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Einrichtung zum Kühlen und Reinigen der Abgase von
Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen und Reinigen der Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, die z. B. in Bergbaubetrieben unter Tag arbeiten. Bei derartigen Motoren soll die Abgastemperatur am Austrittspunkt etwa 820C nicht übersteigen und die Abgase sollen bei ihrer Abgabe in die Grubenluft keine schädlichen Gase oder unangenehmen Gerüche enthalten. Die erfindungsgemässe Einrichtung soll ferner auf dem Rahmen oder der Karosserie eines Traktors montierbar sein, ohne über die normalen Baumasse des Traktors hinaus vorzustehen und ohne das Ankuppeln eines Anhängers zu beeinträchtigen.
Es sind bereits Kühl- und Reinigungseinrichtungen bekannt, die eine Ausgleichskammer, ein Wasserbad und Filtereinrichtungen umfassen. Diese bekannten Einrichtungen waren jedoch in der Regel ziemlich schwer und ihre Verwendung führte nicht immer zu dem angestrebten Erfolg.
Bei der verbesserten Einrichtung gemäss der Erfindung ist nunmehr als Wasserbad eine wässerige alkalische Lösung in einem oder mehreren Gaswaschbehältern vorgesehen und in der Nähe des Behälterbodens wenigstens ein perforiertes Gasabgaberohr und oberhalb des oder der Behälter in einer mit ihm in Verbindung stehenden, an sich bekannten Filterkammer eine poröse Schicht aus inertem Filtermaterial und dar- über eine Aktivkohle enthaltende weitere Filterkammer für die Abgase angeordnet. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind zwischen der Filterkammer -und der weiteren FllterkaÜ1iller im Strömungs- weg der Gase ein oder mehrere Zyklonscheider eingeschaltet.
Ferner sind erfindungsgemäss zwei parallelgeschaltete Waschbehälter auf gleichem Niveau angeordnet, die mit je einer Filterkammer und gegebenenfalls mit der weiteren Filterkammer in Verbindung stehen und über ein Wasserstandsausgleichsrohr miteinander verbunden sind.
Ein Vierzylinder-Zweitakt-Dieselmotor kann pro Minute bis zu 32 m ? Auspuffgase von etwa 4400C erzeugen. Diese Gase enthalten normalerweise Aldehyde, Oxyde und Stickstoff, sowie kleinere Mengen Kohlenoxyd. Alle diese Gase verunreinigen die Grubenluft. Beim Waschen solcher Gase. mit Wasser wird das Wasser sauer und daher korrosiv. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, alkalisches, z. B. sodahältiges Waschwasser zu verwenden, um die Säure zu neutralisieren und die Wasch-und Reinigungswirkungzu begünstigen.
Das grosse Volumen und die hohe Temperatur der Auspuffgase erschweren die Herstellung einer genügend innigen Berührung zwischen den Gasen und dem Kühlwasser und begünstigen das Ausblasen von Wasser aus dem Kühlbehälter bzw. eine zu rasche Verdampfung des Wassers. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, einen grossen Waschwasserbehälter ohne Einbauten zu verwenden und das Gas durch eine beträchtliche Anzahl von kleinen Öffnungen einzuleiten, die in horizontalen Rohren vorgesehen sind, welche in der Nähe des Behälterbodens angeordnet und schräg abwärts gerichtet sind, damit die Gase eine Bewegung und Wirbelung des Wassers bewirken.
Die Wassertiefe in den Waschwasserbehältern soll etwa 56 cm betragen. Bei dieser Tiefe ist einerseits der Gegendruck auf den Auspuff des Motors nicht zu gross und anderseits können die Gase genügend lange mit dem Wasser in Berührung bleiben. Je Kubikmeter der pro Minute abgegebenen Abgase soll das Volumen der Expansionskammer etwa 4,3 l,. das Wasservolumen in denWaschbehältern etwa 19, 6 l, das Volumen der Filterkammer etwa 7 l, das Luftvolumen über dem Wasser etwa 2,9 l und das gesamte Innenvolumen der Wascheinrichtung etwa 34 l betragen.
Eine praktische Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend anHand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. In diesen zeigt Fig. 1 in einer Seitenansicht einen mit einem Anhänger versehenen Diesel-
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traktor, auf dem die erfindungsgemässe Auspuffgaswascheinrichtung montiert ist. Fig. 2 zeigt die Wascheinrichtung in der Draufsicht. Fig. 3 ist eine teilweise nach der Linie 3-3 der Fig. 2 geschnittene Vorderansicht, Fig. 4 eine teilweise nach der Linie 4-4 der Fig. 3 geschnittene Seitenansicht, und Fig. 5 zeigt im Schnitt eines der Eintrittsrohre des Gaswäschers.
Gemäss Fig. 1 weist ein Traktor 5 allgemein üblicher Bauart einen Dieselmotor 6, einen Führersitz 7 und eine von den Rädern 9 und 10 getragene rückwärtige Plattform 8 auf.
Auf der rückwärtigen Plattform 8 des Traktors ist mittels einer Kupplung 12 ein normaler 15 t-Anhän- ger 11 aufgesattelt, dessen hinteres Ende auf Rädern 13 läuft.
Die erfindungsgemässe Abgasreinigungseinrichtung 14 ist auf der rückwärtigen Plattform 8 des Traktors unmittelbar hinter dem Führersitz 7 angeordnet und ist nicht breiter als der Traktor 5.
Die Auspuffgase des Dieselmotors 6 werden über eine an der Unterseite des Traktors angeordnete, dessen Betrieb nicht störende Leitung 15 direkt der Einrichtung 14 zugeführt.
Gemäss Fig. 3 weist die Einrichtung 14 ein Mittelgehäuse auf, das von einer Deckplatte 17, Seitenwandplatten 18, 19, 25 und 26, Bodenplatten 20, 21 und 24, einerVorderwandplatte 22 und einer Rückwandplatte 23 gebildet wird. Die Deckplatte 17 ist lösbar mit den Wandplatten verschraubt, um einen Zugang in das Gehäuseinnere zu ermöglichen. Innerhalb des Gehäuses ermöglicht eine von den Platten 24, 25 und 26 gebildete rechteckige Ausnehmung das passende Aufsetzen des Gehäuses auf die rückwärtige Plattform 8 des Traktors 5.
Das Gehäuse enthält eine Druckkammer 27, zwei Waschbehälter 28 und 29 und zwei Filterkammern oder Filterschichten'30 und 31. Das an der Leitung 15 befestigte geflanschte Eintrittsrohr 16 ist in der Mitte der Platte 22 angeordnet und steht direkt mit dem Expansionsraum 27 in Verbindung. Dieser wird von der Deckplatte 17, der Bodenplatte 24 und den Seitenwandplatten 32 und 33 begrenzt, welche diese Kammer von den Filterkammern 30 und 31 trennen. Die Platte 17 ist mit den Seitenwandplatten 32 und 33 und mit der Vorder- und Rückwandplatte 22 bzw. 23 luftdicht verschweisst. Ein Einweg-Rückschlagventil 34 in der Vorderwandplatte 22 steht mit der Druckkammer 27 in direkter Verbindung und ist im normalen Betriebszustand geschlossen, um ein Entweichen von Auspuffgasen zu verhindern.
Wenn sich jedoch in der Expansionskammer 27 ein Vakuum entwickelt, spricht das Ventil automatisch an und gleicht das Vakuum aus, damit kein Wasser aus den Waschbehältern 28, 29 in den Motor zurückgesaugt wird.
Von der Expansionskammer 27 führen zwei Rohre 35 und 36 schräg abwärts direkt zu dem Waschbehälter 29, und zwei ähnliche Rohre zu dem Behälter 28. Da beide Paare der schräg abwärts führenden Rohre untereinander gleich sind, wird nur ein Paar beschrieben.
Gemäss Fig. 4 und 5 sind die Rohre 35 und 36 in Öffnungen der Expansionskammer 27 eingesetzt. Der untere Teil jedes Rohres wird von einem Winkel 36a getragen, der an der Seite der Platte 26 befestigt ist. Flanschen der Rohre 35 und 36 sind mit Flanschen von Abzweigungen eines horizontalen unteren Rohres 38 unter Zwischenlage einer Dichtung 37 verschraubt. Das horizontale Rohr 38 durchsetzt die Vorder- und Rückwandplatte 22 und 23 und ist bei 38a an dem unteren Bogen seines Umfangs perforiert. Die jenseits der geflanschten Abzweigungen angeordnetenEndstrecken des horizontalen Rohres 38 sind durch Kappen 39 und 40 verschlossen. Nach Abnahme der Kappen 39 und 40 kann das Innere des Rohres 38 gereinigt werden.
Jeder Waschbehälter hat eine Wassereintrittsöffnung 41 etwa in Höhe des gewünschten Wasserspiegels, eine Wasseraustrittsöffnung 42 und einen üblichen Wasserstandsanzeiger 43. Das Wasser kann periodisch auf den gewünschten Wasserstand aufgefüllt oder es können did Behälter in Intervallen entleert und wiedergefüllt werden.
Die Waschbehälter 28 und 29 sind unmittelbar unter der Traktorplattform 8 mittels eines Wasserstandsausgleichsrohres 44 miteinander verbunden, das an Stutzen 45 und 46 an den Seiten der Waschbehälter befestigt ist. Oben sind die Behälter mit relativ grobmaschigen Sieben 47 bzw. 48 abgedeckt, die gleichzeitig den Boden der Filterkammern 30 bzw. 31 bilden. Diese sind mit Leichtbeton oder einem ähnlichen porösen und inerten körnigen oder stückigen Material gefüllt, das eine innige Berührung zwischen den Gasen und dem mitgerissenen Wasser begünstigt und als Filter zur Entfernung dieses Wassers wirkt.
Die Gasaustrittsöffnungen 49 und 50 sind über Rohre 53 und 54 mit zwei Zyklonscheiderkammern 51 und 52 verbunden, die direkt über den Filterkammern 30 bzw. 31 angeordnet sind. Jede dieser Zyklonscheiderkammern besteht aus einem grossen, geschlossenen zylindrischen Gehäuse 55 und einem koaxialen Austrittsrohr 56. Ein Ablaufrohr 57 führt das von den Gasen getrennte mitgerissene Wasser in den Waschbehälter 28 bzw. 29 zurück. Dieses Rohr 57 ist teleskopartig ausgebildet, so dass es in seiner Länge so eingestellt werden kann, dass es unter den Wasserspiegel in dem Behälter reicht.
Die Austrittsrohre 56 führen in eine Mittelkammer 58, die unmittelbar über der Expansionskammer 27
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angeordnet und oben mit einem feinmaschigen Sieb 60 abgedeckt ist. Oberhalb des Siebes 60 ist ein geschlossener Behälter 61 angeordnet, der Aktivkohle enthält. Die Decke des Behälters 61 weist einen schmalen Schlitz 62 auf, durch den die gereinigten Gase schliesslich entweichen. Der Schlitz 62 ist mit einem Sieb abgedeckt, damit keine Kohle aus dem Behälter 61 herausgeblasen wird.
Im Betrieb der Reinigungseinrichtung gelangen die heissen Abgase zunächst in eine grosse Ausgleichsoder Expansionskammer, in der das Pulsieren des Motors ausgeglichen wird und die Gase durch Expansion in beschränktem Masse gekühlt werden können ; dann werden die Gase abwärts geführt und durch kleine Öffnungen in die Waschbehälter 28, 29 geleitet, die grosse Mengen alkalischen, z. B. Soda aufweisenden Wassers enthalten. Die heissen Auspuffgase des Motors strömen ununterbrochen zur Expansionskammer 27 und werden durch die beiden Rohrpaare 35, 36 in die perforierten horizontalen Rohre 38 hinuntergedrückt und aus diesen schräg abwärts und mit relativ hoher Geschwindigkeit in das Wasser abgegeben. Dies bewirkt eine Wirbel- und Schaumbildung. Ausserdem werden die Gase rasch gekühlt. Die in die Filterkammern 30, 31 aufsteigenden Gase reissen Wasser mit.
In den Filterkammern wird die innige Berührung zwischen den Gasen und dem Wasser fortgesetzt und ein grosser Teil des Wassers abfiltriert. Die Abkühlung und Wäsche der Gase wird fortgesetzt und das poröse inerte Material dient auch zur Entfernung von teerigen Stoffen aus den Gasen.
Aus den Filterkammern strömen die Gase durch die Zyklonscheider 51, 52, in denen infolge der raschen Dral1strömung der Gase das mitgerissene Wasser abgeschieden und zu dem ll1 den Behältern28, 29 befindlichen alkalischen Wasser zurückgeführt wird. Die Gase strömen dann schliesslich durch die Aktivkohle, in der die Schlussreinigung erfolgt.
Die innige Berührung der heissen Gase mit dem Wasser in den Waschbehältern und der Filterkammer bewirkt eine wirksame Kühlung und Wäsche der Gase ; mitgerissenes Wasser wird in den Filterkammern und dem Zyklonscheider wirksam entfernt. Die endgültige Reinigung mit Aktivkohle ist nur bei Arbeiten unter Tag notwendig ; im Tagbau kann sie wegbleiben.
Als Filtermaterial wird vorzugsweise ein Leichtbeton verwendet, der aus Portlandzement, Sand und Bimsstein hergestellt und in etwa 5-8 cm grosse Stücke gebrochen worden ist. Man kann jedoch auch ein anderes inertes Filtermäterial verwenden, das eine innige Berührung der Gase mit der mitgerissenen Flüssigkeit begünstigt und einen grossen Teil der Flüssigkeit zur Rückführung zu den Waschbehältern entfernt.
Die Grösse der Einrichtung ist von der Grösse des Motors und der Menge der Abgase abhängig, die durch die Einrichtung geleitet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Kühlen und Reinigen der Abgase von Brennkraftmaschinen mit einer Ausgleichskammer, einem Wasserbad und Filtereinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass als Wasserbad eine wässerige alkalische Lösung in einem oder mehreren Gaswaschbehältern (28, 29) vorgesehen und in der Nähe des Behälterbodens (20, 21) wenigstens ein perforiertes Gasabgaberohr (38) und oberhalb des oder der Behälter (28,29) in einer mit ihm in Verbindung stehenden, an sich bekannten Filterkammer (30, 31) eine poröse Schicht aus inertem Filtermaterial und darüber eine Aktivkohle enthaltende weitere Filterkammer (61) für die Abgase angeordnet ist.
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Device for cooling and cleaning the exhaust gases from
Internal combustion engines
The invention relates to a device for cooling and cleaning the exhaust gases from internal combustion engines, in particular diesel engines, which, for. B. work underground in mining operations. In such engines, the exhaust gas temperature at the exit point should not exceed about 820C and the exhaust gases should not contain any harmful gases or unpleasant smells when they are released into the mine air. The device according to the invention should also be able to be mounted on the frame or the body of a tractor without protruding beyond the normal structural dimensions of the tractor and without impairing the coupling of a trailer.
Cooling and cleaning devices are already known which comprise a compensation chamber, a water bath and filter devices. However, these known devices were typically quite heavy and their use did not always produce the desired results.
In the improved device according to the invention, an aqueous alkaline solution is now provided as a water bath in one or more gas scrubbing containers and at least one perforated gas discharge tube near the container bottom and one above the container or containers in a known filter chamber connected to it porous layer made of inert filter material and above it a further filter chamber containing activated carbon for the exhaust gases. According to a further characteristic of the invention, one or more cyclone separators are connected between the filter chamber and the further filter chamber in the flow path of the gases.
Furthermore, according to the invention, two washing containers connected in parallel are arranged at the same level, each of which is connected to a filter chamber and, if necessary, to the further filter chamber and connected to one another via a water level compensation pipe.
A four-cylinder two-stroke diesel engine can produce up to 32 m? Generate exhaust gases of around 4400C. These gases usually contain aldehydes, oxides, and nitrogen, as well as minor amounts of carbon monoxide. All of these gases contaminate the mine air. When washing such gases. with water, the water becomes acidic and therefore corrosive. It has proven advantageous to use alkaline, e.g. B. to use soda-containing washing water to neutralize the acid and to promote the washing and cleaning effect.
The large volume and the high temperature of the exhaust gases make it difficult to establish a sufficiently intimate contact between the gases and the cooling water and favor the blowing of water out of the cooling container or a too rapid evaporation of the water. It has been found to be advantageous to use a large wash water tank without internals and to introduce the gas through a considerable number of small openings provided in horizontal pipes which are arranged near the tank bottom and directed downwards at an angle so that the gases can flow in Cause movement and whirling of the water.
The water depth in the washing water tanks should be about 56 cm. At this depth, on the one hand, the counterpressure on the exhaust of the engine is not too great and, on the other hand, the gases can remain in contact with the water for a long enough time. The volume of the expansion chamber should be around 4.3 l per cubic meter of exhaust gases emitted per minute. the volume of water in the washing containers is approximately 19.6 liters, the volume of the filter chamber is approximately 7 liters, the volume of air above the water is approximately 2.9 liters and the total internal volume of the washing device is approximately 34 liters.
A practical embodiment of the invention is described below with reference to the drawings, for example. In these, Fig. 1 shows a side view of a diesel trailer provided with a trailer.
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tractor on which the exhaust gas scrubbing device according to the invention is mounted. Fig. 2 shows the washing device in plan view. Fig. 3 is a front view partially cut along line 3-3 of Fig. 2, Fig. 4 is a side view partially cut along line 4-4 of Fig. 3, and Fig. 5 shows in section one of the inlet tubes of the scrubber.
According to FIG. 1, a tractor 5 of a generally customary type has a diesel engine 6, a driver's seat 7 and a rear platform 8 carried by the wheels 9 and 10.
A normal 15 t trailer 11 is saddled onto the rear platform 8 of the tractor by means of a coupling 12, the rear end of which runs on wheels 13.
The exhaust gas cleaning device 14 according to the invention is arranged on the rear platform 8 of the tractor directly behind the driver's seat 7 and is not wider than the tractor 5.
The exhaust gases from the diesel engine 6 are fed directly to the device 14 via a line 15 which is arranged on the underside of the tractor and does not interfere with its operation.
According to FIG. 3, the device 14 has a central housing which is formed by a cover plate 17, side wall plates 18, 19, 25 and 26, base plates 20, 21 and 24, a front wall plate 22 and a rear wall plate 23. The cover plate 17 is detachably screwed to the wall plates to allow access to the interior of the housing. Within the housing, a rectangular recess formed by the plates 24, 25 and 26 enables the housing to be placed appropriately on the rear platform 8 of the tractor 5.
The housing contains a pressure chamber 27, two washing containers 28 and 29 and two filter chambers or filter layers 30 and 31. The flanged inlet pipe 16 attached to the line 15 is arranged in the center of the plate 22 and is directly connected to the expansion space 27. This is limited by the cover plate 17, the base plate 24 and the side wall plates 32 and 33, which separate this chamber from the filter chambers 30 and 31. The plate 17 is welded airtight to the side wall plates 32 and 33 and to the front and rear wall plates 22 and 23, respectively. A one-way check valve 34 in the front wall plate 22 is in direct communication with the pressure chamber 27 and is closed in the normal operating state in order to prevent the escape of exhaust gases.
If, however, a vacuum develops in the expansion chamber 27, the valve responds automatically and equalizes the vacuum so that no water is sucked back from the washing containers 28, 29 into the engine.
From the expansion chamber 27 two pipes 35 and 36 lead diagonally downwards directly to the washing tank 29, and two similar pipes to the tank 28. Since both pairs of pipes leading diagonally downwards are the same, only one pair will be described.
According to FIGS. 4 and 5, the tubes 35 and 36 are inserted into openings in the expansion chamber 27. The lower part of each tube is supported by an angle 36a which is attached to the side of the plate 26. Flanges of the tubes 35 and 36 are screwed to flanges of branches of a horizontal lower tube 38 with a seal 37 in between. The horizontal tube 38 penetrates the front and rear wall panels 22 and 23 and is perforated at 38a on the lower arc of its periphery. The end stretches of the horizontal pipe 38 located beyond the flanged branches are closed by caps 39 and 40. After removing the caps 39 and 40, the interior of the tube 38 can be cleaned.
Each washing container has a water inlet opening 41 approximately at the height of the desired water level, a water outlet opening 42 and a conventional water level indicator 43. The water can be periodically topped up to the desired water level or the container can be emptied and refilled at intervals.
The washing containers 28 and 29 are connected to one another directly below the tractor platform 8 by means of a water level compensation pipe 44 which is attached to nozzles 45 and 46 on the sides of the washing container. At the top, the containers are covered with relatively large-meshed sieves 47 and 48, which at the same time form the bottom of the filter chambers 30 and 31, respectively. These are filled with lightweight concrete or a similar porous and inert granular or lumpy material that promotes intimate contact between the gases and the water that is entrained and acts as a filter to remove this water.
The gas outlet openings 49 and 50 are connected via pipes 53 and 54 to two cyclone separator chambers 51 and 52 which are arranged directly above the filter chambers 30 and 31, respectively. Each of these cyclone separator chambers consists of a large, closed cylindrical housing 55 and a coaxial outlet pipe 56. A drain pipe 57 guides the water that has been separated from the gases back into the washing container 28 and 29, respectively. This tube 57 is designed telescopically so that it can be adjusted in its length so that it reaches below the water level in the container.
The outlet pipes 56 lead into a central chamber 58 which is directly above the expansion chamber 27
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is arranged and covered with a fine-mesh sieve 60 at the top. A closed container 61 containing activated carbon is arranged above the sieve 60. The top of the container 61 has a narrow slot 62 through which the cleaned gases finally escape. The slot 62 is covered with a sieve so that no coal is blown out of the container 61.
When the cleaning device is in operation, the hot exhaust gases first pass into a large equalization or expansion chamber in which the pulsation of the motor is equalized and the gases can be cooled to a limited extent by expansion; then the gases are led downwards and passed through small openings into the washing container 28, 29, the large amounts of alkaline, z. B. Soda containing water. The hot exhaust gases of the engine flow uninterruptedly to the expansion chamber 27 and are pressed down through the two pairs of pipes 35, 36 into the perforated horizontal pipes 38 and discharged from these obliquely downwards and at relatively high speed into the water. This causes eddy and foam formation. In addition, the gases are cooled quickly. The gases rising into the filter chambers 30, 31 entrain the water.
The intimate contact between the gases and the water is continued in the filter chambers and a large part of the water is filtered off. The cooling and scrubbing of the gases continues and the porous inert material also serves to remove tarry substances from the gases.
The gases flow from the filter chambers through the cyclone separators 51, 52, in which, as a result of the rapid swirling flow of the gases, the entrained water is separated off and returned to the alkaline water in the containers 28, 29. The gases then finally flow through the activated carbon, in which the final cleaning takes place.
The intimate contact of the hot gases with the water in the washing containers and the filter chamber causes effective cooling and washing of the gases; entrained water is effectively removed in the filter chambers and the cyclone separator. The final cleaning with activated carbon is only necessary when working underground; it can be left out in opencast mining.
The preferred filter material is lightweight concrete made from Portland cement, sand and pumice stone and broken into pieces about 5-8 cm in size. However, another inert filter material can also be used which favors intimate contact between the gases and the entrained liquid and removes a large part of the liquid for return to the washing containers.
The size of the device depends on the size of the engine and the amount of exhaust gases that are passed through the device.
PATENT CLAIMS:
1. Device for cooling and cleaning the exhaust gases from internal combustion engines with a compensation chamber, a water bath and filter devices, characterized in that an aqueous alkaline solution is provided as a water bath in one or more gas scrubbing containers (28, 29) and in the vicinity of the container bottom (20, 21) at least one perforated gas delivery tube (38) and above the container or containers (28, 29) in a known filter chamber (30, 31) connected to it, a porous layer of inert filter material and above that a further filter chamber containing activated carbon (61) is arranged for the exhaust gases.