DE4426990A1 - IC engine exhaust gas cleaning device - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors, insbesondere zum Verringern des NOx-Gehaltes dieser Abgase.The invention relates to a device for cleaning exhaust gases from an internal combustion engine, in particular for reducing the NO x content of these exhaust gases.
Die schädlichen Wirkungen von NOx sind seit vielen Jahren bekannt. Demgemäß gibt es eine große Anzahl von Vorrichtungen, um NOx aus den Abgasen soweit wie möglich zu entfernen. Derartige Vorrichtungen weisen ganz allgemein einen Reaktor auf, in welchem eine Reaktion zwischen dem Abgas und einer chemischen Verbindung vorgenommen wird, beispielsweise Ammoniak, Harnstoff oder ähnliches, um die Stickoxide in gasförmigen Stickstoff und Wasser zu zerlegen.The harmful effects of NO x have been known for many years. Accordingly, there are a large number of devices to remove NO x from the exhaust gases as much as possible. Such devices generally have a reactor in which a reaction between the exhaust gas and a chemical compound, for example ammonia, urea or the like, is carried out in order to break down the nitrogen oxides into gaseous nitrogen and water.
Die bekannten Vorrichtungen sind aufwendig in der Konstruktion, teuer in der Herstellung und erreichen das gesteckte Ziel nicht.The known devices are expensive in the Construction, expensive to manufacture and achieve that not set goal.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, daß die Entfernung von NOx effizienter als bei bekannten Vorrichtungen erfolgt, daß die Vorrichtung im Aufbau einfacher und in der Herstellung billiger als bekannte Vorrichtungen ist, und daß sie sich dazu eignet, bestehende Verbrennungsmotoranlagen damit nachzurüsten.The invention has for its object to design a device according to the preamble of claim 1 such that the removal of NO x takes place more efficiently than with known devices, that the device is simpler in construction and cheaper to manufacture than known devices, and that it is suitable for retrofitting existing internal combustion engine systems.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.This task is characterized by the characteristics of Claim 1 solved.
Dem Erfinder ist es gelungen, die Vorrichtung sehr einfach zu gestalten. Der Kern der Vorrichtung ist der eiförmige Innenbehälter, der sich in einem Außenbehälter umgibt, der den Innenbehälter mantelartig umgibt. Zwischen Außenbehälter und Innenbehälter verbleibt ein Ringkanal, in welchen das zu reinigende Abgas eingeleitet wird, und zwar als kreiselnder Strom. Der Abgasstrom tritt sodann in den Innenbehälter ein, und zwar durch Öffnungen in dessen Wandung. Dabei sind Vorkehrungen dafür getroffen, daß die Strömung beim Eintreten in den Innenbehälter umgelenkt wird, so daß sie der im Ringkanal herrschenden Hauptströmung weitgehend entgegengerichtet ist. Das Abgas strömt demgemäß im Inneren des eiförmigen Innenbehälters zu dessen einem Ende hin, und zwar wiederum als Kreisel- oder Wirbelströmung. Am Ende des eiförmigen Hohlraumes des Innenbehälters wird der Abgasstrom ein zweites Mal umgelenkt, und pflanzt sich innerhalb des ersten Wirbels in einem weiteren Wirbel zum anderen Ende des eiförmigen Innenraumes hin fort, wo er austritt.The inventor has managed to make the device very simple to design. The core of the device is the egg-shaped one Inner container that surrounds itself in an outer container that surrounds the inner container like a jacket. Between The outer container and inner container remain in an annular channel which the exhaust gas to be cleaned is introduced, namely as a gyrating stream. The exhaust gas stream then enters the Inner container, through openings in its Wall. Provisions have been made to ensure that the Flow deflected when entering the inner container is so that they prevail in the ring channel Main flow is largely opposite. The exhaust gas flows accordingly in the interior of the egg-shaped inner container one end of it, again as a gyro or Vortex flow. At the end of the egg - shaped cavity The exhaust gas flow becomes a second time redirected, and planted within the first vertebra another vortex to the other end of the egg-shaped Interior continues where it exits.
Der Abgasstrom wird somit auf seinem Wege durch den Einlaß des Außenbehälters, durch den Ringkanal, durch den eiförmigen Innenraum des Innenbehälters und aus diesem heraus wenigstens dreimal umgelenkt. Die Strömung hat auf dem gesamten genannten Wege Wirbelform, wobei sich auch die Wirbelrichtung von Mal zu Mal umkehrt.The exhaust gas flow is thus on its way through the inlet of the outer container, through the ring channel, through the egg-shaped interior of the inner container and from this redirected out at least three times. The current is on the whole way called vortex shape, whereby also the Reverse swirl direction from time to time.
Die Wirbelerzeugung erfolgt am besten durch einen im Einlaß des Außenbehälters angeordneten Drallerzeuger, beispielsweise ein Laufrad, das die lichte Weite des Einlasses ausfüllt und nach Art eines Gebläse-Rotors gestaltet ist.The vortex is best generated by one in the inlet the swirl generator arranged in the outer container, For example, an impeller that the clear width of the Fills inlet and like a blower rotor is designed.
Irgendwo auf dem Wege der Strömung der Abgase, am besten bereits im Bereich des Einlasses des Außenbehälters, wird eine chemische Verbindung zum Einleiten der Reaktion mit dem Abgas eingeleitet.Somewhere on the way of the flow of the exhaust gases, best of all already in the area of the inlet of the outer container a chemical compound to initiate the reaction with initiated the exhaust gas.
Auf diese Weise wird eine sehr effiziente Abgasbehandlung mit einer weitgehenden Entfernung von NOx durchgeführt. In this way, a very efficient exhaust gas treatment with an extensive removal of NO x is carried out.
Die Vorrichtung ist aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades von geringen Abmessungen und geringem Gewicht. Sie läßt sich leicht und ohne Probleme in eine bestehende Motoranlage einbauen.The device is due to its high efficiency small size and light weight. You can easily and without problems in an existing engine system install.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the drawing.
Die Figur zeigt den Reaktor in einem Längsschnitt.The figure shows the reactor in a longitudinal section.
Der Reaktor weist einen Außenbehälter 1 auf. Dieser ist von langgestreckter Gestalt. Außenbehälter 1 umfaßt einen Einlaß 1.1 und einen Auslaß 1.2. Der Einlaß 1.1 ist zylindrisch. Es schließt sich ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 1.3, ein zylindrischer Abschnitt 1.4 sowie ein weiterer kegelstumpfförmiger Abschnitt 1.5 an, gefolgt vom zylindrischen Auslaß 1.2.The reactor has an outer container 1 . It is elongated in shape. Outer container 1 comprises an inlet 1.1 and an outlet 1.2 . The inlet 1.1 is cylindrical. This is followed by a frustoconical section 1.3 , a cylindrical section 1.4 and a further frustoconical section 1.5 , followed by the cylindrical outlet 1.2 .
Der Außenbehälter 1 umschließt mantelartig einen Innenbehälter 2. Der Innenbehälter ist ebenfalls langgestreckt. Er hat im wesentlichen Ei-Form. Das dem Einlaß 1.1 des Außenbehälters 1 zugewandte Ende des Innenbehälters 2 ist geschlossen, während das dem Auslaß 1.2 des Außenbehälters 1 zugewandte Ende offen ist.The outer container 1 encloses an inner container 2 like a jacket. The inner container is also elongated. It is essentially egg-shaped. The inlet 1.1 of the outer container 1 facing the end of the inner container 2 is closed, while the outlet 1.2 of the outer container 1 facing end is open.
Im Einlaß 1.1 des Außenbehälters 1 ist ein Drallerzeuger angeordnet. Hierbei handelt es sich um einen Rotor, dessen Drehachse mit der Längsachse des Reaktors zusammenfällt. Der Rotor 3 füllt die lichte Weite des Einlasses 1.1 des Außenbehälters 1 weitgehend aus. In der Darstellung unterhalb des Rotors 3 ist aus der Wandung des Außenbehälters 1 und aus der Wandung des Innenbehälters 2 ein Ringkanal 4 gebildet. Ringkanal 4 ist begrenzt durch eine ringförmige Querwand 5.A swirl generator is arranged in the inlet 1.1 of the outer container 1 . This is a rotor whose axis of rotation coincides with the longitudinal axis of the reactor. The rotor 3 largely fills the clear width of the inlet 1.1 of the outer container 1 . In the illustration below the rotor 3 , an annular channel 4 is formed from the wall of the outer container 1 and from the wall of the inner container 2 . Annular channel 4 is delimited by an annular transverse wall 5 .
Die Wandung des eiförmigen Innenbehälters 2 weist eine Mehrzahl von Öffnungen 6 auf, von denen nur eine einzige dargestellt ist. Diese Öffnungen sind über den Umfang des Behälters 2 gleichmäßig verteilt angeordnet. Jeder Öffnung ist ein Leitorgan zugeordnet, das dem Abgasstrom aus dem Ringkanal beim Eintreten in den Innenraum des Innenbehälters 2 eine bestimmte Richtung erteilt. Die Leitorgane können Hülsen sein, die in die einzelne Öffnung 6 eingesetzt sind. Dabei können die Hülsen über die Außenhaut oder die Innenhaut des Innenbehälters 2 hinausragen. Möglich ist es auch, die Hülsen über die Außenhaut und die Innenhaut hinausragen zu lassen. Jede Hülse kann dabei auf der Ebene der einzelnen Öffnung 6 senkrecht stehen. Es ist aber auch möglich, die einzelne Hülse unter einem bestimmten, von 90° abweichenden Winkel zur Ebene der Öffnung 6 anzuordnen.The wall of the egg-shaped inner container 2 has a plurality of openings 6 , only one of which is shown. These openings are arranged evenly distributed over the circumference of the container 2 . A guide element is assigned to each opening, which gives the exhaust gas flow from the ring channel a certain direction when entering the interior of the inner container 2 . The guide elements can be sleeves which are inserted into the individual opening 6 . The sleeves can protrude beyond the outer skin or the inner skin of the inner container 2 . It is also possible to let the sleeves protrude beyond the outer skin and the inner skin. Each sleeve can be perpendicular to the level of the individual opening 6 . But it is also possible to arrange the individual sleeve at a certain angle deviating from 90 ° to the plane of the opening 6 .
Der Auslaß 2.1 des Innenbehälters 2 (Ei-Auslaß) ist gegen ein Prallelement 7 gerichtet. Dieses ist von Stegen 8 getragen, die an der Wandung des Außenelementes 1 befestigt sind.The outlet 2.1 of the inner container 2 (egg outlet) is directed against a baffle element 7 . This is carried by webs 8 , which are attached to the wall of the outer element 1 .
Der Weg des Abgasstromes ist wie folgt:The way of the exhaust gas flow is as follows:
Abgas aus dem Verbrennungsmotor strömt gemäß Pfeil A in den Einlaß 1.1 des Außenbehälters 1 ein. Er wird dort von Rotor 3 erfaßt und gelangt in den Ringkanal 4. Aufgrund der Drallwirkung des Rotors 3 pflanzt er sich dort kreiselnd fort - in der Darstellung gesehen nach unten. Er stößt sodann an Querrand 5 an und gelangt zwangsläufig durch die Öffnungen 6 in den Innenraum des eiförmigen Innenbehälters 2. Aufgrund der genannten Leitorgane, auf die später noch eingegangen werden soll, wird der Abgasstrom beim Eintritt in den Innenraum des Innenbehälters 2 umgelenkt, so daß er seinen Weg gegen das in der Zeichnung obere Ende des Innenbehälters 2 hin nimmt. Auch auf diesem Wege kreiselt er wieder. Am oberen Ende angekommen, findet eine erneute Umlenkung statt. Der Abgasstrom wandert nunmehr innerhalb des äußeren Wirbels, der sich entlang der Wandung des Innenbehälters 2 bewegt, wiederum in Wirbelform nach unten zum Ei-Auslaß 2.1 hin. An der Unterkante des Ei-Auslasses 2.1 wird er umgelenkt, und zwar erzwungen durch Prallelement 7. Er gelangt sodann durch den Ringraum zwischen Prallelement 7 und dem kegelstumpfförmigen Teil 1.5 des Außenbehälters 1 hindurch zum Auslaß 1.2 des Außenbehälters, um schließlich als weitgehend gereinigter Abgasstrom in Richtung des Pfeiles B den Reaktor zu verlassen.Exhaust gas from the internal combustion engine flows according to arrow A into the inlet 1.1 of the outer container 1 . It is detected there by rotor 3 and arrives in the ring channel 4 . Due to the swirl effect of the rotor 3 , it propagates there in a spinning - seen downwards in the illustration. It then abuts the transverse edge 5 and inevitably reaches the interior of the egg-shaped inner container 2 through the openings 6 . Due to the mentioned guide elements, which will be discussed later, the exhaust gas flow is deflected when entering the interior of the inner container 2 , so that it takes its way towards the upper end of the inner container 2 in the drawing. In this way, too, it spins again. Arrived at the upper end, there is another redirection. The exhaust gas flow now travels within the outer vortex, which moves along the wall of the inner container 2 , again in vortex form down to the egg outlet 2.1 . At the lower edge of the egg outlet 2.1 , it is deflected, specifically by baffle element 7 . It then passes through the annular space between the baffle element 7 and the frustoconical part 1.5 of the outer container 1 to the outlet 1.2 of the outer container in order to finally leave the reactor as a largely cleaned exhaust gas stream in the direction of arrow B.
Der Anschluß für die chemische Reaktionsverbindung ist nicht dargestellt. Er befindet sich im Bereich des Rotors 3, und zwar entweder vor dem Rotor oder nach diesem.The connection for the chemical reaction compound is not shown. It is located in the area of the rotor 3 , either in front of or after the rotor.
Die Erfindung läßt sich gegebenenfalls auch für Heizungsanlagen anwenden, die mit Öl, Holz oder sonstigen Brennstoffen betrieben werden.The invention can also be used for Use heating systems with oil, wood or other Fuels are operated.
Claims (7)
- 1.1 mit einem Reaktor zum Durchführen einer Reaktion zwischen dem Abgas und einer chemischen Verbindung, z. B. Ammoniak sowie zum Verwirbeln des Abgases
- 1.1 with a reactor for performing a reaction between the exhaust gas and a chemical compound, e.g. B. ammonia and for swirling the exhaust gas
- 1.2 der Reaktor weist einen Außenbehälter (1) mit einem Einlaß (1.1) für aus dem Motor herangeführtes Abgas und einem Auslaß (1.2) für behandeltes Abgas (Reingas) auf
- 1.3 der Außenbehälter (1) umschließt einen Innenbehälter (2)
- 1.4 der Innenbehälter hat wenigstens annähernd Ei- Form, ist im Bereich seines Umfanges mit Öffnungen (6) versehen (Umfangsöffnungen) und weist auf der dem Einlaß (1.1) des Außenbehälters (1) gegenüberliegenden Ende einen Auslaß (2.1) (Ei-Auslaß) auf, der dem Auslaß (1.2) des Außenbehälters (1) vorgeschaltet ist
- 1.5 im Bereich des Einlasses (1.1) des Außenbehälters (1) ist ein Drallerzeuger (3) vorgesehen
- 1.6 Innenbehälter (2) und Außenbehälter (1) bilden miteinander einen Ringkanal, der sich vom Einlaß (1.1) des Außenbehälters wenigstens bis zu den Öffnungen (6) des Innenbehälters (2) hin erstreckt.
- 1.2 the reactor has an outer container ( 1 ) with an inlet ( 1.1 ) for exhaust gas brought in from the engine and an outlet ( 1.2 ) for treated exhaust gas (clean gas)
- 1.3 the outer container ( 1 ) encloses an inner container ( 2 )
- 1.4 the inner container is at least approximately egg-shaped, is provided with openings ( 6 ) in the area of its periphery (peripheral openings) and has an outlet ( 2.1 ) (egg outlet) on the end opposite the inlet ( 1.1 ) of the outer container ( 1 ) on, which is connected upstream of the outlet ( 1.2 ) of the outer container ( 1 )
- 1.5 a swirl generator ( 3 ) is provided in the area of the inlet ( 1.1 ) of the outer container ( 1 )
- 1.6 inner container ( 2 ) and outer container ( 1 ) together form an annular channel which extends from the inlet ( 1.1 ) of the outer container at least to the openings ( 6 ) of the inner container ( 2 ).
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