DE3500373C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Entfer­ nen von Festkörperpartikeln, insbesondere von Rußteil­ chen, aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art, auch Ruß­ weiche genannt (DE-OS 31 41 156), werden die aus den einzelnen Röhren austretenden, rußbeladenen Ab­ gasströme in einem Sammelrohr zusammengefaßt, um 90° umgelenkt und tangential zur Gehäuseachse des Flieh­ kraftabscheiders in diesen eingeleitet. Im Fliehkraft­ abscheider oder Zyklon setzt sich der Ruß an den Wänden ab und wandert unter dem Einfluß eines sehr geringen Abgas-Reststromes zu einer Rußsammelstelle, während weitgehend rußfreies Abgas über ein axiales Tauch­ rohr aus dem Zyklon abströmt. Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung ist ein nicht unerheblicher Durchströmungswiderstand für das Abgas in der Vor­ richtung und ein dadurch bedingter Druckabfall.

Durch die DE-AS 11 46 033 ist eine Entstaubungsanlage bekannt mit einem elektrostatischen Abscheider und nachgeschalteten Einzel­ zyklonen. Diese sind diagonal zur Strömungsrichtung des den elektro­ statischen Abschalter durchströmenden Gases angeordnet und mit ihrem Austragsende mit einer Sammelkammer für den abgeschiedenen Staub ver­ bunden. Die dort gezeigte Ausgestaltung bedarf eines großen Bauraums, wie er allenfalls bei stationären Industrieanlagen zur Verfügung steht.

Durch die CH-PS 4 44 145 ist weiterhin eine ebenfalls stationäre Staub­ abscheidungseinrichtung bekannt, die bei Industrieanlagen Verwendung findet und zwei elektrostatische Staubabscheider aufweist, die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind, in dem auf der Austrittsseite mehrere Zyklone im Abstand von den zwei elektro­ statischen Abscheidern angeordnet sind, die mit einem gemeinsamen Staubsammelschacht miteinander verbunden sind und quer zur Strömungs­ richtung der zu reinigenden Gase ausgerichtete Eintrittsöffnungen auf­ weisen.

Durch die US-PS 28 67 285 ist ferner ein Gasreinigungsapparat bekannt, der eine elektrisch-zentrifugale Behandlungseinrichtung aufweist mit Sprühscheibenelektroden und Strömungsrichtungselementen, die das an den Sprühscheiben vorbeiströmende Gas in Drehrichtung bewegen, um an­ schließend über eine zentrale Öffnung und eine außenliegende Ring­ öffnung Gase verschiedener Dichte auszubringen, wobei die Gase, die durch die Ringöffnung austreten über eine Leitung jeweils einem Zyklon zugeleitet werden. Auch diese Einrichtung baut sehr raumaufwendig und benötigt zusätzlich mehrere Ventilatoren, die hilfsweise die zu behandelnden Gase fördern müssen.

Durch die GB-PS 14 65 915 ist schließlich eine Gasreinigungs­ einrichtung bekannt, die der Ansaugluft von Brennkraftmaschinen vor­ geschaltet werden soll und dazu dient, die Ansaugluft von Staub und Sand zu reinigen. Dabei sind mehrere Turbulatoren vorgesehen, die die eintretende Luft in Rotationsbewegung versetzt, so daß sich im Außen­ bereich der rotierenden Luft mit Staub und Sand angereicherte Luft­ teile befinden, die über separate Austrittsöffnungen ausgetragen werden, von denen die ausgeschiedenen Teile abtransportiert werden. Dazu ist ein gesondertes Reinigungsgebläse notwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung nach der Gattung des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden, daß sie einen hohen Wirkungsgrad bei geringer Baugröße aufweist und geeignet ist Brenn­ kraftmaschinenabgase zu reinigen, die bei Fahrzeugen eingesetzt werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Diese Lösung hat gegenüber dem obigen Stand der Technik den Vorteil, daß durch die im wesentlichen axiale Durchströmungsrichtung des Abgases durch die Vorrichtung und durch die Verwendung mehrerer kleiner Zyklone der Druckabfall in der Vorrichtung sehr viel kleiner als bei der bekannten ist. Durch den Axialaustritt der Abgase aus den Röhren und dem unmittelbaren axialen Einströmen in die direkt angeflanschten einzelnen Zyklone können die im Elektroabscheider durch Koagulation entstandenen großen Ruß­ flocken vorteilhaft ungehindert in den Fliehkraftabscheider gelangen, wodurch eine Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt wird. Infolge der Parallel­ anordnung der Röhren wird zudem eine kompakte Bauform erzielt, welche in Modulbauweise an die jeweilige Leistung der Brennkraft­ maschine oder des Verbrennungsmotors angepaßt werden kann.

Durch die Ummantelung des Röhrenpakets mit einem alle Röhren umschließenden Blechkleid und des damit entstehenden großen Hohlraums zwischen Blechmantel und Röhren kann die Vorrichtung zugleich als Schalldämpfer verwendet werden, wobei entweder wie bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 4 oder 5 das die Brennkraftmaschine verlassende Abgas oder wie bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 7 bis 8 das den Multiklon verlassende gereinigte Abgas in den Hohlraum eingeleitet werden kann. Durch die Ummantelung wird außerdem ein Schutz des Elektroabscheiders gegen Beschädigung infolge Steinschlag oder dgl. erzielt.

Durch die in den weiteren Ansprüchen angegebenen Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 an­ gegebenen Vorrichtung möglich.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 jeweils in schematischer Darstellung einen Längsschnitt einer Vorrichtung zum Entfernen von Festkörperpartikeln aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 2.

Die in Fig. 1 schematisch im Längsschnitt dargestellte Vorrichtung zum Entfernen von Festkörperpartikeln, ins­ besondere von Rußteilchen aus dem Abgas einer Brenn­ kraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, besteht aus einem Elektroabscheider 10 und einem diesen nachgeschalteten Fliehkraft­ abscheider 11. Der Elektroabscheider 10 weist in bekannter Weise eine Vielzahl, hier zwei, von parallel zueinander angeordneten Röhren 12 auf, die von einem stirn­ seitig geschlossenen rohrförmigen Gehäuse 13 derart umgeben sind, daß zwischen der Gehäuseinnenwand und den Röhren 12 ein sich etwa über die Länge der Röhren erstreckender Hohlraum 14 verbleibt (vergl. auch Fig. 3). Jede Röhre 12 weist in bekannter Weise ein mit dem positiven Pol einer Hochspannungs­ quelle 15 verbundenes Abscheiderohr 16 und eine mit dem negativen Pol der Hochspannungsquelle 15 verbundene Sprüh­ elektrode 17 auf. Der Aufbau und die Wirkungsweise der einzelnen Röhren 12 des Elektroabscheiders 10 ist in der DE-OS 31 41 156 ausführlich beschrieben, so daß in­ soweit hierauf verwiesen werden kann.

Der Fliehkraftabscheider 11 ist als Multiklon mit einer Vielzahl von kleinen Axialzyklonen 18 ausgebildet, wo­ bei jeweils mehrere, hier vier, Axialzyklone 18 unmittel­ bar mit einer Röhre 12 verbunden sind. Jeder Axial­ zyklon 18 weist eine axiale Einströmöffnung 19 und eine dieser gegenüberliegende als kegelstumpfförmiges Tauch­ rohr in das Innere des Axialzyklons 18 hineinragende Ausströmöffnung 20 für das gereinigte Abgas auf. Zen­ tral zur Einströmöffnung 19 ist unmittelbar hinter dieser im Axialzyklon 18 ein Luftleitkörper 21 in Form eines Prallbleches oder Leitflügels angeordnet, der dem axial durch die Einströmöffnung 19 in den Axial­ zyklon einströmenden Abgasstrom eine schraubenförmige Strömungsrichtung verleiht. An der der Einströmöff­ nung 19 gegenüberliegenden geschlossenen Stirnseite des Axialzyklons 18 ist seitlich ein radial abgehender Rußaustritt 22 vorgesehen, über welchen der rußbeladene Abgasstrom, der etwa 1% des in den Axialzyklon 18 ein­ tretenden Abgases ausmacht, zu einer aus der Rußweiche austretenden Rußsammelleitung 23 abgeführt wird.

Die Abscheiderohre 16 der beiden Röhren 12 münden an dem einen Ende mit Abstand von der Gehäusestirnsei­ te 24 und sind an dem anderen Ende von einer Abdeck­ platte 25 abgeschlossen. Die Abdeckplatte 25 ist mit Abstand von der anderen Gehäusestirnseite 26 im Ge­ häuse 13 befestigt und weist auf zu den Achsen der Röhren 12 konzentrischen Lochkreisen mit Abstand von­ einander angeordnete Durchtrittsöffnungen 27 auf (Fig. 3). Die Axialzyklone 18 sind auf der von den Röhren 12 abgekehrten Seite der Abdeckplatte 25 derart auf letztere aufgeflanscht, daß ihre Abgas-Einströmöffnungen 19 die Durchtrittsöffnungen 27 überdecken. Die Axialzyklone 18 sind dabei mit in das Gehäuse 13 einbezogen, wobei ihre Ausströmöffnungen 20 frei in dem von der Abdeckplatte 25 abgetrennten Gehäuseinnenraum 30 münden, von wo das aus den Axialzyklonen 18 austretende gereinigte Abgas über eine die Gehäusestirnseite 26 durchdringende Abgassammel­ leitung 28 abgeführt wird.

In dem von der Abdeckplatte 25 abgetrennten anderen Gehäuseinnenraum 31 mündet eine seitlich am Ge­ häuse 13 eintretende Abgas-Zuführleitung 29, die unmittel­ bar mit dem Abgassammelsystem des hier nicht dargestellten Verbrennungsmotors verbunden ist. Das durch diese Abgas-Zuführleitung 29 in den Hohlraum 14 gelangende Abgas kann über die offenen Enden der Abscheiderohre 16 der beiden Röhren 12 durch dort vorhandene ringförmige Eintrittsöffnungen 32 in die Röhren 12 eintreten. Durch evtl. dort vorhandene Leitflügel durchlaufen die Abgasströme die Röhren 12 mit spiral- oder schraubenförmiger Strömungsrichtung. In bekannter Weise kommt es durch das in den Röhren 12 herr­ schende Hochspannungsfeld zu einer Rußkoagulation, wodurch sich größere Rußflocken bilden, die mit dem Abgasstrom in die Axialzyklone 18 eintreten und dort ausgeschieden werden. Während der ausgeschie­ dene Ruß über die Rußsammelleitung 23 die Rußweiche verläßt, und gegebenenfalls dem Verbrennungsmotor rückgeführt bzw. gesammelt oder verbrannt wird, wird das gereinigte Abgas über die Abgassammelleitung 28 aus der Rußweiche abgeführt.

Zu erwähnen ist noch, daß in jeder Röhre 12 die Sprühelektrode 17 an beiden Enden über Hochspan­ nungsisolatoren 33, 34 im Abscheiderohr 16 gehalten ist. Um die Ablagerung der in den Röhren 12 durch Koagu­ lation entstehenden Rußflocken an den an den Enden der Röhren 12 angeordneten Isolatoren 34, die durch die Abdeckplatte 25 hindurchragen, zu verhindern, ist jeweils dieser Isolator 34 von einer Schutzkappe 35 übergriffen. Die haubenartig ausgebildete Schutzkappe 35 ist auf der die Sprühelektrode 17 fassenden Stirnseite des Hochspannungsisolators 34 aufgesetzt und umgreift diesen bis nahe des Endes des Abscheiderohrs 16.

In Fig. 2 ist eine modifizierte Rußweiche im Längsschnitt schematisch dargestellt, deren Elektroabscheider 110 aus ins­ gesamt vier Röhren 112 (Fig. 4) besteht. Alle Röhren 112 sind identisch ausgebildet und stimmen mit den zu Fig. 1 beschriebenen Röhren überein. Das Röhrenpaket ist wiederum von einem stirnseitig geschlossenen Gehäuse 113 umgeben, das an seiner einen Gehäusestirnseite 124 einen Abgas-Einlaß 136 aufweist, an dem die zu dem Abgassammelsystem des Verbrennungs­ motors führende Abgas-Zuführleitung 129 angeschlossen ist. Die Abgassammelleitung 128 für das aus der Ruß­ weiche austretende gereinigte Abgas mündet seitlich im Gehäuse 113 und steht mit dem zwischen dem Gehäuse 113 und dem Röhrenpaket vorhandenen Hohlraum 114 in Verbindung. In den Röhren 112 wird wiederum die von einer Hochspannungsquelle 115 versorgte Sprühelektrode 117 über Hochspannungsisolatoren 133, 134 in dem Abscheiderohr 116 gehalten, wobei der in Durch­ strömungsrichtung des Abgases am Ende der Rröhre 112 sitzende Hochspannungsisolator 134 wiederum von der Schutzkappe 135 umgeben ist.

In dem Gehäuse 113 ist nahe dem in Strömungsrichtung des Abgases vorderen Ende der Röhren 112 eine Trenn­ wand 137 vorgesehen, die den Gehäuseinnenraum in einen die Abgas-Eintrittsöffnung 136 enthaltenden Gehäuseinnen­ raum 131 und einen die Röhren 112 enthaltenden Ge­ häuseinnenraum 130 unterteilt. Von diesem zweiten Gehäu­ seinnenraum 130 geht auch die Abgassammelleitung 128 ab. Die Trennwand 137 weist ringförmige Durchtrittsöffnungen 141 auf, die zugleich die Ringkanäle 132 für den Eintritt des über die Abgas-Zuführleitung 129 zuströmenden Abgases in die Röhren 112 bilden.

Der wiederum als Multiklon ausgebildete Fliehkraftab­ scheider 111 besteht wiederum aus einer Vielzahl von Zyklonen 118 mit axialer Einströmöffnung 119 für das die Röhren 112 verlassende Abgas. Jeder Röhre 112 sind drei Fliehkraftabscheider 118 zugeordnet, die am Ende des jeweiligen Abscheiderohrs 116 unmittelbar mit diesem verbunden sind (Fig. 4). Jeder Fliehkraftabscheider 118 weist einen zylinderförmigen Gehäuseteil 138 und einen sich daran anschließenden kegelförmigen Gehäuseteil 139 auf, der in einem Rußaustrittsstutzen 122 mündet. Die Aus­ strömöffnung 120 für das gereinigte Abgas ist als ko­ axial in den zylinderförmigen Gehäuseteil 138 hinein­ ragendes Tauchrohr ausgebildet, das in dem Hohlraum 114 des Gehäuses 113 mündet.

Bei der Rußweiche gemäß Fig. 2 strömt das axial durch die Abgas-Eintrittsöffnung 136 in der Gehäuse­ stirnwand 124 von dem Verbrennungsmotor kommende Abgas über die ringförmigen Durchtrittsöffnungen 141 in die Röhren 112 ein, wobei mittels sog. Leitkörper 140 der Abgasstrom in den Röhren 112 eine schrauben­ artige Drehbewegung erfährt. In den Röhren 112 setzt die bekannte Rußkoagulation ein, wodurch größere Rußpartikel sich an den Abscheiderohren 116 absetzen und von dort mit dem Abgasstrom in die Fliehkraftabscheider 118 gelangen. Hier werden die Rußteilchen an den Wänden ab­ geschieden und wandern zusammen mit einem sehr kleinen Ab­ gasstrom zu den Rußaustrittsstutzen 122. Das gereinigte Abgas, das etwa 99% des durch die Einströmöffnung 119 in jeden Fliehkraftabscheiders einströmenden Abgases ausmacht, strömt über die tauchrohrartige Ausströmöffnung 120 in den Gehäuseinnenraum 130 und von dort über die Abgas­ sammelleitung 128 ins Freie. Der an den Rußaustrittsstutzen 122 austretende Ruß kann ge­ sammelt oder in einer nachgeschalteten Verbrennungsein­ richtung verbrannt werden.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Entfernen von Festkörperpartikeln, insbesondere von Rußteilchen aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen mit einem Elektroabscheider, der eine Mehrzahl von parallel zueinander angeordneten Röhren aus jeweils einem mit dem positiven Pol einer Hochspannungsquelle verbundenen Abscheiderohr und einer mit dem negativen Pol der Hochspannungsquelle verbundenen, im Abscheiderohr sich axial erstreckenden, mit radialen Sprühelementen versehenen Sprühelektrode aufweist, und mit einem dem Elektroabscheider im Abgasstrom nachgeordneten Fliehkraftabscheider, dadurch gekennzeichnet, daß der Fliehkraftabscheider (11; 111) aus einer Vielzahl von kleinen, jeweils eine axiale Abgaseinströmöffnung (19; 119) und eine koaxial dazu angeordnete Ausströmöffnung (20; 120) für gereinigtes Abgas aufweisenden achsparallel zur Achse der jeweiligen Röhre (12; 112) liegenden Fliehkraftabscheidern (18; 118) besteht, daß jeweils mehrere Fliehkraftabscheider (18; 118) unmittelbar mit einer Röhre (12; 112) verbunden sind und die Röhren (12; 112) von einem stirnseitig geschlossenen rohrförmigen Gehäuse (13; 113) umgeben sind, und daß zwischen Gehäuseinnenwand und Röhren (12; 112) ein sich etwa über die Länge der Röhren (12; 112) erstreckender, zwischen Abgaszuführleitung (29; 129) und Abgassammelleitung (28; 128) des gereinigten Abgases verbleibender Hohlraum (14; 114) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheiderohre (16) der Röhren (12) an einem Ende mit Abstand von der Gehäusestirnseite (24) frei münden und am anderen Ende von einer mit dem Gehäuse (13) verbundenen Abdeckplatte (25) abgeschlossen sind, daß die Abdeckplatte (25) auf zu den Abscheiderohrachsen konzentrischen Lochkreisen mit Abstand voneinander angeordnete Durchtrittsöffnungen (27) aufweist und daß die Fliehkraftabscheider (18) an der den Abscheiderohren (16) abgekehrten Seite der Abdeckplatte (25) derart angeordnet sind, daß ihre Abgas- Einströmöffnungen (19) die Durchtrittsöffnungen (27) überdecken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckplatte (25) im Gehäuseinnern angeordnet ist und daß die Fliehkraftabscheider (18) an der Abdeckplatte (25) angeflanscht und vom Gehäuse (13) umschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13) eine Abgaszufuhrleitung (29), die in dem von der Abdeckplatte (25) und der dem freien Ende der Abscheiderohre (16) der Röhren (12) zugekehrten Ge­ häusestirnseite (24) begrenzten ersten Gehäuseinnenraum (31) mündet, und eine Abgassammelleitung (28), die in dem von der Abdeckplatte (25) und der anderen Gehäusestirnseite (26) begrenzten zweiten Gehäuseinnenraum (30) mündet, aufweist und daß von jeweils einem Tauchrohr gebildete Ausströmöffnungen (20) der Fliehkraftabscheider (18) im zweiten Gehäuseinnenraum (30) frei münden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaszufuhrleitung (29) als ein den Mantel des Gehäuses (13) durchdringender Einlaßstutzen ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheiderohre (116) der Röhren (112) an einem Ende mit Abstand von der Gehäusestirnseite (124) frei münden und am anderen Ende von der anderen Gehäusestirnseite (126) abgeschlossen sind, daß im Gehäuse (113) eine die Abscheiderohre (116) nahe ihrem freien Ende umschließende Trennwand (137) angeordnet ist, daß das Gehäuse (113) einen Abgaseinlaß (136), der in dem von der Trennwand (137) und der ihr naheliegenden Gehäusestirnseite (124) begrenzten ersten Gehäuseinnenraum (131) mündet, und einen Abgasauslaß (128), der in dem von der Trennwand (127) und der anderen Gehäusestirnseite (126) begrenzten zweiten Gehäuseinnenraum (130) mündet, aufweist und daß die jeweils von einem Tauchrohr gebildeten Abgas-Ausströmöffnungen (120) der Fliehkraftabscheider (118) in dem zweiten Gehäuseinnenraum (130) münden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abgassammelleitung (128) als ein den Mantel des Gehäuses (113) durchdringender Auslaßstutzen ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaseinlaß (136) als ein durch die Gehäusestirnseite (124) koaxial hindurchtretenderEinlaßstutzen ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode (17; 117) jeder Röhre (12; 112) an beiden Enden im Abscheiderohr (16; 116) von je­ weils einem Hochspannungsisolator (33, 34; 133, 134) gehalten ist und daß der am verschlossenen Ende der Abscheiderohre (16; 116) angeordnete Hochspannungs­ isolator (34; 134) von einer Schutzkappe (35; 135) übergriffen ist.