DE3723153A1 - Vorrichtung fuer die abscheidung von russ aus dem abgas eines verbrennungsmotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Vorrichtung für die Abscheidung von Ruß aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors, insbe­ sondere eines Dieselmotors, - mit zumindest einem Zyklonabscheider mit Rohgaseintritt, Eintrittskammer, Zyklontrichter, Rußaustritt, die Eintrittskammer durchsetzendem Tauchrohr und Reingasaustritt.

Zumeist ist bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung eine Mehrzahl von Zyklonabscheidern zu einem Zyklonabscheiderregister zusammengeschal­ tet, und zwar in Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung. Im allge­ meinen reicht zum Betrieb die kinetische Energie aus, welche die Abgase hinter einem Verbrennungsmotor ohnehin mitbringen. Der Vorrichtung kann jedoch ein Gebläse vorgeschaltet oder nachgeschaltet sein.

Bei der (aus der Praxis) bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung ist der Zyklonabscheider ein nach den Gesetzen der Mechanik und Aero­ dynamik arbeitender Apparat. Der eintretende Rohgasstrom wird in eine Drallströmung transformiert. Die Rußpartikel gelangen in der Drall­ strömung unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft an die Wand des Zyklontrichters, verlieren dort kinetische Energie und sinken dem Ruß­ austritt zu. Der Ruß im Abgas hinter Verbrennungsmotoren hat ein verhältnismäßig breites Kornspektrum. Bei den bekannten Vorrichtungen stört, daß die feineren Fraktionen dieses Kornspektrums nicht oder kaum abgeschieden werden. Das Grenzkorn liegt bei etwa 30 µm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vor­ richtung so weiter auszubilden, daß auch die feineren Fraktionen der Rußpartikel aus dem Abgas abgeschieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß zumindest der Zyklontrichter aus einem nichtleitenden Werkstoff aufgebaut ist und eine metallische Beschichtung aufweist, die an eine Spannungsquelle angeschlossen und als Koagulationselektrode und/oder Abscheideelektrode geschaltet ist. Es versteht sich, daß die Spannungsquelle eine aus­ reichend hohe Spannung aufweisen muß. Sie kann im Bereich zwischen 25 bis 100 KV liegen. Vorzugsweise arbeitet man im Bereich von 60 bis 80 KV. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist außerdem die Eintrittskammer aus einem nichtleitenden Werkstoff aufgebaut und mit einer Koagulationselektrode und/oder Abscheideelektrode beschichtet. Die Beschichtung kann z. B. aus Blech oder aus einer Metallfolie be­ stehen, sie kann aber auch galvanotechnisch oder auf andere Weise aufgebracht sein. Der nichtleitende Werkstoff besteht aus Keramik, wenn hohe Temperaturen aufzunehmen sind.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Abscheidung von Ruß in einem Zyklonabscheider durch elektrische Kräfte wesentlich verbessert werden kann. Das gilt insbesondere, wenn im Zyklonabscheider ein elektrisches Feld mit im wesentlichen radial verlaufenden Feldlinien eingerichtet wird, beispielsweise dadurch, daß das Tauchrohr als Gegenelektrode geschaltet ist. Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß die Rußpartikel im Abgas hinter einem Verbrennungsmotor weitgehend elektrostatisch aufgeladen sind. Sie können aber auch vor dem Eintritt oder beim Eintritt in den Zyklonabscheider, wie bei Elektrofiltern üb­ lich, mit Hilfe von Sprühelektroden aufgeladen werden. Der Einfluß des elektrischen Feldes in dem Zyklonabscheider ist zunächst der einer Koagulation der Rußpartikel, die dadurch größer und schwerer werden, über das Grenzkorn hinauswachsen und leicht abgeschieden werden können. Insofern erfüllt die elektrisch leitende Beschichtung, wenn sie an eine Spannungsquelle ausreichender Spannung angeschlossen ist, stets die Funktion einer Koagulationselektrode. Sie kann dazu an den positiven oder an den negativen Pol einer Spannungsquelle angeschlossen oder mit einer Quelle für gepulsten Gleichstrom oder Wechselstrom ver­ bunden sein. Soll die Beschichtung ausschließlich als Koagulationselek­ trode funktionieren, so kann die metallische Beschichtung außenseitig auf den Zyklontrichter und/oder die Eintrittskammer aufgebracht sein. Die elektrisch leitende Beschichtung kann aber auch zusätzlich als Abscheideelektrode eingesetzt werden. Dann muß sie entgegengesetzt zu den Rußpartikeln gepolt sein. Damit diese ihre Ladung abgeben können, ist in diesem Falle die metallische Beschichtung innenseitig auf den Zyklontrichter und/oder die Eintrittskammer aufgebracht. Wie bereits erwähnt, können die Rußpartikel aufgeladen werden. Dazu lehrt die Erfindung, daß der Rohgaseintritt mit zumindest einer Sprüh­ elektrode ausgerüstet ist, die an eine elektrische Sprühspannung an­ geschlossen ist. Die abgeschiedenen Rußpartikel können aufgefangen und von Zeit zu Zeit entfernt werden. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rußaustritt an eine Rußverbrennungskammer angeschlossen ist, die zumindest eine Verbren­ nungselektrode aufweist, an die eine elektrische Sprühspannung ange­ schlossen ist und welche die Rußverbrennung zündet oder stützt.

Die erreichten Vorteile sind darin zu sehen, daß bei Einsatz einer er­ findungsgemäßen Vorrichtung auch die feineren Fraktionen der Ruß­ partikel aus dem Abgas hinter einem Verbrennungsmotor, insbesondere hinter einem Dieselmotor, abgeschieden werden. Das beruht auf dem Einfluß elektrischer Kräfte, die in dem Zyklonabscheider der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich wirken.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausfüh­ rungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch den Zyklonabscheider einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Gegenstand nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit mehreren Zyklonab­ scheidern.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Zyklonabscheider ist für eine Vorrichtung für die Abscheidung von Ruß aus dem Abgas eines Ver­ brennungsmotors bestimmt, und zwar insbesondere zur Abscheidung von Ruß aus dem Abgas eines Dieselmotors.

Zum grundsätzlichen Aufbau des Zyklonabscheiders gehören ein Rohgas­ eintritt 1, eine Eintrittskammer 2, ein Zyklontrichter 3, ein Rußaus­ tritt 4, ein die Eintrittskammer 2 durchsetzendes und in den Zyklon­ trichter 3 eintauchendes Tauchrohr 5 sowie ein Reingasaustritt 6.

Im Ausführungsbeispiel bestehen die Eintrittskammer 2 sowie der Zyklon­ trichter 3 aus einem nichtleitenden dünnwandigen Werkstoff, beispiels­ weise aus Keramik. Sie sind dünnwandig gestaltet. Die Eintrittskammer 2 und der Zyklontrichter 3 weisen eine metallische Beschichtung 7 auf, die an eine Spannungsquelle 8 angeschlossen ist. Sie ist als Koagula­ tionselektrode und/oder Abscheideelektrode, wie bereits beschrieben, geschaltet. Das Tauchrohr 5 ist als Gegenelektrode geschaltet.

Links in der Fig. 1 erkennt man, daß die metallische Beschichtung 7 außenseitig auf dem Zyklontrichter 3 und der Eintrittskammer 2 aufge­ bracht ist. Rechts in der Fig. 1 wurde dargestellt, daß die metallische Beschichtung 7 innenseitig auf dem Zyklontrichter 3 und der Eintritts­ kammer 2 aufgebracht ist. Dem Begriff Rohgaseintritt 1 kommt im Rahmen der Erfindung eine erweiterte Bedeutung zu. Er meint nicht nur den Eintrittsstutzen des Zyklonabscheiders, sondern umfaßt einen vorgeschal­ teten Apparateteil. Dazu wird auf die Fig. 3 verwiesen. Man erkennt, daß der Rohgaseintritt 1 mit Sprühelektroden 9 ausgerüstet ist, die an eine elektrische Sprühspannung angeschlossen sind. Die Rußpartikel 10, die in der Fig. 3 angedeutet worden sind, erfahren auf diese Weise auf ihrem Weg bis in den Zyklontrichter 3 hinein eine gesteuerte elek­ trostatische Aufladung. Im übrigen sind in der Fig. 3 mehrere der Zyklonabscheider zu einem Register zusammengeschaltet, und zwar im Ausführungsbeispiel parallelgeschaltet. Sie könnten, wenn sehr hohe Anforderungen an die Reingasqualität gestellt werden, auch zusätzlich hintereinander geschaltet sein. Der Rußaustritt 4 dieser Zyklonabschei­ der ist an eine Rußverbrennungskammer 11 angeschlossen, die zumindest eine Verbrennungselektrode 12 aufweist, an die eine elektrische Sprüh­ spannung angeschlossen ist und welche die Rußverbrennung zündet und stützt. Insoweit wird auch auf die ältere Patentanmeldung P 37 05 979.3 verwiesen.

Claims (7)

1. Vorrichtung für die Abscheidung von Ruß aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, - mit zumindest einem Zyklonabscheider mit Rohgaseintritt, Eintrittskammer, Zyklon­ trichter, Rußaustritt, die Eintrittskammer durchsetzendem Tauchrohr und Reingasaustritt, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest der Zyklontrichter (3) aus einem nichtleitenden Werkstoff aufgebaut ist und eine metallische Beschichtung (7) aufweist, die an eine Spannungsquelle (8) angeschlossen und als Koagulationselektrode und/oder Abscheideelektrode geschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer­ dem die Eintrittskammer (2) aus einem nichtleitenden Werkstoff aufge­ baut und mit einer Koagulationselektrode und/oder Abscheideelektrode (7) beschichtet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Tauchrohr (5) als Gegenelektrode geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die metallische Beschichtung (7) außenseitig auf den Zyklontrichter (3) und/oder die Eintrittskammer (2) aufgebracht ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die metallische Beschichtung (7) innenseitig auf den Zyklontrichter (3) und/oder die Eintrittskammer (2) aufgebracht ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rohgaseintritt (1) mit zumindest einer Sprühelek­ trode (9) ausgerüstet ist, die an eine elektrische Sprühspannung an­ geschlossen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rußaustritt (4) an eine Rußverbrennungskammer (11) angeschlossen ist, die zumindest eine Verbrennungselektrode (12) auf­ weist, an die eine elektrische Brennspannung angeschlossen ist und welche die Rußverbrennung zündet und stützt.