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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung
von Abgas für wenigstens einen Großmotor, insbesondere
Zweitakt-Großdieselmotor.
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Aus
der
EP 1 230 969 A1 sind
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgas bei einem
Fahrzeugmotor bekannt. Dabei wird das zu reinigende Abgas mittels
eines gelochten Rohrs ohne Vorbehandlung in ein Ölbad eingeleitet,
oberhalb dessen eine perforierte Abdeckung als Spritzschutz angeordnet
ist. Das aus dem Öl aufsteigende Abgas wird anschließend
gefiltert, durch Ölabscheidung dehydriert und anschließend
nochmals mehrmals gefiltert. Hierbei ergeben sich im Ölbad
vergleichsweise große Gasblasen, die nur an ihrer Oberfläche
mit dem Öl in Kontakt kommen. Das Ölbad hat hier
daher nur einen geringen Reinigungseffekt. Es besteht daher die
Gefahr, dass das aus dem Ölbad aufsteigende Abgas noch
viele seiner ursprünglichen Verunreinigungen enthält.
Dies ist offenbar auch der Grund für die Vielzahl der dem Ölbad
nachgeordneten Filterstufen. Die bekannte Lösung erweist
sich demnach als nicht einfach und zuverlässig genug.
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Hiervon
ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren oben genannter Art zu schaffen, das einen hohen Reinigungsgrad
gewährleistet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und die Erzielung
optimaler Verfahrensergebnisse ermöglicht.
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Die
auf das Verfahren sich beziehende Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Hierdurch
kommt ein Verfahren zur Reinigung von Abgas bei einem Großmotor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor,
in Vorschlag, wobei das zu reinigende Abgas zunächst eine
Sprühzone durchströmt und dort mit einer zerstäubten
Reinigungsflüssigkeit kontaktiert wird, wobei dann das
die Sprühzone verlassende, mit Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit
beladene Abgas in feiner Verteilung durch eine Reinigungsflüssigkeit
hindurchgeschickt wird und wobei das aus der Reinigungsflüssig
aufsteigende Abgas durch Bewerkstelligung einer Richtungsänderung
dehydriert wird.
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Die
feinen Tröpfchen der in die Sprühzone eingesprühten
und zerstäubten Reinigungsflüssigkeit erfassen
und binden die im Abgas enthaltenen, festen Partikel und die aus
dem Abgas auswaschbaren Gase. Beim anschließenden Durchgang
durch die ein Bad bildender Reinigungsflüssigkeit werden
die Tröpfchen absorbiert, wobei die aufgenommenen Partikel
und ausgewaschenen Gase an die Reinigungsflüssigkeit übergeben
und von dieser abgeführt werden. Hierzu erhält
das die Reinigungsflüssigkeit aufnehmende Behältnis
permanenten Flüssigkeitsnachschub aus der Sprühzone,
so dass sich eine permanente Erneuerung des Inhalts des Behältnisses
und eine zuverlässige Ableitung der aufgenommenen Verunreinigungen
ergibt. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen
lassen daher einen hohen Reinigungsgrad erwarten.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens kann darin bestehen, dass das die Sprühbehandlungszone
verlassende Gemisch aus Abgas und Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit
in eine unterhalb eines gas- und flüssigkeitsdurchlässigen
Stauelements vorgesehene Reinigungsflüssigkeit eingeleitet
wird und von hier aus eine oberhalb des Stauelements vorhandene
Reinigungsflüssigkeit durchsprudelt. Diese Maßnahmen führen
zu einem zweistufigen Reinigungsflüssigkeitsbad, so dass
sich zusammen mit der Behandlung in den Sprühbehandlungszone
eine dreistufige Behandlung des Abgases mit Reinigungsflüssigkeit
ergibt. Unterhalb des Stauelements werden bereits die meisten mit
Verunreiniigungen beladenen Tröpfchen absorbiert. Im oberhalb
des Stauelements sich bildenden Sprudelbad werden dem Abgas eventuell noch
vorhandene restliche Verunreinigungen entzogen. Hierdurch lassen
sich daher besonders gute Verfahrensergebnisse erreichen.
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In
weiterer Fortbildung des übergeordneten Verfahrens kann
als Reinigungsflüssigkeit zweckmäßig
Wasser Verwendung finden. Dabei handelt es sich um ein nahezu überall
kostengünstig zur Verfügung stehendes Mittel,
das die im Abgas enthaltenen Festteilchen und auswaschbaren Gase
zuverlässig aufnehmen kann.
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Die
auf die Vorrichtung sich beziehende Aufgabe wird durch die Merkmale
des Anspruchs 8 gelöst.
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Hierdurch
kommt eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas bei einem Großmotor,
insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor in Vorschlag, die
einen Druckbehälter besitzt, der einen Abgaseingang und einen
Abgasausgang aufweist und mit wenigstens einem mit dem Abgaseingang
kommunizierenden Verteilerrohr versehen ist, von dem mehrere, jeweils
einem Teilstrom zugeordnete Abzweigstutzen nach unten abgehen, denen
Sprühdüsen zum Einsprühen einer Reinigungsflüssigkeit
zugeordnet sind und die in zugeordnete, nach oben offene Wannen
hineinragen, wobei den offenen unteren Enden der Abzweigstutzen
jeweils ein eine Strömungsumlenkung bewirkender Ventilkörper
zugeordnet ist, wobei die Wannen jeweils einen von den Abzweigstutzen
durchgriffenen Zwischenboden aufweisen, der als gas- und flüssigkeitsdurchlässiges
Stauelement mit einer Vielzahl von über seine Fläche
verteilten Passagen für das an seiner Unterseite anstehende
Gemisch aus Abgas und Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit
ausgebildet ist und ein vom Abgas durchsprudeltes Reinigungsflüssigkeitsbad
nach unten begrenzt, und wobei das aus dem Reinigungsflüssigkeitsbad
aufsteigende Abgas mit wenigstens einer Umlenkung am Verteilerrohr
vorbei zum Abgasausgang geführt wird.
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Mit
Hilfe der Abzweigstutzen wird der einem Verteilerrohr zugeordnete
Gesamtvolumenstrom in mehrere kleine Teilströme aufgeteilt,
was einen intensiven Kontakt des Abgases mit der in die Abzweigstutzen
eingesprühten und zerstäubten Reinigungsflüssigkeit
ermöglicht. Die den Abzweigstutzen zugeordneten Ventilkörper
ermöglichen in vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Beaufschlagung
aller Abzweigstutzen und bewirken gleichzeitig eine Richtungsumlenkung
von der vertikalen in die horizontale Richtung, was eine gute Verteilung
des aus den Abzweigstutzen ausströmenden Gemisches aus
Abgas und Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit
auf den ganzen Querschnitt der zugeordneten Wanne gewährleistet.
Dieser Vorgang findet in vorteilhafter Weise unterhalb des gas-
und flüssigkeitsdurchlässigen, flächenhaften
Stauelements statt. Ein großer Teil der mit Verunreinigungen
beladenen Tröpfchen wird dabei bereits von der unterhalb
des Stauelements vorhandenen Reinigungsflüssigkeitsfüllung absorbiert.
Das Abgas und der Rest der Tröpfchen steht in Form eines
Kissens etc. an der Unterseite des Stauelements an und gelangt über
die Vielzahl der kleinen, über die Fläche des
Stauelements verteilten Passagen in Form kleiner Bläschen
bzw. Perlen oder als Wirbelstrom in das oberhalb des Stauelements
vorgesehene Reinigungsflüssigkeitsbad, das die restlichen
Tröpfchen absorbiert. Das Stauelement und das an diesem
anstehende bzw. dieses durchdringende Abgas verhindern ein Absinken
des Reinigungsflüssigkeitsbads. Aus dem aus dem Reinigungsflüssigkeitsbad
aufsteigenden Abgas werden durch Richtungsänderung die
mitgerissenen Tröpfchen abgeschieden. Anschließend
wird das gereinigte Abgas am Verteilerrohr bzw. den Verteilerrohren vorbeigeführt
und auf diese Weise erwärmt. Die erfindungsgemäßen
Maßnahmen ermöglichen somit ersichtlich eine zuverlässige
Reinigung des Abgases, wobei die in Kauf zu nehmenden Energieverluste
vergleichsweise gering sind.
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Eine
zweckmäßige Ausgestaltung der übergeordneten
Vorrichtung kann darin bestehen, dass das Verteilerrohr bzw. die
Verteilerrohre im oberen Bereich des Druckbehälters unterhalb
des nach oben abgehenden Abgasausgangs angeordnet ist bzw. sind.
Dies begünstigt die automatische Erwärmung des
zum Abgasauslass strömenden, gereinigten Abgases.
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Eine
weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass
der Ventilkörper gegenüber dem unteren Ende des
jeweils zugeordneten Abzweigstutzens einstellbar ist. Dies ermöglicht
eine genaue Einstellung des zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitts
und damit eine sehr genaue Vergleichmäßigung des
Volumenstroms durch alle Abzweigstutzen, so dass sich in den zugeordneten Wannen
gleiche Behandlungsverhältnisse ergeben.
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Zweckmäßig
ist jedem Abzweigstutzen eine eigene Wanne zugeordnet. Dies führt
in vorteilhafter Weise zu einer Vielzahl kleinerer Einzelwannen,
in denen eine sehr gleichmäßige Verteilung des
aus dem jeweils zugeordneten Abzweigstutzen austretenden Gemisches
aus Abgas und Reinigungsflüssigkeitströpfchen
erzielbar ist. Die Nebeneinanderanordnung mehrerer kleiner Einzelwannen
ermöglicht zudem eine gute Ausnutzung des zur Verfügung
stehenden Bauraums und ergibt gleichzeitig im Falle eines Einbaus
der Reinigungsvorrichtung in ein Schiff einen großen zulässigen
Neigungswinkel.
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In
Fortbildung des vorstehenden Gedankens können zweckmäßig
jeder Reihe von quer zur Behälterachse nebeneinander angeordneten
Abzweigstutzen eine durch Zwischenwände in einzelne Wannen unterteilte
Wannenkassette zugeordnet sein, wobei die Zwischenwände
zweckmäßig oberhalb des Zwischenbodens mit Überströmöffnungen
versehen sein können. Hierdurch wird sichergestellt, dass
Schwankungen beim Flüssigkeitsnachschub einer Wanne durch
den Überlauf der benachbarten Wanne bzw. Wannen ausgeglichen
werden kann.
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Die
Wannen besitzen zweckmäßig einen unterern Flüssigkeitsauslass
und obere Überlaufkanten, über die überschüssige
Reinigungsflüssigkeit abfließen und die hierin
aufgenommenen Verunreinigungen abgeführt werden können.
Der Flüssigkeitsauslass ist zweckmäßig
so dimensioniert, dass über diesen weniger Flüssigkeit
abfließt, als über den zugeordneten Abzweigstutzen
nachkommt, so dass die oberen Überlaufkanten stets überspült
werden. Eine Niveauüberwachung ist hierbei in vorteilhafter
Weise überflüssig.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen
kann darin bestehen, dass mit Abstand oberhalb der Wannen ein von
den Abzweigstutzen durchgriffenes Umlenkschild angeordnet ist, dessen
Seitenkanten mit den benachbarten Behälterwänden
seitliche Strömungspassagen begrenzt. Das aus den Wannen
aufsteigende Abgas wird durch das Umlenkschild seitlich abgelenkt
und damit umgelenkt. Im Abgas enthaltene Flüssigkeitströpfchen
werden dabei aufgrund der hieran angreifenden Zentrifugalkräfte
nach außen gedrängt und können auf diese
Weise abgeschieden werden. Zweckmäßig können
dabei an den seitlichen Behälterwänden oberhalb
des Umlenkschilds Tropfenfangleisten angebracht sein.
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Die
mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahmen
erzielbare Abgasqualität erleichtert in vorteilhafter Weise
eine Abgasrezirkulation, d. h. eine Beimischung von Abgas zu der
dem Motor zugeführten Ladeluft, wodurch der NOx-Ausstoß reduziert werden
kann. Zweckmäßig kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung daher in eine Abgasrezirkuliereinrichtung integriert
und mit rezirkulierbarem Abgas beaufschlagt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen
der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen
Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung
anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
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In
der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
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1 einen
Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße
Abgas-Reinigungsvorrichtung,
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2 einen
Querschnitt entlang der Linie II/II in 1,
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3 den
unteren Bereich eines Abzweigstutzens mit zugeordneter Wanne im
Schnitt,
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4 ein
Funktionsschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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5 eine
gegenüber der Horizontalen geneigte Wannenanordnung einer
erfindungsgemäßen, z. B. auf einem Schiff installierten
Reinigungsvorrichtung,
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6 eine
schematische Darstellung eines Zweitakt-Großdieselmotors
mit Abgasrezirkulation und -reinigung und
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7 eine
schematische Darstellung eines Zweitakt-Großdieselmotors
mit einer in die Auspuffleitung eingebauten Reinigungsvorrichtung.
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Hauptanwendungsgebiet
der vorliegenden Erfindung sind Großmotoren, insbesondere
Zweitakt-Großdieselmotoren, wie sie beispielsweise als Schiffsantriebe
Verwendung finden.
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Die
den 1 und 2 zugrunde liegende Abgasreinigungsvorrichtung
besteht aus einem faßförmigen Druckbehälter 1,
der auf einem mit Standfüßen versehenen Traggestell 1a aufgenommen
ist. Der Druckbehälter 1 besitzt einen stirnseitig
angeordneten Abgaseingang 2 und einen nach oben abgehenden
Abgasausgang 3 und ist an der Unterseite mit einem Wasserauslass 4 versehen.
Der faßförmige Druckbehälter 1 besteht
aus einem zylindrischen Mittelteil, das durch zwei stirnseitig angeflanschte Deckel
verschlossen ist. Der Abgaseingang 2 ist im oberen Bereich
eines stirnseitigen Deckels angeordnet. Der Abgasausgang 3 befindet
sich etwa in der Mitte des Scheitelbereichs des zylindrischen Mittelteils.
Zweckmäßig sind im Bereich des Mittelteils und/oder
der Deckel wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Bullaugen 5 vorgesehen, über
welche die Vorgänge im Inneren des Druckbehälters 1 von
außen beobachtet werden können.
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Im
oberen Bereich des Innenraums 6 des Druckbehälters 1 ist
eine Anordnung mit wenigstens einem horizontalen Verteilerrohr 7 vorgesehen,
das sich etwa über die Länge des Mittelteils des
Druckbehälters 1 erstreckt und mit dem Abgaseingang 2 kommuniziert.
Im dargestellten Beispiel sind, wie am besten aus 2 erkennbar
ist, mehrere, hier drei parallel nebeneinander angeordnete Verteilerrohre 7 vorgesehen,
die über ein an den Abgaseinlass 2 angeschlossenes,
mit einer entsprechenden Anzahl von Anschlussstutzen versehenes
Verteilerstück 8 mit dem Abgaseingang 2 verbunden
sind. Von jedem Verteilerrohr 7 gehen mehrere, über
seine Länge verteilte, vertikale Abzweigstutzen 9 nach
unten ab, die jeweils einen Teilstrom des dem zugehörigen
Verteilerrohr 7 zugeführten Abgas-Volumenstroms
aufnehmen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind, wie 2 anschaulich
erkennen lässt, die von den drei Verteilerrohren 7 nach
unten abgehenden Abzweigstutzen 9 jeweils in Form von quer
zur Behälterachse sich erstreckender Reihen angeordnet.
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Den
Abzweigstutzen 9 sind Sprühdüsen 10 zugeordnet,
die mit einer Reinigungsflüssigkeit beaufschlagbar sind.
Bei der Reinigungsflüssigkeit kann es sich zweckmäßig
um Wasser, auch Salzwasser oder Brakwasser, mit oder ohne Zusatz
von Chemikalien handeln. Die Sprühdüsen 10 sind
dabei zweckmäßig als Zerstäuberdüsen
ausgebildet, die die zugeführte Reinigungsflüssigkeit
in sehr feine, kleine Tröpfchen zerstäuben, so
dass sich zusammen mit dem den Abzweigstutzen 9 zugeführten
Abgas ein Nebel bzw. Aerosol ergibt. Die Sprühdüsen 10 sind
im oberen Bereich des jeweils zugeordneten Abzweigstutzens 9 angeordnet.
Dabei können jedem Abzweigstutzen mehrere radiale Sprühdüsen
zugeordnet sein. Im dargestellten Beispiel ist jedem Abzweigstutzen 9 eine
mittig angeordnete Sprühdüse 10 zugeordnet,
die am unteren Ende einer das zugeordnete Verteilerrohr 7 durchsetzenden
Lanze 11 angebracht ist. Die Lanzen 11 sind in
einer hier nicht näher dargestellten Weise, beispielsweise über
eine gemeinsame Versorgungsleitung, mit einer Reinigungsflüssigkeits-Quelle
verbunden.
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Unterhalb
der Abzweigstutzen 9 sind Wannen 12 platziert,
in welche die Abzweigstutzen 9 mit ihren unteren offenen
Enden hineinragen, wie am besten aus 2 ersichtlich
ist. Jedem Abzweigstutzen 9 ist dabei zweckmäßig
eine eigene Wanne 12 zugeordnet, wobei die den eine Reihe
oben genannter Art bildenden, nebeneinander angeordneten Abzweigstutzen 9 zugeordneten
Wannen 12, wie aus 2 ersichtlich
ist, zu einer über die Breite des Innenraums 6 durchgehenden
Kassette 13 verbunden sein können.
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Dem
offenen unteren Ende der Abzweigstutzen 9 ist jeweils ein
Ventilkörper 14 zugeordnet, der zweckmäßig
einstellbar ist. Hiermit lässt sich der lichte Abstand
zwischen dem Ventilkörper 14 und dem unteren Ende
des zugeordneten Abzweigstutzens 9 und damit der zur Verfügung
stehende Strömungsquerschnitt einstellen. Die Einstellung
erfolgt zweckmäßig so, dass der Abgas-Volumendurchsatz
durch alle Abzweigstutzen 9 gleich ist. Der einstellbare
Ventilkörper 14 ist, wie am besten aus 3 erkennbar ist,
auf einer zum zugeordneten Abzweigstutzen 9 koaxialen Stange 15 aufgenommen,
die mit ihrem oberen Ende an wenigstens einer an der Innenwand des
zugeordneten Abzweigstutzens 9 angebrachten Strebe 16 befestigt
ist. Selbstverständlich können auch mehrere in
der Höhe und/oder umfangsseitig gegeneinander versetzte
Streben vorgesehen sein. Die Stange 15 kann als Gewindestange
ausgebildet sein, auf der den zugeordneten Ventilkörper 14 fixierende
Muttern 17 aufschraubbar sind, mittels derer eine Einstellung
des Ventilkörpers 14 möglich ist.
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Die
Oberseite des Ventilkörpers 14 ist, wie 3 weiter
erkennen lässt, als von einer konkav nach unten gebogenen
Erzeugenden gebildete Rotationsfläche ausgebildet, so dass
sich im Querschnitt nach unten konkave Flanken ergeben, die einen
gebogenen Übergang von der vertikalen Richtung in die horizontale
Richtung bilden. Mit Hilfe dieser konoiden Gestaltung der Ventilkörper 14 wird
eine Umlenkung des die Abzweigstutzen 9 in vertikaler Richtung durchströmenden
Volumenstroms in die horizontale Richtung bewirkt. Das aus den Abzweigstutzen 9 austretende
Aerosol verteilt sich dementsprechend in horizontaler Richtung in
der jeweils zugeordneten Wanne 12. Die an den massebehafteten
Tröpfchen, die bei der vom Ventilkörper 14 bewirkten
Umlenkung in radialer Richtung beschleunigt werden, angreifenden,
einer Richtungsänderung entgegenwirkenden Trägheitskräfte
führen hierbei bereits zu einer Abscheidung von Tröpfchen
aus dem umgelenkten Aeorosolstrom. Dies betrifft insbesondere die
schwereren Tröpfchen. Die separierten Tröpfchen
werden praktisch von der umgebenden Reinigungsflüssigkeit in
der Wanne 12 absorbiert.
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Die
Wannen 12 sind jeweils durch einen vom zugeordneten Abzweigstutzen 9 durchgriffenen
Zwischenboden 18 in ein unteres Abteil 19, in
welches der zugeordnete Abzweigstutzen 9 mit seinem unteren,
offenen Ende einmündet und in welchem der Ventilkörper 14 sich
befindet, und ein oberes Abteil 20 unterteilt. Im Betrieb
ist sowohl im unteren Abteil 19 als auch im oberen Abteil 20 Reinigungsflüssigkeit vorhanden.
Jede Wanne 12 enthält dementsprechend ein durch
den Zwischenboden 18 zweigeteiltes Reinigungsflüssigkeitsbad.
Der Zwischenboden 18 ist als gas- und flüssigkeitsdurchlässiges,
flächenhaftes Stauelement ausgebildet, das eine Vielzahl von über
seine Fläche verteilten, engen Passagen zwischen dem unteren
Abteil 19 und dem oberen Abteil 20 und dementsprechend
zwischen dem unteren und oberen Teil des Reinigungsflüssigkeitsbads
enthält. Hierzu kann das den Zwischenboden 18 bildende
Stauelement als ein- oder mehrlagiges Gitter und/oder Netzwerk eines
engmaschigen Gitters oder Netzes, oder Drahtgewebes oder Streckmetalls
oder als ähnliches durchlässiges Strukturelement
bzw. Strukturelementpaketanordnung, z. B. aus Metall- und/oder Kunststoffschaum
ausgebildet sein. Der Zwischenboden 18 ist, wie 3 weiter
erkennen lässt, randseitig auf wannenfesten Tragleisten 21 abgestützt
und mittels einer den zugeordneten Abzweigstutzen 9 umfassenden
und durch Schrauben 22 hieran festlegbaren Büchse 23 von
oben fixiert.
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Zwischen
dem Zwischenboden 18 und den Stützleisten 21 kann
eine eine geeignete Höhe aufweisende Distanzelementanordnung 21a,
z. B. inform von auf den Stützleisten 21 aufliegenden
Leisten oder eines auf den Stützleisten 21 aufliegenden Rahmens
etc. vorgesehen sein. Mit Hilfe der Distanzelementanordnung lässt
sich die Position des Zwischenbodens 18 gegenüber
dem unteren Ende des zugeordneten Abzweigstutzens 9 genau
justieren.
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Im
Betrieb werden die Verteilerrohre 7 mit Abgas beaufschlagt,
das, wie in 4 durch Pfeile angedeutet ist,
auf die Abzweigstutzen 9 verteilt wird. Gleichzeitig werden
die Sprühdüsen 10 mit Reinigungsflüssigkeit,
zweckmäßig in Form von Wasser beaufschlagt, das
fein zerstäubt wird, so dass sehr feine Tröpfchen gebildet
werden und in den Abzweigstutzen 9 ein Nebel bzw. Aerosol
entsteht. In der so innerhalb der Abzweigstutzen 9 gebildeten Sprühbehandlungszone
werden in einem ersten Behandlungsschritt die im Abgas enthaltenen,
festen Verunreinigungen, die Kondensationskerne bilden, von den
Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit, hier den
Wassertröpfchen, erfasst und von diesen mitgeführt.
Ebenso werden die im Abgas enthaltenen, auswaschbaren Gase von den
Wassertröpfchen ausgewaschen und von diesen mitgeführt.
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Das
aus den Abzweigstutzen 9 austretende Abgas-Wasser-Gemisch
d. h. Aerosol wird zur weiteren Behandlung in das in der zugeordneten
Wanne 12 enthaltene Reinigungsflüssigkeitsbad
eingeleitet. Dabei ergibt sich wie aus den Strömungspfeilen
der 4 ersichtlich ist, durch den Ventilkörper 14 eine Umlenkung
von der vertikalen Richtung in die horizontale Richtung, wobei die
im unteren Abteil 19 enthaltene Reinigungsflüssigkeit
vom dem Zwischenboden 18 benachbarten Bereich verdrängt
wird, wie in 4 durch eine unregelmäßige
Oberfläche 24 angedeutet ist. Gleichzeitig dringt
ein größerer Teil der Wassertröpfchen
in die im unteren Abteil 19 enthaltene Reinigungsflüssigkeit
ein und wird von dieser absorbiert. Das Abgas mit dem Rest der Wassertröpfchen
stehen in Form eines Kissens 25 an der Unterseite des durch
den Zwischenboden 18 gebildeten Stauelements an und gelangen über
die feinen Passagen des Stauelements in das obere Abteil 20,
wobei die noch durchkommenden Wassertröpfchen von der dort
vorhandenen Reinigungsflüssigkeit absorbiert werden und
das Abgas in Form feiner Bläschen bzw. Perlen 26 nach
oben sprudelt, wobei im Abgas noch enthaltene restliche Verunreinigungen
von der Reinigungsflüssigkeit erfasst werden und in diese übergehen.
Insgesamt ergeben sich somit mehrere Behandlungsschritte, nämlich
die Behandlung in der Sprühbehandlungszone sowie im unteren
und oberen Reinigungsflüssigkeitsbad.
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Die
Flüssigkeitsfüllung der Wannen 12 erhält in
Form der von den Sprühdüsen 10 eingesprühten Reinigungsflüssigkeit
ständigen Nachschub. Die Wannen 12 sind dementsprechend
mit einer bodenseitigen Ablauföffnung 27 versehen,
die zweckmäßig am tiefsten Punkt des geneigten
Wannenbodens angeordnet ist. Die Ablauföffnung 27 ist
so dimensioniert, dass über diese weniger Reinigungsflüssigkeit ablaufen
kann als Nachschub kommt. Der Überschuss läuft über
die oberen Kanten der Wannen 12 ab, die dementsprechend Überlaufkanten 28 bilden, wie
aus 4 ersichtlich ist. Die aus den Wannen 12 nach
unten abfließende bzw. über die Überlaufkanten 28 überlaufende
Reinigungsflüssigkeit wird im unteren Bereich des Innenraums 6 des
Druckbehälters 1 gesammelt und strömt über
den nach unten abgehenden Auslass 4 ab.
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Das
in dem im oberen Abteil 20 vorhandenen Reinigungsflüssigkeitsbad
aufsteigende und, wie in 4 durch Pfeile angedeutet, aus
dem Reinigungsflüssigkeitsbad nach oben austretende, dreistufig
gereinigte Abgas wird oberhalb der Wannen 12 umgelenkt,
um eine Wasserabscheidung zu bewirken. Hierzu ist, wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist,
oberhalb der Wannen 12 ein von den Abzweigstutzen 9 mit
Bewegungsfreiheitsgrad durchgriffenes Abweisschild 29 angeordnet,
dessen Seitenkanten mit den benachbarten Seitenwänden des Druckbehälters 1 spaltförmige,
seitliche Strömungspassagen 30 bilden. Das aus
den Wannen 12 aufsteigende Abgas wird dementsprechend entlang
der Unterseite des Abweisschilds 29 etwa horizontal nach radial
außen geführt und dort umgelenkt. Zur Verstärkung
der Umlenkung können die seitlichen Flanken des Abweisschilds 29,
wie aus 2 ersichtlich ist, nach unten
gebogen sein. Das Abweisschild 29 befindet sich zweckmäßig
auf der mittleren Höhe des fassförmigen Druckbehälters 1,
wo die größte lichte Weite vorhanden ist, so dass
das Abgas im Anschluss an die genannten seitlichen Strömungspassagen 30 durch
die Wand des Druckbehälters 1 wieder nach innen
geführt wird, was den Umlenkeffekt noch verstärkt.
Aufgrund der Umlenkung werden vom Abgas mitgeführte Wassertröpfchen
nach radial außen geschleudert und laufen entlang der Wandung des
Druckbehälters 1 nach unten ab. Um sicherzustellen,
dass keine Wassertröpfchen bis zum Abgasausgang 3 mitgerissen
werden können, sind oberhalb der Strömungspassagen 30 von
der Wandinnenseite des Druckkessels 1 nach innen vorspringende
Tropfenfangleisten 31 vorgesehen. Diese sind zweckmäßig
nach unten geneigt.
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Das
die Strömungspassagen 30 passierende Abgas strömt
wandnah an den Verteilerrohren 7 vorbei zum Abgasauslass 3.
Die Verteilerrohre 7, die innen mit frischem Abgas beaufschlagt
werden, fungieren dabei als Heizrohre, an denen das vorbeiströmende
Abgas erwärmt wird. Um diesen Effekt zu verstärken,
können die Verteilerrohre 7 außen mit
Heizrippen versehen sein. Das über den Abgasauslass 3 abgeführte
Abgas kann entweder zur Abgasrezirkulation benutzt und/oder einem
Auspuff zugeführt werden.
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Großmotoren
oben erwähnter Art finden vielfach als Schiffsantrieb Verwendung.
Im Wasser liegende Schiffe können sich seitlich neigen,
was auch zu einer Neigung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung und insbesondere der Wannen 12 führen
kann, wie in 5 angedeutet ist. Da jedem Abzweigstutzen 9 eine
eigene Wanne 12 zugeordnet ist, ergeben sich viele, vergleichsweise
kleine Wannen, so dass auch im Falle einer vergleichsweise großen
Neigung das untere, offene Ende jedes Abzweigstutzens 9 noch
genügend tief unterhalb des Flüssigkeitsspiegels
in der zugeordneten Wanne 12 ist, wie aus 5 anschaulich
ersichtlich ist.
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Zur
Vereinfachung der Montage können die jeweils einer quer
zur Behälterachse laufenden Reihe von Abzweigstutzen 9 zugeordneten,
nebeneinander angeordneten Wannen, wie oben schon erwähnt,
zu einer gemeinsamen Kassette 13 zusammengefasst sein,
die durch Zwischenwände 32 in einzelne Wannen
unterteilt ist, wie am besten aus 2 erkennbar
ist. Die in Richtung der Behälterachse hintereinander angeordneten
Kassetten können zweckmäßig voneinander
beabstandet sein. Die Zwischenwände 32 sind zweckmäßig
im Bereich zwischen der Oberseite des Zwischenbodens 18 und
ihrer oberen Kante mit Überströmöffnungen 33 versehen, über
die ein Flüssigkeitsaustausch zwischen benachbarten Wannen
stattfinden kann. Hierdurch ist sichergestellt, dass unabhängig
vom Flüssigkeitsnachschub in allen nebeneinander angeordneten Wannen
in etwa derselbe Flüssigkeitsstand erreicht wird. Die Position
der Überströmöffnungen 33 ist
so gewählt, dass auch im Falle der größten
Neigung der als Stauelement fungierende Zwischenboden 18 ganzflächig
mit Reinigungsflüssigkeit bedeckt ist und dementsprechend
auch das offene untere Ende der Abzweigstutzen 9 ganzflächig überflutet
ist, wie 5 anschaulich zeigt.
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Die
Kassetten 13 sind, wie 2 weiter zeigt,
mit seitlichen Stützleisten 34 versehen, die auf behälterseitig
vorgesehene Tragleisten 35 aufsetzbar sind. Zweckmäßig
können dabei die Stützleisten 34 und/oder
die Tragleisten 35 in der Höhe einstellbar angeordnet
sein, so dass die Eintauchtiefe der Abzweigstutzen 9 ebenfalls
einstellbar ist.
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Die 6 und 7 zeigen
Anwendungsbeispiele der oben beschriebenen mehrstufigen Abgas-Reinigungsvorrichtung.
Eine bevorzugte Anwendung ist, wie schon erwähnt, die Reinigung
von zur Abgasrezirkulation verwendetem Abgas, d. h. von zur Reduzierung
des NOx und/oder SOx-Ausstoßes eines
Motors, der diesem Motor zugeführten, frischen Ladeluft
nochmals beigemischtem Abgas. Eine derartige Anwendung liegt der 6 zugrunde.
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Dabei
ist ein in Form eines Zylinders angedeuteter Großmotor
in Form eines Zweitakt-Großdieselmotors 36 dargestellt.
Der vom Arbeitsraum des Zylinders abgehende, durch ein Auslassventil
kontrollierbare Auslassstutzen 37 mündet in einen über alle
Zylinder durchgehenden Abgassammler 38. Im unteren Bereich
des Zylindermantels sind Einlassschlitze 39 vorgesehen, über
die dem Arbeitsraum bei abgesenktem Kolben Ladeluft zugeführt
wird. Dem Motor ist ein Abgasturbolader 40 zugeordnet, dessen
Turbine mit Abgas betrieben wird und dessen Kompressor die vorverdichtete
Ladeluft liefert. Dementsprechend ist die Turbine des Abgasturboladers 40 über
eine Abgasleitung 41 mit dem Abgassammler 38 verbunden.
Vom Ausgang des Kompressors führt eine Ladeluftleitung 42 zu
den Einlassschlitzen 39. Der Ladeluft wird Abgas beigemischt.
Hierzu zweigt von der Abgasleitung 41 eine Rezirkulationsleitung 43 ab,
die in die Ladeluftleitung 42 oder, wie mit einer unterbrochenen
Linie angedeutet ist, in den Ansaugstutzen des Kompressors des Abgasturboladers 40 einmündet.
In die Rezirkulationsleitung 43 ist zur Reinigung des Abgases
die durch den Druckbehälter 1 angedeutete Abgasreinigungseinrichtung
integriert. Hierbei wird nur der Teil des Abgases gereinigt, der
zur Rezirkulation Verwendung findet.
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Es
wäre aber auch denkbar, das gesamte Abgas vor dem Ausstoß in
die Umgebung zu reinigen. Eine derartige Ausführung liegt
der 7 zugrunde. Hierbei ist die durch den Druckbehälter 1 angedeutete
Abgasreinigungsvorrichtung in eine vom Ausgang der Turbine des Abgasturboladers 40 abgehende,
in die Umgebung mündende Auspuffleitung 44 eingebaut.
Im Übrigen entspricht der Motoraufbau der Anordnung gemäß 6.
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In
den den 6 und 7 zugrundeliegenden
Beispielen ist jeder Brennkraftmaschine jeweils eine einzelne, eigene
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasreinigung
zugeordnet. Es wäre aber auch denkbar, einer Anordnung
von mehreren Brennkraftmaschinen eine gemeinsame Vorrichtung zur
Abgasreinigung erfindungsgemäßer Art zuzuordnen.
Ebenso wäre es denkbar einer Brennkraftmaschine mehrere
erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Abgasreinigung
zuzuordnen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das
gereinigte Abgas abweichend von den Ausführungen gemäß 6 und 7 nur
teilweise zur Abgasrezirkulation zu verwenden und den übrigen
Teil als Auspuffgas auszublasen. Dies gilt sowohl für an
Bord von Schiffen installierte oder stationäre Anordnungen.
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Vorstehend
sind zwar einige Ausführungs- und Anwendungsbeispiele näher
erläutert, ohne dass jedoch hiermit eine Beschränkung
verbunden sein soll. Vielmehr stehen dem Fachmann eine Reihe von
Möglichkeiten zur Verfügung, um den allgemeinen
Gedanken der Erfindung an die Verhältnisse des Einzelfalls
anzupassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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