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Einrichtung zur Reinigung von Abgasen sowie zur Schalldämpfung
Es ist bekannt, bei Schalldämpfern, insbesondere für das Ansaug- und Auspuffgeräusch von Brennkraft- maschinen, aufeinanderfolgende Kammern anzuordnen, die durch Rohre miteinander in Verbindung stehen. Diese Systeme werden vom Schall durchlaufen und lassen sich durch entsprechende Grössenbemessung so abstimmen, dass bestimmte Frequenzgebiete des Schalls gedämpft werden. Bei diesen Schalldämpfern wird keinerlei Reinigung der Abgase von lästigen und schädlichen, rauch- und gerucherzeugenden Bestandteilen erzielt.
Weiter ist es bekannt, zum Zwecke der Reinigung von Abgasen diese durch wassergefüllte Behalter zu führen, welche im Innern mit Querwänden u. ähnl. versehen sind, die ins Wasser eintauchen, so dass der Gasstrom gezwungen ist, das Wasser zu durchlaufen. Dieser Vorgang wird gewöhnlich mehrmals im Abgaszeiniger wiederholt.
Eine Schalldämpfung wird bei diesen Abgasreinigern nur in geringem Masse erzielt, da die vorhandenen Räume beliebig angeordnet sind und kein schalldämpfendes System bilden.
Es ist ausserdem bekannt, die Abgase zum Zweck der Reinigung mittels in einem Rohr oder einer Wand befindlichen Öffnungen in Einzelströme zu unterteilen, welche anschliessend in dem als Reinigungsflüssigkeit dienenden Wasser nach oben steigen. Zum gleichen Zweck ist auch bereits vorgeschlagen worden, innerhalb der Reinigungsflüssigkeit und auch oberhalb derselben eine Anzahl Prall- bzw. Umlenkplatten anzuordnen, um das Gas in Teilströmen durch die Flüssigkeit zu leiten. Für die Trennung und Rückleitung der durch das emporsteigende Gas mitgerissenen Flüssigkeit werden bei den bekannten Ausführungen Prallplatten sowie aus durchbrochenen Wänden bestehende Kammern, die mit Kalksteinbrocken. gefüllt sind, verwendet.
Bekannt ist auch, hiebei zum Schluss eine leere Kammer anzuordnen, an welcher sich die Gas-Auslassleitung anschliesst und von der ein Rücklaufrohr das gesammelte, als Reinigungsflüssigkeit verwendete Wasser abführt.
Bei derartigen Ausführungen wird das zu reinigende Gas unmittelbar durch Wände oder Rohre nach Durchströmen der darin angeordneten Öffnungen, welche die Aufteilung in Einzelströme bezwecken, wieder nach oben geleitet. Infolgedessen erfolgt vor der Aufteilung des Gases in Einzelströme weder aine Vormischung, noch eine Vorentmischung von Gas und Flüssigkeit. Durch das Einlassrohr hat der eintretende Gasstrahl zudem hohe Geschwindigkeit und scharfe Richtwirkung, so dass darunter die Aufteilung des Gasstromes leidet, kompakte grosse Gasblasen entstehen und ausserdem unerwünschterweise ein erheblicher Teil der Flüssigkeit durch das Gas mitgerissen wird.
Diese Umstände wirken sich naturgemäss nachteilig auf die angestrebte Ausscheidung der vom Gas mitgeführten Verunreinigungen aus, welche nicht in ausreichendem Mass stattfinden kann, so dass die hernach durchströmten Kammern, besonders wenn sie Füll- stoffe wie Kalkbrocken od. ähnl. enthalten, durch nachträglich teilweise noch abgesetzte Verunreinigungen verstopft und in ihren Durchlassquerschnitten verengt werden, so dass Betriebsstörungen die Folge sind.
Bei Einrichtungen zur Ausnutzung der Abwärme von Brennkraftmaschinen, Heizeinrichtungen an Kraftfahrzeugen u. dgl. verwendet man Wärmetauscher, welche aus mehreren Räumen bestehen, durch welche teils das heisse Abgas, teils die aufzuheizende Flüssigkeit oder Luft geführt wird, so dass ein Wärmeausgleich durch die Trennwände der Räume stattfinden kann.
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Bei den bekannten Einrichtungen zur Reinigung von Abgasen sind Wärmeaustausch-Vorrichtungen diese : oder anderer Art zur Kühlung der Reinigungsflüssigkeit nicht vorhanden, so dass diese, besonders bei grossen zu reinigenden Gasmengen, durch die erfolgende Verdampfung an Volumen rasch verliert, so dass sowohl die Reinigungswirkung wie auch die Betriebsdauer dadurch erheblich vermindert werden.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Reinigung von Abgasen sowie zur Schalldämpfung insbesondere bei Brennkraftmaschinen, bei welcher der Abgasstrom in Einzelströme aufgeteilt wird, welche die Reinigungsflüssigkeit durchlaufen, wobei der schallführende Abgas-Strom innerhalb eines Behälters in aufeinanderfolgende miteinander verbundene Kammern unter Durchwirbelung und dadurch erzeugter Vormischung mit der Reinigungsflüssigkeit geführt wird und hierauf nach Durchfluss unter einer oder mehreren Querwänden in anschliessende Kammern gelangt, in welchen sich eine oder mehrere unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnete, durchbrochene Längswände befinden, wobei die Aussenfläche der Einrichtung von einem gasförmigen oder auch flüssigen Medium umgeben ist, das sich durch die Fortbewegung der Einrichtung,
durch das natürliche Wärmegefälle oder durch eine Hilfseinrichtung wie Gebläse, Pumpe od. dgl. in Fluss befindet, so dass infolgedessen durch die Wandung der Reinigungseinrichtung ein Wärmetausch zwischen der Reinigungsflüssigkeit und diesem Medium erfolgt.
An die die durchbrochenen Längswände enthaltenden Kammern schliessen sich weitere nacheinander vom Gasstrom durchlaufene Kammern an.
Der Behälter mit den zuerst vom Abgas beschickten Kammern liegt-innerhalb eines grösseren Behälters, wobei die Abschlusswandungen des inneren Behälters zugleich Querwände des äusseren Behälters bilden, die mit Rohren bzw. Öffnungen oberhalb und unterhalb des Reinigungsflüssigkeitsspiegels versehen sind..
Die oberhalb des Reinigungsflüssigkeitsspiegels liegenden Rohre oder Öffnungen der Querwände des äusseren Behälters liegen ausserhalb des inneren Behälters.
Der innere Behälter ist zylindrisch ausgebildet und liegt dem ebenfalls zylindrisch ausgebildeten äusseren Behälter an dessen Unterseite an.
Oberhalb des äusseren Behälters ist ein Aufsatzteil mit durch Schrägwände unterteilten und durch Rohre verbundenen Kammern angeordnet, das durch Öffnungen in der Aussenwand dieses Behälters mit diesem in Verbindung steht und mit einem an die letzte Kammer anschliessenden Auslassrohr versehen ist.
Die Reinigungsflüssigkeit in den Behältern ist eine ammoniakalische Lösung von Kupfersalzen oder Kupferoxyden, oder eine andere zur Aufnahme von Kohlenmonoxyd geeignete Lösung bekannter Art.
Von einer Kammer höheren Drucks führt eine mit einem Absperrorgan versehene Abzweigleitung über den Wärmeaustauscher an sich bekannter Art zu einer Kammer niedrigeren Drucks.
Das Absperrorgan der Abzweigleitung ist mit dem Schaltorgan für ein Gebläse bzw. für den Einlass des Fahrtwindes kraftschlüssig verbunden.
Die Abbildungen zeigen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes und bedeuten : Fig. l einen Längsschnitt der Einrichtung ; Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie I-I der Fig. l ; Fig. 3 einen Einzelteil der Einrichtung nach Fig. l und 2.
Durch ein Einlassrohr 1 gelangen die Abgase in den Zylinder 2, der bis zur Höhe H mit Wasser gefüllt ist. Der Zylinder 2 wird von einem grösseren Zylinder 3 umschlossen, der an seinen beiden Enden durch die Stirnwände 4 und 5 abgeschlossen ist. In der Stirnwand 4 ist ein Einlassstutzen 6 zum Einfüllen und Nachfüllen der Reinigungsflüssigkeit angeordnet, dessen Öffnung sich in Höhe H befindet, während an der Unterseite des Zylinders 3 eine zugleich mit Zylinder 2 in Verbindung stehende Auslassöffnung 7 vorgesehen ist. Der Einlassstutzen 6 und die Auslassöffnung 7 sind durch aufschraubbare Kappen verschlossen.
Der Zylinder 2 ist an seinen Enden durch die Querwände 8 und 9 abgeschlossen und im Innern mit einer über die Flüssigkeit hinausragenden Querwand 10, sowie einer in diese eintauchenden Querwand 11 versehen. An die Querwand 11 schliesst sich eine Längswand 12 an, die innerhalb der Flüssigkeit liegt und mit zahlreichen Öffnungen in Form von Schlitzen oder Löchern versehen ist. In der Querwand 9 befindet sich im Zylinder 2 ein Verbindungsrohr 13, während in derselben Wandung im Zylinder 3 ein Rohr 14 angeordnet ist. In ähnlicher Weise ist die Querwand 8 mit einem Rohr 15 versehen. In der Aussenwand des Zylinders 3 ist innerhalb der Wandung 8 eine oder mehrere Durchlassöffnungen 16 angebracht, die zu einem Aufsatz führen, der aus zwei durch eine Schrägwand 17 mit Durchlassrohr 18 getrennten Kammern besteht.
Die letztere Kammer ist durch ein Auslassrohr 19 mit der Atmosphäre verbunden. Die Querwänle 8 und 9 sind unten mit Durchlassöffnungen 20 und 21 versehen.
Das durch die Einlassleitung 1 eintretende Abgas gelangt zunächst in die Kammer 22, wo es einen entsprechenden Druck auf die Flüssigkeit ausübt. Über die Wandung 10 hinweg strömt das Gas hierauf in die Kammer 23 und unter der Querwand 11 durch die Flüssigkeit zur Längswand 12, durch deren
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Öffnungen es in zahlreiche einzelne Blasen zerteilt wird, die in der Flüssigkeit nach oben in die Kammer 24 steigen. Durch die mitgerissene Flüssigkeit wird diese Kammer mit Flüssigkeitsschaum völlig angefüllt, del durch das Rohr 13 auch in die Kammer 25 dringt. Ein Teil des Schaums gelangt auch durch das Rohr 14 in die Kammer 26, in welcher die Trennung zwischen Flüssigkeit und Gas erfolgt, wobei die Flüssigkeit durch seitliche Öffnungen 27, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, abströmen kann.
Sämtliche Räume der Zylinder 2 und 3 stehen also miteinander in Verbinaung und bilden daher ein kommunizierendes System. Die Kammer 26 steht durch das Rohr 15 mit der vom Abgas nicht durchflossenen weiteren Kammer 28 in Verbindung, in welcher nur geringer Gasdruck herrscht. Das Abgas strömt hierauf durch die Öffnungen 16 in die Kammer 28 und durch das Rohr 18 in die Kammer 30, von wo aus es durch das Rohr 19 ins Freie abströmt. In den Kammern 29 und 30 erfolgt die Trennung der Abgase von den letzten Resten mitgerissener Flüssigkeit, die durch die Öffnungen 16 nach den Zylindern 3 und 2 abströmt. An Stelle der Rohre 13,14, 15, 18 und 19 können auch lediglich Öffnungen verwendet werden. In bekannter Weise lässt sich durch entsprechende Dimensionierung der miteinander verbundenen Kammern und Leitungen eine Schalldämpfung erzielen.
Hiezu kommt jedoch bei der vorliegenden Einrichtung eine weitere erhebliche Dämpfung durch die Aufteilung des Abgasstroms mit Hilfe der perforierten Längswand 12, wobei ein Gasschaum gebildet wird, der durch das Rohr 13 weiterströmt. Dieser Schaum wirkt ähnlich wie Schallschluckstoff schalldämpfend.
Ausserdem wirkt aber auch die gesamte Schaummenge in der Kammer 24, Rohr 13, Kammer 25 und unter Umständen noch Rohr 14 mit Kammer 26 als schalldämmende Schicht von erheblicher Dicke, die eine Weiterleitung des Schalls durch die Offnungen 16 in die Kammer ZU und über das Rohr 18 in die Kammer 30 fast völlig unterbindet. Die Schrägwand 17 deckt mit ihrem oberen Teil das Rohr 19 gegen letzte mitgerissene Flüssigkeitsteilchen ab, so dass in den Kammern 29 und 30 die Entschäumung, d. h. die Trennung von Gas und Flüssigkeit restlos vor sich geht, soweit sie nich : bereits in den vorhergehenden Kammern erfolgte.
Bei der obenbeschriebenen Einrichtung wird also die Schalldämpfungswirkung nicht nur durch ein System von Kammern und Rohren, sondern vor allem durch die Benutzung von Flüssigkeit als Schallschluckstoff und zugleich als schalldämmende Schicht hervorgerufen. An Stelle der einen Längswand 12 können auch deren mehrere übereinander oder Metallgeflecht bzw. Metallwolle verwendet werden. Zugleich wird durch die intensive Mischung von Abgas und Flüssigkeit unter Schaumentwicklung eine hochgradige Reinigung der Abgase von den mitgeführten und gerucherzeugenden Bestandteilen, wie Russ, Öl. Teer, Asphalt u. dgl. bewirkt. Die dadurch verschmutzte Flüs- sigkeit kann auf einfache Weise durch Öffnen des Verschlusses 7 abgelassen werden, worauf das Gerät durch den Einlassstutzen 6 frisch gefüllt wird.
Auch im Abgas enthaltene Funken oder glühende Teilchen werden mit Sicherheit beim Durchgang durch die Flüssigkeit gelöscht.
An der Kammer 22 ist eine in die Flüssigkeit mündende Leitung 31 angeschlossen, die, wie Fig. 2 zeigt, zu einem Heizkörper 32 führt und hierauf von diesem bei 33 in die Kammer 28 mündet. Da in der Kammer 22 erheblich höherer Gas-und damit auch Flüssigkeitsdruck als in der Kammer 28 herrscht, hat die Flüssigkeit das Bestreben, in dieser Leitung von der Öffnung 31 zur Öffnung 32 zu strömen. Die Flüssigkeit, welche bei Verwendung der Anlage für Brennkraftmaschinen durch die hindurchströmenden heissen Abgase erhitzt wird, gibt dabei diese Wärme durch den Heizkörper 32 an die Umgebung ab. Ein Absperrorgan 34 gestattet den Abschluss der Abzweigleitung, falls keine Heizung erwünscht ist.
In üblicher Weise kann man bei Fahrzeugen den Fahrtwind auf den Heizkörper einwirken lassen, so dass im Wageninnern erwärmte Frischluft zur Verfügung steht oder diese kann auch mittels eines Gebläses 35 erzeugt werden, welches je nach den vorliegenden Verhältnissen mechanisch, hydraulisch oder elektrisch betrieben werden kann. Wie Fig. 3 zeigt, kann das Absperrorgan 34 durch einen Hebel 36 mit lern Schaltorgan 37 des Gebläses verbunden'werden.
Man kann neben der in der Flüssigkeit mündenden Leitung 31 auch eine oberhalb des Flüssigkeitsspie- gels mündende weitere Leitung anordnen, wobei beide Leitungen in bekannter Weise vor dem Wärmeausrauscher 32 in einen Mehrweghahn münden. Man hat dann je nach dessen Einstellung die Möglichkeit, entweder die erwärmte Flüssigkeit oder das Abgas selbst durch den Wärmeaustauscher zu leiten.
Naturgemäss kann der Heizkörper mit oder ohne Gebläse in bekannter Weise auch ohne Zufuhr von Frischluft wirken, so dass sich die im Fahrzeug- oder Rauminnern enthaltene Luftmenge durch die Erwärnung umwälzt.
Das aus den Kammern und Öffnungen bzw. Rohren bestehende Dämpfung-un Reinigungssystem : ann beliebig oft unter Verwendung einer entsprechenden Zahl von mit Öffnungen versehenen Längswanlungen, wie Wand 12, aneinandergereiht werden.
Wird als Reinigungsflüssigkeit Wasser verwendet, so nimmt dieses auch einen Teil des im Abgas ent-
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Bei der obenbeschriebenen Einrichtung erfolgt der Eintritt des zu reinigenden Gases in die Einlasskammern oberhalb des Flüssigkeitsspiegels, es kann also sofort eine Gasexpansion mit entsprechender Druckminderung erfolgen. Ein Mitreissen der Reinigungsflüssigkeit durch den sonst aus dem Einlassrohr in scharfer Richtwirkung und hoher Geschwindigkeit austretenden Gasstrahl wird infolgedessen hiebei vermieden, und es findet in den Einlasskammern eine gleichmässig intensive Mischung und Durchquirlung von Gas und Flüssigkeit statt. Durch diese Vormischung erfolgt auch eine entsprechende Vorreinigung des Gasstromes.
Die Weiterleitung erfolgt durch die Querwand 1], die als Führungsfläche dient und die Strömung zwingt, in die Reinigungsflüssigkeit tief nach unten zu fliessen, worauf anschliessend die perforierte Wandung 12 die Feinaufteilung des Vorgemisches bewirkt. In entgegengesetzter Weise findet in den über dem durch die Wandungen 2, 8, 9 gebildeten Behälter liegenden Kammern eine Vorentmischung statt, an welche sich die endgültige Entmischung in den über dem aus den Wandungen 3, 4, 5 gebildeten Behälter liegenden Kammern anschliesst.
Die durch den beschriebenen Wärmeaustausch bewirkte Kühlung der Reinigungsflüssigkeit verringert deren Verdampfung und erhöht damit die Betriebsdauer der jeweiligen Füllung, was in Anbetracht der mit dem zu reinigenden Gas eingeführten grossen Wärmemengen von besonderer Wichtigkeit ist. Ausserdem werden dadurch die Betriebskosten gesenkt.
Da die Intensität der Reinigung in hohem Masse von der Menge der Reinigungsflüssigkeit abhängt, wirkt sich die Kühlung auch in dieser Hinsicht vorteilhaft aus, da sie deren Verringerung entgegenwirkt. :
Bei grossen anfallenden Gasmengen kann es infolge der hohen Durchströmgeschwindigkeit im Reini- gungsgerat vorkommen, dass nach der Entmischung des Flüssigkeits-Gasgemisches der Gasstrom noch einen gewissen Feuchtigkeitsgehalt hat, wenn die gesamte Flüssigkeitsmenge durch das durchströmende Gas in Bewegung gelangt. Bei der vorliegenden Einrichtung wird dies dadurch verhütet, dass die Reinigungsflüssigkeitsmenge in stärker bewegte und weniger bewegte Zonen unterteilt ist.
Der stärker bewegte Flüssigkeitsmengenanteil befindet sich in dem durch die Wandungen 2, 8, 9 gebildeten Behälter, in welchen unmittelbar der Gaseinlass erfolgt. Weniger bewegt ist dagegen der Flüssigkeitsanteil in dem Raum zwischen lern Behälter 2, 8, 9 und dem diesen umschliessenden grösseren Behälter, der aus den Wandungen 3, 4, 5
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FlüssigkeitsanteilFlüssigkeitsmenge mit, da die einzelnen stark bzw. weniger bewegten Flüssigkeitszonen in gegenseitiger Verbindung stehen, so dass rasch ein Ausgleich zwischen der die Verunreinigungen und gerucherzeugenden Bestandteile des Gases zunächst aufnehmenden stark bewegten Flüssigkeitsmenge des inneren Behälters und lem Flüssigkeitsanteil in dem umgebenden äusseren Behälter stattfindet.
Die obenbeschriebene Einrichtung kann sowohl bei ortsfesten Motoren, als auch bei Motorfahrzeugen aller Art, insbesondere in Gebäuden, Bergwerken und andern ganz oder teilweise abgeschlossenen Be- riebsstätten zurFrischhaltung der Atmungsluft und ebenso der Verbrennungsluft der Motoren selbst in viel- acher Hinsicht verwendet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Reinigung von Abgasen sowie zur Schalldämpfung, insbesondere bei Brennkraftmaschinen, bei welcher der Abgasstrom in Einzelströme aufgeteilt wird, welche die Reinigungsflüssigkeit durchlaufen, dadurch gekennzeichnet, dass der schallführende Abgas-Strom innerhalb eines Behälters (2) in aufeinanderfolgende miteinander verbundene Kammern (22, 23) unter Durchwirbelung und dadurch erzeugter Vormischung mit der Reinigungsflüssigkeit geführt wird und hierauf nach Durchfluss unter einer oder mehreren Querwänden (11) in anschliessende Kammern gelangt, in welchen sich eine oder mehrere unterhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordnete, durchbrochene Längswände (12) befinden, wobei die Aussenfläche der Einrichtung von einem gasförmigen oder auch flüssigen Medium umgeben ist,
das sich durch die Fortbewegung der Einrichtung, durch das natürliche Wärmegefälle oder durch eine Hilfseinrichtung wie Gebläse, Pumpe od. dgl. in Fluss befindet, so dass infolgedessen durch die Wandung der Reinigungseinrichtung ein Wärmetausch zwischen der'Reinigungsflüssigkeit und diesem Medium erfolgt.