DE102008004684B4

DE102008004684B4 - Vorrichtung zur Behandlung von Abgas mit Schadstoff-Spurenemission

Info

Publication number: DE102008004684B4
Application number: DE102008004684A
Authority: DE
Inventors: Yuguang Zhang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2008-01-16
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2028-01-17
Also published as: DE102008004684A1; GB0801654D0; CA2614729A1; GB2446284A; FR2911909A1; WO2008083529A1; GB2446283A; AU2008200373A1; US7857095B2; CN101053754A; KR101083879B1; KR20080071477A; US20080178583A1; AU2008200373B2; GB0801646D0

Abstract

Vorrichtung zur Behandlung von Abgas mit Schadstoff-Spurenemission, enthaltend einen Behälter, der wenigstens eine Öffnung als Einlass (1) für das Abgas aufweist, wobei ein Gasaustauschabschnitt (2) im Inneren des Behälters nach dem Einlass (1) vorgesehen ist, der mindestens zwei Stufen enthält, von denen jede mit mindestens einer Einspritzöffnung (21) und einer zugehörigen Diffusionsöffnung (22) versehen ist, und je eine Gasaustauschkammer (23) zwischen der Einspritzöffnung (21) und der Diffusionsöffnung (22) vorgesehen ist und diese verbindet, wobei eine Durchgangsöffnung (24), die zur Umgebung führt, an der Gasaustauschkammer (23) der ersten Stufe des Gasaustauschabschnitts (2) vorgesehen ist, eine Gasmischungskammer (3) in jedem Verbindungsteil zwischen zwei sequentiellen Stufen des Gasaustauschabschnitts (2) vorgesehen ist, und eine Auspuffleitung (6) an der Gasmischungskammer (3) der letzten Stufe des Gasaustauschabschnitts (2) vorgesehen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermeiden und Bekämpfen von Verschmutzungen durch Abgas, insbesondere eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgas mit Schadstoff-Spurenemission.
Stand der Technik
Es gibt im Stand der Technik viele Arten für die Vermeidung und Bekämpfung der Verschmutzung von Abgas, wie z. B. für die Behandlung eines Abgases von Kraftfahrzeugen usw. Einige Techniken beruhen auf einer Kombination von Kraftstoff und Batterie zum Reduzieren der Emission und Verschmutzung, wobei jedoch Techniken zur Entsorgung von verwendeten Batterien in einem unzureichenden Reifegrad sind, so dass Sekundärverschmutzung resultieren kann. Einige Techniken beruhen auf elektrischer Einspritzung bzw. Entladung in Verbindung mit ternären katalytischen Reinigern, was derzeit als wichtiges Mittel dient, das die chinesische Regierung tatkräftig zum Kontrollieren von Abgas von Motorfahrzeugen vorantreibt. Dieser ternäre katalytische Reiniger bzw. Katalysator ist eigentlich ein Außenreiniger, der drei metallische Elemente, d. h. Platin, Rhodium und Palladium, in einer Wabenstruktur zur Absorption enthält. Wenn die Temperatur des Motors von Motorfahrzeugen während des Betriebs mit hoher Geschwindigkeit bis zu 700 bis 800°C erreicht, dann tritt bei diesen drei Elementen eine chemische Reaktion auf und sie absorbieren und reinigen effektiv Abgase von Kraftfahrzeugen, so dass sie den Anteil von CO, HC und NOX im Abgas reduzieren und dazu führen, dass das Abgas relevante nationale Standards bezüglich der Emission erreicht. Da der ternäre katalytische Reiniger nur ein Außenreiniger ist, hat die Steuerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses und die Situation der Kraftstoffumsetzung in Motoren einen großen Einfluss auf seinen gewöhnlichen Betrieb, und er ist weiterhin abhängig vom Leerlaufkraftstoffverbrauch des Motors. Falls die Elektroeinspritzungsanlage eine Störung aufweist, wie z. B. einen beschädigten Sauerstoffsensor, Steuerschalter und/oder des Luftzugabeventils, wird der zugehörige ternäre katalytische Reiniger bald versagen und kann die für ihn vorgesehene Funktion nicht durchführen. Zusätzlich ist es leicht möglich, dass die Wabenstruktur des ternären katalytischen Reinigers verstopft und in den Sättigungszustand gerät, was den Verlust ihrer Reinigungsfähigkeit zur Folge hat. Dies führt dann zur Notwendigkeit eines häufigen Austausches des Reinigers, so dass die Betriebskosten zunehmen (im Allgemeinen ist die normale Betriebsdauer auf einen Zeitraum von innerhalb 90 Tagen begrenzt). Der ternäre katalytische Reiniger kann außerdem nur dazu beitragen, Verschmutzung aus dem Abgas von Kraftfahrzeugen zu reduzieren, wobei er jedoch das Abgas nicht eliminieren kann.
Die US 3 186 806 A offenbart einen Abgaskatalysator, der Filtereinsätze aufweist, die horizontal in Reihe angeordnet sind. Ablenkbleche sind so vorgesehen, dass sie die Gase durch den Katalysator in jedem Filtereinsatz nach unten durchleiten und dann durch freie Durchlässe zwischen den Ablenkblechen nach oben durchlassen.
Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Art von Vorrichtung zur Behandlung von Abgas mit Schadstoff-Spurenemission vorzusehen, die die Schadstoff-Emission in dem Abgas merklich reduzieren kann.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Insbesondere wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Erfindung eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgas mit Schadstoff-Spurenemission vorsieht, die ein Behälter mit wenigstens einer Öffnung als Einlass ausschließlich für das Abgas ist. Ein Austauschabschnitt, der aus zumindest zwei Stufen besteht, ist im Inneren des Behälters nach dem Einlass vorgesehen, wobei jede dieser Stufen mit mindestens einer Strahl- bzw. Einspritzöffnung und einer zugehörigen Diffusionsöffnung versehen ist, und eine Gasaustauschkammer zwischen der Einspritzöffnung und der Diffusionsöffnung vorgesehen ist, die die Einspritzöffnung und die Diffusionsöffnung wechselseitig verbindet, wobei eine Durchgangsöffnung zur Umgebung an der Austauschkammer der ersten Stufe des Austauschabschnitts vorgesehen ist und eine Gasmischungskammer an jedem Verbindungsteil zwischen zwei nachfolgenden Stufen des Austauschabschnitts vorgesehen ist. Eine Auspuffleitung ist mit der Gasmischungskammer der letzten Stufe des Austauschabschnitts verbunden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, dass bei der vorliegenden Vorrichtung zur Behandlung von Abgas mit Schadstoff-Spurenemission zwischen den Gasaustauschkammern von der dritten bis zur letzten Stufe des Gasaustauschabschnitts oder zwischen den Gasaustauschkammern und der entsprechenden Gasmischungskammer Unterdruckleitungen angebracht und miteinander verbunden sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform für diese Erfindung hat bei der Vorrichtung zur Behandlung von Abgas mit Schadstoff-Spurenemission laminare Strömungsöffnungen oder Strahllöcher im Gasaustauschabschnitt.
Mit dieser Konfiguration empfängt die Vorrichtung durch ihren Einlass Abgas mit einem bestimmten Druck, das in den Gasaustauschabschnitt eintritt und nach innen abgestrahlt bzw. abgespritzt wird. Dieses Strahlgas bewirkt eine sehr starke Verwirbelung und bewirkt dadurch, dass in der Gasaustauschkammer ein Vakuum entsteht und Luft mit Sauerstoff in die Gasaustauschkammer von der Umgebung über die Durchgangsöffnung zur Umgebung eingesaugt wird. Brennbares Gas in diesem gemischten Gas mit hohem Druck brennt in starkem Maß in der nächsten Gasmischungskammer und eine brennbare und schädliche Substanz wird beim Verbrennen zersetzt bzw. aufgelöst. Das übriggebliebene Abgas wird in die nächste Stufe des Gasaustauschabschnitts überführt. Beim Eintritt in die nächste Stufe des Gasaustauschabschnitts wälzt sich das Abgas mit hoher Geschwindigkeit aufgrund des negativen Drucks in der Gasaustauschkammer um und unter der Rückführungswirkung der Unterdruckleitungen werden negative Energie, die durch den Unterdruck erzeugt wird, und Betriebsenergie des Abgases ausgeglichen, was zu einem sehr starken Umwälzen des Abgases führt. Dies ruft starke Zusammenstöße bzw. Kollisionen und Momententransfer hervor, d. h. „schwarze Löcher” von Gas. Je größer der Unterdruck ist, desto mehr Abgas wird verbraucht, und die Spurenmenge des verbleibenden nicht verbrauchten Gases wird über die Auspuffleitung ausgestoßen. Auf diese Weise wird die Verschmutzung von Abgas merklich verringert. Je höher der Unterdruck ist, desto mehr Gas wird verbraucht. Auf diese Weise wird das Abgas behandelt und nur eine geringe Schadstoff-Spurenemission, bis hin zu gar keiner Emission, des Abgases entsteht.
Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigt:
1 in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 in schematischer Darstellung eine Einspritzöffnung als Strahlloch in dieser Erfindung;
3 in schematischer Darstellung eine Einspritzöffnung mit laminarer Strömung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A aus 1; und
5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B aus 1.
Ausführungsformen der Erfindung
Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Behandlung von Abgas mit Schadstoff-Spurenemission ist in 1 bis 5 dargestellt. Sie weist einen Behälter mit einer Abgaseinführungsöffnung als Einlass 1 auf. Ein Gasaustauschabschnitt 2, der aus zumindest dreizehn Stufen in Sequenz besteht, ist im Inneren des Behälters nach dem Einlass 1 angeordnet. Jede Stufe des Gasaustauschabschnitts 2 ist mit zumindest einer Einspritzöffnung 21 und einer entsprechenden Diffusionsöffnung 22 versehen, und eine Gasaustauschkammer 23 ist zwischen der Einspritzöffnung 21 und der Diffusionsöffnung 22 vorgesehen und verbindet diese beiden gegenseitig. Eine Durchgangsöffnung 24, die zur Umgebung führt, ist an der Gasaustauschkammer 23 der ersten Stufe des Gasaustauschabschnitts 2 vorgesehen. Eine Gasmischungskammer 3 ist an jedem Verbindungsteil zwischen zwei sequentiellen Stufen des Gasaustauschabschnitts 2 vorgesehen und verbindet die zwei Stufen. Eine Auspuffleitung 6 ist an die Gasmischungskammer 3 der letzten Stufe des Gasaustauschabschnitts 2 angeschlossen. Eine Unterdruckleitung 5 ist zwischen der Gasaustauschkammer 23 der dritten Stufe und der Gasmischungskammer 3 der elften Stufe im Gasaustauschabschnitt 2 vorgesehen und verbindet diese. Eine Unterdruckleitung 5 ist zwischen der Gasaustauschkammer 23 der achten Stufe und der Gasmischungskammer 3 der neunten Stufe vorgesehen und verbindet diese. Eine Unterdruckleitung 5 ist für jede der dritten bis siebten Stufe des Gasaustauschabschnitts 2 zum Verbinden der Gasaustauschkammern 23 und ihren zugehörigen Gasmischungsgaskammern 3 vorgesehen. Einspritzöffnungen 21 der zweiten Stufe des Austauschabschnitts 2 können durch Öffnungen mit laminarer Strömung ersetzt werden.
Es ist möglich, dass in paralleler Verbindung eine Anzahl von Einheiten für die erste Stufe des Austauschabschnitts 2 vorgesehen sind und die n-te Stufe des Gasaustauschabschnitts 2 an der Gasmischungskammer 3 zusammengeführt wird und/oder die Gasmischungskammer 3 bypassartig umgeht. Es gibt viele Varianten, die das Ziel des Verbrauchs von Abgas mit Schadstoff Spurenemission erreichen können.
Ein Prototyp dieser Erfindung wurde hergestellt und es wurde nur eine Schadstoff-Spurenemission in dem Abgas beim Testen dieses Prototyps gefunden.

Claims

Vorrichtung zur Behandlung von Abgas mit Schadstoff-Spurenemission, enthaltend einen Behälter, der wenigstens eine Öffnung als Einlass (1) für das Abgas aufweist, wobei ein Gasaustauschabschnitt (2) im Inneren des Behälters nach dem Einlass (1) vorgesehen ist, der mindestens zwei Stufen enthält, von denen jede mit mindestens einer Einspritzöffnung (21) und einer zugehörigen Diffusionsöffnung (22) versehen ist, und je eine Gasaustauschkammer (23) zwischen der Einspritzöffnung (21) und der Diffusionsöffnung (22) vorgesehen ist und diese verbindet, wobei eine Durchgangsöffnung (24), die zur Umgebung führt, an der Gasaustauschkammer (23) der ersten Stufe des Gasaustauschabschnitts (2) vorgesehen ist, eine Gasmischungskammer (3) in jedem Verbindungsteil zwischen zwei sequentiellen Stufen des Gasaustauschabschnitts (2) vorgesehen ist, und eine Auspuffleitung (6) an der Gasmischungskammer (3) der letzten Stufe des Gasaustauschabschnitts (2) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei Unterdruckleitungen (5), die miteinander verbunden sind, zwischen Gasaustauschkammern (23) der Stufen ausgehend von der dritten bis zur letzten Stufe des Gasaustauschabschnitts (2) oder zwischen einer Gasaustauschkammer (23) und einer Gasmischungskammer (3) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Einspritzöffnung (21) eine Öffnung mit laminarer Strömung oder einem Strahlloch im Gasaustauschabschnitt (2) verwendet wird.