DE1557157A1 - Einrichtung zum Reinigen von Auspuffgas mittels Elektrofilter - Google Patents

Einrichtung zum Reinigen von Auspuffgas mittels Elektrofilter

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Description

• Patentanwalt
DjpL-lng. Kurt Hieke
8 München 2 ,
Firma G JU MESSEN-JASCHIN* Samen (Schweiz) . Augn*nsta&e w/ui
Einrichtung zürn Reinigen von Auspuffgas mittels Elektrofilter*
Die ständig rasche Zunahme von Explosionsmotoren im Strasseeverkehr und zum Antreiben von stationären oder mobilen Maschinen, z.B. Baumaschinen, verlangt eine Reinigung des Auspuffgases vor dem Austritt in die freie Luft zum Schutz der Menschheit vor Vergiftung, Es sind schon viele Versuche und Vorschläge gemacht worden, das im Auspuffgas hauptsächlich enthaltene giftige CO-Gas vor dem Austritt zu verbrennen» Wenn auch die Verbrennungs*- temperatur von CO-Gas mittels geeigneten Katalysatoren von über 600°C auf etwa'30O0C gesenkt werden konnte, so stellen solche Verbrennungskammern doch eigentlich Oefen dar, die infolge ihrer grossen Wärmeentwicklung nur in den seltensten Fällen Anwendung finden können.
Es ist auch bekannt, das Auspuffgas mittels eines
Elektrofliters zu reinigen* Es ist möglich, ausser festen und flüssigen Partikeln wie Russ und OeI auch giftige Gase auszuscheiden, wenn diese vor dem Eintritt in das Elektrofilter zur Kondensation gebracht werden können.
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Insbesondere können auf diese V/eise die Kohlenwasserstoffgase abgeschieden werden. Zu diesem Zweck ist deshalb schon vorgeschlagen worden, das heisse Auspuffgas soweit zu kühlen, dass sich Kondensationsschleier bilden, was bei etwa 8Ö C der Fall ist, und hierauf durch Zufuhr von Frischluft das Aerosol zu Tröpfchen zu agglomerieren. Diese Tröpfchen können dann im Elektrofilter ionisiert und abgeschieden werden.
Die bekannten für die Reinigung von Auspuffgas entwickelten Einrichtungen mit Elektrofilter haben aber ein derart grosses Bauvolumen, dass sie bisher nur in Verbindung mit sehr grossen Dieselmotoren in stationären Anlagen oder bei Lokomotiven Anwendung finden konnten.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Reinigen von Auspuffgas mittels eines Elektrofilter mit Spitzenionisatorelektroden und einer zylindrischen Abscheideelektrode, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Spitzenionisatorelektroden von einer in der Zylinderachse liegenden, rotierenden Spindel rarial abstehen und das Bas durch ein zentrales Rohr einströmt und radial durch die Abscheideelektrode hindurch und axial aus dem Gehäuse ausströmt, dass Mittel zum Zumischen von Frischluft in den Ionisationsraum angeordnet sind und dass dem Filtergehäuse eine Kammer mit einem Gaseintrittstutzen vorgebaut ist mit einer Heissgasturbine zum Antrieb der Ionisatorelektrodenspindel.
Mit einer erfindungsgemässen Einrichtung ist es möglich, bei stark vermindertem Bauvolumen eine dauernd
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sichere Auspuffgasreinigung zu erzielen, welche dadurch erreicht wird, dass das'heisse Auspuffgas in einer Vorkammer durch Antreiben einer Turbine entspannt und vorgekUhlt wird und in einem Zyklonstrom feste Partikel ablagert, bevor es in den Ionisationsraum tritt, wo dann zur Kühlung bis zur Kondensation der Kohlenwasserstoffgase Frischluft zugemischt wird. Durch diese Entspannung des Gases wird in vorteilhafter Weise die bipolare Selbstionisierung des Heissgases unterdrückt? und an den Ionisatorelektrodenspitzen anlagernde Partikel werden durch die Zentrifugalkraft abgeschleudert, wobei zudem die Elektrodenspindel den Läufer eines Ventilators am Austrittsende des Gehäuses tragen kann, welcher das entspannte Gas durch das Filter saugt, wobei dem gereinigten Gas zur Entgiftung des CO-Gehaltes durch Verdünnung nochmals Frischluft zugeführt werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt :
Fig. 1 einen Längsschnitt, Fig. 2 eine Ansicht des Gehäuses,
Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie A - A in Fig. 1,
Fig..4 eine Draufsicht.
.- In υinem zylindrischen Gehäusemantel 11 ist eine zylindrische Abscheideelektrode 12 koaxial angeordnet, ■"reiche an ihr (im unteren Ende auf einer ringförmigen Schulter 33 an einem peripheren Konus 14 des
^- - 3 - ■'"■■■'
Gehäusemantels 11 aufliegt. Der Gehäusemantel 11 ist unten durch eine ebene Stirnwand 15 abgeschlossen) welche ein zentrales) nach oben gerichtetes Rohr 16 trägt, das mittels radialen Rippen 17 gegen den Konus 14 abgestützt ist. Der Konus 14 ist vorteilhafterweise durch radiale Ringen 18 gegen den Gehäusemantel 11 abgestützt. Der Gehäusemantel 11 trägt oben einen Deckel 19, welcher aus einem Kragen 20 mit einem zylindrischen Ring 21 und einem zentralen Konus 22 gebildet ist. Der Konus 22 ist durch radiale Rippen 23 am Kragen 20 abgestützt und hat eine ringförmige Schulter 24, welche die Abscheideelektrode 12 am oberen Ende festhält»
In einem oberen, mit radialen Rippen 25 am zentralen Konus 22 abgestützten Lager 26 und einem unteren, mit radialen Rippen 27 am zentralen Rohr 16 abgestützten Lager 28 ist in der Zylinderachse eine Spindel 29 drehbar gelagert· Diese Spindel trägt oberhalb des Lagers 26 einen Ventilatorläufer 30, zwischen den beiden Lagern die Ionisatorelektrode und unterhalb des Lagers 28 ein auf einer konischen Nabe 31 durch radiale Rippen 32 abgestütztes Rohr 33t das strömungsdicht im Rohr 16 drehen kann und nach unten aus diesem herausragt· Dieses Rohr 33 ist die Läufernabe einer Heissgasturbine, die unten an die Stirnwand 15 anschliesst und ein spiralförmiges Gehäuse 34 mit einem Anschlussflansch 35 hat. Der Turbinenläufer hat auf das Rohr ausgesetzte, nach unten gerichtete grössere Treibschaufeln 36 und nach oben gerichtete kleinere Brems-
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schaufeln 37 und das Turbinengehäuse ist durch eine Wand 38 in zwei Kammern getrennt zur Gaszuführung zu diesen Schaufeln« Diese Massnahme ist vorgesehen, um die Drehgeschwindigkeit der Turbine zu begrenzen An das Turbinengehäuse schliesst nach unten ein mit Spannschrauben 39"lösbar befestigter Kasten 40 an.
Am Gehäusemantel 11 sind zwischen dem peripheren Konus 14 und der Stirnwand 15 auf dem Umfang gleichmässig verteilte Löcher 41 für den Eintritt von Kühlluft vorgesehen, wobei die Luftmenge mittels eines SehieberrInges 42 regulierbar ista Oberhalb des peripheren Konus 14 sind in zwei Etagen Löcher 43 angeordnet zum Zumischen von Frischluft zum gereinigten Gas, wobei die Luftmenge ebenfalls durch Schieberringe 44 regulierbar ist.
Die Ionisatorelektrode hat ein auf zwei Isolatoren 45 auf der Spindel 29 abgestütztes Rohr 46, von welchem an Hochspannung liegende Spitzenelektroden 47 radial abstehen· Diese Spitzenelektroden haben sowohl auf dem Rohrumfang- als auch in achsialer Richtung regelmässige Abstände. Die für die Ionisierung erforderliche hohe elektrische Spannung kann in einem Gerät 52 ausserhalb des Gehäusemantels 11 erzeugt werden. Die Zuführung der Hochspannung kann über ein Kabel 48, einen Durchführungsisolator 49 am Konus 22, eine Bürste 50 und einen Schleifring51 erfolgen« ;
Die zylindrische Abscheidelektrode 12 besteht aus durchlässigem Material, z.B. Metallwolle, die durch ein Gitter gestützt ist. Sie ist als Wegwerfelektrode
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ausgebildet und kann nach dem Abheben des Deckels ausgewechselt werden·
Das Gerät kann direkt an den Auspuff eines Explosionsmotors, z.B. eines Dieselmotors, angebaut werden. Das Auspuffgas tritt dann mit hoher Temperatur und grosser Geschwindigkeit in den Turbinenraum und treibt die Turbine mit der Ionisatorelektrodenspindel und dem Ventilator an. Das Auspuffgas wird dabei stark entspannt und vorgekühlt. Um die Drehgeschwindigkeit der Ionisatorelektrodenspindel zu begrenzen, ist das Turbinenlaufrad mit Bremsschaufeln versehen« Das Gas läuft mach dem Austritt aus dem Turbinenrad in einen Zyklonstrom im Kasten 40, in welchem sich Russpartikel und Oeltröpfchen niederschlagen können. Der Ventilator 30 saugt das Gas zusammen mit Frischluft durch das Elektrofilter.
Das entspannte 5as tritt durch das zentrale Rohr 16 in den Ionisationsraum. Infolge der in der Turbine erfolgten Entspannung wird die bipolare Selbstionisierung des Gases weitgehend vermieden und das Gas wird im Ionisationsraum weitgehend unipolar ionisiert. Wenn sich allenfalls infolge von Selbstionisation gegenpolig ionisierte Partikel an den Ionisatorspitzen 47 niederschlagen, werden sie infolge der Rotationsgeschwindigkeit radial weggeschleudert. Durch diese Massnahme bleiben die I0nisatorspitzen 47 auch bei heissem Gas frei von Niederschlag.
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Das Gas erfahrt beim Eintritt in den Ionisationsraum eine Expansion, die eine weitere Kühlung des Gases bewirkt» Zudem wird durch die Oeffnungen 41 im Gehäusemantel Frischluft in den lonisationsraum gesaugt. Diese Frischluft tritt ringförmig um den Gasstrom in den Ionisationsraum. Die Kühlung des Gases geht so weit, dass die Kohlenwasserstoffgase kondensieren und die entstandenen Kondensationsschleier bei der eintretenden Radialströmung im Frischluftmantel zu tröpfchen agglomeriert werden. Diese Tröpfchen ionisieren und beim Durchtritt des Gases durch die Abscheideelektrode 12 schlagen sich die ionisierten Tropfchen_ an dieser nieder·
Im Elektrofilter kann das im Auspuffgas enthaltene Kohlenmonoxyd nicht ausgeschieden werden, da es bei normaler Tempera tür nicht kondensiert. Da das Kohlenmonoxyd erst bei einer bestimmten Konzentration anfängt giftig zu wirken, kann es durch hinreichende Verdünnung mit Frischluft entgiftet werden. Zu diesem Zweck wird dem Gasstrom nach dem Durchtritt durch die Abscheideelektrode 12 durch die Oeffnungen 43 Frischluft zugemischt. Die Frischluftmenge ist mittels der Ringe 44 regulierbar. Die dem Ionisationsraum zugeführte Frischluftmenge ist mittels des Ringes 42 regulierbar.
Die Abscheideelektrode 12 kann vorteilhafterweise als Wegwerfelektrode ausgebildet sein, indem der Elektrodenzylinder aus lockerer Wetallwolle gebildet ist· welche zwischen zwei Mänteln aus Metallgitter, z.B. Drahtgitter
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oder Gitterblech gehalten 1st. Solche Wegwerfelektroden haben eine grosse Oberfläche für den Niederschlag und bilden nur einen relativ geringen Widerstand für das durchströmende Gas. Nach dem Entfernen des Deckels 19 mit dem Ventilator 30 kann die Abscheideelektrode 12 herausgenommen und durch eine neue ersetzt werden. Ausser einer periodischen Auswechslung der Abscheideelektrode 12 und gelegentlicher Entleerung des Zyklon- . kastens 40 bedarf das Gerät keiner weiteren Wartung. Es kann stehend oder liegend montiert werden. Die erfindungsgemässen Massnahmen gestatten eine Reduktion des Bauvolumens, die es möglich macht, das Gerät auch zur Reinigung von Auspuffgas an Dieselmotoren von Strassenfahrzeugen zu verwenden. Diese Reduktion des Bauvolumens ist dadurch möglich, dass die erfindungsgemässen Mittel die Expansion des Gases, dessen Kühlung und Kondensierung durch Zumischen von Frischluft, die Ionisierung, die Abscheidung, die Verdünnung und die Entgiftung in einem einsigen Raum bewirken.
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Claims (7)

Pate nt an s ρ r ü ehe
1. Einrichtung zum Reinigen von Auspuffgas mittels eines Elektrofliters mit Spitzenionisatorelektroden und zylindrischer Abscheideelektrode, dadurch gekannzeichnet, dass die Spitzenionisatorelektroden (47) von einer in der Zylinderachse liegenden rotierenden Spindel (46, 29) radial abstehen und das Gas durch ein zentrales Rohr (16) einströmt und radial durch die Abscheideelektrode (12) hindurch und axial aus dem Gehäuse (11, 19) ausströmt, dass Mittel zum Zumischen von Frischluft in den Ionisationsraum angeordnet sind und dass dem Filtergehäuse (11) eine Kammer (34,40) mit einem Gaseintrittstutzen (35) vorgebaut ist mit einer Heiösgasturbine zum Antrieb der Ionisatorelektrodenspinder.
2. Einrichtung an Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11, 19) einen peripheren Konus (14) auf der Eintrittseite und einen zentralen Konus (22) auf der Austrittseite aufweist, zwischen welchen die Abscheideelektrode (12) gehalten ist, und diese beiden Konen auch die Spindellager (26, 28) tragen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenkammer (34) an eine Stirnwand (15) des Gehäuses (11) angebaut ist, wobei diese Stirnwand (15) ein gegen den Ionisationsraum gerichtetes zentrales Rohr (l6)
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aufweist, durch welches das Gas eintritt, und dass der Gehäusemantel (11) zwischen einem peripheren, die Abscheideelektrode (12) tragenden Konus (14) und der genannten Stirnwand (15) Oeffnungen (41) mit regulierbarem Querschnitt aufweist zum Eintritt von Frischluft in den Ionisationsraum ringförmig um das einströmende Gas.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Spindel (29) ein auf Isolatoren (45) abgestutztes koaxiales Rohr (46) mit radial abstehenden, an Hochspannung liegenden Spitzenelektroden (47) aufweist.
5· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rotierende Spindel (29) ein in die Turbinenkammer (34) ragendes, auf radialen Rippen (32) abgestütztes Rohr (33) aufweist, welches die Nabe des Turbinenlaufrades bildet.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Austrittseite deä Gehäuses ein von der Heissgasturbine angetriebener Ventilator (30) angeordnet ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusemantel (11) regulierbare Oeffnungen (43) aufweist zum Eintritt von Frischluft zur Verdünnung des gereinigten Auspuffgases.
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