DE102008002857A1

DE102008002857A1 - Partikelabscheider und Elektro-Partikelabscheider insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen

Info

Publication number: DE102008002857A1
Application number: DE102008002857A
Authority: DE
Inventors: Walter Müller
Original assignee: Flammger Zudse & Co GmbH
Current assignee: Flammger Zudse & Co GmbH
Priority date: 2008-05-19
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2009-11-26

Abstract

Aufgabe der Erfindung ist es, einen hochwirksamen Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen zu schaffen. Der Partikelabscheider besitzt in einem zylinderförmigen Abscheidergehäuse (1), welches nach der Abgaszuführungsöffnung (2) einen Trennboden A (3) mit mindestens einer zwischen Kreismittelpunkt und einem Zyklon-Entstauberring (7) angeordneten Öffnung (4) besitzt und auf der Unterseite des Trennbodens A (3) an den Öffnungen (4) Zykloneinspeisungskanäle (5) besitzt, die in einer Zyklonkammer (6) enden. Die Außenwand der Zyklonkammer (6) als Zyklon-Entstauberring (7) ist in Form einer Zylindermantels mit Öffnungen (8) ausgeführt. Der Boden der Zyklonkammer (6) als Zyklonkammerboden (9) ist mit einer kreisrunden Öffnung (4) im Mittelpunkt des Zyklonkammerbodens (9) versehen und um die Öffnung (4) ist ein Rohr (10) mit einer um das freie Ende des Rohres (10) angebrachten kreisrunden Krempe (11) angeordnet, wobei die Öffnung (4) eine Verbindung zu einer Abgasabführungskammer (12) bildet, welche zwischen dem Zyklonkammerboden (9) und einem Trennboden B (13) angeordnet ist. In der Abgasabführungskammer (12) sind eine oder mehrere Abgasabführungsöffnungen (14) angeordnet. Zwischen der Außenwand des Abscheidergehäuses (1) und der Zyklonkammer (6) und der Abgasabführungskammer (12) ist ein zylinderringförmiger Partikelabscheiderbereich (15) mit einer Verbindung zu einer Staub- und Festpartikelkammer (16) ...

Description

Es sind bereits verschiedne Staub- und Rußfilter und Partikelabscheider bekannt. So wird in der DE 38 04 779 C2 eine Vorrichtung zum Entfernen von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom einer Dieselbrennkraftmaschine mit einer in der Abgasleitung angeordneten Rußpartikelsammelstrecke beschrieben, in welcher auf unterschiedlichem elektrischen Potential befindliche Leiterelemente vorgesehen sind, zwischen denen die Rußpartikel abgefangen werden und einen Kurzschluss erzeugen, durch den die Rußpartikel auf die zu ihrer selbsttätigen Verbrennung erforderliche Reaktionstemperatur gebracht werden, wobei in der Abgasleitung ein Fliehkraftabscheider vorgesehen ist, dass die Rußpartikelsammelstrecke eine auf der Abscheideseite des Fliehkraftabscheiders mit diesem verbundene und bezüglich dessen Längsachse rotationssymmetrisch ausgebildete Rußpartikelsammelkammer ist und dass in geringem Abstand zu der Mantelinnenfläche der Rußpartikelsammelkammer mehrere Elektroden angeordnet sind, die untereinander oder gegenüber der Rußpartikelsammelkammer unterschiedliche Potentiale aufweisen. Weiterhin wird in der DE 38 42 000 A1 ein Fliehkraftabscheider oder Zyklon für eine Abgasreinigungsvorrichtung bei Brennkraftmaschinen mit einem Gehäuse beschrieben, welches eine tangentiale Rohgaszuführung, eine zentrale koaxiale Reingasabführung und einen an dem von der Rohgaszuführung abgekehrten Gehäuseende angeordneten Auslass zum Austragen von im Gehäuse abgeschiedenen Partikelagglomeraten mittels eines vom Abgasstrom abgetrennten Trägergasstromes aufweist. Zur Einstellung des aus dem Auslass ausströmenden Trägergasstromes auf eine vorteilhafte, für den Partikelaustrag erforderliche Mindestmenge ist der Auslass als Drosselquerschnitt ausgebildet, der vorzugsweise so bemessen ist, dass die Größe des Trägergasstromes kleiner als 10% des Rohgasstromes ist. Vorzugsweise ist der Auslass als ringförmiger koaxialer Drosselspalt ausgebildet. In der DE 3905825 A1 wird eine Zentrifugal-Rußabscheidung beschrieben, wobei erfindungsgemäß ein Abgasstrom durch einen hochtourigen Ventilator beschleunigt und gegen eine feststehende Wandung geleitet wird. Dort prallen die im Abgas enthaltenen Rußpartikel auf und sammeln sich, während der Abgasstrom durch einen weiterführenden Stutzen entweicht. Die Aufprallwandung kann die Wand eines Zyklons sein, oder das geschlossene Ende eines Rohrstutzens oder Behälters, der zur Entleerung geöffnet werden kann. Beim Zyklon sammeln sich die Rußpartikel im unteren Teil und können dort entnommen werden, am besten durch eine Schleuse. Durch Ausbildung der Aufprallfläche beim Zyklon als gegen den sonstigen Zyklon abisolierte elektrostatische Platte kann eine Kombination mit dem elektrostatischen Rußabscheidungsverfahren erreicht werden, wobei jedoch wesentlich niedrigere elektrostatische Spannungen erforderlich sind. Die Zentrifugal-Rußabscheidung kann besonders vorteilhaft bei größeren stationären Verbrennungsmotoren angewendet werden. Die DE 20 2005 006 137 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum Entfernen von Rußpartikeln aus Abgasen, wie insbesondere aus Abgasen von mit Dieselkraftstoff betriebenen Nutzfahrzeugen, mit einer Kammer, durch die die mittels einer Abgasleitung zugeführten Abgase in einer Wirbelströmung hindurchleitbar sind, wobei die Kammer in Art eines Topfes ausgebildet ist, dieser Topf in einem Außenbehälter einsitzt, wobei zwischen dem Topf und dem Außenbehälter ein Luft-Zwischenraum vorhanden ist und eine Einrichtung zum Erzeugen einer Wirbelströmung im Luft-Zwischenraum und im Innenraum des Topfes besitzt. Die DE 37 32 552 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Entfernen von Festkörperpartikeln, insbesondere Rußteilchen, aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen, welche einen vom Abgas durchströmten Elektrofilter mit mindestens einer Filterröhre und einen nachgeordneten Fliehkraftabscheider mit einer Vielzahl von parallelachsigen Zyklonen besitzt.
Aufgabe der Erfindung ist es einen hochwirksamen Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen zu schaffen.
Mit der Erfindung wird im angegebenen Anwendungsfall erreicht, dass ein Partikelabscheider geschaffen wird, wobei die Abgase in den zylinderförmigen Partikelabscheider durch eine Abgaszuführungsöffnung und über Zykloneinspeisungskanäle in eine Zyklonkammer geleitet werden. Durch den Abgasstrom werden die partikelbelasteten Abgase in der Zyklonkammer beschleunigt wobei die Partikel durch die Fliehkraft nach außen getragen und durch einem Zyklon-Entstauberring abgeschieden werden. Je nach Stärke des Abgasdrucks und der Größe der Zyklonkammer werden die partikelbelasteten Abgase hoch beschleunigt. An den herausgestellten kreisbögenförmigen Öffnungen bzw. Schlitzen des Zyklon-Entstauberringes entstehen in der mehrfach drehenden Zyklonströmung Zonen beruhigter Luftwirbel, welche unmittelbar im Bereich der herausgestellten Öffnungen bzw. Schlitze entgegen der Zyklonströmung gerichtet sind, wodurch sich die durch die Fliehkraft nach außen zum Zyklon-Entstauberring geschleuderten Partikel sammeln und durch die Öffnungen des Zyklon-Entstauberringes gedrückt werden und in die Staub- und Festpartikelkammer unter dem Abscheider gelangen. Durch eine Reduzierung des Durchmessers der Zyklonkammer wird die Zyklonströmungsgeschwindigkeit erhöht, wodurch auch kleinere Partikel durch die Fliehkraft nach außen zum Zyklon-Entstauberring gelangen und durch dessen Öffnungen gedrückt werden. Diese Wirkung tritt jedoch nur ein, wenn durch das Öffnen des Ventils in der Staub- und Festpartikelkammer eine individuell geregelte Reinigungsströmung ermöglicht wird.
Das von Partikeln gereinigte Abgas wird durch eine Öffnung in der Mitte der Zyklonkammer weiter über eine Abgasabführungskammer aus dem Abscheider geleitet.
Dieser Vorgang lässt sich durch mehrfaches hintereinander Anordnen von Abscheidergehäusen wiederholen, wobei bei Mehrfachanordnungen von Abscheidergehäusen das von Partikeln reduzierte Abgas durch eine Öffnung in der Mitte der Zyklonkammer des ersten oder zuvor angeordneten Abscheiders weiter über die Zykloneinspeisungskanäle des nachfolgenden oder letzten Abscheiders in eine nächste oder letzte Zyklonkammer geleitet und erneut gereinigt wird. Die abgesonderten Partikel gelangen über den Partikelabscheiderbereich zwischen der Außenwand des Abscheidergehäuses und der Zyklonkammern, der Abgasweiterleitungskammern und der Abgasabführungskammern in die gemeinsam für alle angeordneten Abscheidergehäuse vorhandene Staub- und Festpartikelkammer.
Die Kombination von einem Partikelabscheider und einem Elektro-Partikelabscheider ermöglicht eine besonders effektive Abgasreinigung. Insbesondere das durch eine Mehrfachanordnung von Abscheidergehäusen von großen Partikeln vorgereinigte Abgase wird in den letzten Abscheiderstufen durch Elektro-Partikelabscheider endgereinigt. Dafür werden die noch vorhandenen Partikel im Abgas beim Einströmen durch die an einem negativen Potential angeschlossen Zykloneinspeisungskanäle elektrostatisch aufgeladen und bedingt durch elektrostatische Abstoßung und die Fliehkraft durch die Zyklonströmung nach außen getragen und von dem jeweiligen Zyklon-Entstauberring angezogen, welcher mit einem positiven Potential aufgeladen ist und durch nichtleitende Befestigungselemente am Abscheidergehäuse elektrisch isoliert befestigt ist. Beim Auftreffen der elektrostatisch negativ aufgeladenen Partikel auf dem an einem positiven Potential angeschlossen Zyklon-Entstauberring heben sich die Ladungen auf und die Partikel werden durch den Zyklon-Entstauberring positiv aufgeladen, wodurch sich die Partikel vom Zyklon-Entstauberring abstoßen und durch die Reinigungsströmung durch den Zyklon-Entstauberring gedrückt werden und in die Staub- und Festpartikelkammer geleitet werden. Darüber hinaus hat insbesondere ein mehrstufiges Abscheidergehäuse durch die Anordnung von mehreren Abscheiderstufen eine schalldämmende Wirkung.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 3 bis 15 dargestellt. Der Elektro-Partikelabscheider erfährt eine Weiterbildung nach Anspruch 3, indem die Zykloneinspeisungskanäle um Leitbleche erweitert sind, wodurch sich die Fläche zur sicheren Aufladung der Partikel im Abgasstrom etwa auf die Größe der Fläche des Zyklon-Entstauberringes vergrößert, wodurch die als Sprühelektrode um die Leitbleche erweiterten Zykloneinspeisungskanäle wie eine Kondensatorplatte wirken. Zusätzlich sorgen die Leitbleche dafür, dass abgelagerte Partikel aus dem beruhigten Zentrum des Zyklon kontinuierlich in Zyklonströmung gelangen. Nach Anspruch 4 kann die Polarität der Sprühelektroden und der Niederschlagselektroden regelmäßig und/oder unregelmäßig geändert werden, wodurch eine zusätzliche Reinigungswirkung am Zyklon-Entstauberring erreicht wird. Nach Anspruch 5 liegen die Öffnungen in der Trennfläche und die an den Öffnungen vorhandenen Zykloneinspeisungskanäle auf einer Kreislinie und die Zykloneinspeisungskanäle weisen jeweils in die gleiche Richtung. Bei zwei und mehr Öffnungen sind die Öffnungen in der Trennfläche A und die an den Öffnungen vorhandenen Zykloneinspeisungskanäle gleichmäßig um den Kreismittelpunkt angeordnet. Dadurch wird die Entstehung einer Zyklonströmung in der Zyklonkammer erst ermöglicht und besonders begünstigt. Bei der Weiterbildung nach Anspruches 6 besitzt der Zyklon-Entstauberring auf seiner Oberfläche herausgestellte kreisbögenförmige Öffnungen und/oder Schlitze, wodurch an diesen herausgestellten kreisbögenförmigen Öffnungen bzw. Schlitzen in der mehrfach drehenden Zyklonströmung Zonen beruhigter Luftwirbel entstehen, welche unmittelbar im Bereich der herausgestellten Öffnungen bzw. Schlitze entgegen der Zyklonströmung gerichtet sind und sich in den Bereichen der Öffnungen und/oder Schlitze die Partikel des Abgases durch Ihre Trägheit sammeln und durch die Öffnungen gedrückt werden. Nach Anspruch 7 ergibt der Abstand des Rohres mit Krempe zum Trennboden A mindestens eine Öffnungsfläche, welche der Fläche der Abgaszuführungsöffnung entspricht und der Außendurchmesser der Krempe etwa dem Radius der Zyklonkammer entspricht, wodurch der Abgasstrom nicht durch eine Querschnittsreduzierung behindert und die Zyklonströmung in der Zyklonkammer begünstigt wird und die im beruhigten Zentrum der Zyklonströmung abgelagerten Partikel nicht ungehindert die Zyklonkammer mit dem gereinigten Abgasstrom verlassen können. Die Weiterbildung nach Anspruch 8 gilt den Zykloneinspeisungskanälen, welche sich über die gesamte Höhe der Zyklonkammer erstrecken und eine annähernd parallel zum Zyklon-Entstauberring auslaufende Form besitzen, wobei die Enden zum Zyklon-Entstauberring gerichtet und/oder dass die Zykloneinspeisungskanäle ventilatorförmige Lamellen besitzen können, wobei sich die Zyklonströmung über die gesamte Höhe der Zyklonkammer entwickeln kann und durch die besondere Form die für die Wirkung ungünstigen Verwirbelungen vermieden werden können. Nach Anspruch 9 besitzt die Staub- und Festpartikelkammer eine Reinigungsöffnung, wodurch die gesammelten Partikel aus der Staub- und Festpartikelkammer entfernt werden können und der Abscheider unmittelbar weiterverwendet werden kann. Bei der Weiterbildung nach Anspruches 10 sind die Abscheidergehäuse mehrstufig als Abscheiderstufen in einem Gehäuse angeordnet. Dabei vereinfacht sich der Aufbau der Anordnung, indem eine Abgasweiterleitungskammer durch den Zyklonkammerboden der ersten oder vorgeschalteten Abscheiderstufe und den Trennboden A einer nachgeschalteten oder letzten Abscheiderstufe gebildet wird. In der letzten Abscheiderstufe befindet sich zwischen dem Zyklonkammerboden und dem Trennboden B die Abgasabführungskammer und nach der letzten Abscheiderstufe die Staub- und Festpartikelkammer. Die Vereinfachung setzt sich fort, indem zwischen der Außenwand des Gehäuses und den Zyklonkammern und den Abgasweiterleitungskammern ein über die gesamte Höhe bzw. Länge zylinderringförmiger Partikelabscheiderbereich mit einer Verbindung zu einer Staub- und Festpartikelkammer unter dem Trennboden B der letzten Abscheiderstufe vorhanden ist und somit die Reingungsströmung nicht behindert. Der vereinfachte Aufbau ermöglich eine kompaktere und Material sparende Bauweise, wodurch der Partikelabscheider besonders für Personenkraftwagen einsetzbar wird. Einem Baukastenprinzip gleich können so Abscheider jeder Größe hergestellt und geliefert werden. Nach Anspruch 11 ist bei einem horizontal liegendem Partikelabscheider die Staub- und Festpartikelkammer unter dem Gehäuses angeordnet, wodurch das Volumen der Staub- und Festpartikelkammer vergrößert werden kann, dass Sammeln der Partikel vereinfacht wird und die Abscheiderwartungsintervalle verlängert werden. Nach Anspruch 12 besitzen die Zyklonkammern, die Abgasweiterleitungskammern und die Abgasabführungskammer der letzten Abscheiderstufen eines mehrstufigen Abscheidergehäuses einen verkleinerten Durchmesser, wodurch sich die Zyklonströmungsgeschwindigkeit erhöht und dadurch kleinere Partikel stark beschleunigt durch die Fliehkraft besser nach außen zum Zyklon-Entstauberring transportiert und dort aus der Zyklonkammer gedrückt werden können. Die Weiterbildung nach Anspruch 13 gilt der Kombination und Kopplung von Partikelabscheider und Elektro-Partikelabscheider, wodurch der sich der Wirkungsgrad des Partikelabscheider stark erhöht und insbesondere kleinere Partikel besser aus dem Abgasstrom entfernt werden können. Gleichzeitig ist eine kompakte Bauweise möglich. Nach Anspruch 14 ist zwischen dem Überdruckventil des Motorwasserkühlers und der Staub- und Festpartikelkammer eine einseitige Verbindung in Richtung Staub- und Festpartikelkammer und/oder eine einseitige Verbindung aus der Staub- und Festpartikelkammer zur Abgaszuführungsöffnung vorgesehen, wodurch der durch das Überdruckventil des Motorwasserkühlers abgesonderte Wasserdampf bzw. das abgesonderte Wasser die losen Staub- und Festpartikel bindet und damit zu einer Volumenreduzierung der gesammelten Staub- und Festpartikel führt, welche auch bei Trocknung erhalten bleibt. Durch die einseitige Verbindung aus der Staub- und Festpartikelkammer zur Abgaszuführungsöffnung besteht die Möglichkeit die Reinigungsströmung durch die Öffnungen im Zyklon-Entstauberring mit dem zugeführten Abgasstrom zu koppeln, wodurch ein Strömungskreislauf entsteht, welcher den Entstaubungsprozess unterstützt. Bei der Weiterbildung nach Anspruch 15 besitzen die Innenwände der Abgaszuführungsöffnung, der Zyklonkammer, des Zyklon-Entstauberringes, der Abgasabführungskammer und/oder der Abgasweiterleitungskammer sowie der Trennboden A, die Zykloneinspeisungskanäle, die Leitbleche, das Rohr, die Krempe, der Zyklonkammerboden und/oder der Trennboden B eine katalytische Beschichtung und im und/oder am Abscheidergehäuse und/oder in den Abscheiderstufen ist mindestens ein Heizelement angeordnet, wodurch neben dem Abscheiden der Partikel auch die giftigen chemische Bindungen im Abgas umgewandelt werden und somit eine Verbrennung gegebenenfalls abgelagerten Partikel ermöglichen bzw. begünstigen. Das Heizelement erhöht dabei die Abgastemperatur über die für die chemische Reaktion notwendige Temperatur.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein einstufiges Abscheidergehäuse in seitlicher Schnittdarstellung,
2 eine Abscheiderstufe in seitlicher Schnittdarstellung,
3 ein Abscheidergehäuse als Horizontalschnittdarstellung in Draufsicht mit vier Zykloneinspeisungskanälen,
4 ein Abscheidergehäuse als Horizontalschnittdarstellung in Draufsicht mit verschiedenen Zykloneinspeisungskanalformen,
5 eine Darstellung des Ausschnittes eines Zyklon-Entstauberringes mit unterschiedlichen Öffnungen,
6 einen Ausschnitt eines Zyklon-Entstauberringes als Horizontalschnittdarstellung in Draufsicht,
7 ein vertikales mehrstufiges Abscheidergehäuse in seitlicher Schnittdarstellung,
8 ein horizontales mehrstufiges Abscheidergehäuse in seitlicher Schnittdarstellung,
9 ein vertikales mehrstufiges Abscheidergehäuse mit teilweise im Durchmesser verkleinerten Zyklonkammern in seitlicher Schnittdarstellung,
10 ein einstufiges Elektroabscheidergehäuse in seitlicher Schnittdarstellung,
11 ein Elektroabscheidergehäuse als Horizontalschnittdarstellung in Draufsicht mit vier Zykloneinspeisungskanälen.
Der Partikelabscheider ist in einem zylinderförmigen Abscheidergehäuse 1 untergebracht, wie in 1 dargestellt. Der Abgasstrom 23 wird über eine Abgaszuführungsöffnung 2 in das Abscheidergehäuse 1 eingeleitet. In einem Trennboden A 3 sind Öffnungen 4 vorhanden. Mindestens zwei Öffnungen 4 sind gleichmäßig um den Kreismittelpunkt des Trennbodens A 3 angeordnet (3 und 4). Durch diese Öffnungen 4 gelangt der Abgasstrom 23 über auf der Unterseite der Trennfläche A 3 an den Öffnungen 4 vorhandene Zykloneinspeisungskanäle 5 in eine Zyklonkammer 6. Die Öffnungen 4 in der Trennfläche A 3 und die an den Öffnungen 4 vorhandenen Zykloneinspeisungskanäle 5 liegen auf einer Kreislinie. Die Zykloneinspeisungskanäle 5 weisen jeweils in die gleiche Richtung. Die Zykloneinspeisungskanäle 5 erstrecken sich über die gesamte Höhe der Zyklonkammer 6. Sie besitzen eine annähernd zum Zyklon-Entstauberring 7 parallel auslaufende Form. Die Enden sind dabei zum Zyklon-Entstauberring 7 gerichtet. Die Zykloneinspeisungskanäle 5 besitzen ventilatorförmige Lamellen. Die Außenwand der Zyklonkammer 6 ist wie in den 3 und 4 als Zyklon-Entstauberring 7 in Form eines Zylindermantels mit herausgestellten kreisbögenförmigen Öffnungen 8 bzw. Schlitzen 8 (5 und 6) ausgeführt. An diesen Öffnungen 8 entstehen in der mehrfach drehenden Zyklonströmung Zonen durch turbulente Strömung beruhigte Luftwirbel. Diese sind unmittelbar im Bereich der herausgestellten Öffnungen bzw. Schlitze entgegen der Zyklonströmung gerichtet. Dadurch sammeln sich in diesem Bereich die durch die Fliehkraft nach außen zum Zyklon-Entstauberring geschleuderten Partikel. Diese werden durch die Öffnungen 8 des Zyklon-Entstauberringes gedrückt und gelangen durch die Reinigungsströmung 24 in die Staub- und Festpartikelkammer 16 unter dem Abscheider. Im Bereich der Öffnungen 8 besitzt der Zyklon-Entstauberring 7 eine optimal glatte Oberfläche um das anhaften von Partikel zu vermeiden und den Entstaubungsprozess zu begünstigen.
Wie in den 1 bis 4 zu erkennen, ist der Boden der Zyklonkammer 6 als Zyklonkammerboden 9 mit einer kreisrunden Öffnung 4 im Mittelpunkt versehen. Um die Öffnung 4 ist ein Rohr 10 mit einer um das freie Ende des Rohres 10 angebrachten kreisrunden Krempe 11 angeordnet. Die Öffnung 4 bildet dabei eine Verbindung zu einer Abgasabführungskammer 12. Die Abgasabführungskammer 12 ist zwischen dem Zyklonkammerboden 9 und einem Trennboden B 13 angeordnet. In der Abgasabführungskammer 12 sind eine oder mehrere Abgasabführungsöffnungen 14 vorhanden. Zwischen der Außenwand des Abscheidergehäuses 1 und der Zyklonkammer 6 und der Abgasabführungskammer 12 befindet sich ein zylinderringförmiger Partikelabscheiderbereich 15. Dieser Partikelabscheiderbereich 15 besitzt eine Verbindung zu einer Staub- und Festpartikelkammer 16 unter dem Trennboden B 13. Die Staub- und Festpartikelkammer 16 besitzt ein Ventil 17. Mit diesem Ventil 17 wird der Reinigungsstrom gesteuert. Bei geschlossenem Ventil 17 besitzt der Partikelabscheider keine Wirkung. Darüber hinaus entspricht die Größe der jeweils kumulierten Fläche der Öffnung 4 im Trennboden A 3 und im Zyklonkammerboden 9 sowie die Größe der Fläche der Abgasabführungsöffnung 14 der Größe der Fläche der Abgaszuführungsöffnung 2. Dadurch wird ein Abgasstau und die Gefahr der Zerstörung vermieden. Die Staub- und Festpartikelkammer 16 besitzt eine Reinigungsöffnung 20. Es ist damit möglich den Abscheider regelmäßig zu reinigen und unmittelbar danach wieder in Betrieb zu nehmen.
Bei einem Elektro-Partikelabscheider sind wie in 10 erkennbar die Zykloneinspeisungskanäle 5 zusätzlich mit einem mit einem vorzugsweise negativen Potential belegt und besitzen die Funktion einer Sprühelektrode 5, 19. Durch die Sprühelektrode 5, 19 werden die Partikel im Abgasstrom 23 elektrostatisch aufgeladen. Die Partikel werden bedingt durch die elektrostatische Abstoßung und die Fliehkraft zur Außenwand der Zyklonkammer bewegt. Die Außenwand der Zyklonkammer 6 ist als Zyklon-Entstauberring 7 in Form eines Zylindermantels mit Öffnungen 8 ausgeführt. Der Zyklon-Entstauberring 7 ist als Niederschlagselektrode 7 mit einem vorzugsweise positiven Potential belegt. Der Zyklon-Entstauberring 7 ist mit nichtleitenden Befestigungselementen 18 isoliert am Abscheidergehäuse 1 befestigt. Die Partikel werden bedingt durch die elektrostatische Anziehung ungleicher Ladungen vom Zyklon-Entstauberring 7 angezogen. Beim Auftreffen der elektrostatisch negativ aufgeladenen Partikel auf dem an einem positiven Potential angeschlossen Zyklon-Entstauberring 7 heben sich die Ladungen auf. Die Partikel werden durch den Zyklon-Entstauberring positiv aufgeladen, wodurch sich die Partikel vom Zyklon-Entstauberring 7 abstoßen und durch die Reinigungsströmung durch den Zyklon-Entstauberring 7 gedrückt werden und in die Staub- und Festpartikelkammer 16 geleitet werden.
Wie in 10 und 11 dargestellt ist, sind die Zykloneinspeisungskanäle 5 um Leitbleche 19 erweitert.
Damit vergrößern sich die wirksamen Flächen der Sprühelektrode 5 und 19. Es wird erreicht, dass die Flächen der Sprühelektroden 5 und 19 etwa gleich der Fläche der Niederschlagselektroden 7 ist und somit zwei Kondensatorplatten bilden. Durch den Wechsel der Polarität der Sprühelektroden 5 und 19 und der Niederschlagselektroden 7 wird erreicht, dass an den jeweiligen Elektroden fest haftende Partikel gelöst und in den Entstaubungsprozess geführt werden. Der Wechsel der Polarität kann dabei regelmäßig und/oder unregelmäßig erfolgen. Wie in den 7 bis 9 zu erkennen, können die Abscheidergehäuse 1 darüber hinaus auch mehrstufig als Abscheiderstufen 21 in einem Gehäuse 1 angeordnet sein. Dabei wird eine Abgasweiterleitungskammer 22 durch den Zyklonkammerboden 9 der ersten oder vorgeschalteten Abscheiderstufe 21 und den Trennboden A 3 einer nachgeschalteten oder letzten Abscheiderstufe 21 gebildet. In der letzten Abscheiderstufe 21 befindet zwischen dem Zyklonkammerboden 9 und dem Trennboden B 13 die Abgasabführungskammer 12 und nach der letzten Abscheiderstufe 21 die Staub- und Festpartikelkammer 16. Zwischen der Außenwand des Gehäuses 1 und den Zyklonkammern 6 und den Abgasweiterleitungskammern 22 ist ein zylinderringförmiger Partikelabscheiderbereich 15 mit einer Verbindung zu einer Staub- und Festpartikelkammer 16 unter dem Trennboden B 13 der letzten Abscheiderstufe 21 vorhanden. Zusätzlich ist bei einem horizontal liegendem Abscheidergehäuse 1 die Staub- und Festpartikelkammer 16 unter dem Gehäuses 1 angeordnet. Die 9 zeigt einen mehrstufigen Partikelabscheider mit in den letzten Abscheiderstufen 21 verkleinerten Durchmesser der Zyklonkammern 6 mit Zyklon-Entstauberring 7, 7', Trennböden A 3, 3' und Zyklonkammerböden 9, 9', die Abgasweiterleitungskammern 22, 22' und die Abgasabführungskammer 12' der letzten Abscheiderstufen 21 sowie den vergrößerten zylinderringförmigen Partikelabscheiderbereich 15, 15' von Abscheiderstufe 21 zu Abscheiderstufe 21. Durch die Zyklonströmungsgeschwindigkeitserhöhung werden die kleineren Partikel sehr stark beschleunigt und durch die Fliehkraft besser nach außen zum Zyklon-Entstauberring 7, 7' transportiert und können dort aus der Zyklonkammer 6, 6' gedrückt werden.
Die Innenwände der Abgaszuführungsöffnung 2, der Zyklonkammer 6, 6', des Zyklon-Entstauberringes 7, der Abgasabführungskammer 12, 12' und/oder der Abgasweiterleitungskammer 22, 22' sowie der Trennboden A 3, 3', die Zykloneinspeisungskanäle 5, 7', die Leitbleche 19, der Zyklonkammerboden 9, 9', das Rohr 10, die Krempe 11 und/oder der Trennboden B 13 können eine katalytische Beschichtung besitzen. In diesem Zusammenhang ist im und/oder am Abscheidergehäuse 1 und/oder in den Abscheiderstufen 21 mindestens ein Heizelement 25 angeordnet.

1: Abscheidergehäuse, Gehäuse
2: Abgaszuführungsöffnung
3: Trennboden A
3': Trennboden A
4: Öffnungen
5: Zykloneinspeisungskanal, Sprühelektrode
6: Zyklonkammer
6': Zyklonkammer
7: Zyklon-Entstauberring, Niederschlagselektrode
7': Zyklon-Entstauberring, Niederschlagselektrode
8: Öffnung, Schlitz
9: Zyklonkammerboden
9': Zyklonkammerboden
10: Rohr
11: Krempe
12: Abgasabführungskammer
12': Abgasabführungskammer
13: Trennboden B
14: Abgasabführungsöffnung
15: Partikelabscheiderbereich
15': Partikelabscheiderbereich
16: Staub- und Festpartikelkammer
17: Ventil
18: Befestigungselement
19: Leitblech, Sprühelektrode
20: Reinigungsöffnung
21: Abscheiderstufen
22: Abgasweiterleitungskammer
22': Abgasweiterleitungskammer
23: Abgasstrom
24: Reinigungsströmung
25: Heizelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3804779 C2 [0001]
- DE 3842000 A1 [0001]
- DE 3905825 A1 [0001]
- DE 202005006137 U1 [0001]
- DE 3732552 A1 [0001]

Claims

Partikelabscheider insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – dass in einem zylinderförmigen Abscheidergehäuse (1), welches nach der Abgaszuführungsöffnung (2) einen Trennboden A (3) mit mindestens einer zwischen Kreismittelpunkt und einem Zyklon-Entstauberring (7) angeordneten Öffnung (4) besitzt und auf der Unterseite des Trennbodens A (3) an den Öffnungen (4) Zykloneinspeisungskanäle (5) besitzt, die in einer Zyklonkammer (6) enden, – dass die Außenwand der Zyklonkammer (6) als Zyklon-Entstauberring (7) in Form eines Zylindermantels mit Öffnungen (8) ausgeführt ist und dass der Boden der Zyklonkammer (6) als Zyklonkammerboden (9) mit einer kreisrunden Öffnung (4) im Mittelpunkt des Zyklonkammerbodens (9) versehen ist und um die Öffnung (4) ein Rohr (10) mit einer um das freie Ende des Rohres (10) angebrachten kreisrunden Krempe (11) angeordnet ist, wobei die Öffnung (4) eine Verbindung zu einer Abgasabführungskammer (12) bildet, welche zwischen dem Zyklonkammerboden (9) und einem Trennboden B (13) angeordnet ist, – dass in der Abgasabführungskammer (12) eine oder mehrere Abgasabführungsöffnungen (14) angeordnet sind, – dass zwischen der Außenwand des Abscheidergehäuses (1) und der Zyklonkammer (6) und der Abgasabführungskammer (12) ein zylinderringförmiger Partikelabscheiderbereich (15) mit einer Verbindung zu einer Staub- und Festpartikelkammer (16) unter dem Trennboden B (13) vorhanden ist und dass die Staub- und Festpartikelkammer (16) ein Ventil (17) besitzt.
Elektro-Partikelabscheider insbesondere für Verbrennungskraftmaschinen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – dass in einem zylinderförmigen Abscheidergehäuse (1), welches nach der Abgaszuführungsöffnung (2) einen Trennboden A (3) mit mindestens einer zwischen Kreismittelpunkt und Zyklon-Entstauberring (7) angeordneten Öffnung (4) besitzt und auf der Unterseite der Trennfläche A (3) an den Öffnungen (4) Zykloneinspeisungskanäle (5) besitzt, die in einer Zyklonkammer (6) enden, wobei die Zykloneinspeisungskanäle (5) als Sprühelektroden (5, 19) mit einem vorzugsweise negativen Potential belegt werden, – das die Außenwand der Zyklonkammer (6) als Zyklon-Entstauberring (7) in Form eines Zylindermantels mit Öffnungen (8) ausgeführt ist, wobei der Zyklon-Entstauberring (7) als Niederschlagselektrode (7) mit einem vorzugsweise positiven Potential belegt ist und mit nichtleitenden Befestigungselementen (18) am Abscheidergehäuse (1) befestigt ist und dass der Boden der Zyklonkammer (6) als Zyklonkammerboden (9) mit einer kreisrunden Öffnung (4) im Mittelpunkt des Zyklonkammerbodens (9) versehen ist und um die Öffnung (4) ein Rohr (10) mit einer um das freie Ende des Rohres (10) angebrachten kreisrunden Krempe (11) angeordnet ist, wobei die Öffnung (4) eine Verbindung zu einer Abgasabführungskammer (12) bildet, welche zwischen dem Zyklonkammerboden (9) und einem Trennboden B (13) angeordnet ist, – dass in der Abgasabführungskammer (12) eine oder mehrere Abgasabführungsöffnungen (14) angeordnet sind, – dass zwischen der Außenwand des Abscheidergehäuses (1) und der Zyklonkammer (6) und der Abgasabführungskammer (12) ein zylinderringförmiger Partikelabscheiderbereich (15) mit einer Verbindung zu einer Staub- und Festpartikelkammer (16) unter dem Trennboden B (13) vorhanden ist und dass die Staub- und Festpartikelkammer (16) ein Ventil (17) besitzt.
Elektro-Partikelabscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zykloneinspeisungskanäle (5) um Leitbleche (19) erweitert sind.
Elektro-Partikelabscheider nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Polarität der Sprühelektroden (5, 19) und der Niederschlagselektroden (7) regelmäßig und/oder unregelmäßig ändert.
Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (4) in der Trennfläche A (3) und die an den Öffnungen (4) vorhandenen Zykloneinspeisungskanäle (5) auf einer Kreislinie liegen und die Zykloneinspeisungskanäle (5) jeweils in die gleiche Richtung weisen, wobei bei zwei und mehr Öffnungen (4) die Öffnungen (4) in der Trennfläche A (3) und die an den Öffnungen (4) vorhandenen Zykloneinspeisungskanäle (5) gleichmäßig um den Kreismittelpunkt angeordnet sind.
Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zyklon-Entstauberring (7) auf seiner Oberfläche herausgestellte kreisbögenförmige Öffnungen (8) und/oder Schlitze (8) besitzt.
Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Rohres (10) mit Krempe (11) zum Trennboden A (3) mindestens eine Öffnungsfläche ergibt, welche der Fläche der Abgaszuführungsöffnung (2) entspricht und der Außendurchmesser der Krempe (11) etwa dem Radius der Zyklonkammer (6) entspricht.
Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Zykloneinspeisungskanäle (5) über die gesamte Höhe der Zyklonkammer (6) erstrecken und die annähernd parallel zum Zyklon-Entstauberring (7) auslaufende Form besitzen, wobei die Enden zum Zyklon-Entstauberring (7) gerichtet und/oder dass die Zykloneinspeisungskanäle (5) ventilatorförmige Lamellen besitzen.
Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Staub- und Festpartikelkammer (16) eine Reinigungsöffnung (20) besitzt.
Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abscheidergehäuse (1) mehrstufig als Abscheiderstufen (21) in einem Gehäuse (1) angeordnet sind, wobei eine Abgasweiterleitungskammer (22) durch den Zyklonkammerboden (9) der ersten oder vorgeschalteten Abscheiderstufe (21) und den Trennboden A (3) einer nachgeschalteten oder letzten Abscheiderstufe (21) gebildet wird und sich in der letzten Abscheiderstufe (21) zwischen dem Zyklonkammerboden (9) und dem Trennboden B (13) die Abgasabführungskammer (12) und nach der letzten Abscheiderstufe (21) die Staub- und Festpartikelkammer (16) befindet, wobei zwischen der Außenwand des Gehäuses (1) und den Zyklonkammern (6) und den Abgasweiterleitungskammern (22) ein zylinderringförmiger Partikelabscheiderbereich (15) mit einer Verbindung zu einer Staub- und Festpartikelkammer (16) unter dem Trennboden B (13) der letzten Abscheiderstufe (21) vorhanden ist.
Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem horizontal liegendem Abscheidergehäuse (1) die Staub- und Festpartikelkammer (16) unter dem Gehäuses (1) angeordnet ist.
Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Durchmesser der Zyklonkammern (6, 6') mit Zyklon-Entstauberring (7, 7'), Trennböden A (3, 3') und Zyklonkammerböden (9, 9'), die Abgasweiterleitungskammern (22, 22') und die Abgasabführungskammer (12') von Abscheiderstufe (21) zu Abscheiderstufe (21) eines mehrstufigen Abscheidergehäuses (1) verkleinert, der Durchmesser des Abscheidergehäuses (1) gleich bleibt und der zylinderringförmige Partikelabscheiderbereich (15, 15') von Abscheiderstufe (21) zu Abscheiderstufe (21) vergrößert.
Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Partikelabscheider und Elektro-Partikelabscheider miteinander kombinierbar und koppelbar sind.
Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Überdruckventil des Motorwasserkühlers der Verbrennungskraftmaschine und der Staub- und Festpartikelkammer (16) eine einseitige Verbindung in Richtung Staub- und Festpartikelkammer (16) und/oder eine einseitige Verbindung aus der Staub- und Festpartikelkammer (16) zur Abgaszuführungsöffnung (2) besteht.
Partikelabscheider oder Elektro-Partikelabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwände der Abgaszuführungsöffnung (2), der Zyklonkammer (6, 6'), des Zyklon-Entstauberringes (7, der Abgasabführungskammer (12, 12') und/oder der Abgasweiterleitungskammer (22, 22') sowie der Trennboden A (3, 3'), die Zykloneinspeisungskanäle (5), 7'), die Leitbleche (19), der Zyklonkammerboden (9, 9'), das Rohr (10), die Krempe (11) und/oder der Trennboden B (13) eine katalytische Beschichtung besitzen und dass im und/oder am Abscheidergehäuse (1) und/oder in den Abscheiderstufen (21) mindestens ein Heizelement (25) angeordnet ist.