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Vorrichtung zum Verbrennen von Gasen Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Verbrennen von Gasen, insbesondere zur Nachverbrennung von Autoabgasen,mit
einer eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung für die Gase aufweisenden Brennkammer.
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Die derzeit zu beobachtende Luftverschmutzung beruht im wesentlichen
auf einer Zunahme von instabilen Kohlenwasserstoffen und einer Abnahme des verfügbaren
Sauerstoffs in der Luft. Benzin-und Dieselmotoren haben an dieser Luftverschmutzung
einen erheblichen Anteil, da diese Motoren einen niedrigen Wirkungsgrad besitzen
und deshalb viele nicht oder nicht vollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe in
die Atmosphäre ausstossen. Diese
in den Abgasen enthaltenen Kohlenwasserstoffe
reagieren mit Sauerstoff und bilden zumindest teilweise instabile Verbindungen,
die zur Luftverschmutzung und Smogbildung beitragen. Ferner werden von verschiedenen
industriellen Anlagen wie auch von Abfallverbrennungsanlagen grössere Mengen von
Kollenwasserstoffverbindungen in die Atmosphäre eingeleitet. Es ist daher erwünscht,
den Ausstoss von Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre zu vermeiden oder wenigstens
zu verringern.
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Ein in diesem Zusammenhang angewandtes Verfahren besteht darin, dass
man eine vollständigere Verbrennung der Abgase durchführt, welche Kohlenwasserstoffe
enthalten und damit gleichzeitig die Entstehung von Kohlenmonoxyd verringert und
Blei- und Schwefelverbindungen zerstört. Für die Reduzierung des Kohlenwasserstoffgehalts
von Abgasen sind bereits verschiedene Einrichtungen vorgeschlagen worden, die beispielsweise
in den US-Patentschriften 3 059 422, 3 172 251, 3 201 oT3, 3 214 902 und 3 285 709
beschrieben sind.
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Nachteilig an den bekannten Vorrichtungen ist es, dass sie verhältnismässig
kompliziert sind und dass sowohl ihre Herstellung als auch ihr Betrieb mit hohen
Kosten verbunden ist.
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Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs beschriebenen Art vorzuschlagen, die einfach und betriebssicher ist
und deren Herstellungs- und Betriebskosten verhältnismässig niedrig liegen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass in der Brennkammer mindestens ein
elektrisch beheizbares Element und mindestens eine Zündvorrichtung für das Zünden
der Gase vorgesehen sind.
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Als günstig hat. es sich dabei erwiesen, wenn die Brennkammer durch
einen rohrförmigen Behälter mit zwei zueinander parallelen Stirnwänden gebildet
wird, in denen die Einlassöffnung bzw.
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die Auslassöffnung vorgesehen sind, und wenn mit dem Behälter eine
Pressluftquelle verbunden ist. Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn an
der Einlass- und Auslaßseite des Behälters Leitelemente vorgesehen sind.
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Gegenstand der Erfindung ist also vorzugsweise eine Vorrichtu,ng für
das Polarisieren von Auspuffgasen durch Erhitzen der Gase mittels elektrischer,
senkrecht zum Gasstrom angeordneter Heizspulen, wobei die Gase mit Pressluft gemischt
und mittels einer Zündvorrichtung gezündet werden.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend
anhand einer Zeichnung näher erläutert und/oder -sind Gegenstand der Schutzansprüche.
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In der Zeichnung zeigern: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer
erfindungsgemässen Vorrichtung in Verbindung mit der Abgasanlage eines Automobils,
Fig.
2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei einzelne Teile
zur Verdeutichung weggebrochen sind und Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild des Steuerkreises
für die Zündvorrichtung einer erfindungsgemässen Vorrichtung.
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Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Auspuffsystem für ein
Automobil. Das Auspuffsystem, welches insgesamt mit 11 bezeichnet ist, ist mit einer
Brennkraftmaschine lo verbunden und besitzt einen üblichen Schalldämpfer 12 mit
einem Auspuffrohr 13 zum Ausstossen der Abgase in die Atmosphäre. Eine Vorrichtung
18 gemäss der Erfindung ist zwischen die Brennkraftmaschine lo und den Schalldämpfer
12 eingefügt. Die Auspuffgase strömen somit vom Motor durch die erfindungsgemässe
Vorrichtung 18 und den Schalldämpfer 12 zum Auspuffrohr 13. Die erfindungsgemässe
Vorrichtung, die im wesentlichen aus einer mit Einlass- und Auslassöffnung versehenen
Brennkammer besteht, ist über ein Rohr 16 mit einer Pressluftquelle 14 verbunden.
In der Brennkammer ist ferner eine Zündvorrichtung 27 vorgesehen, die über ein Kabel
mit einer Steuerschaltung 15 verbunden ist.
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In Fig. 2 ist die erfindungsgemässe Vorrichtung in einer Seitenansicht
dargestellt, wobei einzelne Teile zur Verdeutlichung weggebrochen sind. Wie man
der Fig. 2 entnimmt, besteht die Brennkammer aus einem rohrförmigen Hauptkörper
19, der an beiden Enden durch Stirnwände 20 und 21 verschlossen ist. In der Stirnwand
20 ist eine Einlassöffnung 22 vorgesehen, in der die
Auspuffgase
aus der Brennkraftmaschine 1o eintreten. In der Stirnwand 21 ist die Auslassöffnung23
vorgesehen, durch die die verbrannten Auspuffgase zu dem Schalldämpfer 12 gelangen.
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Auf der Einlaßseite der Brennkammer sind Ablenkelemente in Form von
Ablenkplatten 24 so befestigt, dass ein Rückstrom der Gase aus der Brennkammer zu
der Brennkraftmaschine 1o verhindert wird.
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In ähnlicher Weise sind auf der Auslaßseite der Brennkammer Ablenkelemente
in Form einer Ablenkplatte 25 vorgesehen, um ein Zurückfliessen der Abgase von dem
Schalldämpfer in die Brennkammer zu verhindern. Die Stirnwände 20 und 21 sind an
dem rohrförmigen Hauptkörper 19 in geeigneter Weise, beispielsweise durch Schweissen,
befestigt. Die Ablenkplatten 24 und 25 können gleichfalls mit den Stirnwänden 2o
und 21 verschweisst sein.
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In der Brennkammer sind in Serie geschaltete Heizspulen 26a bis 26e
vorgesehen, welche quer zu der Brennkammer und parallel zu den Stirnwänden 20 und
21 verlaufen und damit senkrecht in der durch den Pfeil 44 angedeuteten Strömung
der Auspuffgase liegen.
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Die elektrischen Heizspulen sind in Serie an eine (nicht dargestellte)
Spannungsquelle angeschlossen. An dem rohrförmigen Hauptkörper 19 sind in geeigneter
Weise Isolierstücke 45 befestigt, die jeweils der Befestigung eines Ende einer der
elektrischen Heizspulen dienen. So ist zum Beispiel die Heizspule 26c mit ihren
beiden Enden an Isolierstücken 45a und 45b befestigt, die mit den übrigen Isolierstücken
45 identisch sind.
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Die Isolierstücke 45a und 45b verhindern einen Kurzschluss des durch
die Spule 26c fliessenden elektrischen Stromes über die
Aussenwand
der Brennkammer. Die Spulen 26b und 26d sind ähnlich wie die Spule 26c angeordnet,
während bei den beiden an den Enden liegenden Heizspulen 26a und 26e jeweils ein
Ende durch den rohrförmigen Hauptkörper 19 nach aussen geführt ist. So ist zum Beispiel
das eine Ende 51 der Heizspule 26a an dem Isolierstück 45 befestigt, welches ebenso
wie das Isolierstück 45a ausgebildet ist. Das entgegengesetzte Ende 47 der Heizspule
26a ist dagegen durch den rohrförmigen Hauptkörper 19 hindurchgeführt und an eine
elektrische Spannungsquelle angeschlossen.
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Ebenso erstreckt sich das eine Ende 46 der Heizspule 26e durch den
rohrförmigen Hauptkörper 19 hindurch und ist ebenfalls mit einer elektrischen Spannungsquelle
verbunden. Wie bereits oben angedeutet, sind die Heizspulen in Serie geschaltet.
Die Heizspule 26a ist mittels eines Drahtes 48 mit der Spule 26b verbunden, die
über einen Draht 49 mit der Heizspule 26c verbunden ist. Zwischen dieser und der
Heizspule 26d liegt ein Draht 50, und die Heizspulen 26d und 26e sind mittels eines
weiteren -in der Zeichnung nicht sichtbaren - Drahtes verbunden.
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Sobald die Enden 46 und 47 mit einer elektrischen Spannungsquelle
verbunden sind, fliesst Strom durch die in Serie geschalteten Heizspulen, wodurch
in der Brennkammer Warme erzeugt wird. Die Enden der Heizspulen sind an den Isolierstücken
in geeigneter Weise, beispielsweise durch Löten, befestigt Es versteht sich, dass
die Heizspu'en innerhalb der Brennkammer in verschiedener Weise verbunden werden
können und dass die vorstehende Beschreibung nur für das Ausführungsbeispiel gilt.
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Die Zündvorrichtung 27 besitzt einen mit einem Gewinde versehenen
Sockel 28, der sich durch die Wandung des rohrförmigen Hauptkörpers 19 der Brennkammer
erstreckt und daran mittels einer sechseckigen Mutter 29 befestigt ist. Das in die
Brennkammer hineinragende Ende der Zündvorrichtung 27 besitzt zwei voneinander getrennte
Kontakte 30 und 31. Diese beiden Kontakte 30 und 31 sind über die Leitungen eines
Kabels 17 mit der Steuerschaltung 15 verbunden, die Fig. 3 zeigt. Die Steuerschaltung
15 umfasst einen geraden, geschichteten Eisenkern 34, welcher eine Primärwicklung
35 und eine Sekundärwicklung 36 trägt. Die Windungszahl der Sekundärwicklung 36
ist mehrere hundert Mal so gross wie die Windungszahl der Primärwicklung 35. Der
Kern 34 wird durch einen in der Primärwicklung 35 fliessenden Strom magnetisiert.
Die Primärwicklung ist an eine Gleichstromquelle 32 angeschlossen.
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Zwischen der Gleichstromquelle 32 und der Primärwicklung liegt 33
ein Schalter, der dazu dient, den elektrischen Strom durch die Primärwicklung zu
steuern. Die Enden 41 und 42 der Sekundärwicklung 36 sind über Leitungen des Kabels
17 mit dem Kontakt 30 bzw. 31 der Zündvorrichtung 27 verbunden. Die Steuerschaltung
15 umfasst ferner einen beweglichen, von einer Zugfeder 40 beaufschlagten Kontakt
37, der mittels eines Drahtes 43 mit der Primärwicklung 35 verbunden ist. Weiterhin
ist zwischen dem beweglichen Kontakt 37 und der Gleichstromquelle 32 ein Kondensator
mit der Primärwicklung verbunden.
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Zwischen dem Kondensator 38 und der Stromquelle 32 ist ein
stationärer
Kontakt 39 vorgesehen. Solange der Eisenkern 34 nicht erregt ist, zieht die Feder
40 den Kontakt 37 bzw. den Draht 43 gegen den stationären Kontakt 39. Hierdurch
wird der Stromkreis für die Primärwicklung 35 geschlossen, und der Eisenkern34 wird
erregt, so dass ein Magnetfeld entsteht, welches den Kontakt 37 in Richtung des
Pfeiles 54 anzieht, so dass die Oberfläche 52 des Kontakts 37 das Ende 53 des Eisenkerns
34 berührt, wodurch der Stromkreis für die Primärwicklung wieder geöffnet wird.
Der Eisenkern 34 wird daraufhin entmagnetisiert, was eine schnelle Flussänderung
in der Sekundärwicklung 36 zur Folge hat und damit eine grosse elektromotorische
Kraft zwischen den mit den Enden 41 und 42 der Sekundärwicklung verbundenen Kontakten
30 und 31 der Zündvorrichtung. Wegen der Entmagnetisierung des Kerns führt die Feder
40 den Kontakt 37 in seine in der Zeichnung dargestellte Ausgangsstellung zurück,
bis ein Kontakt zwischen dem Draht 43 und dem stationären KOntakt 39 stattfindet.
Die dabei in der Spule auftretende Flussänderung ist relativ klein, und die induzierte
elektromotorische Kraft genügt selbst nicht, um einen Funken zwischen den Kontakten
30 und 31 zu erzeugen. Wenn dann der Kontakt zwischen dem Draht 43 und dem Kontakt
39 erneut unterbrochen wird, und der Kontakt 37 wieder den Eisenkern 34 berührt,
dann wird das magnetische Feld rasch abgebaut und die elektromotorische Kraft in
der Sekundärwicklung wird wieder sehr gross, so dass ein Funke zwischen den Kontakten
30 und 31 erzeugt wird. Jedes Mal, wenn der Draht 43 den Kontakt 39 berührt, wird
der Stromfluss zunächstjdurch den Kondensator 38 überbrückt. Schliesslich wird das
Magnetfeld der Primärwicklung genügend gross, um den beweglichen
Kontakt
37 an den Eisenkern 34 heranzuziehen und dabei den Stromfluss zwischen dem Kontakt
39 und dem Draht 43 zu unterbrechen und den Kondensator 38 zu laden. Die plötzliche
Unterbrechung des Stromflusses erzeugt ein sehr starkes Magnetfeld in der Sekundärwicklung,
wodurch eine relativ grosse elektromotorische Kraft an die Drähte 41 und 42 und
damit an die Kontakte 31 und 32 gelangt, zwischen denen ein Funke überspringt.
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Unmittelbar nach der Erzeugung des Funkens wird das Magnetfeld soweit
abgeschwächt, dass der bewegliche Kontakt 37 durch die Feder 4o zurückgezogen wird,
so dass der Draht 43 den Kontakt 39 erneut berühren kann, worauf sich die oben beschriebenen
Vorgänge wiederholen. Auf diese Weise werden die in die Brennkammer einströmenden
Gase mit der von der Pressluftquelle 14 kommenden Pressluft gemischt, durch die
Heizspulen 26a bis 26e aufgeheizt und sodann durch die Zündvorrichtung 15 gezündete
wodurch die Gase polarisiert werden, so dass die die Brennkammer verlassenden Gase
im allgemeinen weitgehend frei von schädlichen Verunreinigungen sind.
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Wegen der äusserst hohen Temperaturen in der Brennkammer hat es sich
als günstig erwiesen, die elektrischen Heizspulen 26a bis 26e aus Wolfram herzustellen.
Das Gehäuse der Brennkammer wird vorzugsweise aus Porzellan oder keramischem Material
hergestellt und/oder mit hitzebeständigem Material bestrichen oder beschichtet.
Die Pressluftquelle 14 sollte in der Lage sein, einen Luftdruck bis zu etwa 1,76
kg/qcm zu erzeugen.
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Es versteht sich, dass die Vorrichtung gemäss vorliegender Erfindung
in
verschiedenster Weise ausgestaltet und eingesetzt werden kann. Insbesondere ist
es möglich, die erfindungsgemässe Vorrichtung nicht nur zur Nachverbrennung von
Autoabgasen, sondern auch zur Nachverbrennung von Abgasen anderer Einrichtungen
einzusetzen. Ferner ist es möglich, die in Fig. 2 und 3 gezeigte Steuer- und Zündvorrichtung
auch zum Entzünden von erhitzten Flüssigkeiten für die Verbrennung verschiedener
Abfallmaterialien zu verwenden, wie sie beispielsweise in Fabriken oder in Wohngebieten
anfallen. Die erfindungsgemässe Induktionsspule und ihre Zündvorrichtung kann ferner
in verschiedenen anderen Einrichtungen, wie zum Beispiel in Abfallverbrennungsanlagen,
in Heizofen, in Klimaanlagen und in Heizkesseln verwendet werden.