DE102019008127A1 - Elektroabscheider - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektroabscheider zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, eines Verbrennungsmotors, umfassend eine Emissionselektrode und eine Gegenelektrode, an denen eine elektrische Hochspannung anlegbar ist, sodass zwischen der Emissionselektrode und der Gegenelektrode ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist, wobei die Gegenelektrode eine der Emissionselektrode zugewandte Empfängeroberfläche zum Empfangen von elektrisch geladenen Partikeln aufweist, die in Richtung der Emissionselektrode gewölbt ist und umlaufend kontinuierlich in eine der Emissionselektrode abgewandte Abscheidefläche übergeht.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektroabscheider zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, vorzugsweise aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, in einem Verbrennungsmotor.
• Im Stand der Technik sind Abscheider, insbesondere Ölabscheider, bekannt. Es existieren im Allgemeinen zwei Gattungen von Abscheidern, nämlich passive Abscheider und aktive Abscheider. Bei passiven Abscheidern wird keine zusätzliche Energie in das System eingebracht, um die Partikel aus dem Gasstrom abzuführen. Aktive Abscheider kennzeichnen sich dadurch, dass zusätzliche Energie aufgewendet wird, um die Partikel von dem Gasstrom zu trennen. Beispielsweise ist ein Elektro-Abscheidungssystem bekannt, bei dem in dem Gasstrom befindliche Partikel elektrisch aufgeladen werden, sodass diese von einer gegenpoligen Oberfläche beispielsweise einer sogenannten Niederschlagselektrode angezogen und anschließend abgeschieden werden können. Insbesondere bei Ölabscheidern werden die Ölpartikel in den Ölkreislauf zurückgeführt und der gereinigte Gasstrom in die Ansaugluft des Verbrennungsmotors zurückgeführt.
• Ein derartiger Elektroabscheider ist beispielsweise aus WO 2016/147 127 A1 bekannt. Der Elektroabscheider umfasst eine Vielzahl an Emissionselektroden, mittels denen eine die Durchschlagspannung überschreitende Gleichspannung zur Bildung eines stabilen Niedrigenergieplasmas erzeugt werden kann, und eine Vielzahl an Gegenelektroden, die den Emissionselektroden zugeordnet sind. Die nadelförmigen Emissionselektroden sind jeweils einer Gegenelektrode derart zugeordnet, dass die Emissionselektroden im Wesentlichen vertikal über den Gegenelektroden positioniert sind. Die Gegenelektroden weisen dabei einen gekrümmten Plateaubereich auf, der in einen ebenen Stegabschnitt übergeht, der wiederum mit einer Rahmenstruktur verbunden ist, die eine Reihe von Gegenelektroden miteinander verbindet und an der die Gegenelektroden in einem Abstand zueinander entlang der Strömungsrichtung des Gasstroms verteilt angeordnet sind.
• An dieser bewährten Elektroabscheidetechnik haben sich jedoch Nachteile ergeben. Zum einen wirkt sich nachteilig auf die Effizienz des Elektroabscheiders aus, dass stets ein gegenelektrodenfreier Bereich im Abstand zweier Gegenelektrodenplateaus vorliegt, der nicht zur Abscheidung beitragen kann. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass abgeschiedene Partikel dazu tendieren, sich an den Gegenelektrodenplateaus anzusammeln. Das Ansammeln von Partikeln an den Gegenelektroden wirkt sich einerseits nachteilig auf die Langlebigkeit des Elektroabscheiders aus, da die Gegenelektroden zunehmend verunreinigen und ausgetauscht werden müssen. Zum anderen kann es zu unerwünschten Plasmazündungen an der Gegenelektrode kommen.
• Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu verbessern, insbesondere einen Elektroabscheider bereitzustellen, bei dem ein Ablagern von abgeschiedenen Partikeln an der Gegenelektrode reduziert, insbesondere vermieden, ist.
• Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1, 7, 11 bzw. 18 gelöst.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Elektroabscheider zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln, wie Ölpartikeln, aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, eines Verbrennungsmotors bereitgestellt. Bei einer beispielhaften Anwendung eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders in einem Kraftfahrzeug bei einem Verbrennungsmotor entstehen Blow-By-Gase zwischen einem Arbeitskolben und einem Zylinder, in dem der Arbeitskolben aufgenommen ist, in einen Kurbelgehäuseinnenraum des Verbrennungsmotors. Alternativ treten sogenannte Blow-By-Gase auch zwischen Zylinder und Zylinderkopf und/oder zwischen Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube eines Verbrennungsmotors, wie eines Hubkolbenmotors, auf. Blow-By-Gase enthalten in der Regel neben Luft und Öl auch Verbrennungsgase und unverbrannte Kraftstoffbestandteile, die negative Auswirkungen auf die Funktion des Verbrennungsmotors haben können. Beispielsweise wird der durch den Blow-By-Gas-Strom in dem Kurbelgehäuse verursachte Druckanstieg mittels einer Kurbelgehäuseentlüftung reduziert, vorzugsweise vermieden, die mittels eines Leitungssystems an die Frischluftzufuhr des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Im Verlauf der Strömungsrichtung innerhalb der Kurbelgehäuseentlüftung kann beispielsweise ein erfindungsgemäßer Elektroabscheider angeordnet sein, insbesondere derart, dass der Verbrennungsgase und/oder unverbrannte Kraftstoffbestandteile umfassende Blow-By-Gas-Strom dem Elektroabscheider zugeführt wird, in welchem eine Abscheidung, insbesondere Ölabscheidung, von flüssigen und/oder festen Partikeln, wie Ölpartikeln, erfolgt, so dass die abgeschiedenen Partikel von dem Gasstrom separiert abgeführt werden können und der vorzugsweise bereinigte Gasstrom der Frischluftzufuhr zugeführt werden kann, ohne dass eine Beschädigung des Verbrennungsmotors einhergeht. Bei dem erfindungsgemäßen Elektroabscheider handelt es sich vorzugsweise um eine aktive Abscheideeinrichtung, bei der, wie bereits oben ausgeführt wurde, zusätzliche Energie in das Abscheidesystem eingebracht wird.
• Der Elektroabscheider arbeitet im Wesentlichen nach dem folgenden Prinzip: Freisetzung von elektrischen Ladungen, insbesondere Elektronen; Aufladung der Partikel in einem elektrischen Feld; Transport der elektrisch geladenen Partikel zu einem Gegenpol; Entladung der geladenen Partikel an dem Gegenpol; und Entfernung der Partikel von dem Gegenpol.
• Der erfindungsgemäße Elektroabscheider umfasst eine Emissionselektrode und eine Gegenelektrode. Die Gegenelektrode und die Emissionselektrode können voneinander isoliert sein und/oder jeweils aus einem Stück hergestellt sein. Die Emissionselektrode, auch Sprühelektrode genannt, dient im Wesentlichen zur Emission vorzugsweise negativ geladener Teilchen. Die Gegenelektrode, auch Niederschlagselektrode genannt, bildet den Gegenpol. An der Emissionselektrode und der Gegenelektrode ist eine elektrische Hochspannung anlegbar, sodass zwischen der Emissionselektrode und der Gegenelektrode ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist. Beispielsweise liegt die Hochspannung im Bereich von 8 - 20 kV, vorzugsweise im Bereich von 10 - 16 kV oder im Bereich von 11 - 14 kV. Beispielsweise kann der zwischen Emissionselektrode und Gegenelektrode gebildete Raum als Abscheideraum bezeichnet werden. Während des Betriebs des Elektroabscheiders ist eine elektrische Hochspannung zwischen Emissionselektrode und Gegenelektrode angelegt, sodass ein Hochspannungsfeld zwischen Emissionselektrode und Gegenelektrode generiert ist. Vorzugsweise wird der Elektroabscheider unterhalb der Durchschlag- bzw. Überschlagspannung betrieben. Als Durchschlagspannung, auch Überschlagspannung genannt, wird diejenige Spannung bezeichnet, welche überschritten werden muss, damit ein Spannungsdurchschlag durch ein Material bzw. einen Stoff, z. B. einen Isolator, oder Gas erfolgt. Beispielsweise kann das dem Elektroabscheider zugrundeliegende Prinzip der Ladungserzeugung die Stoßionisation sein. Mit Überschreiten einer sogenannten Koronaeinsatzfeldstärke treten Elektronen aus der Emissionselektrode aus und in eine Wechselwirkung mit den umgebenden Gasmolekülen, wodurch sich eine sogenannte negative Korona bildet. Im Gas vorhandene freie Elektronen werden im elektrostatischen Feld der Korona stark beschleunigt, sodass es zu einer Gasentladung kommen kann. Beim Auftreffen auf Gasmoleküle können weitere Elektronen abgespalten werden oder sich an die Gasmoleküle anlagern. Die negativen Ladungen bewegen sich dann in Richtung der entgegengesetzt geladenen Gegenelektrode. Beim Eintritt eines partikelgeladenen Gasstroms lagern sich die negativ geladenen Ladungen an den Partikeln an. Durch die einwirkende elektrische Kraft des anliegenden Gleichspannungsfeldes quer zur Strömungsrichtung des Gasstroms wandern die negativ aufgeladenen Partikel in Richtung der Gegenelektrode, wo sie ihre Ladung erneut abgeben können. Flüssige Partikel, wie Ölpartikel, können anschließend von der Gegenelektrode abfließen bzw. abtropfen und dadurch von dem Gasstrom separiert werden, während ein vorzugsweise bereinigter Gasstrom, wie ein Reinluftgasstrom, den Elektroabscheider wieder verlassen kann. Es sei klar, dass die vorliegende Erfindung auch Ausführungen abdeckt, bei denen anstatt der negativen Emissionselektrode/der negativen Korona/der negativ geladenen Ladungen eine positive Elektroemissionselektrode/eine positive Korona/positiv geladenen Ladungen verwendet werden. Zur Vermeidung von Wiederholungen beschränkt sich die Beschreibung der Erfindung auf die Ausführung der negativen Emissionselektrode.
• Die Gegenelektrode weist eine der Emissionselektrode zugewandte Empfängeroberfläche zum Empfangen von elektrisch geladenen Partikeln auf. Die Empfängeroberfläche ist in Richtung der Emissionselektrode gewölbt und geht umlaufend kontinuierlich in eine der Emissionselektrode abgewandte Abscheidefläche der Gegenelektrode über. Beispielsweise sind/ist die Empfängeroberfläche und/oder der Übergang zwischen Empfängeroberfläche und Abscheidefläche derart gebildet, dass Ablaufhindernisse, wie Kanten, eine Sammelstelle, wie Wannen, vermieden sind. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Gegenelektrode können Ansammlungen der flüssigen und/oder festen Partikel aus dem Gasstrom reduziert, insbesondere vermieden, werden. Dies erhöht die Langlebigkeit des Elektroabscheiders. Überraschenderweise hat sich außerdem gezeigt, dass durch das Vermeiden von Ablagerungen an der Empfängeroberfläche elektrische Feldinhomogenitäten vermieden werden können, da Ablagerungen an den Gegenelektroden unerwünschte Zündkeime darstellen können. Beispielsweise ist ausschließlich die Empfängeroberfläche der Emissionselektrode zugewandt, während die Abscheidefläche ausschließlich der Emissionselektrode abgewandt ist. Beispielsweise kann die Gegenelektrode eine rotationssymmetrische Form, vorzugsweise eine Ellipsoidform, insbesondere eine Kugelform besitzen. Dabei können die Empfängeroberfläche und die Abscheidefläche zusammen eine vollständige Außenseite bzw. Außenfläche der Gegenelektrode bilden, wobei ein der Emissionselektrode zugewandter Bereich der Außenseite bzw. Außenfläche die Empfängeroberfläche definiert und ein der Emissionselektrode abgewandter Bereich der Außenseite bzw. Außenfläche die Abscheidefläche definiert. Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders sind mehrere Emissionselektroden, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 200 Emissionselektroden, insbesondere im Bereich von 20 bis 150 Emissionselektroden, und mehrere Gegenelektroden vorgesehen, wobei je eine Emissionselektrode je einer Gegenelektrode zugewandt und zugeordnet ist, sodass zwischen je einem Emissionselektroden-Gegenelektroden-Paar das elektrische Hochspannungsfeld generierbar ist.
• Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders besitzt die Empfängeroberfläche einen im Wesentlichen konstanten Wölbungsradius. Dabei ist klar, dass fertigungsbedingte Toleranzen vorliegen können. Des Weiteren kann der Übergang zwischen Empfängeroberfläche und Abscheidefläche im Wesentlichen konstant bzw. gleich realisiert sein und/oder sich der Wölbungsradius der Empfänger von Oberfläche in die Abscheidefläche fortsetzen.
• Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders beträgt ein Wölbungsradius der Empfängeroberfläche wenigstens das 5-fache, wenigstens das 6-fache, 7-fache, 8-fache, 9-fache oder wenigstens das 10-fache, eines Krümmungsradius einer der Empfängeroberfläche zugewandten Emissionsfläche der Emissionselektrode. Beispielsweise besitzt die Emissionselektrode einen langgezogenen Schaft, der in eine Emissionselektrodenspitze münden kann. Vorzugsweise beträgt der Wölbungsradius der Empfängeroberfläche wenigstens das 5-fache des Emissionselektrodenspitzenradius. Ferner kann vorgesehen sein, dass der langgezogene Schaft in einen Emissionsbereich mündet und der Wölbungsradius der Empfängeroberfläche wenigstens das 5-fache eines minimalen Radius der Emissionselektrodenfläche im Emissionselektrodenbereich beträgt.
• Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung geht die Empfängeroberfläche kanten-, vorsprungs- und/oder stufenfrei in die Abscheidefläche über. Dadurch wird vermieden, dass sich Ablaufhindernisse im Bereich des Übergangs zwischen Empfängeroberfläche und Abscheidefläche und/oder entlang des Ablaufweges der Partikel weg von der Empfängeroberfläche ergeben, die ein Ansammeln und/oder Ablagern der Partikel an der Gegenelektrode bewirken könnten.
• Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders ist die Abscheidefläche in Richtung weg von der Emissionselektrode gewölbt. Dabei kann sich ein Wölbungsradius der Gegenelektrode am Übergang zwischen Empfängeroberfläche und Abscheidefläche ändern. Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung ist der Wölbungsradius der Abscheidefläche konstant. Ferner kann die Abscheidefläche im Wesentlichen deckungsgleich zur Empfängeroberfläche gebildet sein. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Gegenelektrode kann die Gegenelektrode im Querschnitt im Wesentlichen eine Nierenform besitzen, wobei beispielsweise die Abscheidefläche abschnittsweise denselben Wölbungsradius wie die Empfängeroberfläche besitzt.
• In einer weiteren beispielhaften Ausführung des Elektroabscheiders liegt ein kürzester Abstand zwischen Empfängeroberfläche und Emissionselektrode, insbesondere Emissionsfläche, im Bereich von 5mm - 20mm, vorzugsweise im Bereich von 7mm - 15mm, vorzugsweise im Bereich von 9mm - 10mm. Bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders mit mehreren Emissionselektroden und mehreren Gegenelektroden beträgt der mittlere kürzeste Abstand zwischen Empfängeroberfläche und Emissionselektrode je eines Emissionselektroden-Gegenelektroden-Paars im Bereich von 5mm - 20mm, vorzugsweise im Bereich von 7mm - 5mm, vorzugsweise im Bereich von 9mm - 10mm. Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass ein derartiger Abstand zwischen Empfängeroberfläche und Emissionselektrode zu bevorzugen ist, um das elektrische Hochspannungsfeld zuverlässig zu generieren und eine hohe Abscheiderate des Elektroabscheiders zu erzielen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Elektroabscheider zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, eines Verbrennungsmotors, bereitgestellt. Bei einer beispielhaften Anwendung eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders in einem Kraftfahrzeug bei einem Verbrennungsmotor entstehen Blow-By-Gase zwischen einem Arbeitskolben und einem Zylinder, in dem der Arbeitskolben aufgenommen ist, in einen Kurbelgehäuseinnenraum des Verbrennungsmotors. Alternativ treten sogenannte Blow-By-Gase auch zwischen Zylinder und Zylinderkopf und/oder zwischen Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube eines Verbrennungsmotors, wie eines Hubkolbenmotors, auf. Blow-By-Gase enthalten in der Regel neben Luft und Öl auch Verbrennungsgase und unverbrannte Kraftstoffbestandteile, die negative Auswirkungen auf die Funktion des Verbrennungsmotors haben können.
• Beispielsweise wird der durch den Blow-By-Gas-Strom in dem Kurbelgehäuse verursachte Druckanstieg mittels einer Kurbelgehäuseentlüftung reduziert, vorzugsweise vermieden, die mittels eines Leitungssystems an die Frischluftzufuhr des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Im Verlauf der Strömungsrichtung innerhalb der Kurbelgehäuseentlüftung kann beispielsweise ein erfindungsgemäßer Elektroabscheider angeordnet sein, insbesondere derart, dass der Verbrennungsgase und/oder unverbrannte Kraftstoffbestandteile umfassende Blow-By-Gas-Strom dem Elektroabscheider zugeführt wird, in welchem eine Abscheidung, insbesondere Ölabscheidung, von flüssigen und/oder festen Partikeln, wie Ölpartikeln, erfolgt, so dass die abgeschiedenen Partikel von dem Gasstrom separiert abgeführt werden können und der vorzugsweise bereinigte Gasstrom der Frischluftzufuhr zugeführt werden kann, ohne dass eine Beschädigung des Verbrennungsmotors einhergeht. Bei dem erfindungsgemäßen Elektroabscheider handelt es sich vorzugsweise um eine aktive Abscheideeinrichtung, bei der, wie bereits oben ausgeführt wurde, zusätzliche Energie in das Abscheidesystem eingebracht wird.
• Der Elektroabscheider arbeitet im Wesentlichen nach dem folgenden Prinzip: Freisetzung von elektrischen Ladungen, insbesondere Elektronen; Aufladung der Partikel in einem elektrischen Feld; Transport der elektrisch geladenen Partikel zu einem Gegenpol; Entladung der geladenen Partikel an dem Gegenpol; und Entfernung der Partikel von dem Gegenpol.
• Der Elektroabscheider umfasst mehrere Emissionselektroden, die in Reihe quer zur Strömungsrichtung des Gasstroms angeordnet sind. Mit Strömungsrichtung des Gasstroms ist im Allgemeinen die Hauptorientierung des Gasstroms durch den Elektroabscheider zwischen einem Eintritt in und einem Austritt aus dem Elektroabscheider gemeint, wobei klar ist, dass innerhalb des Elektroabscheiders, insbesondere innerhalb des Abscheideraums im Bereich des elektrischen Hochspannungsfeldes, es durchaus zu örtlichen Verwirbelungen und/oder Umlenkungen des Gasstroms kommen kann, sodass es zu örtlichen Abweichungen von der Hauptströmungsrichtung des Gasstroms kommen kann. Beispielsweise können die mehreren Emissionselektroden gleichmäßig verteilt sein, wobei insbesondere je zwei benachbarte Emissionselektroden im gleichen Abstand zueinander angeordnet sind, insbesondere äquidistant zueinander sind. Vorzugsweise sind die mehreren Emissionselektroden derart in Reihe angeordnet, dass eine Verbindungslinie zwischen den mehreren Emissionselektroden geradlinig verläuft. Die Emissionselektroden, auch Sprühelektroden genannt, dienen im Wesentlichen zur Emission vorzugsweise negativ geladener Teilchen. Die Gegenelektrode, auch Niederschlagselektrode genannt, bildet den Gegenpol. An den Emissionselektroden und der Gegenelektrode ist eine elektrische Hochspannung anlegbar, sodass zwischen den Emissionselektroden und der Gegenelektrode ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist. Beispielsweise liegt die Hochspannung im Bereich von 8 - 20 kV, vorzugsweise im Bereich von 10 - 16 kV oder im Bereich von 11 - 14 kV. Beispielsweise kann der zwischen den Emissionselektroden und Gegenelektrode gebildete Raum als Abscheideraum bezeichnet werden. Während des Betriebs des Elektroabscheiders ist eine elektrische Hochspannung zwischen Emissionselektroden und Gegenelektrode angelegt, sodass ein Hochspannungsfeld zwischen Emissionselektroden und Gegenelektrode generiert ist. Vorzugsweise wird der Elektroabscheider unterhalb der Durchschlag- bzw. Überschlagspannung betrieben. Als Durchschlagspannung, auch Überschlagspannung genannt, wird diejenige Spannung bezeichnet, welche überschritten werden muss, damit ein Spannungsdurchschlag durch ein Material bzw. einen Stoff, z. B. einen Isolator, oder Gas erfolgt. Beispielsweise kann das dem Elektroabscheider zugrundeliegende Prinzip der Ladungserzeugung die Stoßionisation sein. Mit Überschreiten einer sogenannten Koronaeinsatzfeldstärke treten Elektroden aus der Emissionselektrode aus und in eine Wechselwirkung mit den umgebenden Gasmolekülen, wodurch sich eine sogenannte insbesondere negative Korona bildet. Im Gas vorhandene freie Elektronen werden im elektrostatischen Feld der Korona stark beschleunigt, sodass es zu einer Gasentladung kommen kann. Beim Auftreffen auf Gasmoleküle können weitere Elektronen abgespalten werden oder sich an die Gasmoleküle anlagern. Die negativen Ladungen bewegen sich dann in Richtung der entgegengesetzt geladenen Gegenelektrode. Beim Eintritt eines partikelgeladenen Gasstroms lagern sich die negativ geladenen Ladungen an den Partikeln an. Durch die einwirkende elektrische Kraft des anliegenden Gleichspannungsfeldes quer zur Strömungsrichtung des Gasstroms wandern die negativ aufgeladenen Partikel in Richtung der Gegenelektrode, wo sie ihre Ladung erneut abgeben können. Flüssige Partikel, wie Ölpartikel, können anschließend von der Gegenelektrode abfließen bzw. abtropfen und dadurch von dem Gasstrom separiert werden, während ein vorzugsweise bereinigter Gasstrom, wie ein Reinluftgasstrom, den Elektroabscheider wieder verlassen kann.
• Gemäß diesem Aspekt des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders erstreckt sich die Gegenelektrode längs der Emissionselektrodenreihe, vorzugsweise geradlinig. Des Weiteren kann die Gegenelektrode einen Querschnitt mit einer den Emissionselektroden zugewandten Empfängeroberfläche zum Empfangen von elektrisch geladenen Partikeln aufweisen, die in Richtung der Emissionselektrodenreihe gewölbt ist. Ferner ist der Querschnitt der Gegenelektrode entlang dessen Längserstreckung zumindest im Bereich der Empfängeroberfläche konstant. Dadurch kann im Vergleich zu bekannten Elektroabscheidern oder Elektrofiltern eine geringere Feldinhomogenität im Bereich der Empfängerelektrode erzeugt werden, die sich wiederum positiv auf die Abscheideeffizienz des Elektroabscheiders auswirkt. Dabei ist der Querschnitt in Bezug auf eine in Strömungsrichtung des Gasstroms orientierte Schnittrichtung zu verstehen. In Längserstreckungsrichtung der Gegenelektrode kann sich die Empfängeroberfläche geradlinig erstrecken.
• In einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders ist die Längserstreckungsrichtung der Gegenelektrode quer, vorzugsweise senkrecht, zur Längserstreckungsrichtung der einzelnen Emissionselektroden orientiert. Dabei können die Emissionselektroden beispielsweise einen langgezogenen Schaft besitzen, der sich in Richtung der Gegenelektrode erstreckt.
• In einer beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders besitzt die Gegenelektrode entlang dessen Längserstreckung einen konstanten Querschnitt, wobei insbesondere der Querschnitt der Gegenelektrode sowohl im Bereich der der Emissionselektrodenreihe zugewandten Empfängeroberfläche als auch im Bereich einer an die Empfängeroberfläche anschließende Abscheidefläche der Gegenelektrode konstant ist. Beispielsweise ist vorgesehen, dass die Gegenelektrode eine Stangen- oder Röhrenform besitzt, die beispielsweise eine geradlinige Erstreckungsrichtung und/oder einen konstanten Durchmesser besitzen kann. Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung ist die Stangen- bzw. Röhrenform in Umfangsrichtung offen. Beispielsweise kann die Gegenelektrode im Querschnitt teilkreisförmig gebildet sein und/oder eine C-Form besitzen, wobei klar ist, dass der offene Bereich der Stangen- oder Röhren-Gegenelektrode der/den Emissionselektrode(n) abgewandt ist.
• Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders ist eine Längserstreckung der Gegenelektrode mindestens so groß bemessen wie, vorzugsweise größer bemessen als, eine Länge der Reihe von mehreren Emissionselektroden. Dadurch ist sichergestellt, dass zwischen jeder Emissionselektrode und der Gegenelektrode ein zuverlässiges elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Elektroabscheider zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, eines Verbrennungsmotors, bereitgestellt. Bei einer beispielhaften Anwendung eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders in einem Kraftfahrzeug bei einem Verbrennungsmotor entstehen Blow-By-Gase zwischen einem Arbeitskolben und einem Zylinder, in dem der Arbeitskolben aufgenommen ist, in einen Kurbelgehäuseinnenraum des Verbrennungsmotors. Alternativ treten sogenannte Blow-By-Gase auch zwischen Zylinder und Zylinderkopf und/oder zwischen Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube eines Verbrennungsmotors, wie eines Hubkolbenmotors, auf. Blow-By-Gase enthalten in der Regel neben Luft und Öl auch Verbrennungsgase und unverbrannte Kraftstoffbestandteile, die negative Auswirkungen auf die Funktion des Verbrennungsmotors haben können. Beispielsweise wird der durch den Blow-By-Gas-Strom in dem Kurbelgehäuse verursachte Druckanstieg mittels einer Kurbelgehäuseentlüftung reduziert, vorzugsweise vermieden, die mittels eines Leitungssystems an die Frischluftzufuhr des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Im Verlauf der Strömungsrichtung innerhalb der Kurbelgehäuseentlüftung kann beispielsweise ein erfindungsgemäßer Elektroabscheider angeordnet sein, insbesondere derart, dass der Verbrennungsgase und/oder unverbrannte Kraftstoffbestandteile umfassende Blow-By-Gas-Strom dem Elektroabscheider zugeführt wird, in welchem eine Abscheidung, insbesondere Ölabscheidung, von flüssigen und/oder festen Partikeln, wie Ölpartikeln, erfolgt, so dass die abgeschiedenen Partikel von dem Gasstrom separiert abgeführt werden können und der vorzugsweise bereinigte Gasstrom der Frischluftzufuhr zugeführt werden kann, ohne dass eine Beschädigung des Verbrennungsmotors einhergeht. Bei dem erfindungsgemäßen Elektroabscheider handelt es sich vorzugsweise um eine aktive Abscheideeinrichtung, bei der, wie bereits oben ausgeführt wurde, zusätzliche Energie in das Abscheidesystem eingebracht wird.
• Der Elektroabscheider arbeitet im Wesentlichen nach dem folgenden Prinzip: Freisetzung von elektrischen Ladungen, insbesondere Elektronen; Aufladung der Partikel in einem elektrischen Feld; Transport der elektrisch geladenen Partikel zu einem Gegenpol; Entladung der geladenen Partikel an dem Gegenpol; und Entfernung der Partikel von dem Gegenpol.
• Der erfindungsgemäße Elektroabscheider umfasst wenigstens zwei Arrays von mehreren Emissionselektroden, die pro Array in Reihe quer zur Strömungsrichtung des Gasstroms angeordnet sind. Beispielsweise hat sich der Begriff „Array‟ als bestimmte Anordnung der Emissionselektroden zu verstehen, wobei die Emissionselektroden in zwei Reihen von jeweils mehreren Emissionselektroden angeordnet sind. Die Emissionselektroden, auch Sprühelektroden genannt, dienen im Wesentlichen zur Emission vorzugsweise negativ geladener Teilchen. Die Gegenelektrode, auch Niederschlagselektrode genannt, bildet den Gegenpol. An der Emissionselektrode und der Gegenelektrode ist eine elektrische Hochspannung anlegbar, sodass zwischen den Emissionselektroden und der Gegenelektrode ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist. Beispielsweise liegt die Hochspannung im Bereich von 8 - 20 kV, vorzugsweise im Bereich von 10 - 16 kV oder im Bereich von 11 - 14 kV. Beispielsweise kann der zwischen Emissionselektroden und Gegenelektrode gebildete Raum als Abscheideraum bezeichnet werden. Während des Betriebs des Elektroabscheiders ist eine elektrische Hochspannung zwischen Emissionselektrode und Gegenelektrode angelegt, sodass ein Hochspannungsfeld zwischen Emissionselektrode und Gegenelektrode generiert ist. Vorzugsweise wird der Elektroabscheider unterhalb der Durchschlag- bzw. Überschlagspannung betrieben. Als Durchschlagspannung, auch Überschlagspannung genannt, wird diejenige Spannung bezeichnet, welche überschritten werden muss, damit ein Spannungsdurchschlag durch ein Material bzw. einen Stoff, z. B. einen Isolator, oder Gas erfolgt. Beispielsweise kann das dem Elektroabscheider zugrundeliegende Prinzip der Ladungserzeugung die Stoßionisation sein. Mit Überschreiten einer sogenannten Koronaeinsatzfeldstärke treten Elektroden aus der Emissionselektrode aus und in eine Wechselwirkung mit den umgebenden Gasmolekülen, wodurch sich eine sogenannte negative Korona bildet. Im Gas vorhandene freie Elektronen werden im elektrostatischen Feld der Korona stark beschleunigt, sodass es zu einer Gasentladung kommen kann. Beim Auftreffen auf Gasmoleküle können weitere Elektronen abgespalten werden oder sich an die Gasmoleküle anlagern. Die negativen Ladungen bewegen sich dann in Richtung der entgegengesetzt geladenen Gegenelektrode. Beim Eintritt eines partikelgeladenen Gasstroms lagern sich die negativ geladenen Ladungen an den Partikeln an. Durch die einwirkende elektrische Kraft des anliegenden Gleichspannungsfeldes quer zur Strömungsrichtung des Gasstroms wandern die negativ aufgeladenen Partikel in Richtung der Gegenelektrode, wo sie ihre Ladung erneut abgeben können. Flüssige Partikel, wie Ölpartikel, können anschließend von der Gegenelektrode abfließen bzw. abtropfen und dadurch von dem Gasstrom separiert werden, während ein vorzugsweise bereinigter Gasstrom, wie ein Reinluftgasstrom, den Elektroabscheider wieder verlassen kann.
• Gemäß diesem Aspekt des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders besitzt die Gegenelektrode im Querschnitt ein sich wiederholendes Berg-Tal-Profil aus wenigstens zwei Bergen sowie wenigstens einem Tal. Dabei ist der Querschnitt in Bezug auf eine in Strömungsrichtung orientierte Schnittrichtung zu verstehen. Die Gegenelektrode kann so bezüglich der wenigstens zwei Arrays von mehreren Emissionselektroden angeordnet sein, dass jeder Berg einem Emissionselektroden-Array zugeordnet ist. Dabei sind die wenigstens zwei Berge und das wenigstens eine Tal aus einem Stück hergestellt und besitzen quer zur Strömungsrichtung des Gasstroms einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt. Es wurde herausgefunden, dass sich die erhöhte Entfernung des zwischen zwei Bergen angeordneten Tals bezüglich der Emissionselektrode positiv auf die Vermeidung von Ablagerungen, die Feldhomogenität und die Langlebigkeit des Elektroabscheiders auswirkt. Bevorzugt ist dabei, wenn das Tal derart in einem Abstand zu den Emissionselektroden angeordnet ist, dass das elektrische Feld an der Oberfläche der Täler so gering ist, dass sich im Bereich des Tals ablagernde Partikel keine Zündkeime hervorrufen können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Tal aus einem elektrisch weniger gut leitenden Material, insbesondere aus Kunststoff, als das Material der Berge gebildet ist, insbesondere wenigstens bereichsweise mit einer derartigen Beschichtung versehen ist.
• Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind die Berge derart je einem Emissionselektroden-Array zugewandt, dass ein Winkel zwischen der Gravitationsrichtung und einem kürzesten Abstand zwischen Gegenelektroden-Berg und Emissionselektroden-Array besteht.
• In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders besitzt die Gegenelektrode im Wesentlichen eine Wellblech-Form und/oder ist aus Metall, wie Blech, hergestellt. Beispielsweise kann die Gegenelektrode mittels eines Umformverfahrens, vorzugsweise durch Kaltumformen oder Zugdruckumformen, insbesondere durch Tiefziehen, hergestellt sein.
• Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders weist jeder Berg eine dem Emissionselektroden-Array zugewandte Empfängeroberfläche zum Empfangen von elektrisch geladenen Partikeln auf, die in Richtung des Emissionselektroden-Arrays gewölbt ist. Dabei kann der Querschnitt der Gegenelektrode im Bereich der Empfängeroberfläche entlang dessen Längserstreckung konstant sein.
• In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders geht das Tal kanten-, vorsprungs- und/oder stufenfrei in die benachbarten Berge über. Dadurch sind Abführungshindernisse für die Partikel, an denen sich diese ansammeln und/oder ablagern können, reduziert bzw. vermieden.
• In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders ändert sich ein Wölbungsradius der Gegenelektrode am Übergang zwischen Tal und Berg. Dabei kann das Tal in Richtung weg von den Emissionselektroden-Arrays gewölbt sein und/oder im Wesentlichen deckungsgleich zum Berg gebildet sein. Dadurch lässt sich ein regelmäßiges Wellblech-Profil bilden.
• Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders ist in dem Tal wenigstens eine Auslassöffnung für die Partikel vorgesehen. Beispielsweise kann es sich um Durchgangsöffnungen, wie Langlochöffnungen, Schlitze, runde Öffnungen, insbesondere kreisrunde Öffnungen, oder dergleichen, handeln. Gemäß einer beispielhaften Weiterbildung sind mehrere Auslassöffnungen in Reihe quer zur Strömungsrichtung des Gasstroms und/oder parallel zur Erstreckungsrichtung der Emissionselektroden/Arrays angeordnet, vorzugsweise in äquidistanten Abständen angeordnet, wobei insbesondere je zwei benachbarte Auslassöffnungen einen konstanten Abstand zueinander besitzen. Dadurch lassen sich die auf der Empfängeroberfläche aufgetroffenen Partikel definiert abführen und beispielsweise zurück in einen entsprechenden Fluidkreislauf, vorzugsweise in den Ölkreislauf, führen.
• In einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders ist die Auslassöffnung, vorzugsweise sind die mehreren Auslassöffnungen, an einer in Gravitationsrichtung betrachtet tiefsten Stelle des Tals angeordnet. Durch das Positionieren der Auslassöffnungen in dem vorzugsweise wannenartigen Talgrund können die Partikel besonders effizient von der Gegenelektrode abtransportiert bzw. entfernt werden.
• In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Elektroabscheider zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, eines Verbrennungsmotors, bereitgestellt. Bei einer beispielhaften Anwendung eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders in einem Kraftfahrzeug bei einem Verbrennungsmotor entstehen Blow-By-Gase zwischen einem Arbeitskolben und einem Zylinder, in dem der Arbeitskolben aufgenommen ist, in einen Kurbelgehäuseinnenraum des Verbrennungsmotors. Alternativ treten sogenannte Blow-By-Gase auch zwischen Zylinder und Zylinderkopf und/oder zwischen Zylinderkopf und Zylinderkopfhaube eines Verbrennungsmotors, wie eines Hubkolbenmotors, auf. Blow-By-Gase enthalten in der Regel neben Luft und Öl auch Verbrennungsgase und unverbrannte Kraftstoffbestandteile, die negative Auswirkungen auf die Funktion des Verbrennungsmotors haben können. Beispielsweise wird der durch den Blow-By-Gas-Strom in dem Kurbelgehäuse verursachte Druckanstieg mittels einer Kurbelgehäuseentlüftung reduziert, vorzugsweise vermieden, die mittels eines Leitungssystems an die Frischluftzufuhr des Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Im Verlauf der Strömungsrichtung innerhalb der Kurbelgehäuseentlüftung kann beispielsweise ein erfindungsgemäßer Elektroabscheider angeordnet sein, insbesondere derart, dass der Verbrennungsgase und/oder unverbrannte Kraftstoffbestandteile umfassende Blow-By-Gas-Strom dem Elektroabscheider zugeführt wird, in welchem eine Abscheidung, insbesondere Ölabscheidung, von flüssigen und/oder festen Partikeln, wie Ölpartikeln, erfolgt, so dass die abgeschiedenen Partikel von dem Gasstrom separiert abgeführt werden können und der vorzugsweise bereinigte Gasstrom der Frischluftzufuhr zugeführt werden kann, ohne dass eine Beschädigung des Verbrennungsmotors einhergeht. Bei dem erfindungsgemäßen Elektroabscheider handelt es sich vorzugsweise um eine aktive Abscheideeinrichtung, bei der, wie bereits oben ausgeführt wurde, zusätzliche Energie in das Abscheidesystem eingebracht wird.
• Der Elektroabscheider arbeitet im Wesentlichen nach dem folgenden Prinzip: Freisetzung von elektrischen Ladungen, insbesondere Elektronen; Aufladung der Partikel in einem elektrischen Feld; Transport der elektrisch geladenen Partikel zu einem Gegenpol; Entladung der geladenen Partikel an dem Gegenpol; und Entfernung der Partikel von dem Gegenpol.
• Der erfindungsgemäße Elektroabscheider umfasst eine Emissionselektrode und eine Gegenelektrode. Die Emissionselektrode, auch Sprühelektrode genannt, dient im Wesentlichen zur Emission vorzugsweise negativ geladener Teilchen. Die Gegenelektrode, auch Niederschlagselektrode genannt, bildet den Gegenpol. An der Emissionselektrode und der Gegenelektrode ist eine elektrische Hochspannung anlegbar, sodass zwischen der Emissionselektrode und der Gegenelektrode ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist. Beispielsweise liegt die Hochspannung im Bereich von 8 - 20 kV, vorzugsweise im Bereich von 10 - 16 kV oder im Bereich von 11 - 14 kV. Beispielsweise kann der zwischen Emissionselektrode und Gegenelektrode gebildete Raum als Abscheideraum bezeichnet werden. Während des Betriebs des Elektroabscheiders ist eine elektrische Hochspannung zwischen Emissionselektrode und Gegenelektrode angelegt, sodass ein Hochspannungsfeld zwischen Emissionselektrode und Gegenelektrode generiert ist. Vorzugsweise wird der Elektroabscheider unterhalb der Durchschlag- bzw. Überschlagspannung betrieben. Als Durchschlagspannung, auch Überschlagspannung genannt, wird diejenige Spannung bezeichnet, welche überschritten werden muss, damit ein Spannungsdurchschlag durch ein Material bzw. einen Stoff, z. B. einen Isolator, oder Gas erfolgt. Beispielsweise kann das dem Elektroabscheider zugrundeliegende Prinzip der Ladungserzeugung die Stoßionisation sein. Mit Überschreiten einer sogenannten Koronaeinsatzfeldstärke treten Elektroden aus der Emissionselektrode aus und in eine Wechselwirkung mit den umgebenden Gasmolekülen, wodurch sich eine sogenannte negative Korona bildet. Im Gas vorhandene freie Elektronen werden im elektrostatischen Feld der Korona stark beschleunigt, sodass es zu einer Gasentladung kommen kann. Beim Auftreffen auf Gasmoleküle können weitere Elektronen abgespalten werden oder sich an die Gasmoleküle anlagern. Die negativen Ladungen bewegen sich dann in Richtung der entgegengesetzt geladenen Gegenelektrode. Beim Eintritt eines partikelgeladenen Gasstroms lagern sich die negativ geladenen Ladungen an den Partikeln an. Durch die einwirkende elektrische Kraft des anliegenden Gleichspannungsfeldes quer zur Strömungsrichtung des Gasstroms wandern die negativ aufgeladenen Partikel in Richtung der Gegenelektrode, wo sie ihre Ladung erneut abgeben können. Flüssige Partikel, wie Ölpartikel, können anschließend von der Gegenelektrode abfließen bzw. abtropfen und dadurch von dem Gasstrom separiert werden, während ein vorzugsweise bereinigter Gasstrom, wie ein Reinluftgasstrom, den Elektroabscheider wieder verlassen kann.
• Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Gegenelektrode derart bezüglich der Emissionselektrode, vorzugsweise in oder entgegen der Strömungsrichtung des Gasstroms, versetzt, dass ein Winkel zwischen der Gravitationsrichtung und einem kürzesten Abstand zwischen Gegenelektrode und Emissionselektrode besteht. Entgegen der vorherrschenden Meinung, Emissionselektroden und Gegenelektroden stets fluchtend zueinander auszurichten, um eine optimale Erzeugung des elektrischen Hochspannungsfeldes sicherzustellen, wurde erfindungsgemäß herausgefunden, dass durch die vorzugsweise in oder entgegen der Strömungsrichtung versetzte Anordnung von Emissionselektrode und Gegenelektrode zueinander sich eine erhöhte Sauberkeit und damit verminderte Ablagerungen im Bereich der Gegenelektrode ergeben. Zum einen wird dadurch erreicht, dass die elektrisch geladenen Partikel zwar noch zuverlässig von den Gegenelektroden angezogen werden, diese jedoch entlang der Gravitationsrichtung an den Gegenelektroden vorbei fallen können, sodass diese sich gar nicht erst an den Gegenelektroden ablagern können. Ferner wurde herausgefunden, dass sich während des Betriebs von den Emissionselektroden lösende Ablagerungen auf die Gegenelektroden auftreffen können und diese verschmutzen können. Durch den insbesondere in Strömungsrichtung vorgesehenen Versatz zwischen Emissionselektrode und Gegenelektrode gelangen auch die sich von den Emissionselektroden lösenden Ablagerungen an den Gegenelektroden vorbei und können sich damit nicht an den Gegenelektroden ansammeln bzw. ablagern.
• Gemäß einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung liegt der Winkel im Bereich von 5° bis vorzugsweise 30°, insbesondere im Bereich von 7° bis vorzugsweise 20° oder im Bereich von 11° bis vorzugsweise 17°. Der angegebene Winkelversatz wurde als bevorzugt identifiziert, um einerseits noch eine zuverlässige Bildung des elektrischen Hochspannungsfeldes zuzulassen und andererseits das Vermeiden von Verunreinigungen der Gegenelektrode zu maximieren.
• Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders ist der Winkel derart gewählt und/oder Emissionselektrode und Gegenelektrode derart dimensioniert, dass die Emissionselektrode die Gegenelektrode in Strömungsrichtung nicht überdeckt. Dadurch verstärkt sich der oben beschriebene Aspekt der Vermeidung von Ablagerungen im Bereich der Emissionselektrode.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Elektroabscheider zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln, wie Ölpartikeln, aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, eines Verbrennungsmotors bereitgestellt. Der Elektroabscheider arbeitet im Wesentlichen nach dem folgenden Prinzip: Freisetzung von elektrischen Ladungen, insbesondere Elektronen; Aufladung der Partikel in einem elektrischen Feld; Transport der elektrisch geladenen Partikel zu einem Gegenpol; Entladung der geladenen Partikel an dem Gegenpol; und Entfernung der Partikel von dem Gegenpol.
• Der Elektroabscheider umfasst eine Emissionselektrode und eine Gegenelektrode. Die Gegenelektrode und die Emissionselektrode können voneinander isoliert sein und/oder jeweils aus einem Stück hergestellt sein. Die Emissionselektrode, auch Sprühelektrode genannt, dient im Wesentlichen zur Emission vorzugsweise negativ geladener Teilchen. Die Gegenelektrode, auch Niederschlagselektrode genannt, bildet den Gegenpol. An der Emissionselektrode und der Gegenelektrode ist eine elektrische Hochspannung anlegbar, sodass zwischen der Emissionselektrode und der Gegenelektrode ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist. Beispielsweise liegt die Hochspannung im Bereich von 8 - 20 kV, vorzugsweise im Bereich von 10 - 16 kV oder im Bereich von 11 - 14 kV.
• Die Gegenelektrode weist eine der Emissionselektrode zugewandte Empfängeroberfläche zum Empfangen von elektrisch geladenen Partikeln auf. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Empfängeroberfläche wenigstens teilweise mit einer Antihaftschicht versehen. Die Antihaftschicht kann beispielsweise dazu ausgelegt sein, einen Reibungswiderstand zwischen den auf der Empfängerfläche auftreffenden Partikeln und der Empfängerfläche zu reduzieren. Beispielsweise reduziert die Antihaftschicht eine Adhäsionskraft zwischen Empfängeroberfläche und den elektrisch geladenen Partikeln, die auch als Filtrierrückstände bezeichnet werden können. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Antihaftschicht wenigstens bereichsweise und/oder punktuell mit elektrisch leitfähigen Partikeln versetzt ist und/oder eine Schichtdicke von weniger als 200 nm besitzt. Dadurch wird in die Antihaftschicht eine gewisse elektrische Mindestleitfähigkeit appliziert, um somit den bestimmungsgemäßen Betrieb des Elektrofilters sicherzustellen und eine zuverlässige Ausbildung des elektrischen Hochspannungsfeldes zu realisieren. Schließlich bewirkt die erfindungsgemäße Maßnahme eine Erhöhung der Abscheiderate. Beispielsweise können die elektrisch leitfähigen Partikel in die Antihaftschicht eingebettet sein. Beispielsweise ist es möglich, die Antihaftschicht durch Besprühen, Bedrucken oder durch einen Walzvorgang auf die Gegenelektrode aufzubringen. Außerdem ist es möglich, die Gegenelektrode derart herzustellen, dass bereits bei der Herstellung die Abscheidefläche aus dem Material der Antihaftschicht hergestellt wird.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, der mit den vorhergehenden Aspekten und beispielhaften Ausführungen kombinierbar ist, ist ein Elektroabscheider zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln, wie Ölpartikeln, aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, eines Verbrennungsmotors bereitgestellt. Der Elektroabscheider arbeitet im Wesentlichen nach dem folgenden Prinzip: Freisetzung von elektrischen Ladungen, insbesondere Elektronen; Aufladung der Partikel in einem elektrischen Feld; Transport der elektrisch geladenen Partikel zu einem Gegenpol; Entladung der geladenen Partikel an dem Gegenpol; und Entfernung der Partikel von dem Gegenpol.
• Der erfindungsgemäße Elektroabscheider umfasst eine Emissionselektrode mit einem langgezogenen Schaft und eine Gegenelektrode. Die Gegenelektrode und die Emissionselektrode können voneinander isoliert sein und/oder jeweils aus einem Stück hergestellt sein. Die Emissionselektrode, auch Sprühelektrode genannt, dient im Wesentlichen zur Emission vorzugsweise negativ geladener Teilchen. Die Gegenelektrode, auch Niederschlagselektrode genannt, bildet den Gegenpol. An der Emissionselektrode und der Gegenelektrode ist eine elektrische Hochspannung anlegbar, sodass zwischen der Emissionselektrode und der Gegenelektrode ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist. Beispielsweise liegt die Hochspannung im Bereich von 8 - 20 kV, vorzugsweise im Bereich von 10 - 16 kV oder im Bereich von 11 - 14 kV.
• Dabei kann der Schaft einen, vorzugsweise konstanten, im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt mit einem Schaftdurchmesser von mindestens 0,2 Millimeter und höchstens 1 Millimeter besitzen. Beispielsweise beträgt der Schaftdurchmesser etwa 0,4 Millimeter. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Schaft um wenigstens 0,5 Millimeter und vorzugsweise 8 Millimeter von dem Träger vorsteht. Dabei kann der Träger eine elektrische Leitfähigkeit von weniger 10^-8 S*cm^-1 aufweisen. Der Träger kann ferner aus einem fluidundurchlässigen Material hergestellt sein, sodass insbesondere sichergestellt ist, dass Fluidpartikel des durch den Elektroabscheider strömenden Gasstroms nicht den Abscheideraum über den Träger verlassen können.
• Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen gegeben.
• Im Folgenden werden weitere Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung mittels Beschreibung bevorzugter Ausführungen der Erfindung anhand der beiliegenden beispielhaften Zeichnungen deutlich, in denen zeigen:
• 1 eine Prinzipskizze eines Beispiels zur Entstehung von Blow-By-Gasen und zur Einbausituation von erfindungsgemäßen Elektroabscheidern;
• 2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders;
• 3 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des Elektroabscheiders gemäß 2;
• 4 eine Detailseitenansicht des Elektroabscheiders gemäß den 2 und 3;
• 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders;
• 6 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des Elektroabscheiders gemäß 5;
• 7 eine Detailseitenansicht des Elektroabscheiders gemäß den 5 und 6;
• 8 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders;
• 9 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des Elektroabscheiders gemäß 8;
• 10 eine Detailseitenansicht des Elektroabscheiders gemäß den 8 bis 9;
• 11 eine schematische Stirnansicht eines Ausschnitts eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders;
• 12 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders;
• 13 eine Schnittansicht des Elektroabscheiders gemäß 12;
• 14 eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders; und
• 15 eine Schnittansicht des Elektroabscheiders gemäß 14.
• In der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungen ist ein erfindungsgemäßer Elektroabscheider zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors, im Allgemeinen mit der Bezugsziffer 1 versehen.
• 1 zeigt eine schematische Prinzipskizze zur Einbausituation erfindungsgemäßer Elektroabscheider 1 in einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100. Das Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 umfasst ein Kurbelgehäuse 103 mit einer Strömungsaustrittsöffnung 105, durch die Blow-By-Gas aus dem Kurbelgehäuse 103 austreten kann, und einen mit der Strömungsaustrittsöffnung 105 fluidal in Verbindung stehenden erfindungsgemäßen Elektroabscheider 1. Wie in 1 zu sehen ist, kann die fluidale Verbindung zwischen Elektroabscheider 1 und Strömungsaustrittsöffnung 105 über ein Rohrleitungssystem, wie eine Austrittsleitung 107, erfolgen, welche die Strömungsaustrittsöffnung 105 des Kurbelgehäuses 103 mit einer Strömungseintrittsöffnung 109 des Elektroabscheiders 1 verbindet. Alternativ kann der Elektroabscheider 1 derart an das Kurbelgehäuse 103 montiert werden (nicht dargestellt), dass die Strömungseintrittsöffnung 109 der Strömungsaustrittsöffnung 105 des Kurbelgehäuses 103 entspricht. Mittels des Pfeils mit der Bezugsziffer 111 ist angedeutet, dass Blow-By-Gas aus dem Kurbelgehäuse 103 in den Elektroabscheider 1 strömen kann.
• Ferner zeigt 1 ein Beispiel zur Entstehung von Blow-By-Gas und zur allgemeinen Einbausituation des Elektroabscheiders 1. Es ist ein Verbrennungsmotor 113 dargestellt, der mit einer Frischluftzufuhr 115, einer Abgasabfuhr 117 und dem Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 fluidal gekoppelt ist. Der Verbrennungsmotor 1 umfasst einen Zylinderkopf 119, einen Zylinder 121 und das Kurbelgehäuse 103. In dem Zylinder 121 wird ein Kolben 123 axial geführt, der einen Hubraum 125 gegenüber einem Kurbelgehäuseinnenraum 127 abgrenzt. Zur Abdichtung des Hubraums 125 gegenüber dem Kurbelgehäuseinnenraum 127 sind nicht dargestellte Dichtringe zwischen Kolben 123 und Zylinder 122 vorgesehen. Nichts desto trotz strömen Verbrennungsgase und/oder unverbrannte Gase zwischen Kolben 123 und Zylinder 121 von dem Hubraum 125 in den Kurbelgehäuseinnenraum 127. Der dabei resultierende Gasstrom wird auch als Blow-By-Gas Strom bezeichnet und umfasst neben Luft und Öl auch Verbrennungsgase und unverbrannte Kraftstoffbestandteile.
• Um einen Druckanstieg im Kurbelgehäuse 103 zu verhindern, wird der Gasstrom über die Kurbelgehäuseentlüftung 100 aus dem Kurbelgehäuse 103 abgeführt und der Frischluftzufuhr zugeführt. Dabei umfasst die Kurbelgehäuseentlüftung 100 insbesondere die fluidale Kopplung der Strömungsaustrittsöffnung 105 und der Strömungseintrittsöffnung 109 des Elektroabscheiders 1. Der Elektroabscheider 1 ist ferner über eine Rücklaufleitung 129 zum Zurücklaufenlassen von abgeschiedenen Partikeln, wie Öl, fluidal mit dem Kurbelgehäuse 103 verbunden. Insbesondere verbindet die Rücklaufleitung 129 einen Rücklaufauslass 131 des Elektroabscheiders 1 fluidal mit einem Rücklaufeinlass 133 des Kurbelgehäuses 103. Stromabwärts des Elektroabscheiders 1 verbindet ferner eine Rückführleitung 135 den Elektroabscheider 1 fluidal mit der Frischluftzufuhr 115, um der Frischluftzufuhr 115 einen von Partikeln bereinigten Gasstrom zuzuführen. Der resultierende Frischluftstrom 137, der ein Gemisch aus dem von dem Elektroabscheider 1 kommenden bereinigten Gaststrom und einem aus der Umgebung angesaugten und mittels eines Luftfilters 139 gereinigten Gasstroms sein kann, wird über ein Verdichterrad 141 verdichtet und über einen Ladeluftkühler 143 sowie eine Drosselklappe 145 dem Verbrennungsmotor 113 über den Zylinderkopf 119 zugeführt. Verbrennungsgase, die nicht zwischen Kolben 123 und Zylinder 121 in das Kurbelgehäuse 103 gelangen, werden als Abgas 147 über eine nicht dargestellte Abgasabfuhr in die Umgebung geleitet.
• Es sei klar, dass die Einbausituation des erfindungsgemäßen Elektroabscheiders 1 im Falle von einer Verwendung als Ölabscheider im Verbrennungsmotor nicht auf die in 1 dargestellte Einbausituation und auch nicht auf den Einsatz in einem Kurbelgehäuseentlüftungssystem 100 beschränkt ist. Beispielsweise kann der Elektroabscheider auch dazu verwendet werden, Partikel aus Gasströmen abzuscheiden, die zwischen Zylinder 121 und Zylinderkopf 119 und/oder zwischen Zylinderkopf 119 und Zylinderkopfhaube aus dem Verbrennungsmotor 113 austreten. Ein weiteres mögliches Einsatzgebiet liegt in der Frischluftzufuhr 115 und/oder in der Abgasabfuhr 117, die insbesondere über das Verdichterrad 141 und das nicht dargestellte Turbinenrad verbindende Welle fluidal miteinander gekoppelt sein können.
• Anhand der 2 bis 11 werden beispielhafte Ausführungen erfindungsgemäßer Elektroabscheider 1 näher erläutert.
• Der Elektroabscheider 1 ist gemäß einer ersten Ausführungsform in den 2 bis 4 abgebildet. Der Elektroabscheider 1 umfasst ein einen Abscheideraum 3 festlegendes bzw. begrenzendes Gehäuse 5, das einen Boden 7, ein dem Boden 7 gegenüberliegendes Dach 9 sowie zwei gegenüberliegende, jeweils den Boden 7 mit dem Dach 9 verbindende Seitenwände 11, 13 besitzt. Über eine Eintrittsöffnung 15 gelangt ein Gasstrom 17, beispielsweise Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, in den Abscheideraum 3. Der Eintrittsöffnung 15 gegenüberliegend ist die Austrittsöffnung 19 angeordnet, über die der Gasstrom 17, der dann als bereinigter Gasstrom 21 bezeichnet wird, den Abscheideraum 3 wieder verlassen kann. Das den Abscheideraum 3 begrenzende Gehäuse 5 ist nicht auf eine bestimmte Geometrie beschränkt, gemäß den 2 bis 10 jedoch als hohler, im Querschnitt im Wesentlichen rechteckiger Rohrleitungsabschnitt gebildet.
• Der Elektroabscheider 1 umfasst ferner eine Vielzahl von Emissionselektroden 23 und mehrere Gegenelektroden 25. Gemäß den Ausführungsformen 1 umfasst der Elektroabscheider 1 6 Gegenelektroden 25. An den Emissionselektroden 23 und den Gegenelektroden 25 ist eine elektrische Hochspannung anlegbar bzw. angelegt, sodass zwischen den Emissionselektroden 23 und den Gegenelektroden 25 ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar bzw. generiert ist. In 2 ist zu erkennen, dass die Gegenelektroden 25 abschnittsweise als im Wesentlichen geradlinige Stangen oder Rohre realisiert sind, deren Längserstreckungsrichtung, angedeutet durch die Bezugsziffer Q, quer, insbesondere senkrecht, zur Hauptströmungsrichtung S des eintretenden und durchströmenden Gasstroms 17 orientiert ist. Die Gegenelektroden 25 sind dabei im Wesentlichen gleich ausgebildet und in Strömungsrichtung S in einem Abstand zueinander angeordnet. An den im Wesentlichen sich geradlinig erstreckenden Stangenabschnitt 29 der Gegenelektroden 25 schließt an beiden Enden jeweils ein vorzugsweise aus einem Stück mit dem Stangenabschnitt 29 hergestellter Krümmungsabschnitt 31 an, wobei der Stangenabschnitt 29 im Wesentlichen kanten-, vorsprungs- und/oder stufenfrei in den Krümmungsabschnitt 31 übergeht. Der Krümmungsabschnitt 31 mündet schließlich in den Boden 7 des Gehäuses 5. In 2 ist ferner zu erkennen, dass der Krümmungsabschnitt 31 einen Krümmungswinkel von über 90° bildet, sodass ein Anbindungspunkt 33 der Gegenelektrode 25 mit dem Boden 7 bzgl. der Längserstreckungsrichtung der Gegenelektrode 25 in Querrichtung Q nach Innen bzgl. eines äußersten Krümmungspunktes 35 des Krümmungsabschnitts 31 versetzt ist.
• Die Gegenelektrode 25 umfasst eine den Emissionselektroden 23 zugewandte Empfängeroberfläche 37 zum Empfangen von elektrisch geladenen Partikeln aus dem Gasstrom 17. Die Empfängeroberfläche 37 ist in Richtung der Emissionselektroden 23 gewölbt und geht umlaufend kontinuierlich in eine der Emissionselektrode 23 abgewandte Abscheidefläche 39 über. Die bevorzugte Form der Gegenelektroden 25 als im Wesentlichen vollzylindrische Stangen oder Rohre ermöglicht es, dass die abgeschiedenen Partikeln, welche auf der Empfängeroberfläche 37 auftreffen, die Empfängeroberfläche 37 überall hindernisfrei verlassen können, insbesondere von dieser ablaufen bzw. abtropfen können und zu der Abscheidefläche 39 gelangen können. Die Gegenelektroden 25 erstrecken sich mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt und einer in Richtung der Emissionselektroden 23 gewölbten Empfängeroberfläche 37 quer zur Strömungsrichtung S in Strömungsrichtung Q und mit einer im Wesentlichen von den Emissionselektroden 23 abgewandten Abscheidefläche 39, die entgegengesetzt zu der Empfängeroberfläche mit vorzugsweise gleichem Krümmungsradius geneigt ist.
• In 3 ist zu erkennen, dass zwei Gruppen von jeweils drei in einem konstanten Abstand zueinander angeordneten Gegenelektroden 25 vorgesehen sind. Den beiden Gruppen von Gegenelektroden 25 ist jeweils eine Gruppe von Emissionselektroden 23 zugeordnet. Die Emissionselektroden 23 besitzen eine im Wesentlichen längliche, nadelartige Form und erstrecken sich von dem Gehäusedach 9 im Wesentlichen geradlinig und in Gravitationsrichtung G in den Abscheideraum 3 und in Richtung der Gegenelektroden 25. Die beiden Gruppen von Emissionselektroden 23 besitzen jeweils zwei Arrays von Emissionselektroden 23, die in Reihe quer zur Strömungsrichtung S des Gaststroms 117 angeordnet und zueinander beabstandet sind. Zwischen den jeweiligen Gruppen von Emissionselektroden 23 bzw. Gegenelektroden 25 ist jeweils ein Freiraum 41 gebildet, der in Strömungsrichtung S betrachtet größer dimensioniert ist, als ein jeweiliger Abstand zwischen zwei benachbarten Gegenelektroden 25 bzw. Emissionselektrodenreihen 23.
• In 4, die eine Seitenansicht des Elektroabscheiders 1 gemäß den 2 und 3 darstellt, ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt. Zunächst ist zu erkennen, dass sich die einzelnen stangen- oder röhrenförmigen Gegenelektroden 25 im Wesentlichen vollständig geradlinig in Querrichtung Q erstrecken. Des Weiteren ist zu erkennen, dass die Emissionselektroden 23 einen im Wesentlichen zylindrischen, langgezogenen Schaft 43 besitzen, der jeweils in eine trichter- oder kegelförmige Spitze 45 übergeht, an der Elektronen die Emissionselektroden 43 verlassen. Die sich in Querrichtung Q ausbildenden Reihen von Emissionselektroden 23 sind jeweils derart bzgl. den Gegenelektroden 25 positioniert und in Strömungsrichtung S bzgl. den Gegenelektroden 25 versetzt, dass ein Winkel α zwischen der Gravitationsrichtung G und einem kürzesten Abstand, der durch das Bezugszeichen a angedeutet ist, zwischen Gegenelektrode 25 und Emissionselektrode 23 besteht. Die Emissionselektrodennadelspitzen 45 zeigen damit jeweils in einen zwischen zwei benachbarten Gegenelektroden 25 bestehenden Freiraum. Durch den in Strömungsrichtung S vorgesehenen Versatz zwischen Emissionselektroden 23 und Gegenelektroden 25 bildet sich ein sogenannter Durchfallsektor zwischen je zwei benachbarten Gegenelektroden 25 aus, in den die sich von den Emissionselektroden 23 lösenden Ablagerungen an den Gegenelektroden vorbei gelangen können.
• Anhand der 5 bis 7 wird eine weitere beispielhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders 1 erläutert. Gleiche bzw. ähnliche Komponenten werden mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugsziffern versehen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird lediglich auf die sich im Vergleich zu der ersten Ausführungsform gemäß den 2 bis 4 ergebenden Unterschiede eingegangen.
• Der wesentliche Unterschied der Ausführungsform gemäß den 5 bis 7 liegt in der Struktur der Gegenelektroden 25. Wie bereits bei der Ausführungsform gemäß den 2 bis 4 erstrecken sich die Gegenelektroden 25 mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt und einer in Richtung der Emissionselektroden 23 gewölbten Empfängeroberfläche 37 quer zur Strömungsrichtung S in Strömungsrichtung Q und mit einer im Wesentlichen der Emissionselektroden 23 abgewandten Abscheidefläche 39. Die Gegenelektroden 25 der Ausführungsform gemäß den 5 bis 7 besitzen an den Enden jedoch keinen Krümmungsabschnitt 31 der zur Ausbildung eines Bodenkontaktes bzw. Anbindungspunktes 33 mit dem Boden 7 umgebogen bzw. gekrümmt ist. Insbesondere ist in 5 zu erkennen, dass die im Wesentlichen vollzylindrischen stangen- oder röhrenförmigen Gegenelektroden 25 an beiden gegenüberliegenden Enden abgerundet sind, wobei halbkugelförmige Endabschnitte 47 gebildet sind. Dies bedeutet, dass die Röhrenabschnitte 29 kanten-, vorsprungs- und/oder stufenfrei in die Kugelendabschnitte 47 übergehen. Dabei kann ein Krümmungsradius des Krümmungsendabschnitts 47 im Wesentlichen dem Krümmungsradius des Röhrenabschnitts 29 der Gegenelektrode 25 entsprechen.
• Des Weiteren weisen die Gegenelektroden jeweils zwei Füße 49 auf, die sich von einer Unterseite der Gegenelektroden 25, das heißt von den Abscheideflächen 39, im Wesentlichen in Gravitationsrichtung G in Richtung des Bodens 7 des Gehäuses 5 erstrecken und eine Bodenabstützung bzw. einen Bodenkontakt realisieren. Den Ausführungsformen gemäß den 2 bis 4 bzw. 5 bis 7 ist gemeinsam, dass die Gegenelektroden 25, insbesondere deren Röhrenabschnitte 29, in einem gewissen Abstand zum Boden 7 angeordnet sind. Bei der Ausführung gemäß den 2 bis 4 wird dies durch die umgebogenen Krümmungsabschnitte 31 realisiert, die an den Enden somit die Bodenabstützung realisieren. Bei der Ausführung gemäß den 5 bis 7 wird dies durch die Füße 49 realisiert und über eine Höhe der Füße 49 gesteuert. Im Übrigen kann auf die Beschreibung bzgl. der Ausführung der 2 bis 4 verwiesen werden.
• Anhand der 8 bis 10 wird eine weitere beispielhafte Ausführung beschrieben. Gleiche bzw. ähnliche Komponenten werden mit gleichen bzw. ähnlichen Bezugsziffern versehen. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Wesentlichen auf die sich in Bezug auf die vorhergehenden Ausführungen gemäß den 1 bis 7 ergebenden Unterschiede eingegangen.
• Der wesentliche Unterschied der Ausführungsform gemäß den 8 bis 10 liegt in der Gestaltung der Gegenelektroden 25. Anders als bei den Ausführungsformen gemäß den 2 bis 7, bei denen die Gegenelektroden 25 einer Gruppe von Gegenelektroden 25 als separate Bauteile hergestellt sind, vereinen die Gegenelektroden 25 der 8 bis 10 durch eine Schlangenstruktur drei Gegenelektroden-Segmente, die jeweils durch die im Wesentlichen vollzylindrischen Röhrenabschnitte 29 gebildet sind, in einem Bauteil; das heißt, dass die schlangenförmigen Gegenelektroden 25 aus einem Stück hergestellt sind. Dazu weisen die Gegenelektroden 25 einen strömungseintrittsnahen Aufstandsfuß 51 auf, der einen im Wesentlichen zylindrischen Querschnitt besitzt und kontinuierlich, kanten-, vorsprungs- und unterbrechungsfrei in ein Winkelstück 53 übergeht, welches erneut unterbrechungsfrei, insbesondere kanten- und/oder vorsprungsfrei, in einen Röhrenabschnitt 29 der Gegenelektrode 25 übergeht, welcher sich in Querrichtung Q erstreckt, so wie es in Bezug auf die vorhergehenden Ausführungen beschrieben ist. An dem gegenüberliegenden Ende des Röhrenabschnitts 29 bzgl. des Aufstandsfußes 51 mündet der Röhrenabschnitt 29 in ein U-Stück 55, mittels dem eine Umkehrung um 180° realisiert ist, sodass sich erneut ein Röhrenabschnitt 29 ergibt, welcher sich in Querrichtung Q durch den Abscheideraum 3 erstreckt. Insofern ergibt sich eine im Wesentlichen gleiche Struktur der Gegenelektroden 25 mit dem Unterschied, dass zwei benachbarte Röhrenabschnitte 29, welche im Wesentlichen für die Abscheidung von Partikeln relevant sind, mittels eines U-Stücks 55 miteinander verbunden sind und es sich somit nicht um separate Gegenelektroden-Elemente 25 handelt.
• Wie insbesondere in 8 zu sehen ist, sind die Emissionselektroden 23 derart bzgl. den schlangenförmigen Gegenelektroden-Gruppen 25 angeordnet, dass die Emissionselektroden 23 bzgl. der Querrichtung Q zu den U-Stücken 55 versetzt sind, sodass auch bzgl. den in Querrichtung Q betrachteten äußersten Emissionselektroden 23 und den U-Stücken 55 ein Winkel β bzgl. der Gravitationsrichtung G und einem kürzesten Abstand zwischen Emissionselektrodenspitze 45 und U-Stück 55 besteht.
• Ein an den stromaufwärtigen Röhrenabschnitt 29 anschließender Mittel-Röhrenabschnitt 29 mündet an einem seinem Ende wiederum in ein 180°-U-Stück 55, sodass sich ausgehend von dem U-Stück 55 erneut ein geradlinig erstreckender und mit gleichem Querschnitt und Orientierung ausbildender stromabwärtiger Röhrenabschnitt 29 ergibt. Dieser mündet bzgl. der Querrichtung Q auf Höhe des U-Stücks 55 in ein Winkelstück 53, wobei ein Übergang erneut unterbrechungsfrei realisiert ist, welches schließlich in einen Aufstandsfuß 51 übergeht. Die stromabwärtige Gruppe von Gegenelektroden 25 ist erneut durch eine identische schlangenförmige Gegenelektroden-Einheit 25 gebildet. Das stromaufwärtige Gegenelektrodenelement 25 der stromabwärtigen Gegenelektrodengruppe ist dabei derart bzgl. der stromaufwärtigen Gegenelektroden-Gruppe angeordnet, dass der stromaufwärtige Aufstandsfuß 51 der stromabwärtigen Gegenelektroden-Gruppe auf derselben Seite bzgl. der Querrichtung Q wie der stromabwärtige Aufstandsfuß 51 der stromaufwärtigen Gegenelektroden-Gruppe positioniert ist. Im Übrigen kann auf die Beschreibung in Bezug auf die Ausführungen gemäß den 2 bis 7 verwiesen werden.
• Anhand von 11 wird schematisch auf die elektrische Hochspannung zwischen Emissionselektrode 23 und Gegenelektrode 25 eingegangen. Dabei ist das Anlegen einer elektrischen Hochspannung schematisch durch die beiden Pole 57, 59 angedeutet. Im Folgenden wird auf die Funktionsweise der Elektroabscheidung näher eingegangen. Aufgrund der elektrischen Hochspannung, die über die Pole 57, 59 angelegt ist, bildet sich ein Hochspannungsfeld zwischen Emissionselektrode 23 und Gegenelektrode 25 aus. Dabei wird der Elektroabscheider 1 vorzugsweise unterhalb der Durchschlag- bzw. Überschlagspannung betrieben. Beispielsweise kann der Elektroabscheider 1 derart betrieben sein, dass, wie in 11 dargestellt ist, Elektronen aus der Emissionselektrode 23 austreten und in eine Wechselwirkung mit den umgebenden Gasmolekülen treten, wodurch sich eine negative Korona, die in 11 mittels der Bezugsziffer 61 angedeutet ist, ergibt. Im Gas vorhandene freie Elektronen werden im elektrischen Feld der Korona 61 stark beschleunigt, sodass es zu einer Gasentladung kommen kann. Beim Auftreffen auf Gasmoleküle können weitere Elektronen abgespalten werden oder sich an die Gasmoleküle anlagern.
• Die negativen Ladungen bewegen sich dann unter Ausbildung eines schirm- bzw. kegelartigen Vorhangs 63 in Richtung der bzgl. der Emissionselektroden 23 entgegengesetzt geladenen Gegenelektronen 25. Der Vorhang 63 legt sich, wie es in 11 zu sehen ist, im Wesentlichen vollständig umlaufend um die Empfängeroberfläche 37, welche der Emissionselektrode 23 zugewandt ist. Die negativ aufgeladenen Partikel aus dem Gaststrom wandern quer zur Strömungsrichtung S des Gasstroms in Richtung der Empfängeroberfläche 37, von der sie angezogen werden, auf der sie auftreffen und auf welcher sie ihre Ladung wieder abgeben. Die flüssigen Partikel, wie Ölpartikel, fließen anschließend von der Empfängeroberfläche 37 aufgrund dessen konkav gewölbten Form umlaufend ab und können dann von der Gegenelektrode 25 abtropfen und/oder weiter entlang der Außenseite der Gegenelektrode 25 bis hin zur Abscheidefläche 39 wandern, die der Emissionselektrode abgewandt ist und in Richtung weg von der Emissionselektrode 23 gewölbt ist, und zwar mit dem selben Wölbungsradius wie die Empfängeroberfläche 37. Im Querschnitt besitzt die Gegenelektrode 25 gemäß der beispielhaften Ausführungen eine kreisrunde Form. An der Abscheidefläche 39 sind schematisch Partikel 65 abgebildet, die von dem Gasstrom abgeschieden wurden und entlang der Empfängeroberfläche 37 bis hin zur Abscheidefläche 39 an der Außenseite der Gegenelektrode 25 entlang gewandert sind.
• In 12 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders 1 gezeigt, in der insbesondere das Gehäuse 5 weggelassen ist und im Wesentlichen ausschließlich die Gegenelektrode 25 und zwei Reihen von Emissionselektronen 23 zu sehen sind. Die Gegenelektrode 25 gemäß 12 besitzt im Wesentlichen eine Wellblech-Form und ist aus eine Stück aus Metall, wie Blech, hergestellt. Beispielsweise ist die Gegenelektrode 25 mittels Umformen hergestellt. Die Gegenelektrode 25 kann aus einem ebenen Blechmaterial geformt werden, das zur Bildung eines sich wiederholendes Berg-Tal-Profils aus wenigstens zwei Bergen 91 sowie wenigstens einem Tal 90 umgeformt wird. Die Berge 91 besitzen jeweils eine in Richtung der Emissionselektroden 23 gewölbte Oberfläche, nämlich die Empfängeroberfläche 37, und erstrecken sich in Querrichtung Q im Wesentlichen mit konstantem Querschnitt. Somit sind die Berge 91, das Tal 90 und ein ebener das Tal 90 und die Berge 91 umgebender Blechabschnitt 92 aus einem Stück hergestellt. Wie insbesondere aus 13, die eine schematische Schnittdarstellung des Elektroabscheiders 1 aus 12 darstellt, hervorgeht, sind die Emissionselektroden 23 bezüglich der Berge 91 in oder entgegen der Strömungsrichtung S versetzt angeordnet. Gemäß 13 sind die Emissionselektronen 23 im Wesentlichen oberhalb des Tals 90 positioniert sind, sodass in Gravitationsrichtung G von den Emissionselektronen 23 abtropfende bzw. abfallende Partikel an den Gegenelektrodenbergen 91 vorbei in das Tal 90 fallen.
• In 14 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer weiteren beispielhaften Ausführung eines erfindungsgemäßen Elektroabscheiders 1 gezeigt, in der insbesondere das Gehäuse 5 weggelassen ist und im Wesentlichen ausschließlich die Gegenelektrode 25 und vier Reihen von Emissionselektronen 23 zu sehen sind. Die separat hergestellten Gegenelektroden 25 gemäß 14 besitzen eine in Richtung der Emissionselektroden 23 gewölbte Oberfläche, nämlich die Empfängeroberfläche 37. Ferner erstrecken sich die Gegenelektroden 25 geradlinig in Querrichtung Q und weisen einen konstanten Durchmesser auf. Außerdem ist im Unterschied zu dem Stangen- bzw. Röhrenabschnitt 29 gemäß den 2 bis 10 ein Querschnitt der Gegenelektroden 25 teilkreisförmig gebildet, was sich in einer C-Form (15) äußert. Die Gegenelektroden 25 weisen somit einen in Gravitationsrichtung G nach unten gewandten offenen Bereich 93 auf, der den Emissionselektroden 23 abgewandt ist. Entlang der teilkreisförmigen Oberfläche, die die Empfängeroberfläche 37 umfasst, können auftreffende Partikel ungehindert entfließen und abfließen oder abtropfen, sodass die Gegenelektroden 25 nicht verschmutzen.
• Die in der vorstehenden Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in den verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
• Bezugszeichenliste

1

Elektroabscheider

3

Abscheideraum

5

Gehäuse

7

Bodengehäuseteil

9

Dachgehäuseteil

11, 13

Seitenwand

15

Eintrittsöffnung

17

Gasstrom

19

Austrittsöffnung

21

Gasstrom

23

Emissionselektrode

25

Gegenelektrode

29

Stangenabschnitt

31

Krümmungsabschnitt

33

Anbindungspunkt

35

Krümmungspunkt

37

Empfängeroberfläche

39

Abscheidefläche

41

Freiraum

43

Schaft

45

Spitze

47

Endabschnitt

49

Fuß

51

Aufstandsfuß

53

Winkelstück

55

U-Stück

57, 59

Pol

61

Korona

63

Ionisationsbereich

65

Partikel

87, 89

Strömungsführung

90

Tal

91

Berg

92

ebener Blechabschnitt

93

offener Bereich

100

Kurbelgehäuseentlüftungssystem

103

Kurbelgehäuse

105

Strömungsaustrittsöffnung

107

Austrittsleitung

109

Strömungseintrittsöffnung

111

Blow-By-Gas-Strömung

113

Verbrennungsmotor

115

Frischluftzufuhr

117

Abgasabfuhr

119

Zylinderkopf

121

Zylinder

123

Kolben

125

Hubraum

127

Kurbelgehäuseinnenraum

129

Rücklaufleitung

131

Rücklaufauslass

133

Rücklaufeinlass

135

Rückführleitung

137

Frischluftstrom

139

Luftfilter

141

Verdichterrad

143

Ladeluftkühler

145

Drosselklappe

147

Abgas

α, β

Winkel

a

kürzester Abstand

l

Länge

x

Abstand

G

Gravitationsrichtung

S

Strömungsrichtung

Q

Querrichtung

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• WO 2016/147127 A1 [0003]

Claims (20)

1. Elektroabscheider (1) zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, eines Verbrennungsmotors, umfassend: - eine Emissionselektrode (23) und eine Gegenelektrode (25), an denen eine elektrische Hochspannung anlegbar ist, sodass zwischen der Emissionselektrode (23) und der Gegenelektrode (25) ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist; wobei die Gegenelektrode (25) eine der Emissionselektrode (23) zugewandte Empfängeroberfläche (37) zum Empfangen von elektrisch geladenen Partikeln aufweist, die in Richtung der Emissionselektrode (23) gewölbt ist und umlaufend kontinuierlich in eine der Emissionselektrode (23) abgewandte Abscheidefläche (39) übergeht.
2. Elektroabscheider (1) nach Anspruch 1, wobei die Empfängeroberfläche (37) einen konstanten Wölbungsradius besitzt.
3. Elektroabscheider (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Wölbungsradius der Empfängeroberfläche (37) wenigstens das 5-fache eines Krümmungsradius einer der Empfängeroberfläche (37) zugewandten Emissionsfläche der Emissionselektrode (23) beträgt.
4. Elektroabscheider (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Empfängeroberfläche (37) kanten-, vorsprungs- und/oder stufenfrei in die Abscheidefläche (39) übergeht.
5. Elektroabscheider (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abscheidefläche (39) in Richtung weg von der Emissionselektrode (23) gewölbt ist, wobei insbesondere ein Wölbungsradius konstant ist, und/oder im Wesentlichen deckungsgleich zur Empfängeroberfläche (37) gebildet ist.
6. Elektroabscheider (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein kürzester Abstand zwischen Empfängeroberfläche (37) und Emissionselektrode (23) im Bereich von 5 mm bis 20 mm, vorzugsweise im Bereich von 7 mm bis 15 mm, vorzugsweise im Bereich von 9 mm bis 10 mm, liegt.
7. Elektroabscheider (1), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, eines Verbrennungsmotors, umfassend: - mehrere Emissionselektroden (23), die in Reihe quer zur Strömungsrichtung (S) des Gasstroms angeordnet sind, und eine den Emissionselektroden (23) zugeordnete Gegenelektrode (25), an denen eine elektrische Hochspannung anlegbar ist, sodass zwischen den Emissionselektroden (23) und der Gegenelektrode (25) ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist; wobei die Gegenelektrode (25) sich längs der Emissionselektrodenreihe erstreckt und einen Querschnitt mit einer den Emissionselektroden (23) zugewandten Empfängeroberfläche (37) zum Empfangen von elektrisch geladenen Partikeln aufweist, die in Richtung der Emissionselektrodenreihe gewölbt ist, wobei der Querschnitt der Gegenelektrode (25) entlang dessen Längserstreckung zumindest im Bereich der Empfängeroberfläche (37) konstant ist.
8. Elektroabscheider (1) nach Anspruch 7, wobei die Längserstreckungsrichtung der Gegenelektrode (25) quer, vorzugsweise senkrecht, zur Längserstreckungsrichtung der einzelnen Emissionselektroden (23) orientiert ist.
9. Elektroabscheider (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei die Gegenelektrode (25) entlang dessen Längserstreckung einen konstanten Querschnitt besitzt, wobei insbesondere die Gegenelektrode (25) eine Stangen- oder Röhrenform besitzt.
10. Elektroabscheider (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Längserstreckung der Gegenelektrode (25) mindestens so groß bemessen ist wie, vorzugsweise größer bemessen ist als, eine Länge der Reihe von mehreren Emissionselektroden.
11. Elektroabscheider (1), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, eines Verbrennungsmotors, umfassend: - wenigstens zwei Arrays von mehreren Emissionselektroden (23), die pro Array in Reihe quer zur Strömungsrichtung (S) des Gasstroms angeordnet sind, und eine den Emissionselektroden (23) zugeordnete Gegenelektrode (25), an denen eine elektrische Hochspannung anlegbar ist, sodass zwischen den Emissionselektroden (23) und der Gegenelektrode (25) ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist; wobei die Gegenelektrode (25) im Querschnitt ein sich wiederholendes Berg-Tal-Profil aus wenigstens zwei Bergen sowie wenigstens einem Tal besitzt und jeder Berg einem Emissionselektroden-Array zugewandt ist, wobei die wenigstens zwei Berge und das wenigstens eine Tal aus einem Stück hergestellt sind und quer zur Strömungsrichtung (S) des Gasstroms einen im Wesentlichen konstanten Querschnitt besitzen.
12. Elektroabscheider (1) nach Anspruch 11, wobei die Gegenelektrode (25) eine Wellblech-Form besitzt und/oder aus Metall, wie Blech, hergestellt ist, vorzugsweise mittels eines Umformverfahrens, vorzugsweise durch Kaltumformen oder Zugdruckumformen, insbesondere durch Tiefziehen.
13. Elektroabscheider (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, wobei jeder Berg eine dem Emissionselektroden-Array zugewandte Empfängeroberfläche (37) zum Empfangen von elektrisch geladenen Partikeln aufweist, die in Richtung des Emissionselektroden-Arrays gewölbt ist.
14. Elektroabscheider (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das Tal kanten-, vorsprungs- und/oder stufenfrei in die benachbarten Berge übergeht.
15. Elektroabscheider (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei am Übergang zwischen Tal und Berg sich ein Wölbungsradius der Gegenelektrode (25) ändert, wobei insbesondere das Tal in Richtung weg von den Emissionselektroden-Arrays gewölbt ist und/oder im Wesentlichen deckungsgleich zum Berg gebildet ist.
16. Elektroabscheider (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei in dem Tal wenigstens eine Auslassöffnung für die Partikel vorgesehen ist, wobei insbesondere mehrere Auslassöffnungen in Reihe quer zur Strömungsrichtung (S) des Gasstroms und/oder parallel zur Erstreckungsrichtung der Emissionselektroden-Arrays angeordnet sind.
17. Elektroabscheider (1) nach Anspruch 16, wobei die Auslassöffnung, vorzugsweise die mehreren Auslassöffnungen, an einer in Gravitationsrichtung (G) betrachtet tiefsten Stelle des Tals angeordnet ist.
18. Elektroabscheider (1), insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, zum Abscheiden von flüssigen und/oder festen Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere aus einem Blow-By-Gas einer Kurbelgehäuseentlüftung, eines Verbrennungsmotors, umfassend: - eine Emissionselektrode (23) und eine Gegenelektrode (25), an denen eine elektrische Hochspannung anlegbar ist, sodass zwischen der Emissionselektrode (23) und der Gegenelektrode (25) ein elektrisches Hochspannungsfeld generierbar ist; wobei die Gegenelektrode (25) derart bezüglich der Emissionselektrode (23), vorzugsweise in oder entgegen der Strömungsrichtung (S) des Gasstroms, versetzt ist, dass ein Winkel zwischen der Gravitationsrichtung (G) und einem kürzesten Abstand zwischen Gegenelektrode (25) und Emissionselektrode (23) besteht.
19. Elektroabscheider (1) nach Anspruch 18, wobei der Winkel im Bereich von 5° bis vorzugsweise 30°, insbesondere im Bereich von 7° bis vorzugsweise 20° oder im Bereich von 11° bis vorzugsweise 17°, liegt.
20. Elektroabscheider (1) nach einem der Ansprüche 18 bis 19, wobei der Winkel derart gewählt ist und/oder Emissionselektrode (23) und Gegenelektrode (25) derart dimensioniert sind, dass die Emissionselektrode (23) die Gegenelektrode (25) in Strömungsrichtung (S) nicht überdeckt.

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