DE3445407A1

DE3445407A1 - Vorrichtung zum reinigen von gasen

Info

Publication number: DE3445407A1
Application number: DE19843445407
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Brüggen; Dieter Dipl.-Phys. 7250 Leonberg Karr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1984-12-13
Filing date: 1984-12-13
Publication date: 1986-06-19
Also published as: EP0203929A1; WO1986003553A1

Description

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5. 12.198U Rs/Hm

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Vorrichtung zum Reinigen von Gasen Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Reinigen von Gasen nach der Gattung des Hauptanspruches. Eine derartige Vorrichtung ist "bereits vorgeschlagen worden, wobei der Feldgradient eines elektrischen Hochspannungsfeldes genutzt wird um die Partikel aus dem Gasstrom abzusaugen. (P 33 Zk 886.9).

Aus der DE-OS 32 38 793 ist es grundsätzlich bekannt, elektrisch leitfähige oder halbleitende Partikel wie Ruß und dgl. durch Influenz oder Polarisation in einem Hochspannungsfeld unterhalb der Ionisationsfeldstärke zu elektrischen Dipolen zu formen, welche sich dann zu größeren Agglomeraten zusammenlagern und hierdurch in einer nachgeschalteten mechanischen Abscheidevorrichtung aufgrund ihrer vergrößerten Masse relativ leicht abgeschieden werden können. Eine derartige Anordnung arbeitet grundsätzlich zufriedenstellend, jedoch soll durch gezielte

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Maßnahmen die Koagulationsrate noch gesteigert werden, so daß man eine entsprechende Vorrichtung mit kleinerem Volumen bei gleicher Abscheidungsrate bauen kann. Dies erreicht man durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung erzielt man durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen. Hierbei hat sich insbesondere eine konzentrische Anordnung hohlzylindriger Elektroden bewährt, bei denen der Drahtdurchmesser eines Drahtgeflechtes, bzw. die Lochdurchmesser und Lochabstände eines feingelochten Bleches in den genannten Grenzen bewegen.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt eine konzentrische Anordnung mehrerer Elektroden, welche teilweise auf Massepotential und teilweise auf positivem Hochspannungspotential liegen. Die Figuren 2a und 2b zeigen Ausschnitte aus den Elektroden mit einem Drahtgeflecht und einem feingelochten Blech.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist durch einen Pfeil 10 ein Gasstrom angedeutet, welcher von Teilchen oder Tröpfchen gereinigt werden soll. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um den Abgasstrom aus Verbrennungsprozessen fossiler Brennstoffe, vorzugsweise in Dieselmotoren, deren Abgase insbesondere von Rußpartikeln gereinigt werden sollen.

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Der Gasstrom gemäß Pfeil 10 tritt über einen Anschlußstutzen 11a in ein metalisches Gehäuse 12 eines Koagulators 18 ein und verläßt dieses, wie mit dem Pfeil 13 angedeutet, über einen Anschlußstutzen 11b. Das Gehäuse 12 liegt auf Massepotential. Es hat vorzugsweise eine hohlzylindrige Gestalt und beherbergt weitere, konzentrisch angeordnete Zylinderelektroden. Im Gehäuse liegt bei der Ausführung gemäß Abbildung 1 zunächst eine positive Zylinderelektrode 1^, innerhalb derer eine negative Zylinderelektrode 15 angeordnet ist. Der positive Pol der Hochspannungsq_uelle ist mit 16 bezeichnet, der negative Pol, welcher auf Masse liegt, mit dem Bezugszeichen 17· An den Anschlußstutzen 11b ist ein mechanischer Abscheider 21, z.B. ein Zyklon angeflanscht, den die gereinigten Gase 26 und die abgeschiedenen Partikel 2J getrennt verlassen.

In den Figuren 2a und 2b ist schematisch die Gestalt der Elektroden 11)- und 15 gezeichnet. Figur 2a zeigt ein Drahtgeflecht 19, welches aus Einzeldrähten 20 hergestellt ist. Die Drähte haben einen Durchmesser von ca. 0,3 mm bis 1 mm. Figur 2b zeigt ein gelochtes Blech, welches anstelle des Drahtgeflechtes gemäß Figur 2a zur Herstellung der Elektroden besonders geeignet ist. Die Lochdurchmesser sind darin mit 23, die Lochabstände mit 2\ bezeichnet. Günstige Verhältnisse haben sich ergeben, wenn die Lochdurchmesser und die Lochabstände zwischen 1 mm und 10 mm liegen, vorzugsweise zwischen 1 mm und 5 mm. Die Blechstärke, bzw. die Drahtdicke sind so gewählt, daß die Elektroden selbsttragend sind und kein zusätzliches Stützgerüst benötigen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist verwendbar zur Eliminierung aller Teilchen und Tröpfchen mit einer Dielektrizitätszahl, welche wesentlich größer ist als Die Messung der Dielektrizitätszahl von Rußpartikeln aus Dieselmotor-Abgasen ergab eine Dielektrikzitäts-

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zahl von ungefähr 100. Innerhalb des Gehäuses 12 setzen sich die influenzierten Dipole, bei denen ohne Entladung im elektrischen Feld eine Polarisation der Ladungen stattfindet, an den metallischen Elektroden lh und 15 ab. Die Strömungsgeschwindigkeit der Gase sollte hierbei relativ klein sein und vorzugsweise einen Wert < 1 m/s nicht überschreiten. Befinden sich die elektrischen Dipole dicht vor der Oberfläche einer geladenen Elektrode 16, so erfährt der Dipol eine Beschleunigung zur Oberfläche hin. Der negative Pol des Dipoles ist dabei der positiven Elektrodenoberflache zugewendet und umgekehrt.

Rußpartikel besitzen überwiegend stäbchenförmige Geometrie, weshalb die Teilchen sich im elektrischen Feld leicht ausrichten. Beim Auftreffen eines Teilchens auf der Elektrode 1^ halten Adhäsionskräfte das Teilchen an einem Stabende fest. Hierbei findet teilweise ein Ladungsaustausch statt, da der Kohlenstoff von Rußpartikeln ein elektrischer Halbleiter ist. Das freie Stabende der Rußpartikel besitzt dann die gleiche Ladung wie die Elektrodenoberfläche selbst. Die abstoßende Wirkung aufgrund der gleichnamigen elektrischen Ladungen wird durch die Adhäsionskräfte aufgehoben.

Am freien Ende der auf der Oberfläche einer Zylinderelektrode *\k angelagerten Rußpartikel entsteht ein starkes inhomogenes Feld wegen des sehr kleinen Krümmungsradius des stabförmigen Partikels von ungefähr Uo nm.· In diesem inhomogenen elektrischen Feld werden nun die benachbarten Dipole zum Ort der größten Feldstärke beschleunigt, so daß sich die nächsten Teilchen am freien Ende des auf der Elektrode ^k sitzenden Rußpartikels anlagern. Dieser Mechanismus führt zum raschen An-

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vachsen eines turmartigen Gebildes auf der Elektrode lh. Der Wachstumsprozess endet, wenn die Ablösekräfte des strömenden Gases 10, 13 auf das Rußagglomerat größer als die adhäsiven Haftkräfte zwischen der Elektrode lh und den Rußagglomeraten sind. Diese werden weggespült und ein neuer Anlagerungsprozeß kann beginnen.

Der Anlagerungsprozeß an den positiven und an den negativen Elektroden erfolgt zusätzlich zu einem Koagulationsprozeß innerhalb des Gasstromes, wo sich aufgrund ihrer Dipolkräfte weitere Partikel zu größeren Agglomeraten zusammenlagern. Auf diese Weise erhält die Vorrichtung einen besonders hohen Wirkungsgrad, d.h., daß auf relativ kleinem Raum eine große Anzahl großer Agglomerate 27 entsteht, welche in dem naehgeschalteten mechanischen Abscheider 21 nach dem Verlassen des Koagulators 18 durch den Stutzen 11b mit geringem Aufwand abgeschieden werden können.

Die Vorrichtung ist nicht nur für Rußpartikel verwendbar sondern auch für andere Teilchen oder Tröpfchen mit ausreichend großer Dielektrizitätskonstanten. Beispielsweise kann die Vorrichtung auch benutzt werden zum Abscheiden von Tröpfchen, insbesondere von Wassertröpfchen, in denen andere Stoffe gelöst sind, z.B. zum Abseheiden von Wassertröpfchen, die als Aerosole aus Reinigungsanlagen entweichen .

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Elektroden lh, 15 aus einem Drahtgeflecht 19 oder einem feingelochten Blech 22 hat den Vorteil, daß die Wachstumsrate der angelagerten Partikel auf den Elektrodenoberflächen hoch ist und die gesamte Agglomerationsrate beträchtlich gesteigert wird. Gegenüber glatten Elektrodenflächen erhöht sich aufgrund

des inhomogenen Feldes an den Drahtradien und/oder den Kanten des Lochbleches die Wechselwirkung zwischen Elektrodenoberfläche und abzuscheidenden Partikeln, so daß das Anlagerungswachstum beschleunigt wird. Darüber hinaus bilden sich bei der vorgeschlagenen Elektrodenausbildung Strömungswirbel in dem zu reinigenden Gas, welche die Ablösung der stabförmigen Agglomerate von den Elektrodenoberflächen verbessern. Eine ungewollte übermäßige Ablagerung der Partikel auf den Elektroden ~\h und 15 unterbleibt.

Aufgrund des Strömungsprofils in der hohlzylindrigen Anordnung, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit entlang der Elektroden wesentlich niedriger ist als in Strömungsmitte, können durch einfache Versuche günstige Abmessungen und eine optimierte Geometrie der Vorrichtung geschaffen werden. Die Feldstärke innerhalb der Vorrichtung bleibt trotz kleiner Krümmungsradien an den Elektroden unterhalb der Ionisationsfeldstärke, der verhältnismäßig geringfügige Ladungstransport durch die Ablösung geladener Teilchen ist vernachlässigbar. Messungen hierzu haben ergeben, daß die gesamte Verlustleistung nur in der Größenordnung von etwa 1 Watt liegt.

Claims

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ROBERT BOSCH GMBH, 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Reinigen von Gasen von Teilchen oder Tröpfchen, insbesondere zum Reinigen von Abgasen fossiler Brennstoffe, vorzugsweise von Dieselmotoren, mit einem mechanischen Abscheider und einem vorgeschalteten Koagulator, zwischen dessen mit Durchbrüchen versehenen Elektroden ein elektrisches Hochspannungsfeld anliegt, vorzugsweise ein stationäres Hochspannungsfeld, mit einer Feldstärke unterhalb der Ionisationsfeldstärke, unter dessen Einwirkung die Partikel zu größeren Agglomeraten koagulieren, insbesondere nach Patentanmeldung P 33 2h 886.9, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Elektrode (lh, 15) aus einem Drahtgeflecht (19) oder einem feingelochten Blech (22) gebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb eines auf Massepotential liegenden metallischen Gehäuses (12) des Koagulators (18) wenigstens eine hohlzylindrige, ebenfalls auf Massepotential liegende Elektrode (15) und dazwischen wenigstens eine auf positivem Hochspannungspotential liegende hohlzylindrige Elektrode (1U) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Koagulator-Gehäuses (12) die Strömungsgeschwindigkeit der zu reinigenden Gase (1O, 13) auf einen Wert kleiner 1 m/sherabgesetzt ist.

k. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (lh, 15) aus selbsttragendem Drahtgeflecht (19) bestehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß das Drahtgeflecht (19) der Elektroden (1U, 15) einen Drahtdurchmesser (20) von 0,3 bis 1 mm besitzt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lochdurchmesser (23) und die Lochabstände (SU) von Elektrodenblechen (22) zwischen 1 mm und 10 mm , vorzugsweise zwischen 1 mm und 5 liegen.