие каталитически активные компоненты, активные в отношении окисления моноксида углерода, углеводородов, моноксида азота (NO), частиц и восстановления оксидов азота с помощью любых восстановителей. Окислению частиц можно способствовать непосредственно или косвенно с помощью NO и параллельно путем периодического и/или непрерывного использования элемента зажигания для обеспечения регенерации.
Возможными областями использования настоящей полезной модели является, например, выхлопные газы, топочный газ и отходящие газы в подвижных или стационарных установках. Как правило, газовая смесь содержит избыток кислорода, либо постоянно, либо в среднем. При сжигании образующихся выхлопных газов можно использовать любое газообразное топливо (например, метан, пропан, биогаз), жидкое топливо (например, легкое дистиллятное топливо или мазут, дизельное топливо, бензин или биотоплива) или/и твердое топливо.
x
Таким образом, устройство согласно настоящей полезной модели можно использовать в совсем обедненных условиях (избыток кислорода) или в условиях, когда соотношение компонентов в смеси время от времени регулируют для достижения на короткое время стехиометрических или обогащенных условий. Регулировку соотношения компонентов в смеси и возможное повышение температуры осуществляют с целью полной или частичной регенерации описанного устройства или его блоков от адсорбентов, накопленных ядовитых веществ и/или частиц. Смесь можно регулировать, если наряду с устройством, предложенным в настоящей полезной модели, полная система также содержит другие катализаторы/блоки (такие как катализатор адсорбции NO или полнопоточные фильтры), которые периодически требуют стехиометрических или обогащенных условий или более высокой температуры для регенерации.
Использование открытых сепараторов частиц и частичных фильтров было расширено за счет практических применений, при которых температура имеет очень низкие значения, например, при непрерывной езде по городу, такие условия не подходят для регенерации, и тогда эффективные частичные фильтры начинают частично засоряться или частицы поступают в выхлопные газы, хотя частичный фильтр все еще остается открытым. В указанных условиях, также возникла необходимость использования активных способов регенерации, которые первоначально не применялись с указанными устройствами. Так появилась идея использовать активные способы регенерации вместе с открытым сепаратором твердых частиц. Но тогда теряются преимущества открытых сепараторов твердых частиц и не лучше ли в этом случае использовать полнопоточные фильтры с активной регенерацией? Однако применение активной регенерации вместе с открытыми сепараторами твердых частиц сохраняет многие преимущества. Объем и падение среднего давления все еще значительно более низкие, чем в случае полнопоточных фильтров (типа wall-flow), что играет ключевую роль в инвестиционных и эксплуатационных расходах во время работы систем. Открытый сепаратор твердых частиц не будет нуждаться в техническом обслуживании для удаления золы. Частичные фильтры и ОСЧ обычно имеют тонкие стенки и конструкции (например, волокна, низкая теплоемкость → более низкая внешняя энергия, необходимая для нагревания, по сравнению с полнопоточными фильтрами, такими как кордиерит или карбат кремния), а металлические конструкции характеризуются хорошей теплопроводностью, когда во время сжигания углерода образуется меньше локальных температурных пиков.
Активную регенерацию можно подразделить на категории в зависимости от величины и действия дополнительного нагревания: 1) Нагревание всех выхлопных или отходящих газов и фильтра до температуры сжигания сажи (требуется высокая энергия/мощность), 2) Нагревание параллельных сегментов фильтра с помощью регулируемых фаз в разное время до температуры сжигания сажи или 3) Воспламенение накопленных углеродсодержащих частиц или впрыснутого топлива/УВ с целью сжигания с помощью импульса на воспламенение (требуется минимальная энергия/мощность). Такой третий тип регенерации также можно осуществить локально, сегмент за сегментом, в отдельных местах фильтра. При регенерации согласно настоящей полезной модели, этот третий способ используют вместе с очистительным устройством и открытым сепаратором частиц, что существенно отличается от указанных двух других известных способов, применяемых в полнопоточных фильтрах.
В соответствии с задачей настоящей полезной модели, имеется по меньшей мере один металлический или керамический блок для сбора частиц (БСЧ), расположенный вблизи указанного элемента зажигания (ЭЗ), предназначенный для накопления углеродсодержащих твердых частиц и/или углеводородов около указанного элемента зажигания (ЭЗ), что, таким образом, улучшает воспламенение и горение примесей. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, по меньшей мере один элемент зажигания (ЭЗ) расположен по меньшей мере частично в указанном блоке для сбора частиц (БСЧ) или находится в контакте с указанным блоком (БСЧ). В соответствии с задачей настоящей полезной модели, указанный блок для сбора частиц (БСЧ) расположен внутри каналов открытого сепаратора частиц (ОСЧ), предпочтительно в передней части открытого сепаратора частиц (ОСЧ) по направлению потока.
Конструкция одного из вариантов реализации полезной модели показана на фиг.1 и 2. Текучая среда (1, 2, 3) (обычно выхлопные газы) поступает в реактор (4), в котором расположен открытый сепаратор частиц (5) (ОСЧ) с одним или более элементами зажигания (6) (ЭЗ). Перед указанным реактором можно также разместить отдельный катализатор очистки (7), который предпочтительно представляет собой катализатор окисления.
Элемент зажигания можно соединить с блоком для сбора частиц (8) (БСЧ), который эффективно собирает частицы вблизи элемента зажигания.
x
Реактор, например, представляет собой обычный вставленный в кожух каталитический нейтрализатор, в котором подложка может быть не изолированной или завернута в изоляционный/сборный мат и/или теплозащитные экраны. Реактор может быть встроен в глушитель, где возможно также находятся другие функциональные блоки (катализаторы окисления или де-NO (SCR, LNT), полнопоточные фильтры и другой дополнительный блок, связанный с применением предыдущих блоков).
Открытый сепаратор частиц представляет собой конструкцию, которая вместо плотно прилегающих пористых или волокнистых структур полнопоточных фильтров содержит открытые каналы, в которых разделение частиц на проточных каналах было улучшено за счет применения извилистых, местами дросселирующих и расширяющихся форм каналов, в которых существуют сквозные дорожки через стенки канала, уравновешивающие перепады давления между параллельными каналами. Важнейшее отличие открытого сепаратора частиц от полных фильтров заключается в том факте, что текучую среду вынуждают проходить целиком через фильтрующий/накапливающий слой в полных фильтрах, но существует также свободный, открытый путь через ОСЧ. Открытые каналы через ОСЧ соответствуют гидравлическому диаметру, или расстоянию от стенки к стенке, составляющему выше 50 мкм, при этом поры стенки или среднее расстояние между фильтрующими стенками меньше при применении полнопоточных фильтров. Такие условия способствуют прикреплению частиц к стенкам, которые действуют как накапливающие поверхности и которые были предпочтительно получены с применением керамических или металлических сетей, мембран, волокнистых матов, сит или/и перфорированные листов фольги или их комбинаций. Керамика представляет собой неорганические неметаллические материалы, такие как оксиды металлов (глинозем, кремнезем и их смеси; кордиерит и другие материалы, применяемые в виде пористых волокон или листов). В ОСЧ такие материалы, из которых сделаны стенки, являются проницаемыми или полупроницаемыми и позволяют проходить через них текучей среде. Полупроницаемые стенки позволяют газообразным соединениям проходить сквозь них, но твердые или жидкие частицы прикрепляются к поверхности такой стенки. Даже если стенка полностью заполнена частицами, она будет оставаться проницаемой в отношении потока газа. Типичная эффективность фильтрации составляет от 40 до 80%, что очевидно ниже, чем эффективность фильтров типа wall-flow. Даже если стенка была полностью заполнена частицами, она будет оставаться проницаемой в отношении потока газа. Возможно изготовление полнопоточных фильтров из такого же материала, если текучую среду вынуждают целиком проходить через указанные структуры/слои, толщина которых также обычно больше, чем стенки ОСЧ, например, эффективные волокнистые фильтры.
2
3
Стенки ОСЧ могут быть гибкими или жесткими, металлические и керамические листы/волокнистые маты предпочтительно выполнены из эластичных материалов, которые легко свернуть с получением готовой конструкции. Металлические конструкции выполнены из обычной стали или сплавов, стойких к окислению, которые можно использовать в нормальных условиях применения без избыточного окисления. Присутствие в сплаве алюминия предпочтительно с точки зрения образования защитного слоя из оксида алюминия (AlO) в условиях изготовления или применения.
В соответствии с задачей настоящей полезной модели, указанный открытый сепаратор частиц (ОСЧ) содержит проницаемые/полупроницаемые гофрированные листы/маты/листы фольги, образующие конструкцию открытого сепаратора частиц (ОСЧ), содержащую открытые каналы (КАН), высота складок которых составляет от 0,2 до 200 мм, предпочтительно от 0,35 до 25 мм, например от 0,5 до 3 мм. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, указанный открытый сепаратор частиц (ОСЧ) содержит проницаемые/полупроницаемые сетки/листы/маты из металлической проволоки с диаметром проволоки от 0,01 до 5 мм, предпочтительно от 0,05 до 1 мм, и/или отверстиями в листах из металлической проволоки, видимый диаметр которых составляет от 0,02 до 10 мм, предпочтительно от 0,05 до 0,6 мм. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, указанный открытый сепаратор частиц (ОСЧ) содержит (полу)проницаемый лист/маты из керамического волокна. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, указанный открытый сепаратор частиц (ОСЧ) содержит проницаемый/полупроницаемый металлический волокнистый лист/маты. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, указанные (полу)проницаемые листы/маты делают гофрированными с получением конструкции открытого сепаратора частиц (ОСЧ), содержащей каналы, угол складок которых относительно основного потока в любом направлении составляет от 1 до 89 градусов, предпочтительно от 10 до 80 градусов, например от 20 до 60 градусов.
В соответствии с задачей настоящей полезной модели, указанный блок для сбора частиц (БСЧ) содержит волокна или/и проволочную сетку с диаметром проволоки, составляющим от 1 до 20% относительно диаметров проволоки открытого сепаратора частиц (ОСЧ). Соответственно, отношение диаметров волокна/проволоки находится в диапазоне от 5 до 100 (диаметр проволоки ОСЧ/диаметр волокон БСЧ). В качестве примера, в соответствии с задачей настоящей полезной модели, открытый сепаратор частиц изготавливают из гофрированной сетки (сети, сита), в которой каналы имеют форму складок, ориентация которых отличается от основного направления потока, при этом параллельные сети взаимно расположены под разным углом относительно основного направления потока (фиг.2 и 3). Высоту складок (h1 и h2) в сетчатой структуре можно выбрать таким образом, чтобы она соответствовала цели сборки, обратного давления и предельно допустимых выбросов. Высота складок может быть одинаковой или разной в различных сетках/ситах. Высота может варьировать от 0,2 до 200 мм, предпочтительно от 0,35 до 25 мм, например от 0,5 до 3 мм. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, угол складки относительно основного потока в любом направлении составляет в одной сетке по меньшей мере от 1 до 89 градусов, например от 10 до 80 градусов, например, предпочтительно от 20 до 60 градусов. Угол складок также может варьировать от -89 до +89 градусов, предпочтительно он составляет от -60 до -20 и от +20 до +60 градусов. Отрицательные и положительные значения углов обозначают углы, ориентированные в противоположных направлениях относительно основного направления потока. Целесообразно использовать одинаковый материал для изготовления наклонной гофрированной сетки, сделать пару сеток путем выворачивания одной из сеток наизнанку таким образом, чтобы вершины складок были ориентированы в разных направлениях, и перемещения их относительно друг друга. Далее, ОСЧ согласно настоящей полезной модели оборудуют такой же сеткой. Также можно изготовить специальные структуры, в которых угол складок составляет 89-90 градусов.
Отношение высоты и ширины складок может варьировать в очень большом диапазоне за счет использования либо низких и широких складок, либо высоких и узких вершин складок. Указанный наклон сеток получают путем перемещения плоской сетки через наклонно расположенные зубчатые колеса, которые образуют складчатую структуру, применяемую в открытых сепараторах частиц согласно настоящей полезной модели. Между двумя гофрированными сетками может также находиться плоская сетка, волокнистый мат или перфорированная стенка, при этом уменьшение размера канала улучшает массоперенос и способность накапливать частицы. Между проницаемыми/полупроницаемыми листами также можно расположить непроницаемый лист фольги или стенку, которая разделяет ОСЧ на сектора, не имеющие соединительных дорожек. Например, непроницаемая стенка может заменить каждый плоский лист, каждый второй или каждый четвертый плоские листы в предыдущей конструкции (плоский лист между двух наклонных гофрированных листов). Описанная конструкция имеет несколько преимуществ: непроницаемая стенка действует как пожарная стенка при быстром сгорании частиц, регенерацию можно ограничить в каждом секторе и указанная стенка действует как механическая опора для такой конструкции. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, можно оптимизировать высоты вершин в зависимости от целей: для обеспечения не очень чистых выбросов → высокая высота вершины, для обеспечения очень чистых выбросов → низкая высота вершины.
В соответствии с задачей настоящей полезной модели, структура сетки/листа в ОСЧ содержит нити (проволоку), толщина которых составляет от 0,01 до 5 мм, предпочтительно от 0,05 до 1 мм, и отверстия, размер которых (видимый диаметр/гидравлический диаметр от сетки к сетке в середине сетчатой структуры) составляет от 0,02 до 10 мм, предпочтительно от 0,05 до 0,6 мм. Сетка (лист) может представлять собой тканую структуру или сетчатый коврик или иным образом связанные структуры. Большое разнообразие обусловлено тем фактом, что существуют самые разные цели применения или предполагаемого использования. Для обеспечения не очень чистых выбросов, используют более грубую сетку, например, толщиной от 0,2 до 0,5 мм и с отверстиями от 0,1 до 2 мм, при этом высота складок большая, например, от 2 до 10 мм и, для обеспечения чистых выбросов, используют более плотную сетку, например, толщиной от 0,05 до 0,2 мм и с отверстиями от 0,05 до 0,1 мм, при небольшой высоте складок, например, от 0,5 до 2 мм. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, можно использовать сетку, выполненную из очень тонкой нити и/или больших петель для изготовления гофрированной сетки, и очень плотную сетку для изготовления неизогнутой сетки, вследствие чего такую сетку можно намотать при очень большом угле складок (40-80 градусов). Вместо указанной сетки или вместе с ней, также можно использовать упомянутые выше металлические или керамические волокнистые маты/листы, мембраны или перфорированные листы фольги, из которых изготавливают эквивалентную конструкцию и которые позволяют текучей среде частично проходить через них. Кроме того, конструкция, показанная на фиг.2 и 3, может содержать дополнительные или альтернативные барьеры для потока, дросселирующие/расширяющиеся формы/элементы, тупиковые концы и лопасти, которые тем не менее улучшают массоперенос и эффективность накопления и создают конструкцию открытого сепаратора частиц.
2
Элементы зажигания имеют функцию, состоящую в создании местного дополнительного тепла, энергии или импульса, инициирующих горение накопленных частиц на ОСЧ. Частицы главным образом состоят из углерода и углеводородов, которые обладают способностью воспламеняться под действием дополнительной энергии или искры. Углеводороды могут воспламеняться локально при повышении температуры выше 150-300°C и углерод, при повышении локальной температуры выше 400-600°C, может воспламеняться в зависимости от структуры сажи и возможного каталитического действия на окисление углерода. Одновременно высокая концентрация NO также может усилить такое воспламенение. Таким образом, цель состоит не в том, чтобы нагреть весь сепаратор, а только в том, чтобы инициировать горение, хотя in situ выделяется энергия для регенерации всего сепаратора за счет горения воспламеняемого углерода, а не внешнего тепла.
В соответствии с задачей настоящей полезной модели, элемент зажигания (ЭЗ) представляет собой свечу зажигания, зажигающее устройство и/или искровой генератор. Как правило, элемент зажигания представляет собой свечу зажигания, зажигающее устройство, горелку, воспламенитель, электрод-зажигатель, другой источник искры или электрическое сопротивление, мощность которого может быть значительно более низкой по сравнению с известными внешними нагревательными элементами, нагревающими весь фильтр или его сегмент. Количество элементов зажигания может составлять один или более, расположенных параллельно и/или последовательно в зависимости от стратегии регенерации. Мощность элемента зажигания поступает из источника энергии (ИЭ), который выделяет электрическую мощность или топливо. При практическом применении в подвижных устройствах, такой источник обычно представляет собой аккумулятор и/или топливо. Аккумулятор способен вырабатывать требуемую мощность для элемента зажигания, который не должен нагревать выхлопные газы целиком, а только в определенном месте на короткое время. Узким местом многих известных способов регенерации на основе электричества является мощность аккумуляторов. В настоящей полезной модели эта проблема была решена, поскольку основная энергия, необходимая для регенерации частиц, выделяется при сжигании углерода и/или углеводородов в открытом сепараторе частиц или в предложенном устройстве, а не поступает из внешнего источника энергии.
Кроме того, в непосредственной близости от элемента зажигания предпочтительно расположен блок для сбора частиц (БСЧ), который играет важную роль в накапливании частиц около элемента зажигания, когда начнется воспламенение и горючий материал предпочтительно накапливается на передней/впускной части ОСЧ. Поскольку ОСЧ не является закрытым фильтром, частицы, естественно, не накапливаются на его впускной части или на передней поверхности. Блок для сбора частиц может способствовать регенерации и воспламенению ОСЧ, например, в условиях, когда степень загрузки ОСЧ еще не очень высока. При использовании указанного блока для сбора, на впускное отверстие ОСЧ можно установить элемент зажигания и регенерируемое тепло не будет оказывать воздействие на сам элемент зажигания, который может пострадать в большей степени, если его установить дальше вниз по течению в местах, расположенных в середине зон горения частиц. Такая сборка является способом защиты элемента зажигания от теплового напряжения.
Материал блока для сбора частиц (БСЧ) может представлять собой неорганическое (кремнезем, глинозем или их смесь или соответствующий материал) или органическое волокно, выбранное таким образом, чтобы оно выдерживало условия применения. Согласно некоторым вариантам реализации полезной модели, предпочтительным является металлический БСЧ, поскольку он отличается механической прочностью и проводит тепло лучше, чем керамические конструкции. Например, блок для сбора частиц БСЧ представляет собой мат или слой из металлического или керамического волокна, который расположен позади элемента зажигания в направлении потока. Такой блок полностью или частично находится предпочтительно внутри ОСЧ. БСЧ также может представлять собой отдельный блок, расположенный непосредственно перед ОСЧ (фиг.4). БСЧ также может иметь поддерживающий кожух или покрытие, которое механически защищает БСЧ, и препятствует избыточному охлаждающему эффекту за счет выхлопных газов. Кроме того, одинаковый материал для сбора частиц можно применять в других местах, а не только вблизи элемента зажигания, с целью улучшения накапливания частиц и уравновешивания падения давления в ОСЧ. Эффективность локального накопления твердых частиц явно более высокая в местах, в которых присутствует материал БСЧ (например, внутри ОСЧ). В зависимости от общего количества материала БСЧ, он может оказывать небольшое или значительное воздействие на эффективность очистки от ТЧ всего ОСЧ, что также можно использовать для улучшения работы ОСЧ. Если БСЧ не покрывает полностью наружную поверхность ОСЧ, возникает опасность неравномерного распределения потока. При заполнении отдельных радиальных секторов примерно одинаковым количеством материала БСЧ по направлению потока, падение давления в разных радиальных положениях будет одинаковым, и не будет происходить неравномерное накопление частиц (фиг.5).
Функция БСЧ также заключается в том, чтобы собрать углеродосодержащие частицы достаточно близко друг к другу таким образом, чтобы зона горения распространилась в БСЧ. Если БСЧ изготовлен из волокнистой или проволочной сетки, расстояние между нитями в материале БСЧ существенно меньше, чем расстояние между стенками каналов в ОСЧ. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, в указанном блоке для сбора частиц БСЧ толщина волокон/нитей в БСЧ составляет от 1 до 1000 мкм, предпочтительно от 5 до 100 мкм, размер которых существенно отличается от диаметров проволоки сит в ОСЧ (примерно 1/10 или менее). Чем тоньше применяют волокно, тем выше площадь поверхности волокна, и более тонкие волокна способны все более и более эффективно собирать частицы на массу волокна, чем более толстые волокна. Слишком тонкие волокна приводят к ограничению механической прочности и слишком тонкие волокна оказывают неблагоприятные воздействия на здоровье. Размещение мата из тонкого волокна между стенками канала позволит в сочетании с ОСЧ обеспечить высокую эффективность очистки от ТЧ при низком количестве дополнительного материала.
В соответствии с задачей настоящей полезной модели, степень пористости (пористость) блока для сбора частиц (БСЧ) составляет от 50 до 99,9%, предпочтительно от 85 до 98%. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, соотношение ОСЧ/БС (масс/масс.) составляет от 2 до 1000, предпочтительно от 5 до 100, например, от 10 до 50. Указанные характеристики явно отличаются от свойств стенок фильтра типа wall-flow (40-50%), который представляет собой соответствующий фильтрующий слой. Как правило, в таком очистительном устройстве, массовое отношение между компонентами ОСЧ и БС составляет от 2 до 1000, более типично, от 5 до 100. Таким образом, ОСЧ формирует основную массу, и этот дополнительный элемент не вносит существенный вклад в размер или массу. Тонкий волокнистый мат, расположенный во впускном отверстии ОСЧ, не увеличивает массу ОСЧ, изготовленного, например, из металлических сит. Другая причина использования низкой степени пористости и низкого относительного количества состоит в поддержании в таком очистительном устройстве падения давления и тенденции к закупорке на низком уровне. Если БСЧ слишком плотный, он будет подвергаться закупорке слишком быстро и большая часть частиц осядет на внешней поверхности БСЧ.
Также возможно применение в качестве БСЧ матов из более толстой (похожего диаметра, чем в проволоке ОСЧ) проволочной сетки, но тогда степень пористости такого слоя составляет, как определено, предпочтительно от 85 до 98% и БСЧ расположен внутри каналов ОСЧ. Такая компоновка позволяет получить конструкцию, в которой основание/мат из проволочной сетки полностью или частично заполняет пустые каналы в ОСЧ. Еще одно различие между проволокой в ОСЧ и БСЧ состоит в ориентации проволоки: ОСЧ содержит проволоку, расположенную вдоль листа (проволока расположена на одной линии, 2D лист), а БСЧ содержит проволоку в виде сетчатой основы, имеющей 3D структуру между каналами ОСЧ. С механической точки зрения такого рода более толстая проволочная сетка, как БСЧ, лучше, чем решения в виде волокнистого БСЧ.
БСЧ может также представлять собой полнопоточный фильтр или его часть, хотя он собирает углеродсодержащие частицы, который могут воспламеняться при применении ЭЗ. ЭЗ можно установить внутри закрытого конца ячеистого фильтра типа wall-flow, при этом другая конструкция, расположенная вблизи, представляет собой ОСЧ. БСЧ можно встроить в ЭЗ и при техническом обслуживании ЭЗ его можно устанавливать и заменять. Если ЭЗ представляет собой, например, свечу накаливания, золу, накопленную в БСЧ, можно удалить при техническом обслуживании. В ЭЗ также можно встроить датчики давления и температуры, что возможно при современной технологии. Такая сборка обеспечивает получение непосредственной информации о работе и условиях воспламенения в ЭЗ.
БСЧ может также формировать одну, еще одну или несколько стенок каналов в ОСЧ, когда одна гофрированная конструкция представляет собой металлическое сито, а другая - волокнистый мат, оборудованный по краю ЭЗ.
Практическое применение представляет собой конструкцию, в которой БСЧ расположен перед катализатором очистки или внутри него, применение которого отличается от базового определения (фиг.6). Затем ЭЗ воспламеняет УВ или другие горючие соединения, которые естественным образом присутствуют в отработанной текучей среде или которые специально добавляют в моменты воспламенения перед поступлением текучей среды в катализатор очистки. Такая конструкция позволяет поджечь УВ в богатых УВ выхлопных газах в любых условиях, когда розжиг иным способом происходит слишком медленно, например, при низких температурах (<200°C). небольшом количестве катализатора очистки, когда невозможно применять слишком активные катализаторы очистки из-за высокосернистого топлива. Соответственно, элемент зажигания в такой конструкции можно использовать предпочтительно с топливом с высоким содержанием S, возможно наряду с впрыском топлива и повышением температуры за счет управления работой двигателя.
Возможные местоположения БСЧ между ситами ОСЧ показаны на фиг.7. Конструкция ОСЧ содержит ступенчатые гофрированные сита, которые блокируют БСЧ (например, волокнистый мат) между каналами. Таким образом, конструкция ОСЧ также блокирует волокна в маленьком пространстве, в котором поток не в состоянии разрушить волокнистый мат так же легко, как толстые рыхлые маты. Важно проследить направление потока через такую конструкцию. Существуют некоторые конструкции с металлическими сетями и волокнами (фильтры глубокой очистки), но в них поток вынужден полностью проходить через такую конструкцию. В настоящей полезной модели текучая среда поступает в открытые каналы между ситами, в выбранных частях которых можно расположить БСЧ. Текучая среда может быть частично вынуждена проходить по поверхности ОСЧ и через ОСЧ за счет массопереноса и сил падения давления, но все еще остается указанный открытый канал через ОУ. Легкий способ сохранить даже часть каналов свободными от БСЧ показан на фиг.7С. Указанная конструкция позволяет значительно увеличить способность к накоплению частиц, но, тем не менее, оставляет часть каналов открытыми, что помогает поддерживать ОУ открытым при всех условиях. Когда каждый второй канал не заполнен БСЧ (волокном), скорость потока в указанных каналах является более высокой, что также усиливает массоперенос и позволяет протолкнуть текучую среду и частицу через сито в волокнистый мат.Кроме того, распределение БСЧ внутри ОСЧ можно сконцентрировать на более широких участках, как показано на фиг.4 и 5.
Сетку ОСЧ закрепляют с помощью сварки, пайки или с применением металлических гвоздей или болтов, которыми пробивают сетки. ЭЗ можно встроить в указанные механические соединительные элементы (например, гвозди/болты с возможностью выбора для ЭЗ).
x
2
x
x
x
2
2
В соответствии с задачей настоящей полезной модели, на указанный блок для сбора частиц (БСЧ) нанесены каталитические покрытия, активные в отношении окисления СО, УВ, NO и твердых частиц и/или восстановления NO. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, перед указанным очистительным устройством (ОУ) установлен катализатор очистки (CAT) для катализа окисления моноксида углерода, углеводородов, NO в NO и/или восстановления NO посредством любых восстановителей. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, ОСЧ может быть покрыт пористым материалом-подложкой, который работает в качестве основания для активных соединений, которые окисляют СО, углеводороды, NO, водород, аммиак или углерод. Углеводороды также могут включать функциональные группы, содержащие кислород, азот или галогены. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, на указанный открытый сепаратор частиц (ОСЧ) наносят каталитические покрытия, активные в отношении окисления СО, УВ, NO и твердых частиц и/или восстановления NO. В соответствии с задачей настоящей полезной модели, покрытия изготовлены таким образом, что отверстия в сетке остаются по меньшей мере частично открытыми по меньшей мере в одной сетке/сите. Предпочтительно в некоторых вариантах реализации полезной модели, отверстия в сетках по существу открыты (от 30 до 99,9% отверстий в ОСЧ), предпочтительно от 70 до 99%. Это обеспечивает то преимущество, что текучая среда может проходить в открытый канал через сетку в каждой точке, благодаря чему частицы остаются на поверхности сетки за счет огромной фильтрующей эффективности. Текучую среду направляют для замены в другой канал благодаря перепаду давления между каналами, что обеспечивает на поверхности сетки эффективный перенос массы к поверхности катализатора. Сборное устройство в соответствии с задачей настоящей полезной модели совсем не имеет покрытия, вследствие чего оно работает только в качестве открытого сепаратора частиц и звукопоглотителя. К тому же или в качестве альтернативы, катализатор может катализировать восстановление NO с помощью углеводородов или аммиака, адсорбировать оксиды азота (восстановление в обогащенных условиях) или окислять аммиак. Как правило, материал-подложка катализатора содержит в алюминий, кремний, оксиды титана и/или цеолиты. Толщина покрытия составляет от 1 до 500 микрометров, предпочтительно от 5 до 40 микрометров. Площадь покрытия определяется используемыми материалами и составляет от 1 до 700 м/г, обычно, от 20 до 300 м/г. Покрытие можно нанести на ОСЧ устройство, используя различные суспензии, золи и/или растворы с помощью способов погружения, закачивания насосом, впитывания и/или распыления. На открытые сетки ОСЧ путем напыления можно нанести покрытие при ослаблении его пары и, после этого, наматывания сетки и конструкции ОСЧ. Следовательно, можно гарантировать, что петли сетки останутся открытыми. Покрытие также можно изготовить полностью или частично путем использования летучих исходных материалов (методами химического осаждения из паровой или газовой среды, ALE методами).
В соответствии с задачей настоящей полезной модели, по меньшей мере часть сетчатой конструкции покрывают материалом-подложкой, в которую добавляют каталитически активные соединения.
В соответствии с задачей настоящей полезной модели, каталитически активные соединения в ОСЧ включают платину (Pt), палладий (ОУ), родий (Rh), иридий и/или рутений, которые катализируют реакцию окисления и/или восстановления выхлопных и отходящих газов. Активные компоненты можно добавить в структуру, покрытую катализатором, путем пропитки (сухая, влажная пропитка или хемосорбция) или в составе суспензии, раствора или золя для нанесения покрытия. Перед нанесением покрытия активные компоненты могут быть предварительно подобраны в соответствии частицами материалов. В покрытиях и/или абсорбентах используют воду или другие растворители или их смеси, как правило, в жидкой фазе.
3
3
3
3
2
В ОСЧ может присутствовать активный металл (например, благородный металл) в диапазоне от 0,01 до 10 г/дм, предпочтительно от 0,1 до 3 г/дм. Если в направлении потока имеются несколько последовательных структур, первая структура может включать активный металл, предпочтительно в диапазоне от 0,8 до 3 г/дм и последующая структура в диапазоне от 0 до 0,8 г/дм. Цель состоит в том, чтобы добавление металла к такой же структуре, например, Pt, осуществлялось в большей степени с впускной стороны в направлении потока, где можно получить большее количество NO. С выпускной стороны, Pt не может катализировать окисление NO при пассивной регенерации так эффективно, поскольку там более низкая загрузка. С выпускной стороны, также могут находиться другие активные компоненты, такие как ОУ, которые активны в отношении окисления УВ, но не в отношении окисления NO. Указанную конструкцию и описанное распределение загрузки можно использовать вместе с катализатором для очистки (окисления), расположенном вверх по течению.
2
2
2
2
2
Активный компонент выбирают в зависимости от применения. Содержащие платину покрытия-катализаторы могут усиливать образование NO, что способствует горению частиц и регенерации предложенного устройства, например, в дизельных установках. Уменьшение образования NO представляет собой задачу с целями, согласно которым регенерацию проводят целиком активно (впрыск топлива и/или дросселирование двигателя) и когда желают минимизировать выбросы NO. Присутствие Pt не приводит автоматически к эффективному катализу образования NO, например, при добавлении к катализатору ванадия с Pt, образование NO будет очень медленным. В качестве активного компонента можно использовать Pd, если задача покрытия-катализатора состоит в том, чтобы катализировать окисление СО и УВ и температуры являются высокими в условиях эксплуатации или регенерации.
x
В качестве ускорителя в материале-подложке можно использовать, например, ванадий (V), вольфрам (W), железо (Fe), цирконий (Zr), церий (Се), лантан (La), марганец (Mn), кобальт (Со), барий (Ва), стронций (Sr) и/или никель (Ni). Кроме того, материал-подложка также может главным образом состоять из смесей указанных ускорителей. В покрытие можно добавлять типичные соединения, адсорбирующие NO, например, путем пропитки, тем самым оксиды азота можно адсорбировать в обедненной смеси и восстанавливать в обогащенной смеси.
В БСЧ, предложенном в настоящей полезной модели, можно использовать аналогичные покрытия, что и на ОСЧ или, в оптимальном случае, покрытие, нанесенное в виде золя, который покрывает волокна и поры БСЧ тонким слоем, не закупоривая открытые пространства, закупорка которых увеличивает падение давления в этом месте. Золь представляет собой жидкость, в которой диспергированы маленькие частицы, средний диаметр которых находится в диапазоне от 5 до 1000 нм, предпочтительно от 15 до 100 нм, размер частиц которых позволяет равномерно покрыть даже самые маленькие поры и тонкие волокна. Частица в золе может представлять собой, например, соединения (оксиды) Al, Si Ti, Zr, Се Mn, V, Cr, Co, Sr, La, Y и/или Pr. Количество покрытия обычно составляет от 0,1 до 30% относительно массы БСЧ и активный компонент, как правило, представляет собой благородный металл, такой как Pt, ОУ, Rh или их смесь. В других случаях можно использовать такие же ускорители, загрузки активных металлов/способы добавления и способы обработки, как и для других каталитических покрытий, описанных в настоящей заявке. В частности, в БСЧ можно использовать соединения (V, Cr, Mn, Со, Sr), способствующие окислению сажи, и термически стабильные оксиды (La, Y, Zr), которые защищают БСЧ от теплового напряжения. Практическое применение согласно настоящей полезной модели представляет собой конструкцию, в которой на БСЧ нанесено покрытие на основе золя (с маленьким размером частиц), а на ОСЧ нанесена обычная суспензия катализатора, в которой также могут присутствовать более крупные частицы (>>100 мкм). Суспензионное покрытие тонких сит/матов в ОСЧ позволяет оставить петли открытыми. Но суспензия для нанесения покрытия, содержащая крупные частицы, засоряет, например, волокнистый или пористый материал БСЧ, или покрытие отфильтровывают в верхней части материала БСЧ, который не является искомым продуктом. В результате применения в ОСЧ стандартного покрытия-катализатора (катализатора окисления) получают прочный с механической точки зрения слой покрытия, в котором петли сетки остаются открытыми. Следовательно, варьирование покрытий на ОСЧ и БСЧ позволяет получить оптимальные покрытия на обоих катализированных блоках.
2
Выбор согласно настоящей полезной модели представляет собой стратегию покрытия, при которой на БСЧ наносят термически стабильное покрытие (катализатор), а на ОСЧ наносят катализатор, непосредственно или косвенно активный в отношении окисления сажи (за счет реакций NO). Кроме того, пусть лучше частица остается непрореагировавшей на БСЧ, чем на ОСЧ, что гарантирует присутствие горючих углеродосодержащих материалов вблизи ЭЗ и делает воспламенение более легким.
2
2
x
На катализаторе очистки (7) согласно полезной модели, можно использовать подобные композиции для нанесения покрытия, что и в ОСЧ. Свойства катализатора очистки отличаются от типичного ОСЧ тем, что типичное количество покрытия является более высоким, т.е. составляет примерно от 50 до 500 г/л и количество активного соединения также более высокое, как правило, от 1 до 5 г/л. Подложка представляет собой керамическую или металлическую подложку, плотность упаковки ячеек которой составляет от 1 до 2000 cpsi (количество ячеек на квадратный дюйм), предпочтительно от 50 до 600 cpsi. Структура подложки может быть общепринятой с незначительными фильтрационными свойствами по сравнению со структурами, применяемыми для ОСЧ, или она может также содержать некоторые структуры, предназначенные для ОСЧ. Цель работы заключается в эффективном окислении СО, УВ и NO до воды, СО и NO, которое можно использовать in situ или в ОСЧ. Как правило, такой катализатор также активен в восстановлении NO, указанное свойство наряду с удалением ТЧ обязательно присутствует в обычных дизельных установках.
x
2
2
Примером различных покрытий для катализатора очистки (CAT) и ОСЧ/БСЧ является случай, когда на ОСЧ/БСЧ наносят покрытия-катализаторы, предпочтительно активные в отношении окисления частиц/углерода, и катализатор очистки предпочтительно имеет покрытие, активное в отношении окисления СО, УВ и NO, а также восстановления NO с помощью любых известных восстановителей. Если ОСЧ/БСЧ содержит Pt и, например, V в качестве ускорителя, он проявляет незначительную окисляющую активность в отношении NO и SO, в отличие от других Pt-содержащих катализаторов окисления. В этом случае, большое количество NO образуется на катализаторе, но не в ОСЧ/БСЧ.
При изготовлении, ОСЧ, БСЧ и/или катализатор очистки, покрытые катализаторами согласно настоящей полезной модели, можно обработать в статических или динамических условиях с применением окисляющих и/или восстанавливающих газовых смесей, которые могут включать воздух, кислород, водород, моноксид углерода, аммиак, выхлопные газы, углеводороды, воду или инертный газ. При обработке также возможно образование различных смешанных оксидов в результате взаимодействия между соединениями-покрытиями за счет использования подходящих исходных материалов, размеров частиц и окончательных условий.
Таким образом, устройство согласно настоящей полезной модели способно, в частности, очищать отходящие газы от частиц. При применении в ОСЧ достаточно плотной сетки, складок с небольшой высотой и нескольких слоев сетки или эквивалентной конструкции, также можно обеспечить хороший коэффициент разделения частиц. Устройство включает нового типа конструкцию открытого сепаратора частиц, предназначенную для дизельных установок (помимо прочего), в которой наряду с пассивной регенерацией накопленные частицы регенерируют путем периодического воспламенения, когда условия не подходят для пассивного окисления углерода. В частности, такое устройство хорошо подходит для очистки выхлопных газов при очень низких температурах, при которых невозможно гарантировать регенерацию пассивными способами. Однако при регенерации ОСЧ, для оптимизации экономии топлива как можно больше используют пассивные способы. Предложенное устройство или его компоненты также могут заменить стандартные элементы, применяемые при звукоизоляции. В его лучшем воплощении, блоки могут быть расположены в тех же оригинальных звукопоглотителе/глушителях.
2
Таким образом, частицы, накопленные в ОСЧ, регенерируют пассивно и/или инициируют активную регенерацию с применение ЭЗ. В выхлопные газы, содержащие избыток кислорода, перед ОСЧ можно установить катализатор очистки (например, дизельные катализаторы окисления, DOC), который окисляет СО, УВ и NO. Образующийся NO медленно окисляет частицы на основе углерода. DOC можно поместить в тот же контейнер или его устанавливают отдельно перед ОСЧ согласно настоящей полезной модели. DOC также можно расположить внутри впускной или выпускной трубки. Кроме того, температуру катализатора можно повысить извне за счет сжигания углеводородов или применения других экзотермических (тепловыделяющих) реакций. Дополнительное тепло обеспечивают путем подачи топлива вместе с выхлопными газами и/или с помощью последующего впрыскивания в двигатель. Одновременно возможно уменьшение объема воздуха для сжигания (за счет уменьшения соотношения воздух/топливо). Также возможно обеспечение дополнительного тепла для регенерации структуры катализатора с помощью электронагревания, горелок и/или плазмы и/или какого-либо другого способа, позволяющего нагреть указанную структуру и/или сажу. Следовательно, различными способами можно комбинировать метод на основе воспламенения, описанный в настоящей полезной модели, и активную регенерацию в чистом виде в зависимости, например, от практического применения, условий использования и топлив.
Накоплению частиц можно способствовать с помощью электростатических способов путем использования пары сеток в качестве заряженных сеток для сбора и изолирования указанных сеток от другой конструкции и друг от друга. Для регенерации частиц также возможно применение добавок, улучшающих горение сажи (FBC = топливный катализатор) которые включают, например, соединения на основе Fe, Sr и/или Се.
3
3
Регулирование регенерации в устройстве согласно настоящей полезной модели осуществляют путем синхронизации, при которой низкоэнергетический поджиг активируют, например, с периодами от 0,1 до 900 с, предпочтительно от 2 до 300 с, точно, интервалы между которым обычно составляют от примерно 0,2 до 100 часов, предпочтительно от 1 до 10 часов. Такую синхронизацию определяют в зависимости от количества накаливающихся частиц. Подходящее время для поджигания наступает, когда количество углеродосодержащих частиц составляет, например, примерно от 2 до 20 г/дм, предпочтительно примерно от 4 до 10 г/дм, когда количество углеродосодержащих частиц представляет собой количество горючего углерода, достаточное для нагревания ОСЧ до условий регенерации. Необходимое количество тепла соответствует энергии, которой достаточно для нагревания ОСЧ до температуры 500-600°C, достаточно для протекания термического окисления ТЧ и которая может помочь работе катализаторов; → более низким температурам окисления ТЧ; присутствующим на ОСЧ или добавляемым в выхлопные газы. Таким образом, важно, что происходит накопление частиц вплоть до загрузки, достаточной для нагревания и поддержания горения так долго, что ОСЧ полностью или частично регенерируется. Поскольку без такого поджигания регенерация ОСЧ в основном протекает медленно и пассивно, указанная синхронизация ограничена наихудшими сценариями, что позволяет обеспечить регенерацию при всех условиях. При применении вместо такого поджигания обычных активных способов, потребление энергии будет явно более высоким, что разрушит экономию энергии транспортного средства или устройства.
При использовании свечей накаливания в качестве ЭЗ, воспламенение свечи поддерживают, например, в течение упомянутых от 10 до 500 с непрерывно или путем циклического включения и выключения. Цель состоит в том, чтобы поджечь горючий материал, находящийся вблизи, и/или увеличить температуру вблизи до таких высоких значений, что начнется горение углерода и/или углеводородов. Мощность свечи зажигания (ЭЗ) в условиях включенного двигателя может составлять примерно от 10 до 2000 Вт, предпочтительно примерно от 50 до 400 Вт. Конечно, в зависимости от конструкции, сравнимой с примерами, приведенными в настоящей полезной модели, мощности могут быть увеличены или уменьшены за счет размеров блоков в устройстве. Например, если транспортное средство имеет аккумулятор 12 В, и в нем используют свечу зажигания 15 А, номинальная мощность составляет 180 Вт. Также возможно изменение конструкции таким образом, чтобы использовать ЭЗ низкой мощности в течение более длительного времени и ЭЗ высокой мощности в течение короткого времени. Углеродная фракция в БСЧ будет воспламеняться под действием дополнительной энергии или искр от свечи зажигания (ЭЗ). Температура вблизи свечи зажигания очень высокая (>>600°C), что позволяет воспламенять горючий материал даже от мгновенных искр, но длительное воспламенение обеспечивает более высокую вероятность поджигания, когда теплым является более широкое окружающее пространство. Воспламенение распространяется лучше, чем горячее окружающее пространство. Верхняя часть свечи зажигания (ЭЗ) может находиться в контакте с сеткой ОСЧ или она может быть обращена в сторону открытого канала ОСЧ, где между сетками ОСЧ также расположен материал БСЧ (например, волокнистая вата или сетка). Если БСЧ не используют, тепло особенно быстро передается на металлические листы/сетки/листы фольги и углеродосодержащие частицы воспламеняются, и зона горения продвигается дальше по направлению к другому концу. Если металлический лист с высокой теплопроводностью применяют в качестве еще одной пары ОСЧ, а волокнистый мат изоляционного типа - в качестве еще одной стенки ОСЧ, ЭЗ можно соединить с любым из них. На изоляторе ЭЗ создает высокую точечную температуру, при которой воспламеняется сажа. На теплопроводящей металлической поверхности тепло распространялось более широко. ЭЗ можно также разместить в середине или на конце ОСЧ, где зона горения будет продвигаться против направления потока. Такая компоновка возможна, при этом устройство может иметь один или более ЭЗ для обеспечения регенерации концевых частей ОСЧ. При прекращении потока, воспламенение может точно так же начаться как с задней части, так и с передней части ОСЧ. При инициировании воспламенения с задней части тепловое напряжение на ОСЧ будет более низким, но тепловое напряжение ЭЗ и БСЧ выше, чем при инициировании с передней части.
Инициирование воспламенения можно осуществлять в те моменты, когда выхлопные газы или текучая среда являются достаточно теплыми за счет естественных причин (температура выхлопа выше 300°C), но поток выхлопных газов уменьшается. Это тот случай, например, когда транспортное средство сначала передвигается по дорогам со скоростью примерно 100 км/ч, а затем скорость уменьшается (ногу убирают с педали газа). Тогда ОСЧ является теплым, и воспламенение имеющейся сажи осуществить довольно легко, причем благодаря уменьшению скорости, из двигателя выделяется небольшое количество охлаждающих выхлопных газов. Для такого рода устройства, стратегия регенерации может быть создана на основе синхронизации и известного графика характеристик двигателя. Таким образом, первоначальное воспламенение будет происходить в те моменты, когда ОСЧ содержит достаточно горючих частиц. Вторичное воспламенение будет происходить в несколько других условиях движения, если первоначальное состояние никогда не будет достигнуто в течение определенного окошка (времени) регенерации. Если система не имеет датчиков давления, поджиг должен происходить более часто, чем в случае полнопоточных фильтров или при наличии датчиков, чтобы обеспечить воспламенение в подходящих условиях, и перегрузка частиц будет предотвращена. Поскольку энергия, потребляемая при воспламенении, такая низкая, указанная стратегия не причинит значительный ущерб экономии энергии или электрическому оборудованию.
В отличие от способа, при котором воспламенение всегда активируют периодически или на основе определенных точек на графике характеристик двигателя, предлагаемые способы воспламенения могут варьировать в зависимости от типа, мощности и синхронизации. Короткий поджиг (например, продолжительностью от 100 до 200 с) можно осуществлять периодически и реже использовать более длительный поджиг (например, 500 с), что также позволяет регенерировать ОСЧ в граничных условиях или когда регенерация иным образом проявляет тенденцию к недостаточности. Кроме того, мощность ЭЗ может меняться, или предложенное устройство может содержать в разных положениях несколько ЭЗ, отличающихся по мощности или типу. Такое управляющее воздействие используют для оптимизации регенерации при одинаковом потреблении электроэнергии.
Воспламенение нескольких элементов зажигания можно синхронизировать таким образом, чтобы они происходили одновременно или в разное время. Если много ЭЗ воспламеняются одновременно, это обеспечивает возможность более широкого нагревания поверхности ОСЧ/БСЧ, и зона горения может широко распространяться, но также вызывает появление повышенного пика потребления энергии. Синхронизацию можно осуществлять в разное время, когда зона горения может также расширяться до участков вблизи других ЭЗ, но пики потребления энергии остаются более низкими.
Устройство можно спроектировать таким образом, чтобы оно содержало два или несколько блоков ОСЧ один за другим, при этом такая система не применима с полнопоточными фильтрами (фиг.8). Фильтрующую способность ОСЧ можно повысить за счет увеличения в осевом направлении длины всей системы ОСЧ с помощью нескольких блоков на основе одного и того же механизма разделения частиц, который отличается от механизма при использовании фильтров поверхностного типа. При таком решении, также возможна установка элементов зажигания после 1-ого блока ОСЧ и перед и/или после 2-ого блока ОСЧ. Следовательно, частицы в каждом блоке можно поджигать независимо. В каждый из блоков можно добавить БСЧ согласно тем же принципам, что описаны ранее.
Устройство, описанное в настоящей полезной модели, предназначено для условий, при которых существуют исключительно низкие температуры на протяжении длительного времени и пассивная регенерация ОСЧ является недостаточной. ОСЧ с подходящей конструкцией не подвергается закупорке даже без элементов зажигания, но способность накапливать частицы уменьшается и через устройство проходит большее количество частиц. Это относится к условию, например, непрерывного движения транспортного средства по городу или другое движение с низкими скоростями. При применении ЭЗ, регенерацию можно инициировать периодически, даже если скорости и/или нагрузки постоянно низкие.
2
2
Пассивная регенерация ОСЧ или полнопоточных фильтров требует довольно высоких загрузок Pt на катализатор окисления, расположенный перед фильтрами или на самих фильтрах. Если регенерацию можно гарантировать путем применения ЭЗ, количество дорогостоящей Pt можно значительно снизить. Основная доля Pt в современных пассивно регенерирующих системах необходима для увеличения концентрации NO в диапазоне от 200 до 300°C. При применении явно более низких загрузок Pt, ОСЧ можно регенерировать пассивно при температуре выше 300°C, если ЭЗ обеспечивает регенерацию при всех условиях применения. Такая структура также приводит к более низким выбросам NO, и меньшее количество катализатора окисления (катализатора очистки) создает меньшее падение давления, что положительно влияет на экономию топлива. Цель настоящей полезной модели состоит в сочетании преимуществ пассивного способа и применения ЭЗ с БСЧ или без БСЧ при регенерации частиц (в ОСЧ). Если пассивная регенерация работает всегда, когда это возможно, она поддерживает падение давления на низком уровне и не будет потреблять внешнюю энергию. Дополнительные ЭЗ потребляют небольшое количество энергии, но явно меньше, чем другие способы активной регенерации, при которых текучую среду нагревают целиком. Применение поджига гарантирует очистку ОСЧ и БС в любых условиях.
Даже если ОСЧ или частичные фильтры не являются настолько чувствительными, как полнопоточные фильтры и, в частности, системы сажеуловителей с постоянной регенерацией, для удаления топливной S (требуются <10 ppm), полезно, если содержание S в топливе является как можно более низким. Это все еще невозможно при каждом практическом применении. Использование ЭЗ позволяет осуществить регенерацию, при которой эффективность катализатора окисления может быть уменьшена (более низкая загрузка Pt), хотя образование сульфата также понижено. Таким образом, при использовании топлив с более высокими концентрациями серы устройство согласно настоящей полезной модели работает лучше, чем известная технология. Необходимо разработать стратегию регулирования в зависимости от условий вождения и применения и топлива. Практическое применение представляет собой устройство, в котором регенерацию осуществляют исключительно на основе использования ЭЗ, а пассивная регенерация невозможна или не желательна.
Регулирование полнопоточных фильтров было основано на датчиках давления и дополнительных датчиках температуры, расположенных перед и после фильтров. Путем комбинирования показателей падения давления с параметрами графика характеристик двигателя, можно было активировать активную регенерацию в те моменты, когда это было наиболее легко, возможно и наиболее выгодно с точки зрения экономии топлива. Конечно, указанные способы можно использовать с частичными фильтрами и с устройством согласно настоящей полезной модели. Падение давления во всех частичных фильтрах и ОСЧ вызывает значительное падение низкого давления даже при высоких загрузках, что приводит к проблеме, состоящей в том, что точность датчиков давления будет представлять собой ограничивающий фактор. Если датчики не способны обнаружить небольшое увеличение падения давления, ОСЧ может накопить слишком много частиц, и тогда воспламенение частиц и термическое сжигание могут стать причиной появления слишком высоких температурных пиков (>1000°C), которые губительны для ОСЧ и его покрытий. Следовательно, предпочтительно регулировать синхронизацию воспламенения путем предварительно разработанных стратегий, при этом необходимость в дополнительных датчиках отпадает. Также возможно, что система содержит датчики давления и температуры, даже если регулирование не основано на их применении. Указанные датчики можно использовать с системой согласно полезной модели для целей встроенной диагностики, чтобы обнаружить, например, когда устройство и ОСЧ подвергается закупорке или перегревается и требует технического обслуживания.
x
x
x
Основываясь на настоящей полезной модели можно также изготовить и использовать ОСЧ, описанный в настоящей полезной модели, для похожих практических применений без ЭЗ и/или БСЧ (фиг.9). Также возможно применение комбинации ОСЧ и БСЧ без ЭЗ. Стратегии регенерации на основе способов воспламенения, предложенных в настоящей полезной модели, можно также применить к любым полнопоточным фильтрам (для поверхностной или глубокой фильтрации) или открытым частичным фильтрам. Также возможно применение одинаковых способов регенерации с ЭЗ для регенерации катализаторов адсорбции NO (катализаторов для твердых частиц Lean NO Trap, LNT) от нитратов и сульфатов или катализаторов окисления от ядовитых веществ, подобных сере. ЭЗ можно использовать для воспламенения топлива, инжектируемого для восстановления и регенерации. Применение ЭЗ с указанными катализаторами усиливает воспламенение углеводородов и улучшает регенерацию. Обогащение и впрыскивание топлива для регенерации ОУ можно осуществить одновременно с воспламенением (использованием элементов зажигания). Применение принципа воспламенения позволяет использовать активную регенерацию при более низких температурах. Функциональные свойства (де-NO, удаление твердых частиц, реакции окисления) можно применить к этим же конструкциям (катализатор очистки, ОСЧ и/или БСЧ).
x
Перед очистительным устройством наряду с углеводородами и известными видами топлива можно также загрузить другие окисляющие или восстанавливающие соединения, такие как аммиак, мочевина, озон, водород пероксид, воздух, кислород и/или вода в чисто виде или в смесях. Указанные вещества могут способствовать реакции NO и/или частиц и техническому обслуживанию очистительного устройства и регулировать стехиометрию реакций.
На Фиг.10 показано, как можно осуществить последующее впрыскивание топлива или УВ во время периода воспламенения. Элемент зажигания ЭЗ может воспламеняться периодически, при необходимости. Дополнительное топливо впрыскивают в выхлопной газ 2 после турбо-устройства. Указанное последующее впрыскивание предпочтительно осуществляют во время периода воспламенения. Такое последующее впрыскивание ДВ можно предпочтительно осуществить путем подачи топлива из обычной системы циркуляции топлива за счет установления отдельного клапана и трубок к нему. Предпочтительно подавать топливо для последующего впрыскивания непосредственно после турбо-установки, поскольку температура там достаточна высокая, например, от 150 до 170°C, для испарения топлива. Также можно использовать отдельное устройство для испарения. Это особенно правильно при применении двигателя таким образом, что температура в открытом сепараторе частиц сохраняется низкой, например, от 120 до 130°C. Затем топливо предпочтительно испаряется при протекании через выхлопную трубу или через отдельное устройство для испарения. Когда импульс топлива или УВ достигает элемента зажигания, он зажигается и температура возрастает. При таком применении между указанным элементом зажигания ЭЗ и открытым сепаратором частиц ОСЧ устанавливают открытую камеру КАМ. Описанная компоновка позволяет улучшить горение топлива, а также регулировать поток выхлопных газов. Было обнаружено, что предпочтительно использовать по меньшей мере два дозирования путем последующего впрыскивания, предпочтительно по меньшей мере три дозирования путем последующего впрыскивания топлива или УВ при продолжительности от 0,1 до 5 с, например от 0,1 до 0,2 с, от 1,0 до 3,0 с и от 0,5 до 2,0 с. Например, указанная процедура может быть, следующей:
- 0 с. Воспламенение элемента зажигания
- 24 с. Первое дозирование 0,1 с
- 26 с. Второе дозирование от 1,5 до 1,9 с
- 28 с. Третье дозирование от 0,8 до 1,2 с
- 30 с. Прекращение воспламенения.
Как обнаружено, при такой процедуре температура в открытом сепараторе частиц ОСЧ поднимается вплоть до 500-600°C и практически вся сажа сгорает.
Пример 1.
50
50
50
2
3
3
Примеры разного рода конструкций показаны на чертежах. В качестве примера в настоящей заявке описаны свойства опытного образца. Металлическое (полу)проницаемое сито (диаметр проволоки 110 мкм, диаметр отверстий примерно 0,2 мм (сита согласно MESH 87) гофрировали при угле складок 34 градуса с получением наклонной складки, конструкции, показанной на Фиг.8. Между наклонными гофрированными ситами такая конструкция также содержала плоское сито, которое увеличивает эффективность накопления и ссужает открытый канал по сравнению с конструкцией без этого дополнительного плоского сита. Складка была сделана с помощью зубчатых колес, соответствующих плотности упаковки ячеек 330 cpsi (при высоте складок примерно 1,3 мм). На сито наносили суспензионное покрытие, содержащее также более крупные частицы исходного материала катализатора (глинозема и цеолита и смешанного оксида ZrCe, (d>1 мкм) вместе с маленькими (d<<1 мкм) частицами Ti и Al золя, 10 г/м GSA, 0,07 г/дм Pt). Наклонные сита свертывали в направлении ОСЧ таким образом, что вершины складки поддерживают следующее гофрированное сито (углы +34 и -34 градусов относительно основного направления потока). Мат из кремнеземного волокна (d~9 мкм) (БСЧ) помещали между указанными металлическими ситами на расстоянии первых 30 мм от впускного отверстия ОСЧ. Заполняли все радиальные пространства между ситами. Степень пористости в таком волокнистом слое составляла примерно 96-97%. На волокна наносили Pt-содержащие зольные покрытия, состоящие из глинозема и диоксида титана в виде маленьких частиц (<100 нм), которые не закупоривали пространство между волокнами и равномерно покрывали волокнистые маты, свойства которых имеют преимущества с точки зрения фильтрации и регенерации. Количество покрытия в волокнистом слое (БСЧ) в пересчете на сухую массу составляло примерно 2,5 г в волокнистом слое, и Pt-загрузка составляла примерно 1,2 г (3,9 г/дм). Соответственно, на таком волокнистом блоке БСЧ загрузка Pt была выше, чем на всем ОСЧ. Длина ОСЧ составляла 180 мм, и диаметр составлял 115 мм. Введение БСЧ слоя внутрь конструкции ОСЧ не меняло общий объем ОСЧ без волокнистых матов. Четыре свечи накаливания (110 Вт каждая) были геометрически установлены систематическим способом на контакт с передней поверхностью ОСЧ и БСЧ. Воспламенение регулировали с помощью синхронизации без применения каких-либо датчиков падения давления или датчиков температуры. Обычный интервал воспламенения составлял несколько часов (например, два) и каждое воспламенение занимало примерно 2 минуты. Воспламенение осуществляли в первых экспериментах одновременно с применением каждой свечи зажигания (ЭЗ). Воспламенение было способно инициировать горение ТЧ, при этом происходила регенерация как БСЧ, так и ОСЧ. Было важно начать регенерацию на стадии, когда загрузка сажи была ниже 10-20 г/л, чтобы избежать перенагревание.
Наряду с таким основным примером, применяемое для заполнения количество материала БСЧ варьировало (заполнение каналов ОСЧ полностью, отсутствие БСЧ, отсутствие покрытия на БСЧ). Зольное покрытие с Pt также было нанесено как для ОСЧ, так и БСЧ. Количество свечей зажигания и периоды и интервалы регенерации также изменялись согласно принципам, описанным ранее в настоящем тексте. Кроме того, конструкцию на фиг.8 получали применения без плоского (полу)проницаемого сита между гофрированными ситами.
Устройство без элемента зажигания можно использовать при практических применениях, в которых температуры достаточно высоки для пассивной регенерации и/или конструкция не нуждается в поджиге и/или используют активную регенерацию (фиг.9). Применение БСЧ увеличивает эффективность удаления твердых частиц без излишнего увеличения объема или массы системы. В некоторых вариантах реализации полезной модели предпочтительным является металлический БСЧ, поскольку он отличается механической прочностью и проводит тепло лучше, чем керамические конструкции.