DE69427586T2

DE69427586T2 - Elektronische säuberung von auspuffgasen

Info

Publication number: DE69427586T2
Application number: DE69427586T
Authority: DE
Inventors: Humberto Alexander Cravero
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-08-10
Filing date: 1994-08-10
Publication date: 2002-04-25
Anticipated expiration: 2014-08-11
Also published as: WO1995004875A1; DE69427586D1; GR3036600T3; EP0713562A4; ES2159566T3; ATE202620T1; DK0713562T3; EP0713562A1; PT713562E; JPH09503565A; US5787704A; EP0713562B1; CA2168958A1; KR100358017B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft die elektronische Reinigung von Abgasen. Fahrzeuge, die von Verbrennungsmotoren angetrieben werden, setzten Abgase in die Atmosphäre frei. Diese Gase enthalten zahlreiche Schadstoffe, z. B. Kohlenstoff, Blei, andere metallische Partikel und verbranntes Öl. Diese Schadstoffe haben mikroskopische Abmessungen. Sind sie in die Atmosphäre gelangt, so mischen sie sich mit der Luft, verteilen sich ihr und erzeugen Smog. Schadstoffpartikel mit derart geringen Abmessungen kann man mit herkömmlichen Filtern nicht einfangen. Den Schadstoffen ausgesetzte Personen können von verschiedenen Krankheiten betroffen werden, z. B. Asthma, Heuschnupfen, Bleivergiftung, Augenreizungen und anderen Leiden.
Das US-Patent 4,643,745 offenbart eine Vorrichtung, die als Luftreiniger mit Hilfe von Ionenwind arbeitet, der durch das Anlegen von Spannung zwischen einer Entladungselektrode und einer Gegenelektrode erzeugt wird. Durch eine Koronaentladung wird Luft in der Nähe der Entladungselektrode ionisiert. Elektrostatische Kräfte beschleunigen die dadurch erzeugten Ionen auf die Gegenelektrode zu. Zusammenstöße zwischen Ionen und neutralen Molekülen führen zu Streuungen und erzeugen einen Molekülstrom (Wind). Die Koronaentladung kann auch Staubpartikel in der Luft ionisieren. Mit elektrostatischen Staubsammelvorrichtungen kann man die ionisierten Staubteilchen an stromabwärts gelegenen Elektroden sammeln.
Die herkömmliche Einrichtung ist so entworfen, dass sie mit einem sich langsam bewegenden atmosphärischen Luftstrom arbeitet. Es ist daher für den sich schnell bewegenden Abgasausstoß eines Verbrennungsmotors ungeeignet. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, durch die Schadstoffe mit mikroskopischen und größeren Partikeln behandelt werden können, die im Abgas von Fahrzeugen enthalten sind, die von Verbrennungsmotoren angetrieben werden.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es wird eine Abgasreinigungsvorrichtung offenbart, umfassend ein Gehäuse mit einem Ein- und einem Auslass; Reinigungseinrichtungen zum Ändern der Beschaffenheit eines durch das Gehäuse passierenden Abgases auf dessen Fließweg vom Einlass zum Auslass, wobei die Reinigungseinrichtungen ein Kathodennetz aufweisen, durch welches das Abgas gehen muss und welches dazu dient, die Abgasteilchen im Abgas beim Durchgang elektrisch aufzuladen, sowie ein Anodenelement, das positiv aufgeladen werden kann, so dass es negativ ionisierte Schmutzteilchen aus dem Abgas zieht und zurückhält, dadurch gekennzeichnet, dass das Anodenelement im Gehäuse stromabwärts des Kathodennetzes angeordnet ist und im Wesentlichen außerhalb des Fließwegs liegt.
Bevorzugt wird zudem ein Gitternetz bereitgestellt, durch welches das Abgas zudem gehen muss, wobei das Gitternetz stromabwärts des Kathodennetzes angeordnet ist. Das Kathodennetz ist bevorzugt so beschaffen, dass es geladen werden kann, und das Gitternetz ist bevorzugt so beschaffen, dass es geladen werden kann, jedoch positiv gegenüber dem Kathodennetz.
Das Anodenelement ist dafür ausgelegt, gegenüber dem Gitternetz positiv aufgeladen zu werden.
Das Kathodennetz ist bevorzugt für ein hoch negatives Aufladen ausgelegt und das Gitternetz ist bevorzugt für ein negatives Aufladen ausgelegt, aber nicht ganz so hoch negativ wie das Kathodennetz.
Das Anodenelement bevorzugt dafür ausgelegt, hoch positiv aufgeladen zu werden. Das Kathodennetz weist bevorzugt eine Anzahl einander kreuzender Leiterelemente auf, wobei von den Schnittpunkten der Elemente Stifte abgehen.
Das Kathodennetz ist bevorzugt in einer ersten Kammer und das Anodenelement in einer zweiten Kammer stromabwärts der ersten Kammer angeordnet. Das Gehäuse ist bevorzugt aus einem elektrisch nichtleitenden Material ausgebildet.
Weiterhin wird ein Abgasreinigungssystem offenbart, umfassend die Abgasreinigungsvorrichtung wie oben offenbart sowie eine Oszillatorschaltung, ausgelegt für eine Verbindung mit einer Kraftfahrzeugbatterie, zur Bereitstellung eines Wechselstroms: einen Transformator, der mit der Oszillatorschaltung elektrisch verbunden ist; eine Spannungsmultiplikationseinrichtung, die mit dem Transformator verbunden ist und enthält: einen ersten Anschluss, ausgelegt für eine Verbindung mit einer Erdungsbürste oder dgl.; einen zweiten Anschluss, ausgelegt zur Bereitstellung einer hoch positiven Spannung am Anodenelement; und einen hoch negativen Spannungsanschluss, ausgelegt für einen Anschluss an das Kathodennetz.
Das Abgasreinigungssystem kann auch einen mittelnegativen Spannungsanschluss enthalten ausgelegt für einen Anschluss an ein Gitter, welches sich in dem Gehäuse befindet.
Günstigerweise tritt eine katalytische Wirkung auf die Gase auf, und zwar durch den starken elektronischen Beschuss beim Durchgang des Gases durch die erste Kammer.
Nachdem die negativen Ionen an das Anodenbauteil gezogen worden sind, entladen sie sich und verändern folglich die Struktur der Moleküle. Diese trennen sich dadurch in ihre ursprünglichen Anteile, beispielsweise Sauerstoff und Stickstoff.
Zudem wird ein Verfahren zum Reinigen von Abgas bereitgestellt, umfassend das Bereitstellen eines Gehäuses mit einem Einlass und einem Auslass; das Bereitstellen einer planaren Anordnung von Kathodenstiften innerhalb des Gehäuses, wobei die Stifte im Wesentlichen senkrecht zur Ebene der Anordnung verlaufen; das Durchleiten von Abgas durch das Gehäuse vom Einlass zum Auslass, so dass das Gas durch die Kathodenstiftanordnung fließt und die im Gas enthaltenen Partikel elektrisch geladen werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es wird nun eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an Beispielen und mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Skizze einer Elektronikeinheit, die in einer Umgrenzungslinie abgebildet ist, und zusätzlich entfernte Vorrichtungen außerhalb der Grenzlinie;
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ionisationseinheit, die eine der entfernten Vorrichtungen in Fig. 1 ist;
Fig. 3 eine perspektivische Skizze eines Kathodengitternetzes, das einen Teil der Ionisationseinheit in Fig. 2 darstellt; und
Fig. 4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Isolators, der ebenfalls einen Teil der Ionisationseinheit in Fig. 2 darstellt.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORM

Fig. 1 zeigt eine elektronische Oszillatorschaltung 11, einen Transformator 12, einen Spannungsvervielfacher 13, eine Monitorschaltung 14, eine Ionisationseinheit 10 und eine Erdungsbürste 15. Die Oszillatorschaltung 11 ist wie dargestellt an eine Batterie 16 angeschlossen. Der Transformator 12 setzt das Ausgangssignal der Oszillatorschaltung 11 in das Eingangssignal des Spannungsvervielfachers 13 um. Die mit dem Spannungsvervielfacher 13 verbundene Monitorschaltung 14 nimmt ebenfalls Spannung aus der Batterie 16 auf.
Die Ausgänge 17, 18, 19 und 20 des Spannungsvervielfachers 13 sind mit der Erdungsbürste 15, einem hoch positiven Spannungsanschluss 23 der Ionisationseinheit 10, einem hoch negativen Spannungsanschluss 21 der Ionisationseinheit 10 und einem mittelnegativen Spannungsanschluss 22 der Ionisationseinheit 10 verbunden.
Beim Einschalten der Zündung des Fahrzeugs beginnt die Oszillatorschaltung 11 elektronisch zu schwingen und erzeugt einen Wechselstrom mit einer Amplitude von 12 Vss. Die Induktivität des Transformators 12 bildet einen Teil der Oszillatorschaltung und bestimmt die Schwingfrequenz. Folglich entsteht ein schwingendes elektromagnetisches Feld im Kern des Transformators 12. Die Sekundärwicklung des Transformators 12 weist bezogen auf die Primärwicklung ein großes Verhältnis auf. Dadurch entsteht ein Wechselstrom mit höherer Spannung. Die Spannung an der Sekundärwicklung des Transformators 12 wird nun in der Spannungsvervielfacherschaltung 13 hochgesetzt, die eine negative Polarität hat, damit man eine Spannung mit mittleren Pegel am Ausgang 20 und eine Spannung mit hohem Pegel am Ausgang 19 erhält. Es handelt sich dabei jeweils um Gleichspannungen mit negativer Polarität.
Der gleiche Wechselstrom aus der Sekundärwicklung des Transformators 12 wird auch in einen Spannungsvervielfacher mit positiver Polarität eingespeist, damit man am Ausgang 18 eine Spannung mit positiver Polarität und hohem Pegel erhält.
Der Ausgang 17 ist mit der Erdungsbürste 15 verbunden, die beispielsweise vier dünne Stahldrähte umfasst, die so befestigt sind, dass sie von der Fahrzeugkarosserie zum Boden verlaufen und eine elektrische Leitfähigkeit zwischen dem Fahrzeug und dem Boden herstellen. Die Bürste 15 dient dazu, den Aufbau statischer Elektrizität im Fahrzeugkörper zu verhindern.
Die hohe negative Spannung vom Ausgang 19 des Spannungsvervielfachers wird über den Anschluss 21 für hohe negative Spannung und den Isolator 37 an das Kathodennetz 26 angelegt, siehe Fig. 2. An jedem Stift 38 des Netzes 26 erscheinen ionisierende elektrische Koronen.
Die negative Spannung mit mittlerem Pegel vom Ausgang 20 wird über den Anschluss 22 für mittlere negative Spannung und einen vergleichbaren Isolator 37 an das Gitternetz 27 angelegt. Diese Spannung hat ebenfalls negative Polarität, Verglichen mit dem Kathodennetz 26 besteht jedoch eine beträchtliche Potentialdifferenz, und es erscheint bezogen darauf positiv. Folglich entsteht eine Anziehung auf die freien Elektronen in den elektrischen Koronen des Kathodennetzes 26, und es entsteht ein Elektronenfluss von der Kathode 26 zum Gitter 27. Diesen Bereich, in dem der Elektronenfluss auftritt, kann man als "Ionisationsbereich" bezeichnen.
Die positive Spannung mit hohem Pegel vom Ausgang 18 wird über den Anschluss 23 für hoch positive Spannung geführt und versorgt das Anodenelement 29 mit Energie.
Treten von einem Kraftfahrzeug ausgestoßene Abgase über den Einlass 31 in die erste Kammer 25 ein, so dehnen sich die Gase im gesamten Volumen der ersten Kammer aus. Die Gase werden nun gezwungen, die Öffnungen des Kathodennetzes 26 zu durchlaufen. Die Fläche des Kathodennetzes 26 beträgt ein Mehrfaches der Fläche des Umfangs des Kraftfahrzeug-Abgasrohrs. Damit verringert sich die Geschwindigkeit der Gase beim Durchlaufen des Kathodennetzes 26 entsprechend diesem Verhältnis. Normalerweise kann dieses Verhältnis 1 : 70 betragen.
Die Gase durchlaufen das Kathodennetz 26 mit geringer Geschwindigkeit und treten in den Ionisationsbereich 33 zwischen dem Kathodennetz 26 und dem Gitternetz 27 ein. In diesem Bereich werden den im Gasstrom mitgeführten Partikeln Elektronen zugefügt; dadurch werden sie in negative Ionen umgewandelt. Die negativ ionisierte Verschmutzung wird dann durch das Gitternetz 27 in die zweite Kammer 28 gedrückt. Die Gase erfahren beim Eintritt in die Kammer 28 durch die Stifte 38 des Netzes 27 einen weiteren Beschuss mit Elektronen und werden weiter ionisiert.
An der gegenüberliegenden Seite bzw. der Unterseite der zweiten Kammer 28 befindet sich das Anodenelement 29. Es hat normalerweise die Form eines Gitters aus Stahldrähten oder Stahlwolle oder dgl. Das Anodenelement 29 kann aus mehreren Schichten elektrisch leitender Netze aufgebaut sein.
Da das Anodenelement 29 mit einer hoch positiven elektrischen Ladung polarisiert ist, zieht es die negativ ionisierten Schmutzpartikel stark an, die anschließend in der Struktur des Anodenelements festgehalten werden. Theoretisch werden ionisierte Moleküle von giftigen Substanzen, beispielsweise NO&sub2; (Stickstoffdioxid) am Anodenelement entladen. Folglich trennen sich die Moleküle in ihre Ursprungselemente, also Stickstoff und Sauerstoff.
Das Anodenelement 29 wird von einem elektrisch leitenden Träger 39 gehalten, mit dem der Anschluss 23 der hoch positiven Spannung elektrisch verbunden ist. Das Gehäuse 24 wird normalerweise aus einem elektrisch nichtleitendem Material hergestellt. Ist dieses brüchig oder leicht zu beschädigen, so könnte man es mit einem flexiblen, stoßfesten und nichtleitenden Überzug beschichten, beispielsweise Gummi.
Die gereinigten Abgase bewegen sich weiter zum Auslass 32 und durch diesen hindurch in die äußere Atmosphäre. Den Auslass 32 kann man als ziemlich breiten Schlitz auslegen, so dass die tatsächliche Austrittsgeschwindigkeit der Gase ziemlich gering ist. Die tatsächliche Fläche des Auslasses 32 kann gleich der Fläche des Einlasses 31 sein oder nahe daran liegen. Bildet man den Auslass 32 in Form eines länglichen Schlitzes aus, so verringert er die Gasaustrittsgeschwindigkeit und damit die Wahrscheinlichkeit für Turbulenzen in der Nähe des Anodenelements 29.
Das Kathodennetz 26, das Gitternetz 27 und das Anodenelement 29 sind normalerweise ersetzbare Komponenten. Man kann das Anodenelement 29 auch so entwerfen, dass es periodisch gereinigt und wiederverwendet wird.
Die Breite des Gehäuses 24 beträgt abhängig von der Größe des Fahrzeugs und der Motorleistung üblicherweise etwa einen Meter.
Es ist daran gedacht, die gesamte Einheit 10 im rückwärtigen Teil eines Fahrzeugs nahe an der Stoßstange anzuordnen. Die Gase vom Auspuffrohr des Kraftfahrzeugs könnten mit einem flexiblen Metallrohr an den Einlass 31 geleitet werden.
Fig. 3 zeigt sowohl das Kathodennetz 26 als auch das Gitternetz 27. Das Netz 26, 27 umfasst eine Anzahl Kreuzungselemente und sehr viele elektrisch leitende Stifte 38, die von den Kreuzungselementen nach unten gehen. Die Stifte gehen allgemein vom Schnittpunkt eines jeden Kreuzungsbauteils aus; sie könnten jedoch auch von Punkten zwischen den Kreuzungen ausgehen.
Jeder Isolator 37, siehe Fig. 4, umgibt einen Innenleiter 34. Die Isolatoren 37 umfassen ein inneres Isolierrohr 35 und ein äußeres Isolierrohr 36. Der Innenleiter 34 dient auch dazu, das jeweilige Netz im Gehäuse 24 zu stützen und ihm elektrische Ladung zuzuführen. Im Inneren des Gehäuses 24 können auch nichtleitende Vorrichtungen bereitgestellt sein, die die jeweiligen Netztafeln tragen. Der Zweck des Isolators 37 besteht darin, eine elektrische Leitung oder das Ableiten von elektrischer Ladung von den Leitern 34, dem Kathodennetz 26 oder dem Gitternetz 27 zur Kraftfahrzeug-Karosserie durch Feuchtigkeit aus niedergeschlagener Kondensation zu verhindern. Dies ist nach einem Kaltstart des Motors normal, wobei eine große Dampfmenge durch das Auspuffsystem strömt. Dieser Dampf könnte an den Innenflächen der Ionisationseinheit 10 kondensieren. Das Unterbinden der Leitung durch diese kondensierte Feuchtigkeit wird dadurch unterstützt, dass die Innen- und Außenflächen der inneren und äußeren Isolierrohre 35, 36 den Abstand vergrößern, über den die Oberflächenleitung erfolgen muss. Zudem wird erwartet, dass die Bereitstellung der großen inneren Vertiefung eines jeden Isolators eine Kondensation in diesem Bereich verhindert. Damit kann sich keine durchgehende Kondensationsverbindung zwischen den geladenen inneren Komponenten der Ionisationseinheit 10 und beispielsweise dem metallischen Auspuffrohr bilden, das am Einlass 31 mit der Einheit 10 verbunden ist.

Claims

1. Abgasreinigungsvorrichtung, umfassend ein Gehäuse mit einem Ein- (31) und einem Auslass (32); Reinigungseinrichtungen zum Ändern der Beschaffenheit eines durch das Gehäuse passierenden Abgases auf dessen Fließweg vom Einlass (31) zum Auslass (32), wobei die Reinigungseinrichtungen ein Kathodennetz (26) aufweisen, durch welches das Abgas gehen muss und welches dazu dient, die Abgasteilchen im Abgas beim Durchgang elektrisch aufzuladen, sowie ein Anodenelement (29), das positiv aufgeladen werden kann, so dass es negativ ionisierte Schmutzteilchen aus dem Abgas zieht und zurückhält, wobei das Anodenelement (29) im Gehäuse stromabwärts des Kathodennetzes (26) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anodenelement (29) im Wesentlichen außerhalb des Fließwegs liegt.

2. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, zudem umfassend ein Gitternetz (27), durch welches das Abgas zudem gehen muss, wobei das Gitternetz (27) stromabwärts des Kathodennetzes (26) angeordnet ist.

3. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Kathodennetz (26) und das Gitternetz (27) - das jedoch positiv zum Kathodennetz (26) - geladen werden können.

4. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Anodenelement (29) gegenüber dem Gitternetz (27) positiv aufgeladen werden kann.

5. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei das Kathodennetz (26) für ein hoch negatives Aufladen ausgelegt ist und das Gitternetz (27) für ein negatives Auflagen ausgelegt ist, aber nicht ganz so hoch negativ wie das Kathodennetz (26).

6. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei das Kathodennetz eine Anzahl einander kreuzender Leiterelemente aufweist, wobei von den Schnittpunkten Stifte (38) abgehen.

7. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Kathodennetz (26) in einer ersten Kammer (25) des Gehäuses und das Anodenelement (29) in einer zweiten Kammer (28) des Gehäuses stromabwärts der ersten Kammer (25) angeordnet ist.

8. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Gehäuse aus einem elektrisch nichtleitenden Material ausgebildet ist.

9. Abgasreinigungssystem, umfassend die Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1 sowie eine Oszillatorschaltung (11), ausgelegt für eine Verbindung mit einer Kraftfahrzeugbatterie (16), zur Bereitstellung eines Wechselstroms; einen Transformator (12), der mit der Oszillatorschaltung (11) elektrisch verbunden ist; eine Spannungsmultiplikationseinrichtung (13), die mit dem Transformator (12) verbunden ist und enthält: einen ersten Anschluss (17), aufgelegt für eine Verbindung mit einer Erdungsbürste (15) oder dgl.; einen zweiten Anschluss (18), ausgelegt zur Bereitstellung einer hoch positiven Spannung am Anodenelement (29); und einen hoch negativen Spannungsanschluss (19), ausgelegt für einen Anschluss an das Kathodennetz (26, 27).

10. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 9, weiter beinhaltend einen mittelnegativen Spannungsanschluss (20), ausgelegt für einen Anschluss an das Gitternetz (27), welches sich in dem Gehäuse befindet.

11. Abgasreinigungssystem nach Anspruch 9 oder 10, zudem beinhaltend eine Monitorschaltung, die mit der Spannungsmultiplikationseinrichtung elektrisch verbunden ist.

12. Verfahren zum Reinigen von Abgas, umfassend das Bereitstellen eines Gehäuses mit einem Einlass (31) und einem Auslass (32); das Bereitstellen eines Kathodennetzes (26) in dem Gehäuse; das Bereitstellen eines Anodenelements (29) in dem Gehäuse; das Durchleiten von Abgas durch das Gehäuse vom Einlass (31) zum Auslass (32) auf einem solchen Fließweg, dass das Gas durch das Kathodennetz (26) geht und Gasschwebeteilchen elektrisch negativ geladen werden und das Gas dann so eng am Anodenelement (29) vorbeigeht, dass das Anodenelement (29) negativ geladene Teilchen anziehen und zurückhalten kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Anodenelement (29) im Wesentlichen außerhalb des Fließwegs liegt.