DE3842000A1 - Fliehkraftabscheider fuer eine abgasreinigungsvorrichtung - Google Patents
Fliehkraftabscheider fuer eine abgasreinigungsvorrichtungInfo
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Description
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.
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.
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.
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 (15)
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.
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