DE3724511A1

DE3724511A1 - Vorrichtung fuer die abscheidung von russ aus dem abgas eines verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE3724511A1
Application number: DE19873724511
Authority: DE
Inventors: Reinhold Blauhut; Laszlo Magyary
Original assignee: NAVSAT GmbH
Current assignee: NAVSAT GmbH
Priority date: 1987-07-24
Filing date: 1987-07-24
Publication date: 1989-02-02

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf eine Vorrichtung für die Abscheidung von Ruß aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors, insbe sondere eines Dieselmotors, - mit Abscheidekammer, Rohgaseintritt und Reingasaustritt, wobei die Abscheidekammer eine Mehrzahl von Prall flächen nach Art eines Prallflächenabscheiders aufweist.

Bei der (aus der Praxis) bekannten gattungsgemäßen Vorrichtung sind die Prallflächen mechanische Prallflächen. Die Rußpartikel gelangen unter dem Einfluß der aerodynamischen Kräfte mit der Abgasströmung in den Bereich der Prallflächen, die von der Abgasströmung umströmt werden, während die Rußpartikel infolge der Trägheitskräfte auf die Prallflächen gelangen. Die Prallflächen sind so angeordnet und ausge bildet, daß abgeschiedene Rußpartikel an den Prallflächen nach unten gleiten und außerhalb der Abscheidekammer gesammelt werden könnten. Sie haften jedoch in erheblichem Maße an den Prallflächen. Im übrigen stört, daß das Grenzkorn bei den bekannten Vorrichtungen verhäItnis mäßig groß ist. Kleine Rußpartikel passieren folglich die Vorrichtung, weil die aerodynamischen Kräfte größer sind als die Trägheitskräfte, die für die Abscheidung wirksam werden müßten. Soweit die abgeschie denen Rußpartikel nach unten fallen und beispielsweise in einen Samm ler gelangen, muß dieser von Zeit zu Zeit entleert werden.

Im übrigen kennt man in anderen Bereichen der Technik Maßnahmen der elektrostatischen Gasreinigung. Insbesondere sind Elektrofilter be kannt. Dem physikalischen Prinzip nach stellt ein Elektrofilter einen Zylinder- oder Plattenkondensator dar. Zwischen den Feldelektroden wirkt eine möglichst dicht unter der Durchschlagsgrenze liegende Gleichspannung von etwa 30 bis 70 KV und mehr. Der negative Pol ist mit der Sprühelektrode verbunden, die möglichst kleine Krümmungs radien besitzt. Man verwendet hierfür relativ dünne Drähte oder auch Drähte von viereckigem oder dreieckigem Querschnitt mit Kantenent ladungsmöglichkeit. Häufig sind die Sprühelektroden auch mit Stacheln oder Spitzen bestückt. Der positive, an der Niederschlagselektrode liegende Pol der Gleichspannungsquelle ist geerdet. Aber auch die um gekehrte Polung ist möglich. Die Vorgänge in einem Elektrofilter ent sprechen denjenigen bei einer selbständigen Entladung, bei der ein elektrischer Strom von den Sprühelektroden zu den Sammelelektroden fließt. Der Rohgasstrom wird zwischen den Elektroden hindurchgeleitet. Die mitgeführten Staubpartikel laden sich dabei zum weitaus über wiegenden Teil negativ auf und wandern zur positiven Niederschlags elektrode. Dort geben sie ihre Ladung ab und werden sie abgeschieden. Die auf den Niederschlagselektroden gelangenden Staubteilchen haften dort und fallen nicht sofort in den zugeordneten Bunker. Das ist der Grund, weshalb die insoweit bekannten Maßnahmen der elektrostatischen Gasreinigung auf die Abscheidung von Ruß aus dem Gas eines Verbren nungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, nicht übertragbar sind. Die Niederschlagselektroden bedecken sich alsbald mit abgeschiedenen Rußpartikeln, die ohne weiteres nicht entfernt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vor richtung so weiter auszubilden, daß eine wirksame Abscheidung der Rußpartikel im Abgas eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, durchgeführt werden kann, ohne daß in bezug auf die Entfernung der abgeschiedenen Rußpartikel Probleme auftreten. Darüber hinaus sollen insbesondere auch die feinen und feinsten Rußpartikel abgeschieden werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß in dem Rohgas eintritt eine Mehrzahl von Sprühelektroden angeordnet ist, die an eine Sprühspannungsquelle angeschlossen sind, daß die Prallflächen als Niederschlagselektroden für die Rußpartikel ausgeführt und geschaltet sind und daß in Strömungsrichtung vor den Niederschlagselektroden ebenfalls an eine Brennspannungsquelle anschließbare Rußverbrennungs elektroden angeordnet sind. Eine bevorzugte Ausführungsform der Er findung, die sich durch Einfachheit und Funktionssicherheit auszeichnet, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagselektroden als Winkel profile ausgeführt sind, die mit ihren Profilschenkeln symmetrisch zur Hauptströmungsrichtung angeordnet sowie entgegen der Hauptströmungs richtung offen sind, und daß die Rußverbrennungselektroden in den durch die Profilschenkel gebildeten Profilkammern angeordnet sind. Die Rußverbrennungselektroden können zusätzlich mit Strömungsleitflächen ausgerüstet sein. Diese wird man so einrichten, daß die Rußpartikel, die in der Abgasströmung mitgeführt werden, leicht auf die Prallflächen und damit auf die Niederschlagselektroden gelangen können. Die elek trostatischen Kräfte erhöhen den Abscheidegrad, und insbesondere in bezug auf feine Rußpartikel.

Ein anderer Vorschlag der Erfindung sieht vor, daß die Niederschlags elektroden als Halbrohre ausgeführt sind, die symmetrisch zur Haupt strömungsrichtung angeordnet sowie entgegen der Hauptströmungsrichtung offen sind, und daß im Zentrum der Halbrohre die Rußverbrennungs elektroden angeordnet sind. Im Rahmen der Erfindung liegt es, in der Abscheidekammer neben Niederschlagselektroden Strömungsleitprofile an zuordnen, durch die die Aerodynamik der Zusammenhänge verbessert wird.

Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß bei einer gattungsgemäßen Vor richtung auf den Prallflächen eine Ablagerung der Rußpartikel statt findet und unterstützt diesen Effekt durch die elektrostatischen Kräfte, die aus der Tatsache resultieren, daß zusätzlich Sprühelektroden an geordnet und die Prallflächen als Niederschlagselektroden ausgeführt und geschaltet sind, wie es bei einem Elektrofilter üblich ist. Funk tionssicher wird diese Kombination, weil zusätzlich Rußverbrennungs elektroden angeordnet sind, die ebenfalls an eine Sprühspannungsquelle angeschlossen sind. Rußverbrennungselektroden bezeichnet Elektroden, die es erlauben, zwischen der Elektrode und dem abgeschiedenen Ruß einen Bogen oder Funken zu zünden, wobei überraschenderweise der abgeschiedene Ruß in diesem Bogen oder Funken verbrennt. Ausreichend Sauerstoff bringen die Abgase eines Verbrennungsmotors mit. Die Ruß verbrennung, die mit Hilfe der Rußverbrennungselektroden durchge führt wird, wird von Zeit zu Zeit, jedenfalls so eingeschaltet, daß durch den abgeschiedenen Ruß der Abscheidegrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht beeinträchtigt wird. Das kann nach einem Programm oder auch automatisch erfolgen, wenn die Rußverbrennungselektroden permanent an die Sprühspannungsquelle angeschlossen sind. Wächst in einem solchen Falle auf der Niederschlagselektrode die Rußschicht bis in den Bereich der Rußverbrennungselektrode, so zündet der Bogen oder Funken, der die Rußverbrennung bewirkt, von selbst. Es versteht sich, daß man bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung darauf achten muß, daß der rein mechanische Abscheideeffekt aufrechterhalten wird. Die Abgasströmung darf nicht zu langsam sein. Folglich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung im allgemeinen in mehrere Register ge teilt, wobei in Abhängigkeit von der Drehzahl des Verbrennungsmotors eine unterschiedliche Anzahl von Registern in den Abgasstrom so ein geschaltet wird, daß in den einzelnen Registern stets mehr oder weni ger die gleichen aerodynamischen Verhältnisse herrschen, die nach den üblichen Auslegungsregeln optimiert werden. Auch bei der erfindungs gemäßen Vorrichtung fällt an den Prallflächen oder Niederschlagselek troden Ruß nach unten ab, er wird wie üblich in Sammelkammern ein geführt, deren Eintrittsöffnungen unter den Niederschlagselektroden angeordnet sind. Auch in den Sammelkammern kann eine Rußverbrennunng erfolgen, und zwar ebenfalls mit Hilfe von Rußverbrennungselektroden, die, wie vorstehend beschrieben, funktionieren und dazu beispielsweise über dem Boden der Sammelkammern so angeordnet sind, daß der Boden der Sammelkammer die Gegenelektrode bildet und die Rußverbrennung, wie beschrieben, einsetzt.

Im folgenden werden die beschriebenen und weitere Merkmale der Er findung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Dar stellung

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vor richtung,

Fig. 2 entsprechend der Fig. 1 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 und 4 entsprechend der Fig. 1 weitere Ausführungsformen,

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Gegenstand nach Fig. 4.

Die in den Figuren dargestellten Vorrichtungen dienen für die Abschei dung von Ruß aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors. In ihrem grundsätzlichen Aufbau besteht die Vor richtung aus einer Abscheidekammer 1 mit Rohgaseintritt 2 und Rein gasaustritt 3 und in der Abscheidekammer 1 von Prallflächen 4 nach Art eines Prallflächenabscheiders.

In dem Rohgaseintritt 2 befindet sich eine Mehrzahl von Sprühelektroden 5, die an eine nichtgezeichnete Sprühspannungsquelle angeschlossen sind. Die Prallflächen sind als Niederschlagselektroden 4 für die Ruß partikel ausgeführt und geschaltet. Die Anordnung ist fernerhin so getroffen, daß in Strömungsrichtung vor den Niederschlagselektroden 4, an eine Brennspannungsquelle angeschlossen, Rußverbrennungselektroden 6 angeordnet sind, die von Zeit zu Zeit zum Zwecke der Rußverbren nung, wie oben erläutert, eingeschaltet werden oder sich einschalten.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 sind die Niederschlags elektroden 4 als Winkelprofile ausgeführt, die mit ihren Profilschenkeln 7 symmetrisch zur Hauptströmungsrichtung angeordnet sowie entgegen der Hauptströmungsrichtung offen sind. Die Rußverbrennungselektroden 6 sind in den durch die Profilschenkel 7 gebildeten Profilkammern 8 an geordnet, und zwar so, daß sie unter Berücksichtigung der gewählten Spannungsverhältnisse in der beschriebenen Weise einen Bogen oder Funken zünden können. In der Fig. 2 erkennt man, daß die Rußver brennungselektroden 6 zusätzlich mit Strömungsleitflächen 9 ausgerüstet sein können oder als solche geformt sein können.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die Niederschlagselektroden als Halbrohre 4 ausgeführt, die symmetrisch zur Hauptströmungsrichtung angeordnet sowie entgegen der Hauptströmungsrichtung offen sind. Hier befinden sich im Zentrum der Halbrohre 4 die Rußverbrennungselektro den 6. In allen Figuren erkennt man, daß neben den Niederschlags elektroden 4 Strömungsleitprofile 10 angeordnet sein können. - Eine unter den Vorrichtungen angeordnete Sammelkammer, die abgeschiedene und von den Niederschlagselektroden abfallende Rußpartikel aufnimmt, wurde zeichnerisch nicht dargestellt. Sie kann zusätzlich mit Rußver brennungselektroden 6 ausgerüstet sein.

Von besonderer Bedeutung ist die Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5. Man erkennt, daß die Niederschlagselektroden 4 und die Ruß verbrennungselekroden 6 als Bereiche von Blechplatten 11 bzw. 12 ausgeführt sind, deren aktive Flächen in der Hauptströmungsrichtung hintereinander sowie mit Abstand voneinander angeordnet sind. Die Blechplatten 11 bzw. 12 sind in der Hauptströmungsrichtung in ab wechselnder Folge an die Brennspannungsquelle U bzw. an den Gegen pol M angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind die Blechplattenbereiche 4 bzw. 6 zwischen Bohrungen oder Ausstanzungen in den großflächigen Blech platten ausgebildet. Die Bohrungen oder Ausstanzungen werden von dem Gas durchströmt. Die Blechplattenbereiche 4 bzw. 6 sind im Aus führungsbeispiel in der Hauptströmungsrichtung deckungsgleich hinter einander angeordnet, wozu insbesondere auf die Fig. 5 verwiesen wird.

Claims

1. Vorrichtung für die Abscheidung von Ruß aus dem Abgas eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, - mit
Abscheidekammer,
Rohgaseintritt und
Reingasaustritt,
wobei die Abscheidekammer eine Mehrzahl von Prallflächen nach Art eines Prallflächenabscheiders aufweist, dadurch gekenn zeichnet, daß in dem Rohgaseintritt (2) eine Mehrzahl von Sprühelektroden (5) angeordnet ist, die an die Sprühspannungsquelle angeschlossen sind, daß die Prallflächen als Niederschlagselektroden (4) für die Rußpartikel ausgeführt und geschaltet sind und daß in Strö mungsrichtung vor den Niederschlagselektroden (4) an eine Brenn spannungsquelle anschließbare Rußverbrennungselektroden (6) ange ordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagselektroden (4) als Winkelprofile ausgeführt sind, die mit ihren Profilschenkeln (7) symmetrisch zur Hauptströmungsrichtung an geordnet sowie entgegen der Hauptströmungsrichtung offen sind, und daß die Rußverbrennungselektroden (6) in den durch die Profilschenkel (7) gebildeten Profilkammern (8) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Rußverbrennungselektroden (6) zusätzlich mit Strö mungsleitflächen (9) ausgerüstet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß die Niederschlagselektroden als Halbrohre (4) ausgeführt sind, die symmetrisch zur Hauptströmungsrichtung angeordnet sowie entgegen der Hauptströmungsrichtung offen sind, und daß im Zentrum der Halbrohre (4) die Rußverbrennungselektroden (6) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Abscheidekammer (1) neben den Niederschlags elektroden (4) StrömungsleitprofiIe (10) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Niederschlagselektroden (4) und die Rußverbrennungselektroden (6) als Bereiche von Blechplatten (11 bzw. 12) ausgeführt sind, deren aktive Flächen in der Hauptströmungsrichtung hintereinander sowie mit Abstand voneinander angeordnet sind, und daß die Blechplatten (11, 12) in der Hauptströmungsrichtung in abwechselnder Folge an die Brennspannungs quelle (U) bzw. an den Gegenpol (M) angeschlossen sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechplattenbereiche (4 bzw. 6) zwischen Bohrungen oder Ausstanzungen in den großflächigen Blechplatten (11, 12) ausgebildet und die Boh rungen oder Ausstanzungen von dem Gas durchströmbar sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Blechplattenbereiche (4 bzw. 6) in der Hauptströ mungsrichtung deckungsgleich hintereinander angeordnet sind.