DE3035206A1

DE3035206A1 - Verfahren und vorrichtung zur verminderung des russes in russhaltigen gasen

Info

Publication number: DE3035206A1
Application number: DE19803035206
Authority: DE
Inventors: Tomoji Ishiguro; Yoshimi Nagoya Aichi Kizaki
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1979-09-20
Filing date: 1980-09-18
Publication date: 1981-04-09
Also published as: US4441971A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung des Rußes in rußhaltigen Gasen

Die Erfindung "bezieht sicli auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verminderung des Eußcs in rußhaltigen Gasen, insbesondere in den Abgasen von Dieselmotox^en.

Der größere Teil des Rußes, welcher den von brennenden E"olilenwasser st offen resultierenden, schwarzen !'.auch "bildet, besteht im allgemeinen aus kleinen Partilreln mit einem Durchmesse r nicht größer als 2 Mikron. Wenn diese Par-tikel nur mittels beispielsweise eines bekannten Zentrifugalseparators eingefangen bzw. eingesammelt werden sollen, dann bewirkt dieses Gerät einen außergewöhnlich hohen Strömungswiderstand für die Verbrennungsgaso und muß eo vex'g-eö'-ßert werden. Es ist daher praktisch unmöglich, ein solches Gerät zur Entfernung des Rußes zu verwenden, welcher aus den Brennkammern einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge oder dergleichen resultiert. Wird eine Filtereinrichtuag zum ßußeinfangen bzw. -sammeln verwendet, dann kann sich eine Reihe von Problemen ergeben, einschließlich der Möglichkeit des Filterverstopfens durch den Ruß, was zu einer Erhöhung des Rückdrucks führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welches bzv/. welche den Ruß in rußhaltigen Gasen wirksam vermindert, insbesondere in den Abgasen von Brennkraftmaschinen, wie Dieselmotoren, durch Oxydation des darin enthaltenen Rußes, vor allem beträchtlich rußvernindernd wirkt "bezüglich Abgasen bei hohen Temperaturen, wobei die Vorrichtung kompakt ausgebildet werden kann.

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Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. 7 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen des erfindmigsgemaßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 6 bzw. 8 bis 13 gekennzeichnet.

Erfindungsgemäß werden, rußhaltige Gase in ein elektrisches Feld eingeführt, bei welchem eine Wechselspannung oder eine pulsierende Spannung vorherrscht, so daß feine, kettenförmige Rußteilchen, in einzelne, feinere Partikel zerteilt werden und die Rußverminderung gefördert sowie der Rußcharakter verändert wird.

Bekanntlich weisen die Partikel des in einer Brennkammer erzeugten Rußes gewöhnlich einen vergrößerten Durchmesser auf und verbinden sie sich kettenförmig zu Massen, welche jeweils einen Durchmesser von wenigstens etwa 0,2 Mikron aufweisen, wenn sie durch ein Feuerrohr bzw. einen Feuerkanal oder dergleichen strömen. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet die Anwendung einer Wechselspannung oder einer pulsierenden Spannung zur Umwandlung der Rußmassen, welche jeweils einen Durchmesser von wenigstens 0,2 Mikron aufweisen, in einzelne, feinere Partikel mit einem Durch-

messer nicht größer als einige 100 A, so daß die Rußoberfläche vergrößert und der Ruß in ein Aerosol umgewandelt oder im wesentlichen vergast wird. Es werden also eine Oxydation oder Verminderung des Rußes und eine Veränderung des Rußcharakters bewirkt.

Vorzugsweise wird eine Wechselspannung oder pulsierende Spannung im Bereich von 100 bis 10 000 V/cm angewendet, vorteilhafterweise eine solche mit einer Frequenz von wenigstens 10 Hz. Die Rußmassen, welche von Anfang an elektrisch geladen sind, werden in einzelne, feinere Partikel

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zerteilt, wenn sie mit einer Wechselspannung oder einer pulsierenden Spannung beaufschlagt v/erden. Wird eine pulsierende Spannung angewendet, dann bleibt weniger Ruß an einer Elektrode oder einer Feuerrohr- bzw. Feuerkanalwandung haften, als bei der Anwendung einer Wechselspannung.

An diese Verfahrensweise kann sich ein zweiter Schritt anschließen, wobei das Gas, welches den beim ersten Schritt fein zerteilten und in einen Aerosolzustand versetzten Ruß enthält, mit einem aktiven Medium in Berührung· gebracht wird, lim den Büß positiv mit Sauerstoff im Gas zur Reaktion zu bringen, also den Ruß zu verbrennen, und den verbleibenden Ruß aus dem Gas zu entfernen. Beim aktiven Medium kann es sich um ein erwärmtes.Metallnetz und/oder einen in eine bienenwabenförmige Gestalt oder dergleichen gebrachten Oxydationskatalysator handeln. Wird ein erwärmtes Metallnetz verwendet, dann fördert die darin enthaltene Wärme die Reaktion zwischen dem Ruß und dem im Gas enthaltenen Sauerstoff, Wird ein Oxydationskatalysator verwendet, dann fördert seine katalytische Wirkung die Reaktion zwischen dem Ruß und dem Sauerstoff des Gases. Während dieses zweiten Vorfahrensschrit™ tes wird der Ruß in der Gasphase durch die Wärme and/oder die katalytisch^ Wirkung oxydiert, so daß seine Oberfläche allmählich durch Oxydation verloren geht, bis im Idealfall der gesamte Ruß schließlich verschwindet. Der zweite "Schritt dient also zur Förderung der Rußoxydation.

Handelt es sich bei den zu reinigenden Gasen um die Abgase einer Brennkraftmaschine, wie -beispielsweise eines Dieselmotors, dann vermindert die alleinige Anwendung einer Wechselspannung oder pulsierenden Spannung gemäß dem ersten. Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens den Ruß ausreichend, um eine Reinigung der Abgase zu erzielen. Im Falle der Anwendung des zweiten Verfahrensschrittes ergibt ^ich

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eine weitere Förderung der Oxydation des Rußes.

Die Erfindung ist "bei Brennkraftmaschinen jeder Art anwendbar, also sowohl "bei Ottomotoren als auch bei Dieselmotoren. Insbesondere "bei Dieselmotoren, deren Abgase viel Ruß enthalten, vermittelt die Erfindung eine wirksame Rußverminderung. Der Rußverminderungseffekt ist um so ausgeprägter, je höher die Temperaturen der Abgase sind.

nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigt:

ΊΟ Figur 1 einen Längsschnitt einer Anordnung mit einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Rußverminderung, welcher die wesentlichen Bestandteile der Anordnung erkennen läßt;

Figur 2 ein Schaubild zur Veranschaulichung der Abhängiglreit des Durchsatzes von der Dauer des Durchsaugens von Gas durch das Rußsaminelfilter gemäß Figur 1 für vier verschiedene Betriebsbedingungen der Ausführungsform nach Figur 1;

Figur 5 einen Längsschnitt entsprechend demjenigen nach Figur 1 einer zweiten bzw. vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Rußverminderung ;

Figur* 4- schematisch die Anwendung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Rußverrainderung bei der Reinigung der Abgase eines Dieselmotors; und

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Figur 5 einen Längsschnitt der dritten Ausführungsform gemäß Figur 4.

Die Anordnung gemäß Figur 1 "besteht aus einem rußbildenden Teil 1, einem rußvermindernden Teil 2 oberhalb des rußbildenden Teils 1, einem ersten Auspuffteil 3, welcher den rußvermindernden Teil 2 überdeckt, und einem zweiten· Auspuffteil 4-, welcher außerhalb des ersten Auspuffteils 3 angeordnet ist.

Der rußbildende Teil 1 \^eist eine Brennkammer 11 auf, die von einer trichterförmigen Wandung 12 mit einem Öffnungsdurchmesser von 50 mm und einer Tiefe von 50 ium begrenzt wird, ferner ein Kraftstoffrohr I3 mit einem Innendurchmesser von 2,5 ¹^* welches entsprechend dem Trichterhals ausgebildet ist und sich zur Bodenmitte der trichterförmigen Wandung 12 erstreckt,- ein Luftrohr 14 mit einem Innendurchmesser von 6 mm, welches mit dem Kraftstoffrohr 13 ein Doppelrohr bildet, einen Docht 15» welcher von einem Bündel aus Glaselementen gebildet ist, die in ein Ende des Kraftstofa"rohres I3 eingesetzt sind, und eine von einer die trichterförmige Wandung 12 der Brennkammer 11 umgebenden Außenwandung 16 begrenzte Wasserkammer 17· Die Äußenwandung 16 ist mit einem unteren Kühlwassereinlaß und einem oberen Kühlwasserauslaß für die Wasserkammer 17 versehen.

Der rußvermindernde Teil 2 ist oberhalb der Brennkammer im rußbildenden Teil 1 angeordnet und mit der Öffnung der trichterförmigen Wandung 12 der Brennkammer 11 durch einen keramischen Ring 21 verbunden. Der rußvermindernde Teil 2 weist eine erste Elektrode 22 auf, welche von einem zylindrischen Metallnetz mit einem Durchmesser von 50 mm, also im wesentlichen gleich dem Durchmesser der Öffnung der

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trichterförmigen Wandung 12 der Brennkammer 11, und mit einer Länge von 100 mm gebildet ist, ferner eine zweite Elektrode 23, Vielehe von einer Stange aus rostfreiem Stahl mit einem Außeridurchmesßer von 2 mm und einer Länge von 100 mm gebildet ist, die durch einen keramischen Isolator 26 an der ersten Elektrode 22 entlang von deren Längsachse befestigt ist, und ein netzartiges aktives Medium 25, welches durch eine.n keramischen Ring 24 am anderen Ende der ersten Elektrode 22 befestigt ist. Das aktive Medium 25 besteht aus einem Draht aus einer Kanbhal-Legierung, welche sich aus 20 bis 30 % Cr, 2,5 % Co, 1,5 bis 5 % Al und Rest i*e zusammensetzt sowie bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie Wärme erzeugt, wobei der Draht in einem dünnen, rohrförmigen Isolator eingeschlossen und so befestigt ist, daß er sich über die gesamte Oberfläche eines Netzes aus rostfreiem Stahl erstreckt, und zwar auf der oberen oder der unteren Seite desselben, und wobei eine Schicht aus Wasserglas auf die Oberflächen des Netzes aus rostfreiem Stahl und des Isolators aufgebracht und ein feines Pulver aus Vanadiuaoxyd und Zirkonerde auf die Schicht aus Wasserglas aufgebracht ist= Das aktive Medium 25 dient also sowohl als Heizelement als auch als Oxydo.tionskatalysator.

Der erste Auspuffteil 3 weist ein erstes Auspuffrohr 3I mit einem Innendurchmesser von 80 mm auf, welches die erste Elektrode 22 umgibt und unten offen ist, ferner ein mit dem oberen Ende des ersten Auspuffrohres 3I verbundenes, glockenförmiges Sammelrohr 32 und ein zweites Auspuffrohr 33, welches" mit dem oberen Ende des Sammelrohres 32 verbunden ist und. zu einer nicht dargestellten Saugpumpe führt. Das Sammelrohr 32 ist in der Mitte mit einem Rußsammelfilter 34 versehen, welcher aus hochhitzebeständigen und hochreinen, mit unter dem Handelsnamen "Teflon" bekannten ifetrafluoräthylenharz beschichteben Glasfasern

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bestellt und eine Siebfeinheit von etwa 0,8 Mikron sowie einen Außendurchmesser von 4-7 mm aufweist.

Der zweite Auspuff teil 4 v/eist eine geschlossene, zylindrische Außenwandung 41 auf, welche außen vom ernten Auspuffteil 3 angeordnet und am unteren Ende mit dem oberen Ende der Außenwandung 16 verbunden ist sowie an einer Seite im Bereich des oberen Endes eine Öffnung 42 auf v/eist. Der zwei,te Auspuffteil 4 dient dazu, an die Stelle des ersten Auspuffteils 3 zu treten, falls letzterer dann keine richtige Gasableitung mehr gewährleistet, wenn der Rußsammelfilter 34 im ersten Auspuffteil 3 mit Ruß verstopft ist. Dann strömen die Abgase im Raum zwischen dem ersten Auspuffrohr 31 im ersten Auspuffteil 3 und der ersten Elektrode 22 nach unten, um am unteren Ende des ersten Auspuffrohres "51 auszutreten und dann durch den Raum zwischen dem ersten Auspuffrohr 31 und. der Außenwandung 41 des zvreiten Auspuffteiles 4 nach oben zu strömen und durch die Öffnung 42 in die freie Atmosphäre abzugehen.

Venn andererseits der Strömungswiderstand des Eaßsammelfilters 34- so gering ist, daß eine größere Gasmenge durch das zweite Auspuffrohr 33 abströmen muß₅ als von der Brennkammer 11 geliefert wird, dann wird zusätzliche Luft durch den zvreiten Auspuff teil 4 zugeführt,- und zwar entlang einer BaIm, welche derjenigen entgegengerichtet ist, entlang welcher die Abgase auf die geschilderte Art und Weise durch den zweiten Auspuffteil 4 hindurch abströmen. In der Brennkammer 11 kann also eine gleichförmige Yerbrennungsgescliivindigkeit aufrechterhalten bleiben, unabhängig von der erwähnten, erzwungenen Abströmung durch den ersten Auspuffteil 3 hindurch und von Variationen des StrömungswiderStandes des Rußsammelfilkers y\.

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Zu Untei'suchungszwecken xirurde der .Anordnung gemäß Figur 1 durch, das Kraftstoffrohr 1J hindurch leichtes Heizöl mit einem Durchsatz von 0,13 ml/min zugeführt, ferner durch das Luftrohr 14 hindurch Luft mit einem Durchsatz von 1 ml/min, während der Docht 15 aus Glasfasern mit einem Luft/ Brennstoff-Verhältnis von 19,5 gezündet wurde, so daß Kuß mit einer konstanten Geschwindigkeit erzeugt wurde. Der rußverjaind.ernde Teil 2 wurdo unter vier typischen Bedingungen t>otrieben, welche in der folgenden Tabelle angegeben sind, und es vrurde die der jeweiligen Bedingung zugeordnete Eußmenge auf dem Rußsammelfilter 34 im ersten Auspuffteil 3 festgestellt. Die !Feststellung der auf dem Rußsamnielfiltcr 34 angesammelten Rußmenge erfolgte über die Ermittlung der in der Zeiteinheit durch das Eußsamiaelfilter 34 strömenden Gasraenge.

Tabelle

Bedin gimg	Rußvermindernder Teil 2	Erwärmung des aktiven. Mediums 25	Bezugs zeichen in Fig.2
1	STjannung zwischen den Elektroden 22 und 23	nicht erwärmt	A
2	0	auf 500° C erwärmt	B
3	0	_ « _	C
4	2.400 V/cm, GIe i chsp o_rarung	_ Il _	D
2.400 V/cm, We chse Isp aniiung von 60 Hz

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Figur 2 veranschaulicht die Rußajisammlung am Rußsamiüelfiltcr 34- gemäß Figur 1 für jede Bedingung Rr. 1 bis 4-, unter welcher der rußverraindernde Teil 2 der Anordnung nach Figur 1 betrieben wurde, und zwar geben die Kurven A bis D jeweils die Abhängigkeit des StröiaungDinitteldurchsatzes durch den
EußsainEelfiltor 34- von der Dauer des Ströriimgsmittel&urchsaugens durch den Rußsanraelfilter J^- für die Betriebabedingung Kr. 1 bzw. 2 bzw. 3 bzw. 4- wieder, wie in der vorstehenden Tabelle angegeben.

Daraus und aus Figur 2 eingibt sich, daß dann, wenn zwischen den beiden Elektroden 22 und 23 keine Spannung aufrechterhalten und das aktive Medium 25 nicht erwärmt wird* der Gasdurchsatz mit ziuael'imeiider Saugdauer scharf abfällt, und '//'■;&v gemäß Kurve A von 50 l/min auf 12 l/min in 60 Sekunden vom Saugbeginn an. Diese DurchsatzirdndeiTing ist auf die Ablagerung von Ruß am HuSsaimaelfilter y-V siirückzxifuhren, wodurch dessen Poren vei'stopft werden *

Wenn zwar weiterhin keine Spannung zwischen den Elektroden 22 Lind 23 aufrechterhalten wird, aber das aktive licöinm 25 auf eine Temperatur von 5OO C erwärmt wird, dann verbessert sich die Verruinde3?ung des Gasdurchsatzes nach einer
Saugdauor von 60 Sekunden von 12 l/roin auf 19 l/min, wie
die Kurve B in Figur 2 zeigt. Diese Verbesserung dürfte
auf die Oxydation des Rußes infolge der Wirkung des akti-

ven Mediums 25 mit entsprechender Verminderung d.es am Ru3-sammclfilter y\- angecammolten Rußea zurück-suführcii sein«

Wird dan aktive Iiedium 25 auf eine Temperatur von 500° C
erwärmt und zwischen den mit einem gegenseitigen Abstand von 1 cm an^pordneten. Elektroden 22 uud 23 eine Gleichsparint).ng von 2.^-00 Volt aufrechterhalten, dann verbessert
sich der Gasdurchrats nach einer Saugdauer von 60 Sekunden

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auf 23 1/iain, wie die Kurve G in JTlgur 2 verdeutlicht« Diese Steigerung ist auf die Anwendung dex- Gleichspannung zwischen den Elektroden 22 und 23 zurückzuführen, jedoch wurde auf der als Kathode wirkenden Elektrode 23 Ruß gefunden. Es ist daher nicht sicher, ob dio Anwendung einer Gleichspannung zum feinen Aufbrechen des Rußes beiträgt und seine Oxydation durch das aktive Medium 25 fördert.

Wird jedoch das aktive Median 25 auf eine Temperatur von 5OO⁰ C erhitzt und zwischen den in einem gegenseitigen Abstand von 1 ein angeordneten Elektroden 22 und 23 eine Wechselspannung von 2.400 Volt mit einer 'frequenz von 60 Hz aufrechterhalten, dann erhöht sich gemäß der Kurve D in Pig¹ ir der Gasdurchsatz nach einer Saugdauer von 60 Sekunden auf 27 1/min, wobei keinerlei ßußablagerung auf beiden Elektroden 22 und 23 festgestellt vnirde. Die unterschiedlichen Durchsätze gemäß den Kurven B und D dürften auf die Wirkung der Wechselspannung zurückzuführen sein, welche den Ruß fein zerteilt und in ein Aerosol iHugevrandelt hat, so daß die Oxydation des Rußes durch, das aktive Medium 25 gefördert wurde und sich eine geringere Menge von Ruß am Ruß

ammelf ilter 3^- abgesetzt hat

Die zweite Ausführungsform geiaäß Eig. 3 weist einen Behälter 5 mit einem Einlaß 5I für rußhaltiges Gas und mit einem Auslaß 52 für Gas auf> ferner zwei Elektroden 61 und 62 im Behälter 5 auf der Seite des Einlasses 5I? einen nicht dargestellten Spannungsgenerator zur Beaufschlagung der Elektroden 61 und 62 mit einer Wechselspannung oder pulsierenden »Spannung und ein aktives Medium 7 im Behälter 5 auf der Seite des Auslasses 52 zur Rußoxydation.

Der Behälter 5 aus Stahl ist als Rohr mit einem Durchmesser von etwa 8 cm und einer Länge von etwa 30 cm ausgebil-

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det und weist einen vorderen Bereich 53? einen mittleren Bereich 54 und einen rückwärtigen Bored cn 55 ^uf« Der vordere Bereich 53 ist an einem Ende Bait dem Einlaß ^VA vorsehen and. umschließt die beiden Elektroden 51 -und 62* Im mittlo.eon Boreich 54- ist das aktive Medium 7 untergebracht„ Der x-üekHär~ tige Boreich 55 weist den Auslaß 52 auf. Der vordere Bereich 53 und der mittlere Bereich y-V sind durch einen Beferjtigungsring 5S sus Metall miteinander verbunden, der mittlere Bereich 5'^;i- und der rückwärtige Bereich 55 durch einen Bei'osti-gungsring 57 aus Metall.

Die Elektrode 61 ist von einem rohrförmigen Metallnetz mit einem Dui'chiaecsGr geringfügig !deiner als der Innendurchmesser des vorderen Bereichs 53 dos Behälters 5 göbild&t und im vorderen Eoreich 53 koaxial dazu angeordnet. Die Elektrode 62 ist von einer Metallstange gebildet, welche entlang der Längsachse des vorderen Bereichs 53 angeordnet ist. Die rohrförmige Elektrode 61 ist an beiden Enden an der Innenvjandung dec vorderen Bereichs 53 des Behälters 5 durch keramische Isolatoren 63 und 64 befestigt, während die stangenförmige Elektrode 62 an der Imienwandung der rohrförmigen Elektrode 61 durch radiale keramische Isolatoren 65 und 66 befestigt ist. Die Elektroden 61 und 62 sind jeweils mit einem Kabel 67 bzw. 63 versehen., welches in einem rohrförmigen, keramischen Isolator eingeschlossen ist und sich aus dem vorderen Bereich 53 heraus erstreckt_s um zu der ziigehörigen Ausgangsklemme des nicht dargestellten Spanntmgsgenerators zu führen. Bei letzteres! kann es sich um einen üblichen Spannungsgenerator· handeln» Bei d.er Ausführungsform gemäß Figur 3 besteht der Spannimgsgenera-

JO tor aus der Kombination eines Neontransformators, eines Autotransformators und einer VollweggleichrichterSchaltung»

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Das aktive Medium 7 veist Kugeln oder Perlen aus einem Katalysator 71 sowie ein spiralforaigos elektrischen HeiaeleiGent 72 als VJäiVKi-quolle auf und ist in einer Kammer· nntergebrachtbelebe voia ndttleren Bereich. |>4 des Behälters 5 'and »wei an dessen "beiden Enden vorgesehenen Mctali gittern 7^ W-^. 74 'begrenzt wird- Der K&talysato:e 7I bestellt aus Vanadiiixioxyd, welches auf körnigeii. Zirkono^/d gelagei-b ist»

Den Einlaß ^rf\ del¹ AuGführimfrcform nacl? iö.gur 3 v:ardß ein rußhaltiges Gas 2ugefül.i.t-t ₅ vielchec aus dein i^uBbildcndon Teil Ί gemäß 3?iß. 1 stammt?·. Zv/isclien don mit einem gegenseitigen A¹OGtand von 1 cm angeordneten Elektroden 61 und 62 vrarclo eine V/echselr;pr.nnung von 2,400 Volt mit einer Preernenn von 60 Hs aufrechterhalten, xmö. das elektrische liGiselemerafc 72 für - das aktive Hoditun 7 vrurde auf eine !temperatur von 500° C cr~ wärmt, uiB. don ßuß zu "behändeIn„ Aus dem Auslaß ^c}2 ging ein tatsächlich farbloses Gas ab.

Die Erfindxing ist insbesondere bei Dieselmotoren anv;sncLhar, wie Eigur 4 veranschaulicht. 3Ji:aiach ist ein Dieselmotor 101 für landvfirtκchaftIiehe Zwecj'e mit einem Hubraum von 269 ml mit einer Vorrichtung 102 zur Vex^mindcrung des Ilaßcs ver sehen, Vielehe in einem Abstand von JOO ma vom Auspufi'lianal des Dieselmotors 101 angeordnet ist. V7eiterhin ist ein Sammelrohr I03 i:ua Sainaoln und Analvsioren der von der Voi'rich tung 102 be.}iaijdelten Abgase vorgesehen, welches eine Saramel vorrichtung 13Ί zur Eauclmessimg, einen I?«ßsamiaa3filter 1J;2₅ einen Gesasitduit'chfluBr^cooor 133 und eine Säugpumpe 134 aufweist, im die Vorrichtung 102 zur Verminderung des Jtußes ist ein Hochspannungsgenerator 104 angeschlossen.

Gemäß Figur 5 weist die Vorrichtung 102 ?aiv Rußvermimlerung einen äußeren Zylinder 121, einen damit verschraubten Blind flansch 122 zum Verf.-chließen des einen Endes des Zylinders

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121, einen. Abgaseinlaß 123, welcher sich neben dem Blindflansch 122 senkrecht zur Längsachse des Zylinders 121 erstreckt, eine mittlere, stangenförmige Elektrode 124-, welche in einer mittleren Bohrung des Blindflansches 122 mittels eines Isolators 1241 angeordnet ist, und einen Abgasauslaß 125 an. dem dem Blindflansch 122 abgewandten Ende des Zylinders 121 auf. Letzterer dient als Elektrode, wobei eine Wechselspannung oder pulsierende Spannung zwischen der mittleren Elektrode 124 und dem äußeren Zylinder 121 aufrechterhalten wird. Um ein Verschmutzen der mittleren Elektrode 124-durch BnR zu verhindern, wird Luft von außen mit einem Durchsatz von 50 l/min um den Umfang des Isolators 124-1 herum in den Zylinder 121 geblasen.

Der Dieselmotor 101 vrarde mit einer Drehzahl von 2.000 U/ min betrieben, und seine Abgase wurden in die Vorrichtung 102 zur Rußverminderung mit einem Durchsatz von 269 l/min eingeführt. Mit dem erwähnten Durchsatz von 50 l/min an Luft zur Verhinderung von Elektrodenverschmutzung lag also der Gasge sajjitdurchsatz des Zylinders 121 bei 319 l/min. Die Abgase hatten eine Temperatur von 185° C.

Unter diesen Bedingungen wurden die Abgase analysiert, und zwar für zwei verschiedene Falle, nämlich einmal beim Aufrechterhalten einer Wechselspannung von 20 Kilovolt mit einer Frequenz von 250 Hz zwischen den mit einem gegenseitigSEL Abstand von 3 cm angeordneten Elektroden 121 sowie 124- und zum anderen beim Betrieb ohne Spanmuigsbeaufschlagung. Der als Elektrode wirkende, äußere Zylinder 121 war geerdet. Im Falle des Betriebes ohne Aufrechterhaltung einer Spannung zwischen den Elektroden 121 und 124- wurde für die Abgase eine mittlere Bosch-Konzentration von 1,15 festgestellt und ein Gehalt von 4-, 54- mg an Ruß oder körniger Substanz insgesamt für 12 1 Abgase, welcher sich aus 1,4-2 mg an unver-

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branntem Kohlenstoff und 3,12 ng an öl zusammensetzte. Demgegenüber lag bei Anwendung der Wechselspannung die mittlere Bosch-Konzentration der Abgase oei 0,55 "und der gesamte Kußgehalt bei 2,76 mg, v/elcher sich aus 1,24 mg an unverbrannten! Kohlenstoff und 1,52 mg an Öl zusammensetzte.

Dieses bedeutet, daß die Anwendung der Wechselspannung die die Rauchkonzentration angebende Bosch-Konzentration um etwa 50 % und den Rußgosamtgehalt um etwa 39 % vermindern konnte. Diese Ergebnisse zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung rußvermindernde Wirkungen haben und den Rußcharakter zu verändern vermögen. In diesem Zusammenhang bedeutet die Bosch-Konzentration eine reflexionsartige Konzentration, welche die Rauch- oder Rußkonzentration in Abgasen angibt und gemäß dem Testverfahren D 1101 der japanischen Industrienorm ("Exhaust gas and smoke in a Diesel engine^t! von Kinji Tsujiniura, "Internal Combustion Engine¹¹, Band 113? Seiten 95 bis 104) gemessen wird.

Gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung wird die Vorrichtung zur Rußverminderung gemäß Figur 3 dazu verwendet, die Abgase eines Dieselmotors weiter zu reinigen. Bei dieser Ausführungsform v/erden die besagten Abgase dem Einlaß 51 zugeführt, wobei zwischen den mit einem gegenseitigen Abstand von 3 cm angeordneten Elektroden 61 und 62 eine Wechselspannung von 20 Kilovolt mit einer !Frequenz von 250 Hz aufrechterhalten und das elektrische Heizelement 72 für das aktive Medium 7 auf eine Temperatur von 500° C erwärmt wird, so daß der Ruß behandelt wird und farblose Gase aus dem Auslaß 52 abgehen.

Das Gehäuse oder der Behälter der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht auf das geschilderte Material und die erwähnte

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Gestalt beschränkt. Beispielsweise kann ein üteil eines "bereits vorhandenen Zug- oder Feuerrohres bzw. -kanals als Behälter verwendet werden. Die geschilderten und dargestellten Elektroden können durch zwei parallele Platten oder Fet™ ze aus Metall oder verschiedene andere Formen von Elektroden ersetzt werden. Der Behälter selbst kann als eine der Elektroden verwendet werden, wenn er aus elektrisch leitendem Material hergestellt wird. Das aktive Medium kann ebenfalls verschiedene Formen eines Oxydationskatalysators mit einer bienenxtfabenartigen oder anderen Struktur umfassen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Verminderung von Ruß kann zur Behandlung der Abgase von Dieselmotoren, des Rauches von Öfen und der von verschiedenen Arten von Brennkammern, erzeugten Gase verwendet werden. Ss sind verschiedene Gestalten und Abmessungen der Vorrichtung möglich, welche entsprechend den in der Zeiteinheit erzeugten Abgas- und Rußmengen sowie der Abgastemperatur zu wählen sind.

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Claims

BLUMBACH · WESER · BERGEN · KRAMER

ZW! RNER· HOFFMANN .

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Palenlconsull Raclockeströße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/863604 Telex 05-212313 Telegramme Palentconsult Pnlcntcorisuü Sonnenbsrgor StraCe 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/56199S Telex 0-1-186237 Telegramme Paientconsull

KABUSHIKI KAISHA TOYOTA CHUO KENKYUSHO 41-1, Aza Yokomichi, Oaza Nagakute, Nagakutecho, Aichi-gun, Aichi-ken, Japan 80/8769

Oe

Ansprüche

. 1. Verfahren zur Verminderung des Rußes in rußhaltigen Gasen, insbesondere in den Abgasen von Dieselmotoren, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase in einen Behälter (31; 5» 121) eingeführt, mit einer Wechselspannung oder einer pulsierenden Spannung beaufschlagt und aus dem Behälter (315 5> 121) ausströmen gelassen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Gase im Behälter (31 j 5 5 121) mit einer Wechselspannung oder einer pulsierenden Spannung zwischen etwa 100 und etwa 10 000 1/cm beaufschlagt werden, deren I'requenz bei wenigstens 10 Hz liegt.
3- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennze i chne t, daß die Gase mit einem aktiven Medium (25; 7) zur Oxydation des Rußes in Berührung gebracht werden.
4-, Verfahren nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η zeichnet, daß das aktive Medium (25; 7) ein Heizelement (72) und/oder einen Oxydationskatalysator (71) umfaßt.

'München: R. Kramer Dtpl.-!ng. . W. Weser Dipi.-Phys. Dr. rer. rmt. · E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Biumbadi Dip!.-Ing. . P. Eiergsn Prof, Di. jur.DipL-lng., Paf.-Asr-, Pat.-Ατ.ν.bis 1979 · G. Zvvirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.

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5. Verialiren nach Anspruch 4, dadurch g e Ic e η η zeichnet, daß die Gase im Behälter (3'I; 5; "121) mit einer Wechselspannung oder einer pulsierenden Spannung von 2 400 V/cm und mit einer !Frequenz von GQ Ez beaufschlagt werden.
6. Verfahren nach Anspruch. 5> dadurch g e k e η η zeichnet, daß das aktive Medium (25; 7) auf eine Temperatur von 500° C erhitzt wird.
7· Vorrichtung zur Verminderung des Rußes in rußlialtigen Gasen, insbesondere in den Abgasen von Dieselmotoren, gekennzeichnet durch einen Behälter (31; 5; 121) mit einem Einlaß (51; 123) und einem Auslaß (33 "bzw. 42; 52; 125) für die Gase, wenigstens ein Paar von einlaßseitig im Behälter (31; 5; 121) angeordneten Elektroden (22 und 23; 61 und 62; 121 und 124) und einen Spannungsgenerator (104) zur Beaufschlagung der Elektroden (22 und 23; 61 und. 62; 121 und 124) mit einer Vfecnselspannung oder einer pulsierenden Spannung.
8, Vorrichtung nach Anspruch. 7 5 dadurch. g e k e η η zeichnet, daß eine erste, zylindrische Elektrode (22; 61; 121) und eine zweite, stangenförmige Elektrode (23; 62; 124) vorgesehen sind, xtfobei die zweite Elektrode (23; 62; 124) koaxial zur ersten Elektrode (22; 61; 121) angeordnet ist.
9· Vorrichtung nach Anspruch 7> dadurch. gekennzeichnet, daß die "beiden Elektroden (22 und 23; 61 und 62; 121 und 124) von zwei parallelen Platten oder Wetzen aus Metall gebildet sind.

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10. Vorrichtimg nach einem der Ansprüche 7 "bis 9> dadurch gekennze i chne t, daß im Behälter (3¹ ; 5; 121) auslaßseitig ein aktives Medium (25; 7) zur Oxydation des Rußes angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das aktive Medium (25; 7) ein elektrisches Heizelement (72) und/oder einen Oxydationskatalysator (71) umfaßt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ernte Elektrode (22) von einem zylindrischen Metallnetz und die zweite Elektrode (23) von einer Stange aus rostfreiem Stahl gebildet ist, und daß das aktive Medium (25) aus einem Draht aus einer Kanthal-Legierung sowie einem Oxydationskatalysator aus Vanadiumoxyd und Zirlconerde besteht, welche an einem Netz aus rostfreiem Stahl befestigt sind (iⁿig„ 1).
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 in Verbindimg mit Anspruch 8, dadurch gekennze ichnet, daß der Behälter (5) von einem Stahlrohr, die erste Elektrode (61) von einem rohrförmigen Metallnetz und die zweite Elektrode (62) von einer Metallstange gebildet ist, und daß das aktive Medium (7) ein spiralförmiges elektrisches Heizelement (72) sowie Kugeln oder Perlen eines Oxydationskatalysators (71) bestehend aus Vanadiumoxyd auf körnigem Zirkoiioxyd umfaßt (Fig. 3)·

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