DE102007029549B4

DE102007029549B4 - Vorrichtung

Info

Publication number: DE102007029549B4
Application number: DE200710029549
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Vom Stein
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2007-06-25
Filing date: 2007-06-25
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-06-26
Also published as: EP2160250A1; DE102007029549A1; WO2009000485A1

Abstract

Vorrichtung zum Entfernen von Partikeln aus einem die Partikel beinhaltenden strömenden gasartigen Medium, umfassend folgende Merkmale:
– Ein Kanal zum Führen des Mediums,
– in einem ersten Bereich der Kanalbegrenzung ist eine an einen Pol einer Hochspannungs-DC-Quelle anschließbare Koronaaufladungselektrode angeordnet, und
– in einem dem ersten Bereich gegenüberliegenden zweiten Bereich der Kanalbegrenzung ist eine Gegenelektrode angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von Partikeln aus einem die Partikel beinhaltenden strömenden gasartigen Medium.
Beispielsweise aus der DE 10 2004 010 583 A1 ist ein Ölabscheider zum Abscheiden von Öl aus einem strömenden Medium mit einer im Wesentlichen durch Prallwände gebildeten, labyrinthartigen Strömungsführung bekannt. Dabei ist wenigstens eine der Prallwände wenigstens in einem Teilbereich gummiartig verformbar. Ferner ist besagter Ölabscheider als integraler Bestandteil einer Zylinderkopfhaube eines Verbrennungsmotors ausgebildet.
Aus der EP 1 757 368 A1 ist eine Gasbehandlungsvorrichtung bekannt, umfassend eine Staubsammelelektrode und eine Koronaaufladungselektrode zum Ausbilden einer Koronaentladung im Gas zwischen den beiden Elektroden, indem eine Hochspannung angelegt wird, um Komponenten im Gas anzuhäufen oder zu sammeln, wobei Mittel für das Gas beschleunigende Turbulenzen in der Nähe der Oberfläche der Staubsammelelektrode vorgesehen sind.
Aus der US 2005/0235829 A1 ist eine Einrichtung zum Abscheiden von Aerosolen oder Partikeln aus Gasen bekannt, bestehend aus einem Strömungsgehäuse, durch welches die Gase mit den abzuscheidenden Bestandteilen hindurchströmen, einem Abscheider, welcher im Strömungsgehäuse angeordnet ist, und einer Koronaelektrode, welche, in Strömungsrichtung gesehen, vor dem Abscheider vorgesehen ist. Die Koronaelektrode befindet sich im Wesentlichen außerhalb der Gasströmung. Ein Luftvolumenstrom von der Koronaelektrode fließt in die Gasströmung zum Transport der von der Koronaelektrode erzeugten Ladungsträger in eine Aufladezone im Strömungsgehäuse.
Aus der US 2005/0061152 A1 ist ein kompakter elektrostatischer Abscheider bekannt, der speziell für die Beseitigung von Partikeln von Kurbelwellengehäuseemissionen von Dieselmotoren ausgelegt ist. Solche Emissionen können Rußpartikel und Öltröpfchen beinhalten. Der Abscheider hat ein Elektrodengehäuse, in dem eine Hochspannungselektrode angeordnet ist, und in dem die Emissionen durch die Elektrode zu einem Auslass hindurchgeführt werden. Eine Hochspannungsquelle ist in einem separaten Gehäuse angeordnet, und mit der Elektrode nur dann verbunden, wenn die beiden Gehäuse zusammengepasst sind, um eine Spannungsversorgung zu verhindern, wenn das Gehäuse der Hochspannungsquelle abgebaut ist.
Aus der US 2004/0226449 A1 ist ein elektrostatischer Abscheider mit einem Gehäuse einer Elektrodenanordnung für eine Coronaentladung, vorzugsweise einem Isolator und mit einem Netzgerät bekannt, wobei das Netzgerät eine Hochspannung für die Elektrodenanordnung für die Coronaentladung bereitstellt, wobei das Netzgerät im Inneren des Gehäuses angeordnet ist und wobei die Elektrodenanordnung hohles Inneres aufweist. Es wird vorgeschlagen, dass das Netzgerät in dem hohlen Inneren der Elektrodenanordnung angeordnet ist.
Aus der US 2001/0020417 A1 ist eine Elektrodenanordnung mit einer Entladungselektrode, einer benachbarten Kollektorelektrode und einer Trägerstruktur mit einer längsgerichteten Länge und einer quergerichteten Breite bekannt, wobei die Entladungselektrode mehrere dünne Drahtsegmente umfasst, die auf der Struktur mit einer Gesamtlänge, die im Wesentlichen länger ist als die Länge und die Breite, gehalten werden, wobei der Draht im Durchmesser im Wesentlichen gleichförmig ist und jedes Segment in einem im Wesentlichen gleichen Abstand von der benachbarten Kollektorelektrode wie andere Segmente gehalten wird und auf ein hohes Spannungspotenzial relativ zu dem Kollektor aufgeladen wird.
Aus der DE 100 33 639 C1 ist ein Elektroabscheider zur Abscheidung von flüssigen oder festen Partikeln aus einem Gasstrom bekannt. Der Elektroabscheider besteht aus einem Rohr, das in Längsrichtung von dem zu reinigenden Gas durchströmt wird, wobei dessen Innenwandung eine Niederschlagselektrode für die abzuscheidenden Partikel bildet. Mittig innerhalb des Rohres ist in Längsrichtung verlaufend eine Innenelektrode angeordnet, wobei in dem Raum zwischen dieser Innenelektrode und der Niederschlagselektrode ein elektrisches Hochspannungsfeld besteht. Die Ableitung des gereinigten Gases erfolgt dabei erfindungsgemäß über die für diesen Zweck zumindest teilweise hohl ausgebildete und mit Öffnungen versehene Innenelektrode.
Aus der US 5,934,261 ist bei einem als Elektrofilter mit einer einteiligen Entladungs- und einer Niederschlagselektrode ausgestalteten und im Verlauf der Entlüftungsleitung einer Kurbelgehäuseentlüftung für eine Brennkraftma schine angeordneten Ölabscheider eine Elektrodenanordnung bekannt, bei der die Sprühelektrode zweistufig ausgestaltet ist, wobei eine erste Stufe eine geringe Querschnittsfläche und eine zweite Stufe eine demgegenüber größere Querschnittsfläche aufweist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Entfernen von Partikeln aus einem die Partikel beinhaltenden strömenden gasartigen Medium derart zu schaffen, dass bei einfacher und damit kostengünstiger Ausbildung der Vorrichtung ein hoher Entfernungsgrad erzielbar ist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 umfasst eine Vorrichtung zum Entfernen von Partikeln aus einem die Partikel beinhaltenden strömenden gasartigen Medium folgende Merkmale:

– Ein Kanal zum Führen des Mediums,
– in einem ersten Bereich der Kanalbegrenzung ist eine an einen Pol einer Hochspannungs-DC-Quelle anschließbare Koronaaufladungselektrode angeordnet, und
– in einem dem ersten Bereich gegenüberliegenden zweiten Bereich der Kanalbegrenzung ist eine Gegenelektrode angeordnet.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die vorausgehend beschriebene Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1 in an sich unerwarteter Weise eine nahezu 100%ige Entfernung der Partikel unter Aufwendung lediglich einer elektrischen Leistung von ca. 10 Watt ermöglicht. Mit besonderem Vorteil findet dabei die Entfernung der Partikel ohne nennenswerte Druckverluste des strömenden gasartigen Mediums statt, was insbesondere bei einer Verwendung zur Ölabscheidung aus Blow-by-Gasen eines Verbrennungsmotors von besonderem Vorteil ist. Vergleichbares ist mit bisher bekannten, zweckgleichen Vorrichtungen, umfassend Zyklone, gravimetrische Abscheider, Filter, andere elektrostatische Lösungen usw. nicht erreichbar. Dabei unterscheidet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung von den Elektroabscheidern der eingangs zitierten Dokumente, da bei diesen anders als bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Hochspannungselektrode, beispielsweise in der Ausbildung als Koronaelektrode, derart zentrisch angeordnet ist, dass sie von einer entsprechenden Gegenelektrode zumeist in zylindermantelförmiger Ausbildung umschlossen ist.
Dabei wird der hohe Entfernungsgrad im Wesentlichen dadurch erzielt, dass besagte Koronaaufladeelektrode Einsatz findet, wobei im elektrischen Feld von der Gegenelektrode zur Koronaaufladungselektrode im Sinne einer harten Koronaaufladung ein Plasmakanal gebildet wird, mit welchem Ladung, nämlich Elektronen von den Partikeln zu der Koronaaufladungselektrode transportiert werden. Die so influenzierten Partikel werden von der Gegen elektrode auf kurzem Wege angezogen und schlagen sich dort, insofern es sich um Flüssigkeitspartikel handelt, adhäsiv haftend, einen Flüssigkeitsfilm ausbildend nieder. Dabei sind die Gegenelektrode und/oder wenigstens Teile des Kanals beispielsweise durch eine Schrägstellung derart ausgebildet, dass die sich auf der Gegenelektrode bei Betrieb der Vorrichtung niederschlagende Flüssigkeit von der Gegenelektrode in einen vorgebbaren Zielbereich weggeleitet wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Koronaaufladungselektrode beispielsweise als Spitzen ausgebildete Fortsätze, die derart angeordnet sind, dass sie nicht direkt in das strömende Medium hineinragen und dass ihre paraboloidförmigen Influenzierungszonen dem vom strömenden Medium durchströmten Kanalquerschnitt möglichst vollständig abdecken. Es darf also zwischen den Influenzierungszonen der einzelnen Fortsätzen bzw. Spitzen kein Freiraum verbleiben. Damit die Spitzen nicht direkt in das strömende Medium hineinragen, ist die Koronaaufladungselektrode, umfassend die Spitzen, beispielsweise in einer Ausbauchung der Höhlung angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist dem Elektrodenbereich der Vorrichtung ein Vorabscheider vorgeschaltet, durch den das strömende Medium hindurchgeleitet wird, wobei der Vorabscheider typischerweise wenigstens eine Prallplatte oder einen Spalt mit Tropfkante umfasst.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Vorrichtung als integraler Bestandteil einer Kurbelwellenabdeckung bzw. einer Zylinderkopfhaube eines Verbrennungsmotors ausgebildet. Dadurch, dass die Vorrichtung vergleichsweise kompakt und kleinvolumig ausgebildet ist, ist die Unterbringung in der Zylinderkopfhaube problemlos möglich, was mit besonderem Vorteil wieder um Freiräume für andere Komponenten, beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeugs, schafft.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dabei nicht auf den Einsatz als Ölabscheider für Blow-by-Gase beschränkt, sondern ist für jegliche Form der Gasreinigung einsetzbar. Somit ist auch eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Rahmen von Katalysatoren, Dieselpartikelfiltern und auch Luftfiltern, beispielsweise für Kraftfahrzeuge vorteilhaft. Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch universell als berührungslose Dichtung eingesetzt werden und/oder auch zur Gasreinigung mit Rein-Raum-Ansprüchen verwendet werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur.
Die Figur zeigt dabei als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Prinzipskizze eine Vorrichtung zum Abscheiden von Ölpartikeln aus einem strömenden gasartigen Medium 2, umfassend ein Blow-by-Gas eines Verbrennungsmotors.
Die Vorrichtung umfasst dabei einen Vorabscheider 8, durch den das strömende Medium 2 zunächst hindurchgeführt wird. Der Vorabscheider 8 ist dabei typischerweise als Prallplatte oder Spalt mit Tropfkante ausgeführt.
Danach ist das strömende Medium 2 in einen gegenüber der Horizontalen schräg gestellten Kanal 10 eingeleitet, der in etwa einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Dabei tritt das strömende Medium 2 mit den nicht durch den Vorabscheider 8 abgeschiedenen Ölpartikeln durch einen innerhalb des Kanals 10 angeordneten Elektrodenbereich hindurch.
Besagter Elektrodenbereich umfasst dabei eine Koronaaufladungselektrode 12, die sich senkrecht zur Zeichnungsebene im Wesentlichen über die vollständige Breite des Kanals 10 erstreckt. Die Koronaaufladungselektrode 12 umfasst dabei mehrere Spitzen 14, die in besagter Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene neben- bzw. hintereinander angeordnet sind. Dabei sind die Spitzen 14 ferner derart angeordnet, dass ihre hinsichtlich der Ölpartikel paraboloidförmigen Influenzierungszonen den vom Medium 2 durchströmten Kanalquerschnitt möglichst vollständig abdecken. Weiterhin sind die Spitzen 14 derart angeordnet, dass sie nicht direkt in den Mediumstrom hineinragen, wozu die Koronaaufladungselektrode 12 mit ihren Spitzen 14 in einer Ausbauchung des Kanals 10 angeordnet ist. Die Koronaaufladungselektrode 12 ist dabei mit einem positiven Pol 18 einer Hochspannungs-DC-Quelle verbunden. Die Hochspannung ist dabei bevorzugt in einem Bereich zwischen etwa 3 bis 12 kV gewählt.
Der Koronaaufladungselektrode 12 gegenüberliegend ist eine beispielsweise als eine Blechplatte ausgebildete Gegenelektrode 16 angeordnet, die entsprechend geerdet ist. Die Gegenelektrode 16 erstrecken sich dabei ähnlich wie auch die Koronaaufladungselektrode 12 senkrecht zur Zeichnungsebene im Wesentlichen über die vollständige Breite des Kanals 10 und kann in Strömungsrichtung über eine Erstreckung der Koronaaufladungselektrode 12 hinausgehend ausgebildet sein.
Durch besagte Elektrodenanordnung werden dabei die im Mediumstrom noch enthaltenen Ölpartikel influenziert, so dass sie sich auf kurzem Wege an der Gegenelektrode 16 niederschlagen und dort einen Ölfilm 4 ausbilden, der aufgrund der Schrägstellung des Kanals 10 in einen vorgebbaren Zielbereich abfließen kann.
Dabei ist die Vorrichtung insbesondere in eine Kurbelwellenabdeckung bzw. eine Zylinderkopfhaube eines Dieselverbrennungsmotors eines Lastkraftwagens integriert.
In anderen Ausführungen sind natürlich auch nicht integrierte Lösungen sowie andere Einsatzgebiete auf dem Gebiet der Personenkraftwagen oder auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik, auch unter Verzicht auf einen Vorabscheider, möglich.

Claims

Vorrichtung zum Entfernen von Partikeln aus einem die Partikel beinhaltenden strömenden gasartigen Medium, umfassend folgende Merkmale: – Ein Kanal zum Führen des Mediums, – in einem ersten Bereich der Kanalbegrenzung ist eine an einen Pol einer Hochspannungs-DC-Quelle anschließbare Koronaaufladungselektrode angeordnet, und – in einem dem ersten Bereich gegenüberliegenden zweiten Bereich der Kanalbegrenzung ist eine Gegenelektrode angeordnet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Koronaaufladungselektrode wenigstens einen in etwa senkrecht von der Kanalbegrenzung in den Kanal hineinragenden Fortsatz umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Koronaaufladungselektrode eine Mehrzahl von Fortsätzen umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei jedem Fortsatz eine die Partikel betreffende Influenzierungszone zugehört und die Fortsätze derart ange ordnet sind, das die Influenzierungszonen aller Fortsätze zusammen den durchströmten Kanalquerschnitt im Wesentlichen abdecken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Fortsätze der Koronaaufladungselektrode im Wesentlichen parallel zueinander ausrichtbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Fortsätze derart angeordnet sind, dass sie lediglich in einen Randbereich der Strömung hineinragen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Koronaaufladungselektrode, umfassend die Fortsätze in einer Ausbauchung des Kanals angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei wenigstens einer der Fortsätze als eine Spitze ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Gegenelektrode flächig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Gegenelektrode und/oder wenigstens Teilbereiche des Kanals derart ausgebildet und/oder angeordnet sind, dass die auf der Gegenelektrode niedergeschlagenen Partikel in einen vorgebbaren Zielbereich weggeleitet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Gegenelektrode und/oder wenigstens Teilbereiche des Kanals gegenüber einer horizontalen Ebene mit einer Schrägstellung ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Koronaaufladungselektrode mit dem positiven Pol der Hochspannungs-DC-Quelle verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Gegenelektrode geerdet ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Hochspannung der Hochspannungs-DC-Quelle in etwa zwischen 3 bis 12 kV liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Kanal mit einem rechteckartigen Querschnitt ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei dem Elektrodenbereich in Mediumströmungsrichtung ein Vorabscheider vorgeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Vorabscheider wenigstens eine Prallwand und/oder einen Spalt mit Tropfkante umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Partikel Partikel einer Flüssigkeit, insbesondere eines Öls sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das gasartige Medium Luft umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei das strömende Medium ein Blow-by-Gas einer Verbrennungskraftmaschine umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, wobei die Vorrichtung integraler Bestandteil einer Kurbelwellenabdeckung oder Zylinderkopfhaube eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kraftfahrzeugs ist.