DE3539641A1 - Vorrichtung zur filterung von partikeln aus gasen - Google Patents

Vorrichtung zur filterung von partikeln aus gasen

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Description

Es ist schon lange bekannt, daß bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe Ruß entsteht. Bei der motorischen Verbrennung im Dieselmotor entsteht der sog. Dieselruß, der zugleich Träger der sog. polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoffe ist, die als mutagene bzw. karzinoge Schadstoffe zu betrachten sind. Zur Verminderung bzw. Beseitigung dieser Schadstoffe ist es notwendig, zunächst den Träger dieser Schadstoffe, fester Kohlenstoff in feindisperser Form, aus dem jeweiligen Abgas abzuscheiden und sogleich bzw. in einem nachgeschalteten Schritt durch Abbrennen zu beseitigen und damit unschädlich zu machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Partikelemission wirksam und mit einfachen Mitteln reduziert werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß die Verminderung z. B. des Dieselrußes nicht wie an bisher bekanntgewordenen Systemen wie zellularen, feinporigen bzw. feinporösen Keramikmonolithen erfolgt, sondern in einem Fließbett. Es wurde gefunden, daß in solch einem Fließbett, bestehend aus einem met. Behälter, bis zu 3/4 bzw. 4/5 gefüllt mit feinkörnigen keramischen Feststoffkörnern, eine deutliche Verminderung des Dieselrußausstoßes erfolgt. Bei Passieren des Abgases von unten nach oben fungiert das Abgas als Trägergas und Wärmelieferant zugleich. Der Ruß wird beim Passieren des Behälters mit den vorgegebenen Feststoffkörnern an der Oberfläche derselben adsorbiert und bei ausreichender Temperatur schließlich verbrannt. Die erforderliche Zündtemperatur für den Rußabbrand kann durch eine Zusatzheizung bzw. durch sog. Rußzündkatalysatoren bewirkt werden, wobei bei letzteren der Abbrand des adsorbierten Rußes bei wesentlich niedrigeren Temperaturen erfolgen kann. Die Vorrichtung besteht zweckmäßig aus einem wärmeisolierten Stahlgefäß, das gasdicht im Abgaskanal des Dieselmotors möglichst motornah angebracht ist. Das Gefäß ist vorwiegend zylinderförmig und am Ein- und Austritt konisch verjüngt. Der Behälter wird mit feinkörnigen, möglichst spärischen Körnern (20-1000 µm ⌀) bis zu 3/4 bzw. 4/5 gefüllt. Um ein Herausfallen bzw. Heraustragen der Feststoffkörner zu verhindern, werden am Eintritt und Austritt feinmaschige Siebe bzw: am Eintritt anstelle des Siebes auch Düsen angebracht. Da der Wärmeübergang in solch einem Fließbett sehr günstig ist, ist bei entsprechenden Voraussetzungen (Zusatzheizung bzw. Katalysator) die Möglichkeit gegeben, den adsorbierten Ruß sofort zu verbrennen und damit unschädlich zu machen.
Die Vorteile dieser Vorrichtung liegen vor allem darin, daß dieses System im Gegensatz zu allen bisher bekannten Vorrichtungen nicht verstopfen kann und eine sonstige Beschädigung bzw. Ausfall der Vorrichtung in Folge eines Sprödbruches des Keramikmonolithen nicht möglich ist. Darüber hinaus ist auch die Gefahr, daß beim Rußabbrand lokale hohe Temperaturpeaks auftreten können, die ebenfalls einen monolithischen Filterblock schädigen können, nicht gegeben, weil im Fließbett stets ein intensiver Wärmeaustausch stattfindet.
Die Erfindung wird an Hand einer Zeichnung erläutert:
Ein stehender länglicher Behälter (1), der innen einen metallischen Mantel 1 b und eine äußere thermische Isolierung 1 a aufweist. Der Behälter ist mit nach außen konisch verengten Enden (2 u. 6) versehen, die im unteren Bereich in einem Abgaseintrittskanal 2 a bzw. in einen oberen Abgasaustrittskanal 6 a übergehen. Am Übergang des Eintrittskanals 2 a bzw. Austrittskanals 6 a am oberen Behälterende ist jeweils eine perforierte Platte bzw. Sieb (4) angeordnet. Diese dienen der Lagerung von Feststoffkörnern (5), mit denen der Behälter zu 3/4 bzw. 4/5 gefüllt ist. Das Abgas gelangt über den Eintrittskanal 2 a am unteren Ende des Behälters (1) und die untere perforierte Platte (4) in den Behälter, wobei die darin befindlichen Körner in eine wirbelnde Bewegung versetzt werden, die im Abgasstrom enthaltenden Rußpartikel an den Feststoffkörnern adsorbiert werden und bei ausreichender Temperatur sofort verbrannt bzw. in einem nachgeschalteten Arbeitsvorgang beseitigt werden. Das von Rußpartikeln befreite Abgas gelangt am oberen Ende des Behälters (1) über den Austrittskanal 6 a schließlich nach außen.
Beispiel 1
Stahlbehälter mit einem Innen-⌀ von 60 mm und einer Länge von 80 mm hergestellt, der an beiden Seiten konisch verjüngt und am Abgasein- und Austritt mit je einem feinmaschigen Sieb versehen ist. Der Behälter wurde zu 3/4 gefüllt mit feinkörnigen SiC-Partikeln mit einer mittleren Korngröße von 100 µm und an die Abgasleitung eines Dieselmotors angeschlossen. Der so ausgebildete Filter wurde im Leerlauf, Teillast und Vollast der Verbrennungsmaschine, getestet. Hierbei konnte eine deutliche Verminderung der sonst auftretenden Rußemission festgestellt werden.
Beispiel 2
Ein zylindrischer Stahlbehälter mit einem Innen-⌀ von 80 mm und einer Länge von 90 mm, am Abgaseintritt konisch verjüngt, am Abgaseintritt und Austritt mit einem feinmaschigen Sieb versehen, gefüllt zu 4/5 mit oxidkeramischen Partikeln der mittleren Korngröße von 100-200 µm, wurde an die Abgasleitung eines 2 l-Diesel-PKW-Motors angeschlossen und im Start- und Teillastverhalten gefahren. Hierbei wurde der metallische Behälter zusätzlich mittels einer extern angebrachten elektrischen Heizung verbunden mit einer therm. Isolation auf ca. 550°C gebracht. Auch hierbei konnte eine deutliche Verminderung der sonst auftretenden Rußemission beobachtet werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Filterung von Partikeln aus Abgasen, bestehendaus einem Behälter mit rundem oder polygonalem Querschnitt, der zumindest teilweise mit einem Partikel absorbierendem Feststoff gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter von unten nach oben durchströmt wird und, daß der Feststoff Feststoffkörner sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) am Abgasein- und/oder -austritt (2) konisch verengt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) nach außen thermisch isoliert ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) am Übergang vom Abgaseintritt sowie am Abgasaustritt eine perforierte Platte (4) bzw. ein Sieb aufweist zur Lagerung der Feststoffkörner (5) sowie zur Verhinderung des Forttragens derselben durch den Abgasstrom.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4 dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) Feststoffkörner (5) unterschiedlicher Form und Größe enthält.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5 dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) Feststoffkörner (5) aus Keramik bzw. Glaskohlenstoff, beschichtet mit SiC, enthält.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6 dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffkörner (5) eine poröse Struktur aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7 dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffkörner (5) mit einem Katalysator beschichtet sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8 dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffkörner (5) aus einem Katalysatormaterial bestehen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9 dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) mit einer Zusatzheizung versehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10 dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) maximal bis zu 5/6 seines Volumeninhalts mit Feststoffkörnern (5) gefüllt ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-11 dadurch gekennzeichnet, daß die Feststoffkörner (5) einen Durchmesser zwischen 20 und 1000 µm haben.
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