DE3141156C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Eine solche, durch die DE-PS 8 58 692 bekannte Vorrichtung hat sich zum Ziel gesetzt, daß elektrostatisch aus dem Abgas ausgeschiedene Bestandteile sich zu einem wesentlichen Teil auf waagerecht angeordneten Sprühscheiben ablagern sollen, die somit zugleich als Speicher für ausgeschiedenen Ruß dienen. Dazu ist es notwendig, daß die bekannte Vorrichtung senkrecht steht. Bei Schräglage sollen Abgasbestandteile, wie zum Beispiel teerhaltige Substanzen mit ihren klebrigen Eigenschaften dazu dienen, daß die ausgeschiedenen Teile auf den Sprühscheiben haften bleiben. Alter­ nativ dazu wird angegeben, daß die Wand des Gehäuses durchbrochen ist und ausgeschiedene Festbestandteile unter Einwirkung des unter Drall einfließenden Abgases nach außen treten. Die Entsorgung der Vorrichtung erfolgt dadurch, daß von Zeit zu Zeit der die Sprüh­ scheiben tragende Trägerkörper aus dem Gehäuse entfernt und gereinigt wird. Eine solche Anordnung ist in bezug auf die Wartung der Vorrichtung von Nachteil, da solche Vorrichtungen bei hohem Rußanfall sehr häufig gereinigt werden müssen, der kontinuierliche Betrieb eines Kraftfahrzeuges, das mit einer solchen Vorrichtung versehen ist, also nicht gewährleistet ist. Die bekannte Vorrichtung hat weiterhin den Nachteil, daß ausgeflockte Festkörperbestandteile durch das in der Vorrichtung unten einströmende Gas zum Auslaß weitergetragen werden können und es nicht gewährleistet ist, daß das Abgas optimal gereinigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die bekannte Vorrichtung so weiter­ zubilden, daß die abgeschiedenen festen Bestandteile, insbesondere Rußbestandteile, gesondert einem geeigneten Auffangbehälter zugeführt werden können und ein möglichst von allen festen Bestandteilen und Aerosolen befreites Abgas über den Auslaßkanal abgeleitet wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst.

Dabei weist die Lösung den Vorteil auf, daß die Entfernung von festen Bestandteilen und Aerosolen bei sowohl großen als auch niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten mit gutem Ergebnis erfolgt. Durch die mittige Anordnung des Einlaßkanals wird der Eintritt des gereinigten Abgases in das Tauchrohr optimal frei von ausgeschie­ denen festen Bestandteilen und Aerosolen gehalten. Dies wird ferner dadurch bewirkt, daß der Eintritt des Tauchrohrs innerhalb des Trägerkörpers liegt, während das mit ausgeschiedenen festen Bestand­ teilen und Aerosolen angereicherte Abgas sich im Randbereich des Gehäuses an den die Stirnseiten zum Teil abdeckenden Blenden vorbei zu den stirnseitigen Auslässen bewegen kann.

Durch die US-PS 26 96 273 ist zwar ebenfalls eine Vorrichtung zum Entfernen fester Bestandteile aus Abgasen bekannt, bei der in das Gehäuse zur Abführung gereinigten Abgases ein Tauchrohr koaxial eingeführt ist. Doch befindet sich dieses Rohr nicht innerhalb eines Sprühscheibenträgerkörpers, sondern ist von einem Gasführungszylinder umgeben, in den unmittelbar das zu reinigende Abgas tangential ein­ leitbar ist. Die bei der bekannten Vorrichtung vorgesehenen Elektro­ den befinden sich sowohl innerhalb als auch außerhalb dieses Zylin­ ders. Somit liegt auch eine Rußabscheidungsstrecke unmittelbar am Eintritt des Tauchrohrs, über das möglichst rußfreies Abgas abge­ leitet werden soll. Diese Funktion ist bei der bekannten Einrichtung durch die Lage der inneren Elektroden in Frage gestellt.

Bei einer durch die US-PS 20 85 349 bekannten Vorrichtung ist in einem rohrförmigen Gehäuse koaxial ein rohrförmiger Trägerkörper eingesetzt, der nahe dem unteren Ende des rohrförmigen Gehäuses geöffnet ist und auf seiner anderen Seite mit einem Gasauslaß ver­ bunden ist, über den gereinigtes Abgas austreten soll. Der Träger­ körper ist isoliert aufgehängt und hat an seinem Außenumfang röhrchenförmige Elektroden, die zu einem den Trägerkörper kon­ zentrisch umgebenden Lochzylinder hin ein elektrisches Spannungsfeld bilden. Das Abgas wird tangential in einen Raum zwischen den Loch­ zylinder und dem Gehäuse eingeleitet und soll über Löcher und Röhrchen ins Innere des Trägerkörpers und dann zum Auslaß gelangen. Bei dieser Art der Anordnung werden feste Bestandteile unter Flieh­ kraft möglicherweise in dem Raum zwischen Lochzylinder und Gehäuse abgelagert, es ist jedoch nicht ausgeschlossen, daß ein relativ großer Anteil von innerhalb des Spannungsfelds konglomerierten bzw. ausgefällten Feststoffteilen über das untere Ende des Trägerkörpers oder die Röhrchen in den Auslaß gelangt.

Auch die DE-OS 30 19 991 weist einen in einem rohrförmigen, stirnseitig geschlossenen Gehäuse angeordneten Hohlzylinder auf, der an seiner Mantelfläche mit Löchern versehen ist. Dieser Hohlzylinder ist im bekannten Fall als Mittelelektrode ausgebildet, der ein zweiter Hohlzylinder mit Löchern gegenüberliegt. Zwischen diesen beiden Hohlzylindern wird ein elektrisches Spannungsfeld gebildet, unter dessen Einwirkung die Rußbestandteile des mittig eingeführten Abgases durch die Löcher radial abgeführt werden und von dort einer weiteren Entsorgung zugeführt werden. Das gereinigte Abgas wird am Ende des rohrförmigen Gehäuses zur Abgabe an die Umgebungsluft ab­ geleitet. Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß für die Ioni­ sierung der Rußbestandteile bzw. für die Ableitung derselben durch ein elektrisches Spannungsfeld erhebliche Spannungen aufgewendet werden müssen.

Durch die DE-OS 20 46 642 schließlich ist eine Zentrifugalabscheide­ vorrichtung bekannt, bei der in üblicher Weise das mit auszuscheiden­ den Teilchen beladene Gas tangential in einen rohrförmigen Körper eingeleitet wird, in den koaxial ein Tauchrohr eingesetzt ist, über das durch Fliehkraftabscheidung gereinigtes Abgas axial wieder austreten kann.

Insbesondere sind aber bei dieser bekannten Vorrichtung im zu reini­ genden Gas auch Flüssigkeitsteilchen enthalten, die an der Umfangs­ wand des Gehäuses sich niederschlagen und als Film, der auch Fest­ körperteilchen mit sich bewegt, der Schwerkraft folgend nach unten abfließen. Zur Bereitstellung eines Speicherraums ist parallel zum Boden des rohrförmigen Gehäuses eine Blende vorgesehen, die nur einen geringen äußeren Ringspalt zum Durchtritt des Flüssigkeits­ films vorsieht und auf der Speicherseite zusätzlich Bremsflächen aufweist, mit deren Hilfe eventuell entstehende Gasbewegungen gebremst werden, damit das dort abgelagerte Gut nicht wieder auf­ gewirbelt wird. Vom Speicherraum führt eine Abflußöffnung ab, die jedoch nur in Intervallen geöffnet wird. Somit hat die dort vor­ gesehene Blende eine andere Aufgabe als die unter anderem bean­ spruchte Blende der erfindungsgemäßen Lösung. Im übrigen sind durch die DE-PS 8 44 593, die GB-A 20 55 628 und US-PS 31 10 580 Vor­ richtungen bekannt, bei denen nach Ionisierung und Teilausscheidung von Gasverunreinigungen über elektrische Felder das Gas einem Zyklon zur weiteren Reinigung auf mechanischem Wege zugeführt wird.

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 zwei Möglichkeiten für die Ausbildung der Sprüh­ scheiben,

Fig. 3 einen Schnitt durch die Längsachse des zweiten Ausführungsbeispiels und

Fig. 4 einen Schnitt längs der Schnittlinie I-I entsprechend Fig. 3.

In Fig. 1 sind mehrere rohrförmige Gehäuse 1 zu parallelen Bündeln angeordnet. An jedem rohrförmigen Gehäuse 1 liegt der positive Pol einer nicht dargestellten Gleichspannungs­ quelle an, wobei die Gehäuse 1 geerdet sind. Die Innenwand der Gehäuse 1 bilden die Abscheideflächen 2. Zentrisch zur Längsachse des Gehäuses 1 sind mehrere Sprühscheiben 3 untereinander angeordnet, die über Zuleitungen 4 mit dem negativen Pol der nicht dargestellten Gleichspannungsquelle verbunden werden. Die Sprühscheiben 3 weisen Spitzen auf, sie können z. B. sägezahnförmig ausgebildet sein. Zwei Ausführungs­ beispiele der Sprühscheiben 3 sind in der Fig. 2 gezeigt, wobei mit 20 eine Koronaentladung an den Spitzen angedeutet ist.

Das zu reinigende Abgas wird mit den Pfeilen 5 bezeichnet und wird in das eine Ende der rohrförmigen Gehäuse 1 ein­ geleitet. Das andere Ende der rohrförmigen Gehäuse 1 geht in ein Verbindungsrohr 6 über, an das der mechanische Ab­ scheider 7 anschließt. Als mechanischer Abscheider 7 können z. B. Fliehkraft- oder Prallabscheider verwendet werden. Der mechanische Abscheider 7 weist einen ersten Auslaß 8 für gereinigtes Abgas und einen zweiten Auslaß 9 für mit Rußbestandteilen angereichertes Abgas auf.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende:
Das zu reinigende Abgas wird in die rohrförmigen Gehäuse 1 eingeleitet. Zwischen Abscheidefläche 2 und Sprühscheiben 3 liegt das elektrostatische Feld, wobei durch die Vielzahl der negativ geladenen Sprühscheiben 3 gegenüber der positiven Abscheidefläche 2 eine nega­ tive virtuelle Feldfläche erzeugt wird. Der zu reinigende Abgasstrom wird zwischen Abscheidefläche 2 und Sprühscheiben 3 hindurchgeleitet. Die mitgeführten Rußbestandteile laden sich dabei zum weitaus überwiegenden Teil negativ auf und wandern infolgedessen zur positiven Abscheidefläche 2. Dort geben sie ihre Ladung ab. Zur Aufladung der Ruß­ bestandteile und Aerosole trägt in hohem Maße die Stoß­ ionisation bei. An den Spitzen auf den Sprühscheiben 3 bildet sich eine leuchtende Glimmhaut, die sogenannte Korona aus, die zur Koronaentladung führt. Die aus den Sprühscheiben 3 austretenden Elektronen werden wegen des dort herrschenden besonders starken elektrischen Feldes hoch beschleunigt. Diese Primärelektronen er­ zeugen beim Zusammenstoß mit neutralen Gasmolekülen Sekundärelektronen und -ionen. Ein Teil der durch Stoß­ ionisation gebildeten Elektronen lagern sich an den Rußbestandteilen und Aerosolen an, die dabei negativ aufgeladen und so veranlaßt werden, sich auf der posi­ tiven Abscheidefläche 2 abzusetzen. Die Rußbestandteile und Aerosole bilden eine Rußschicht 10 auf den Abscheide­ flächen 2, die ständig anwächst. Bei einer gewissen Dicke, die über die Rauhtiefe der Abscheideflächen 2 oder durch deren Ausbildung als Gitterstruktur bestimmt werden kann, springt die Schicht 10 flächig ab und es werden größere Rußflocken 11 gebildet. Das Abplatzen der Rußschicht 10 kann auch durch eine Rüttel- oder Blaseeinrichtung gesteuert werden. Die Rußflocken 11 wandern über das Verbindungsrohr 6 in den mechanischen Abscheider 7, in dem sie in bekannter Weise vom Ab­ gas getrennt werden. Über den ersten Auslaß 8 gelangt das gereinigte Abgas ins Freie, während das mit Rußflocken an­ gereicherte Abgas über die zur Abgasverbesserung ohnehin notwendige Abgasrückführung der Brennkraftmaschine zur Ver­ brennung wieder zugeführt wird. Die Rußflocken können aber auch in speziellen Tanks gesammelt werden.

Die Rußbestandteile im Abgas lagern sich wie oben beschrie­ ben vorwiegend an der Abscheidefläche 2 ab. Es ist aber auch möglich, daß sich gegenpolig geladene Teilchen auf den Spitzen der Sprühscheiben 3 niederschlagen. Dies muß unter allen Umständen verhindert werden, da sonst eine erhebliche Schwächung der Koronaentladung eintritt und somit die Abscheiderrate des elektrischen Abscheiders sinkt. Daher werden die Sprühscheiben 3 in der Weise aus­ geführt, daß die Spitzen, durch Fahrzeugerschütterungen und/oder Gaspulsationen angeregt, schwingen können und dabei die Ablagerungen abschütteln. Zu diesem Zweck sind die Sprühscheiben 3 sehr dünn ausgeführt, z. B. nur 0,05 Millimeter und nur im Mittelpunkt eingespannt.

In den Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbei­ spiel dargestellt, bei dem der elektrische Abscheider und der mechanische Abscheider ineinander integriert sind. Als mechanischer Abscheider wird hier eine Wirbelkammer in Form eines aus einem zylindrischen Rohr 12 gebildeten rohrförmigen Gehäuses 15 ver­ wendet, in das tangential die das zu reinigende Abgas zu­ führende Zuleitung 13 eintritt. Koaxial zu dem zylindri­ schen Rohr 12 liegt in dessen Innenraum ein Lochblechzy­ linder 14, der auf seinem Umfang mehrere untereinander liegende Sprühscheiben 3 trägt. An der Stirnseite des Gehäuses 15 ist ein koaxial verlaufendes Tauchrohr 16 ange­ ordnet, das in der Mitte des Gehäuses 15 und des Lochblechzylinders 14 offen steht. An den Stirn­ seiten des zylindrischen Rohrs 12 ist jeweils ein Auslaß 17 für mit Rußflocken angereichertes Abgas vorgesehen. Vor den Auslässen 17 ist mit Abstand jeweils eine Blende 18 angeordnet, die einen Teil der Stirnflächen abdecken. Der Lochblechzylinder 14 und damit die auf ihm angeordneten Sprühscheiben 3 sind über elektrische Zuleitungen 19 mit dem einen Pol einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle und das zylindrische Rohr 12 mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden.

Über die Zuleitung 13 gelangt das zu reinigende Ab­ gas in das Gehäuse 15. Entsprechend der Anordnung nach Fig. 1 werden die Rußbestandteile und die Aerosole in dem elektrostatischen Feld zwischen zylindrischem Rohr 12 und Sprühscheiben 3 aufgeladen und setzen sich auf der Innenseite des zylindrischen Rohrs 12, das die Abscheide­ fläche 2 bildet, ab. Erreicht die Rußschicht auf der Abscheidefläche 2 eine gewisse Dicke, platzt sie ab, wo­ bei sich größere Rußflocken ergeben. Auf diese Rußflocken wirken wegen der um die Mittelachse des Gehäuses 15 rotierenden Strömung Fliehkräfte, die die Rußflocken zu­ nächst an die Wand des zylindrischen Rohrs 12 und von dort einer Grenzschicht einer Sekundärströmung folgend die Wand entlang treiben, wobei der überwiegende Teil der Rußflocken zwischen Blenden 18 und zylindrischem Rohr 12 zum Auslaß 17 geführt wird und der restliche Teil an den Blenden 18 entlang zum Zentrum geleitet wird. Das gereinigte Abgas gelangt über das Tauchrohr 16 ins Freie. Durch die Koronaentladung entsteht der sogenannte elektrische Wind, der die Fliehkraft und die Bildung der Sekundärströmung unterstützt. Die Auslässe 17 für das mit Ruß angereicherte Abgas können wie im ersten Ausführungsbeispiel mit der Abgasrück­ führung verbunden sein.

Claims (1)

1. Vorrichtung zum Entfernen von festen Bestandteilen und Aerosolen, insbesondere Rußbestandteilen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen mit einem rohrförmigen, stirnseitig verschlossenen Gehäuse, das einen tangential gerichteten Einlaßkanal für Abgas und einen Auslaßkanal für gereinigtes Abgas aufweist, mit einem koaxial zum Gehäuse in dessen Innerem angeordneten Trägerkörper, der auf seinem Umfang parallel zueinander liegende, radial abstehende Sprühscheiben aufweist, deren zum Mantel des rohrförmigen Gehäuses weisende Ränder in eine Vielzahl von spitzen Zähnen enden und welcher Trägerkörper mit einem ersten Pol und das Gehäuse mit einem zweiten Pol einer Hochspannungsquelle verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper ein Lochblechzylinder (14) ist, in den koaxial mindestens ein Tauchrohr (16) ragt, das mit dem Auslaßkanal verbunden ist und der Einlaßkanal in der Mitte der Längserstreckung des rohrförmigen Gehäuses (15) angeordnet ist, welches jeweils an den Stirnseiten Auslässe (17) für mit festen Bestandteilen und Aerosolen angereichertes Abgas aufweist, wobei vor den Auslässen jeweils eine Blende (18) angeordnet ist, die einen Teil der Stirnfläche des Gehäuses abdeckt.