Фильтровальная свеча для отделения горючих веществ от выхлопных газов с регенерацией

 

Изобретение может быть использовано при регенерации сажевых фильтров, применяемых в системах очистки выхлопных газов, например дизельных двигателей. Фильтровальная свеча имеет фильтрующее тело в виде полого цилиндра, через которое пропускают выхлопные газы, с продольным сварным швом, а также внутреннюю опорную решетку из металлической проволоки, причем электрический ток подводится с внутренней стороны одновременно в фильтрующий материал, продольный шов и опорную решетку. Свеча достаточно стойкая и потребляет на электрическое воспламенение незначительное количество энергии. 7 з.п.ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано для регенерации сажевых фильтров, применяемых в системах очистки выхлопных газов, например дизельных двигателей.

Известна фильтровальная свеча для отделения горючих веществ из выхлопных газов с регенерацией загрязненного фильтровального материала путем сгорания с электрическим воспламенением, например загрязненных копотью фильтров в магистрали отвода выхлопных газов дизельных двигателей, вставленная в корпус, причем сам фильтрующий материал является электропроводящим и доводится за счет омического нагрева до температуры выше температуры сгорания осаждающихся веществ, содержащая фильтрующее тело, выполненное в виде полого цилиндра из волокнистого материала, который закрыт на одной из своих сторон концевой пластиной в качестве головки свечи, а на другой стороне сидит на кольцеобразной пластине с отверстием для прохода газа, причем подвод или отвод тока осуществляют через обе электропроводящие пластины, а на стороне головки свечи, противолежащей фильтрующему телу, токопровод к нему размещен в зоне стороны очищенного газа, причем она электрически и термически изолирована от корпуса (Европейская заявка 0454346 кл. B 01 D 46/24 опубл. 1991).

Задачей данного изобретения является создание фильтровальной свечи для отделения горючих веществ из выхлопных газов с регенерацией загрязненного фильтрующего материала сгорания при электрическом воспламенении, которая используется прежде всего для регенерации сажевых фильтров в магистрали выхлопных газов дизельных двигателей c оптимальным процессом сгорания. Свеча должна быть достаточно стойкой и потреблять на электрическое воспламенение незначительное количество энергии.

Поставленная задача решается тем, что в фильтровальной свече для отделения горючих веществ из выхлопных газов с регенерацией загрязненного фильтровального материала путем сгорания c электрическим воспламенением, например загрязненных копотью фильтров в магистрали отвода выхлопных газов дизельных двигателей, вставленной в корпус, причем сам фильтрующий материал является электропроводящим и доводится за счет омического нагрева до температуры выше температуры сгорания осаждающихся веществ, содержащей фильтрующее тело, выполненное в виде полого цилиндра из волокнистого материала, который закрыт на одной из своих сторон концевой пластиной в качестве головки свечи, и на другой стороне сидит на кольцеобразной пластине о отверстием для прохода газа, причем подвод или отвод тока осуществляют через обе электропроводные пластины, а на стороне головки свечи, противолежащей фильтрующему телу, токоподвод к нему размещен в зоне стороны очищенного газа, причем она электрически и термически изолирована от корпуса, фильтрующее тело состоит из флизилина с металлическими волокнами и сварено или запаяно с помощью продольного шва с образованием полого цилиндра, размещенного с плотным прилеганием на электропроводящей опорной решетке из металлической проволоки, один из концов фильтрующего тела приварен или припаян к, на или в кольцевую пластину, образующую головку свечи, другой конец - к, н , или в кольцеобразную пластину, образующую основание свечи вокруг газоподводящего отверстия, на своем наружном краю головка свечи имеет выступ с торцевой поверхностью, направленной в концу головки, на который надет полый цилиндр из флизилина с металлическими волокнами с опорной решеткой, вплоть до торцевой поверхности, вокруг выступа опорной решетки и полого цилиндра размещена внешняя, плотно прилегающая оболочка в виде кольца, торцевые поверхности выступа полого цилиндра из флизилина, опорной решетки и внешней оболочки в виде кольца, лежащие заподлицо, сварены вместе с торцевым швом, полый цилиндр из волокнистого флизилина вставлен с опорной решеткой в газоподводящее отверстие основание свечи, причем на его внешней стороне имеется сварной валик, проходящий вокруг отверстия с торцевой поверхностью в направлении наружной стороны, внутри опорной решетки расположена дополнительная внутренняя, плотно прилегающая оболочка в виде кольца, торцевые поверхности сварного валика, полого цилиндра из волокнистого флизилина, опорной решетки и внешней оболочки в виде кольца, лежащие заподлицо, сварены вместе торцевым швом.

На расстоянии вокруг фильтрующего тела расположена керамическая, газопроницаемая оболочка в виде трубы для теплоизоляции и/или в качестве катализатора, причем зазор между фильтрующим телом и трубой соединен с газоотводом из газовыпускного отверстия.

Фильтрующий материал выполнен из флизилина с металлическими волокнами из сплава железа о 0,03% углерода, 15,8% хрома, 4,8% алюминия, 0,3% кремния и 0,3% иттрия с диаметром волокон 4 - 50 мкм.

Электрическое сопротивление продольного сварного или спаянного шва в продольном направлении фильтрующего тела меньше, чем сопротивление по всему поперечному сечению флизилина с металлическими волокнами в продольном направлении.

Электрическое сопротивление продольного шва составляет около 1/4 - 1/3 от сопротивления флизилина.

Электрическое сопротивление опорной решетки в продольном направлении фильтрующего корпуса меньше, чем сопротивление по всему поперечному сечению флизилина с металлическими волокнами в продольном направлении.

Электрическое сопротивление опорной решетки составлено около 1/4 - 1/3 от сопротивления флизилина.

Электрическое сопротивление опорной решетки и продольного шва в продольном направлений приблизительн , одинаково.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 - показана фильтровальная свеча, вид сбоку; на фиг. 2 - частичный продольный разрез фрагментов А и В фиг. 1 в увеличенном изображении; на фиг.3 - поперечное сечение свечи, встроенной в корпус;на фиг.4 - другое выполнение свечи согласно фиг.3.

В способе, происходящем в фильтровальной свече, частицы сажи осаждаются из металлических волокон на флизилин и нагреваются прямым нагревом имеющего металлические волокна флизилина на его волокнах до окончательного сгорания.

При этом способ служит для регенерации электропроводящих фильтрующих материалов, загрязненных горючими веществами, путем сгорания или окисления при избытке кислорода с электрическим воспламенением. Такими фильтрующими материалами являются прежде всего загрязненные сажей фильтры в магистрали выхлопных газов дизельных двигателей, причем сам электропроводящий фильтрующий материал посредством прямого омического нагрева доводится до температуры выше температуры окисления или сгорания осажденных веществ и воспламеняет тем самым регенерационный процесс путем окисления, например, сажи.

Особое значение в таком способе имеет подвод тока в материал фильтра для обеспечения равномерного и полного сгорания. Для этого через фильтрующий материал в форме полого цилиндра, согласно новому способу, пропускают выхлопные газы изнутри наружу, причем фильтрующий материал имеет продольный шов, полученный сваркой или пайкой, а также внутреннюю, плотно прилегающую, электропроводящую опорную решетку из металлической проволоки. Электрический ток для воспламенения подводится к внутренней стороне полого цилиндра с торцевой стороны, например от головки свечи на фиг. 1 и 2, и одновременно к фильтрующему материалу, продольному шву и опорной решетке.

Так как при очистке первое тепловыделение получается на внутренней опорной решетке, а тепловые потери излучением вовнутрь меньше, чем поток в направлении снаружи вовнутрь, особенно важным здесь является истечение потока изнутри наружу. При этом подвод тока осуществляется путем контактирования снаружи с головкой свечи, то есть со стороны чистого газа. Это является важным для защиты места контактирования от коррозии и возможно лишь в том случае, если подача газа, подлежащего очистке, к фильтровальной свече происходит изнутри со стороны, противоположной головке свечи от основания свечи.

В качестве фильтрующего материала применяются предпочтительно флизилины с металлическими волокнами из сплава железа, содержащего 0,03% углерода, 15,8% хрома, 4,8% алюминия, 0,3% кремния и 0,38 иттрия с диаметром волокна от 4 до 50 мкм, в качестве опорной решетки - проволока из высококачественной стали с диаметром около 0,3 мм, с размером ячеек - около 0,7 мм. Такие флизилины выдерживают температуру до приблизительно 1200^oC.

На фиг. 1 схематически показано фильтрующее тело 1 фильтровальной свечи с основанием 3 и головкой 2, причем на расстоянии вокруг фильтрующего тела 1 в качестве оболочки и/или в качестве катализатора расположена керамическая газопроницаемая труба 13 для теплоизоляции, а между фильтрующим телом 1 и трубой 13 образуется кольцевой зазор 4. Наличие такой трубы 13 позволяет осуществлять подвод газа изнутри. Корпус 1 свечи омывается выхлопным газом изнутри через основание 3 свечи, расположенное на присоединительном фланце 22 в направлении 5, через кольцевой зазор 4 очищенный газ протекает сквозь керамическую трубу 13 в направлении 6. Для создания потока в этом направлении труба 13 плотно насажена одной из сторон на основание 3 свечи, а другой стороной - на головку 2 свечи или на изоляцию 17, вследствие чего кольцевой зазор 4 закрыт на своих концах.

Фильтровальная свеча для осуществления описанного способа регенерации предназначена для установки в корпус 7 с каналом 8 для выхлопных газов. Она состоит преимущественно из фильтрующего тела 1, выполненного в виде полого цилиндра, из проводящего волокнистого материала 10, который на одном из своих концов закрыт головкой 2 свечи в качестве концевой пластины и который на своей другой стороне сидит на кольцевой пластине в качестве основания 3 свечи c отверстием 9 для прохода газа. Подвод или отвод тока осуществляется через обе электропроводящие детали 2 и 3. Фильтрующее тело 1 из флизилина c металлическим волокном сварено или спаяно продольным швом 11 c получением полого цилиндра, плотно прилегающего к электропроводящей опорной решетке 12, из металлической проволоки (см. фиг. 2). При этом одним из концов является конец 15 фильтрующего тела 1, к, на или в который вварена или впаяна концевая пластина, образующая головку 2 свечи, другим концом - конец 14, к, на или в который вварена кольцевая пластина вокруг отверстия 9 для впуска воздуха, образующая основание 3 свечи. На стороне головки 2 свечи, обращенной противоположно фильтрующему телу 1, в зоне чистого газа размещен токоподвод 16 к ней, причем он изолирован термически и электрически от корпуса 7 с помощью изоляции 17. Подключение на массу осуществляется через токопровод 23, проложенный на присоединительном фланце 22 основания 3 свечи.

Важными являются сварные соединения между фильтрующим телом 1 и основанием 3 свечи, а также головкой 2 свечи, которые показаны более подробно на фиг. 2. В левой части - соединение c головкой свечи (фрагмент А), в правой части - соединение с основанием свечи (деталь В).

Места сварки на соединениях образуют места подвода и отвода тока к волокнистому материалу 10. Для этого головка 2 свечи имеет на своем наружном краю выступ 18 с торцевой поверхностью 19, направленной к концу головки, посредством которого полый цилиндр выдвинут из флизилина 10 c металлическими волокнами с опорной решеткой 12, вплоть до торцевой поверхности 19. Кроме того, вокруг выступа 18, опорной решетки 12 и полого цилиндра из волокнистого флизилина 10 надета внешняя, плотно прилегающая оболочка в виде кольца 20. Торцевые поверхности выступов 18, 19, полый цилиндр из волокнистого флизилина 10, опорная решетка 12 и внешняя оболочка в виде кольца 20 выполнены заподлицо в одной плоскости и сварены вместе торцевым швом 21.

На другой стороне фильтровального патрона в газоподводящее отверстие 9 основания 3 свечи вставлен полый цилиндр из волокнистого флизилина 10 с опорной решеткой 12 из металлической проволоки, причем на его наружной стороне вокруг отверстия 9 имеется окружной сварной валик 24 о торцевой поверхностью 25 в направлении впускной стороны. В этом месте внутри опорной решетки 12 вставлена дополнительная внутренняя, плотно прилегающая оболочка в виде кольца 26, причем торцевые поверхности сварного валика 24, полого цилиндра из волокнистого флизилина 10, опорной решетки 12 и внутренней оболочки в виде кольца 26, расположенные заподлицо, совместно сварены с помощью дополнительного торцевого шва 27. За счет такого выполнения сварных швов 21 и 27, соединяющих очень тонкий волокнистый флизилин 10 с массивными деталями 2 и 3, предотвращается расплавление волокон вследствие подвода тепла до нагрева массивных элементов 2 и 3 головки и основания. Сварные швы 21 и 27 наряду с продольным сварным швом 11 и плотно прилегающей опорной решеткой 12 являются важными для подвода тока к волокнистому материалу 10.

Для особенно быстрого нагрева является благоприятным, чтобы электрическое сопротивление продольного сварного или паяного шва 11 фильтрующего тела 1 было меньше, чем сопротивление по всему поперечному сечению флизилина c металлическими волокнами в продольном направлении. При этом является предпочтительным, чтобы электрическое сопротивление продольного шва 11 составляло около 1/4-1/3 сопротивления флизилина 10. Кроме того, электрическое сопротивление опорной решетки 12 должно быть меньше, чем сопротивление по всему поперечному сечению флизилина с металлическими волокнами в продольном направлении. И здесь электрическое сопротивление опорной решетки может составлять предпочтительно около 1/4-1/3 сопротивление флизилина. Если электрическое сопротивление опорной решетки 12 и продольного шва 11 в продольном направлении фильтрующего тела 1 примерно равны, то оба они нагреваются равномерно до достижения температуры сгорания, благодаря чему фильтровальный материал 10 равномерно быстро нагревается изнутри.

Фильтровальный материал 10, как показано на фиг. 3, может быть расположен на опорной решетке 12 в виде одного слоя или нескольких слоев, но является также возможным, как показано на фиг.4, расположить его в виде складок между двумя опорными решетками 28. При этом сварка осуществляется точно так же, как и в выполнении по фиг. 3.

Формула изобретения

1. Фильтровальная свеча для отделения горючих веществ от выхлопных газов с регенерацией загрязненного фильтровального материала путем сгорания с электрическим воспламенением, например загрязненных копотью фильтров в магистрали отвода выхлопных газов дизельных двигателей, вставленная в корпус, причем сам фильтрующий материал является электропроводящим и доводится за счет омического нагрева до температуры выше температуры сгорания осаждающихся веществ, содержащая фильтрующее тело, выполненное в виде полого цилиндра из волокнистого материала, который закрыт на одной из своих сторон концевой пластиной в качестве головки свечи, а на другой стороне сидит на кольцеобразной пластине с отверстием для прохода газа, причем подвод или отвод тока осуществляют через обе электропроводящие пластины, а на стороне головки свечи, противолежащей фильтрующему телу, токоподвод к нему размещен в зоне стороны очищенного газа, причем она электрически и термически изолирована от корпуса, отличающаяся тем, что фильтрующее тело состоит из флизилина с металлическими волокнами и сварено или запаяно с помощью шва с образованием полого цилиндра, размещенного с плотным прилеганием на электропроводящей опорной решетке из металлической проволоки, один из концов фильтрующего тела приварен или припаян к/на или в концевую пластину, образующую головку свечи, другой конец - к/на или в кольцеобразную пластину, образующую основание свечи вокруг газоподводящего отверстия, на своем наружном краю головка свечи имеет выступ с торцевой поверхностью, направленной к концу головки, на который надет полый цилиндр из флизилина с металлическими волокнами с опорной решеткой, вплоть до торцевой поверхности, вокруг выступа опорной решетки и полого цилиндра размещена внешняя плотно прилегающая оболочка в виде кольца, торцевые поверхности выступа, полого цилиндра из флизилина, опорной решетки и внешней оболочки в виде кольца, лежащие заподлицо, сварены вместе торцевым швом, полый цилиндр из волокнистого флизилина вставлен с опорной решеткой в газоподводящее отверстие основания свечи, причем на его внешней стороне имеется сварной валик, проходящий вокруг отверстия, с торцевой поверхностью в направлении наружной стороны, внутри опорной решетки расположена дополнительная внутренняя плотно прилегающая оболочка в виде кольца, торцевые поверхности сварного валика, полого цилиндра из волокнистого флизилина, опорной решетки и внешней оболочки в виде кольца, лежащие заподлицо, сварены вместе торцевым швом.

2. Свеча по п.1, отличающаяся тем, что на расстоянии вокруг фильтрующего тела расположена керамическая газопроницаемая оболочка в виде трубы для теплоизоляции и/или в качестве катализатора, причем зазор между фильтрующим телом и трубой соединен с газоотводом из газовыпускного отверстия.

3. Свеча по п.1 или 2, отличающаяся тем, что фильтрующий материал выполнен из флизилина с металлическими волокнами из сплава железа с 0,03% углерода, 15,8% хрома, 4,8% алюминия, 0,3% кремния и 0,3% иттрия с диаметром волокон 4 - 50 мкм.

4. Свеча по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что электрическое сопротивление продольного сварного или спаяного шва в продольном направлении фильтрующего тела меньше, чем сопротивление по всему поперечному сечению флизилина с металлическими волокнами в продольном направлении.

5. Свеча по п.4, отличающаяся тем, что электрическое сопротивление продольного шва составляет около 1/4 - 1/3 сопротивления флизилина.

6. Свеча по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что электрическое сопротивление опорной решетки в продольном направлении фильтрующего корпуса меньше, чем сопротивление по всему поперечному сечению флизилина с металлическими волокнами в продольном направлении.

7. Свеча по п. 6, отличающаяся тем, что электрическое сопротивление опорной решетки составляет около 1/4 - 1/3 сопротивления флизилина.

8. Свеча по любому из пп. 1 - 7 отличающаяся тем, что электрическое сопротивление опорной решетки и продольного шва в продольном направлении приблизительно одинаково.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4