用，就會(huì)將背壓保持在較低水平，而不消耗外部能量。
[0096]雖然APE不像完全過(guò)濾器、尤其是CRT系統(tǒng)那樣對(duì)燃料中的硫(小于1ppm.S)敏感，但是燃料中含有盡可能少的硫?qū)ζ溥\(yùn)行是有益的。然而，對(duì)于所有預(yù)期應(yīng)用來(lái)說(shuō)，這是不可能的。使用旁路顆粒分離器可減少氧化催化劑(較低的Pt負(fù)載)的活性，由此同時(shí)減少硫酸鹽的形成。因此，根據(jù)本發(fā)明的所述設(shè)備也可用于富含硫的燃料，因?yàn)镻PE可以是密集有效的，即使在顆粒會(huì)迅速積聚在PPE中并且PPE背壓會(huì)上升的情況下，OPE會(huì)起到保證流體暢通并限制背壓的作用?？筛鶕?jù)駕駛(運(yùn)行)條件和燃料，給出調(diào)控策略。
[0097]在完全過(guò)濾器中，已通過(guò)使用所述過(guò)濾器上游和下游的壓力傳感器并在溫度傳感器的輔助下來(lái)調(diào)控主動(dòng)再生。將壓差數(shù)據(jù)與發(fā)動(dòng)機(jī)控制參數(shù)圖數(shù)據(jù)(engine map data)結(jié)合起來(lái)，可在最容易開(kāi)始并節(jié)能的時(shí)刻開(kāi)始主動(dòng)再生。當(dāng)然也可以將發(fā)明設(shè)備或設(shè)備部件與這些方法一起使用。在完全過(guò)濾器(PPE)中，這是很自然的，但APE即使在高顆粒負(fù)載量的情況下，背壓也很低，從而壓力傳感器的準(zhǔn)確度可能會(huì)成為限制因素。因此，將背壓傳感器設(shè)置在所述設(shè)備的整個(gè)系統(tǒng)或所述主顆粒分離器中，實(shí)際上是一樣的。通過(guò)上面給出的策略，共同使用主動(dòng)再生和完全過(guò)濾器是最明智的實(shí)施方式。壓力和溫度傳感器也可用于OBD目的，以告知所述設(shè)備是否堵塞或過(guò)熱，并是否需要維修。
[0098]所述凈化設(shè)備的上游側(cè)，不但可以供給碳?xì)浠衔锖鸵阎娜剂?，還可以供給其他氧化和還原性化合物，如單純的氨、脲、臭氧、過(guò)氧化氫、空氣、氧氣和/或水，或它們的混合物。這能夠促進(jìn)NOJP /或顆粒的反應(yīng)，促進(jìn)所述凈化設(shè)備的維修，以及調(diào)節(jié)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量。
[0099]根據(jù)本發(fā)明，所述結(jié)構(gòu)可進(jìn)行被動(dòng)和/或主動(dòng)再生(圖9)。在更易于堵塞、更需要再生的主過(guò)濾器中，可應(yīng)用基于使用外部能量(燃料和電力)的主動(dòng)再生。當(dāng)所述主顆粒分離器堵塞時(shí)，越來(lái)越少的流體流過(guò)該分離器，與再生過(guò)程中大部分流體流過(guò)并冷卻該分離器的情形相比，需要更少的熱能來(lái)加熱該分離器和流體。同時(shí)，由于使用了外部能量，能夠在稀混合氣發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目中改變A/F比，以接近λ值1，由此，排氣的溫度升高。因此，主顆粒分離器的再生可能基于A/F比調(diào)整和同步補(bǔ)充加熱，而旁路顆粒分離器的再生可能會(huì)借由A/F比調(diào)整以及由此導(dǎo)致的溫度上升而增強(qiáng)。否則，只要NO2與碳的比值以及溫度(高于250°C )適合進(jìn)行NO2與碳的反應(yīng)時(shí)，兩種分離器就會(huì)發(fā)生被動(dòng)再生。
[0100]實(shí)施例1
[0101]可基于現(xiàn)有技術(shù)中已知的蜂窩的背壓，模擬示例性組件和流量分布。對(duì)于每種蜂窩類型，一些參數(shù)通過(guò)計(jì)算方程界定，其中廢氣的壓力損失取決于蜂窩結(jié)構(gòu)、蜂窩尺寸、目數(shù)、載體介質(zhì)量、溫度和流速。這些用于催化劑蜂窩的壓力損失方程都是常識(shí)。示例性的計(jì)算包括流速迭代，以使相鄰蜂窩之間的壓力損失相等，本質(zhì)上這是在這些結(jié)構(gòu)上均衡流體的效果。在這些方程中，可以單純以幾何方式并通過(guò)與處理載體介質(zhì)同樣的方式來(lái)處理碳煙以及改變載體介質(zhì)的厚度，以呈現(xiàn)出堵塞狀況。后者的計(jì)算方式可能只適合小型PM負(fù)載。已在基于Excel的電子表格上進(jìn)行了相鄰蜂窩的迭代計(jì)算，包括每種蜂窩類型的壓力損失方程。
[0102]在示例性的計(jì)算中，給定發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣的量為770kg/h。廢氣的最高溫度為500°C，并且運(yùn)行條件在外部空氣溫度和進(jìn)行壓力損失計(jì)算的最高溫度間波動(dòng)。
[0103]案例1:所述主蜂窩是由對(duì)角波紋金屬濾網(wǎng)制成的開(kāi)放型顆粒分離器，所述對(duì)角波紋金屬濾網(wǎng)的波紋高度對(duì)應(yīng)于400cpsi目數(shù)，絲的厚度為110 μ m，載體介質(zhì)的量為1g/m2。所述旁路蜂窩是直通道型400cpsi金屬蜂窩，其中箔的厚度為50 μ m，載體介質(zhì)的量為40g/m2。對(duì)于主蜂窩和旁路蜂窩的尺寸，進(jìn)行了初步計(jì)算和迭代。環(huán)形旁路蜂窩的壓力損失可以根據(jù)具有匹配表面的圓形蜂窩進(jìn)行計(jì)算。主蜂窩直徑被設(shè)定為230_，由此，在主蜂窩周圍使用10.4_(相當(dāng)于70_的圓形)的環(huán)形旁路蜂窩結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致有90.8%的流量分配通過(guò)所述主蜂窩，而9.2%的流量分配通過(guò)所述旁路蜂窩(壓力損失16.9mbar)。如果所有所述流應(yīng)轉(zhuǎn)向通過(guò)所述旁路蜂窩，那么壓力損失可能是543mbar，因而這是最壞的情況。當(dāng)旁路蜂窩的尺寸比這(相當(dāng)于小于70mm)更小時(shí)，整個(gè)所述流的壓力損失增加到極度大:即在相當(dāng)于旁路直徑30mm的情況下，為7366mbar，在相當(dāng)于旁路直徑50mm的情況下為1662mbar。這些結(jié)構(gòu)(窄通道)甚至可使用足夠長(zhǎng)時(shí)間，只要確保所述主顆粒分離器不會(huì)完全堵塞，因此這種極端的最壞情況永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生。
[0104]案例2:條件跟案例I的一樣。但采用的旁路蜂窩是Ecocat?蜂窩(箔50 μ m，載體介質(zhì)40g/m2)，含有曲折的通道。該旁路通道的表面保持得跟先前一樣(D70mm)，由此所述主流為90.3%,而通過(guò)旁路蜂窩的是9.7% (壓力損失16.7mbar)。對(duì)于所述流完全通過(guò)該旁路蜂窩這種情況，壓力損失會(huì)是501mbar。如果蜂窩中載體介質(zhì)的量減少50%，即20g/m2，流量分配會(huì)是89.3%比10.7% (16.4mbar,并且最大424mbar)。
[0105]案例3:模擬顆粒積聚，前提是顆粒的影響與在案例2中增加載體介質(zhì)相似。假定開(kāi)放型旁路單元完全不收集顆粒。如果APE已經(jīng)收集一層40 μ m厚的顆粒，流量分配會(huì)變?yōu)?8.3%比11.7% (21.9mbar，最大50Imbar)。對(duì)于10ym的顆粒層，所述的流量分配將是 85% 比 15% (31.5mbar,最大值不變，即 50Imbar)。
[0106]案例4:也使用直通道型旁路蜂窩(400cpsi，箔厚度為50μπι，載體介質(zhì)的量為40g/m2)計(jì)算了案例3的情況。在計(jì)算的基礎(chǔ)上，獲得了顆粒層厚度與旁通率和系統(tǒng)壓力損失之間的關(guān)系(圖10)。這清楚地表明，所述主流，以及PM效率，在主顆粒分離器側(cè)取決于中等厚度的顆粒層。500μπι厚的顆粒層具有約40%的旁通率。
[0107]相應(yīng)的做法也可以相對(duì)于壓力損失和流量分配而用于模擬一些結(jié)構(gòu)并設(shè)置其尺寸，所述結(jié)構(gòu)中的主顆粒分離器是蜂窩型完全過(guò)濾器而旁路顆粒分離器例如是開(kāi)放型顆粒分離器，如前面的實(shí)施例所示。
[0108]旁路蜂窩D70，在實(shí)際應(yīng)用中尺寸剛好:這樣有9.2 %的流量通過(guò)旁路蜂窩，最大壓差是543mbar。因此，所述流的主要部分，即約80-91 %，將流過(guò)主蜂窩，其尺寸設(shè)置成所述PM轉(zhuǎn)換率約為50-70%。如果開(kāi)始出現(xiàn)堵塞，通常，所述整個(gè)旁路蜂窩的背壓會(huì)與在DPF項(xiàng)目中的最大壓差的量級(jí)相同。同樣的原理也可以用在為達(dá)到略微不同的背壓或流量分配而進(jìn)行的尺寸設(shè)置中。在模擬和設(shè)計(jì)中，也要考慮這樣一種情況，即所述旁路蜂窩的背壓由于堵塞也略微增加。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.用于處理含顆粒流體的凈化設(shè)備(PUL)，其特征在于，為了提供高顆粒分離能力，并且在運(yùn)行條件下保持基本上無(wú)堵塞，所述凈化設(shè)備(PUL)包括用于流體通流的至少一個(gè)主顆粒分離器(PPE)，以及在所述主顆粒分離器(PPE)旁邊的至少一個(gè)旁路顆粒分離器(OPE)，所述主顆粒分離器(PPE)具有比所述旁路顆粒分離器(OPE)高的相對(duì)顆粒分離能力和壓力損失，所述旁路顆粒分離器(OPE)基本上不易堵塞并且設(shè)置尺寸使得，一旦主顆粒分離器(PPE)被完全堵塞，其能夠進(jìn)行凈化設(shè)備(TOL)中的流體處理，并且設(shè)置流經(jīng)所述主顆粒分離器和旁路顆粒分離器的流體流量，以由所述分離器的相對(duì)背壓控制，所述主顆粒分離器(PPE)位于所述凈化設(shè)備的中部，所述旁路顆粒分離器(OPE)位于所述主顆粒分離器(PPE)結(jié)構(gòu)的周圍并在流動(dòng)方向上與其平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化設(shè)備(PUL)，其特征在于，所述主顆粒分離器(PPE)是完全過(guò)濾器，所述旁路顆粒分離器(OPE)是開(kāi)放型顆粒分離器(APE)，其蜂窩結(jié)構(gòu)中具有滲透壁并且在所述壁之間具有開(kāi)放型通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化設(shè)備(PUL)，其特征在于，所述主顆粒分離器(PPE)和旁路顆粒分離器(OPE)之間流體通流的調(diào)節(jié)主要基于分離器的相對(duì)背壓、大小和填充程度以完全靜態(tài)方式確定，無(wú)需調(diào)節(jié)閥。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化設(shè)備(PUL)，其特征在于，所述主顆粒分離器(PPE)是開(kāi)放型顆粒分離器，所述旁路顆粒分離器(OPE)是流通型蜂窩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化設(shè)備(PUL)，其特征在于，設(shè)置所述主顆粒分離器(PPE)的尺寸，在空載條件下和/或具有正常顆粒負(fù)載時(shí)，具有大于70%的通流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化設(shè)備(PUL)，其特征在于，設(shè)置所述主顆粒分離器(PPE)的尺寸，當(dāng)全部流流經(jīng)所述旁路顆粒分離器(OPE)時(shí)，與沒(méi)有顆粒的凈化設(shè)備(TOL)相比，壓力損失可以增加到5-50倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化設(shè)備(PUL)，其特征在于，所述主顆粒分離器(PPE)及旁路顆粒分離器(OPE)涂有催化劑，所述催化劑催化作為還原劑的碳?xì)浠衔?、一氧化碳、氫氣、氮氧化物、氨?或顆粒的氧化，和/或碳?xì)浠衔?、氨?duì)氮氧化物的還原，和/或吸附氮氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化設(shè)備(PUL)，其特征在于，所述主顆粒分離器(PPE)具有50-100%的顆粒分離效率，所述旁路顆粒分離器(OPE)具有20-90%的顆粒分離效率。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化設(shè)備(PUL)，其特征在于，所述主顆粒分離器(PPE)是陶瓷壁流式過(guò)濾器，所述旁路顆粒分離器(OPE)是金屬和/或陶瓷開(kāi)放型顆粒分離器(APE)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凈化設(shè)備(PUL)，其特征在于，在所述凈化設(shè)備(PUL)的上游進(jìn)一步提供凈化催化劑，其在碳?xì)浠衔?、一氧化碳、氮氧化物?或顆粒的氧化中、和/或催化除去氮氧化物中具有活性。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于處理含顆粒流體的凈化設(shè)備(PUL)。為了提供高顆粒分離能力，并且在運(yùn)行條件下保持基本上無(wú)堵塞，本實(shí)用新型的凈化設(shè)備(PUL)包括用于流體通流的至少一個(gè)主顆粒分離器(PPE)，以及在所述主顆粒分離器(PPE)旁邊的至少一個(gè)旁路顆粒分離器(OPE)，所述主顆粒分離器(PPE)具有比所述旁路顆粒分離器(OPE)高的相對(duì)顆粒分離能力和壓力損失，所述旁路顆粒分離器(OPE)基本上不易堵塞并且設(shè)置尺寸使得，一旦主顆粒分離器(PPE)被完全堵塞，其能夠進(jìn)行凈化設(shè)備(PUL)中的流體處理，并且設(shè)置流經(jīng)所述主顆粒分離器和旁路顆粒分離器的流體流量，以由所述分離器的相對(duì)背壓所控制。
【IPC分類】B01D46-52, F01N3-021, B01D46-00, F01N3-035, F01N3-031, F01N3-08
【公開(kāi)號(hào)】CN204386703
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201290000796
【發(fā)明人】T·毛努拉
【申請(qǐng)人】迪耐斯依柯卡特有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2012年7月6日
【公告號(hào)】EP2729673A1, EP2729673A4, WO2013004914A1