DE2108961A1 - Auspuffgasfilter für Verbrennungsmotor - Google Patents

Description

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gilt als Criminal

Anmelder; Lundwigshafen/Rli. 24. 2. 1971

Oma Terho Kunnari . P 4819 H/zip ₂ 1 0896 1 Hirvas
Finnland

und

Pentti Eskeli

Eovaniemi

Finnland

Vertreter:

Patentanwälte

Dipl.-Ing. Adolf H. Fischer
Dipl.-Ing. Wolf-Dieter Fischer
67 Ludwigshafen am Rhein
Eichard-Wagner-Straße 22

Auspuffgasfilter für Verbrennungsmotor

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Auspuffgasfilter für Verbrennungsmotoren, dessen Gehäuse mit dem Auspuffgasrohr des Verbrennungsmotors verbunden ist.

In der gegenwärtigen Zeit ist das Luftverunreinigungsproblem überall in der entwickelten Veit zu einem brennenden Tagesproblem geworden. Die Hauptursache der Verunreinigung ist die stets zunehmende Industrialisierung und der anwachsende Verkehr. Die luftverunreinigenden Stoffe sind zahllos, ebenso wie die solche Stoffe erzeugenden Quellen. Zu den schlimmsten Iiuftverunreinigern gehören die Verbrennungsmotoren. Manche_tVorrichtungen

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sind zum Heinigen der vorgenannten Auspuffgase entwickelt worden, aber bisher hat man feststellen können, daß derartige Vorrichtungen entweder zu kostspielig sind oder dann bei niedrigerem Preis recht schwache Leistung besitzen·

Die vorliegende Erfindung hat den Zweck, die oben dargestellten Nachteile zu beseitigen; Ein Auspuffgasfilter nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sich in einem Gehäuse ein oder mehrere hintereinander angeordnete rotierende, liegende Zylinder befinden, deren Mantelfläche als Filterfläche ausgebildet ist und deren unterer Teil in eine Flüssigkeit eintaucht, und daß die Auspuffgase derart durch das Filter hindurchgeleitet werden, daß sie durch die Filterfläche bzw. Filterflächen hinduroh gehen müssen. Ein Filter naoh der Erfindung ist im Vergleich zu seiner Leistung preiswert und somit äußerst günstig mit sonstigen auf dem Markt befindlichen Auspuffgasreinigern zu vergleichen. Sein Grad der Leistungsfähigkeit läßt sich ändern, indem man, je nach Bedarf,einen öder mehrere Filterzylinder nacheinander anordnet. Als großer Vorteil sei auch erwähnt, daß ein Filter naoh der Erfindung überdies als Schalldämpfer wirkt,da die Auspuffgase beim Durchlaufen des Zylinders bzw. der Zylinder gezwungen werden, entlang gekrümmter Bahnen zu fließen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung des Auspuffgasfilters als Heizvorrichtung. Die Heizvorrichtung ist insbesondere zur Anwendung in Fahrzeugen beabsichtigt, doch kommt selbstverständlich deren An-

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wendung stets dann in Frage, wenn neben Reinigung der von einem Verbrennungsmotor erzeugten Auspuffgase auch Heizleistung benötigt wird. Diese Ausfführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Verwendung der von den Auspuffgasen in die Filterflüssigkeit abgegebenen Wärme zu Heizzwecken die Wärme entweder an die Filterflüssigkeit selbst gebunden oder nach Übertragung mittels eines Wärme aistauschers von der Filterflüssigkeit an Luft dem zu heizenden Ort zugeführt wird. Dadurch kann man einen großen Teil der bei der Verbrennung des Kraftstoffs in Verbrennungsmotoren entstehenden Verlustwärme verwerten, und z.B. bei Motorfahrzeugen reicht die so erzielbare Leistung zum Heizen des Innenraums der Fahrzeuge aus. Als Beispiel kann die Heizung eines Omnibuswagens angeführt werden. Wenn der Motor des Wagens ein Volumen von 10 Litern hat, beläuft sich die von demselben bei 80 km/h Fahrgeschwindigkeit durch Verbrennung erzeugte Wärmeleistung auf etwa JOO 000 kcal/h. Hiervon werden etwa 100 000 kcal/h in mechanische Leistung umgesetzt, die den Wagen antreibt, etwa 100 000 kcal/h gehen im Kühlsystem, in Hilfsgeräten usw. verloren und etwa 100 000 kcal/h, werden mit den Auspuffgasen abgegeben. Von dieser Leistung gehen in einem Filter nach vorsichtiger Schätzung mindestens 30 000 kcal/h in die Filterflüssigkeit über,aus der diese Wärme mit Leichtigkeit zur Heizung des Omnibuswagens verwertet werden kann, wobei sie dann der Leistung einer getrennten zu dem in Frage stehenden Zweck benutzten Heizvorrichtung von mittlerer Größe entspricht.

Die Erfindung geht näher aus der nachstehenden Beschreibung

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und aus der beiliegenden Zeichnung hervor worin,

Figur 1 ein Filter nach der Erfindung im Längsschnitt darstellt,

Figur 2 das Filter im Querschnitt längs der Linie II-II in Figur 1 zeigt und

Figur 3 und 4 zeigen schematisch in zwei Aus-

. führungsformen die Verwendung des Filters zu Heizzwecken.

Mit dem Bezugszeichen 1 in Figur 1 und 2 ist das Gehäuse bezeichnet, in dem sich zwei Zylinder 3 -befinden. Die Nummer 2 bezeichnet das Auspuffgasrohr, mit dem das Gehäuse 1 verbunden ist. Die Zylinder 3 haben eine gemeinsame Welle 4. Mit 5 ist das am perforierten Mantel 17 des Zylinders befestigte Filtermaterial, z.B. Mineralwolle, bezeichnet. Die Nummern 6 und 7 geben die individuellen Flüssigkeitsräume der Zylinder 3 an. In der Ausführungsform nach Figur 1 erteilt der Motor 8 der gemeinsamen Welle 4 der Zylinder eine Drehbewegung, die an der Kupplung 9 verbunden sind. Mit der Nummer 10 ist das Lager des den Kanal 15 umgebenden Rohrs 18 bezeichnet, wobei das Eohr an seinen Enden die Endscheiben 19 der Zylinder 3 trägt. Das Lager 10 ist seinerseits mit der Endfläche 21 des den hinteren Zylinder 3 umgebenden inneren Gehäuse verbunden. Das Endstück 11 des Gehäuses 1 ist mit Hilfe des Bandreifens 12 unter Zwischenschaltung der Dichtung am Gehäuse befestigt. Mit 14 ist eine Mutter bezeichnet, wobei nach dem Abnehmen der Mutter 14 die Zylinder 3 ausgebaut werden können, nachdem man vorerst die Endplatte 11

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durch Lösen des dieselbe festklemmenden Bandreifens 12 entfernt hat. In der Ausführungsform nach Figur 1 laufen die aus dem Auspuffrohr 2 austretenden Gase durch den perforierten Mantel des ersten Zylinders 3 durch das Filtermaterial 5 hindurch in . den Zylinder hinein und von dort durch den die Zylinder verbindenden Kanal 15 in den zweiten Zylinder 3 hinein und entweichen nach Durchlaufen des Filtermaterials 5 dieses Zylinders durch den perforierten Zylindermantel ΙιίηαμΓοΙι aus dem Zylinder und weiter durch eine öffnung im Endstück 11 des Gehäuses 1 in g

gereinigtem Zustand in die freie Atmosphäre.

Verschiedene Ausführungsformen können im Rahmen der Erfindung variieren. So können z.B. die Zylinder 3 auf getrennten Wellen sitzen, insbesondere wenn man den Zylindern verschiedene Rotationsgeschwindigkeit geben will. Sie Drehbewegung kann den Zylindern 3 auch anders als mit Hilfe des Motors 8 erteilt werden,z.B. läßt man die aus dem Auspuffrohr 2 austretenden Auspuffgase einen besonderen Propeller antreiben, dessen Welle mit der Welle 4 der Zylinder 3 verbunden ist. Die Drehbewegung der Zylinder kann weiterhin den beweglichen Teilen des Verbrennungsmotors über Übertragungsglieder entnommen ™

werden· Als Filtermaterial 5 können verschiedenartige Stoffe verwendet werden, je nach dem, welche Verunreinigungen man aus den Auspuffgasen entfernen will. Das Gleiche gilt für die Variationsmöglichkeiten bezüglich der Beschaffenheit der Flüssigkeit in den Flüssigkeits- räuaen 6 und 7· Die Laufbahn der Gase kann ebenfalls variiert werden. Hau kann sie z.B. in den ersten Zylinder hinein durch dessen perforierte Endfläche und anschließend

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durch das Filtermaterial 5 und den perforierten Mantel 17 hindurch aus dem Zylinder hinaus und auf diese Weise weiter zum nächsten Zylinder leiten. Es ist dem Fachmann offenbar, daß ein Auspuffgasfilter nach der Erfindung ebenso .gut bei feststehenden wie bei beweglichen Verbrennungsmotoren zur Anwendung kommen kann. Die Zahl der Zylinder 3 kann den jeweiligen Erfordernissen angepaßt werden und wenigstens eins betragen.

In Figur 3 sieht man das Auspuffgas-Filtergehäuse 31» in welches die Auspuffgase durch das vom Motor kommende Rohr 32 eintreten und durch das an dessen anderem Ende befindliche Rohr 33 in die freie Luft austreten· Gemäß der Figur 3 müssen die Auspuffgase durch die als Mantelflächen von Zylindern wirkenden Filter 34 und 35 hindurchgehen. Die Filterzylinder werden durch ihre Endplatten 36 und 37 sowie der Welle 38 vom Motor 39 angetrieben. Wenn die Filterflächen, die aus einem geeigneten porösen Material, beispielsweise aus Mineralwolle, bestehen, sich durch die Filterflüssigkeit 40 hindurchdrehen, wird ein Teil derFilterflüssigkeit vom Filter mitgenommen und absorbiert aus den vorbeiströmenden Auspuffgasen Verunreinigungen und Wärme, die bei weiterer Drehung der Zylinder in die. Flüssigkeit 40 übergehen. Die erwärmte Flüssigkeit wird durch das Rohr 41 der Pumpe zugeführt, welche sie weiter in das Wärmeaustauschrohrsystem 43 und durch das T-tohr 44 hindurch zurück in das Filtergehäuse 31 fördert. Da die Auspuffgase zuerst das Filter und erst danach das Filter 35 durchlaufen, erwärmt sich die Flüssigkeit im linken Teilraum des Gehäuses stärker,

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und daher ist es vorteilhaft, gerade von dieser Seite die Flüssigkeit dem Wärmeaustauscher zuzuführen und sie entsprechend auf die kältere Seite zurückzuführen. Im Wärmeaustauscher 45 geht die Wärme an Luft über, die dann z.B. zum Luftkonditionieren des Fahrzeugs verwendet wird. Der Wärmeaustauscher 45 ist, gleich den übrigen Bauteilen, nur schematisch dargestellt und man kann als Wärmeaustauscher jedes beliebige zum Zweck geeignete Gerät bekannter Bauweise verwenden. Die zur Belüftung verwendete Luft wird durch die öffnung 46 hereingezogen, wonach sie durch das Filter 47 zu einem Gebläse 48 läuft, dessen Antriebsmotor 49 z.B. ein Elektromotor mit mehreren Geschwindigkeiten sein kann. Als Luftfilter 47 kann man ein gewöhnliches mechanisches Filter verwenden, aber man kann sich auch, insbesondere in Gegenden mit schwerem Verkehr und starker Luftverunreinigung, der Verwendung eines Filters vom gleichen Typ nach den Figuren 1 und 2 bedienen. Wenn die Außenluft rein ist, erübrigt sich selbstverständlich ein Filter. Vom Gebläse 48 geht die Luft duroh das Rohr 50 zum Verteilungsventil 51 » von dem sie je nach der Stellung des Ventils zum Wärmeaustauscher 45 oder durch das Vorbeileitungsrohr 52 zum Verteilungsventil 53 geleitet werden kann, mit dem der Luftstrom, wiederum entweder durch das Rohr 54 in den zu heizenden Raum oder durch das Rohr 55 ins Freie verteilt werden kann. Mittels der Stellung des Ventils 51 und der Fördermenge des Gebläses regelt man einerseits die Wärmemenge in der Luft und andererseits die Kühlwirkung auf die Filterflüssigkeit. Um ein Sieden der Flüssigkeit u. dgl. zu verhindern, kann es notwendig sein, dieselbe zu kühlen. Das Ventil kaSn somit derart thermostatgesteuert sein, daß sich die !Temperatur der Filter flüssigkeit inneiv

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halb gewisser Grenzen hält. Mit dem Verteilungsventil 53 regelt man erst den Betrag der in das ■ Fahrzeug hineinzuleitenden Wärmemenge, und dessen geeignete Stellung hängt somit von der Temperatur der eintretenden Lxift und vom Heizungsbedarf xies Fahrzeugs ab. Die Tätigkeit des Ventils 53 kann von Hand oder thermostatisch gesteuert sein. Falls eine Kühlung der Flüssigkeit nicht notwendig ist, wird selbstverständlich auch kein Ventil 53 benötigt, sondern die Vorrichtung arbeitet lediglich als Heizvorrichtung für das Fahrzeug. Zwecks Herabsetzung der Wärmeverluste sollen selbstverständlich die wärmsten Stellen, wie z.B. das Filtergehäuse 31 und das Rohr 41, gegen ihre Umgebung wärmeisoliert werden, was jedoch der Klarheit halber in der Zeichnung nicht gezeigt worden ist.

In Figur 4 sieht man eine andere Möglichkeit zum Übertragen derWärme aus der Filterflüssigkeit an Luft. Hier hat man dem Filtergehäuse 31 selbst eine solche Form gegeben, daß es eine möglichst große wärmeabgebende Fläche besitzt, und dieses Gehäuse ist von einem zweiten, vorzugsweise wärmeisolierten Gehäuse 56 umgeben, wobei die zu erwärmende Luft duroh das Rohr 57 so in den Zwischenraum der beiden Gehäuse eingeleitet wird, daß sie an den vom Filtergehäuse 31 gebildeten Wärmeaustausohfurchen entlang zum Austrittsrohr 58 an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses und von dort erwärmt abfließt.

Es sind auch andere Ausführungsformen zum Überführen der in der Filterflüssigkeit enthaltenen Wärme an den zu hei zenden Ort denkbar. Die Filterflüssigkeit kann beispiele-

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weise gleich in einem Zentralheizungssystem verwendet xind an den zu heizenden Orten befindlichen Heizkörpern zugeführt werden. In Fahrzeugen könnte man sioh als solche Heizkörper z.B. die Bumpfrohre der Fahrgastsitze denken..

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1·jAuspuffgasfilter für Verbrennungsmotor, dessen Gehäuse mit dem Auspuffgasrohr des Verbrennungsmotors verbunden ist, daduroh gekennzeichnet, daß sich in dem Gehäuse (1) ein oder mehrere nacheinander angeordnete rotierende, liegende Zylinder (3) befinden, doren Mantelfläche als Filterfläohe ausgebildet ist und deren unterer Teil in eine Flüssigkeit eintaucht, sowie daß die Auspuffgase derart durch das Filter hindurohgeleitet werden, daß sie die Filterfläohe bzw· Flächen durchlaufen müssen.

   2· Auspuffgasfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hintereinanderliegenden Zylinder (3) eine gemeinsame Welle (4) besitzen.

   3· Auspuffgasfilter nach Anspruch 1 oder 2, daduroh gekennzeichnet, daß die Filterfläche der Zylinder (3) aus einem perforierten Zylindermantel besteht, an dem ein Filtermaterial (5), beispielsweise Mineralwolle, befestigt ist. -

   4. Auspuffgasfilter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Filterzylinder (3) ein eigener getrennter Flüssigkeitsraum (6,7) vorhanden ist.

   5« Auspuffgasfilter nach Anspruoh 1, daduroh gekennzeichnet, daß zur Verwendung der von den Auspuffgasen in die Filterflüssigkeit übergetretenen Wärme zu Holzzwecken die Wärme entweder axiale Filterflüeeigkeit selbst gebunden

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   oder nach übertragung mittels eines Wärmeaustauschers von der Filterflüssigkeit an Luft dem zu heizenden Ort zugeführt wird.

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   6· Auspuffgasfilter nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeaustauscher (4-5)» in dem die Wärme in die zu erwärmende Luft übertritt, sowie ein Ventil (53) vorgesehen sind, mittels dessen die Wärme so abgeleitet wird, daß der Wärmeaustauscher zur Kühlung der Filterflüssigkeit unabhängig vom ä

   Heizbedarf Anwendung finden kann»

   7· Auspuffgasfilter nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Filtergehäuse (31) selbst als Wärmeaustausohflache arbeitet.

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