DE3445406A1

DE3445406A1 - Vorrichtung zum reinigen von gasen

Info

Publication number: DE3445406A1
Application number: DE19843445406
Authority: DE
Inventors: Ilan Brauer; Gerhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Brüggen; Manfred 7149 Freiberg Gaugler; Dieter Dipl.-Phys. 7250 Leonberg Karr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-12-13
Filing date: 1984-12-13
Publication date: 1986-06-19
Also published as: WO1986003552A1; EP0203928A1

Description

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ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Vorrichtung zum Reinigen von Gasen
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Reinigen von Gasen nach der Gattung des Hauptanspruches, wie sie aus der DE-OS 32 38 793.8 "bereits bekanntgeworden ist. Die dort beschriebene Vorrichtung ist so ausgebildet, daß hohlzylindrische oder ebene Elektroden in Strömungsrichtung der zu reinigenden Gasen angeordnet sind. Dies führt dazu, daß ein relativ großes Volumen für die Vorrichtung benötigt wird um eine ausreichende Koagulation der Partikel für die anschließende mechanische Abscheidung zu bewirken.

Weiterhin ist es aus der DE-OS 33 1U 170 bekannt, innerhalb eines Koagulators eine Prallfläche im Gasstrom anzuordnen, welche auf Massepotential liegt und auf ihrer Oberfläche positiv geladene Partikel anlagert. Diese Partikel wachsen auf der Oberfläche zu größeren Agglomeraten zusammen, bevor sie durch die Gasströmung wieder abgelöst werden und zur mechanischen Abscheidung in einen nachgeschalteten Fliehkraftabscheider oder dgl. gelangen.

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Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß aufgrund der besonderen Feldverhältnisse und/oder durch längere Wege eine stärkere Koagulation der abzuscheidenden Partikel erfolgt, so daß mit einer kompakten Anlage ein guter Wirkungsgrad erzielbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. Als eine besonders zweckmäßige Bauform hat sich dabei eine Anordnung bewährt, bei der die Elektroden als Drahtgitter ausgebildet und von dem zu reinigenden Gas durchströmt sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß im Bereich der gesamten Vorrichtung etwa die gleiche Strömungsgeschwindigkeit der Gase herrscht, so daß sich die bauliche Gestaltung der Anordnung leicht optimieren läßt. Durch die parallele Anordnung einer Mehrzahl derartiger Drahtelektroden erhält man überdies bei relativ niedriger Hochspannung eine hohe elektrische Feldstärke. Das Drahtmaterial der für die Elektroden verwendeten Drahtgitter sollte dabei so bemessen sein, daß die Gitter selbsttragend gestaltet werden können und keine zusätzlichen mechanischen"Versteifungen benötigen, welche den konstruktiven Aufwand erhöhen.

Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden als scheibenförmige Bleche ausgebildet, welche den Gasstrom jeweils umlenken und hierdurch den Weg der Gase beträchtlich verlängern und die Koagulationsrate erhöhen.

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In beiden genannten Ausgestaltungen hat sich eine Anordnung als zweckmäßig erwiesen, bei der die auf Hochspannungspotential liegenden Elektroden auf einen gemeinsamen Träger montiert sind, während die auf Massepotential liegenden Elektroden an einer Gehäusewand befestigt sind. Hierdurch wird die Anzahl der gegenüber dem Gehäuse zu isolierenden Durchführungen für die Hochspannung auf eine oder gegebenenfalls zwei Stellen beschränkt, wodurch die bauliche Gestaltung der Vorrichtung weiter vereinfacht wird. Bei einer Vormontage der Hochspannungs-Elektroden auf einem gemeinsamen Träger werden die im Gehäuse befestigten Masse-Elektroden mit einem Schlitz für den Durchtritt des Träger versehen. Eine andere vorteilhafte Gestaltung der beiden Elektrodengruppen kann derart ausgebildet werden, daß die Hochspannungs-Elektroden und die Masseelektroden jeweils an einem Scheibenende auf einem gemeinsamen Träger oder an der Gehäusewand befestigt sind, so daß die Elektrodengruppen ohne Einfädelschlitz oder dgl. beim Zusammenbau der Vorrichtung ineinandergeschoben werden können.

Je nach der vorangigen Zielsetzung kann es zweckmäßig sein, die Elektroden und das sie umschließende Gehäuse rund, oval oder rechteckig auszubilden. Eine runde Anordnung hat den Vorteil, daß praktisch an jedem Ort innerhalb der Vorrichtung gleiche Strömungsverhältnisse herrschen, während eine ovale oder rechteckige Ausgestaltung bei einem entsprechend vorgegebenen Einbauraum ein größeres Volumen der Vorrichtung zuläßt, wodurch gegebenenfalls der Wirkungsgrad erhöht werden kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Längsschnitt

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durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung und Figur 2 eine Draufsicht auf eine Elektrode aus einem Drahtgitter.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In Figur 1 ist durch Pfeile 10 ein Gasstrom angedeutet, welcher beim Eintritt in die Vorrichtung über einen Stutzen 11 mit den abzusondernden, feinverteilten Partikeln beladen ist. Der Gasstrom 10 verläßt den hier interessierenden Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung über einen Stutzen 12 zu einem Fliehkraftabscheider 18 hin, aus dem einerseits ein gereinigter Gasstrom 19a und andererseits die abgesonderten Partikel 19b austreten.

Der im folgenden als Koagulator bezeichnete Hochspannungsteil der Vorrichtung besitzt ein Gehäuse 13 aus Blech, welches im gezeichneten Ausführungsbeispiel als zylindrisches Mantelteil ausgebildet und auf Massepotential gelegt ist. Die dem Gaseintritt zugewandte Stirnwand des Koagulators ist mit 1U bezeichnet, die gegen.-überliegende Stirnwand auf der Gasaustrittsseite mit 15· In der Stirnwand lh ist ein elektrisch leitfähiger Träger "\6 in einem Isolator 17- gehalten. Der Träger liegt an positivem Hochspannungspotential. Das gegenüberliegende Ende des Trägers i6 kann zusätzlich mittels einer Halterung 20 an der Stirnwand 15 gelagert werden, wenn die Größe der Vorrichtung oder besonders starke mechanische Beanspruchungen, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, dies erfordern. Die Stirnwände 1k und 15 des Koagulators bestehen vorzugsweise aus elektrisch nichtleitendem Material .

Innerhalb des Gehäuses 13 sind scheibenförmig ausgebildete, auf Hochspannungspotential liegende Elektroden 21 auf dem Träger 16 elektrisch und mechanisch befestigt.

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Die jeweils zwischen zwei Hochspannungselektroden 21 angeordneten, auf Massepotential liegenden Elektroden 22 sind beim gezeichneten Ausführungsbeispiel einzeln am geerdeten Gehäuse 13 befestigt.

Figur 2 zeigt die Gestaltung der Hochspannungs-Elektroden 21 aus einem Drahtgitter 25, welches aus einzelnen Drähten 26 geflochten ist und einen Versteifungsrand 27 besitzt. Auch die auf Massepotential liegenden Elektroden 22 bestehen aus einem entsprechenden Drahtgitter mit gleichartigem Geflecht und im wesentlichen gleichen Abmessungen. In der Mitte des Drahtgitters 25 ist der Träger 16 zu erkennen, auf dem die Hochspannungselektroden 21 gehalten sind.

Gegenüber einer bekannten Koagulator-Vorrichtung mit gleichem Bauvolumen und hohlzylindrischer Anordnung der Elektroden erreicht man durch die erfindungsgemäße Bauform eine wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades. Die scheibenförmigen Elektroden 21 und 22 sind dabei in großer Anzahl parallel geschaltet und alternierend mit positivem und negativem Potential beaufschlagt in einer Anordnung, daß sich eine elektrische Feldstärke unterhalb der Ionisationsfeldstärke ergibt. Bei entsprechenden Anlag-en hat es sich bewährt, die elektrische Feldstärke auf einen Wert von ca. 10 kV/cm zu begrenzen. Der Abstand der Elektroden 21 und 22 untereinander sollte ca. 5 mm bis 10 mm betragen, um einerseits eine hohe Feldstärke zu erzielen und andererseits Berührungen zwischen den Elektroden mit Sicherheit zu vermeiden. Bei beiden Bauformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht man im gesamten Koagulatorbereich eine gleiche Strömungsgeschwindigkeit und eine große aktive Elektrodenfläche. Letztere bewirkt, daß sich Partikel mit

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ausreichend hoher Dielektrizitätszahl im elektrischen Feld an den metallischen Elektroden 21 und 22 vorübergehend ablagern und zu größeren Agglomeraten zusammenwachsen, wenn die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Anordnung einen vorgegebenen Wert von beispielsweise kleiner 1 m/s nicht überschreitet. Bei Rußpartikeln im Abgas von Dieselmotoren wurde eine Dielektrizitätszahl von ca. 100 gemessen. Befinden sich die Partikel, welche aufgrund des elektrischen Feldes zu Dipolen werden, dicht vor der geladenen Elektrodenoberfläche 21 oder 22, so erfahren sie eine Beschleunigung zur Oberfläche hin, weil sie aufgrund der gegenpoligen Ausrichtung der Dipole von der Oberfläche angezogen werden.

Rußpartikel besitzen überwiegend stäbchenförmige Geometrien. Sie richten sich deshalb im elektrischen Feld besonders leicht aus und eignen sich daher sehr gut für den vorgesehenen, zeitlich begrenzten Anlagerungsprozess an den Elektroden. Beim Auftreffen eines Dipol-Teilchen auf einer Elektrodenoberfläche halten Adhäsionskräfte das Teilchen an einem Stabende fest. Es findet teilweise ein Ladungsausgleich statt, da der Kohlenstoff der Rußpartikel halbleitend ist. Das freie Ende des einzelnen angelagerten Partikels, bzw. das freie Ende des angelagerten Agglomerates besitzt die gleiche Ladung wie die Elektrodenoberfläche. Die abstoßende Wirkung aufgrund der gleichnamigen elektrischen Ladungen wird durch Adhäsionskräfte aufgehoben.

Am 'freien Ende des angelagerten Partikels oder Agglomerates entsteht ein sehr starkes inhomogenes Feld wegen der hohen anliegenden Spannung und des kleinen Krümmungsradius der Partikel, beispielsweise eines Krümmungsradius von Uo nm bei stäbchenförmigen Rußpartikel. In diesem stark inhomogenen elektrischen Feld werden

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nun die benachbarten Dipole zum Ort der größten Feldstärke beschleunigt, weshalb sich die nächsten Partikel am freien Ende des auf der Elektrode sitzenden Partikels anlagern. Dieser Mechanismus führt zum raschen Anwachsen eines turmartigen Gebildes auf der elektrisch leitfähigen Elektrode. Der Wachstumsprozeß endet, wenn die Ablösekräfte der strömenden Gase auf das Agglomerat größer als die adhäsiven Kräfte zwischen der Elektrode und dem Agglomerat werden. Letzteres wird weggespült und ein neuer Anlagerungsprozeß kann beginnen. Dieser Koagulationsmechanismus findet unabhängig und zusätzlich zu dem innerhalb des Gasstromes stattfindenden Anlagerungsprozeß aufgrund der Dipolladungen der Partikel untereinander statt. Der Wirkungsgrad der Anlage wird dadurch sehr hoch und man erzielt auf kleinem Raum eine hohe Koagulationsrate und damit eine wirkungsvolle Abscheidung im nachgeschalteten mechanischen Abscheider

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Claims

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6. 12. 1981; Rs/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Reinigen von Gasen von Teilchen oder Tröpfchen, insbesondere zum Reinigen von Abgasen fossiler Brennstoffe, vorzugsweise von Dieselmotoren, mit einem mechanischen Abscheider und einem diesem vorgeschalteten Koagulator mit ebenen Elektroden, welche vorzugsweise mit alternierender Polarität parallel zueinander angeordnet und elektrisch parallel geschaltet sind, wobei an den Elektroden ein elektrisches Hochspannungsfeld liegt, insbesondere ein stationäres Hochspannungsfeld, mit einer Feldstärke unterhalb der Ionisationsfeldstärke, durch dessen Einwirkung die Partikel zu größeren Agglomeraten koagulieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 22) im wesentlichen senkrecht zum Gasstrom (10) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 22) verschiedener Polarität einen gegenseitigen Abstand von 2 mm bis 20 mm, vorzugsweise von 5 mm bis 10 mm haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 22) als Drahtgitter ausgebildet und von dem zu reinigenden Gas (10) durchströmt sind.

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h. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroden-Drahtgitter (25) selbsttragend ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgitter (25) aus Drähten (26) mit einem Durchmesser von 0,3 mm bis 1 mm hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 22) aus Blechen bestehen, an denen der Gasstrom umgelenkt wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21) mit Hochspannungspotential auf einem gemeinsamen, gegenüber einem auf Massepotential liegenden Gehäuse (13) isolierten Träger (16) sitzen, während die Elektroden (22) mit Massepotential einzeln oder gemeinsam an einer Gehäusewand (13) befestigt sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 22) und das sie umschließende Gehäuse (13) kreisförmig oder oval ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 22) und das sie umschließende Gehäuse (13) rechteckig ausgebildet sind.