DE3141156A1 - Verfahren und vorrichtung zum entfernen von festen bestandteilen und aerosolen, insbesondere von russbestandteilen aus dem abgas von brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum entfernen von festen bestandteilen und aerosolen, insbesondere von russbestandteilen aus dem abgas von brennkraftmaschinen

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Description

ι -r ι
11741t
17.9;1981 Wt/Le
ROBEHT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart 1
Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von festen Bestandteilen und Aerosolen, insbesondere von Rußbestandteilen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren naeh der Gattung des Hauptanspruchs.
Bei Entstaubungsanlagen, z. B. für Kraftwerke, ist es bekannt, den Staub durch ein elektrostatisches Feld zu leiten, so daß der Staub elektrisch aufgeladen wird. Auf den elektrischen Feldplatten (Abscheideflächen) wird der aufgeladene Staub gesammelt. Die.Filterteile, die die Abscheideflächen bilden, Herden nach bestimmter Zeit ausgewechselt oder der Staub wird durch mechanische Kräfte, z. B. durch ein Rüttelsystem von der Abscheidefläche entfernt und in einem Auffangbehälter gesammelt. Diese Anlagen haben den Nachteil, daß sie ein großes Bauvolumen haben, so daß sie nur bei stationären Anla'gen und nicht im Kraftfahrzeug verwendet werden können. . ·
Weiterhin ist aus der deutschen Patentanmeldung 30 U.3 070,9 ein Verfahren zur Entfernung von festen Bestandteilen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen beschrieben,, "bei dem mit Hilfe einer geeigneten Trenneinrichtung aus dem Hauptabgas-V _ strom der Brennkraftmaschine zwei Teilströme erzeugt werden, Ton denen der eine mit festen Bestandteilen angereichert und der andere von festen. Bestandteilen weitgehendste befreit ist« Die bei dem Verfahren verwendete Trenneinrichtung arbeitet auf dem Wirkprinzip von Wirbelabscheidern. .Die Verwendung von Wirbelabscheidern hat den Nachteil9 daß bei niederen Strömungsgeschwindigkeiten das Abgas nicht aus-· reichend von Rußbestandteilen befreit wird.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hautpanspruchs und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der Nebenansprüche 2 und 6 haben demgegenüber den Vorteil, daß durch die Kombination des elektrostatischen Abscheiders mit mechanischen Abscheidern das Bauvolumen der Vorrichtung sehr klein gemacht werden kann. Die Rußbestandteile werden sowohl bei großen Strömungsgeschwindigkeiten als auch bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten sehr gut abgeschieden. Weiterhin ist von Vorteil, daß Aerosole mit abgeschieden werden3 da sie sich auf den Abscheideflächen mit den Rußbestandteilen mischen. Dadurch wird .Blaurauch und Weißrauch mit abgeschieden.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß mit Hilfe der durch die sägezahnförmigen Sprühscheiben erzeugte Koronaentladung der Abscheidegrad gesteigert wird.
— G-
Zeiehnung
Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel, Figur 2 zwei Möglichkeiten für die Ausbildung der Sprühscheiben, Figur 3 einen Schnitt durch die Längsachse des -. zweiten Ausführungsbeispiels und Figur k einen Schnitt, längs der Schnittlinie I-I entsprechend Figur 3.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 sind mehrere rohrförmige Gehäuse 1 zu parallelen Bündeln angeordnet. An jedem rohrförmigen Gehäuse 1 liegt der positive Pol einer nicht dargestellten Gleiehspannungsq.uelle an, wobei die Gehäuse ί geerdet sind. Die Innenwand der Gehäuse 1 bilden die Abscheideflächen 2. Zentrisch zur Längsachse des Gehäuses 1. sind mehrere Sprühscheiben 3 untereinander angeordnet, die über Zuleitungen k mit dem negativen Pol der nicht dargestellten Gleichspannungsq.uelle verbunden werden. Die Sprühscheiben 3 weisen Spitzen- auf, sie können z, B, sägezahnförmig ausgebildet sein. Zwei AusführungS' beispiele der Sprühscheiben 3 sind in der Figur 2 gezeigt, wobei mit 20 eine Koronaentladung an den Spitzen angedeutet ist. .
Das zu reinigende Abgas wird mit den Pfeilen 5 bezeichnet und wird in das eine Ende der rohrförmigen Gehäuse 1 eingeleitet. Das andere Ende der rohrförmigen Gehäuse 1 geht in ein Verbindungsrohr β über, an das der mechanische Abscheider 7 anschließt. Als mechanischer Abscheider 7 können z. B. Fliehkraft- oder .Prallabscheider verwendet werden. Der mechanische Abscheider 7 weist einen ersten Auslaß 8 für gereinigtes Abgas .und einen zweiten Auslaß· 9 für mit Rußbestandteilen angereichertes Abgas auf.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist folgende: Das zu reinigende Abgas wird in die rohrförmigen Gehäuse 1 eingeleitet. Zwischen Abscheidefläche 2 und Sprühscheiben liegt das elektrostatische Feld, wobei durch die Vielzahl der negativ geladenen Sprühscheiben 3 gegenüber· der positiven Abscheidefläche 2 eine negative virtuelle Feldfläche erzeugt wird. Der zu reinigende Abgasstrom' wird zwischen Abscheidefläche 2 und Sprühscheiben 3 hindurchgeleitet. Die mitgeführten Rußbestandteile laden sich dabei zum weitaus überwiegenden Teil negativ auf und wandern infolgedessen zur positiven Abscheidefläche 2» Dort geben sie ihre Ladung ab. Zur Aufladung der Rußbesta,ndteile und Aerosole trägt in hohem Maße die Stoßionisation bei, An den Spitzen auf den Sprühscheiben bildet sich eine leuchtende Glimmhaut, die sogenannte Korona aus, die zur Koronaentladung führt. Die aus den Sprühscheiben 3 austretenden Elektronen werden wegen des dort herrschenden besonders starken Elektrischen Feldes hoch beschleunigt. Diese Primärelektronen erzeugen beim Zusammenstoß mit neutralen Gasmolekülen Sekundärelektronen und -ionen. Ein Teil der durch Stoßionisation gebildeten Elektronen lagern sich an den Rußbestandteilen und Aerosole, an, die dabei negativ aufgeladen und so veranlaßt werden, sich auf der positiven Abscheidefläche 2 abzusetzen. Die Rußbestandteile und Aerosole bilden eine Rußschicht 10 auf den Abscheideflächen 2, die ständig anwächst. Bei einer gewissen Dicke, die über die Rauhtiefe der Abscheideflächen 2. oder durch deren Ausbildung als Gitterstruktur bestimmt werden kann, springt die Schicht 10 flächig ab und es werden größere Rußflocken 11 gebildet. Das Abplatzen der Rußschicht JQ kann auch durch eine Rüttel- oder Blaseeinrichtung gesteuert werden. Die Rußflocken 11
■»■andern über das Verbindungsrohr 6 in den mechanischen Abscheider 7» in dem sie in bekannter Feise rom Abgas getrennt werden. Über den ersten Auslaß 8 gelangt das gereinigte Abgas ins Freie, während das mit Rußflocken angereicherte Abgas über die zur Abgasverbesserung ohnehin notwendige Abgasrückführung der Brennkraftmaschine zur Verbrennung wieder zugeführt wird. Die Rußflocken können aber auch in speziellen Tanks gesammelt werden.
Die Rußbestandteile im Abgas lagern sich wie oben beschrieben vorwiegend an der Abscheideflache 2 ab. Es ist aber auch möglich, daß sich gegenpolig geladene Teilchen auf den Spitzen der Sprühscheiben 3 niederschlagen. Dies muß unter allen Umständen verhindert werden, da sonst eine erhebliche Schwächung der Koronaentladung eintritt und somit die Abscheiderrate des elektrischen Filters sinkt. Daher werden die Sprühscheiben 3 in der Weise ausgeführt, daß die Spitzen, durch Fahrzeugerschütterungen und/oder Gaspulsationen angeregt, schwingen.können und dabei die Ablagerungen abschütteln. Zu diesem Zweck sind die Sprühscheiben 3 sehr dünn ausgeführt, z, B* nur 0,05 Millimeter und nur im Mittelpunkt' eingespannt.
In den Figuren 3 und k ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem das elektrische Filter und der mechanische Absscheider ineinander integriert sind. Als mechanischer Abscheider wird hier eine Wirbelkammer verwendet» Die Wirbelkammer 15 besteht aus einem, zylindrischen Rohr 12 in das tangential die das zu reinigende Abgas zuführende Zuleitung 13 eintritt, koaxial zu dem zylindrischen Rohr 12 liegt in dessen Innenraum ein Lochblechzylinder 1h, der auf seinem Umfang-mehrere untereinander liegende Sprühscheiben 3 trägt. An der Stirnseite der Wirbelkammer 15 ist ein koaxial verlaufendes Tauchrohr 16" ange- ·
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ordnets das in der Mitte der Wirbelkammer 15 und des Lochblechzylinders ik offen endet. An den Stirnseiten des zylindrischen Rohrs J 2 ist jeweils ein Auslaß J7 für mit Rußflocken angereichertes Abgas vorgesehen, Yor den Auslassen 17 ist mit Abstand 'jeweils eine Blende J 8 angeordnet, die einen Teil der Stirnflächen abdecken. Der Lochblechzylinder 1k und damit die auf ihm angeordneten Sprühscheiben 3 sind über elektrische Zuleitungen 19 mit dem einen PqI einer nicht dargestellten Gleichspannungsquelle und das zylindrische Rohr 3 2 mit dem anderen Pol der Gleichspannungsq/uelle yerbunden,
Über die Zuleitung J 3 gelangt das zu· reinigende Ab- ·· gas in die Wirbelkammer .15. Entsprechend der Anordnung nach Figur 1 werden die Rußbestandteile und die Aerosole in dem elektrostatischen Feld zwischen zylindrischem Rohr und Sprühscheiben 3 aufgelad.en und setzen sich auf der Innenseite des zylindrischen Rohrs 129 das die Abscheide— fläche 2 bildets ab, Erreicht die Rußschicht auf der Abscheidefläche 2 eine gewisse Dicke, platzt sie ab3 wobei sich größere Rußflocken ergeben, Auf diese Rußflocken wirken wegen der um die Mittelachse der Wirbelkammer rotierenden. Strömung Fliehkräftes die die Rußflocken zunächst an die Wa,nd des zylindrischen Rohrs 32 und von dort einer Grenzschicht einer Sekundärströmung folgend die Wand entlang treibens wobei der überwiegende Teil der Rußflocken zwischen Blenden 18 und zylindrischem Rohr 3 2 zum Auslaß J7 geführt wird und der restliche Teil an den Blenden J8 entlang zum Zentrum geleitet wird, Das gereinigte Abgas gelangt über das Tauchrohr · l6 in Freie, Durch die Koronaentlandung entsteht der sogenannte elektrische Winds der die Fliehkraft und die Bildung der Sekundärströmung unterstützt, Die Auslässe 17 für das mit Ruß angereicherte Abgas können wie im ersten Ausführungsbeispiel mit der Abgasrückführung verbunden sein.

Claims (1)

17-9.1981 Wt/Le
ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1
Ansprüche
1. Verfahren zum Entfernen von festen Bestandteilen und Aerosolen, insbesondere von Rußbestandteilen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen durch Beeinflussung der Bewegung der festen Bestandteile mittels elektrostatischer Felder, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Bestandteile und Aerosole durch eine Koronaentladung aufgeladen ■werden und· sich auf mindestens einer Abscheidefläche festsetzen und daß das Gemisch aus festen Bestandteilen und Aerosolen in großen Flocken bzw. als größere Teilchen wieder gelöst werden, die anschließend in einem mechanischen Abscheider von Abgas getrennt werden.
2, Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des elektrostatischen Feldes die Abscheidefläche (2), als erste Elektrode ausgebildet ist, der mindestens eine mit Spitzen versehene, als zweite Elektrode ausgebildete, Sprühscheibe (3) gegenüberliegt, daß die das zu reinigende
314
• Abgas führende Zuleitung (5) in den Raum zwischen Sprühscheibe
(3) und Abscheidef äche (2) führt,' der mit einem mechanischen Abscheider (7) verbunden ist, wobei dieser einen ersten Auslaß (8) für gereinigtes Abgas und einen zweiten Auslaß (9) für mit festen Bestandteilen und Aerosolen angereichertes
t Abgas aufweist. ■ "
3« Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abscheidefläche (2) durch ein rohrförmriges Gehäuse (1) gebildet wird, in das mittig die mindestens eine Sprühscheibe (3) eingesetzt ist, daß die das zu reinigende Ab-
t gas führende Zuleitung (5) in das eine Ende des rohrförmigen
Gehäuses (1) führt und mechanische Abscheider (7) mit dem anderen Ende des rohrförmigen Gehäuses-(1) verbunden ist.
k. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sprühscheiben.(3) untereinander angeordnet sind, die jeweils im Mittelpunkt eingespannt sind.
5, Vorrichtung.nach einem der-Ansprüche 2 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere rohrömige Gehäuse (1) mit der jeweils mindestens einen, mittig eingesetzten Sprühscheibe (3) nebeneinander angeordnet sind.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wirbelkammer (15) vorgesehen ist, die über einen Teil ihres radialen Randbereichs mit einer tagential dort vorbeiführenden, das zu reinigende Abgas zuführenden Zuleitung 1A 13) verbunden ist, daß mittig ein Lochblechzylinder (11O angeordnet ists· der mindesens eine mit Spitzen versehene Sprühscheibe (3) trägt, wobei zwischen Lochblechzylinder (1U) und Wirbelkammerwand das elektrostatische Feld aufgebaut wird, daß aus dem Zentrum der Wirbelkammer (15) koaxial zur ihrer Achse mindestens eine Tauchrohr (16) zum Abführen des gereinigten Abgases führt, daß an einer Stirnfläche, vorzugsweise an beiden Stirnflächen der Wirbelkammer (15) jeweils ein Auslaß (1T) für mit festen Bestandteilen und Aerosolen angereichertes Gas vorgesehen ist, wobei vor diesen Auslässen (17) Blenden (18) angeordnet sind, die einen Teil er Stirnflächen abdecken*
7 * Vorrichtung nach Anspruch 6» dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Umfang des Lochblechzylinder (lU) mehrere Sprühseheiben (3) untereinander liegen.
8, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühscheiben (3) sägezahnförmig ausgebildet sind..
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