CH446812A - Verfahren und Einrichtung zur Reinigung, Entgiftung und Schalldämpfung von Gasströmen, insbesondere der Abgase von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

  Verfahren und Einrichtung zur Reinigung, Entgiftung und Schalldämpfung von Gasströmen,  insbesondere der Abgase von     Brennkraftmaschinen       Es ist bekannt, bei Gasen eine Oxydation mittels  Katalysatoren zu erzielen, welche beispielsweise in Form  von Körnern in Behältern angeordnet sind und von dem  zu oxydierenden Gas durchströmt werden.  



  Wenn hierbei das Gas Verunreinigungen mit sich  führt, wie zum Beispiel das Abgas von     Brennkraftma-          schinen,    welches unter anderem Russ sowie ölige und  asphaltartige Produkte enthält, ergibt sich der Nachteil  einer schnellen Verschmutzung des katalytischen Stoffs,  welche diese Wirkung unterbindet und ausserdem die       Durchlassquerschnitte    verengt, so dass in kurzer Zeit  eine starke Erhöhung des Strömungswiderstands erfolgt.

    Dies bedingt     nachteiligerweise,    dass eine oftmalige und  umständliche Säuberung verbunden mit     verhältnismäs-          sig    häufigem Wechsel des katalytischen Stoffes erforder  lich ist, so dass Wartung und Ersatz Zeitverlust und  hohe Kosten verursachen.  



  Ausserdem ist bei derartigen Einrichtungen die       Beaufschlagung    und Beanspruchung des Katalysators  ungleich, an der     Gaseinlasseite    ist sie hoch, und nimmt  in Richtung zur     Auslasseite    hin ab, so dass der Kata  lysator an der Einlasseite schneller verbraucht wird.  Dadurch wird auch die Beeinflussung des durchströ  menden Gases     nachteiligerweise    ungleichmässig, da die  ser Verbrauch von der Einlasseite zur     Auslasseite    hin  fortschreitet. Die Wirkung sinkt demgemäss ebenfalls  fortschreitend.

   Hinzu kommt die Geschwindigkeitserhö  hung der Gasströmung durch Verengung der     Durch-          strömquerschnitte    infolge der erwähnten Ablagerungen,  so dass die Wirkung auch durch fortlaufende Verkür  zung der Verweildauer im Katalysator verringert wird.  



  Um eine Schalldämpfung pulsierender Gasströme zu  erreichen, wird in bekannter Art die     Schalldämpfungs-          wirkung    poröser Stoffe benutzt, welche mit freien Ka  nälen versehen sind, die vom Gasstrom durchflossen  werden, wobei die Dämpfung der Gasschwingungen  durch den Energieentzug infolge Reibung beim seitli  chen Eintritt der Schwingungen in das     Schallschluck-          Material    erfolgt.  



  Eine Gasoxydation oder Gasreinigung lässt sich  hierbei nicht     erzielen,    der Gasstrom durchläuft in die-         ser    Beziehung     unbeeinflusst    den den     Schallschluckstoff     durchziehenden freien Kanal.  



  Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur  Reinigung, Entgiftung und Schalldämpfung von Gas  strömen, wie die Abgase von     Brennkraftmaschinen,    wo  bei die Gasströmung in einem oder mehr Kanälen mit  durchbrochener Wandung erfolgt, welche einen aus ka  talytischem Stoff, oder einem bestimmte Gasanteile ab  sorbierenden aktiven Stoff, oder einer Vereinigung die  ser Stoffe bestehenden, durchweg porösen Körper durch  ziehen, wobei die     Gaspulsation    durch die Kanalwan  dungen ins Innere dieses Körpers gelangt.  



  Die Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens  besteht aus einem mit Ein- und     Auslassstutzen    für das  Gas versehenen Behälter, in dessen Innerem sich zwi  schen vollen Wandungen katalytischer Stoff oder Aktiv  stoff oder beides in Gestalt eines oder mehrerer porö  ser Körper befindet, welcher einen oder mehr freie       Durchlasskanäle    für das Gas aufweist, die in entspre  chend gestalteten Ein- und     Auslassöffnungen    der vollen  Wandungen münden, und deren eigene Wandungen ge  locht sind oder aus Sieben bestehen.  



  Die Kanäle haben vorzugsweise die Form flacher,  dünner, ebener oder gekrümmter Bänder, Zylinder oder  Hohlzylinder.  



  In den Kanälen befinden sich zweckmässig Führungs  körper für das Gas.  



  Die Führungskörper können hohl ausgebildet wer  den und von einem eingeleiteten Heizgas für den Ka  talysator durchströmt werden, oder     aufheizbare        Glüh-          körper    tragen, oder selbst eine elektrische Heizung bzw.  Widerstandsheizung bilden.  



  Durch die hohl ausgebildeten Führungskörper kann  auch zusätzliche Verbrennungsluft eingeleitet werden,  welche durch deren     Wandungsöffnungen    im Inneren der  Kanäle und damit des porösen Körpers austritt.  



  Die Kanäle sind zweckmässig in Form eines spitzen  Kegels ausgebildet, ebenso der verschiebbare Regelkör  per, welcher ebenfalls aus     Katalyt-    oder Aktivstoff oder  einer Mischung von beidem besteht.      Die aus katalytischen Stoffen oder Aktivstoffen oder  beidem bestehenden porösen Körper können in Form  von Kassetten ausgebildet sein, welche in den vom Gas  durchströmten Behälter auswechselbar eingesetzt sind.  



  Die Abbildungen zeigen Ausführungsbeispiele des  Gegenstandes der Erfindung und bedeuten:  Figur 1. Den Längsschnitt durch die Einrichtung.  Figur 2. Den Querschnitt I = I der Einrichtung  nach Figur 1.  



  Figur 3. Den Längsschnitt einer weiteren Ausfüh  rungsart.  



  Figur 4. Den Querschnitt     1I    =     II    der Einrichtung  nach Figur 3.  



  Figur 5. Einen Längsschnitt durch eine weitere Aus  führungsart der Einrichtung gemäss der Erfindung.  Figur 6. Den Querschnitt     III    =     III    der Einrichtung  nach Figur<B>5.</B>  



  Figur 7. Den Längsschnitt einer weiteren Ausfüh  rungsart der Einrichtung nach der Erfindung.  



  Figur B. Den Querschnitt IV = IV der Einrichtung  nach Figur 7.  



  Figur 9. Ein Einzelteil der Einrichtung nach Figur 7  in     vergrösserter    Darstellung.  



  Figur 10. Ein Einzelteil der Einrichtung nach Fi  gur 1 und 2 in vergrösserter Darstellung.  



  In einem Behälter 1, welcher mit Einlassstutzen 2  und     Auslassstutzen    3 für das Gas versehen ist, und an  den Stirnseiten durch Wandungen 4 und 5 abgeschlos  sen ist,     b--findet    sich ein poröser Körper 6 aus kata  lytisch wirkendem Stoff, beispielsweise Platin auf einem  Träger von Aluminiumoxyd,     Kupferchromoxyd        od.dgl.,     beziehungsweise einem aktiv wirkenden, vorzugsweise  wasserunempfindlichen Stoff, wie Aktivkohle, Aktivgra  phit,     Siliciumdioxyd    oder dergleichen. Es kann auch  eine Mischung dieser beiden Stoffgruppen verwendet  werden.  



  Der Poröse Körper 6 wird von einem freien Kanal  7 durchzogen, so dass die bei 2 eintretenden Gase, die  in die Kammer 8 gelangen, diesen Kanal durchströmen  und von der anschliessenden Kammer 9 zum     Auslass-          organ    3 gelangen. Der poröse Körper wird an den Stirn  seiten durch volle Wände 10 und 11 begrenzt. Die Wan  dung des Kanals 7 ist als Loch- oder Siebwandung 12  ausgebildet.  



  Um eine intensive Wirkung zu erzielen, ist es erfor  derlich, dass alle Teile,     d.h.    alle Schichten des durch  strömenden Gases mit der durch die     Porosität    des Kör  pers 6 gebildeten grossen Oberfläche in Berührung kom  men, ohne dass im Gasstrom ein unbeeinflusster Kern  zurückbleibt.    Bei pulsierenden Gasströmen, wie sie bei     Brennkraft-          maschinen    auftreten, pulsiert die im Kanal 7 strömen  de Gasmenge von selbst in die Hohlräume des porösen  Körpers 6 hinein, so dass alle Teile des Gasstromes des  sen Beeinflussung     unterworfen    werden.

   Ausserdem wirkt  hierbei die     Verwirbelung    des im Kanal 7 fliessenden  Gasstromes durch die verhältnismässig rauhe Kanalwand  in Gestalt der Loch- oder Siebwand 12 mit.  



  Die Loch- oder Siebwand 12 kann elektrisch, zum  Beispiel durch die Batterie eines Motors, oder durch  eine andere Wärmequelle bekannter Art aufgeheizt wer  den u. damit als Glühkörper zur Erzielung der erforderli  chen Temperatur für die Einleitung und Aufrechterhal  tung der katalytischen Nachverbrennung in dem Gerät  dienen. Die der Loch- oder Siebwand 12 anliegende  Schicht 13 des Körpers 6 besteht dann aus isolierendem    Stoff, beispielsweise dem bereits erwähnten Kieselgel,       d.h.        Siliciumdioxyd.     



  Um die von dem porösen Körper 6 auf dem Gas  strom ausgeübte Wirkung und Beeinflussung zu ver  stärken, ist es     zweckmässig,    den Gasstrom in Einzel  ströme zu unterteilen, welche diesen Körper in Form von  dünnen Säulen, flachen Bändern     od.    dgl. durchfliessen,  so dass die Wirkung infolge des geringen Querschnitts  bei grosser Oberfläche der einzelnen Gasströme rascher  und intensiver erfolgt. Dadurch wird einerseits die Wir  kung verstärkt, andererseits ist es möglich, die bauli  chen Abmessungen der Einrichtung zu verringern, bzw.  die Strömungsgeschwindigkeit des durchgeleiteten Gases  zu erhöhen. Die     Einzelgasströme    können auch zusam  menhängend sein, wie es bei einem sternförmigen Ka  nalquerschnitt der Fall ist.  



  Eine solche Einrichtung mit Aufteilung des Gas  stromes ist in Figur 3 und 4 gezeigt. Der in dem Be  hälter 14 befindliche poröse Körper 15 ist von mehreren  Kanälen 16, 17 und 18 durchzogen. Der innerste Kanal  16 hat kreisförmigen Querschnitt von geringem Durch  messer. Die weiteren Kanäle 17 und 18 haben kreisring  förmigen, dünnen Querschnitt. Die Wandungen der Ka  näle 16, 17 und 18 sind ebenfalls wieder als Loch- oder  Siebwände ausgebildet, die wie die Wandung 13 der  Ausführungsart nach Figur 1 und 2 isoliert und auf  heizbar sein können.  



  Der Gaseintritt erfolgt durch das Einlassrohr 19 in  die Kammer 20, nach Durchströmen der Kanäle 16, 17  und 18 gelangt das Gas gereinigt und entgiftet in die  Kammer 21, von wo es durch das Rohr 22 austritt. In  folge der Aufteilung in Einzelströme und der Gestalt  der Querschnitte der Kanäle 16, 17 und 18 kommen,  wie geschildert, sämtliche Gasschichten und Teilchen  mit dem porösen Körper 15 in Berührung und werden  dessen Einwirkung unterworfen.  



  Wie Figur 5 und 6 zeigen, können die vom Gas  durchflossenen Kanäle in dem porösen Körper auch ke  gelförmige Gestalt haben. In dem Behälter 23 befindet  sich wiederum ein poröser Körper 24 der geschilderten  Art. Der Gaseintritt erfolgt durch den Stutzen 25 in die  Einlasskammer 26. In dem Körper 24 ist ein sich ke  gelförmig in     Gasströmungsrichtung    verengender Kanal  27 angeordnet. In diesem befindet sich ein verschiebba  rer, doppelkegelförmig ausgebildeter weiterer poröser  Körper 28. In dem Ringraum 29 zwischen Kanal 27 und  Körper 28 strömt das Gas zu der Kammer 30 und tritt  von dort durch den Stutzen 31 aus.

   Die Verschiebung  des Körpers 28 kann in bekannter Weise mittels einer  Gewindespindel S erfolgen, die von aussen durch ein  Handrad H gedreht werden kann, so dass je nach Dreh  richtung der Körper 28 in Längsrichtung verschoben  wird. Bei Verschiebung nach der     Gaseinlasseite    wird  der durchströmte Querschnitt des Kanals 29     vergrössert,     bei Verschiebung nach der     Auslasseite    hin verringert.

    Hierdurch ist eine Anpassung an verschiedene Gasmen  gen und Gasarten möglich, weiter ist durch die Gestalt  des Kanals 29 und des Körpers 28 die Gewähr gegeben,  dass alle Gasschichten und Teile mit den porösen Kör  pern 24 und 28 in Kontakt kommen, da einerseits die  Strömung auf die Kontaktfläche gerichtet ist, und an  dererseits an den Flächen des Kanals 29 durch die Ober  flächenrauhigkeit der wiederum als Loch- oder Sieb  wandungen ausgebildeten Kanalwände 32 und 33 eine  leichte Wirbelbildung entsteht, die ohne praktisch zur  Auswirkung kommende Erhöhung des Strömungswider  standes eine     Durchmischung    der Gasteilchen bewirkt.      Auch bei dieser     Ausführungsart    können die Loch- oder  Siebwandungen 32 und 33 wieder isoliert gelegt und heiz  bar sein.  



  Bei der in Figur 7, 8 und 9 gezeigten Ausführungs  art erfolgt der Gaseintritt wiederum durch das     Einlass-          rohr    34 in eine Vorkammer 35. Der poröse Körper 36 ist  mit einem kreisringförmigen     Durchlasskanal    37 ausge  stattet, in welchem eine oder mehrere wendelförmig ver  laufende Leitschienen 38 angeordnet sind.

   Letztere be  wirken damit eine entsprechende ebenfalls     wendelförmi-          ge    Gasführung und damit eine erhebliche Vergrösserung  des vom Gas zurückgelegten Wegs, sowie infolgedessen  eine Erhöhung der Zeitdauer der Berührung mit den  bereits geschilderten Stoffen des porösen Körpers, wel  che die Beeinflussung des Gasstromes bewirken,     d.h.     der Verweildauer. Bei Nachoxydation von Gasanteilen  ist Sauerstoff- bzw. Luftzufuhr erforderlich, sofern nicht  im Abgas von der Verbrennung her genügend Restsauer  stoff vorhanden ist.

   Aus diesem Grunde sind     zweck-          mässigerweise    die Leitschienen 38, wie, Figur 9     ver-          grössert    zeigt, als flache Hohlkörper in Bandform aus  geführt, welchen durch besondere Anschlussrohre 39  Sauerstoff oder Luft zugeführt werden kann, der dann  durch in der Wandung der Leitschienen befindliche Öff  nungen 40, welche vorzugsweise als Schlitze ausgebildet  sind, ins     Innere    des porösen Körpers 36 gelangen und  dort der Nachoxydation dienen kann. Auch hier können  die Wandungen des Kanals 37 durch     aufheizbare,    iso  lierte Loch- oder Siebwände 41 und 42 gebildet wer  den.  



  Wie Figur 10 zeigt, wird die Anordnung der Be  standteile des porösen Körpers 36 vorzugsweise so ge  troffen, dass in der Nähe des vom Gas durchströmten  Kanals 37 die     Porosität    des den Kanal umgebenden Kör  pers 36 gröber ist, und sich mit zunehmender Entfernung  allmählich verfeinert, so dass die Gasteile leichter in das  Innere des porösen Körpers gelangen können.  



  Die hohlen Leitscheinen 38 können zur Erzielung  und Erhaltung der erforderlichen Betriebstemperatur und  damit der Erhöhung der     Katalyt-    bzw. Aktivwirkung  des porösen Körpers 36 auch als Heizkörper, beispiels  weise durch Einlegen elektrischer Heizleitungen oder  Durchführung von Heizgas, wobei     Zuflussstutzen    43 er  forderlich sind, ausgebildet werden.     Zweckmässigerwei-          se    wird dabei ein oder mehrere Kontrollthermometer 44  zur Überwachung des Betriebszustandes vorgesehen. Die  Leitschienen 38 können auch selbst eine elektrische Hei  zung bzw. Widerstandsheizung bilden, und zu diesem  Zweck isoliert eingebaut werden. .  



  Das nach Einwirkung der beschriebenen     Katalyt-          bzw.    Aktivkörper gereinigte und entgiftete Gas verlässt  die Einrichtung wiederum von der Endkammer 45 aus  durch ein Abflussrohr 46.  



  Die porösen     Katalyt-    und Aktivkörper können in  Form auswechselbarer Patronen oder Kassetten ausge  führt werden, wobei in an sich bekannter Weise die eine  oder beide Stirnwände der Einrichtung abnehmbar sind.  



  Um die Wirkung weiter zu verstärken, können eine  beliebige Anzahl der porösen Körper 6, 15, 24, 28 und  36 hintereinander angeordnet werden, oder es kann auch  Parallelanordnung unter Gabelung der Gaszuleitung er  folgen.  



       Zweckmässigerweise    werden die Abstände der porö  sen Körper in     Gasströmungsrichtung    in Zusammen  hang mit den freien     Durchströmquerschnitten    so gewählt,  dass dadurch zwischen den Körpern freigelassene Räu  me zusammen mit den Durchlässen Reflexions-Dämp-         fungssysteme    an sich bekannter Art für die     Gaspulsation     und den dadurch erzeugten Schall bilden.  



  Die porösen Körper können auch unter anderem  aus katalytisch wirkendem Metall bestehen, das zum  Zweck der     Porosität    in Gestalt von Metallwolle, Fasern  sowie Gewebe oder Geflecht aus dünnen Drähten, Bän  dern oder dergleichen ausgebildet und angeordnet ist.  



  Die beschriebenen Geräte ergeben also eine Reini  gung und Entgiftung des Gases durch die in der be  sonderen Weise wirkenden     Katalyt-    und Aktivstoffe, in  Verbindung mit intensiver Schalldämpfung, wobei diese  kombinierte Wirkung durch eine und dieselbe Einrich  tung erzielt wird.  



  Hierdurch ergibt sich weiter     vorteilhafterweise    die  Möglichkeit, durch Hinter- bzw.     Nebeneinander-Anord-          nung    der erforderlichen Anzahl gleicher     Reinigungs-          und        Dämpfungs-Elemente    verschieden grosse     Gasdurch-          flussmengen    in dem geschilderten Sinn mit derselben  Einrichtung zu bewältigen.  



  Da infolgedessen nur wenige verschiedene Bauele  mente erforderlich sind, von welchen dann im jeweili  gen Fall gleichartige in der erforderlichen Anzahl zur  Verwendung kommen, ergibt sich auch eine erhebliche  Vereinfachung und damit Verbilligung der Herstellung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Reinigung, Entgiftung und Schalldämp fung von Gasströmen, wie die Abgase von Brennkraft- maschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasströ mung in einem oder mehr Kanälen mit durchbrochener Wandung erfolgt, welche einen aus katalytischem Stoff, oder einem bestimmte Gasanteile absorbierenden akti ven Stoff, oder einer Vereinigung dieser Stoffe beste henden, durchweg porösen Körper durchziehen, wobei die Gaspulsation durch die Kanalwandungen ins Innere dieses Körpers gelangt. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die gasdurchströmten Kanäle so ge staltet sind, dass durch Aufteilung in zusammenhängen de oder getrennte Einzelströme mit gegenüber dem Querschnitt grosser Oberfläche die durch die die Kanäle umgebenden Stoffe bewirkten Vorgänge sich auf alle Querschnittsschichten des durchströmenden Gases er strecken. 2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durchbro chenen Kanalwandungen zugleich elektrisch oder durch eine andere Wärmequelle heizbare Glühkörper bilden. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch I und den Un teransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Kanäle veränderlich ist, wobei ne ben der Querschnittsform zugleich die Durchströmge- schwindigkeit regelbar ist.

   PATENTANSPRUCH 1I Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Pa tentanspruch I und den Unteransprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem mit Ein- und Auslassstutzen (2, 3, 19, 22, 25, 31, 34, 46) versehenen Behälter (1, 14, 23) zwischen vollen Wandungen (10, 11) katalytisch wirkender Stoff, oder Aktivstoffe, oder beides in Gestalt eines oder mehrerer poröser Körper (6, 15, 24, 28, 36) befindet, welcher einen oder mehr freie Durchlasskanäle (7, 16, 17, 18, 29, 37) für das Gas aufweist, die in entsprechend gestalteten Ein- und Aus- lassöffnungen der vollen Wandungen münden, und de ren eigene Wandungen (12, 32, 33) gelocht sind oder aus Sieben bestehen.

   UNTERANSPRÜCHE 4. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch ge kennzeichnet, dass die aus gelochtem Blech oder Sie ben bestehenden Kanalwandungen (12, 32, 33) elektrisch durch eine Batterie oder eine andere Wärmequelle auf heizbar sind, wobei die Isolation gegenüber dem porö sen Körper durch Katalytstoff (13) erfolgt. 5. Einrichtung nach Patentanspruch 1I und Unter anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Quer schnitte der Kanäle (7, 16, 17, 18, 29, 37) kreisförmig, kreisringförmig oder eckig ausgebildet sind. 6.

   Einrichtung nach Patentanspruch 1I und den Un teransprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich in den Kanälen (7, 16, 17, 18, 37) Führungskörper (38) für das Gas befinden, welche zweckmässig wendel- förmig angeordnet sind. 7. Einrichtung nach Patentanspruch 1I und den Un teransprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungskörper (38) hohl ausgebildet sind, und von einem eingeleiteten Heizgas für den Katalysator durch strömt werden, oder aufheizbare Glühkörper tragen, oder selbst eine elektrische Heizung bzw. Widerstands heizung bilden. B.

   Einrichtung nach Patentanspruch II und den Un teransprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch die hohl ausgebildeten Führungskörper (38) zu sätzliche Verbrennungsluft oder Sauerstoff eingeleitet wird, welche durch Wandungsöffnungen (40) im Innern der Kanäle (7, 16, 17, 18, 37) und damit des porösen Körpers (6, 15, 24, 36) austritt. 9. Einrichtung nach Patentanspruch 1I und den Un teransprüchen 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem oder mehr den porösen, aus Katalyt- und/oder Aktivstoff bestehenden Körper frei durchziehenden Ka nälen (7, 16, 17, 18, 27, 29, 37) in ihrer Form der Form dieser Kanäle angepasste Regelkörper (28) verschiebbar angeordnet sind. 10.

   Einrichtung nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (27) in Form eines spitzen Kegels ausge bildet sind, ebenso der verschiebbare Regelkörper (28), welche ebenfalls porös ist und aus Katalyt- oder Aktiv stoff oder einer Mischung von beidem besteht. 11. Einrichtung nach Patentanspruch 1I und den Un teransprüchen 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die aus katalytischen Stoffen oder Aktivstoffen oder beidem bestehenden porösen Körper in Form von Kas setten ausgebildet sind, welche in den vom Gas durch strömten Behälter (1, 14, 23) auswechselbar eingesetzt sind. 12.

   Einrichtung nach Patentanspruch 1I und den Unteransprüchen 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die gasdurchströmten Kanäle (7, 16, 17, 18, 27, 29, 37) in den porösen Körpern (6, 15, 24, 38, 36) sowie die letz teren selbst so bemessen sind, dass das Ganze zusätz lich zu der Schallschluckwirkung der porösen Körper ein durch Reflexion wirkendes schalldämpfendes Sy stem bildet.