DE10130872A1 - Exhaust gas purification process - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zur Reinigung von Abgasen, welche partikelförmige Verunreinigungen oder Stickoxide enthalten. Dabei erfolgt die Reinigung der Abgase durch eine filternde Matrix gleichzeitig zur Regenerierung der filternden Matrix. Die Regenerierung der filternden Matrix erfolgt durch einen im Verhältnis zum Abgasstrom kleinen Gas- oder Luftstrom. Vorteilhaft wird das Regeneriergas vorgewärmt. Die unterschiedlichen Funktionsbereiche werden dabei nacheinander durchlaufen. Die apparatemäßige Realisierung kann beispielsweise durch rotierende Elemente erfolgen. Dabei werden die unterschiedlichen Funktionsbereiche durch Rotation nacheinander durchlaufen.The invention describes a method for cleaning exhaust gases which contain particulate contaminants or nitrogen oxides. The exhaust gases are cleaned by a filtering matrix at the same time as the regeneration of the filtering matrix. The filtering matrix is regenerated by a small gas or air flow in relation to the exhaust gas flow. The regeneration gas is advantageously preheated. The different functional areas are run through one after the other. The apparatus can be implemented, for example, by rotating elements. The different functional areas are rotated one after the other.
Description
Die Reinigung des Abgasstromes von Dieselabgasen stellt im Hinblick auf die zunehmende Verschärfung der Grenzwerte ein aktuelles Problem dar. Neben der Entfernung von Stickoxiden sowie kleinerer Mengen von CO und Kohlenwasserstoffen kommt dabei vor allem der Entfernung der Rußpartikel große Bedeutung zu. The cleaning of the exhaust gas flow from diesel exhaust gases poses in view of the increasing Tightening the limit values is a current problem. In addition to the removal of nitrogen oxides as well as smaller amounts of CO and hydrocarbons come mainly from Removal of the soot particles is of great importance.
Abgas von Dieselmotoren ist gekennzeichnet durch einen großen Abgasstrom (bezogen auf die Leistung) und eine niedrige Abgastemperatur. Der große Abgasstrom (bezogen auf die Leistung) resultiert aus dem großen Hubraum von Dieselmotoren (bezogen auf die Leistung) in Verbindung mit einer sehr hohen Verdichtung und einem hohen Luftüberschuß bei der Verbrennung. Exhaust gas from diesel engines is characterized by a large exhaust gas flow (based on the Performance) and a low exhaust gas temperature. The large exhaust gas flow (based on the Power) results from the large displacement of diesel engines (in relation to the power) in Combination with a very high compression and a high excess of air in the Combustion.
Ein Lkw-Motor der Mittelklasse mit 6,8 l Hubraum und einer Leistung von 280 PS führt zu einem Abgasstrom von ca. 1000 Nm3/h. Selbst ein Mittelklasse Pkw mit einer Leistung um 100 PS führt bei Volllast zu einem Abgasstrom von über 300 Nm3/h. A mid-range truck engine with a capacity of 6.8 l and an output of 280 hp leads to an exhaust gas flow of approx. 1000 Nm 3 / h. Even a medium-sized car with an output of around 100 hp leads to an exhaust gas flow of over 300 Nm 3 / h at full load.
In der Folge liegen in der Abgasanlage sehr große Strömungsgeschwindigkeiten vor. Bereits bei PkW-Ottomotoren werden im Vollastbereich im Katalysatormonolith Geschwindigkeiten bis zu 40 m/sek erreicht. Für Dieselmotoren liegen diese Werte in der gleichen Größenordnung. In Anbetracht der hohen Geschwindigkeiten muß die Abgasanlage für einen möglichst geringen Druckverlust ausgelegt werden. As a result, there are very high flow velocities in the exhaust system. Already In the case of car gasoline engines, speeds up to in the full load range in the catalyst monolith reached to 40 m / sec. These values are of the same order of magnitude for diesel engines. In Given the high speeds, the exhaust system must be as low as possible Pressure loss can be designed.
Für die Entfernung der Rußpartikel sind unterschiedliche Konzepte bekannt geworden, von denen sich jedoch bislang noch keines großtechnisch durchgesetzt hat. Häufig eingesetzt werden Rußfilter, überwiegend in Form von parallelen quadratischen Kanälen bei denen das Abgas durch die poröse Keramikwand strömt so daß sich die Partikel auf der Wand ablagern. In gewissen Intervallen müssen diese Rußfilter regeneriert werden. Dabei wird der Rußfilter auf hohe Temperatur erhitzt, so das die abgelagerten Rußpartikel verbrennen und somit der Rußfilter für einen erneuten Filtervorgang zur Verfügung steht. Different concepts have become known for removing the soot particles, from which, however, have not yet been successfully implemented on an industrial scale. Soot filters are often used, mainly in the form of parallel square channels where the exhaust gas flows through the porous ceramic wall so that the particles on the Deposit wall. These soot filters have to be regenerated at certain intervals. Doing so the soot filter is heated to a high temperature so that the deposited soot particles burn and thus the soot filter is available for a new filtering process.
Andere Konzepte sehen metallische Filter aus Drahtgestrick, metallischem Vlies, gesintertem metallischem Vlies oder gesinterten metallischen Formen vor. Auch diese Rußfilter werden bei hoher Temperatur regeneriert. Other concepts see metallic filters made of wire mesh, metallic fleece, sintered metallic fleece or sintered metallic forms. These soot filters are also used regenerated at high temperature.
Problematisch ist der Regeneriervorgang des Filters. Zum einen werden für diesen Prozeß Temperaturen benötigt, die deutlich höher liegen als die zumeist vorliegende Abgastemperatur. Daher sind Konzepte bekannt geworden, bei denen die Regenerierung durch Zünden eines Brenners eingeleitet wird. Diese Konzepte erlauben die Regenerierung jedoch in der Regel nicht während des Fahrbetriebs. Zum einen wäre dabei durch den großen Abgasstrom der erforderliche Leistungseintrag für den Brenner zu groß. Der zweite Grund liegt in der großen freigesetzten Wärme beim Verbrennen der Rußpartikel. Erfolgt die Verbrennung unkontrolliert, so können dabei sehr hohe Temperaturen auftreten, die zur Zerstörung des Materials führen können. Daher muß bei diesen Konzepten die Regenerierung im Stand erfolgen. In diesem Fall kann die Verbrennung durch Steuerung der zugesetzten Luftmenge beeinflußt und damit die Temperatur begrenzt werden. Daraus ergibt sich jedoch der gravierende Nachteil, daß die Regenerierung nur im Stand durchgeführt werden kann. The regeneration process of the filter is problematic. First, for this process Temperatures required that are significantly higher than the mostly existing exhaust gas temperature. Therefore, concepts have become known in which the regeneration by igniting a Brenners is initiated. However, these concepts usually allow regeneration not while driving. On the one hand, the large exhaust gas flow would mean that required power input for the burner too large. The second reason is the big one released heat when burning the soot particles. If the combustion takes place in an uncontrolled manner, very high temperatures can occur which lead to the destruction of the material can. Therefore, with these concepts, regeneration must take place in the stand. In this case can affect the combustion by controlling the amount of air added and thus the Temperature can be limited. However, this results in the serious disadvantage that the Regeneration can only be carried out in the state.
Zwischenzeitlich sind auch Konzepte bekannt geworden, bei denen die Regenerierung während des Fahrbetriebs durchgeführt wird. Dazu wird das Abgas durch einen Brenner oder durch eine elektrische Beheizung bis auf die für die Regenerierung erforderliche Temperatur erhitzt. Bei den vorliegenen großen Abgasmengen erfordert diese Lösung jedoch einen großen zusätzlichen Energieeintrag. Dieser ist mit einem deutlichen Mehrverbrauch an Kraftstoff verbunden. In the meantime, concepts have also become known in which the regeneration during operation is carried out. For this purpose, the exhaust gas is passed through a burner or through a electric heating heated to the temperature required for regeneration. at Given the large amounts of exhaust gas present, this solution requires a large one additional energy input. This is with a significant increase in fuel consumption connected.
Bei einem anderen von Firmen untersuchten Konzept werden in einem, dem Rußfilter vorgeschalteten Oxidationskatalysator die im Abgas enthaltenen Kohlenwasserstoffe umgesetzt, dahinter erfolgt die Rußfilterung. Zur Regenerierung wird nun in bestimmten Zeitabständen durch die Motorsteuerung ein besonders kohlenwasserstoffreiches Abgas erzeugt(angefettetes Gemisch). Bei der Oxidation dieses Abgases im Oxidationskatalysator entstehen infolge der höheren Konzentrationen hohe Abgastemperaturen. Durch eine geeignete Motorsteuerung wird dabei die Abgastemperatur soweit angehoben, daß damit die Zündtemperatur für die Rußpartikel im nachgeschalteten Rußfilter erreicht wird. Dadurch wird die Regenerierung des Rußfilters eingeleitet. Nachteilig bei diesem Verfahren ist daß die Temperatur des Rußfilters vor dem Start der Regenerierung vom jeweils vorliegenden Lastzustand des Motors abhängt und damit praktisch zufällig von der jeweiligen Fahrweise abhängen kann. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß nach dem Zünden der Regenerierung die Reaktion durch die bei der Rußverbrennung freigesetzte Reaktionswärme von selbst abläuft und die Temperatur im Rußfilter dabei weiter zunimmt. Da diese Regenerierung im Betrieb erfolgt, ist die dabei vorliegende Abgasmenge unbestimmt und von der augenblicklichen Fahrweise abhängig. Dadurch ist die im Rußfilter entstehende Temperatur zufälligen Einflüssen unterworfen und somit nur schwer zu kontrollieren. Another concept investigated by companies uses a soot filter upstream oxidation catalyst the hydrocarbons contained in the exhaust gas implemented, behind it the soot filtering. For regeneration is now in certain Intervals through the engine control a particularly hydrocarbon-rich exhaust gas generated (enriched mixture). When this exhaust gas is oxidized in the oxidation catalytic converter high exhaust gas temperatures result from the higher concentrations. By a suitable one Engine control increases the exhaust gas temperature so that the Ignition temperature for the soot particles in the downstream soot filter is reached. This will the regeneration of the soot filter is initiated. A disadvantage of this method is that Temperature of the soot filter before the start of the regeneration from the present one Load condition of the engine depends on the driving style can depend. Another disadvantage is that after igniting the regeneration the reaction proceeds automatically due to the heat of reaction released during the combustion of soot and the temperature in the soot filter continues to increase. Because this regeneration in operation takes place, the amount of exhaust gas present is undetermined and of the instantaneous Driving style dependent. This means that the temperature in the soot filter is accidental subject and therefore difficult to control.
In einem weiteren Konzept wird vorgeschlagen, dem Rußfilter einen Oxidationskatalysator vorzuschalten. In diesem wird das im Abgas ebenfalls enthaltene NO (Stickstoffmonoxid) zu NO2 (Stickstoffdioxid) oxidiert. Dieses NO2 wirkt im nachgeschalteten Rußfilter als Oxidationsmittel, so daß die Oxidation des angesammelten Rußes bereits bei niedrigeren Temperaturen ablaufen soll. In der Praxis reichen jedoch auch bei dieser Anordnung die Abgastemperaturen zur Regenerierung des Filters nicht aus, so daß auch in diesem Fall die Temperatur des Abgases durch zusätzlichen Energieeintrag erhöht werden muß. In a further concept, an oxidation catalyst is proposed for the soot filter upstream. In this the NO (nitrogen monoxide) also contained in the exhaust gas becomes NO2 (nitrogen dioxide) oxidizes. This NO2 acts as a soot filter in the downstream Oxidizing agent, so that the oxidation of the accumulated soot is already at a lower level Temperatures should expire. In practice, however, this arrangement is also sufficient Exhaust gas temperatures for regeneration of the filter, so that in this case, too Exhaust gas temperature must be increased by additional energy input.
Ein zusätzliches Problem stellt die Gleichmäßigkeit der Rußverbrennung auf dem Rußfilter dar. Diese wird von der Gleichmäßigkeit der Rußschicht auf dem Rußfilter und von der Gleichmäßigkeit der Durchströmung des Rußfilters bestimmt. Eine normalerweise vorliegende ungleichmäßige Rußbelegung auf der Oberfläche des Rußfilters führt zu einer ungleichmäßigen Durchströmung, zu einem ungleichmäßigen Rußabbrand und damit zu ungleichmäßigen Temperaturen auf dem Rußfilter. Erfolgt gleichzeitig die Rußverbrennung mit einer ungeregelten Abgasmenge, so können örtliche Temperaturspitzen auftreten, die den Rußfilter zerstören können. An additional problem is the uniformity of the soot combustion on the soot filter. This is determined by the uniformity of the soot layer on the soot filter and by the Uniformity of the flow through the soot filter is determined. A normally present uneven soot loading on the surface of the soot filter leads to an uneven Flow, to an uneven soot burn-off and thus to uneven Temperatures on the soot filter. If the soot is burned at the same time uncontrolled amount of exhaust gas, so local temperature peaks can occur, the soot filter can destroy.
In einem weiteren Patent (Fa. Ceryx) wurde vorgeschlagen, den Abgasstrom durch einen zusätzlichen Wärmetauscher zu leiten. In diesem soll dann Wärme von dem gereinigten Abgas auf das ungereinigten Abgas übertragen werden. Auch dabei ist ein zusätzlicher Energieeintrag durch Zugabe von Kraftstoff vorgesehen. Der zusätzliche Energieeintrag wird durch den Wärmetauscher nur etwas verringert. Nachteilig bei diesem Konzept ist, daß der Abgasstrom zweimal durch den Wärmetauscher hindurchströmen muß. Damit ist ein erheblicher zusätzlicher Druckverlust verbunden, der bei den hohen vorliegenden Abgasströmen zu einem erheblichen Leistungsverlust führt. Bei diesem Konzept ist für die Wärmeübertragung ein treibendes Temperaturgefälle erforderlich, das nur zum Teil durch die freigesetzte Reaktionswärme aufgebracht wird. Die Differenz zwischen der über den Abgasstrom ausgetragenen Wärme und der durch die enthaltenen Schadstoffe freigesetzten Reaktionswärme muß durch zusätzliche Verbrennung von Kraftstoff zugeführt werden. Die zusätzliche Wärmezufuhr wird um so geringer, je besser der Wärmerücktausch ist. Die Verringerung der treibenden Temperaturdifferenz z. B. durch eine längere wärmeübertragende Fläche oder durch Einbauten mit einem höheren Wärmeübergang führen jedoch zwangsläufig zu einem höheren Druckverlust und damit zu einem zusätzlichen Leistungsverlust des Motors. Another patent (Ceryx) proposed that the exhaust gas flow through a to conduct additional heat exchanger. In this then heat from the cleaned exhaust gas should be transferred to the unpurified exhaust gas. There is also an additional energy input provided by adding fuel. The additional energy input is through the Heat exchanger only slightly reduced. A disadvantage of this concept is that the exhaust gas flow must flow twice through the heat exchanger. This is a significant additional one Pressure loss associated with the high existing exhaust gas flows to a considerable Loss of performance leads. This concept is a driving force for heat transfer Differences in temperature required, partly due to the heat of reaction released is applied. The difference between the heat discharged via the exhaust gas flow and The heat of reaction released by the pollutants contained must be replaced by additional Combustion of fuel can be supplied. The additional heat supply is all the more the better the heat exchange, the lower. The reduction in driving Temperature difference z. B. by a longer heat transfer surface or by internals with a higher heat transfer inevitably lead to a higher one Pressure loss and thus an additional loss of engine power.
Abgas aus modernen Motoren, die z. T. die EURO-3 Grenzwerte bereits erreichen, enthält nur noch geringe Mengen von Ruß, so daß die freigesetzte Reaktionswärme ebenfalls gering ist. Die Abschätzug für einen modernen Lkw-Motor zeigt, daß durch die enthaltenen Rußpartikel eine adiabate Temperaturerhöhung von höchstens einigen wenigen Grad erreicht werden kann. Selbst unter Berücksichtigung zusätzlicher Schadstoffe wie Kohlenwasserstoffe und CO (deren Anteil wegen des hohen Luftüberschusses bei Dieselmotoren gering ist) kann von einer adiabaten Temperaturerhöhung von ca. 10 Grad ausgegangen werden. Exhaust gas from modern engines, e.g. T. already reaches the EURO-3 limit values, only contains still small amounts of soot, so that the heat of reaction released is also low. The guesswork for a modern truck engine shows that due to the soot particles it contains an adiabatic temperature increase of at most a few degrees can be achieved. Even considering additional pollutants such as hydrocarbons and CO (their Proportion due to the high excess air in diesel engines is low) from one adiabatic temperature increase of approx. 10 degrees can be assumed.
Daraus wird ersichtlich, daß gerade bei großen Abgasströmen der zusätzliche Wärmeeintrag erheblich werden kann. Ein weitere Nachteil dieses Verfahrens ist, daß auch der Wärmeübergang durch die Abgasmenge bestimmt wird. Diese wird wiederum - ebenso wie die Abgastemperatur - vom jeweiligen Lastzustand des Motors bestimmt und ist damit zufälligen, durch die Fahrweise hervorgerufenen, nicht vorherbestimmbaren Schwankungen unterworfen. From this it can be seen that the additional heat input is especially with large exhaust gas flows can become significant. Another disadvantage of this method is that the Heat transfer is determined by the amount of exhaust gas. This in turn - just like the Exhaust gas temperature - determined by the respective load state of the engine and is therefore random, subject to unpredictable fluctuations caused by the driving style.
Wie bereits erwähnt sind die Verbrennungsvorgänge im Dieselmotor gekennzeichnet durch einen hohen Luftüberschuß. Dadurch resultieren zwar weniger Schadstoffe aus unvollständiger Verbrennung (z. B. CO, Kohlenwasserstoffe) gleichzeitig ist jedoch die Stickoxidbildung deutlich ausgeprägter. As already mentioned, the combustion processes in the diesel engine are characterized by a high excess of air. As a result, fewer pollutants result from incomplete ones Combustion (e.g. CO, hydrocarbons), however, the nitrogen oxide formation is clear at the same time pronounced.
Die Entfernung von Stickoxiden stellt daher bei Dieselmotoren ein noch nicht befriedigend gelöstes Problem dar. Die Problematik folgt in erster Linie aus dem hohen Sauerstoffüberschuß im Abgas. Im Gegensatz zum 3-Wege-Kat bei Otto-Motoren lassen sich in der sauerstoffreichen Atmosphäre von Dieselabgasen die Stickoxide nicht ohne weiteres zu Stickstoff reduzieren. The removal of nitrogen oxides is therefore not yet satisfactory in diesel engines solved problem. The problem arises primarily from the high excess of oxygen in the exhaust gas. In contrast to the 3-way catalytic converter in Otto engines, the oxygen-rich ones can be used in the Atmosphere of diesel exhaust gases does not easily reduce nitrogen oxides to nitrogen.
Eine ähnliche Problematik wird sich bei Otto-Motoren bei den künftig zu erwartenden Magermotoren, die ebenfalls mit einem höheren Luftüberschuß bei der motorischen Verbrennung arbeiten, ergeben A similar problem will arise with Otto engines in the future Lean engines, which also have a higher excess air in the engine Work combustion, result
Zur Entfernung von Stickoxiden aus Dieselabgas sind bislang 2 Verfahren bekannt geworden, die sich derzeit noch in der Versuchsphase befinden. Das eine stellt die selektive katalytische Reduktion unter Verwendung eines Reduktionsmittels dar, das andere Verfahren verwendet sogenannte Speicherkatalysatoren. To date, two methods have become known for removing nitrogen oxides from diesel exhaust gas, that are currently still in the experimental phase. One is the selective catalytic Reduction using a reducing agent that uses other methods so-called storage catalysts.
Das Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) ist aus der Entstickung von Rauchgasen aus Großfeuerungsanlagen bekannt. Bei diesen Anwendungen wird als Reduktionsmittel Ammoniak verwendet mit dessen Hilfe die Stickoxide an einem Katalysator reduziert werden Die Übertragung dieses Verfahrens auf Dieselmotoren insbesondere Lkw- Motoren befindet sich derzeit in der Versuchsphase. Bei mobilen Anwendungen von Dieselmotoren wird in der Regel eine Harnstofflösung als Reduktionsmittel verwendet. Daneben sind auch andere Verfahren mit Ammoniak freisetzenden Substanzen (z. B. Ammonium- Carbamat) bekannt geworden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, daß ein zusätzliches Reduktionsmittel benötigt wird, das in einem Tank im Fahrzeug mitgeführt wird und folglich in regelmäßigen Abständen nachgetankt werden muß. Zusätzliche Probleme bestehen in der erforderlichen gleichmäßigen Zugabe des Reduktionsmittels. Bei einer ungleichmäßigen Beaufschlagung kann ein sogenannter Schlupf auftreten, bei dem unverbrauchtes Reduktionsmittel emittiert wird. Aus diesem Grund wird insbesondere für die Anwendungen in Pkw an einem anderen Verfahren gearbeitet. The selective catalytic reduction (SCR) process is based on the denitrification of Smoke gases known from large combustion plants. In these applications it is called The reducing agent ammonia uses nitrogen oxides on a catalyst be reduced The transfer of this process to diesel engines, especially truck Motors is currently in the test phase. For mobile applications from Diesel engines typically use a urea solution as a reducing agent. Besides are other processes with ammonia-releasing substances (e.g. ammonium Carbamate). The disadvantage of this method is that an additional Reducing agent is required, which is carried in a tank in the vehicle and consequently in refueling at regular intervals. Additional problems exist in the required uniform addition of the reducing agent. With an uneven A so-called slip can occur in the unused Reducing agent is emitted. For this reason, in particular for the applications in Cars worked on another process.
Bei diesem zweiten Verfahren werden sogenannte Speicherkatalysatoren verwendet, die in der Lage sind Stickoxide zeitweise sorptiv zu binden. Damit werden während des normalen Betriebs in sauerstoffreichem Abgas die Stickoxide aus dem Abgas an den Speicherkatalysator adsorbiert und chemisch gebunden. Nach einer gewissen Zeit muß eine Regeneration erfolgen. Dazu wird durch die Motorsteuerung kurzzeitig ein sauerstoffarmes Abgas erzeugt. Durch das sauerstoffarme Abgas und die darin enthaltenen Kohlenwasserstoffe werden die auf dem Speicherkatalysator gebundenen Stickoxide reduziert. Nach Abschluß dieser kurzen Regenerationsphase regelt die Motorsteuerung wieder auf den normalen Betrieb mit sauerstoffreichem Abgas. Die Arbeitstemperatur des Verfahrens liegt mit ca. 350°C in der Größenordnung der Dieselabgastemperatur. Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß kein zusätzliches Reduktionsmittel im Fahrzeug mitgeführt werden muß. Dem stehen jedoch einige Nachteile gegenüber. Zum einen ist dies die erforderliche periodische Regenerierung mit der erforderlichen Gemischanfettung. Dies führt insbesondere zu einem instationären Verhalten von Motor und Abgasreinigung. Während des kurzen Regenerierzyklus müssen alle in einen Katalysator emittierenden Zylinder in einem ungünstigen Betriebspunkt betrieben werden. Die dadurch verursachte Leistungs- und Drehmomentänderung des Motors muß durch zusätzliche Maßnahmen der Motorsteuerung ausgeglichen werden um dem Fahrzeug einen kontinuierliche Leistung zur Verfügung zu stellen. Weitere Nachteile des Betriebs mit angefettetem Gemisch bestehen in dem kurzzeitig höheren Kohlenwasserstoff-Ausstoß, damit in dem kurzfristig höheren Verbrauch sowie in möglichen kurzfristigen Emissionsspitzen. In this second method, so-called storage catalysts are used, which in the Nitrogen oxides are temporarily able to be bound sorptively. So that during normal Operating in oxygen-rich exhaust gas, the nitrogen oxides from the exhaust gas to the storage catalytic converter adsorbed and chemically bound. Regeneration must take place after a certain time. For this purpose, a low-oxygen exhaust gas is briefly generated by the engine control. By the Oxygen-poor exhaust gas and the hydrocarbons it contains are those on the Storage catalyst bound nitrogen oxides reduced. After completing this short Regeneration phase regulates the engine control back to normal operation oxygen-rich exhaust gas. The working temperature of the process is around 350 ° C Magnitude of the diesel exhaust gas temperature. The advantage of the method is that no additional reducing agent must be carried in the vehicle. However, there are some Disadvantages compared. Firstly, this is the periodic regeneration required with the required mixture enrichment. This leads in particular to a transient behavior of Engine and exhaust gas cleaning. During the short regeneration cycle, everyone must be in one Catalytic converter-emitting cylinders are operated in an unfavorable operating point. The The resulting change in power and torque of the engine must be replaced by additional Engine control measures are balanced to keep the vehicle moving To provide performance. Other disadvantages of operating with a greased mixture consist in the short-term higher hydrocarbon emissions, in the short-term higher consumption and possible short-term emission peaks.
In der englischsprachigen Literatur werden diese Speicherkatalysatoren auch als NOx-Adsorber oder NOx-Traps bezeichnet. Die bei der Beladung und bei der Regenerierung am Speicherkatalysator ablaufenden Reaktionen können dem Stand der Technik entnommen werden. In the English language literature, these storage catalysts are also called NOx adsorbers or NOx traps. The loading and regeneration on Reactions occurring in the storage catalytic converter can be found in the prior art become.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe ein System für eine kontinuierliche Rußfilterung und für eine während der Abgasreinigung erfolgende Regenerierung zu erarbeiten. Der Regenerierbetrieb soll weitgehend autotherm verlaufen, so daß eine Zuheizung weitgehend vermieden werden kann. Das Verfahren soll zudem unempfindlich gegenüber Lastwechseln des Motors sein, die bekanntlich zu erheblichen Schwankungen von Abgasmenge, Schadstoffbeladung und Abgastemperatur führen. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung soll eine Entstickung der Abgase integriert werden. The invention has as its object a system for continuous soot filtering and to develop a regeneration that takes place during exhaust gas cleaning. The Regeneration operation should be largely autothermal, so that additional heating largely can be avoided. The process is also said to be insensitive to changes in the load Engine, which is known to cause considerable fluctuations in the amount of exhaust gas, Lead pollutant loading and exhaust gas temperature. In a further embodiment of the Invention is to be integrated a denitrification of the exhaust gases.
Ursache für die Probleme örtlicher Temperaturspitzen bei der Regenereierung von Rußfiltern liegen zum einen in den relativ großen Regenerierintervallen, die zu relativ hohen örtlichen Rußbeladungen führen können. Eine kontinuierliche Oxidation der Rußpartikel könnte dieses Problem vermeiden; erkauft allerdings mit einem hohen laufenden zusätzlichen Energiebedarf. Ursache für diesen hohen zusätzlichen Energiebedarf ist der Wärmeaustrag durch den Abgasstrom. Cause of the problems of local temperature peaks in the regeneration of soot filters are on the one hand in the relatively large regeneration intervals, which are at relatively high local Soot loads can lead. Continuous oxidation of the soot particles could do this Avoid problem; buys with a high ongoing additional energy requirement. The reason for this high additional energy requirement is the heat discharge through the Exhaust gas flow.
Beide Probleme lassen sich erfindungsgemäß wie folgt vermeiden. In einem ersten Bereich einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Vorrichtung, der mit einem geeigneten, an späterer Stelle spezifizierten, rußfilternden Medium versehen ist, werden die Rußpartikel aus dem Abgasstrom entfernt und auf dem filternden Medium abgeschieden. In einem zweiten Bereich der Vorrichtung erfolgt die Regenerierung des filternden Mediums. Entscheidend ist, daß die Regenerierung nur mit einem kleineren Teilstrom von Luft oder Abgas erfolgt. Durch die Verwendung eines Teilstromes lassen sich folgende Vorteile erzielen. Zum einen erfolgt ein geringerer Wärmeaustrag bereits dadurch, daß nur ein kleiner Teilstrom mit einer höheren Temperatur ausgetragen wird. Zum zweiten läßt sich die Menge des Teilstromes regeln, wodurch der Rußabbrand durch Regelung der zugeführten Sauerstoffmenge derart beeinflußt werden kann, daß keine zu hohen Temperaturen entstehen. Dieser Vorgang im zweiten Bereich der Vorrichtung erfolgt unabhängig von der gleichzeitig im ersten Bereich der Vorrichtung verlaufenden Abgasreinigung. Weiterhin kann sinnvollerweise in einem dritten Bereich der Vorrichtung die Vorwärmung des Regeneriergases über das bei der Regenerierung erhitzte filternde Medium erfolgen. Abgasreinigung, Regenerierzyklus und Wärmerückgewinnung werden zyklisch in den einzelnen Bereichen der Vorrichtung durchgeführt. According to the invention, both problems can be avoided as follows. In a first area a device suitable for the method according to the invention, which is equipped with a suitable soot-filtering medium specified later, the soot particles are made the exhaust gas stream removed and deposited on the filtering medium. In a second The filtering medium is regenerated in the area of the device. It is crucial that the regeneration takes place only with a smaller partial flow of air or exhaust gas. Through the The following advantages can be achieved by using a partial flow. On the one hand lower heat output due to the fact that only a small partial flow with a higher one Temperature is discharged. Secondly, the amount of the partial flow can be regulated, thus influencing the soot burn-off by regulating the amount of oxygen supplied can be that no too high temperatures arise. This process in the second area the device takes place independently of that in the first area of the device at the same time ongoing exhaust gas cleaning. In a third area, the Device preheating the regeneration gas over that heated during the regeneration filtering medium. Exhaust gas cleaning, regeneration cycle and heat recovery are carried out cyclically in the individual areas of the device.
Die einzelnen Bereiche der Vorrichtung können in einzelne Apparate oder Teilapparate aufgeteilt werden, wobei die jeweiligen Abgas- Regeneriergas- und Heißgasströme im zeitlichen Wechsel durch die Teilapparate geführt werden können. Besonders vorteilhaft ist es die einzelnen Bereiche in einen Apparat zu integrieren. Eine besonders geeignete Möglichkeit hierfür kann in der Verwendung eines Rotors bestehen. Der Rotor kann ein rußfilterndes Medium enthalten oder aus einem solchen, z. B. einem Rußfilter bestehen (s. u.). The individual areas of the device can be divided into individual devices or sub-devices be divided, with the respective exhaust gas regeneration gas and hot gas flows in time Change through the dividing heads can be performed. It is particularly advantageous to integrate individual areas into one apparatus. A particularly suitable option this can be done using a rotor. The rotor can filter out soot Contain medium or from such, e.g. B. consist of a soot filter (see below).
Durch eine Drehbewegung des Rotors gegenüber der Abgaszu- und Abführung werden nacheinander die einzelnen Verfahrensschritte Abgasreinigung, Regenerierung und Wärmetausch durchlaufen. Es kann sich für den Aufbau des Apparates als günstiger erweisen, wenn die Vorrichtung stillstehend angeordnet ist, während die Abgaszuführung und die Abgasabführung als rotierender Abgasverteiler ausgeführt sind. By rotating the rotor relative to the exhaust gas inlet and outlet the individual process steps of exhaust gas purification, regeneration and Go through heat exchange. It can prove to be more favorable for the construction of the apparatus if the device is arranged stationary while the exhaust gas supply and Exhaust gas discharge are designed as a rotating exhaust manifold.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die einzelnen Bereiche der Vorrichtung als getrennte Apparate ausgeführt werden, denen das Abgas in bestimmten Zyklen zugeführt wird. Die Umschaltung der Abgaszu- und -Abführung in die einzelnen Bereiche kann dabei auch über taktweise geschaltete Klappen oder Ventile erfolgen. In diesem Fall erfolgt ein zyklischer Wechsel der Strömung in den einzelnen Bereichen bzw. Teilapparaten. Dieser zyklische Wechsel läßt sich einfacher am Beispiel des Rotors erläutern. In a further advantageous embodiment, the individual areas of the device can be used as separate apparatuses are carried out, to which the exhaust gas is supplied in certain cycles. The switching of the exhaust gas supply and removal in the individual areas can also be carried out via cyclically switched flaps or valves. In this case there is a cyclical one Change of flow in the individual areas or sub-units. This cyclical Change is easier to explain using the example of the rotor.
Im folgenden soll die Bezeichnung "Rotor" verwendet werden, wobei auch eine Anordnung verstanden werden soll, bei der das rußfilternde Medium in einer feststehender Anordnung untergebracht ist, während die Fluidzuführungen gedreht werden. Des Weiteren läßt sich die folgende Funktionsbeschreibung auch auf die Ausführung mit einzelnen getrennten Apparaten übertragen. Der Einfachheit halber soll im folgenden beispielhaft das drehende rußfilternde Medium mit feststehenden Fluidzuführungen beschrieben werden. In the following, the term "rotor" is to be used, including an arrangement should be understood in which the soot filtering medium in a fixed arrangement is housed while the fluid supplies are rotated. Furthermore, the The following functional description also applies to the design with individual, separate devices transfer. For the sake of simplicity, the rotating soot filtering is shown as an example Medium with fixed fluid supplies are described.
Dabei erfolgt der Wechsel der einzelnen Bereiche durch Drehung des Rotors wie folgt: Die einzelnen Bereiche oder Segmente des Rotors werden durch geeignete Strömungszuführungen mit den unterschiedlichen Fluidströmen angeströmt. The individual areas are changed by rotating the rotor as follows: The Individual areas or segments of the rotor are made by suitable flow feeds flowed with the different fluid flows.
Im ersten Bereich strömt das Abgas durch das rußfilternde Medium des Rotors und wird gereinigt. Dieser Verfahrensschritt erfolgt unabhängig von Temperatur, Zusammensetzung und Menge des Abgasstromes. Durch Drehung des Rotors gelangt das mit Ruß beladene rußfilternde Medium in den Regenerierbereich. In diesem Bereich erfolgt die Regenerierung des beladenen rußfilternden Mediums mit einem kleineren Teilstrom des Abgases. An Stelle eines Teilstromes des Abgases kann auch Luft verwendet werden. Durch die Menge des Luft- oder Abgasstromes (und die dadurch zugeführte Sauerstoffmenge) kann der Abbrand des abgelagerten Rußes geregelt werden. Damit lassen sich Übertemperaturen vermeiden. Durch die beim Rußabbrand freigesetzte Reaktionswärme werden Regeneriergas und Rußfilter erhitzt. Im Sinne eines geringen Wärmeverlustes kann in weiteren Bereichen des Rotors diese Wärme zurückgewonnen und zur Vorwärmung des Regeneriergases verwendet werden. Gegebenenfalls können dazu auch vor oder hinter dem Rotor wärmeübertragende Bereiche angeordnet werden (s. u.). In the first area, the exhaust gas flows through the soot-filtering medium of the rotor and becomes cleaned. This process step is independent of temperature, composition and Amount of exhaust gas flow. By rotating the rotor, the soot-laden material arrives soot filtering medium in the regeneration area. The regeneration of the loaded soot filtering medium with a smaller partial flow of the exhaust gas. Instead of one Partial flow of the exhaust gas can also be air. By the amount of air or Exhaust gas flow (and the amount of oxygen supplied thereby) can burn off the deposited soot. In this way, excess temperatures can be avoided. By the heat of reaction released during soot combustion is heated by the regeneration gas and soot filter. In the sense of low heat loss, this heat can be applied to other areas of the rotor recovered and used to preheat the regeneration gas. If necessary, heat-transferring areas can also be provided in front of or behind the rotor be arranged (see below).
Durch die Verwendung eines kleinen Teilstromes für die Regenerierung ergeben sich wesentlich kleinere Wärmeverluste, ein autothermer Betrieb ist möglich. Bei der Verwendung eines Teilstromes des Abgases kann dieser über eine geregelte Klappe aus dem Abgasstrom abgezweigt werden. Dadurch kann eine weitgehende Unabhängigkeit vom Lastwechselverhalten des Motors erreicht werden. The use of a small partial flow for the regeneration results significantly smaller heat losses, autothermal operation is possible. When using A partial flow of the exhaust gas can be removed from the exhaust gas flow via a regulated flap be branched off. This allows a high degree of independence from Load change behavior of the engine can be achieved.
Zur Regenerierung des beladenen rußfilternden Mediums kann ein Teilsstrom des Abgases verwendet werden. Dieser Teilstrom kann über eine geregelte Klappe aus dem Abgasstrom abgezweigt werden. A partial flow of the exhaust gas can be used to regenerate the loaded soot-filtering medium be used. This partial flow can be removed from the exhaust gas flow via a regulated flap be branched off.
Alternativ kann zur Regenerierung auch reine Luft verwendet werden. Welche der beiden Möglichkeiten sinnvoller ist, hängt von der - weiter unten diskutierten - Strömungsführung ab. Alternatively, clean air can also be used for regeneration. Which of the two Possibilities makes more sense depends on the flow guidance - discussed below.
Die Regeneriergasmenge bzw. Regenerierluftmenge ergibt sich aus der erforderlichen Sauerstoffmenge die zur vollständigen Verbrennung des abgelagerten Rußes erforderlich ist. Zur Vermeidung von Übertemperaturen kann die Regeneriergasmenge bzw. Regenerierluftmenge derart geregelt werden, daß eine bestimmte Temperatur beim Abbrand nicht überschritten wird. Bei einer geeigneten Wahl der Drehzahl des Rotors und damit der Regenerierzyklen ist diese Begrenzung nicht erforderlich. Sofern die Sauerstoffbegrenzung zu einer unerwünschten CO-Bildung führt, kann dieses - ggf. nach weiterer Luftzugabe - in einem nachgeschalteten Katalysator umgesetzt werden. Wahlweise kann auch zumindest in Teilbereichen des rußfilternden Mediums ein Katalysator angeordnet werden. Es können auch Bereiche des rußfilternden Mediums mit Katalysator ausgestattet, z. B. beschichtet werden. Die Regeneriergasmenge muß zudem auf die Dauer des Regenerierzyklus abgestimmt werden. Beim Rotor kann die Dauer des Regenerierzyklus in einfacher Weise durch Variation der Drehzahl verändert werden. Des weiteren können beim Rotor die jeweiligen Zeiten für Reinigung und Regenerierung durch die flächenmäßige Aufteilung zwischen den einzelnen Bereichen gestaltet werden. The quantity of regeneration gas or quantity of regeneration air results from the required quantity Amount of oxygen required for complete combustion of the deposited soot. To avoid excess temperatures, the amount of regeneration gas or Regenerating air volume can be controlled so that a certain temperature when burning is not exceeded. With a suitable choice of the speed of the rotor and thus the This limitation is not necessary for regeneration cycles. Provided the oxygen limit is too leads to an undesirable formation of CO, this can - if necessary after further air addition - in one downstream catalyst are implemented. Optionally, at least in A catalyst can be arranged in partial areas of the soot-filtering medium. It can too Areas of the soot filtering medium equipped with a catalyst, e.g. B. coated. The amount of regeneration gas must also be matched to the duration of the regeneration cycle. In the rotor, the duration of the regeneration cycle can be easily changed by varying the Speed can be changed. Furthermore, the respective times for Cleaning and regeneration through the division of space between the individual Areas.
Zur Beschleunigung der Oxidations-Reaktionen kann zumindest in Teilbereichen des rußfilternden Mediums ein Katalysator angeordnet werden. Es können auch Bereiche des rußfilternden Mediums mit Katalysator beschichtet werden. Wird für die Beschichtung ein Oxidationskatalysator, z. B. ein edelmetallhaltiger Katalysator verwendet, so kann an diesem etwa gebildetes CO oxidiert werden. Ebenso kann durch einen Katalysator die Oxidation der abgelagerten Rußpartikel beschleunigt werden. To accelerate the oxidation reactions, at least in some areas of the soot filtering medium a catalyst can be arranged. Areas of the soot filtering medium can be coated with catalyst. Will be for the coating Oxidation catalyst, e.g. B. uses a noble metal-containing catalyst, so this any CO formed are oxidized. Likewise, the oxidation of the deposited soot particles are accelerated.
Des weiteren kann dieses Verfahren mit Speicherkatalysatoren zur Entfernung von Stickoxiden aus dem Abgas kombiniert werden. Diese Möglichkeit wird weiter unten beschrieben. This method can also be used with storage catalysts to remove nitrogen oxides can be combined from the exhaust gas. This option is described below.
Die Regenerierintervalle können dem Lastverhalten des Motors und der dadurch anfallenden Rußmenge angepaßt werden. Beim Rotor kann dies in einfacher Weise über die Drehzahl erfolgen. Bei Verwendung getakteter Einzelapparate kann dies über die Taktzeit erfolgen. The regeneration intervals can change the load behavior of the engine and the resulting The amount of soot can be adjusted. With the rotor, this can be done in a simple manner via the speed respectively. When using clocked single devices, this can be done via the cycle time.
Die Funktionsbereiche des Rotors werden durch Anordnung der Fluidzu- und Abführungen festgelegt. Dadurch läßt sich auch die Segmentaufteilung für die Bereiche Abgasreinigung, Regenerierung und Wärmerücktausch vorgeben. Im Sinne dieser Erfindung soll das größte Segment des Rotors für die Reinigung des Abgasstroms zur Verfügung stehen. Ein kleineres Segment des Rotors soll für die Regenerierung des rußfilternden Mediums verwendet werden. In einem weiteren ebenfalls kleineren Segment kann der Wärmerücktausch erfolgen. The functional areas of the rotor are determined by the arrangement of the fluid inlets and outlets established. This also allows the segmentation for the areas of exhaust gas cleaning, Specify regeneration and heat exchange. For the purposes of this invention, the largest Segment of the rotor for cleaning the exhaust gas flow are available. A smaller one Segment of the rotor should be used for the regeneration of the soot filtering medium. The heat can be exchanged in another segment, which is also smaller.
Das erforderliche Verhältnis der Segmentgrößen von Abgassegment und Regeneriersegment wird bestimmt zum einen durch die Rußbeladung des Motorabgases, zum zweiten durch die vorgesehene maximale Rußbeladung des Filtermaterials sowie durch die vorgesehene Zeitdauer der Regenerierung. The required ratio of the segment sizes of the exhaust segment and regeneration segment is determined on the one hand by the soot loading of the engine exhaust gas, on the other hand by the intended maximum soot loading of the filter material and by the intended Duration of regeneration.
Eine besonders geeignete Möglichkeit hierfür kann in der Verwendung eines Rotors bestehen. Der Rotor kann ein rußfilterndes Medium enthalten oder aus einem solchen, z. B. einem Rußfilter bestehen (s. u.). Durch die einzelnen Fluidzu- und Abführungen ergeben sich im Rotor die einzelnen Funktionsbereiche ("Rotor"-Ausführung). A particularly suitable option for this can be the use of a rotor. The rotor can contain a soot-filtering medium or from such, e.g. B. one Soot filters exist (see below). The individual fluid inlets and outlets result in the rotor the individual functional areas ("rotor" version).
Alternativ kann auch eine Ausführung verwendet werden bei der das rußfilternde Medium feststehend angeordnet ist, während die Fluidzu- und Abführungen gedreht werden ("Stator"- Ausführung). Die Ausführung mit feststehendem Rußfilter und drehenden Fluidverteilern kann bei empfindlichen keramischen Filtermedien sinnvoller sein. Dabei kann es sinnvoll sein, den drehenden Fluidverteiler nicht unmittelbar am Filtermaterial anzuordnen. Vielmehr kann dort ein Übergangsbereich angeordnet werden. Dann kann die Abdichtung von der keramischen Matrix entkoppelt werden In diesem Fall muß dieser Übergangsbereich ebenfalls eine Segmentaufteilung aufweisen, um eine Vermischung zwischen den einzelnen Segmenten zu unterbinden. Alternatively, a version can be used in which the soot filtering medium is fixedly arranged while the fluid inlets and outlets are rotated ("stator" - Execution). The version with a fixed soot filter and rotating fluid distributors can make more sense with sensitive ceramic filter media. It can make sense to use the not to arrange rotating fluid distributor directly on the filter material. Rather, one can Transition area can be arranged. Then the seal from the ceramic matrix In this case, this transition area must also be decoupled Segment segmentation to mix between the individual segments prevention.
An Stelle der Rotor- oder Stator- Ausführung kann die Vorrichtung auch aus einzelnen Teilapparaten bestehen, die abwechselnd von den jeweiligen Fluidströmen durchströmt werden. In diesem Fall erfolgt die Umschaltung der Fluidströme zwischen den einzelnen Teilapparaten durch geeignete Klappen oder Ventile. Instead of the rotor or stator version, the device can also consist of individual ones There are sub-devices which are flowed through alternately by the respective fluid flows. In this case the fluid flows are switched between the individual sub-units through suitable flaps or valves.
Bei der Rotor-Ausführung und bei der Stator-Ausführung kann die Drehung entweder kontinuierlich erfolgen, oder es kann eine getaktete Drehbewegung erfolgen, bei der die drehende Einheit jeweils um ein bestimmtes Segment weitergedreht wird. In the rotor version and in the stator version, the rotation can either continuously, or there can be a clocked rotary movement in which the rotating unit is rotated by a certain segment.
Als rußfilternde Matrix im Apparat können unterschiedliche Materialien und unterschiedliche Ausführungen zur Anwendung kommen. Dies kann zum einen ein keramischer Wabenmonolith-Rußfilter sein bei dem die einzelnen Kanäle abwechselnd am Eintritt bzw. am Austritt verschlossen werden. (Sogenannter wall-flow Filter). Alternativ kann auch ein keramischer Faserfilter, ein metallischer Faserfilter oder ein metallischer Vliesfilter im Apparat angeordnet werden. Des weiteren können Sintermetallfilter oder Sinterkeramikfilter verwendet werden. Different materials and different materials can be used as the soot filtering matrix in the apparatus Comments are used. On the one hand, this can be a ceramic honeycomb monolith soot filter in which the individual Channels are alternately closed at the entrance or at the exit. (So-called wall flow Filter). Alternatively, a ceramic fiber filter, a metallic fiber filter or a metallic fleece filter can be arranged in the apparatus. Furthermore, sintered metal filters or sintered ceramic filter can be used.
Die metallischen Ausführungen bieten den Vorteil einer höheren Festigkeit gegenüber Wärmespannungen und eine höhere Temperaturwechselbeständigkeit. The metallic designs offer the advantage of higher strength Thermal stresses and a higher resistance to temperature changes.
Das rußfilternde Material kann eine Wabenstruktur-Form aufweisen, wie sie von existierenden Rußfiltern bekannt ist. Diese Form bietet aufgrund der parallel angeordneten Kanäle den Vorteil, daß die Strömung ohne Querkomponente in Strömungsrichtung geführt wird. Dadurch kann eine Quervermischung zwischen den einzelnen Bereichen ohne zusätzliche Maßnahmen vermieden werden. The soot-filtering material can have a honeycomb structure shape such as that of existing ones Soot filtering is known. This shape offers the due to the parallel channels Advantage that the flow is conducted in the direction of flow without transverse components. Thereby can cross-mix between the individual areas without additional measures be avoided.
Alternativ kann das rußfilternde Material in Form von Vlies oder Fasermatten angeordnet werden. Zur Vermeidung einer Querströmung sollte in diesem Fall der Rotorquerschnitt in einzelne Segmente aufgeteilt werden, zwischen denen eine Quervermischung vermieden werden kann. Alternatively, the soot-filtering material can be arranged in the form of fleece or fiber mats become. To avoid cross flow, the rotor cross section should be in individual segments are divided between which cross-mixing is avoided can be.
Möglich ist auch eine Anordnung des Filtermaterials in Form paralleler Wände. Zur Bildung von Segmenten können diese Wände auch sternförmig derart angeordnet werden, daß sie dadurch Segmente bilden. It is also possible to arrange the filter material in the form of parallel walls. For the formation of Segments these walls can also be arranged in a star shape in such a way that they Form segments.
In einer weiteren Bauform kann ein durchgehendes rußfilterndes Material in der von Luftfiltern bekannten Bauform zick-zack-förmig gefaltet angeordnet werden. Bei geeigneter Faltung werden dadurch ebenfalls Segmente gebildet. In a further design, a continuous soot-filtering material can be used in that of air filters Known design zigzag folded can be arranged. With suitable folding segments are also formed.
Rotor bzw. Stator können in der einfachsten Form aus einem zylindrischen Monolith bestehen. Diese Bauform bietet sich z. B. an, wenn keramische Wabenmonolithe verwendet werden. The simplest form of rotor or stator can consist of a cylindrical monolith. This design offers z. B. on when ceramic honeycomb monoliths are used.
Möglich ist auch die Anordnung von Rotor bzw. Stator in der Form eines Hohlzylinders. Dies kann z. B. bei der Verwendung zick-zack-förmig gefalteter rußfilternder Elemente sinnvoll sein. It is also possible to arrange the rotor or stator in the form of a hollow cylinder. This can e.g. B. useful when using zigzag folded soot filtering elements.
Bei der zylindrischen Anordnung erfolgt die Durchströmung mit den einzelnen Fluidströmen sinnvollerweise in axialer Richtung. Bei der Hohlzylinder-Anordnung kann die Strömungsführung sowohl axial als auch radial ausgeführt werden. In the cylindrical arrangement, the individual fluid streams flow through sensibly in the axial direction. With the hollow cylinder arrangement, the Flow guidance can be carried out both axially and radially.
In einer weiteren Ausführung können dem Rotor wärmetauschende Bereiche vor- oder nachgeschaltet werden. Diese können z. B. als Wärmetauscher ausgeführt werden. Dadurch läßt sich eine weitere Verbesserung des Wärmerücktausches erzielen. In a further embodiment, heat-exchanging areas can precede the rotor downstream. These can e.g. B. run as a heat exchanger. Thereby a further improvement in heat exchange can be achieved.
Neben dem Einsatz zur Abgasreinigung bei Dieselmotoren kann diese Erfindung auch bei anderen Motorkonzepten (z. B. Otto-Motoren mit Direkteinspritzung) eingesetzt werden, bei denen Stoffe oder Partikel emittiert werden, die sich auf einem Filter ansammeln, der daran anschließend in einem Regenerationsschritt gereinigt werden muß. In addition to the use for exhaust gas purification in diesel engines, this invention can also be used other engine concepts (e.g. Otto engines with direct injection) are used for which emit substances or particles that accumulate on a filter attached to it must then be cleaned in a regeneration step.
Weitere Anwendungsfälle können sich auch in der stationären Abluftreinigung ergeben, wenn z. B. aerosolhaltige Abluftströme oder partikelbeladene Abluftströme gereinigt werden müssen. Further applications can also arise in stationary exhaust air purification, if z. B. aerosol-containing exhaust air flows or particle-laden exhaust air flows must be cleaned.
In besonders vorteilhafter Weise läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren mit der Entstickung mit Speicherkatalysatoren kombinieren. The process according to the invention can be particularly advantageously carried out with denitrification combine with storage catalytic converters.
Dazu kann das rußfilternde Medium zumindest bereichsweise mit einem Speicherkatalysator ausgestattet, vorzugsweise beschichtet werden. In einem ersten Bereich einer für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneten Vorrichtung erfolgt dabei stets die Reinigung des Abgases des normalen Motorbetriebs. Dabei werden die Stickoxide an den Speicherkatalysator gebunden. In einem zweiten Bereich der Vorrichtung erfolgt die Regenerierung des Speicherkatalysators. Entscheidend ist, daß die Regenerierung nur mit einem kleineren Teilstrom des Abgases erfolgt. Durch die Verwendung eines Teilstromes lassen sich die folgenden Vorteile erzielen: Zum einen läßt sich der Teilstrom unabhängig vom jeweiligen Lastzustand des Motors regeln. Dadurch kann die Regenerierung stets mit einem gleichbleibenden oder wahlweise mit einem angepaßten Strom erfolgen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur ein kleiner Teilstrom mit einem sauerstoffarmen und ggf. kohlenwasserstoffhaltigen Abgas erzeugt werden muß. For this purpose, the soot-filtering medium can be provided with a storage catalytic converter, at least in some areas equipped, preferably coated. In a first area, one for the The device suitable for the method according to the invention is always cleaned Exhaust gas from normal engine operation. The nitrogen oxides on the storage catalytic converter bound. The regeneration of the Storage catalyst. It is crucial that the regeneration only with a smaller one Partial flow of the exhaust gas takes place. By using a partial flow, the Achieve the following advantages: On the one hand, the partial flow can be independent of the respective Control the load state of the engine. This means that regeneration can always be carried out with a constant or optionally with an adapted current. Another advantage consists in the fact that only a small partial flow with an oxygen-poor and possibly hydrocarbon-containing exhaust gas must be generated.
Dabei ergeben sich entscheidende Vorteile z. B. dadurch, daß der Motor stets in normaler Betriebsweise läuft; ein Wechsel auf den Regenerierbetrieb mit angefettetem Gemisch ist nicht erforderlich. There are decisive advantages such. B. in that the engine is always in normal Operating mode is running; a change to the regeneration mode with enriched mixture is not required.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung des Verfahrens werden in einem ersten Bereich der Vorrichtung kontinuierlich und gleichzeitig die Rußpartikel an dem filternden Medium angelagert und die Stickoxide an dem Speicherkatalysator gebunden. Dadurch wird das Abgas gleichzeitig von Rußpartikeln und von Stickoxiden gereinigt. Bei Verwendung eines geeigneten, die Oxidation beschleunigenden Katalysators können zudem im gleichen Bereich auch Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid aus dem Abgas entfernt werden. In weiteren Bereichen der Vorrichtung werden dann das rußfilternde Medium und der Speicherkatalysator kontinuierlich regeneriert. In a particularly advantageous embodiment of the method, in a first area the device continuously and simultaneously the soot particles on the filtering medium attached and the nitrogen oxides bound to the storage catalyst. This will make the exhaust gas at the same time cleaned of soot particles and nitrogen oxides. When using a suitable the oxidation accelerating catalyst can also in the same range Hydrocarbons and carbon monoxide are removed from the exhaust gas. In others Areas of the device are then the soot-filtering medium and the storage catalyst continuously regenerated.
Im Regeneriersegment kann bei der Regenerierung des rußfilternden Mediums durch Regelung des Teilstromes ein sauerstoffarmes und ggf. Kohlenmonoxid-haltiges Gas erzeugt werden. Mit einem solchen sauerstoffarmen und ggf. Kohlenmonoxid-haltigen Gas kann dann in einem Regeneriersegment der Speicherkatalysator regeneriert werden. In the regeneration segment, the soot filtering medium can be regenerated by regulation of the partial stream, a low-oxygen and possibly carbon-containing gas is generated. With Such a low-oxygen and possibly carbon monoxide-containing gas can then be used in one Regeneration segment of the storage catalyst to be regenerated.
Der Begriff Speicherkatalysator bezeichnet dabei eine Zusammensetzung, die imstande ist Stickoxide aus dem sauerstoffhaltigen Abgas zu binden und die unter sauerstoffarmen und ggf. oxidativen Bedingungen wieder regeneriert werden kann (z. B. BaO). Typische Speicherkatalysatoren bestehen dabei aus drei aktiven Komponenten: einem Oxidationskatalysator (z. B. Platin), einem Adsorbens (z. B. Barium-Oxid) und einem Reduktionskatalysator (z. B. Rhodium). Das Adsorbens kann dabei Elemente aus den Gruppen der Alkalischen Erden, der Alkalimetalle oder der Seltenen Erden enthalten. The term storage catalytic converter designates a composition that is capable of To bind nitrogen oxides from the oxygen-containing exhaust gas and the under oxygen and possibly oxidative conditions can be regenerated again (e.g. BaO). typical Storage catalytic converters consist of three active components: one Oxidation catalyst (e.g. platinum), an adsorbent (e.g. barium oxide) and one Reduction catalyst (e.g. rhodium). The adsorbent can be elements from the groups contain the alkaline earths, the alkali metals or the rare earths.
Wie bereits für das reine Rußfilterverfahren beschrieben, können die einzelnen Bereiche der Vorrichtung in einzelne Apparate oder Teilapparate aufgeteilt werden, wobei die jeweiligen Abgas- Regeneriergas- und Heißgasströme im zeitlichen Wechsel durch die Teilapparate geführt werden können. Besonders vorteilhaft ist es die einzelnen Bereiche in einen Apparat zu integrieren. Eine besonders geeignete Möglichkeit hierfür kann in der Verwendung eines Rotors bestehen. As already described for the pure soot filter process, the individual areas of the Device can be divided into individual devices or sub-devices, the respective Exhaust gas, regeneration gas and hot gas flows alternate through the dividing heads can be performed. It is particularly advantageous to separate the individual areas into one apparatus integrate. A particularly suitable option for this can be the use of a rotor consist.
Analog zum reinen rußfilternden Verfahren soll im folgenden die Bezeichnung "Rotor" verwendet werden, wobei darunter auch eine Anordnung umfaßt werden soll, bei der das rußfilternde Medium in einer feststehender Anordnung untergebracht ist, während die Fluidzuführungen gedreht werden. Des Weiteren läßt sich die folgende Funktionsbeschreibung auch auf die Ausführung mit einzelnen getrennten Apparaten übertragen. Der Einfachheit halber soll im folgenden beispielhaft das drehende rußfilternde Medium mit feststehenden Fluidzuführungen beschrieben werden. Analogous to the pure soot filtering process, the term "rotor" are used, including including an arrangement in which the soot filtering medium is housed in a fixed arrangement, while the Fluid feeds are rotated. Furthermore, the following functional description can be also transferred to the version with individual separate devices. The simplicity For the sake of example, the rotating soot-filtering medium with fixed should in the following Fluid supplies are described.
Bei dieser Anordnung erfolgt im größten Bereich des Rotors die gleichzeitige Entfernung von
Ruß durch das rußfilternde Material und die Entfernung der Stickoxide durch den
Speicherkatalysator. Durch Drehung des Rotors gelangen mit Ruß und Stickoxiden beladene Bereiche in
den Regenerierbereich. Im Regenerierbereich werden zum einen in der bereitsbeschriebenen
Weise unter Verwendung eines kleinen Regeneriergasstroms die abgelagerten Rußpartikel
oxidiert. Durch die Regelung der Regeneriergasmenge können folgende Effekte erzielt werden:
Zum ersten kann die Temperatur begrenzt werden. Zum anderen kann bei einer geringen
Regeneriergasmenge ein sauerstoffarmes Gas erzeugt werden. Zum dritten kann die
Regeneriergasmenge soweit verringert werden, daß der darin enthaltene Sauerstoff vollständig
verbraucht wird und darüber hinaus ein Kohlenmonoxid-haltiges Gas erzeugt wird. Ein solches
Kohlenmonoxid-haltiges Gas läßt sich in besonders vorteilhafter Weise für die Regenerierung
des Speicherkatalysators nutzen. Zur Regelung kann der über eine lambda-Sonde gemessene
Sauerstoffgehalt verwendet werden.
With this arrangement, the simultaneous removal of soot by the soot-filtering material and the removal of the nitrogen oxides by the storage catalytic converter take place in the largest area of the rotor. Areas loaded with soot and nitrogen oxides enter the regeneration area by rotating the rotor. In the regeneration area, on the one hand, the deposited soot particles are oxidized in the manner already described using a small regeneration gas stream. The following effects can be achieved by regulating the amount of regeneration gas:
First, the temperature can be limited. On the other hand, a low oxygen gas can be generated with a small amount of regeneration gas. Thirdly, the amount of regeneration gas can be reduced to such an extent that the oxygen contained therein is completely consumed and a gas containing carbon monoxide is also generated. Such a gas containing carbon monoxide can be used in a particularly advantageous manner for the regeneration of the storage catalytic converter. The oxygen content measured via a lambda probe can be used for regulation.
Mit dem so durch die Partikeloxidation erzeugten Gas kann die Regenerierung des Speicherkatalysators durchgeführt werden. Dabei kann die Regenerierung von Rußfilter und Speicherkatalysator auch in aufeinanderfolgenden Segmenten durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, beides im gleichen Segment zu regenerieren. With the gas thus generated by the particle oxidation, the regeneration of the Storage catalyst are performed. The regeneration of soot filters and Storage catalytic converter can also be carried out in successive segments. Especially However, it is advantageous to regenerate both in the same segment.
Prinzipiell kann zur Regenerierung des Speicherkatalysators dem Regeneriergas auch zusätzlich Kraftstoff zugegeben werden. Die Regenerierung mit Kohlenmonoxid-haltigem Gas hat jedoch den Vorteil, daß kein zusätzlicher Kraftstoff benötigt wird. In principle, the regeneration gas can also be used to regenerate the storage catalytic converter additional fuel can be added. Regeneration with gas containing carbon monoxide has the advantage, however, that no additional fuel is required.
Zur Regenerierung des beladenen rußfilternden Mediums kann ein Teilsstrom des Abgases verwendet werden. Dieser Teilstrom kann über eine geregelte Klappe aus dem Abgasstrom abgezweigt werden. Dadurch kann eine weitgehende Unabhängigkeit vom Lastwechselverhalten des Motors erreicht werden. Zudem können durch diesen unabhängigen Teilgasstrom die Bedingungen für die Regenerierung optimiert werden. A partial flow of the exhaust gas can be used to regenerate the loaded soot-filtering medium be used. This partial flow can be removed from the exhaust gas flow via a regulated flap be branched off. This allows a high degree of independence from Load change behavior of the engine can be achieved. In addition, through this independent Partial gas flow, the conditions for regeneration are optimized.
In Kombination mit dem Rußfilter mit Teilstromregenerierung kann zur Regenerierung auch reine Luft verwendet werden. Welche der beiden Möglichkeiten sinnvoller ist, hängt von der - weiter unten diskutierten - Strömungsführung ab. In combination with the soot filter with partial flow regeneration can also be used for regeneration clean air can be used. Which of the two options makes more sense depends on the - discussed below - flow control.
Die Regeneriergasmenge bzw. Regenerierluftmenge kann durch eine Klappe unabhängig vom jeweiligen Lastzustand des Motors geregelt werden. The amount of regeneration gas or the amount of regeneration air can be controlled independently by a flap the respective load state of the engine can be regulated.
Die Regeneriergasmenge muß zudem auf die Dauer des Regenerierzyklus abgestimmt werden. Beim Rotor kann die Dauer des Regenerierzyklus in einfacher Weise durch Variation der Drehzahl verändert werden. The amount of regeneration gas must also be matched to the duration of the regeneration cycle. In the rotor, the duration of the regeneration cycle can be easily changed by varying the Speed can be changed.
Die Regenerierintervalle können dem Lastverhalten des Motors und der dadurch anfallenden Menge an Stickoxiden angepaßt werden. Beim Rotor kann dies in einfacher Weise über die Drehzahl erfolgen. Bei Verwendung getakteter Einzelapparate kann dies über die Taktzeit erfolgen. The regeneration intervals can change the load behavior of the engine and the resulting Amount of nitrogen oxides can be adjusted. With the rotor, this can be done in a simple manner Speed. When using single clocked devices, this can be done via the cycle time respectively.
Die Funktionsbereiche des Rotors werden durch Anordnung der Fluidzu- und Abführungen festgelegt. Dadurch läßt sich auch die Segmentaufteilung für die Bereiche Abgasreinigung und Regenerierung vorgeben. Im Sinne dieser Erfindung soll das größte Segment des Rotors für die Reinigung des Abgasstroms zur Verfügung stehen. Ein kleineres Segment des Rotors soll für die Regenerierung des Speicherkatalysators verwendet werden. Bei der Kombination dieses Verfahrens mit dem Rußfilter kann in einem weiteren ebenfalls kleineren Segment ein Wärmerücktausch erfolgen. The functional areas of the rotor are determined by the arrangement of the fluid inlets and outlets established. This also allows the segmentation for the areas of exhaust gas cleaning and Specify regeneration. For the purposes of this invention, the largest segment of the rotor for Cleaning the exhaust gas flow are available. A smaller segment of the rotor is said to be for the regeneration of the storage catalyst can be used. When combining this The method with the soot filter can also be used in a further segment that is also smaller Heat exchange takes place.
Das erforderliche Verhältnis der Segmentgrößen von Abgassegment und Regeneriersegment wird bestimmt zum einen durch die NOx-Konzentrationen des Motorabgases, zum zweiten durch die vorgesehene maximale Beladung des Speicherkatalysators sowie durch die erforderliche Zeitdauer der Regenerierung. The required ratio of the segment sizes of the exhaust segment and regeneration segment is determined on the one hand by the NOx concentrations of the engine exhaust gas, on the other hand by the intended maximum loading of the storage catalytic converter and by the time required for regeneration.
Eine besonders geeignete Möglichkeit hierfür kann in der Verwendung eines Rotors bestehen. Der Rotor kann zumindest in Bereichen mit Speicherkatalysator beschichtet werden oder ganz aus diesem bestehen. Durch die einzelnen Fluidzu- und Abführungen ergeben sich im Rotor die einzelnen Funktionsbereiche ("Rotor"-Ausführung). A particularly suitable option for this can be the use of a rotor. The rotor can be coated with storage catalytic converter at least in areas or entirely consist of this. The individual fluid inlets and outlets result in the rotor individual functional areas ("rotor" version).
Alternativ kann auch eine Ausführung verwendet werden bei der der Speicherkatalysator feststehend angeordnet ist, während die Fluidzu- und Abführungen gedreht werden ("Stator"- Ausführung). Die Ausführung mit feststehendem Speicherkatalysator und drehenden Fluidverteilern kann bei empfindlichen keramischen Trägermedien sinnvoller sein. Alternatively, an embodiment can also be used in which the storage catalytic converter is fixedly arranged while the fluid inlets and outlets are rotated ("stator" - Execution). The version with fixed storage catalytic converter and rotating Fluid distributors can make more sense with sensitive ceramic carrier media.
An Stelle der Rotor- oder Stator- Ausführung kann der Apparat auch aus einzelnen Teilapparaten bestehen, die abwechselnd von den jeweiligen Fluidströmen durchströmt werden. In diesem Fall erfolgt die Umschaltung der Fluidströme zwischen den einzelnen Teilapparaten durch geeignete Klappen oder Ventile. Instead of the rotor or stator version, the apparatus can also consist of individual ones There are sub-devices which are flowed through alternately by the respective fluid flows. In this case the fluid flows are switched between the individual sub-units through suitable flaps or valves.
Bei allen Anaordnungen kann es sinnvoll sein, Teilbereiches der Trägermatrix mit Speicherkatalysator zu beschichten, während andere, unbeschichtete Bereiche für den Wärmetausch zur Verfügung stehen. Dadurch ist es z. B. möglich einen optimalen Betriebstemperaturbereich für den Speicherkatalysator einzustellen. In all arrangements it can be useful to include part of the carrier matrix Coating storage catalytic converter, while other, uncoated areas for the Heat exchange is available. This makes it z. B. possible an optimal Set the operating temperature range for the storage catalytic converter.
Darüber hinaus kann es z. B. vorteilhaft sein durch Anordnung und Größe wärmetauschender Bereiche in den Segmenten und durch Anordnung bereits genannter wärmetauschender Segmente ein hohes Temperaturprofil von ca. 700°C einzustellen, bei dem eine Schwefelvergiftung des Speicherkatalysators rückgängig gemacht werden kann. In addition, it can e.g. B. be advantageous by the arrangement and size of heat exchangers Areas in the segments and by arranging the aforementioned heat exchangers Segments to set a high temperature profile of approx. 700 ° C, at which a Sulfur poisoning of the storage catalytic converter can be reversed.
Als Trägermatrix im Apparat können unterschiedliche Materialien und unterschiedliche Ausführungen zur Anwendung kommen. Grundsätzlich können alle Trägermaterialien zum Einsatz kommen, die auch bei konventionellen Speicherkatalysatoren verwendet werden. Gleiches gilt für die Art der verwendeten Speicherkatalysatoren. Hier können ebenfalls alle Materialien zum Einsatz kommen, die auch bei konventionellen Speicherkatalysatoren verwendet werden. So kann die keramische Matrix z. B. ein keramischer Wabenmonolith sein, der als Trägermatrix für den Speicherkatalysator dient. Different materials and different materials can be used as the carrier matrix in the apparatus Comments are used. In principle, all carrier materials can be used, including those for conventional storage catalysts are used. The same applies to the type of storage catalysts used. All materials can also be used here come, which are also used in conventional storage catalytic converters. So it can ceramic matrix z. B. be a ceramic honeycomb monolith, which acts as a carrier matrix for the Storage catalytic converter is used.
In Kombination des Verfahrens mit dem Rußfilter mit Teilstromregenerierung kann der Träger für den Speicherkatalysator auch ein keramischer Wabenmonolith-Rußfilter sein, bei dem die einzelnen Kanäle abwechselnd am Eintritt bzw. am Austritt verschlossen sind. Alternativ kann auch ein keramischer Faserfilter oder eine metallischer Faserfilter im Apparat angeordnet und mit Speicherkatalysator beschichtet werden. Des weiteren können Sintermetallfilter oder Sinterkeramikfilter verwendet werden, die bereichsweise ebenfalls eine Beschichtung mit Speicherkatalysator aufweisen können. In combination with the process with the soot filter with partial flow regeneration, the carrier can for the storage catalyst can also be a ceramic honeycomb monolith soot filter, in which the individual channels are alternately closed at the inlet or outlet. Alternatively, a ceramic fiber filter or a metallic fiber filter can also be used in the apparatus arranged and coated with storage catalyst. Sintered metal filters or sintered ceramic filters can also be used may also have a coating with storage catalyst in some areas.
Es ist auch möglich die rußfilternde Matrix und den Speicherkatalysator hintereinander anzuordnen. It is also possible to arrange the soot-filtering matrix and the storage catalytic converter in series to arrange.
Ebenso ist es möglich in Kanäle der rußfilternden Matrix den Speicherkatalysator auf einem zusätzlichen Träger einzubringen. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn die Kanäle des Rußfilters auf der dem Motor abgewandten Seite mit dem Speicherkatalysator auf einem zusätzlichen Träger ausgestattet werden. It is also possible to channel the soot-filtering matrix onto the storage catalytic converter to bring in additional carriers. In this case, it is particularly advantageous if the channels of the soot filter on the side facing away from the engine with the storage catalyst on one additional carriers.
Die Erfindung läßt sich auch auf andere Verfahren, die eine periodische Regenerierung benötigen, übertragen. Dies kann z. B. die Kombination von adsorptiver Abluftreinigung und anschließender oxidativer Regenerierung des Adsorbens sein. Dabei können die adsorbierten Komponenten direkt auf dem Adsorbens regeneriert werden Die Anwendung des Rotors mit Teilstromregenerierung bietet auch bei dieser Verfahrenskombination den entscheidenden Vorteil eines kontinuierlichen Betriebs. The invention can also be applied to other processes that require periodic regeneration need to transfer. This can e.g. B. the combination of adsorptive exhaust air purification and subsequent oxidative regeneration of the adsorbent. The adsorbed Components are regenerated directly on the adsorbent Using the rotor with Partial flow regeneration also offers the decisive factor in this process combination The advantage of continuous operation.
Die folgenden Beschreibungen zeigen beispielhafte Schaltungsvarianten. Die gezeigten Varianten stellen nur Beispiele dar und zeigen nicht alle der vorstehend beschriebenen Anordnungen. The following descriptions show exemplary circuit variants. The shown Variants are only examples and do not show all of the above Arrangements.
Bei den folgenden Abbildungen wird die Schaltungsart am Beispiel einer Rotor-Ausführung aufgezeigt. Gleiche Schaltungen sind auch bei Stator-Ausführungen oder bei getrennten Teilapparaten mit einer Umschaltung durch Klappen oder Ventile (getaktete Apparate) möglich. Bei allen Abbildungen wurde der Rotor mit den Segmenten durch ein Ersatzschaubild abgebildet, wie es in Abb. 8 dargestellt ist. The following diagrams show the circuit type using the example of a rotor version. The same circuits are also possible with stator versions or with separate sub-units with a switchover by means of flaps or valves (clocked units). In all of the figures, the rotor with the segments was represented by a replacement diagram, as shown in Fig. 8.
Fig. 1 zeigt die beispielhafte Anordnung eines Rotors an dessen Beispiel das Verfahren zur Reinigung der Abgase in den folgenden Ausführungen aufgezeigt werden soll. Der Rotor (1) besteht aus einer Matrix (2). Diese kann aus einem rußfilternden Material bestehen oder zumindest bereichsweise ein solches rußflterndes Material enthalten. Vor dem Rotor ist ein Zuströmbereich (3) und nach dem Rotor ein Abströmbereich (4) angeordnet. In den Zuström- und Abströmbereichen wir die Durchströmung des Rotors in mehrere Segmente (5) aufgeteilt. Der Rotor selbst kann einen durchgehd homogenen Aufbau aufweisen. Die einzelnen Segmente können von unterschiedlichen Gasströmen durchströmt werden. Durch Drehung des Rotors (1) durchläuft die Rotormatrix nacheinander unterschiedliche Segmente und kann dabei wie im folgenden beschieben unterschiedlich durchströmt werden. Fig. 1 illustrates the exemplary arrangement shows a rotor at its example, the method for cleaning the exhaust gases will be demonstrated in the following models. The rotor ( 1 ) consists of a matrix ( 2 ). This can consist of a soot-filtering material or at least partially contain such a soot-filtering material. An inflow region ( 3 ) is arranged in front of the rotor and an outflow region ( 4 ) is arranged downstream of the rotor. In the inflow and outflow areas, the flow through the rotor is divided into several segments ( 5 ). The rotor itself can have a completely homogeneous structure. Different gas flows can flow through the individual segments. By rotating the rotor ( 1 ), the rotor matrix passes through different segments one after the other and can be flowed through differently as described below.
Zur einfacheren anschaulicheren Darstellung soll im Folgenden ein Ersatzschaubild verwendet werden. Dieses Ersatzschaubild ist in Fig. 2 dargestellt. Die Drehbewegung des Rotors wird dabei in einer linearen Bewegung dargestellt. Die Durchströmung der Rotormatrix in den einzelnen Segmenten soll dabei durch die einzelnen Bereiche (6) dargestellt werden. In the following, a substitute diagram is to be used for a simpler, clearer illustration. This replacement diagram is shown in Fig. 2. The rotary movement of the rotor is represented in a linear movement. The flow through the rotor matrix in the individual segments is to be represented by the individual areas ( 6 ).
Fig. 3 zeigt die beispielhafte Ausführung einer Stator-Ausführung. Diese enthält eine feststehende Matrix (7). Vor der Matris ist ein drehender Anströmbereich (8) und nach der Matrix ein drehender Abströmbereich (9) angeordnet. Zuström- und Abströmbereich können in mehrere Segmente (10) aufgeteilt sein. Durch synchrone Drehung des Zuström- und Abströmbereiches kann die feststehende Matrix im zeitlichen und örtlichen Wechsel mit unterschiedlichen Gasströmen beaufschlagt werden. Die Statorausführung soll ebenfalls anhand eines Ersatzschaubilds erläutert werden. Fig. 4 zeigt das Ersatzschaubild der Statorausführung. Die Drehbewegung der Zuström- und Abströmbereiche wird dabei durch eine lineare Bewegung der Matrix dargestellt. Die Durchströmung der Matrix in den einzelnen Segmenten soll dabei durch die einzelnen Bereiche (6) dargestellt werden. Der Vergleich mit Fig. 2 zeigt, daß Rotor- und Statorausführung mit dem gleichen Ersatzschaubild beschrieben werden können. Fig. 3 shows the exemplary embodiment of a stator design. This contains a fixed matrix ( 7 ). A rotating inflow area ( 8 ) is arranged in front of the matrix and a rotating outflow area ( 9 ) is arranged after the matrix. The inflow and outflow area can be divided into several segments ( 10 ). By synchronous rotation of the inflow and outflow area, the fixed matrix can be acted upon with different gas flows at different times and locations. The stator version is also to be explained using a replacement diagram. Fig. 4 shows the equivalent diagram of the stator design. The rotary movement of the inflow and outflow areas is represented by a linear movement of the matrix. The flow through the matrix in the individual segments is to be represented by the individual areas ( 6 ). The comparison with Fig. 2 shows that the rotor and stator design can be described with the same replacement diagram.
Fig. 5 zeigt eine beispielhafte Ausführung mit mehreren Teilapparaten (11). Im hier gezeigten Beispiel sind die Teilapparate getrennt, sie können jedoch auch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Die Teilapparate können Schaltelemente (12), z. B. Klappen oder Ventile im zeitlichen Wechsel mit unterschiedlichen Gasströmen (13), (14) beaufschlagt werden. Dadurch kann die Matrix in den Teilapparaten im zeitlichen Wechsel mit unterschiedlichen Gasströmen durchströmt werden. In Fig. 5 ist beispielhaft eine Ausführung mit drei Teilapparaten und zwei unterschiedlichen Gasströmen dargestellt. Erfindungsgemäße Anordnungen können auch mehrere Teilapparate und weitere Gasströme beinhalten. Ebenso kann die Anströmung mit unterschiedlichen Gasströmen auch von unterschiedlichen Seiten erfolgen. Fig. 5 shows an exemplary embodiment with several sub-sets ( 11 ). In the example shown here, the dividing devices are separated, but they can also be arranged in a common housing. The dividing heads can switch elements ( 12 ), for. B. flaps or valves are alternately acted upon with different gas flows ( 13 ), ( 14 ). As a result, different gas flows can flow through the matrix in the sub-sets in alternation. In Fig. 5, an embodiment with three part apparatus and two different gas streams is exemplified. Arrangements according to the invention can also include several sub-sets and further gas flows. The inflow can also take place with different gas flows from different sides.
Fig. 6 zeigt ein Ersatzschaubild einer Ausführung mit getrennten Teilapparaten. Auch hierbei werden die Teilapparate durch unterschiedliche Bereiche (6) im Ersatzschaubild dargestellt. Die zeitlich wechselnde Durchströmung der Matrix in den einzelnen Teilapparaten wird im Ersatzschaubild durch eine Linearbewegung der Matrix durch die einzelnen Bereiche (6) des Ersatzschaubilds symbolisiert. Der Vergleich mit Fig. 2 und Fig. 4 zeigt, daß auch diese Ausführung mit diesem Ersatzschaubild beschieben werden kann. Fig. 6 shows an equivalent diagram of an embodiment with separate dividing heads. Here too, the dividing heads are represented by different areas ( 6 ) in the replacement diagram. The alternating flow through the matrix in the individual sub-units is symbolized in the replacement diagram by a linear movement of the matrix through the individual areas ( 6 ) of the replacement diagram. The comparison with Fig. 2 and Fig. 4 shows that this version can also be described with this replacement diagram.
Daneben sind auch weitere Ausführungen denkbar, die sich ebenfalls mit einen solchen Ersatzschaubild darstellen lassen. In addition, other designs are also conceivable, which also deal with such Have a replacement diagram displayed.
Im folgenden soll daher der Verfahrensablauf der erfindungsgemäßen Abgasreinigung anhand solcher Ersatzschaubilder dargestellt werden. The process sequence of the exhaust gas purification according to the invention is therefore to be described below such replacement graphs are shown.
Fig. 7 zeigt beispielhaft eine Verfahrensvariante der Abgasreinigung mit Teilstromregenerierung bei der Luft als Regeneriermedium verwendet wird. Bei Lkws kann der zur Regenerierung benötigte kleine Luftstrom ggf. aus der vorhandenen Druckluftanlage entnommen werden, so daß ein zusätzliches Gebläse entfallen kann. Im größten Bereich der Anordnung wird das Motor kommende Abgas (15) in der Matrix (16) gereinigt. Die Matrix kann dabei aus rußfilterndem Material zur Entfernung der Rußpartikel aus der Abluft bestehen oder ein solches enthalten. In diesem Fall wird der Ruß aus der Abluft auf dem Rußfilternden Material abgeschieden. Bei vielen Lastzuständen des Motors ist die Temperatur des Abgase so niedrig daß in diesem Bereich keine oder nur eine langsame Oxidation der Rußpartikel erfolgt. Das gereinigte Abgas (29) verläßt den Apparat. Durch einen kontinuierlichen oder zyklischen Transport der Matrix zwischen den einzelnen Bereichen, der im Schaubild durch den waagrechten Pfeil dargestellt ist, gelangen die mit Ruß und Stickoxiden beladenen Bereiche der Matrix in das Regeneriersegment (17). Dort wird die Matrix regeneriert. Die zur Regenerierung verwendete Luft (19) durchströmt zunächst die Matrix im Wärmetauschsegment (18). Dabei wird die Luft von der heißen Matrix erwärmt. Falls erforderlich kann die Regenerierluft nach der Durchströmung des Wärmetauschsegments z. B. durch eine Heizung (20) zusätzlich erhitzt werden. Die dergestalt auf Oxidationstemperatur vorgeheizte Regenerierluft durchströmt nun das Regeneriersegment (17). Dabei werden die auf der Matrix abgelagerten Rußpartikel durch die heiße Regenerierluft zu Kohlendioxid oxidiert. Durch die freiwerdende Reaktionswärme wird zudem die im Regeneriersegment befindliche Matrix erhitzt. Das Abgas aus dem Regeneriersegment kann mit dem gereinigten Motorabgas dem Auspuff zugeführt werden. Durch einen kontinuierlichen oder zyklischen Transport der Matrix zwischen den einzelnen Bereichen, der im Schaubild durch den waagrechten Pfeil dargestellt ist, gelangt der in Regeneriersegment erhitzte Teil der Matrix nachfolgend in das Wärmetauschsegment (18). Dort wird zumindest ein Teil der Wärme der Matrix von der eintretenden Regenerierluft (19) aufgenommen, wodurch sich wiederum die Regenerierluft (19) erhitzt. Is Fig. 7 shows an example of a process variant, the exhaust gas purification part with power regeneration in the air as a regeneration medium is used. In the case of trucks, the small air flow required for regeneration can optionally be taken from the existing compressed air system, so that an additional blower can be omitted. The exhaust gas ( 15 ) coming from the engine is cleaned in the matrix ( 16 ) in the largest area of the arrangement. The matrix can consist of or contain a soot filtering material to remove the soot particles from the exhaust air. In this case, the soot is separated from the exhaust air on the soot filtering material. In many engine load conditions, the temperature of the exhaust gases is so low that there is no or only slow oxidation of the soot particles in this area. The cleaned exhaust gas ( 29 ) leaves the apparatus. Through a continuous or cyclical transport of the matrix between the individual areas, which is shown in the diagram by the horizontal arrow, the areas of the matrix loaded with soot and nitrogen oxides reach the regeneration segment ( 17 ). The matrix is regenerated there. The air ( 19 ) used for regeneration first flows through the matrix in the heat exchange segment ( 18 ). The air is heated by the hot matrix. If necessary, the regeneration air after the flow through the heat exchange segment z. B. additionally heated by a heater ( 20 ). The regeneration air preheated to the oxidation temperature now flows through the regeneration segment ( 17 ). The soot particles deposited on the matrix are oxidized to carbon dioxide by the hot regeneration air. The released heat of reaction also heats the matrix in the regeneration segment. The exhaust gas from the regeneration segment can be fed to the exhaust with the cleaned engine exhaust gas. Through a continuous or cyclical transport of the matrix between the individual areas, which is shown in the diagram by the horizontal arrow, the part of the matrix heated in the regeneration segment subsequently reaches the heat exchange segment ( 18 ). There, at least part of the heat of the matrix is absorbed by the incoming regeneration air ( 19 ), which in turn heats up the regeneration air ( 19 ).
Die Heizung (20) kann dabei als elektrische Heizung oder als Brenner ausgeführt werden. Die Heizung kann zum Start aus dem kalten Zustand als Startheizung verwendet werden. Durch Reglung der Regenerierluftmenge kann die Oxidation gesteuert werden, so daß die entstehende Temperatur der Matrix begrenzt werden kann. The heater ( 20 ) can be designed as an electric heater or as a burner. The heater can be used as a start heater when starting from a cold state. The oxidation can be controlled by regulating the amount of regeneration air, so that the temperature of the matrix which arises can be limited.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung wird die Matrix (16) zudem zumindest bereichsweise mit einem Speicherkatalysator ausgestattet. In diesem Fall wird im größten Bereich der Anordnung wird das Motor kommende Abgas (15) in der Matrix (16) auch von Stickoxiden gereinigt. Dabei lagern sich die Stickoxide auf dem Speicherkatalysator an und werden dort chemisch gebunden. In diesem Fall erfolgt im Regeneriersegment auch die Chemische Umwandlung der auf dem Speicherkatalysator gebundenen Stickoxide. Dabei wird gleichzeitig der Speicherkatalysator regeneriert. Die chemischen Reaktionen bei diesen Vorgängen sind aus gewöhnlichen Speicherkatalysatoren nach dem Stand der Technik bekannt, so daß hier auf deren Beschreibung verzichtet werden kann. Zur Regenerierung des Speicherkatalysators kann es besonders vorteilhaft sein, die Menge der Regenerierluft so zu regeln, daß der Sauerstoff der Regenerierluft zumindest weitgehend verbraucht wird und sich eine zumindest kleine Menge an Kohlenmonoxid bildet. Durch dieses Kohlenmonoxid erfolgt eine besonders günstige Regenerierung des Speicherkatalysators. Dabei wird das Kohlenmonoxid am Speicherkatalysator in unschädliche Subranzen umgewandelt. In a particularly advantageous embodiment, the matrix ( 16 ) is additionally equipped, at least in some areas, with a storage catalytic converter. In this case, the engine exhaust gas ( 15 ) in the matrix ( 16 ) is also cleaned of nitrogen oxides in the largest area of the arrangement. The nitrogen oxides accumulate on the storage catalytic converter and are chemically bound there. In this case, the chemical conversion of the nitrogen oxides bound on the storage catalytic converter also takes place in the regeneration segment. The storage catalytic converter is regenerated at the same time. The chemical reactions in these processes are known from conventional storage catalysts according to the prior art, so that their description can be omitted here. To regenerate the storage catalytic converter, it can be particularly advantageous to regulate the amount of regeneration air in such a way that the oxygen in the regeneration air is at least largely consumed and an at least small amount of carbon monoxide is formed. This carbon monoxide results in a particularly favorable regeneration of the storage catalytic converter. The carbon monoxide on the storage catalytic converter is converted into harmless substances.
An Stelle der Regenerierung des Speicherkatalysators können auch Kohlenwasserstoffe z. B. aus dem Treibstoff zur Regenerierung des Speicherkatalysators verwendet werden. Dabei kann eine kleine Menge an Kohlenwasserstoffen (21) der Regenerierluft vor dem Eintritt in das Regeneriersegment zugegeben werden. Instead of the regeneration of the storage catalytic converter, hydrocarbons such. B. from the fuel to regenerate the storage catalyst. A small amount of hydrocarbons ( 21 ) can be added to the regeneration air before it enters the regeneration segment.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ist in Fig. 8 gezeigt. Dabei ist vor dem Eintritt in das Regeneriersegment ein Katalysator (22) angeordnet. An diesem Katalysator werden die zugegebenen Kohlenwasserstoffe (21) oxidiert. Dadurch kann die Temperatur der in das Regeneriersegment eintretenden Regenerierluft zudem erhöht werden. Another advantageous embodiment is shown in FIG. 8. A catalyst ( 22 ) is arranged before entry into the regeneration segment. The added hydrocarbons ( 21 ) are oxidized on this catalyst. As a result, the temperature of the regeneration air entering the regeneration segment can also be increased.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen kann die Matrix (16) zumindest bereichsweise mit einem Katalysator, beispielsweise einem Edelmetallkatalysator, ausgestattet, vorzugsweise beschichtet werden. Durch diesen Katalysator wird zum einen die Oxidation der Rußpartikel begünstigt, so daß diese bereits bei niedrigeren Temperaturen erfolgen kann. Zum anderen können an diesem Katalysator auch die zudosierten Kohlenwasserstoffe (21) oxidiert werden. Dadurch kann die Temperatur der Matrix (16) weiter angehoben werden, so daß eine verbesserte Oxidation der abgelagerten Rußpartikel erfolgt. Diese Anordnung einses Katalysators auf oder in der Matrix kann natürlich auch bei den im folgenden aufgeführten Ausführungen vorteilhaft angewandt werden. In further advantageous configurations, the matrix ( 16 ) can be at least partially equipped with a catalyst, for example a noble metal catalyst, preferably coated. On the one hand, this catalyst promotes the oxidation of the soot particles, so that this can take place even at lower temperatures. On the other hand, the added hydrocarbons ( 21 ) can also be oxidized on this catalyst. As a result, the temperature of the matrix ( 16 ) can be raised further, so that an improved oxidation of the deposited soot particles takes place. This arrangement of a catalyst on or in the matrix can of course also be used advantageously in the embodiments listed below.
Fig. 9 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens. Dabei wird an Stelle von Luft ein kleiner Teilstrom (23) aus dem gereinigten Abgas des Motors zur Regenerierung verwendet. Dabei ergeben sich folgende Vorteile: zum einen ist das Abgas bereits wärmer, wodurch sich insgesamt höhere Temperaturen bei der Regenerierung erzielen lassen. Zum zweiten weist das Abgas eine geringere Konzentration an Sauerstoff auf. Dies ist besonders vorteilhaft wenn gleichzeitig ein Speicherkatalysator verwendet wird. Dann kann mit dem sauerstoffärmeren Gas eine günstige Regenerierung des Speicherkatalysators im Regeneriersegment erfolgen. Als kleiner Nachteil dieser Anordnung muß in Kauf genommen werden, daß die Förderung des Abgasstromes mit einem Gebläse (24) erfolgen muß. Fig. 9 shows a further embodiment of the method. Instead of air, a small partial flow ( 23 ) from the cleaned exhaust gas of the engine is used for regeneration. This has the following advantages: on the one hand, the exhaust gas is already warmer, which means that overall higher temperatures can be achieved during regeneration. Secondly, the exhaust gas has a lower concentration of oxygen. This is particularly advantageous if a storage catalytic converter is used at the same time. Then, with the oxygen-poorer gas, a favorable regeneration of the storage catalytic converter can take place in the regeneration segment. As a small disadvantage of this arrangement, it must be accepted that the exhaust gas flow must be conveyed with a blower ( 24 ).
Fig. 10 zeigt eine weitere Anordnung mit Teilstromregenerierung bei der in einem zusätzlich vorgelagerten Wärmetauscher (25) eine Vorwärmung der Regenerierluft erfolgen kann. Dieser Wärmetauscher kann z. B. als plattenartiger Wärmetauscher oder als Wärmetauscher mit Rippen ausgeführt sein. Vorteilhaft ist die Verwendung eines Gegenstromwärmetauschers. Durch die Vorwärmung der Regenerierluft in dem vorgelagerten Wärmetauscher lassen sich insgesamt höhere Temperaturen bei der Regenerierung erzielen. Fig. 10 shows a further arrangement with a partial flow regeneration can be performed in the preheating of the regenerating air in a further upstream heat exchanger (25). This heat exchanger can, for. B. be designed as a plate-like heat exchanger or as a heat exchanger with fins. The use of a counterflow heat exchanger is advantageous. By preheating the regeneration air in the upstream heat exchanger, overall higher temperatures can be achieved during regeneration.
Fig. 11 zeigt eine apparativ einfache Ausführung, bei der auf ein Wärmerücktauschsegment verzichtet wurde. Da in diesem Fall das Regeneriergas nur eine geringere Temperatur aufweist, muß das Regeneriergas vermutlich mit einer Zusatzheizung (26) aufgeheizt werden. Dieser Heizeintrag kann auch durch die Verbrennung von zusätzlichem Kraftstoff erfolgen. Diese Verbrennung kann ggf. an einem vorgeschalteten Katalysator erfolgen. Bei dieser Ausführung wird als Regeneriergas ein Teilstrom (27) des vom Motor kommenden Abgases verwendet. Da dieses aufgrund des Druckverlusts der stromab angeordneten Matrix ein etwas höheres Druckniveau besitzt ist hierbei kein Gebläse erforderlich. In diesem Fall kann die Regeneriergasmenge auf einfache Weise über eine Klappe (28) geregelt werden. Fig. 11 shows a simple embodiment in which a heat exchange segment has been dispensed with. Since in this case the regeneration gas is only at a lower temperature, the regeneration gas probably has to be heated with an additional heater ( 26 ). This heating input can also be done by burning additional fuel. This combustion can optionally take place on an upstream catalytic converter. In this embodiment, a partial flow ( 27 ) of the exhaust gas coming from the engine is used as the regeneration gas. Since this has a somewhat higher pressure level due to the pressure loss of the downstream matrix, no fan is required. In this case, the amount of regeneration gas can be regulated in a simple manner via a flap ( 28 ).
Fig. 12 und Fig. 13 zeigen eine Ausführung mit Teilstromregenerierung, bei der zur Regenerierung ungereinigtes Motorabgas verwendet wird. Die Ausführung in Fig. 13 entspricht dabei der Ausführung Fig. 12 wenn in Fig. 12 die Drehrichtung des Rotors umgekehrt wird. Bei diesen Ausführungen erfolgt die Regenerierung durch ungereinigtes Motorabgas. Zum Start aus dem kalten Zustand kann eine Startheizung vorgesehen werden. Bei der Ausführung in Fig. 12 wird die Wärme der erhitzten Matrix unvollständig genutzt. Bei der Ausführung in Fig. 13 wird der größte Teil der Wärme des heißen Regeneriergases in das Abgas getragen. FIG. 12 and FIG. 13 show an embodiment with partial flow regeneration, is used in the unpurified for the regeneration of engine exhaust. The embodiment in FIG. 13 corresponds to the embodiment in FIG. 12 when the direction of rotation of the rotor is reversed in FIG. 12. In these versions, regeneration takes place through uncleaned engine exhaust. A start heater can be provided for starting from the cold state. In the embodiment in Fig. 12, the heat of the heated matrix is used incompletely. In the embodiment of FIG. 13, most of the heat of the hot regeneration gas is carried in the exhaust gas.
Die Nutzung dieser Wärme kann auf unterschiedliche Weise erfolgen wie beispielhaft in Fig. 14 und in Fig. 15 gezeigt. This heat can be used in different ways, as shown by way of example in FIG. 14 and in FIG. 15.
Bei den Abbildungen Fig. 11-Fig. 14 kann die Menge des Teilstromes über eine Klappe geregelt werden. Sofern die Massenstromdichte im Regeneriergassegment kleiner gewählt wird, als im Abgasreinigungssegment, kann der Druck des Abgases ausreichen um den Teilstrom des Regeneriergases durch Regeneriersegment und Wärmetauschersegment zu drücken (zumal in der Anordnung nach Abb. 14 und Abb. 15 das Wärmetauschersegment bereits gereinigt ist). Der Druck des Abgases vor dem Rußfilter hängt jedoch von der vorgesehenen Beladung des Rußfilters ab und kann sich im Betrieb ändern. Gegebenenfalls kann daher ein Gebläse zur Regeneriergasförderung notwendig werden. In the figures Fig. 11- Fig. 14, the amount of the partial flow can be controlled via a flap. If the mass flow density in the regeneration gas segment is selected to be lower than in the exhaust gas purification segment, the pressure of the exhaust gas can be sufficient to push the partial flow of the regeneration gas through the regeneration segment and heat exchanger segment (especially since the arrangement according to Fig. 14 and Fig. 15 has already cleaned the heat exchanger segment). However, the pressure of the exhaust gas upstream of the soot filter depends on the intended loading of the soot filter and can change during operation. If necessary, a blower may be necessary to supply the regeneration gas.
Fig. 14 zeigt die Ausführung von Fig. 13, die jedoch um einen zusätzlichen Wärmetauscher erweitert wurde. Damit läßt sich nun die beim Regeneriervorgang erzeugte Wärme auf das eintretende Regeneriergas übertragen. Fig. 14 shows the embodiment of Fig. 13, but which has been expanded by an additional heat exchanger. The heat generated during the regeneration process can now be transferred to the incoming regeneration gas.
Alternativ kann, wie in Fig. 15 gezeigt, diese Wärme in einem weiteren Regeneriersegment auf den Teil der Rotormatrix übertragen werden, der zum nächsten Zeitschritt in das Regeneriersegment eintritt. Diese Variante hat den Nachteil, daß drei Durchtritte durch das Filtermaterial erfolgen, was einen höheren Druckverlust auf der Regeneriergasseite zur Folge hat. Alternatively, as shown in FIG. 15, this heat can be transferred in a further regeneration segment to that part of the rotor matrix which enters the regeneration segment at the next time step. This variant has the disadvantage that there are three passages through the filter material, which results in a higher pressure loss on the regeneration gas side.
Zur weiter verbesserten Wärmenutzung sind auch weitere Schaltungen mit anderer Anordnung der Wärmetauschsegmente und der Fluidverschaltungen möglich. Beispielsweise ist eine weitere vorteilhafte Schaltung denkbar, bei der jedoch das ungereinigte Abgas von der Rückseite zugeführt werden müßte. Bei diesen weiteren Schaltungen muß zudem bedacht werden, daß zum einen der apparative Aufwand erheblich ansteigt und zum anderen die Zahl der Umlenkungen des Fluids sowie ggf. die Zahl der Durchtritte durch die filternde Matrix ebenfalls zunimmt, wodurch sich ein höherer Druckverlust des Regeneriergases ergibt. To further improve the use of heat, there are also other circuits with a different arrangement the heat exchange segments and the fluid connections possible. For example, one is further advantageous circuit conceivable, but in which the unpurified exhaust gas from the Back should be fed. These other circuits must also be considered be that on the one hand the expenditure on equipment increases significantly and on the other hand the number the deflections of the fluid and possibly the number of passes through the filtering matrix also increases, resulting in a higher pressure loss of the regeneration gas.
Eine weitere Ausführung des Verfahrens ist in Fig. 16 gezeigt. Dabei wird ebenfalls ein Teilstrom aus dem vom Motor kommenden Abgas als Regeneriergas verwendet. Die Menge dieses Regeneriergases kann über eine Klappe geregelt werden. Das Regeneriergas strömt durch ein erstes Wärmetauschersegment. Dabei wird das Regeneriergas durch die heiße Matrix vorgewärmt. Falls erforderlich, kann das Regeneriergas nachfolgend durch eine Heizung weiter erhitzt werden. Daran anschließend strömt das Regeneriergas in das Regeneriersegment, wo die Regenerierung stattfindet. Durch die Oxidationsreaktionen bei der Regenerierung erwärmen sich sowohl das Regeneriergas als auch die Matrix. Das durch die Reaktion erhitzte Regeneriergas strömt anschließend durch ein zweites Wärmetauschersegment. Dort kühlt sich das Regeneriergas ab und gibt seine Wärme an die Matrix ab. Dadurch wird die Matrix vorgewärmt. Die derart vorgewärmte Matrix anschließend in das Regeneriersegment. Die im Regeneriersegment durch die Oxidationsreaktionen weiter erhitzte Matrix gelangt anschließend in das erste Wärmetauschersegment. Dort wird die Wärme der Matrix von der zuströmenden Regenerierluft aufgenommen. Bei dieser Ausführung des Verfahrens ergibt sich ein besonders weitgehender Wärmerücktausch. Another embodiment of the method is shown in FIG. 16. A partial flow from the exhaust gas coming from the engine is also used as the regeneration gas. The amount of this regeneration gas can be regulated via a flap. The regeneration gas flows through a first heat exchanger segment. The regeneration gas is preheated by the hot matrix. If necessary, the regeneration gas can subsequently be heated further by heating. The regeneration gas then flows into the regeneration segment, where the regeneration takes place. The oxidation reactions during regeneration heat both the regeneration gas and the matrix. The regeneration gas heated by the reaction then flows through a second heat exchanger segment. The regeneration gas cools down there and releases its heat to the matrix. This will preheat the matrix. The matrix preheated in this way then into the regeneration segment. The matrix, which is further heated in the regeneration segment by the oxidation reactions, then arrives in the first heat exchanger segment. There the heat of the matrix is absorbed by the incoming regeneration air. This embodiment of the method results in a particularly extensive heat exchange.
Die aufgeführten Ausführungsbeispiele stellen nur beispielhaft einige Möglichkeiten vor. Es sind
weitere Ausführungen und insbesondere natürlich auch Kombinationen der vorgestellten
Ausführungen möglich.
Bezugszeichenliste für Fig. 1-6
1 Rotor
2 Matrix des Rotorsegments
3 Zuströmbereich
4 Absträmbereich
5 Segmente des Rotors
6 Bereiche (im Ersatzschaubild)
7 feststehende Matrix der Statorausführung
8 drehender Anströmbereich (Zuströmbereich) der Statorausführung
9 drehender Abströmbereich der Statorausführung
10 Segmente des Zuström- und Abströmbereiches
11 Teilapparate
12 Schaltelemente (bei der Ausführung mit Teilapparaten)
13 Gasstrom 1
14 Gasstrom 2
The exemplary embodiments listed present only a few examples. Further versions and in particular combinations of the presented versions are possible. 1-6 1 rotor
2 Matrix of the rotor segment
3 inflow area
4 stripping area
5 segments of the rotor
6 areas (in the replacement diagram)
7 fixed matrix of the stator design
8 rotating inflow area (inflow area) of the stator version
9 rotating outflow area of the stator version
10 segments of the inflow and outflow area
11 dividing heads
12 switching elements (in the version with dividing heads)
13 gas stream 1
14 gas stream 2
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