DE102007046931B4

DE102007046931B4 - Verfahren zur Zersetzung von Stickoxiden

Info

Publication number: DE102007046931B4
Application number: DE102007046931.6A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2014-01-02
Anticipated expiration: 2027-09-29
Also published as: DE102007046931A1

Abstract

Verfahren zur Neutralisierung von Stickoxiden, insbesondere von Stickoxiden, die bei der Verbrennung von Treibstoffen in Verbrennungsmotoren entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zersetzung der Stickoxide durch ein elektromagnetisches Wechselfeld mit mindestens einer Schwingungsfrequenz erfolgt, die auf die spezifische Eigenschwingungsfrequenz der N-O-Bindung eines Stickoxidmoleküls abgestimmt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Neutralisierung von Stickoxiden, insbesondere von Stickoxiden, die bei der Verbrennung von Treibstoffen in Verbrennungsmotoren entstehen.
Stickoxide NO_x sind ein Nebenprodukt der Treibstoffverbrennung in Gasturbinenmotoren mit hoher Brenntemperatur. Stickoxide sind gasartige Substanzen, die eine toxische Wirkung auf den menschlichen Organismus, die Pflanzenwelt und die Tierwelt ausüben.
Bekannt ist aus der US 6 112 511 A ein Verfahren zur Neutralisierung von Stickoxiden mit- tels der Wassereinspritzung in die Verbrennungskammer, was eine Senkung der lokalen und gesamten Brenntemperatur verursacht. Bei einer Temperatursenkung in der Brennzone verringert sich die Konzentration von Stickoxiden in der Verbrennungskammer. Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt in dessen geringer Effizienz. Die genannte Methode erlaubt es zwar, der Bildung einer gewissen Menge von NO_x-Molekülen vorzubeugen, aber ermöglicht es nicht, die Anzahl schon gebildeter Stickoxide herabzusetzen. Außerdem führt die Temperatursenkung in der Brennzone zur Änderung der Betriebsverhältnisse der Verbrennungskammer, was die Effizienz des obigen Verfahrens ebenso verringert.
Aus der US 6 109 018 A kennt man ein Verfahren zur Neutralisierung von Stickoxiden auf katalytische Weise. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch dessen niedrige Effizienz bei gleichzeitig hohen Kennwerten des Gasverbrauchs durch den Motor, verbunden mit geringer Wahrscheinlichkeit eines Kontakts von Stickoxidmolekülen mit dem Katalysator. Daneben wird die Effizienz dieser Methode durch verschiedene Faktoren gesenkt, wie insbesondere die Notwendigkeit einer Zufuhr von Zusatzstoffen in den Strömungsteil der Verbrennungskammer. Außerdem ist die Anwendung dieses Verfahrens beschränkt hinsichtlich der Temperaturen im Strömungsteil und auf bestimmte Typen von Verbrennungskammern.
Aus der DE 23 11 584 A1 ist ein Verfahren zur physikalischen Trennung von gasförmigen Stoff- bzw. Isotopengemischen bekannt, bei dem durch das Stoffgemisch wenigstens ein Strahl einer polarisierten elektromagnetischen Welle hindurch geleitet wird und die Frequenz der elektromagnetischen Welle so eingestellt wird, dass die einzelnen Bestandteile des Gemisches selektiv unterschiedlich in ihrem Dipolverhalten beeinflusst werden und durch das elektrische und/oder magnetische Feld des Strahles entmischt werden. Nach diesem bekannten Verfahren werden insbesondere Isotopengemische des Urans über die entsprechenden Hexafluoride getrennt oder Chlorisotope über die Chlorwasserstoffe. Das gasförmige Stoffgemisch strömt durch eine Düse aus und wird von einer Laserstrahlung in Querrichtung durchsetzt. Die einzelnen Komponenten des gasförmigen Stoffgemischs werden durch die Laserstrahlung in ihrer Richtung unterschiedlich stark abgelenkt, schlagen sich in verschiedenen Auffangzonen nieder und werden somit getrennt. Es wird bei diesem Verfahren jedoch nicht die Zersetzung gasförmiger Bestandteile eines Stoffgemischs angestrebt.
Aus der DE 101 17 911 A1 ist eine Vorrichtung zur Neutralisierung von Stickoxiden bekannt, die bei der Verbrennung von Treibstoffen in Verbrennungsmotoren entstehen, wobei die Zersetzung des Stickoxides durch ein elektromagnetisches Feld erfolgt.
Aus der DE 196 45 689 A1 ist eine Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere Otto-Motor mit Magerbetrieb, bekannt, die einen Abgasstrang, einen 3-Wege-katalysator und einen No_x-Katalysator umfasst, wobei in dem Abgasstrang zusätzlich eine mit elektrischer oder nelektro-magnetischer Energie betriebene Konvertierungs-Einrichtung zur wesentlichen Umwandlung von NO in NO₂ angeordnet ist.
Aus der US 6 267 940 B1 schließllich ist eine Methode zur Verlängerung von Stickoxiden mit einem aktivierten Katalysator bekannt. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zur Verfügung zu stellen, welches eine effiziente Neutralisierung von Stickoxiden ohne die Verwendung von Fremdstoffen ermöglicht.
Die Losung dieser Aufgabe liefert ein Verfahren der eingangs genannten Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Neutralisierung der Stickoxide durch Zersetzung der Stickoxidmoleküle mittels eines elektromagnetischen Wechselfelds erfolgt. Vorzugsweise erfolgt die Neutralisierung der Stickoxide durch Zersetzung der Stickoxidmoleküle mittels eines elektromagnetischen Wechselfelds mit vorgegebener Schwingungsfrequenz.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere anwendbar zur Neutralisierung von Stickoxiden, die als Nebenprodukt bei der Treibstoffverbrennung in Brennkraftmaschinen entstehen, beispielsweise bei der Treibstoffverbrennung in Gasturbinenmotoren mit hoher Brenntemperatur.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass eine effiziente Neutralisierung der Stickoxide möglich ist, insbesondere solcher, die bei der Verbrennung in Motoren im Abgas entstehen, ohne dass unerwünschte Zusatzstoffe in den Strömungsteil des Motors eingeführt werden, ohne dass die Arbeitsweise des Motors verändert wird und ohne dass die Verhältnisse in der Brennkammer oder die Zusammensetzung des Brennstoffgemischs verändert werden.
Vorzugsweise ist dabei die Zersetzung der Stickoxide durch ein elektromagnetisches Wechselfeld mit mindestens einer Schwingungsfrequenz vorgesehen, die auf die spezifische Eigenschwingungsfrequenz der N-O-Bindung eines Stickoxidmoleküls abgestimmt ist.
Eine bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sieht weiterhin vor, dass mindestens zwei verschiedene NOx-Moleküle, deren Eigenschwingungsfrequenzen sich unterscheiden, mittels Einrichtungen zersetzt werden, die elektromagnetische Wechselfelder unterschiedlicher Frequenzen erzeugen.
Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass für die Zersetzung der Stickoxide elektromagnetische Schwingungen mit vorgegebener, für die Zerstörung der N-O-Bindung eines NOx-Moleküls ausreichender Schwingungsamplitude erzeugt werden.
Eine besonders bevorzugte konstruktive Ausgestaltung gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sieht dabei vor, dass die Abgase eines Verbrennungsmotors durch einen Kanal oder Hohlraum geleitet werden, in dem wenigstens ein Anregungselement angeordnet ist, welches ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt.
Die Leistung der Anregungsquellen zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfelds sowie deren Anzahl ist von verschiedenen Parametern abhängig, wobei bevorzugt zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfelds eine Anzahl von Anregungselementen ausgewählt wird in Abhängigkeit von der CO-, und/oder der NO-Konzentration und/oder der Durchflussgeschwindigkeit des Abgasstroms und/oder der elektromagnetischen Durchlässigkeit des Abgasstroms.
In Stickoxid-Molekülen NOx besitzt die Elektronenbindung N-O eine eigene Schwingungsfrequenz. Wenn ein Molekül ins elektromagnetische Wechselfeld gerät mit einer Schwingungsfrequenz, die mit der Schwingungsfrequenz der Bindung übereinstimmt, kommt es zu einer Resonanz. Infolgedessen ist bei einem hinreichenden Wert der Schwingungsamplitude die Zerstörung der Bindung und dementsprechend die Zerstörung der Zerlegung des NOx-Moleküls in Stickstoff- und Sauerstoffatome möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren der Stickoxid-Zersetzung besteht in der Erzeugung elektromagnetischer Schwingungen mittels eines Generators, welche ein elektromagnetisches Wechselfeld schaffen mit einer Schwingungsfrequenz, dessen Schwingungsfrequenz auf diejenige der N-O-Bindung in den zu zerstörenden NOx-Molekülen abgestimmt ist und dessen Schwingungsamplitude ausreichend ist für die Zerstörung der Bindung. DA sich die Schwingungsfrequenz der jeweiligen N-O-Bindungen in verschiedenen NOx-Molekülen oder verschiedenen Positionen unterscheiden kann, werden dann mehrere Generatoren für elektromagnetische Wechselfelder benötigt, um die für die Zerstörung verschiedener NOx-Moleküle erforderlichen unterschiedlichen Frequenzen entsprechend den jeweiligen Eigenschwingungen zu erzeugen. Diese Generatoren können Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen und gegebenenfalls mit unterschiedlichen Amplituden erzeugen, so dass die jeweiligen Schwellen der Zerstörung spezifischer N-O-Bindungen in den verschiedenen Typen der NOx-Moleküle erreicht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Stickoxide jeden Typs durch Zerstörung der Moleküle zu neutralisieren, unabhängig von den jeweiligen Brennverhältnissen des Treibstoffs im Motor und unabhängig von den Kennwerten des Gasverbrauchs des jeweiligen Motors. Es ist dabei nicht erforderlich, die Brennverhältnisse zu verändern oder Zusatzstoffe in den Strömungsteil des Motors einzuführen. Der Zerstörungsgrad von NOx kann bei Bedarf 99,9% der ursprünglichen Konzentration erreichen, was erheblich höher ist als die Effizienz der Neutralisierung von Stickoxiden mit Hilfe der bislang bekannten Verfahren.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin insbesondere die Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Neutralisierung der im Abgasstrom von Gasturbinenmotoren enthaltenen Stickoxide.
Die in den Unteransprüchen genannten Merkmale betreffen bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung. Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Detailbeschreibung.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben.
Dabei zeigt:
1 eine schematisch stark vereinfachte Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Neutralisierung von Stickoxiden gemäß einer beispielhaften Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Nachfolgend wird auf die 1 Bezug genommen. Die Darstellung ist schematisch stark vereinfacht und es sind nur die zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung wesentlichen Komponenten dargestellt. Es ist das Gehäuse 1 einer Vorrichtung im Längsschnitt gezeigt, durch die in Richtung der Pfeile 3 ein Abgasstrom eines Verbrennungsmotors strömt. Das Gehäuse 1 bildet eine Art Kanal, durch den die zu behandelnden Abgase strömen. Diese Abgase enthalten insbesondere CO und Stickoxide NOx. Die Vorrichtung dient dazu, die im Abgasstrom enthaltenen Stickoxide zu zersetzen. Dazu sind im Gehäuse 1 der Vorrichtung beispielsweise im Bereich der Wandung eine Anzahl von Anregungselementen 2 angeordnet, die dazu dienen, ein elektromagnetisches Wechselfeld zu erzeugen. Die Anzahl der Anregungselemente 2 ist abhängig von der Durchflussgeschwindigkeit des Abgasstroms, der CO- und NO-Konzentration sowie von der elektromagnetischen Durchlässigkeit des CO- und NO-Stroms. Die Zersetzung der Stickoxidmoleküle erfolgt durch ein mittels der Anregungslemente erzeugtes elektromagnetisches Wechselfeld mit vorgegebener Schwingungsfrequenz der Feldstärke. Gegebenenfalls wird die Schwingungsamplitude so eingestellt, dass die Energie ausreicht, um die N-O-Bindungen in den spezifischen Stickoxid-Molekülen, die in dem Gasgemisch vorhanden sind, zu zerstören.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuse
2: Anregungselemente
3: Pfeile, Strömungsrichtung des Abgasstroms

Claims

Verfahren zur Neutralisierung von Stickoxiden, insbesondere von Stickoxiden, die bei der Verbrennung von Treibstoffen in Verbrennungsmotoren entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zersetzung der Stickoxide durch ein elektromagnetisches Wechselfeld mit mindestens einer Schwingungsfrequenz erfolgt, die auf die spezifische Eigenschwingungsfrequenz der N-O-Bindung eines Stickoxidmoleküls abgestimmt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei verschiedene NOx-Moleküle, deren Eigenschwingungsfrequenzen sich unterscheiden, mittels Einrichtungen zersetzt werden, die elektromagnetische Wechselfelder unterschiedlicher Frequenzen erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Zersetzung der Stickoxide elektromagnetische Schwingungen mit vorgegebener, für die Zerstörung der N-O-Bindung eines NOx-Moleküls ausreichender Schwingungsamplitude erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase eines Verbrennungsmotors durch einen Kanal oder Hohlraum (1) geleitet werden, in dem wenigstens ein Anregungselement (2) angeordnet ist, welches ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des elektromagnetischen Wechselfelds eine Anzahl von Anregungselementen (2) ausgewählt wird in Abhängigkeit von der CO-, und/oder der NO-Konzentration und/oder der Durchflussgeschwindigkeit des Abgasstroms und/oder der elektromagnetischen Durchlässigkeit des Abgasstroms.
Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Neutralisierung der im Abgasstrom von Gasturbinenmotoren enthaltenen Stickoxide.