DE3324886A1

DE3324886A1 - Vorrichtung zum reinigen von gasen

Info

Publication number: DE3324886A1
Application number: DE19833324886
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl.-Phys. Dr. 7031 Aidlingen Artmann; Dieter 7250 Leonberg Karr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-07-09
Filing date: 1983-07-09
Publication date: 1985-01-17

Description

Vorrichtung zum Reinigen
von Gasen Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Reinigen von Gasen entsprechend der Gattung des Hauptanspruches.
Aus der DE-OS 31 41 156 ist eine Vorrichtung zum Entfernen insbesondere von Rußbestandteilen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen bekannt. Dort werden die abzuscheidenden Teilchen oder Tröpfchen in einem elektrostatischen Feld aufgeladen, daß zwischen einer als Abscheide fläche ausgebildeten Elektrode und als Sprühscheiben ausgebildeten Elektroden aufgebaut wird. Hierbei treten Ionisationserscheinungen auf, die entstandenen Ladungen heften sich an die Partikel im Gasstrom, so daß Kräfte auf die Partikel ausgeübt werden, welche zur Ablagerung an einer Abscheidefläcne waren.
Die sich zunächst festsetzenden Teilchen und Tröpfchen werden dann in größeren Flocken von der Abscheidefläche wieder abgelöst und anschließend in einem mechanischen Abscheider vom Gasstrom getrennt. Eine derartige Anordnung ist in aparativer Hinsicht relativ aufwendig und es tritt ein beachtlicher Energieverbrauch durch die zur Ionisation benötigte elektrische Energie auf.
Weiterhin ist bei dieser bekannten Anordnung kein tatsächlich kontinuierlicher Betrieb gegeben, weil die an den Wandungen der elektrostatischen Abscheideanordnung entstehenden Niederschläge zunächst wiederum abgelöst werden müssen, bevor sie in einem angescilosseoen mechanischen Trennverfahren endgültig eliminiert werden können.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß mit geringem elektrischen und apparativen Aufwand ein kontinuierlicher Arbeitsprozeß ermöglicht wird.
Ein separater nachgeschalteter mechanischer Abscheider kann entfallen, da die aus dem Gasstrom abgesonderte Partikel und/oder Agglomerate in der Durchführungsvorrichtung selbst eliminiert werden. Bei vielen Anwendungen läßt sich eine besonders einfache Beseitigung der abgeschiedenen Partikel und/oder Agglomerate dadurch erreichen, daß diese nochmals in den Verbrennungsraum zurückgeführt werden und dort endgültig verbrannt werden.
Als besonders vorteilhaft hat es sich bewährt, wenn in dem Hohlleiter eine weitere Saugelektrode angeordnet ist, welche auf höherem elektrischen Potential als der Hohlleiter liegt. Hierdurch werden die unter dem Einfluß des äußeren elektrischen Feldes (El) elektrisch aufgeladenen Partikel praktisch vollständig in den Hohlleiter eingesaugt und können aus diesem vorzugsweise durch eine separate Gasströmung abtransportiert werden. Diese separate Gas strömung in dem Hohlleiter läßt sich in besonders einfacher Weise realisieren durch eine Rückführung eines Teiles des Trägergases.
Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind im Folgenden anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der beigefügten Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Reinigungsvorichtung.
Beschreibung des Ausführungsbeispieles In der Figur ist durch Pfeile 10 ein Gasstrom angedeutet, welcher von Teilchen oder Tröpfchen gereinigt werden soll.
Hierbei handelt es sich vorzugsweise um den Abgas strom aus Verbrennungsprozessen fossiler Brennstoffe, vorzugsweise in Dieselmotoren, deren Abgase insbesondere von Rußpartikeln gereinigt werden sollen. Die im Gasstrom 10 enthaltenen Teilchen oder Tröpfchen werden unter dem Einfluß eines ersten elektrischen Feldes El durch Influenz oder Polarisation zu elektrischen Dipolen, wobei sich die zunächst sehr kleinen, feinverteilten Partikel 11 zu größeren Agglomeraten 12 aufgrund Coulombschen Kräfte zusammenballen.
Die Reinigungsvorrichtung ist als Durchführungsvorrichtung für das Gas 10 ausgebildet, wobei ein äußerer Gehäusemantel 13 als Masseelektrode wirkt. Koaxial innerhalb des zylindrischen Gehäuses 13 ist ein Hohlleiter 14 mit Durchbrüchen 15 angeordnet. Dieser biidet eine zweite Elektrode, welche auf einem Potential U1 liegt, so daß sich zwischen dem Hohlleiter 14 und dem Gehäuse 13 die Feldstärke El ausbildet. Aufgrund des kleineren Radius des Hohlleiters 14 herrscht an diesem die höchste Feldstärke im Bereich zwischen dem Hohlleiter 14 und dem Gehäuse 13.
Der '-ohlleiver 14 ist mit Durchbrüchen 15 für den Durchtritt der Partikel 11 und Agglomerate 12 versehen, welche aus Gründen der anschaulicheren Darstellung stark vergrößert gezeichnet sind. Innerhalb des Hohlleiters 14 verläuft eine Saugelektrode 16 in Form eines Drahtes, welcher auf einem noch höheren Potential U2 als der Hohlleiter 14 liegt.
Demzufolge bildet sich im Hohlleiter 14 ein ebenfalls nach außen gerichtes elektrisches Feld E2 aus, wobei die höchste elektrische Feldstärke in der Mitte an der Oberfläche der drahtförmigen Saugelektrode 16 herrscht. Die geladenen Partikel 11 und Agglomerate 12 wandern auch im Bereich des elektrisehen Feldes E2 zum Raum der höchsten elektrischen Feldstärke, also zur Mitte hin.
Um das Eindringen der Partikel 11 und der Agglomerate 12 in den Hohlleiter 14 zu verstärken und zu beschleunigen können zusätzliche konstruktive Maßnahmen getroffen werden.
Hierzu sind entweder Leitbleche 20 im Gasstrom 10 derart angeordnet, daß die Partikel 11 und Agglomerate 12 mit dem Gasstrom 10 zum Hohlleiter 14 hin abgelenkt werden.
Andererseits oder zusätzlich ist es möglich, den Hohlleiter 14 wenigstens auf einem Teil seiner Gesamtlänge mit einer kegelstumpfförmigen Erweiterung 21 zu versehen, so daß der Gasstrom 10 mit den abzuscheidenden Partikeln auf den Hohlleiter 14 auftrifft.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet folgendermaßen: Mit dem Gasstrom 10 gelangen zunächst fein verteilte, ungeladene Teilchen oder Tröpfchen in das Gehäuse 13 und werden dort unter dem Einfluß des elektrischen Feldes El - bei elektrisch leitfähigen Teilchen durch Influenz und bei dielektrischen Teilchen durch Polarisation - zu elektrischen Dipol-Partikeln 11, die sich wiederum zu größeren Agglomeraten 12 aufgrund Coulombscher Kräfte zusammenballen. Beide in der Vorrichtung herrschenden elektrischen Felder El und E2 sind stationäre elektrische Felder, deren Feldstärke jeweils unterhalb der Ionisationsfeldstärke liegt. Diese Feldstärke ist ausreichend zur Erzeugung des beschriebenen Effektes. Der wesentliche Vorteil ist hierbei, daß wegen des Fehlens von Ionisationserscheinungen gegenüber bekannten Vorrichtungen nur sehr wenig elektrische Energie verbraucht wird.
Die elektrisch geladenen Partikel 11 und Agglomerate 12 wandern im elektrischen Feld El zum Ort der höchsten elektrischen Feldstärke, d.h. zur Oberfläche des Hohlleiters 14. Wenn sie dort auf einen Durchbruch 15 treffen treten sie ohne weitere Krafteinwirkungen in den Hohlleiter 14 ein und können durch den darin herrschenden Gasstrom 17 abtransport und in bekannter Weise vernichtet werden, beispielsweise durch Nachverbrennung im Brennraum eines Dieselmotors. Der Durchtritt der geladenen Partikel 11 und der Agglomerate 12 ins Innnere des Hohlleiters 14 wird wesentlich verstärkt durch die Saugelektrode 16. Innerhalb des elektrischen Feldes E2 im Hohlleiter 14 liegt die höchste Feldstärke an der Oberfläche der Saugelektrode 16, so daß die geladenen Teilchen zur Mitte des Hohlleiters 14 angesaugt werden.
Auch hierbei erfolgt der Abtransport wiederum durch den Gasstrom 17. Die Saugelektrode 16 muß auf einem höheren elektrischen Potential U2 liegen als der Hohlleiter 14.
Das Gehäuse 13 der Durchführungsvorrichtung besteht aus elektrisch leitfähigem Werkstoff, vorzugsweise aus Blech, und liegt auf Massepotential, so daß nach außen hin keine weiteren Schutzmaßnahmen getroffen werden müssen.
Zur Erhöhung der Durchtrittsrate der geladenen Partikel 11 und der Agglomerate 12 in den Hohlleiter 14 können zusätzliche mechanische Maßnahmen getroffen werden. Diese bestehen im wesentlichen darin, daß die Anordnung dahingehend verändert wird, daß der Gas strom 10 mit den Partikeln 11 und den Agglomeraten 12 nicht parallel zur Oberfläche des Hohlleiters 14 verläuft sondern daß zusätzlich durch den Gas strom Bewegungskräfte auf die Partikel 11 und die Agglomerate 12 auf den Hohlleiter 14 hin ausgeübt werden. Dies erreicht man durch schräg im Gasstrom 10 angeordnete Leitbleche 20 oder durch eine kegelstumpfförmige Erweiterung 21 des Hohlleiters 14.
In der koaxialen, zylindrischen Vorrichtung werden die Dipole im elektrischen Feld beschleunigt in Richtung wachsender Feldstärke, d.h. bei der gezeichneten Anordnung zur mittigen Saugelektrode 16 hin. Hierbei steigt die Koagulationsrate, d.h. die Rate der Zusammenballung von Parikeln 11 zu Agglomeraten 12, wegen zunehmender Influenz und Teilchendichte an und die dadurch größer werdenden Agglomerate 12 unterliegen wiederum wachsenden Coulombschen Beschleunigungskräften. Durch Unterdruck im Hohlleiter 14, bewirkt z.B. durch den entgegengesetzt gerichteten Gas strom hindurch einen mit höherer Geschwindigkeit gleichgerichtet bewegten Gas strom, oder durch das zusätzliche elektrische Feld E2 zwischen dem Hohlleiter 14 und der Saugelektrode 16 werden die Partikel in den Hohlleiter 14 abgesaugt.
Der Wirkungsgrad der erindungsgemäßen Vorrichtung wird beeinflußt durch die angelegten Spannungen U1 und U2, durch den Abstand der verschiedenen Elektrodenflächen, durch die Dielektrizitätskonstante der Parikel, durch die Partikeldichte vor der Agglomeratbildung und durch die Radien des Hohlleiters 14 und der Saugelektrode 16.
Alle diese Parameter können nach Bedarf in Abhängigkeit der jeweils vorherrschenden Bedingungen und der verwendeten Geometrie der Vorrichtung durch theoretische Überlegungen und durch praktische Versuche leicht optimiert werden. Wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Tatsache, daß ein nachgeschalteter mechanischer Abscheider für die Agglomerate 12 entfällt, weshalb die Vorrichtung besonders einfach und preiswert gestaltet werden kann. Da nur die abzuscheidenden Partikel und nicht das Gas 10 den trennenden Kräften unterliegen, sind der Energieverbrauch und der Druckaufbau in der Vorrichtung sehr gering.
Die Vorrichtung besitzt innen am Gehäuse 13 zusätzlich noch eine dielektrische Beschichtung 2P, um Spannungsüberschläge zu vermeiden. Eine entsprechende Maßnahme ist aber auch am Hohlleiter 14 möglich. Ablagerungen innen am Hohlleiter 14 treten kaum auf, da die Dipolbewegung generell zur Innenelektrode gerichtet ist.
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Claims

Ansprüche 1. Vorrichtung zum Reinigen von Gasen von Teilchen oder Tröpfchen, insbesondere zum Reinigen von Abgasen fossiler Brennstoffe, vorzugsweise von Dieselmotoren, mit in der Durchführungsvorrichtung koaxial angeordneten Elektroden, zwischen denen ein elektrisches Hochspannungsfeld liegt, vorzugsweise ein stationäres Hochspannungsfeld mit einer Feldstärke (E) unterhalb der Ionisationsfeldstärke, unter dessen Einwirkung die Partikel durch Influenz oder Polarisation zu elektrischen Dipolen werden und zu größeren Agglomeraten koagulieren, dadurch gekennzeichnet, daß die im Bereich der höheren Feldstärke angeordnete Elektrode als Hohlleiter (14), vorzugsweise als Hohlzylinder, mit Durchbrüchen (15) für den Durchtritt der Partikel (11) und/oder Agglomerate (12) ausgebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Hohlleiter (14) eine weitere Saugelektrode (16) angeordnet ist, welche auf höherem elektrischen Potential (22) als der Hohlleiter (14) liegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch geennzeichnet, daß das Gehäuse (13) der Durchführungsvorrichtung aus elektrisch leitfähigem Werkstoff besteht und auf MassepoQenQial liegt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Gasstrom (10) Leitbleche (20) angeordnet sind, derart, daß der Gasstrom (10) mit den abzuscheidenden Partikeln (11) und/oder Agglomeraten (12) in Richtung des mit Durchbrüchen (15) versehenen Hohlleiters (14) gelenkt werden.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Durchbrüchen (15) versehene Hohlleiter (14) wenigstens auf einem Teil seiner Gesamtlänge kegelstumpfförmig (21) zur Gegenelektrode (13) hin erweitert ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des mit Durchbrüchen (15) versehenen, im Bereich der höheren elektrischen Feldstärke liegenden Hohlleiters (14) eine separate Gasströmung (17) aufrechterhalten wird zum Abtransport der in den Hohlleiter (14) eingedrungen Partikel (11) und/ oder Agglomerate (12).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasströmung (17) in dem Hohlleiter (14) durch eine Trägergasrückführung bewirkt wird.