DE3408983C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gaswaschanlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Gaswaschanlage ist in der Form bekannt, daß im Bereich eines an der Mündung des Kamins angebrachten Umlenkbleches eine Ringleitung mit daran angebrachten Hohlkegeldüsen angeordnet ist, die einen fächerförmigen Sprühstrahl erzeugen. Nachteil dieser bekannten Gaswasch­ anlage ist jedoch, daß der Reinigungseffekt nur ungenügend is, weil feststehende Düsen verwendet werden, denen ein Wasserstrahl niedrigen Druckes, z. B. unter Hauswasserdruck, zugeführt wird. Die Sprühtröpfchen werden hierdurch fein verteilt zu einem dünnen Sprühnebel aufbereitet, was mit dem Nachteil verbunden ist, daß die Gase nur einen kurzen Weg durch den Spühnebel zurücklegen und daß der Spühnebel durch das Gas nach außen, außerhalb des Gehäuses weggerissen wird. Die Reinigungswirkung ist deshalb ungenügend. Weiterer Nachteil der bekannten Gaswaschanlage ist, daß kein Umlauf des Wassers stattfindet, sondern daß das verbrauchte und verschmutzte Wasser in die Kanalisation abgeleitet wird. Zum einen ist damit ein relativ hoher Wasserverbrauch ge­ geben, zum zweiten wird verschmutztes Wasser in die Kanali­ sation abgeleitet und drittens kann eine solche Anlage nicht transportabel, insbesondere nicht in Kraftfahrzeuge eingebaut werden.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine eingangs genannte Gaswaschanlage so weiterzubilden, daß die Reinigungswirkung verbessert ist und daß eine Umweltverschmutzung durch abgeleitetes Wasser vermieden wird und daß eine solche Anlage auch transportabel ausge­ bildet sein kann.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung da­ durch gekennzeichnet, daß der Wasservorhang durch einen über Druckwasser drehangetriebenen Sprühkopf erzeugt ist, dessen Wasser im Kreislauf geführt ist.

Wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist also der über Druckwasser drehangetriebene Sprühkopf, der aus einem einfachen geriffelten Teller besteht, auf den die über die Düsen erzeugten Strahlen auftreffen und aufgrund der Rotation des Tellers in der Umgebung verteilt werden. Hiermit werden relativ große und eine hohe kinetische Energie aufweisende Sprühtropfen erzeugt, die aufgrund ihrer hohen Masse nicht vom Gasstrom abgelenkt und außerhalb des Gehäuses verteilt werden. Die Tröpfchengröße ist also relativ groß und daher ist die Reinigungswirkung der er­ findungsgemäßen Gaswaschanlage im Vergleich zur Reinigungs­ wirkung bekannter Gaswaschanlagen wesentlich verbessert.

Bei einem drehangetriebenen Sprühkopf kollidieren die vom Sprühkopf "herausgeschossenen" Wasserteilchen, mit denen bereits schon in der Luft befindlichen Wasserteilchen, verteilen diese und vermischen sich innig mit dem zu waschenden Abgas. Ferner prallen die Sprühtröpfchen an den Seitenwänden eines den Sprührotor enthaltenden Gehäuses auf, wo sie abprallen und in die Luft zurückgeschleudert werden, so daß das zu waschende Abgas nicht nur durch die groß­ kalibrierten Sprühtröpfchen, sondern zusätzlich durch einen feinverteilten Sprühnebel hindurchgeleitet wird.

Eine Gaswaschanlage nach der Erfindung wird in mehreren ver­ schiedenen Ausführungsformen vorgeschlagen. Eine erste Aus­ führungsform nach dem Gegenstand des Anspruches 5 besteht darin, daß im Abstand über der Mündung eines Kamins ein stirnseitig offenes Umlenkblech angeordnet ist, unterhalb dessen Ausnehmung der druckwasserangetriebene, rotierende Sprühkopf angeordnet ist, wobei unterhalb des Umlenkbleches ein Ringbehälter zum Auffangen des verschmutzten Wassers angeordnet ist und der Ringbehälter über einen Ablauf mit einem Sammelbehälter verbunden ist. Es wird also ein zwei­ facher Wasservorhang erzeugt, nämlich einmal im Bereich der stirnseitigen, zentralen, oberen Ausnehmung des Um­ lenkbleches, weil dieses mit Abstand über dem Ringbehälter angeordnet ist. Das verschmutzte Wasser wird in einem geschlossenen Kreislauf über eine Hochdruckpumpe geführt, deren Zulauf am Ablauf des Sammelbehälters ansetzt, wobei die Druck­ leitung der Pumpe am Sprühkopf angeschlossen ist. Die Hochdruckpumpe erzeugt hierbei einen Druck im Zulauf im Bereich von 1 bis 3 bar; es sind jedoch auch Drücke von 10 bis 30 bar möglich.

Ein zweites Ausführungsbeispiel nach dem Gegenstand des Anspruches 6 besteht darin, daß an die Mündung des Kamins dicht anschließend ein Ringblech angeordnet ist, welches eine obere zentrale Ausnehmung aufweist, in deren Bereich der druckwasserangetriebene, rotierende Sprühkopf einen schräg nach unten gegen die Innenseiten des Ringbleches gerichteten Wasservorhang erzeugt, der von einem an der Innenseite des Ringbleches angeordneten Ringbehälter aufgefangen und über den Ablauf in den Sammelbehälter eingeleitet wird. Bei diesem Ausführungsbeispie wird lediglich ein einziger, schräg nach unten gegen die Innen­ seiten des Ringbleches gerichteter Wasservorhang erzeugt.

Um zu vermeidnen, daß die über das Dach eines Hauses geführte Druckwasserleitung einfriert, wenn die Heizung außer Betrieb ist, ist im Bereich des Zulaufes zum Sprüh­ kopf ein temperaturgesteuertes Umsteuerventil angeordnet, welches bei Frosttemperaturen den Zulauf über eine Ablauf­ leitung in den Sammelbehälter entleert.

Eine weitere Ausführungsform der Gaswaschanlage ist für Motorfahrzeuge geeignet, weil die Hochdruckpumpe unmittelbar von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, und der Sammelbehälter im Kofferraum angeordnet ist. Es ergeben sich mit einer solchen Gaswaschanlage wesent­ liche Vorteile, denn man benötigt nur relativ wenig Reinigungswasser und die Reinigungswirkung ist optimal.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung er­ gibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzenen Patentansprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander.

Alle in der Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte, räum­ liche Ausbildung werden als erfindungswesentlich bean­ sprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegen­ über dem Stand der Technik neu sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von mehreren Ausführungswege darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor. Es zeigt

Fig. 1 schematisiert gezeichnete Gaswaschanlage in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 zweite Ausführungsform einer Gaswaschanlage im Vergleich zu Fig. 1,

Fig. 3 schematisiert gezeichnetes Leitungsbild für eine Gaswaschanlage nach Fig. 1 oder Fig. 2,

Fig. 4 schematisiert gezeichnetes Bild einer Gaswasch­ anlage für Verbrennungsmotoren,

Fig. 5 Schnitt durch einen Gaswäscher nach Fig. 4.

Bei dem Gaswäscher 25 nach Fig. 1 ist über der Mündung eines Kamins 1 ein Ringbehälter 2 mit einer umlaufenden Auffangrinne angebracht. Oberhalb des Ringbehälters 2 ist ein Umlenkblech 4 mit Hilfe von Halteblechen 6 im Abstand angeordnet, wobei das Umlenkblech 4 selbst die Form einer Haube aufweist, die oben eine zentrale, mittige Ausnehmung 5 aufweist. Innen am Umlenkblech 4 ist über eine Halterung 14 die Druckleitung 11 für einen Druck­ wasserstrom angeordnet, der in ein Verteilergehäuse 8 eingeleitet wird, in dessen Bodenfläche auf einem Radius in regelmäßigem Abstand voneinander angeordnete Düsen­ bohrungen 37 vorgesehen sind, von denen jede einen Düsen­ strahl erzeugt, der auf die abgeschrägte Tellerfläche 39 des Sprühkopfes schräg auftrifft und diesen damit in Pfeil­ richtung 10 rotierenden Sprühkopf 7 antreibt. Der Sprüh­ kopf 7 ist hierbei ein einfacher, abgeschrägter Kunststoff­ teller, der auf der feststehenden Welle 40 des Verteiler­ gehäuses 8 drehbar gelagert ist. Das Wasser wird in die Rohrleitung mit einem Druck von etwa 1 bis 3 bar gepumpt; es sind selbstverständlich auch noch höhere Drücke, z. B. 10 oder 20 bar, möglich.

Der Sprühkopf 7 erzeugt zunächst einen annähernd hori­ zontalen Wasservorhang 12. Der Wasservorhang 12 besteht aus einzelnen, tropfenförmigen Teilchen, die an der Seitenwand innenseitig des Umlenkbleches 4 auftreffen, dort abgelenkt werden und nach unten abtropfen, wo sie einen zweiten, umlaufenden und dichtschließenden Wasser­ vorhand 13 bilden.

Die zu reinigenden Gase strömen in Pfeilrichtung 3 von unten nach oben in den Bereich des Umlenkbleches 4 und werden dort geteilt, so daß sie einmal in Pfeilrichtung 34 zu den seitlichen Öffnungen abströmen und zum anderen in Pfeilrichtung 33 durch die obere, zentrale Ausnehmung 5 gereinigt ins Freie gelangen.

Beim Hindurchtritt der zu reinigenden Rauchgase durch den Wasservorhang 12, 13 wird das Wasser verschmutzt. Dieses verschmutzte Wasser wird in dem umlaufenden Ring­ behälter 2 aufgefangen und gelangt in einen Ablauf 15, über den es in Pfeilrichtung 16 abläuft.

Der rotierende Sprühstrahl aus dem Sprühkopf 7 ist einem feststehenden Sprühstrahl aus einer Fächerdüse weit überlegen, denn in dem rotierenden Sprühstrahl werden einzeln definierte Wassertröpfchen erzeugt, die eine relativ große Masse und kinetische Energie haben.

Hierdurch besteht der Vorteil, daß die Rauchgase, welche mit relativ hoher Geschwindigkeit in den Wasservorhang eintreten, es nicht vermögen, diese Wassertröpfchen zu zerteilen und möglicherweise nach außen mitreißen, wo sie in die Umgebung gelangen und die Umgebung ver­ schmutzen.

Diese Gefahr besteht aber bei einem Sprühstrahl einer feststehenden Fächerdüse, die nur einen feinen Wasser­ schleier erzeugt.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Gas­ wäschers gezeigt. Der dortige Gaswäscher 25 a besteht aus einem oben offenen Ringblech 17, mit hochgezogenen Wänden und einer mittigen, zentralen Ausnehmung 5 a. Der Sprühkopf 7 ist nun umgedreht, so daß das Turbinen­ gehäuse 8 außerhalb und oberhalb der Ausnehmung 5 a liegt und der Wasservorhang 12 ist schräg nach unten gegen die Seitenwände des Auffangbehälters 17 gerichtet. Hierdurch besteht der Vorteil, daß eine noch größere Sicherheit gegeben ist, daß der Wasservorhang 12 durch die von unten in Pfeilrichtung 3 einströmenden Rauchgase nicht nach oben abgelenkt wird und möglicherweise ins Freie abgelenkt wird.

Der weitere Vorteil ist, daß man bei einem solchen Auffang­ behälter 17 keine Umlenkbleche braucht, so wie es bei dem Gaswäscher 25 nach Fig. 1 gezeigt war.

In Fig. 3 ist nun das allgemeine Funktionsprinzip einer solchen Anlage nach Fig. 1 oder 2 gezeigt.

Aus einem Sammelbehälter 18 wird über einen Zulauf 20 Wasser entnommen, das auf der Saugseite einer Pumpe 21 zugeführt wird. Die Pumpe verdichtet das Wasser und drückt es in die Druckleitung 11, an deren Ausgang das Verteilergehäuse 8 mit dem rotierenden Sprühkopf 7 ange­ ordnet ist. Das vom Sprühkopf abgegebene und mit im Wasser gelösten Rauchgasanteilen verschmutzte Wasser wird dort in dem Ringbehälter 2 nach Fig. 1 oder Fig. 2 aufgefangen. Der Ablauf 15 des Ringbehälters 2, 17 wird in den Sammel­ behälter 18 zurückgeführt. Das Wasser wird also dauernd im Kreislauf umgepumpt und nimmt mit zunehmenden Umlauf­ zahlen einen immer größeren Verschmutzungsgrad an. Aus diesem Grunde ist ein Sättigungsfühler 19 im Sammelbehälter 18 angebracht, der bei Überschreitung eines bestimmten Verschmutzungsgrades ein Alarmsignal gibt und entweder die Pumpe 21 abschaltet oder eine Reinigungsvorrichtung einschaltet. Eine Reinigung der im Sammelbehälter 18 ange­ sammelten Flüssigkeit erfolgt beispielsweise dadurch, daß die Flüssigkeit über Kalk geleitet wird, ober mit anderen bekannten Maßnahmen gereinigt wird. In einer anderen Aus­ führungsform ist es vorgesehen, die Entgiftung des Wassers während des Umlaufs kontinuierlich vorzusehen.

Die Pumpe 21 ist bevorzugt neben der Hausfeuerungsanlage im Haus eingebaut, so daß nur der Sammelbehälter 2 sowie die Druckleitung 11 außerhalb des Hauses frostgefährdet angebracht ist. Um zu vermeiden, daß beim Abschalten der Heizung die Druckleitung 11 einfriert, ist in der Druck­ leitung 11 ein Umsteuerventil 22 vorhanden, so daß bei Unterschreitung bestimmter Außentemperaturen und beim Abschalten der Heizung die Druckleitung 11 über die Ablauf­ leitung 23 in den Sammelbehälter 18 entleert wird.

Nach dem vorher beschriebenen Prinzip der Fig. 1 bis 3 wird ein Gaswäscher 30 für einen Otto- oder Diesel- Motor gemäß den Fig. 4 und 5 vorgeschlagen.

Aus dem Verbrennungsmotor 24 gelangen die ungereinigten Abgase in Pfeilrichtung 35 in das Auspuffrohr 26, das am Auspuffrohr 27 angeschlossen ist, an dessen Auslaß- Seite ein Auslaß-Stutzen 28 angeordnet ist. Der Auslaß- Stutzen 28 mündet in das Gehäuse 36 des Gaswäschers 30, der anhand der Fig. 5 näher beschrieben wird.

Im Gaswäscher 30 ist wiederum ein in Pfeilrichtung 10 rotierender Sprühkopf 7 angeordnet, der einen schräg nach unten und hinten gerichteten Wasservorhang 12 erzeugt. Die ungereinigten Abgase müssen durch diesen Wasservorhang hindurchtreten, werden dadurch gereinigt und treten in Pfeilrichtung 33 durch die groß dimensionierten Öffnungen 32 im Gehäuse des Gaswäschers 30 hindurch, von wo aus sie ins Freie gelangen.

Statt der Anordnung einzelner Öffnungen 32, welche als Bohrungen oder Schlitze ausgebildet sein können, ist es auch möglich, eine einzige zentrale Ausnehmung im Bereich des Durchtritts der Druckleitung 11 für den rotierenden Sprühkopf 7 vorzusehen.

Das von den Abgasen verschmutzte Wasser wird unten über den Ablauf 15 am Gaswäscher 30 aufgefangen. Gemäß Fig. 4 gelangt das verschmutzte Wasser über den Ablauf 15 in den Sammelbehälter 18. Um dieses Wasser in den Sammelbehälter 18 zu führen, ist eine Saugleitung 29 vorgesehen, deren Unterdruck über einen Injektor 31 erzeugt wird, der in der Druckleitung 11 angebracht ist. Auf diese Weise wird der notwendige Unterdruck im Sammel­ behälter 18 vorgesehen, um das verschmutzte Wasser in den Sammelbehälter 18 hineinzusaugen.

Am Sammelbehälter unten ist der Zulauf 20 für die Zuführung zu der Pumpe 21 vorgesehen. Die Pumpe kann hierbei entweder mechanisch über einen Keilriemen vom Verbrennungsmotor 24 selbst angetrieben werden, oder sie kann auch mechanisch von der Kardanwelle des Getriebes angetrieben werden. Ebenso ist es möglich, die Pumpe mit einem elektrischen Antriebsmotor zu versehen.

Das vorliegende Prinzip der Abgasreinigung mit Hilfe einer Flüssigkeitsreinigung hat den Vorteil eines besseren Wirkungsgrades gegenüber einem katalytischen Reinigungs­ verfahren, weil bei einem katalytischen Reinigungsver­ fahren ein Leistungsverlust des Motors in Kauf genommen werden muß, während bei der vorliegenden Erfindung ein solcher Leistungsverlust nicht entsteht. Der Durchtritts­ widerstand der zu reinigenden Abgase durch den Wasser­ vorhang 12 ist praktisch vernachlässigbar gering, vor allem dann, wenn man auf der Auslaß-Seite im Gehäuse 36 des Gaswäschers 30 entsprechend große Öffnungen 32 anordnet.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß das in den Sammelbehälter 18 eingeleitete, verunreinigte Wasser sich mit zunehmenden Umlaufzahlen erwärmt, weil ja die zu reinigenden Rauchgase eine Abkühlung beim Durch­ tritt durch den Wasservorhang erfahren. Die in dem Sammel­ behälter 18 damit gespeicherte Wärmeenergie kann dann zurückgewonnen werden, z. B. über eine Wärmerückgewinnungs­ anlage, über eine Wärmepumpe oder dergleichen. Man kann hier z. B. dann ein Schwimmbad aufheizen, oder das Brauchwasser in einem Haushalt aufheizen und dergleichen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß eine Ver­ stopfungsgefahr bei einem rotierenden Sprührotor 7 gering ist, weil relativ große Düsenquerschnitte vorhanden sind und der Wasserstrahl mit relativ großem Durchsatz versprüht wird.

Die vorstehend beschriebenen Gaswäscher 25, 25 a, 30 sind nicht nur zur Reinigung von Rauchgasen aus Industrie- und Hausbrandöfen, sowie zur Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren geeignet, sondern allgemein zur Abscheidung von Fremdstoffen aus einem Gas, z. B. zur Abscheidung von Zementstaub, Mehlstaub und Asbest-Staub aus Luft.

In einer weiteren nicht zeichnerisch dargestellten Aus­ führung ist es vorgesehen, daß die zu reinigenden Abgase zunächst durch den Sprühnebel einer feststehenden Hohl­ kegeldüse hindurchtreten, um dann in den Wasservorhang des vorstehend geschilderten Sprühkopfes einzutreten. Hier wird also ein fein verteilter Sprühnebel dem relativ größer verteilten Wasservorhang vorgeschaltet.

• Zeichnungs-Legende  1 Kamin
   2 Ringbehälter
   3 Pfeilrichtung
   4 Umlenkblech
   5 Ausnehmung 5 a Ausnehmung
   6 Halteblech
   7 Sprühkopf
   8 Verteilergehäuse
   9 Sprührotor
  10 Pfeilrichtung
  11 Druckleitung
  12 Wasservorhang
  13 Wasservorhang
  14 Halterung
  15 Ablauf
  16 Pfeilrichtung
  17 Ringblech
  18 Sammelbehälter
  19 Sättigungsfühler
  20 Zulauf
  21 Pumpe
  22 Umsteuerventil
  23 Ablaufleitung
  24 Verbrennungsmotor
  25 Gaswäsche 25 a Gaswäsche
  26 Auspuffrohr
  27 Auspuffrohr
  28 Auslaßstutzen
  29 Saugleitung
  30 Gaswäscher
  31 Injektor
  32 Öffnung
  33 Pfeilrichtung
  34 Pfeilrichtung
  35 Pfeilrichtung
  36 Gehäuse
  37 Düsenbohrung
  38 Düsenstrahl
  39 Tellerfläche
  40 Welle

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Gaswäsche für die Rauch- und Abgase von Industrie-, Hausbrandöfen und von Verbrennungsmotoren mit einem Wasservorhang, einem Wasserkreislauf und einem Wasserauffangbehälter, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wasservorhang (12, 13) durch einen über Druckwasser drehangetriebenen Sprühkopf (7) er­ zeugt wird.

2. Gaswaschanlage nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sprühkopf (7) aus einer abgeschrägten Scheibe besteht, die drehbar auf einer feststehenden Welle (40) an einem Verteilergehäuse (8) gelagert ist, daß in der einen Bodenfläche des Verteiler­ gehäuses (8) die dem Sprühkopf (7) gegenüber ist, Düsen­ bohrungen (37) angeordnet sind, welche einen Düsenstrahl (38) in schräger Richtung auf die abgechrägte Teller­ fläche (39) schießen.

3. Gaswaschanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Abstand über der Mündung eines Kamins (1) ein stirnseitig offenes Umlenk­ blech (4) angeordnet ist, unterhalb dessen Ausnehmung (5) der druckwasserangetriebene, rotierende Sprühkopf (7) angeordnet ist, daß unterhalb des Umlenkbleches (4) ein Ringbehälter (2) zum Auffangen des verschmutzten Wassers angeordnet ist, und daß der Ringbehälter (2) über den Ab­ lauf (15) mit demSammelbehälter (18) verbunden ist, (Fig. 1).

4. Gaswaschanlage nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß an die Mün­ dung eines Kamins (1) dicht anschließend ein Ringblech (17) angeordnet ist, welches eine obere zentrale Ausneh­ mung (5 a) aufweist, in deren Bereich der druckwasseran­ getriebene, rotierende Sprühkopf (7) einen schräg nach unten gegen die Innenseiten des Ringbleches (17) ge­ richteten Wasservorhang (12) erzeugt, der von einem an der Inneneite des Ringbleches (17) angeordneten Ringbehälter (2) aufgefangen und über den Ablauf (15) in den Sammelbehälter (18) eingeleitet wird, (Fig. 2).

5. Gaswaschanlage nach einem der Ansprüche 1-4, da­ durch gekennzeichnet, daß zur Wäsche von Abgasen aus Verbrennungsmotoren an der Auslaßseite des Auspufftopfes (27) über einen Auslaßstutzen (28) ein Gehäuse (36) anschließt, in dem der rotierende, druck­ wasserangetriebene Sprühkopf (7) angeordnet ist und daß im Gehäuse (36) jenseits des vom Sprühkopf (7) erzeug­ ten Wasservorhanges (12) Öffnungen (32) zum Auslaß des gereinigten Abgases angeordnet sind, (Fig. 4, 5).

6. Gaswaschanlage nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Antrieb der Pumpe zum Betreiben des Sprühkopfes (7) über den Verbrennungsmotor (24) erfolgt, daß in der Druckleitung (11) der Pumpe (21) ein Injektor (31) angeordnet ist, dessen Saugleitung (29) in den Luftraum eines Sammelbehälters (18) mündet, in dessen Luftraum ferner der Ablauf (15) des Gehäuses (36) mündet und dessen Flüssigkeitsauslaß den Zulauf (20) zur Pumpe (21) bildet, (Fig. 4).

7. Gaswaschanlage nach einem der Ansprüche 1-6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Pumpe (21) zum Betreiben des Sprühkopfes (7) einen Pumpen­ druck von etwa 1 bis 3 bar erzeugt.