DE3902812C1 - Electrostatic precipitator for the removal of particulates from the exhaust of internal-combustion devices or internal combustion engines and the catalytically initiated combustion of said particulates by means of an electric heating device - Google Patents
Electrostatic precipitator for the removal of particulates from the exhaust of internal-combustion devices or internal combustion engines and the catalytically initiated combustion of said particulates by means of an electric heating deviceInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Elektroabscheider zur Ab scheidung von Rußpartikeln aus dem Abgasstrom von Verbrennungseinrichtungen bzw. Verbrennungsmaschinen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art mit einer zusätzlich nachgeschalteten elektrischen Verbrennungs vorrichtung zur katalytisch eingeleiteten Verbrennung der zuvor abgeschiedenen Rußpartikel.The invention relates to an electrical separator for Ab separation of soot particles from the exhaust gas stream Combustion devices or combustion machines in the Preamble of claim 1 type with a additionally downstream electrical combustion Device for the catalytically initiated combustion of the previously deposited soot particles.
Derartige Elektroabscheider mit einer zusätzlichen, ausgangsseitigen Elektroheizeinrichtung sind aus der JP 59-85 415 und hinsichtlich des Einsatzes eines beheizten Katalysators aus der DE 30 35 206 A1 bekannt.Such electrical separators with an additional, output side electric heater are from the JP 59-85 415 and regarding the use of a heated one Catalyst known from DE 30 35 206 A1.
Elektroabscheider mit ausgangsseitigem elektrisch beheiztem Katalysator, wie sie beispielsweise aus der DE 30 35 206 A1 bekannt sind, haben den Nachteil, daß das aktive Katalysator- Medium relativ feinporig ausgebildet ist und vom Abgas durchströmt werden muß, wobei die mitgeführten Rußpartikel den Katalysator verstopfen können, wenn die Heiztemperatur nicht erreicht wird. Aus diesem Grund ist für dieses Prinzip ein Bypass vorgesehen.Electro separator with electrically heated outlet Catalyst, as for example from DE 30 35 206 A1 have the disadvantage that the active catalyst Medium is relatively fine-pored and from the exhaust gas must be flowed through, the carried soot particles can clog the catalyst if the heating temperature is not achieved. For this reason it is for this principle a bypass is provided.
Elektroabscheider sind allgemein bekannt und werden vor wiegend mit dazu eingesetzt, um Partikel aus Gasgemischen oder Flüssigkeiten (Suspensionen bzw. chem. Verbindungen) abzusondern bzw. in bezug auf nachfolgende chemische Reaktionen zu sensibilisieren. Electro separators are generally known and are used before mainly used to remove particles from gas mixtures or liquids (suspensions or chemical compounds) segregate or with respect to subsequent chemical Sensitize reactions.
Bei Gasgemischen sollen unter Einwirkung eines starken elektrischen Feldes Partikel zu größeren Gebilden zusammengeführt werden, so daß diese mit nachgeschalteten physikalischen Einrichtungen, wie z. B. Mikrofilter, keramische Filter, elektrisch beheizte Abbrennfilter, Zentrifugen, Schleudern, abgeschieden oder durch elektrische Hochspannungsentladung in eine andere Verbindung überführt werden.In the case of gas mixtures, a strong electric field particles to form larger structures be merged so that they are connected downstream physical facilities such as B. microfilter, ceramic filters, electrically heated combustion filters, Centrifuges, centrifuges, separated or by electrical High voltage discharge transferred to another connection will.
Damit der Elektroabscheider seine Aufgabe erfüllt, muß zur Erzeugung eines elektrischen Feldes zwischen dem Gehäuse und der konzentrisch angeordneten metallischen Elektrode des Abscheiders eine hohe elektrische Spannung angelegt werden, damit sich die Partikel zu größeren Gebilden zusammen schließen.So that the electrical separator fulfills its task, must Generation of an electric field between the housing and the concentrically arranged metallic electrode of the A high voltage is applied to the separator so that the particles come together to form larger structures shut down.
Ein Teil dieser Gebilde schlägt sich an den Elektroden nieder. Im Falle der Abscheidung von Rußpartikeln bildet sich eine elektrisch leitende Rußschicht auf den Elektroden, die zu Kurzschlüssen und damit zum Ausfall des Elektro abscheiders führt.Some of these structures hit the electrodes low. In the case of the deposition of soot particles there is an electrically conductive layer of soot on the electrodes, the short circuits and thus the failure of the electrical system separator leads.
Bei in der jüngeren Vergangenheit versuchsweise in kleinen Serien eingesetzten elektrischen Rußabbrennfilter (siehe JP-Patent 54-1 48 803; Int. Cl. F 01 N 3/02 RO) haben sich in der Praxis Schwierigkeiten ergeben, weil sie - je nach Einsatz - entweder verstopften oder durchschmolzen.In the recent past, tentatively in small Electric soot burn-off filters used in series (see JP Patent 54-1 48 803; Int. Cl. F 01 N 3/02 RO) cause difficulties in practice because - depending on the application - either blocked or melted.
Das bei stationären Großfeuerungsanlagen bewährte Prinzip der "Coronar-Entladung" (Hochspannungsentladung), bei der unter einer festgelegten Hochspannung liegende Elektroden mit ausgeprägten Spitzen einen definierten kritischen Abstand zur Gegenelektrode haben, der jedoch unterschritten wird, wenn Partikel zwischen die beiden Potential elektroden kommen und als Folge davon ein Entladungsstrom (Lichtbogen), der die Partikel verbrennt, ausgelöst wird, hat sich bislang für den mobilen Betrieb nicht durchsetzen können. Im mobilen Betrieb mit ständig wechselnden Betriebszuständen und den damit verbundenen ständigen Änderungen der Umgebungsparameter ist eine aufwendige Hochspannungsregelung erforderlich. Wegen des Materialtransports an den Elektroden, der als Folge der Entladeströme eine ständige Korrektur des kritischen Abstandes notwendig macht, ist dieses System u. a. für den mobilen Betrieb aus Sicherheits-, Zuverlässigkeits- und Kostengründen noch nicht geeignet.The principle that has proven itself in stationary large combustion plants the "coronary discharge" (high voltage discharge), in which electrodes under a fixed high voltage with distinctive tips a defined critical Have a distance to the counter electrode, which is below is when particles between the two potential electrodes come in and come on as a result Discharge current (arc) that burns the particles, has been triggered so far for mobile operation cannot enforce. In mobile operation with constantly changing operating conditions and the associated constant changes in environmental parameters is one complex high-voltage regulation required. Because of the Material transport on the electrodes as a result of Discharge currents a constant correction of the critical This system is u. a. for the mobile operation from security, reliability and Not yet suitable for reasons of cost.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Elektro abscheider zur Abscheidung von Rußpartikeln aus Abgasströmen und deren Verbrennung zu Kohlendioxid zu schaffen, bei dem die Betriebssicherheit verbessert ist sowie ein preis günstiger und robuster Aufbau bei erhöhter Reparatur freundlichkeit erreicht wird.The invention has for its object an electric separator for separating soot particles from exhaust gas flows and their combustion to create carbon dioxide, in which operational security is improved as well as a price inexpensive and robust construction with increased repair friendliness is achieved.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Elektroabscheider durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.This task is done with a generic electrical separator by the characteristic Features of claim 1 solved.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 mit der zusätzlichen, ausgangs seitigen, thermostatisch geregelten Elektroheizeinrichtung zur Verbrennung der abgeschiedenen Rußpartikel, hat dem gegenüber den Vorteil, daß das System mit isolierter Hoch spannungselektrode betrieben werden kann, was der Betriebssicherheit entgegenkommt. Rußablagerungen an der Hochspannungselektrode werden durch die Heizeinrichtung an der Hochspannungselektrode verhindert, weshalb dieses System einen ungehinderten Gasfluß zuläßt. Durch die thermo statische Regelung der Heizleistung der Heizeinrichtungen paßt sich das System an den jeweiligen Betriebszustand an.The device according to the invention with the characteristic Features of claim 1 with the additional, starting -sided, thermostatically controlled electric heating device for the combustion of the deposited soot particles, has the compared to the advantage that the system with isolated high voltage electrode can be operated, what the Operational security accommodates. Soot deposits on the High voltage electrode are turned on by the heater the high-voltage electrode prevented, which is why this system allows an unimpeded gas flow. Through the thermo static control of the heating power of the heating devices the system adapts to the respective operating status.
Durch die drallgebende Wirkung der als Luftleitvorrichtung ausgebildeten Distanzstege wird dem Abgasstrom ein Drall quer zur Strömungsrichtung versetzt, wodurch die abge schiedenen Rußpartikel an den äußeren Rand des Abgasstroms geschleudert werden und dadurch zwangsläufig auf die ausgangsseitige, thermostatisch geregelte Elektroheiz einrichtung auftreffen.Due to the swirl effect of the air guiding device trained spacers becomes a swirl of the exhaust gas flow offset transversely to the direction of flow, whereby the abge different soot particles to the outer edge of the exhaust gas flow are thrown and inevitably on the output-side, thermostatically controlled electric heating facility.
Die Eisenoxidoberfläche dieser ausgangsseitigen Elektro heizeinrichtung macht sich die katalytische Wirkung, die Eisenoxid auf Ruß ausübt, zunutze: Die Verbrennungs temperatur von Ruß wird von ca. 500°C auf ca. 200°C abgesenkt. Dadurch ist die kritische Temperatur von ca. 400°C, bei der Ruß vom festen in den gasförmigen Zustand sublimiert, weit unterschritten. Der Ruß wird demgemäß unter Zufuhr von Luftsauerstoff weitestgehend zu Kohlendioxid verbrannt und durch die zentrale Öffnung in der ausgangsseitigen Elektroheizeinrichtung an die Umwelt abgegeben.The iron oxide surface of this electrical outlet heater makes the catalytic effect that Exercise iron oxide on soot, take advantage: The combustion Soot temperature increases from approx. 500 ° C to approx. 200 ° C lowered. This makes the critical temperature of approx. 400 ° C, for the soot from solid to gaseous Condition sublimated, well undercut. The soot will accordingly largely with the addition of atmospheric oxygen Carbon dioxide burned and through the central opening in the output-side electrical heater to the environment submitted.
Ein besonderer Vorteil ist der sehr einfach gehaltene, preisgünstige und robuste Aufbau des Elektroabscheiders nach der Erfindung, mit wenigen, unkritisch handzuhabenden Bauteilen. Dadurch sind eventuelle Reparaturen problemlos und schnell durchführbar.A special advantage is the very simple, inexpensive and robust construction of the electrostatic precipitator the invention, with a few, uncritically manageable Components. This means that any repairs are easy and quickly feasible.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung darge stellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben; es zeigtThe invention is based on a Darge in the drawing presented embodiment in the following described; it shows
Fig. 1 einen Querschnitt eines Elektroabscheiders, Fig. 1 shows a cross section of an electrostatic precipitator,
Fig. 2 einen Längsschnitt des in Fig. 1 darge stellten Elektroabscheiders, Fig. 2 is a longitudinal section of the presented in FIG. 1 Darge electrostatic precipitator,
Fig. 3 den in Fig. 2 dargestellten Längsschnitt des Elektroabscheiders mit der zusätz lichen ausgangsseitig plazierten Ruß verbrennungs-Vorrichtung. Fig. 3 shows the longitudinal section shown in Fig. 2 of the electrostatic precipitator with the additional soot placed soot combustion device.
Ein Gehäusedeckel (7) sowie ein Auslaßgehäusedeckel (16) sind mit einem Gehäuse (6), das als Gegenelektrode des Elektroabscheiders funktioniert, mittels Schraubverbindung lösbar verbunden. Das komplette Gehäuse ist an einem Masse anschluß (11) elektrisch auf Massepotential zu legen.A housing cover ( 7 ) and an outlet housing cover ( 16 ) are detachably connected by means of a screw connection to a housing ( 6 ) which functions as the counter electrode of the electrostatic precipitator. The complete housing is to be connected electrically to ground potential at a ground connection ( 11 ).
Innerhalb des Gehäuses ist ein Keramikisolator (2) mit Distanzstegen (2′) oben am Gehäuse (6) und unten am Gehäuse deckel (7) durch Fixiernasen (10) am Gehäuse (6) und Gehäusedeckel (7) fixiert. Durch zwischen den Distanz stegen (2′) des Keramikisolators (2) und dem Gehäuse (6) bzw. Gehäusedeckel (7) liegende Federelemente (5) wird eine Vorspannung erzielt, durch die die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Materialien ausgeglichen werden.Inside the housing is a ceramic insulator ( 2 ) with spacers ( 2 ' ) on top of the housing ( 6 ) and bottom of the housing cover ( 7 ) by fixing lugs ( 10 ) on the housing ( 6 ) and housing cover ( 7 ). By webs between the distance ( 2 ' ) of the ceramic insulator ( 2 ) and the housing ( 6 ) or housing cover ( 7 ) lying spring elements ( 5 ) a bias is achieved by which the different thermal expansion coefficients of the different materials are compensated.
Um den äußeren Umfang des zylindrischen Keramikisolators (2) ist ein elektrischer Heizleiter (3) gewendelt. Der Heiz leiter (3) sowie ein Temperatursensor (4) werden innerhalb des oberen Distanzsteges (2′) des Keramikisolators (2) durch ein Loch im Federelement (5) und Gehäuse (6) nach außen geführt.An electrical heating conductor ( 3 ) is wound around the outer circumference of the cylindrical ceramic insulator ( 2 ). The heating conductor ( 3 ) and a temperature sensor ( 4 ) are guided inside the upper spacer web ( 2 ' ) of the ceramic insulator ( 2 ) through a hole in the spring element ( 5 ) and housing ( 6 ).
Die innere Wandung des zylindrischen Keramikisolators (2) ist hitzefest metallisiert und wirkt als Hochspannungs elektrode (1) gegenüber dem auf Massepotential liegenden Gehäuse (6) und Gehäusedeckel (7). Die Hochspannungs zuführung (8) wird durch ein Loch im Gehäusedeckel (7) und Federelement (5) innerhalb des unteren Distanzsteges (2′) des Keramikisolators (2) zur hitzebeständig metallisierten inneren Wandung des Keramikisolators (2) - der Hoch spannungselektrode (1) - geführt.The inner wall of the cylindrical ceramic insulator ( 2 ) is metallized in a heat-resistant manner and acts as a high-voltage electrode ( 1 ) with respect to the housing ( 6 ) and housing cover ( 7 ) which are at ground potential. The high voltage supply ( 8 ) is through a hole in the housing cover ( 7 ) and spring element ( 5 ) within the lower spacer ( 2 ' ) of the ceramic insulator ( 2 ) to the heat-resistant metallized inner wall of the ceramic insulator ( 2 ) - the high voltage electrode ( 1 ) - guided.
Grundsätzlich kann die Plazierung von Hochspannungs elektrode (1) und Heizleiter (3) getauscht werden, so daß der Keramikisolator (2) von innen beheizt wird und die Hochspannungselektrode an der Außenseite des Keramik isolators (2) aufgebracht wird.Basically, the placement of high-voltage electrode ( 1 ) and heating conductor ( 3 ) can be exchanged, so that the ceramic insulator ( 2 ) is heated from the inside and the high-voltage electrode is applied to the outside of the ceramic insulator ( 2 ).
Die im Gehäuse (6) ausgangsseitig plazierte ringförmige, thermostatisch geregelte Elektroheizeinrichtung (12), die vergleichbar mit einer modernen Heizplatte eines Küchen herdes ist, ist mittels eines hitzefesten Isolations- und Distanzstreifens (14) in das Gehäuse (6) eingepaßt und wird zusammen mit dem Auslaßgehäusedeckel (16) mittels Befestigungsschrauben (13) fixiert. Die Eisenoxid-Oberfläche der Elektroheizeinrichtung (12) ist möglichst groß und zwecks weiterer Oberflächenvergrößerung möglichst rauh zu gestalten.The ring-shaped, thermostatically controlled electric heating device ( 12 ) placed on the output side in the housing ( 6 ), which is comparable to a modern hotplate of a kitchen stove, is fitted into the housing ( 6 ) by means of a heat-resistant insulation and spacer strip ( 14 ) and is used together with the outlet housing cover ( 16 ) fixed by means of fastening screws ( 13 ). The iron oxide surface of the electric heating device ( 12 ) should be as large as possible and should be as rough as possible for the purpose of further increasing the surface area.
Der Zwischenraum zwischen der Elektroheizeinrichtung (12) und dem Auslaßgehäusedeckel (16) ist mit hitzefester Isolierwolle (15) ausgefüllt, damit die Wärmeverluste an dieser Stelle möglichst gering gehalten werden. The space between the electric heater ( 12 ) and the outlet housing cover ( 16 ) is filled with heat-resistant insulating wool ( 15 ) so that the heat losses at this point are kept as low as possible.
Darüber hinaus soll bewirkt werden, daß der Heizwärmefluß bevorzugt zur aktiven Katalysatoroberfläche der Elektro heizeinrichtung (12) geführt wird, was auch die problemlose Ausgestaltung der Stromzuführung zur Elektroheiz einrichtung (12) begünstigt.In addition, to be effected in that the Heizwärmefluß preferred for the active catalyst surface of the electric heater (12) is led, which also favors the easy configuration of the power supply means to Heatings (12).
Durch die Heizstromzuführungsöffnung (17) im Auslaßgehäuse deckel (16) wird der elektrische Anschluß der Elektroheiz einrichtung (12) nach außen geführt.Through the heating current supply opening ( 17 ) in the outlet housing cover ( 16 ), the electrical connection of the electric heating device ( 12 ) is guided to the outside.
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