DE3314170C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Reinigen von Gasen entsprechend der Gattung des Hauptanspruchs.

Eine derartige Vor­ richtung ist durch die DE-OS 32 38 793 bekannt. Dort ist der dem mechanischen Abscheider vorgeschaltete Raum in einem als Elektrode dienenden, stirnseitig geschlossenen Metallzylinder vorgesehen, dessen Enden mit einer Abgaseintrittsleitung bzw. Abgasaustritts­ leitung versehen sind und der in seiner Längsachse eine hohl­ zylindrische Mittelelektrode aufweist, zwischen der und dem Metall­ zylinder das statische Spannungsfeld gebildet wird. Dieses liegt dort quer zur Gasströmungsrichtung.

Bei diesem Stand der Technik bietet der Durchflußquerschnitt durch den Metallzylinder dem Gasstrom kaum einen Widerstand, so daß eine Aufladung der im Gasstrom enthaltenen leitfähigen Teilchen haupt­ sächlich durch den Einfluß des statischen Spannungsfeldes bewirkt wird. Dabei werden auf dem Teilchen vorhandene Teilladungen polari­ siert mit dem Ziel, daß die Teilchen sich danach zu größeren Agglo­ meraten zusammenschließen, welche anschließend wirkungsvoll ausge­ schieden werden können. Es hängt jedoch von der Durchfluß­ geschwindigkeit, der Stärke des Spannungsfeldes und dem Durch­ strömquerschnitt durch den Metallzylinder ab, in welchem Maße eine Polarisierung der Teilchen mit anschließender Agglomeration erfolgt. Aufgrund des ungebremsten Durchtritts ist es möglich, daß diese Funktion nicht in ausreichendem Maße wirksam ist.

Es ist weiterhin durch die FR-PS 7 66 263 eine Vorrichtung zur Ionisation von Gasen bekannt, bei der mehrere Siebplatten parallel zueinander in dem Austrittsquerschnitt einer Gasleitung angeordnet sind, die mit wechselnder Polarität geladen sind. Dabei bestehen die Siebplatten aus einem Material mit radioaktiven Eigenschaften, die durch angelegte Spannung aktiviert werden können. Zugleich können aber auch feste Bestandteile, die im Gas vorhanden sind, mit den Siebplatten ausgefiltert werden. Der sich auf diese Filterung beschränkende Reinigungseffekt bedingt, daß die Siebplatten in regelmäßigen Abständen ausgebaut und gereinigt werden müssen. Dies ist sehr aufwendig und erlaubt insbesondere keinen kontinuierlichen Betrieb, wie er bei Verwendung von Abgasreinigungsvorrichtungen für Kraftfahrzeuge gefordert wird, da die Speicherfähigkeit der Sieb­ platten zu gering ist.

Durch die FR-PS 5 34 081 ist eine Vorrichtung zum Reinigen von Gasen bekannt, bei der am Eintritt von mit leitfähigen Partikeln beladenen Gasen in einen Raum ein quer zur Strömungsrichtung gestelltes, auf ein bestimmten Spannungsniveau gebrachtes Gitter vorgesehen ist. Beim Durchtritt des Gases durch dieses Gitter werden die Partikel durch Berührung am Gitter aufgeladen. Danach wird der Gasstrom viel­ fach um wenigstens jeweils 90° umgelenkt. Dabei sollen die aufge­ ladenen Partikel sich an den den Gasstrom lenkenden, auf Gegen­ potential gebrachten Wänden ablagern. Die Wände werden demzufolge von dichten Ablagerungen bedeckt, die dann in unregelmäßigen Ab­ ständen abplatzen und unter Einfluß von Schwerkraft in einen Auf­ fangbehälter fallen. Die Einrichtung weist aufgrund der vielfachen Umlenkungen eine erhebliche Baugröße auf und es besteht die Gefahr, daß aufgrund der Ablagerungen die Wirksamkeit der Wände als Abla­ gerungselektrode verringert wird. Dies wird dadurch begünstigt, daß die Wände hauptsächlich parallel zur Strömungsrichtung der Gase liegen, so daß sich die Ablagerungen in laminaren Strömungsbereichen der Gasströmung befinden und von der Strömung selbst nicht wirksam wieder abgetragen werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, die eingangs genannte Vorrichtung bezüglich der Wirksamkeit der Reinigung der Abgase zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Lösung hat dabei den Vorteil, daß die Agglo­ merate, das heißt, die angelagerten Rußteilchen, von der zweiten Elektrode durch die Kräfte der Gasströmung ablösbar sind. Dies wird dadurch erreicht, daß einerseits eine ausreichend hohe Gasströmung in der Abscheidevorrichtung aufrechterhalten wird und daß die zweite Elektrode aus strömungstechnisch gut zugänglichen Teilflächen mit einer Vielzahl von Durchbrüchen ausgebildet ist, und die zweite Elektrode mit diesen Flächen senkrecht angeströmt wird.

Weiterhin wird eine besonders große Oberfläche der ersten Elektrode erzielt, mit der ein Auftreffen aller abzuscheidenden Partikel auf die Elektrode gewährleistet ist. Dennoch wird der Gasstrom nicht übermäßig behindert und die aufgeladenen Partikeln gelangen auf geradlinigem Wege direkt zur zweiten Elektrode. Mit der erfindungs­ gemäßen Lösung können die Partikel kontinuierlich aus dem Abgas entfernt werden und in einem Sammelbehälter transportiert werden, was die Vorrichtung für die Verwendung bei Brennkraftmaschinen erlaubt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfol­ genden Beschreibung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In der Figur ist mit 10 das Gehäuse einer Abscheide­ vorrichtung für leitfähige Partikel aus Gasen bezeich­ net. Das Gehäuse 10 besitzt eine erste Stirnwand 11 aus isolierendem Material, vorzugsweise aus Keramik, welcher eine zweite Stirnwand 12 aus Metall gegenüberliegt. Ein zylindrischer Mantel 13 des Gehäuses 10 besteht eben­ falls aus Metall.

Eine erste Elektrode 14 wird gebildet aus einem Trichter 15 mit einem Rohransatz 16, welcher in der Stirnwand 11 isoliert gehalten ist. Der Trichter 15 und der Rohr­ ansatz 16 können wahlweise aus Metall oder Keramik be­ stehen. Im Trichter befindet sich Metallwolle 17 aus gepreßten Metalldrähten oder Metallspänen, welhe die eigentliche Elektrode bildet und mit dem positiven Pol einer Gleichspannungsquelle von 10 kV verbunden ist. Im Abstand zu der ersten Elektrode 14 ist eine zweite Elektrode 18 angeordnet, welche ebenfalls groß­ flächig ausgebildet ist und zusammen mit dem zylin­ drischen Mantel 13 des Gehäuses 10 auf Massepotential liegt. Die zweite Elektrode 18 ist derart ausgebildet, daß sie einerseits große Flächen zur Ablagerung der Par­ tikel besitzt, andererseits sollen die Flächen für die Gasströmung gut zugänglich sein, so daß die angelagerten Partikel möglichst ohne äußere Einwirkung allein durch die Gasströmung wieder ablösbar sind. In der Zeichnung sind ebene Flächenteile 19 angedeutet, welche die Oberfläche des querverlaufenden Mittelteils der zweiten Elektrode 18 vergrößern.

In Strömungsrichtung des durch Pfeile angedeuteten Gases schließt sich an die Zylinderwand 12 ein Auslaß 20 zu einem Fliehkraftabscheider 21 an, welcher in herkömm­ licher, bekannter Weise (Zyklon) gestaltet sein kann. In einem derartigen Fliehkraftabscheider 21 werden die grö­ ßeren Agglomerate durch Fliehkräfte abgesondert, welche in einer rotierenden Gasströmung auf die Agglomerate ein­ wirken. Das gereinigte Gas verläßt die Vorrichtung durch einen Reingas-Auslaß 22, die abgeschiedenen Partikel wer­ den getrennt vom Abgas durch einen Auslaß 23 abgesondert.

Die erfindungsgemäße Vor­ richtung hat sich insbesondere bewährt zum Reinigen von Abgasen von Dieselmotoren. In den Abgasen des Motors treten in großer Zahl feine, leitfähige, graphit­ artige Kohlestoffpartikel mit einem mittleren Durch­ messer von ca. 0,2 µm auf. Diese Rußpartikel werden einerseits als störend empfunden, andererseits zwin­ gen verschärfte gesetzgeberische Maßnahmen zur Ab­ scheidung der Partikel aus den Abgasen von Diesel­ motoren oder sonstigen Abgasen fossiler Brennstoffe. Die abzuscheidenden Partikel liegen in den Gasen über­ wiegend in elektrisch neutraler Form vor. Durch die Erfindung wird es nun mit minimaler Zufuhr an elek­ trischer Energie ermöglicht, daß die ungeladenen Partikel im Gasstrom zu größeren Agglomeraten vereint werden, welche sich in einem nachgeschalteten mecha­ nischen Verfahren einfach abscheiden lassen. Hierzu werden die zu reinigenden Gase nah dem Eintritt über den Rohransatz 16 im Trichter 15 über die großflächige erste Elektrode aus Metallwolle 17 geleitet. Der über­ wiegende Teil der Partikel kommt dabei in wiederholten kurzzeitigen Kontakt mit der Elektrodenoberfläche, wobei die Teilchen aufgeladen werden. Die Partikel geben dabei Elektronen an die positiv geladene erste Elektrode 14 ab und werden dabei zu positiven Ionen, welche sich auf die negativ vorgespannte zweite Elek­ trode 18 zubewegen und zunächst auf dieser nieder­ schlagen. Die Anordnung ist räumlich so gestaltet, daß sich bei einer angelegten Gleihspannung von 10 kV eine Feldstärke von ca 5 kV/cm ergibt, also eine Feld­ stärke unterhalb der Ionisierungsfeldstärke. Da prak­ tisch keine Koronaentladung auftritt fließt in der Anlage nur ein sehr geringer Strom, so daß die Abscheidung der Partikel nahezu leistungslos erfolgt.

Die Aufladung der Partikel im Gasstrom erfolgt an der ersten Elektrode selektiv, d. h. es werden nur die leit­ fähigen Partikel, also insbesondere Rußpartikel in den Abgasen fossiler Brennstoffe, aufgeladen, während elek­ trisch nicht leitfähige Partikel die Anlage passieren können, wenn sie nicht aufgrund ihrer Masse in dem Fliehkraftabscheider 21 abgeschieden werden.

Nach dem Aufladeprozeß der Partikel an der ersten Elektrode 14 wird der Gasstrom über die zweite, negativ geladene Elektrode 18 geleitet. Die geladenen Partikel schlagen sich auf der zweiten Elektrode 18 zunächst nieder, aufgrund der großen Strömungsgeschwindigkeit der Gase platzen jedoch bald größere Agglomerate von der zweiten Elektrode 18 wieder ab und werden in dem nachgeschalteten Fliehkraftabscheider 21 mechanisch aufgrund ihrer Masse abgeschieden.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum Reinigen von Gasen von leitfähigen Partikeln, insbesondere zum Reinigen von Abgasen fossiler Brennstoffe, vorzugs­ weise von selbstzündenden Brennkraftmaschinen mit einem vom Gas durchströmten, einem mechanischen Abscheider (21) für Partikel vor­ geschalteten Raum (10), der eine erste Elektrode (14, 15, 17) und eine zweite Elektrode (18, 19) aufweist, die mit einer Gleich­ spannungsquelle verbunden sind, durch welche zwischen den Elektroden ein statisches Spannungsfeld gebildet wird, dessen Feldstärke unter­ halb der Ionisierungsfeldstärke liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in Gasströmungsrichtung hintereinandergeschaltet sind, daß die erste Elektrode quer zum Gasstrom angeordnet aus einer Packung aus gepreßten Metalldrähten oder Metallspänen (17) besteht, die einen sich in Richtung der Gasströmung öffnenden gegenüber dem Gehäuse (10) der Vorrichtung isoliert angeordneten Trichter (15) ausfüllen und die zweite Elektrode (18) sich über den Durchström­ querschnitt des Raumes erstreckend eine Vielzahl von ebenen und Durchlaßöffnungen aufweisenden mit wechselnder Neigung zum Gasstrom verlaufende Abscheideflächen (19) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweiten Elektrode (18) als mechanischer Abscheider ein Fliehkraftab­ scheider (21) nachgeordnet ist.