專利名稱：用于再生過濾器的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于再生或清潔適于從氣體去除顆粒物質(zhì)的任何類型的顆粒收集面的方法，所述顆粒收集面優(yōu)選為過濾器，例如柴油顆粒過濾器。此外，本發(fā)明涉及一種過濾器再生裝置，例如柴油過濾器再生裝置，且同樣涉及一種柴油顆粒過濾器(DPF)。
背景技術：
內(nèi)燃發(fā)動機等以及例如固定式碳氫化合物燃燒設備趨于經(jīng)由它們的排氣系統(tǒng)排放通常被稱作顆粒物或顆粒物質(zhì)的含碳顆粒，例如炭煙和/或灰分。在努力在源頭減少顆粒排放的同時，在這種設備的排氣系統(tǒng)中的顆粒過濾器有助于滿足日益嚴格的環(huán)境法規(guī)和公眾期望。可被再生的顆粒過濾器通常是已知的?；旧?，已知的再生技術可分為三組再生技術。在第一組中，通過使用排氣中的過量氧氣或者使用來自發(fā)動機的NOx排放物的微量 NO2氧化積聚的顆粒例如炭煙來實現(xiàn)再生，也就是進行熱處理。但是，相應的氧化反應的起始溫度相對較高，例如高于600°C。第二組再生技術使用用于產(chǎn)生與氣體分子相互作用的高激勵電子的非熱等離子體，由此產(chǎn)生游離基。這些游離基有助于進一步提高碳的氧化。第三組可包括通過機械作用、流體和/或壓力波來再生過濾器的再生技術。WO 01/04467公開了一種用于從氣體流中去除顆粒的裝置和方法。具有小于 IOOmm的深度的陶瓷單塊過濾器使用第一電極在過濾器的第一端附近產(chǎn)生大氣局部放電。 雖然深度減小的陶瓷過濾器和大氣載荷放電相結(jié)合據(jù)稱能提供比全部已知裝置更有效的顆粒去除和過濾器再生性能，但是已經(jīng)證實該性能可被進一步改善。WO 2007/023267 Al公開了用于從氣體流中去除顆粒的裝置和方法，該方法也使用大氣載荷放電。上述兩個文獻都在電極和過濾器體之間的間隙中使用大氣載荷放電。由于所產(chǎn)生的大氣載荷放電，捕獲在過濾器中的顆粒物質(zhì)用作大氣載荷放電的接地端，且該放電使顆粒物質(zhì)氧化。由于使用大氣載荷放電，過濾器的再生需要將過濾器材料設計成耐高溫的，例如超過600°C或甚至超過1000°C。此外，對于再生類似柴油顆粒過濾器的顆粒過濾器來說，能量消耗可能相對較高。在EPl 192 335 Bl中也公開了一種非常類似的方法和過濾器裝置。在WO 94/07008中公開了從氣體流中去除導電顆粒的方法和裝置。通過使所捕獲的顆粒經(jīng)受一段時間的火花放電和/或短期電弧放電以使得顆粒點燃并通過燃燒轉(zhuǎn)化成氣態(tài)化合物，就地再生被顆粒污染的過濾器。US 2001/0042372 Al公開了一種使用了無熱等離子發(fā)生器的廢氣過濾系統(tǒng)，該無熱等離子發(fā)生器周期性地或連續(xù)地氧化沉淀或捕獲在設置于無熱等離子發(fā)生器下游的過濾器中的碳。EP 1 219 340 Al還涉及一種能夠降低在處理燃燒排氣流的方法中使用的能耗的無熱等離子反應堆。由US2002/0076368A1可知具有低能耗的另一無熱等離子反應堆。由GB 257，283可知用于清潔導電氣體凈化腔的集塵表面的機械方法。根據(jù)所公開的裝置，集塵表面設置和構(gòu)造成它們在流過凈化腔體的氣體的壓力發(fā)生波動時將會彎曲。由于集塵表面的彎曲或屈服運動，致使附著于它們的灰塵掉落。壓力波動可自動發(fā)生， 或者可人為地產(chǎn)生以確保集塵表面的均勻振動。這里，過濾器裝置的翼緣壁將根據(jù)作用于其外部的氣體或空氣壓力的變化而彎曲。在US 2007/0137150 Al中示出了用于從機器的過濾裝置去除顆粒的另一系統(tǒng)。這里，該系統(tǒng)可包括構(gòu)造成引導氣體流通過過濾裝置的流體組件，該流體組件的一個或多個元件可去除地附著于該過濾裝置的第一開口。該系統(tǒng)還可包括發(fā)聲組件，該發(fā)生組件構(gòu)造成朝向過濾裝置引導聲波以從過濾裝置去除顆粒。為了從過濾裝置去除物質(zhì)，可使用加熱器或其它熱源以升高過濾裝置的溫度。該加熱器還可將所捕獲顆粒物質(zhì)的溫度升高到其燃燒溫度以上，由此燒掉所收集的顆粒物質(zhì)并再生該過濾裝置同時留下灰分。US 5，900，043公開了一種具有利用聲波發(fā)生器快速清潔而沒有破損限制的處理的靜電過濾器。WO 2008/054262 Al公開了一種用于清潔柴油顆粒過濾器的裝置。一真空源安置成抽取通過過濾器的清洗流體和廢料。一收集器安置成在過濾器清潔過程中接收從過濾器釋放的廢料。在US 2005/0106985 Al中，反應器包括反應器主體，該反應器主體具有由電介質(zhì)材料制成的總體細長形狀且被在該主體中縱向延伸的分離的并行通道穿過。提供電極以在該主體中產(chǎn)生放電電暈用于開始氣體流的處理。在EPl 304 456 Al中公開了一種再生性炭煙過濾器裝置和用于利用微波發(fā)生器再生炭煙過濾器的方法。在DE 103 45 925 Al中，顆粒過濾器采用適于產(chǎn)生用于加熱和燃燒顆粒物質(zhì)的交流電場的裝置。全部現(xiàn)有過濾器再生系統(tǒng)需要大且復雜的系統(tǒng)。本發(fā)明用于至少部分地改進或克服現(xiàn)有過濾器再生系統(tǒng)的一個或多個方面。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種用于再生適于從氣體去除顆粒物質(zhì)的過濾器的方法可包括產(chǎn)生至少一個電弧放電脈沖，優(yōu)選地至少一系列電弧放電脈沖，其中所述至少一個電弧放電脈沖適于產(chǎn)生至少一個電弧放電并由此產(chǎn)生用于移除顆粒物質(zhì)的至少一個壓力波，所述顆粒物質(zhì)包括炭煙，和由過濾器捕獲的其他顆粒物質(zhì)，包括灰分。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種過濾器再生裝置可包括脈沖產(chǎn)生裝置。所述脈沖產(chǎn)生裝置可適于產(chǎn)生至少一個電弧放電脈沖，其中所述至少一個電弧放電脈沖適于產(chǎn)生至少一個電弧放電并由此產(chǎn)生使捕獲在過濾器中的顆粒從過濾器移除的至少一個壓力波。該過濾器再生裝置可選擇地還包括適于從過濾器中去除已經(jīng)被移除的顆粒物質(zhì)。本發(fā)明的另一方面涉及一種柴油顆粒過濾器，該柴油顆粒過濾器可由適于捕獲顆粒物質(zhì)的過濾器材料組成，該過濾器材料可以耐受的最高溫度為大約600°C，優(yōu)選地為大約 500°C至550°C，或更優(yōu)選地為大約400°C至450°C。該柴油顆粒過濾器還可包括至少兩個電極，所述至少兩個電極適于在過濾器中產(chǎn)生由至少一個電弧放電脈沖引起的至少一個電弧放電，所述電弧放電通過至少一個壓力波從過濾器移除捕獲在過濾器中的顆粒物質(zhì)。本發(fā)明的又一方面涉及至少一個電弧放電的應用，所述電弧放電構(gòu)造成不燃燒過濾器中捕獲的顆粒物質(zhì)而是優(yōu)選地通過至少一個壓力波從過濾器中移除捕獲在過濾器中的顆粒物質(zhì)。應當理解，前述的一般說明和接下來的詳細說明僅是示例性和說明性的，而并不是對本發(fā)明的限制。基于下文的說明、附圖和所附的權(quán)利要求，本發(fā)明的其他特征和方面對于本領域技術人員是顯而易見的。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明第一示例性實施例的過濾器再生裝置的示例性實施例的示意性框圖；圖2是例如圖1所示的過濾器再生裝置中所使用的過濾器的示例性實施例的示意性透視圖；圖3是包括根據(jù)示例性裝置模式的電極的例如圖2中所示的過濾器的示意性截面圖；圖4是圖2和3所示的過濾器的示意性縱視圖；圖5是例如圖1所示的過濾器再生裝置中所使用的過濾器的另一示例性實施例的示意性透視圖；圖6是例如圖1所示的過濾器再生裝置中所使用的脈沖產(chǎn)生裝置的示例性實施例的框圖；圖7是用于產(chǎn)生電弧放電脈沖的示意性電路圖的示例；圖8是示出由如圖6或7所示的電路產(chǎn)生的一系列電弧放電脈沖的示例性實施例的圖；圖9示出例如由圖6和7所示的電路產(chǎn)生的一個電弧放電脈沖的各種示例性實施例，其中所述脈沖具有不同的功率或形狀或振幅；圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性過濾器再生裝置的實驗室測試裝置的示意性框圖；圖11示出從使用圖10所示的試驗裝置的試驗產(chǎn)生的再生前曲線和相對的再生 “三分鐘”后曲線；圖12示出使用圖10所示的實驗室試驗裝置獲得的試驗結(jié)果，圖13示出根據(jù)本發(fā)明局部處理的具有入口通道和出口通道的過濾器的縱向截面圖。
具體實施例方式參考附圖，圖1-4和6-9示出根據(jù)本發(fā)明的無熱再生過濾器裝置5的示例性實施例。圖1示出適于從例如來自內(nèi)燃發(fā)動機的廢氣的氣體40中去除顆粒物質(zhì)120的無熱過濾器再生裝置5的示意性框圖。廢氣40在離開可能為例如柴油發(fā)動機的內(nèi)燃發(fā)動機 (未示出)時可能具有比較高的溫度。圖1示出的過濾器裝置5可包括殼體6，過濾裝置30 容納在該殼體6中。過濾器入口 10與殼體6連接。排氣管20與過濾器入口 10連接。過濾器出口 15可在過濾裝置30的另一側(cè)與殼體6連接。過濾器出口 15可終止在用于已過濾氣體50的排氣管25中。在圖1所示的本示例性實施例中，支線80與過濾器入口 10流體連通。可配備有抽氣風扇95的儲存容器90與支線80連接。可動閥85設置在端口 86處以便可通過閥85 開啟或關閉端口 86。當然，可提供或配裝其他可控制裝置用于關閉和開啟過濾器入口 10和儲存容器90之間的連接。如示意性地所示，脈沖產(chǎn)生裝置70通過電線75連接到電極100、110 (例如參見圖 2-4,6和7)。如例如圖2-4所示，所述電極設置在過濾裝置30內(nèi)。經(jīng)由排氣管20且隨后經(jīng)由過濾器入口 10進入過濾器裝置5的廢氣40需要經(jīng)過過濾裝置30。已清潔的廢氣50可經(jīng)由過濾器出口 15和所連接的排氣管25離開過濾器30。 下面將參考圖2-5對過濾裝置30和廢氣在過濾裝置30中的路徑的結(jié)構(gòu)和設計進行詳細說明。在過濾裝置30的通常操作期間，也就是當清潔進入過濾器入口 10的廢氣40時， 閥85關閉支線80的端口 86。如果已經(jīng)根據(jù)上述和下文更詳細說明的方法將顆粒物質(zhì)120從過濾裝置30移除， 則閥85被致動以開啟端口 86。抽氣風扇95可被致動以抽吸已經(jīng)從過濾器30移除的且例如松弛地位于過濾裝置30的單元或通道35中的顆粒物質(zhì)120。通道35的形狀可以是管狀的，并且例如通道開口寬度可以為大約2mm。但是，其他尺寸的通道也是合適的?？赏ㄟ^在分布在過濾裝置30中的多個電極100、110之間產(chǎn)生一個或多個電弧放電脈沖系列來實現(xiàn)從過濾裝置30移除至少一部分被捕獲的顆粒物質(zhì)120。產(chǎn)生系列的電弧放電脈沖130、135、140以便產(chǎn)生壓力波并使顆粒物質(zhì)120從過濾裝置30移除或分離?？稍诎l(fā)動機(未示出)關閉且由此沒有廢氣40進入過濾元件30時，產(chǎn)生一個或多個系列的電弧放電脈沖130、135、140。圖2示出可具體化為整體式過濾器例如整體式陶瓷過濾器的過濾裝置30的示例性實施例的示意性透視圖。過濾裝置30可包括彼此平行設置的多個單元35、36。在圖2所示的過濾裝置30的示例性實施例中，單元35與過濾器入口 10流體連通。各單元35的一端例如通過插塞45封閉。插塞45可插入并固定在單元35中。作為替代，該插塞可與單元 35 一體形成。單元36可與過濾器出口 15流體連通，且這些單元36具有位于單元35的端塞45 的相反側(cè)的端塞45。設計并形成將單元35與單元36隔離的過濾器壁55，以使得在進入過濾裝置30的廢氣40中的顆粒物質(zhì)120被捕獲在過濾器壁55中。因此，被過濾或被凈化的廢氣50不包含任何顆粒物質(zhì)120，或者僅包含與進入過濾裝置30的廢氣40相比數(shù)量減少的顆粒物質(zhì)120。如圖2所示，單元35與過濾器入口 10流體連通，且被與過濾器出口 15流體連通的單元36包圍。換句話說，在過濾裝置30的此示例性實施例中，單元35和單元36是以交替模式設置的。圖3涉及例如在過濾裝置30中的電極100、110的設置。應該認識到，圖3所示的電極100、110的設置只是一示例性實施例，當然，電極100、110的其他設置模式也是可能的。這里，電極100，也就是與優(yōu)選為直流電源的電源225的端子連接的電極以六邊形模式圍繞有源電極110設置，該有源電極也就是與電源225的正極或正端子連接的電極。上述端子可與電源225的負極連接。在特定實施例中，可能適合以例如五邊形、三角形或其他模式圍繞有源電極110 設置電極100?；驹O置可包括與另一有源電極110成間隔關系的電極100。在電極100 與一個或多個有源電極Iio之間產(chǎn)生系列電弧放電脈沖130、135、140，其中電弧放電脈沖 130、135、140形成或適配為產(chǎn)生壓力波，由于通過過濾器特別是過濾器壁55傳播的壓力波而從過濾器30移除顆粒物質(zhì)120。在根據(jù)本發(fā)明的過濾器裝置5的本示例性實施例中，電極100，例如接地電極，和有源電極110可以是直導線電極，但也可使用其他形式的電極100、110，例如螺旋或盤旋導線電極等。圖4示出了例如圖2和3所示的過濾裝置30的縱向截面中過濾裝置30內(nèi)的電極 100的代表性布置。在所示布置中，兩個電極100彼此間隔開例如5個通道35、36的距離。 但是，例如根據(jù)過濾器壁55的厚度、過濾器壁55的材料等，兩個電極100之間的其他距離也是合適的。在另一個示例性實施例中，電極100可設置在每個過濾器壁55中，或在每個第二或第三或第四等的過濾器壁55中。有源電極可設置在單元35中，例如不接觸過濾器壁55。圖5示出過濾裝置300的又一示例性實施例。作為圖2所示過濾裝置的替代，過濾裝置300具有褶狀的過濾器壁305、310。褶狀的過濾器壁305、310可設置在圍繞例如筒形過濾裝置300的中心線(未示出)的圓上。包含顆粒物質(zhì)120的廢氣40需要從過濾裝置300的外部通過過濾器壁305、310進入過濾裝置300的內(nèi)部20。憑借通過過濾器壁305、 310，可在過濾裝置300的前端的一端引導已凈化的廢氣50排出過濾裝置300。為了從過濾器壁305、310移除或松動所捕獲的顆粒物質(zhì)，例如分別在過濾裝置300的外側(cè)和過濾裝置 300的內(nèi)側(cè)設置至少一對電極100、110。因此，至少一個過濾器壁305、310設置在兩個電極 100、110之間。如果產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的至少一個脈沖系列，則產(chǎn)生電弧放電且由于特定的電弧放電脈沖系列而產(chǎn)生壓力波，所述壓力波使得捕獲在過濾器壁305、310中的顆粒物質(zhì) 120從過濾器壁305、310移除。如果過濾裝置300以中心線豎直的方式設置，則被去除的顆粒物質(zhì)120可由于重力而下落并能夠被收集在儲存袋等中。作為替換，被移除的顆粒物質(zhì)120可通過例如風扇 (例如低壓風扇)或任何其他適當?shù)募夹g裝置而被吹入容器等中。又一替換為，通過例如真空裝置或任何其他適當?shù)募夹g裝置抽吸所移除的顆粒物質(zhì)。圖6示出為了再現(xiàn)再生處理而可能需要的電力供應部件的框圖，但是不限于僅通過這些部件進行再生處理。通過電源225供應能量，該電源可以常規(guī)地為車輛電池或其他局部電源。再生處理通過利用開關2 將該電源與其他電力供應部件連接而開始。開關 226可以是物理連接，或者更可能是嵌入功率轉(zhuǎn)換器組件227中的電子裝置或控制儀器。在需要時存在的功率轉(zhuǎn)換器227將電源225供應的電能轉(zhuǎn)換成適于儲存在能量儲存部件228中的形式。能量儲存部件2 可以常規(guī)地為電容器，但是可以是其他的儲存裝置。裝置2 可能需要在其輸出端產(chǎn)生電流波形，其由使用者通過嵌入在部件之一內(nèi)的或外部的控制策略進行控制。這可通過利用第二開關2 釋放儲存在儲存部件2 中的能量而實現(xiàn)，該第二開關2 可以是物理儀器或嵌入式受控部件或處理。為了獲得所需的電壓和電流水平，所儲存的能量可能需要通過第二功率轉(zhuǎn)換裝置230，該第二功率轉(zhuǎn)換裝置可以常規(guī)地為變壓器。在一些實施方式中可以不需要轉(zhuǎn)換器230。最末級的輸出與電極100、110物理連接。圖7示出一可能的電力供應布局。此電力供應利用電池作為能源231。電池231 與功率轉(zhuǎn)換器232連接，該功率轉(zhuǎn)換器將電池電壓轉(zhuǎn)換成能向過濾器內(nèi)的電極100、110供電的更高電壓?？赏ㄟ^改變功率轉(zhuǎn)換器232的支路237、238、239來改變高壓輸出。轉(zhuǎn)換器 232的高壓輸出當前通過支路237的公知作用而被限制。支路237可以是二極管倍壓整流電路。支路237的輸出電流向能量儲存電容器233充電。當需要輸出放電脈沖時，利用火花隙234將該電容器轉(zhuǎn)換到電極(通過236連接)上?；鸹ㄏ?34可根據(jù)需要的控制程度而被控制或自整流。電力供應操作使用控制器235，該控制器可以是微控制器或不同的模擬或數(shù)字電路?？刂破?35決定驅(qū)動高壓變壓器238的半橋逆變器239的運行。通過該控制器的動作來開啟或關閉再生系統(tǒng)。用于產(chǎn)生電弧放電脈沖系列的電路的此示例性實施例設計成使得分別與連接線 280和270連接的電極100、110產(chǎn)生電弧放電，該電弧放電繼而在過濾裝置30、300中產(chǎn)生壓力波。優(yōu)選地，引起電弧放電的脈沖130的上升時間rt可以是相當短的，例如Ins 至1000ns，優(yōu)選地大約為IOns至200ns，更優(yōu)選地大約為80ns至120ns，甚至更優(yōu)選地為 100ns。脈沖的最大振幅可以是1. OOMW至大約5. 00MW，優(yōu)選地大約為1. 25MW至2. 50MW。峰值放電電流脈沖可能在大約200ns的時間范圍內(nèi)大于100A且所供應電壓可以高達20kV。 優(yōu)選地，所產(chǎn)生的電弧放電脈沖130、135、140具有大約IOA至1000A的峰值脈沖電流，優(yōu)選地大約為100A。電弧放電脈沖系列可以包括脈沖130 ；135 ； 140，其具有大約0. lmj/mm至 100mJ/mm的每弧長脈沖能量釋放，優(yōu)選地在lmj/mm至10mJ/mm之間。每個電弧放電脈沖 130 ；135 ； 140的脈沖上升時間可以是大約10_9s至10_7s，優(yōu)選地為10_8s。脈沖數(shù)目可達每升過濾器容積106，優(yōu)選地為每升IO3脈沖至每升IO5脈沖，優(yōu)選地脈沖重復率在大約5Hz至 50Hz之間，優(yōu)選地在大約IOHz至20Hz之間。過濾器容積由過濾器的外部尺寸決定。圖9示出例如借助于500pF、1500pF和2500pF的電容器產(chǎn)生的單電弧放電脈沖 130、135、140的各個示例性實施例。圖10是適于說明根據(jù)本發(fā)明方法的實驗室試驗過濾器裝置的示意性框圖。實驗室試驗過濾器裝置500可包括殼體510，載有顆粒物質(zhì)的過濾器裝置520設置在該殼體510 中。由于例如在過濾器裝置520內(nèi)的電極100、110的設置和產(chǎn)生至少一個電弧放電脈沖系列，顆粒物質(zhì)可從過濾器裝置520或需要去除已過濾材料的任何其他表面移除。清潔過濾器530以與過濾器裝置520相距一定距離設置在過濾器裝置520的下游。過濾器裝置520是載有顆粒物質(zhì)達3. 8g/l的200cpsi堇青石WFF。根據(jù)本發(fā)明對顆粒物質(zhì)進行處理，以從過濾器表面移除顆粒物質(zhì)。使用小的民用600w真空吸塵器抽吸通過過濾器的空氣，將所捕獲的顆粒物質(zhì)傳輸入第二清潔過濾器530中，以允許進行所去除顆粒物質(zhì)量的質(zhì)量測量。具有16W的平均能量消耗的十五個電弧放電脈沖連續(xù)地施加到過濾器達三分鐘。使用背壓和質(zhì)量測量來確定根據(jù)本發(fā)明的方法處理的效果。該構(gòu)造僅用于通過收集從必須被再生的已裝載的過濾器裝置520上去除的顆粒物質(zhì)，并將它收集在下游的過濾器530中并分別稱重重量的損失和增加，來審核所去除的顆粒物質(zhì)的質(zhì)量。圖12所示的表示出兩個過濾器520、530的質(zhì)量變化。它表明通過重復脈沖電弧放電三分鐘電弧放電所提供的十五個有源電極，從第一過濾器520去除了大約5. 3g的顆粒物質(zhì)。如圖11所示，在50至200kg/h之間這將過濾器的背壓降低了平均86%。相應于深度板式過濾模式，在過濾器的結(jié)構(gòu)中每升顆粒物質(zhì)為0. 5至Ig (特別是1. 22-2. 44g)。這意味著所捕獲顆粒物質(zhì)中的大約7. 4g位于濾餅層中。假定根據(jù)本發(fā)明的方法處理僅72%的過濾器容積，濾餅層的大約5. 3g(71% )的去除表明根據(jù)本發(fā)明的方法對于在短時間內(nèi)以低功率去除顆粒物質(zhì)濾餅層是非常有效的。最后，圖13示出過濾裝置30的縱向截面圖，其中利用根據(jù)本發(fā)明的方法，顆粒物質(zhì)120從一些通道35中的過濾器壁55上被移除。工業(yè)實用件本發(fā)明的如圖1所示的再生過濾器裝置5可用于再生過濾裝置30或過濾裝置 300，和/或本領域已知的其他適當?shù)倪^濾裝置或物質(zhì)收集裝置。這種裝置可用于任何需要去除物質(zhì)例如顆粒物質(zhì)或顆粒物的應用中。例如，本發(fā)明的方法和裝置可用于柴油、汽油、 天然氣和/或本領域已知的其他燃燒發(fā)動機或燃燒爐中。還能用于其他的應用。例如用于從顆粒材料產(chǎn)生氣溶膠的制藥工業(yè)中。本發(fā)明的方法和裝置還可用于吸入器、熱交換器，特別是清潔型熱交換器等，并且用于燃料噴射器的清潔。如上所述，本發(fā)明的方法和裝置5可特別與任何作業(yè)機械、公路車輛、越野車輛、 固定式機器和/或其他產(chǎn)生廢氣的機器結(jié)合使用，以從安裝在其上的過濾裝置去除物質(zhì)。在再生期間，過濾裝置30、300可保持在其通常的工作位置。但是，還可能以可替換方式安裝過濾裝置30、300，以去除載有顆粒物質(zhì)的過濾裝置30、300以將它安裝在固定的再生裝置中。在這種固定的再生裝置中，可將一定數(shù)量的電極100、110設置成插入過濾裝置30、300且隨后根據(jù)本發(fā)明的方法產(chǎn)生一個或多個系列電弧放電脈沖，引起通過過濾裝置30、300傳播的壓力波，并且由此移除顆粒物質(zhì)120。本發(fā)明的方法和裝置的特征在于電弧放電，該電弧放電使顆粒物質(zhì)例如炭煙和/ 或灰分等松弛，這樣它能隨后以與不使用本發(fā)明方法的工序相比低得多的壓力或流動要求而被去除。炭煙和/或灰分和/或其他顆粒物質(zhì)可聚集在單獨的或組合式容器中，例如上述容器中。如果提供單獨的再生裝置，則例如通過吹風機或真空裝置，從過濾裝置30、300移除的顆粒物質(zhì)可以被從過濾裝置30、300吹出，或者所移除的顆粒物質(zhì)120可被抽吸到相關的容器中。為了從過濾裝置30、300去除顆粒物質(zhì)120，可關閉內(nèi)燃發(fā)動機(未示出)使得燃燒終止，且沒有廢氣從內(nèi)燃發(fā)動機流到其排氣管20?？赏ㄟ^控制器(未示出)、機器操作者或技術人員致動閥85，以打開將過濾器入口 10與儲存容器90相連接的支線80的端口 86。隨后，可通過致動脈沖產(chǎn)生裝置70來再生過濾裝置30、300。可替換地，可在顆粒物質(zhì)被移除之后進行經(jīng)由閥85的端口 86的打開，也就是致動脈沖產(chǎn)生裝置70，這樣在顆粒物質(zhì)120被部分或完全從過濾裝置30、300移除之后，建立過濾器入口和儲存容器90之間的連接。所捕獲的顆粒物質(zhì)120從過濾裝置30、300的移除可包括產(chǎn)生至少一系列電弧放電脈沖，該電弧放電脈沖可具有確定的重復率且包括根據(jù)所確定重復率的一定數(shù)量的相同或相似的脈沖。在一系列電弧放電脈沖和隨后系列的電弧放電脈沖之間可設定確定的時間段。在本發(fā)明方法的示例性實施例中，產(chǎn)生一系列電弧放電脈沖直到去除捕獲在過濾裝置 30中的所要求數(shù)量的顆粒物質(zhì)120或確定比例的估算的顆粒物質(zhì)120。例如，可以在幾秒至幾小時時間段產(chǎn)生一系列電弧放電脈沖。在另一示例性實施例中，一系列電弧放電脈沖產(chǎn)生大約幾秒至幾分鐘，且隨后是另一或相同時間周期的具有相同或另一重復率的后續(xù)其他系列的電弧放電脈沖。電弧放電脈沖系列的數(shù)目和/或重復率和/或一系列電弧放電脈沖的脈沖振幅和上升時間可適于獲得過濾裝置30、300的最佳再生。例如，一系列電弧放電脈沖的每個電弧放電脈沖的上升時間可以在大約Ins至1000ns或更多的范圍內(nèi)，優(yōu)選為大約100ns，更優(yōu)選為5ns至50ns，或更優(yōu)選為大約10ns。應該認識到，上述范圍的每個值和每個中間值都是本發(fā)明方法的一部分。在兩個相繼的電弧放電脈沖系列之間，或在一個或更多的電弧放電脈沖系列的產(chǎn)生的終止之后， 可跟隨從過濾裝置30、300去除所移除的顆粒物質(zhì)120的步驟?？商鎿Q地以一個或多個放電脈沖系列或在從過濾裝置30、300移除顆粒物質(zhì)的終止之后，實施所移除的顆粒物質(zhì)120 的去除。如果必須去除所移除的顆粒物質(zhì)120，則可致動抽氣風扇95以從過濾裝置30抽出通道35內(nèi)的所移除的顆粒物質(zhì)120。還可能從過濾裝置300外部抽出所移除的物質(zhì)120。 風扇或抽氣裝置可以是將空氣進給到過濾器的其他側(cè)面且用于將顆粒物質(zhì)從過濾器吹出的風扇或鼓風機。當所移除的顆粒物質(zhì)120被傳送到容器90時，容器90可被排空，或者整個容器90 與支線80斷開連接，以使容器90在另外的位置排空或就地再生。如上所示，可產(chǎn)生至少一系列電弧放電脈沖，以通過產(chǎn)生能引起穿過過濾裝置30、 300傳播的壓力波的電弧放電來從過濾裝置30、300移除顆粒物質(zhì)120。脈沖的上升時間rt 和/或最大振幅amp和/或數(shù)目和/或電弧放電脈沖系列的數(shù)目可影響穿過過濾裝置30、 300傳播的壓力波的產(chǎn)生。本發(fā)明的方法和再生過濾器裝置5可產(chǎn)生與已知系統(tǒng)相比更低的能耗。此外，優(yōu)勢是能產(chǎn)生更少的co2。此外，僅有較少或甚至沒有灰分留在過濾器中。本發(fā)明的方法使得可降低過濾裝置30、300最高溫度設計，并且因此過濾裝置可由更便宜和/或更有效的材料組成?！愣?，根據(jù)本發(fā)明，可在通過特定的電弧放電脈沖或至少一系列特定的電弧放電脈沖移除顆粒物質(zhì)之后，從過濾器去除所移除的顆粒物質(zhì)，例如炭煙和/或灰分。換句話說，本發(fā)明的核心是至少一個特定電弧放電的應用，該特定電弧放電可從過濾器移除顆粒物質(zhì)而不燃燒顆粒物質(zhì)。因此，本發(fā)明的方法可以是用于再生任何過濾器的方法，其適于通過與燃燒顆粒物質(zhì)的現(xiàn)有技術解決方案相比相對低的溫度從氣體去除顆粒物質(zhì)。捕獲在過濾器中的顆粒物質(zhì)不被燃燒而是從過濾器中機械地敲出。根據(jù)本發(fā)明方法的一方面，“自動選擇性”是重要的，因為電弧放電位于炭煙的顆粒上，也就是它大多數(shù)不在清潔的過濾器表面上使用。然而，即使過濾器中未載有炭煙而是載有其他顆粒物質(zhì)，例如灰分或其他污染物，也可使用本發(fā)明的方法。因此，灰分的移除可以是本發(fā)明的方法和裝置的附加優(yōu)勢，因為當前灰分的形成限制了顆粒過濾器例如柴油顆粒過濾器的壽命，且本發(fā)明可使他們使用更長時間。另一方面是本發(fā)明的裝置方法可以是緊湊的，且本發(fā)明的方法和裝置可以是低成本的。雖然這里已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但可進行改進和修改而不背離所附權(quán)利要求的范圍。在此明確指出，出于原始公開的目的以及出于獨立于實施例和/或權(quán)利要求中的特征的組合來限制所要求保護發(fā)明的目的，說明書和/或權(quán)利要求中公開的全部特征被單獨地且彼此獨立地公開。在此明確指出，出于原始公開的目的以及出于特別是作為數(shù)值范圍的限制來限制所要求保護的發(fā)明的目的，所有數(shù)值范圍或各組實體的說明公開了每個可能的中間值或中間實體。
權(quán)利要求
1.一種用于再生適于從氣體GO)去除顆粒物質(zhì)(120)的過濾器(30 ；300)的方法，所述方法包括以下方法步驟產(chǎn)生至少一個電弧放電脈沖(130 ；135 ；140)，所述至少一個電弧放電脈沖(130 ；135 ； 140)適于在所述過濾器(30 ；300)中產(chǎn)生至少一個電弧放電，且由此產(chǎn)生至少一個壓力波， 所述至少一個壓力波使捕獲在所述過濾器(30;300)中的顆粒物質(zhì)(120)從所述過濾器 (30 ；300)移除。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括優(yōu)選地通過吹走或抽吸，從所述過濾器(30 ；300)去除所移除的顆粒物質(zhì)(120)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，產(chǎn)生由至少一系列電弧放電脈沖(130;135; 140)引起的所述過濾器(30;300)中的至少一系列電弧放電，所述至少一系列電弧放電脈沖(130 ；135 ； 140)適于產(chǎn)生使捕獲在所述過濾器(30 ；300)中的顆粒物質(zhì)(120)從所述過濾器(30 ；300)移除的壓力波。
4.如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，其中，所述至少一個電弧放電脈沖 (130 ；135 ； 140)具有大約10A、優(yōu)選為大約50A的最小峰值脈沖電流和/或大約1000A、優(yōu)選為大約100A的最大峰值脈沖電流。
5.如權(quán)利要求3或4所述的方法，其中，所述電弧放電脈沖包括每放電長度的脈沖能量釋放為大約0. lmj/mm至100mJ/mm、優(yōu)選在lmj/mm至10mJ/mm之間的脈沖(130 ；135 ； 140)。
6.如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，其中，每個電弧放電脈沖(130;135; 140)的脈沖上升時間(rt)為大約10_9s至10_7s，優(yōu)選為10_8s。
7.如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，其中，脈沖數(shù)目達每升過濾器容積 IO6,優(yōu)選為每升IO3脈沖至每升IO5脈沖，和/或優(yōu)選地脈沖重復率在大約5Hz至50Hz之間，優(yōu)選為大約IOHz至20Hz。
8.如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，還包括重復進行產(chǎn)生所述至少一系列電弧放電脈沖(130 ；135 ； 140)的順序。
9.如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，其中，脈沖寬度為大約1至1000ns，優(yōu)選為10至500ns，更優(yōu)選為大約50ns。
10.如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，其中，最小脈沖高度為大約2A。
11.如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，其中，設置至少一個第一電極(100) 和至少一個第二電極(110)，并且所述方法還包括通過所述至少一個電弧放電脈沖，優(yōu)選地通過所述至少一系列電弧放電脈沖(130 ；135 ；40)，在所述至少一個第一電極(100)和所述至少一個第二電極(110)之間產(chǎn)生電弧放電。
12.如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，其中，所述過濾器(30;300)包括具有與入口側(cè)(30 相對的出口側(cè)(310)的至少一個過濾器壁(55 ；300)，以及至少一個第一電極(100)和至少一個第二電極(110)，所述至少一個第一電極(100)設置在所述入口側(cè) (305)或所述出口側(cè)(310)，且所述至少一個第二電極(110)設置在所述入口側(cè)(30 或所述出口側(cè)(310)，所述方法還包括通過所述至少一個電弧放電脈沖，優(yōu)選地通過所述至少一系列電弧放電脈沖(130 ；135 ；40)，在位于或穿過所述過濾器壁(55 ；300)的所述至少一個第一電極 (100)和所述至少一個第二電極(110)之間產(chǎn)生電弧放電。
13.如前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的方法，其中，發(fā)動機顆粒過濾器例如柴油發(fā)動機顆粒過濾器(30 ；300)被再生，且所述顆粒物質(zhì)包括發(fā)動機燃料燃燒產(chǎn)物，諸如柴油發(fā)動機顆粒物質(zhì)和/或炭煙(120)和/或灰分。
14.一種過濾器再生裝置(5)，包括適于產(chǎn)生至少一個電弧放電脈沖(130;135;140)的脈沖產(chǎn)生裝置(70)，所述至少一個電弧放電脈沖(130 ；135 ； 140)適于在過濾器(30 ；300)內(nèi)產(chǎn)生至少一個電弧放電且由此產(chǎn)生至少一個壓力波，所述至少一個壓力波使捕獲在所述過濾器(30;300)中的顆粒物質(zhì) (120)從所述過濾器(30 ；300)移除。
15.如權(quán)利要求14所述的過濾器再生裝置，還包括適于從所述過濾器(30 ；300)去除所移除的顆粒物質(zhì)(120)的顆粒去除裝置(90 ；95)。
16.如權(quán)利要求14或15所述的過濾器再生裝置，其中，所述脈沖產(chǎn)生裝置(70)適于產(chǎn)生至少一系列電弧放電脈沖(130 ；135 ； 140)，所述系列電弧放電脈沖(130 ；135 ； 140)適于在過濾器(30;300)內(nèi)產(chǎn)生電弧放電且由此產(chǎn)生壓力波，所述壓力波使捕獲在所述過濾器 (30 ；300)中的顆粒物質(zhì)(120)從所述過濾器(30 ；300)移除。
17.如權(quán)利要求14-16中的一項或多項所述的過濾器裝置，其中，所述過濾器(30; 300)包括至少一個過濾器壁(55 ；300)以及至少一個第一電極(100)和至少一個第二電極 (110)，所述過濾器壁具有適于捕獲顆粒物質(zhì)(120)的入口側(cè)(30 和與所述入口側(cè)(305) 相對的出口側(cè)(310)，所述第一電極和第二電極適于在所述過濾器(30 ；300)內(nèi)產(chǎn)生電弧放 H1^ ο
18.如權(quán)利要求14-17中的一項或多項所述的過濾器裝置，其中，在所述過濾器(30； 300)中設置有至少一個第一電極(100)，特別是接地電極，并且優(yōu)選為有源電極(110)的至少一個第二電極(110)與所述第一電極(100)相距一定距離。
19.如權(quán)利要求18所述的過濾器裝置，其中，多個第一電極(100)彼此連接，和/或多個第二電極(110)彼此連接。
20.如權(quán)利要求19所述的過濾器裝置，其中，所述多個第二電極(110)與所述至少一個第一電極(100)相距一定距離均勻地分布。
21.如權(quán)利要求14-20中的一項或多項所述的過濾器裝置，其中，在所述過濾器(30； 300)中設置有若干個第一電極(100)，且每個第一電極(100)與兩個或更多個第二電極 (110)相關聯(lián)，所述第二電極與相應的第一電極(100)相距一定距離。
22.如權(quán)利要求14-21中的一項或多項所述的過濾器裝置，其中，所述脈沖產(chǎn)生裝置 (70)包括優(yōu)選為直流電壓源的電壓源(22 以及至少一組包括至少一個第一電極(100)和至少一個第二電極(110)的電極，其中，所述至少一個第一電極(100)與高電壓端子連接， 且相同組電極中的所述至少一個第二電極(110)接地。
23.如權(quán)利要求22所述的過濾器裝置，還包括適于改變所述端子的極性的逆變器 (205)。
24.如權(quán)利要求15-23中的一項或多項所述的過濾器再生裝置，其中，所述顆粒去除裝置(90 ；95)包括鼓風機裝置，優(yōu)選為低壓鼓風機，所述鼓風機適于將從所述過濾器(30 ； 300)移除的顆粒物質(zhì)(120)吹入儲存裝置(90)。
25.如權(quán)利要求15-23中的一項或多項所述的過濾器再生裝置，其中，所述顆粒去除裝置(90 ；95)包括抽吸裝置(95)，所述抽吸裝置適于將所移除的顆粒物質(zhì)(120)吸入儲存裝置(90)。
26.如權(quán)利要求14-25中的一項或多項所述的過濾器再生裝置，其中，所述脈沖產(chǎn)生裝置(70)適于產(chǎn)生均具有大約IOA的最小峰值脈沖電流和/或大約1000A、優(yōu)選為大約100A 的最大峰值脈沖電流的電弧放電脈沖。
27.如權(quán)利要求14-26中的一項或多項所述的過濾器再生裝置，其中，所述脈沖產(chǎn)生裝置(70)適于產(chǎn)生至少一系列電弧放電脈沖，所述系列電弧放電脈沖包括每電弧放電長度的脈沖能量釋放為大約0. lmj/mm至100mJ/mm、優(yōu)選在lmj/mm至10mJ/mm之間的脈沖(130 ； 135 ； 140)。
28.如權(quán)利要求14-27中的一項或多項所述的過濾器再生裝置，其中，所述脈沖產(chǎn)生裝置(70)適于產(chǎn)生均具有大約10_9s至10_7s、優(yōu)選為10_8s的脈沖上升時間的電弧放電脈沖。
29.如權(quán)利要求14-28中的一項或多項所述的過濾器再生裝置，其中，所述脈沖產(chǎn)生裝置(70)適于產(chǎn)生至少一系列電弧放電脈沖(130 ；135 ； 140)，其中脈沖數(shù)目達每升過濾器容積106，優(yōu)選為每升IO3脈沖至每升IO5脈沖，優(yōu)選地具有大約5Hz至50Hz、優(yōu)選為IOHz至 20Hz的脈沖重復率。
30.如權(quán)利要求14-29中的一項或多項所述的過濾器再生裝置，還包括適于從氣體 (40)去除顆粒物質(zhì)(120)的過濾器(30 ；300)，例如整體式顆粒過濾器。
31.一種具有適于捕獲顆粒物質(zhì)的過濾器材料(5 的柴油顆粒過濾器(30;300)，其中，所述過濾器材料具有大約600°C、優(yōu)選為大約500°C至550°C、或更優(yōu)選為大約400°C至 450°C的最高耐受溫度。
32.如權(quán)利要求31所述的柴油顆粒過濾器(30;300)，還包括至少一對電極(100; 110)，所述一對電極適于在所述過濾器(30;300)中產(chǎn)生由至少一個電弧放電脈沖(130; 135 ； 140)引起的電弧放電，且由此在所述過濾器(30 ；300)內(nèi)產(chǎn)生至少一個壓力波，所述壓力波使捕獲在所述過濾器(30 ；300)中的顆粒物質(zhì)(120)從所述過濾器(30 ；300)移除。
33.如權(quán)利要求31或32所述的柴油顆粒過濾器(30；300)，其中，所述過濾器材料從陶瓷、優(yōu)選為堇青石和紙組成的組中選擇。
34.至少一個電弧放電的應用，所述電弧放電構(gòu)造成不燃燒捕獲在過濾器中的顆粒物質(zhì)但是使捕獲在所述過濾器中的顆粒物質(zhì)從所述過濾器移除。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于再生適于從氣體(40)中去除顆粒物質(zhì)(120)的過濾器(30；300)的方法。所公開的方法包括至少產(chǎn)生至少一個電弧放電脈沖(130；135；140)，所述至少一個電弧放電脈沖(130；135；140)適于產(chǎn)生至少一個壓力波以使得顆粒物質(zhì)(120)從過濾器(30；300)移除。此外，本發(fā)明涉及一種過濾器再生裝置和柴油顆粒過濾器(30；300)。
文檔編號F01N3/023GK102171422SQ200880131343
公開日2011年8月31日 申請日期2008年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者A·M·威廉姆斯, C·P·加納, D·M·希頓, D·W·霍爾, J·E·哈里, J·G·P·賓納, K·拉德哈 申請人:珀金斯發(fā)動機有限公司