DE3842000A1

DE3842000A1 - Fliehkraftabscheider fuer eine abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE3842000A1
Application number: DE3842000A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Dr Leonhard; Wilhelm Dipl Ing Dr Polach; Bernhard Dipl Ing Lucas; Mathias Dipl Ing Berger; Wolfgang Stolper
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-12-14
Filing date: 1988-12-14
Publication date: 1990-06-21

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Fliehkraftabscheider oder Zyklon für eine Abgasreinigungsvorrichtung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere für eine Rußfiltrationsvorrichtung im Abgasstrom von Dieselbrennkraftmaschinen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei insbesondere der Rußfiltration dienenden Abgasreinigungsvorrichtungen für Brennkraftmaschinen wird der Abgasstrom der Brennkraftmaschine einen sog. Agglomerator zugeführt, in dem ein elektrostatisches Hochspannungsfeld erzeugt wird. Der im Abgasstrom fein verteilte Ruß wird im Hochspannungsfeld elektrostatisch aufgeladen und koaguliert zu größeren Agglomeraten, die aufgrund ihres größeren Gewichtes aus dem Abgasstrom mechanisch gut ausgeschieden werden können. Der die Agglomerate führende sog. Rohgasstrom wird dem Fliehkraftabscheider oder Zyklon mit tangentialer Zuströmrichtung zugeleitet. Aufgrund der Wirbelströmung im Zyklon scheiden sich die schweren Agglomerate an der Gehäusewand ab und gelangen mit einem Teil des Rohgasstromes, dem sog. partikelangereicherten Trägergasstrom, über den Auslaß in einen Rußbunker. Der größte Teil des Rohgasstromes konzentriert sich im Innern des Fliehkraftabscheiders als sog. Wirbelkern und strömt weitgehend ruß- und partikelfrei über die Reingasabführung ab.

Bei einem bekannten Fliehkraftabscheider der eingangs genannten Art (DE 34 24 196 A1) ist zum Auffangen des abgeschiedenen Rußes am unteren, offenen Gehäuseende ein Rußbunker angeordnet, in dem sich der vom Trägerstrom ausgetragene Ruß absetzt. Der Rußbunker ist teilweise mit einem Einbaukegel abgedeckt, auf dem sich der Wirbelkern der Wirbelströmung abstützt und damit daran gehindert ist, gebunkerten Ruß aus dem Rußbunker abzusaugen.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Fliehkraftabscheider mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die erfindungsgemäße Gestaltung des Auslasses der Trägergasstrom sehr klein gehalten wird, vorzugsweise auf eine für die zuverlässige Austragung des Rußes gerade ausreichende Mindestmenge. Gleichzeitig verhindert der Drosselquerschnitt, insbesondere dann, wenn er durch einen zur Reingasabführung koaxialen, den Wirbelkern umschließenden Ringspalt realisiert wird, das Auftreten von Sekundär- und Rückströmungen, die die Abscheidung der Agglomerate negativ beeinflussen.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Fliehkraftabscheiders möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Fliehkraftabscheiders, teilweise geschnitten,

Fig. 2 und 3 jeweils einen Längsschnitt des unteren Endes des Gehäuses des Fliehkraftabscheiders in Fig. 1 gemäß einem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 eine Unteransicht des Gehäuseendes in Fig. 3,

Fig. 5 ausschnittweise einen Längsschnitt eines Fliehkraftabscheiders gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 ausschnittweise eine Abwicklung des Gehäusemantels des Gehäuses in Fig. 5,

Fig. 7 abschnittweise einen Längsschnitt eines Fliehkraftabscheiders gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel,

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-IX in Fig. 7,

Fig. 10 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes X in Fig. 9.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der in Fig. 1 in Seitenansicht und teilweise aufgeschnitten zu sehende Fliehkraftabscheider weist ein Gehäuse 10 auf, das sich aus einem zylindrischen Gehäuseabschnitt 101 und einem konischen Gehäuseabschnitt 102 zusammensetzt. Der konische Gehäuseabschnitt 102 verjüngt sich dabei ausgehend von dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 101 bis zu dem freien Gehäuseende, das offen ausgebildet ist. Das andere Gehäuseende am zylindrischen Gehäuseabschnitt 101 ist verschlossen und wird von einer als Tauchrohr 11 ausgebildeten Reingasabführung 12 durchdrungen. Das Tauchrohr 11 ist koaxial zum Gehäuse 10 angeordnet und erstreckt sich etwa über die Hälfte des zylindrischen Gehäuseabschittes 101, um dort frei zu enden. Oberhalb des Endes des Tauchrohres 11 mündet in dem zylindrischen Gehäuseabschnitt 101 eine Rohgaszuführung 13, über welche dem Fliehkraftabscheider ein durch Pfeil 14 symbolisierter Rohgasstrom mit zum Gehäuse 10 tangentialer Zuströmrichtung zugeführt wird. Aufgrund dieser tangentialen Zuströmrichtung bildet sich im Gehäuse 10 eine Wirbel- oder Drallströmung aus, infolge derer sich die im Rohgasstrom enthaltenen Partikelagglomerate an der Gehäusewand niederschlagen und mit einem Teil des Rohgasstromes, dem sog. Trägergasstrom, über einen am offenen Ende des konischen Gehäuseabschnittes 102 gebildeten Auslaß 15 ausgetragen werden. Dabei ist der Auslaß 15 als Drosselquerschnitt gestaltet, der derart bemessen ist, daß die Größe des Trägergasstromes kleiner ist als 10% des Rohgasstromes. Zur Bildung des Drosselquerschnittes ist in das offene Ende des konischen Gehäuseabschnittes 102 ein Einbaukegel mit zum Tauchrohr 11 weisender Kegelspitze derart eingesetzt, daß zwischen dem äußeren Kegelrand und der Innenwand des Gehäuses 10 ein koaxialer ringförmiger Drosselspalt 20 gebildet wird.

Der Einbaukegel 16 kann in vielfältiger Weise ausgebildet und am Gehäuseende befestigt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird der Einbaukegel 16 als Blechziehteil ausgebildet, wie dies in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. In Fig. 2 ist der Einbaukegel 16′ mittels dreier im gleichen Abstand am Kegelrand verteilt angeordneter Lappen 17 am Außenmantel des konischen Gehäuseabschnittes 102 befestigt, was mittels Schweißpunkte erfolgen kann. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ist der Einbaukegel 16′′ mit einem kurzen zylindrischen Ansatz 18 versehen, an welchem drei Sicken 19 nach außen ausgeprägt sind. Die Sicken 19 sind gleichmäßig über den Umfang des zylindrischen Ansatzes 18 verteilt. Die Sickenhöhe entspricht der gewünschten Drosselspaltbreite. Der Endabschnitt 28 des konischen Gehäuseabschnittes 102 ist zu einem zylindrischen Ring aufgeweitet. Der Einbaukegel 16′′ wird von unten her in den konischen Gehäuseabschnitt 102 eingesetzt bis der zylindrische Ansatz 18 des Einbaukegels 16′′ und der zylindrische Endabschnitt 28 des Gehäuseabschnittes 102 einander gegenüberliegen, wobei durch die Sicken 19 der Drosselspalt 20 zwischen Rand des Einbaukegels 16′′ und Innenwand des konischen Gehäuseabschnittes 102 eingestellt wird. Durch Schweißpunkt wird der zylindrische Ansatz 18 des Einbaukegels 16′′ mit dem zylindrischen Endabschnitt 28 des konischen Gehäuseabschnittes 102 verbunden.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist an das vom Einbaukegel 16, 16′, 16′′ bis auf den Drosselspalt 20 verschlossene Ende des Gehäuses 10 ein Zwischenbunker 21 angesetzt, in dem der mit dem Trägergasstrom über den Drosselspalt 20 ausgetragene Ruß vorübergehend abgelagert wird, um dann weiter mit dem Trägergasstrom über einen koaxialen Trägergasabführstutzen 22 einer nicht dargestellten Entsorgungseinrichtung zugeführt zu werden. Der Zwischenbunker 21 umgreift mit einem zylindrischen Mantelabschnitt 211 das freie Ende des konischen Gehäuseabschnittes 102 und geht über einen kegelstumpfförmigen Mantelabschnitt 212 in den Trägergasabführstutzen 22 über.

Der in Fig. 5 dargestellte Fliehkraftabscheider ist gegenüber dem Fliehkraftabscheider gemäß Fig. 1 bezüglich der Reingasabführung 12 und des Auslasses 15 modifiziert. Die Reingasabführung 12 besteht wiederum aus einem Tauchrohr 23, das das vom konischen Gehäuseabschnitt 102 abgekehrte verschlossene Gehäuseende durchdringt und das Gehäuse 10 bis hin zum im Durchmesser verjüngten Gehäuseende des konischen Gehäuseabschnitts 102 durchzieht. Das Tauchrohr 23 trägt endseitig einen Zylinderabschnitt 24, der im Durchmesser größer ausgebildet ist als der Durchmesser des Tauchrohres 23 und der über einen kegelstumpfförmigen Übergang 25, vorzugsweise einstückig, mit dem Tauchrohr 23 verbunden ist. Der Durchmesser des Zylinderabschnittes 24 ist so gewählt, daß sich zwischen dem Außenumfang des Durchmessers und der Innenwand des Gehäuses 10 am Gehäuseende der Drosselspalt 20 mit der gewünschten Drosselspaltbreite ausbildet. Der Zylinderabschnitt 24 stützt sich auf drei Stegen des Gehäuses 10 ab, die am Gehäuseende von der Gehäusewand nach innen abgewinkelt sind. Die in Fig. 6 in der ausschnittweisen Darstellung einer Abwicklung des Gehäusemantels zu sehenden Stege 26 sind im gleichen Abstand voneinander am Umfang angeordnet und weisen eine Stegbreite auf, die der gewünschten Spaltbreite des Drosselspaltes 20 entspricht. Das durchgehende Tauchrohr 23 ist zumindest im Bereich des konischen Gehäuseabschnittes 102 aus Loch- oder Schlitzblech gefertigt, so daß der im Wirbelkern der Drallströmung sich ausbildende Reingasstrom über die Löcher oder Schlitze in das Tauchrohrinnere einströmen und von dort in Richtung Pfeil 27 abströmen kann. Am Gehäuseende ist wiederum ein Zwischenbunker 21′ angeordnet, der das Gehäuseende becherförmig umschließt und einen tangentialen Trägergasabführstutzen 22′ aufweist.

In Fig. 7-10 ist ein Fliehkraftabscheider mit umgekehrter Anströmung dargestellt. Das abschnittweise zu sehende Gehäuse 30 ist beidseitig verschlossen und wird an dem der hier nicht dargestellten tangentialen Rohgaszuführung gegenüberliegenden Gehäuseende von einem Tauchrohr 31 durchdrungen, das im Gehäuseinnern mit Abstand von dem verschlossenen Ende frei mündet. Das Tauchrohr 31 durchzieht einen Zwischenbunker 21′′, der von einer zum Tauchrohr 31 koaxialen Hülse 32 gebildet wird, die stirnseitig einerseits von einem Bodenflansch 33, der zwischen der Hülse 32 und dem Tauchrohr 31 befestigt ist, gasdicht verschlossen und andererseits von einem Deckelflansch 34 abgedeckt ist, der mit seinem das Tauchrohr 31 umschließenden Innenrand den Drosselspalt 20′′ zum Tauchrohrmantel hin freigibt. Der Deckelflansch 34 ist mittels Schrauben 35, die in Fig. 7 durch strichpunktierte Linien angedeutet sind, an einer Stirnplatte 38 verschraubt, die das Gehäuseende abschließt und mit dem Gehäusemantel des Gehäuses 30 verschweißt ist. Die Stirnplatte 38 trägt eine koaxiale Durchtrittsöffnung 36, die wesentlich größer ist als der Tauchrohrquerschnitt, so daß das Tauchrohr 31 durch die Stirnplatte hindurchgeführt werden kann. Der verbleibende Querschnitt der Durchtrittsöffnung 36 wird von dem Deckelflansch 34 abgedeckt, so daß eine Verbindung zwischen Gehäuseinnern und dem Zwischenbunker 21′′ nur durch den als Drosselspalt 20′′ ausgebildeten Auslaß 15 gegeben ist. Wie aus Fig. 9 und 10 zu erkennen ist, stützt sich das Tauchrohr 31 über drei Distanzstücke 37 am Innenrand des Deckelflansches 34 ab. Die Distanzstücke 37 sind gleichmäßig über den Umfang des Tauchrohres 31 verteilt angeordnet und mit diesem verschweißt. Die radiale Breite der Distanzstücke 37 ist entsprechend der gewünschten Drosselspaltbreite bemessen. Der Zwischenbunker 21′′ weist einen tangentialen Trägergasabführstutzen 22′′ auf. Er ist rohrförmig ausgebildet und besitzt im Übergangsbereich zur Hülse 32 einen rechteckförmigen Querschnitt, so daß sich eine doppelte linienförmige Berührung zwischen Trägergasabführstutzen 22′′ und Hülse 32 ergibt. Die tangentiale Trägergasstromabführung verbessert den Transport der abgeschiedenen Partikel, da sich der im Fliehkraftabscheider bestehende Gaswirbel auch in den Zwischenbunker 21′′ hinein fortsetzt. Der über das Tauchrohr 31 austretende Reingasstrom ist mit Pfeil 27 symbolisiert.

Claims

1. Fliehkraftabscheider für eine Abgasreinigungsvorrichtung bei Brennkraftmaschinen, insbesondere für eine Rußfiltrationsvorrichtung im Abgasstrom von Dieselbrennkraftmaschinen, mit einem Gehäuse, das 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, insbesondere Rußflocken, mittels eines vom Abgasstrom abgetrennten Trägergasstroms, gekennzeichnet durch eine Gestaltung des Auslasses (15) als Drosselquerschnitt.

2. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselquerschnitt derart bemessen ist, daß die Größe des Trägergasstroms kleiner ist als 10% des Rohgasstromes.

3. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (15) als ringförmiger, zur Reingasabführung (12) koaxialer Drosselspalt (20) ausgebildet ist.

4. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das auslaßseitige Gehäuseende offen ausgebildet und an dem Gehäuseende ein Zwischenbunker (21) angesetzt ist und daß im Gehäuseende ein Einbaukegel (16; 16′; 16′′) mit zur Reingasabführung (12) weisender Kegelspitze derart eingesetzt ist, daß zwischen dem äußeren Kegelrand und der Innenwand des Gehäuses (10) der Drosselspalt (20) verbleibt.

5. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbaukegel (16′) als Blechziehteil ausgebildet ist, das mittels Lappen (17), vorzugsweise drei gleichmäßig über den Kegelumfangsrand verteilte Lappen (17), am Außenmantel des Gehäuses (10) befestigt, vorzugsweise verschweißt, ist.

6. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbaukegel (16′′) als Blechziehteil mit kurzem zylindrischen Ansatz (18) ausgebildet ist, der ausgeprägte Sicken (19), vorzugsweise drei über den Umfang gleichmäßig verteilte Sicken (19), mit einer der Drosselspaltbreite entsprechender Ausprägtiefe aufweist, und daß der zylindrische Ansatz (18) an einem zylindrischen Endabschnitt (28) des Gehäuses (10) befestigt, vorzugsweise verschweißt, ist.

7. Fliehkraftabscheider nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) einen die Rohgaszuführung (13) und die Reingasabführung (12) enthaltenden zylindrischen Gehäuseabschnitt (101) und einen daran sich anschließenden konischen Gehäuseabschnitt (102) aufweist, an dessen den kleineren Durchmesser aufweisendem Ende der Zwischenbunker (21; 21′) angesetzt ist.

8. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reingasabführung (12) als Tauchrohr (11) ausgebildet ist, das das vom konischen Gehäuseabschnitt (102) abgekehrte verschlossene Gehäuseende durchdringt und bis über die tangentiale Rohgaszuführung (13) hinaus in den zylindrischen Gehäuseabschnitt (101) vorsteht und dort frei endet.

9. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reingasabführung (12) als Tauchrohr (23) ausgebildet ist, das das vom konischen Gehäuseabschnitt (102) abgekehrte verschlossene Gehäuseende durchdringt und das Gehäuse (10) bis hin zum im Durchmesser verjüngten Gehäuseende durchzieht, und daß das mindestens im Bereich des konischen Gehäuseabschnitts (102) aus Loch- oder Schlitzblech bestehende Tauchrohr (23) endseitig einen Zylinderabschnitt (24) aufweist, der sich über Stege (26) mit der radialen Drosselspaltbreite entsprechender Stegbreite am Gehäuse (10) abstützt.

10. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise mit dem Tauchrohr (23) einstückige Zylinderabschnitt (24) einen größeren Durchmesser als das Tauchrohr (23) aufweist, so daß sich zwischen dem Tauchrohr (23) und dem Zylinderabschnitt (24) ein kegelstumpfförmiger Übergang (25) ergibt.

11. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das auslaßseitige Gehäuseende verschlossen ausgebildet ist, daß die Reingasabführung (12) als das verschlossene Gehäuseende durchdringendes Tauchrohr (31) ausgebildet ist, das im Gehäuseinnern mit Abstand vom Gehäuseende frei mündet, und daß der Drosselspalt (20′′) in dem geschlossenen Gehäuseende unmittelbar am Tauchrohr (31) ausgebildet ist.

12. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß am verschlossenen Gehäuseende ein zum Drosselspalt (20′) hin offener Zwischenbunker (21′′) angesetzt ist, der das Tauchrohr (31) koaxial gibt und einen Trägergasabführstutzen (22′′) aufweist.

13. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenbunker (21′′) einerseits von dem Tauchrohr (31) und andererseits von einer das Tauchrohr (31) mit Radialabstand umschließenden koaxialen Hülse (32) begrenzt ist und stirnseitig einerseits von einem am Tauchrohr (31) und an der Hülse (32) gasdicht gehaltenen Bodenflansch (33) und andererseits von einem an der Hülse (32) überstehenden Deckelflansch (34) verschlossen ist, der mit seinem das Tauchrohr (31) umgreifenden Innenrand den Drosselspalt (20′′) zum Tauchrohrmantel hin freigibt, daß der Deckelflansch (34) an einer das Gehäuseende abschließenden Stirnplatte (38) befestigt ist, die eine zum Tauchrohr (31) koaxiale Durchtrittsöffnung (36) mit gegenüber dem Tauchrohrdurchmesser wesentlich größerem Durchmesser aufweist, die von dem Deckelflansch (34) wiederum abgedeckt ist.

14. Fliehkraftabscheider nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Tauchrohr (31) über am Tauchrohr (31) angeordnete, vorzugsweise verschweißte, Distanzstücke (37), vorzugsweise drei gleichmäßig über den Umfang des Tauchrohrs verteilte Distanzstücke (37), an dem Innenrand des Deckelflansches (34) abstützt.

15. Fliehkraftabscheider nach einem der Ansprüche 12-14, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägergasabführstutzen (22′′) tangential angeordnet und rohrförmig mit einem im Übergangsbereich zur Hülse (32) quadratischen oder rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet ist.