DE7006719U

DE7006719U - Vorrichtung zum entfernen von feinen feststoffteilchen aus abgasen.

Info

Publication number: DE7006719U
Application number: DE7006719U
Authority: DE
Original assignee: Ethyl Corp
Current assignee: Ethyl Corp
Priority date: 1969-02-27
Filing date: 1970-02-24
Publication date: 1970-12-03
Also published as: US3564843A

Description

Anwaltsakte 19 262

ETHYL CORPORATION, Richmond, Virginia/USA

Vorrichtung zum Entfernen von feinen Feststoffteilchen

aus Abgasen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entfernen von feinen Feststoffteilchen aus Abgasen insbesondere einer Brennkraftmaschine mit einer äuße^sn, zylindrischen Kammer, die eine tangentiale Einlaßöffnung aufweist, mit einer in der Mitte der äußeren, zylindrischen Kammer liegenden Austrittsleitung, wodurch im oberen Abschnitt der äußeren Kammer ein Ringraum entsteht, und mit einer im Boden der äußeren Kammer angeordneten Auslaßöffnung, die in eine Sammelkammer führt.

^8e 3113) - 2 -

-3.1Z70

Gemäß Erfindung ist die Sawunelkammer mit eineir eine Vielzahl miteinander verbundener Hohlräume aufweisenden, vorzugsweise einem derartigen Gewirr oder Maschenwerk gefüllt, das einen zentralen Hohlraum besitzt, der vorzugsweise mit gleichem Durchmesser an die Auslaßöffnung anschließt. Ein perforiertes Futter kann den zylindrischen Hohlraum auskleiden. Durch diese Anordnung wird ein weiteres Mitreißen der aus einem pulsierenden Gasstrom, wie beispielsweise aus dem Abgasstrom einer Verbrennungsmaschine, entfernten Feststoffteilchen verhindert.

Fliehkraftabscheider werden seit geraumer Zeit zum Entfernen von Feststoffteilchen aas Gasströmen verwendet. Obwohl sie unter gleichbleibenden Bedingungen sehr gut arbeiten, lassen sie eini- s zu wünschen übrig, wenn sie zum Entfernen von Stauu oder anderen Feststoffteilchen aus einem pulsierenden Gasstrom verwendet werden. Ein Gruad hierfür ist, daß das pulsierende Gas bestrebt ist, die Feststoffteilchen in der Sammelkammer wieder mitzureißen und sie in die Atmosphäre auszublasen. Ein Beispiel für einen derartigen pulsierenden Gasstrom, bei dem ein abermaliges Mitreißen der Feststoffteilchen ein Problem darstellt, ist das Abgas aus einer Verbrennungsmaschine. Obgleich Fliehkraftabscheider zum Entfernen von Feststoffteilchen aus Abgasen verwendet wurden (vgl. die USA-Patentschriften 5 253 4OC, 3 197 955, 3 162 518, 3 154 389, 3 132 473,

3 056 662), ist deren Wirkungsgrad jis zu einem gewissen Ausmaß durch das Problem des abermaligen Mitreißens der Feststoffteilchen begrenzt.

Die vorliegende Erfindung schafft einen Fliehkraftabscheider mit einer Einrichtung, mit der das abermalige Mitreißen der einmal in die Sammelkammer eingetretenen Feststoffteilchen sehr vermindert wird. Die vorliegende Erfindung umfaßt ferner ein Abgassystem für eine Verbrennungsmaschine mit einem Abscheider der obengenannten Art im System.

Im Nachstehenden wird al3 Ausführungsbeispiel die bevorzugte Ausführung der Erfindung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Teilschnitt durch einen Fliehkraftabscheider gemäß Erfindung.

Fig. 2 ein schamatisches Abgasr>ystem für eine Verbrennungsmaschine mit einem Schalldämpfer und einem Fliehkraftabscheider gemäß Erfindung.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen Fliehkraftabscheider auf, bei dem die SammelkaiLmer so ausgebildet ist, daß das abermalige Mitreißen der Peststoffteilchen stark vermindert wird. Fliehkraftabscheider sind herkömmliche ^rj]rägheitsabscheider, die im allgemeinen einen radial-symmetrischen Körper aufweisen, der zylindrisch sein oder die Form eines umgekehrten Kegels haben kann, in den in der Nähe eines Endes ein mit Feststoffteilchen beladenes Gas so eingeführt wird, daß das Gas auf einer spiralenförmigen Behn zum anderen Enda ströme» Die spiralenförmige Bewegung wird gewöhnlich dadurch erzielt, daß das Gas tangential eingeführt wird oder Ablenkplatten verwendet werden oder eine Kombination dieser Mittel angewandt wird. Am gegenüberliegenden Bi.de ist zentrisch eine Auswurföffnung vorgesehen, durch welche die Feststoffteilchen in die Sammelkammer treten. Wenn sich das spiralenförmig bewegende Gas dieses Ende e .'reicht, kehrt es seine Richtung vjn und strömt spiralenförmig in axialer Richtung zurück nach eben zu dem gleichen Ende, von dem es geko:amen ist, aber innerhalb des ursprünglichen Strudels. Das gereinigte Gas tritt in die Austrittsleitung ein, aus der es den Abscheider verläßt· Herkömmliche Fliehkraftabscheider sind wohlbekannt und Tabellen und Tafeln mit genauen Abmessungsangaben können aus vielen Schrifttumsquellen entnommen werden.

Die Sainmelkaimner des erfindirngs^amäßen Abscheiders weist ein maschenartiges Material ,ruf. ,^lches so angeordnet ist, daß ein in Axialrichtung verlaufender, hohler, zylindrischer Kern entsteht, v/elcher den gleichen Durchmesser wie die AuswurfÖffnung hat. Es ist wichtig, daß das maschenartige Material so angeordnet ist, da ansonsten bei einer vollständig mit maschenartigem Material angefüllten Saminelkaiuiuer die Auswurf öffnung zur Verstopfung neigt, 'denn das maschenartige Material in der Sammelkammer in der beschriebenen »^eise angeordnet ist, verstopft die Auswurföffnung nicht und wird, wie sich in den noch zu beschreibenden Versuchen zeigte, der Umfang des abermaligen Mitreißens von Feststoffteilchen stark vermindert, verglichen mit den gleichen Fliehkraftabscheidern ohne das maschenartige Material in der Sanimelkammer.

Bei Betrachtung der Zeichnungen wird die Erfindung leichter verständlich. In Fig. 1 ist im Teilschnitt eine typischer, im Handel erhältlicher Fliehkraftabschej_der dargestellt. Während des Betriebs tritt ein mit Feststoffteilchen beladenes Gas in den Fliehkraftabscheider durch die Einlaßöffnung 1 ein. Dem Gas wird durch herkömmliche Einrichtungen, beispielsweise durch nicht dargestellte Gasführungen, eine Rotationsbewegung erteilt. Das Gas strömt schraubenlinienförmig in der Zyklonkammer 2 im Ringraum 3 zwischen der rf/and der Zyklonkammer und der Austrittslei-

tung 4 nach unten. Die Feststoffteilchen werden gegen die Wand der Zyklonkammer geschleudert und verlieren an Geschwindigkeit und werden nach unten zum Boden geführt. Wenn das rotierende Gas den Boden der Zyklonkammer erreicht, kehrt es seine Richtung um, strömt nach oben und tritt durch die Öffnung 5 in die Austrittsleitung 4 ein. Ein großer Teil der im Gasstrom enthaltenen Feststoffteilchen tritt in die Sammelkammer 6 durch die Auslaßöffnung

7 ein. In der Sammelkammer 6 ist ein maschenartiges Material 8 angeordnet, welches einen hohlen zylindrischen Raum 9 konzentrisch zur gemeinsamen Achse der Zyklonkammer 2 und der Austrittsleitung 4 umgibt. Der hohle zylindrische ^aum 9 h£t im wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Auslaßöffnung 7· Der zylindrische Raum 9 ist vorzugsweise mit einem perforierten, zylindrischen Futter ausgekleidet, welches dazu dient, die Form des zylindrischen Raums 9 aufrechtzuerhalten, und welches die Sammelwirkung verbessert. Die Feststoffteilchen, die in die Sammelkammer 6 durch die Auslaßöffnung 8 eintreten, dringen durch die Perforationen im Futter 10 hindurch und treten in die ruhige Zone in dem vom maschenartigen Material

8 ausgefüllten Raum mit lauter kleinen Zwischenräumen ein. ω der Zwischenzeit strömt das gereinigte und in die Austrittsleitung 4 eingetretene Gas durch die Leitung 4 nach oben und verläßt den Abscheider durch die Auslaß-

leitung 11. Von hier wird das Gas entweder in die Atmosphäre abgeleitet oder irgendeinem weiteren Prozeß zugeführt, der ein Gas mit einem geringen Anteil an Feststoffteilchen erfordert.

Eins besonders bevorzugte Ausfuhrungsform der Erfindung ist die Verwendung, der Vorrichtung in einem Abgassystem einer Verbrennungsmaschine. In Fig. 2 ist eine typische Anordnung dargestellt. Während des Betriebs stößt die Brennkraftmaschine 20, die z.B, ein elektrisch gezündeter Motor oder ein Diesel-Motor sein kann, ihr mit Feststoff-

! teilchen beladenes Abgas durch den Auspuffkrümmer 21 in

! das Auspuffrohr 22 aus, welches das Abgas zum Schalldämpfer

ι 23 führt. Der herkömmliche Schalldämpfer 23 wird vorzugs-

weise in das Abgassystem zwischen dem Auspuffkrümmer 21 und dem Fliehkraftscheider 24 eingebaut, obwohl der Schalldämpfer in dem Abgassysttm auch nach dem Fliehkraftabscheider 24 angeordnet werden kann. Nach dem Verlassen

j des Schalldämpfers 23 wird das Abgas durch die Leitung

zur Einlaßöffnung 1 des Fliehkcaftabscheiders 2 4 geführt, der eine mit maschenartigem Material ausgefütterte Sammelkammer, wie oben beschrieben, aufweist. Die Feststoffteilchen werden in der oben beschriebenen Weise aus dem Abgas entfernt. Das gereinigte Abgas verläßt dann den Fliehkraftabscheider 24 durch die Auslaßleitung 11 und wird durch die Endleitung 26 zu einer entfernter liegenden Stelle geführt.

Das in der Sammelkammer 6 angeordnete Material i-arde im Vorstehenden als "maschenartiges Material" bezeichnet. Das bevorzugte Material ist tatsächlich ein Drahtgewirr mit einem Drahtdurehmesser zwischen 0,12 und 1,3 nua, wobei der Draht gleichförmig zu einem porösen Maschenwerk zusammengedrückt ist, das eine Dichte zwiejhen 0,096 und 0,386 kg/dm³ (6 bis 24 Pfund/Kubikfuß) hat. Eine besonders bevorzugtes Maschenwerk wird tuis einem Draht mit einem Durchmesser zwischen 0,22 und 0,4 mm (0,009 bis 0,015 inchea) hergestellt, der gleichförmig zu einem porösen Maschenwerk zusammengedrückt wird, das eine Dichte von etwa 0,193 kg/dm-* (12 Pfund/KubJ\-xui*) hat. Die Funktion dieses Maschenwerks ist ea, f.ine ruhie Zone zu bilden. Es können auch andere Äquivalente verwendet werden, um diese gleiche, ruhige Zone zu se⁵""ffen, obgleich -

nicht notwendig wie wirkungsvoll. Es können beispielsweise Metalldrehspäne, Stahlwolle, Marmorsplitter, Eies geeigneter Körnung, Streckmetall u.a. in der Sammelkammer verwendet werden, solange diese eingesetzten Materialien in einer solchen Lage gehalten werden können, daß sie einen in Axialrichtung verlaufenden, hohlen, zylindrischen Kern bilden, der in etwa den gleichen Durchmesser wie die Auslaßöffnung hat. Wenn Materialien, wie beispielsweise Marmorsplitter, Kies u.a., verwendet werden, wird der zylindrische Kern durch das perforierte Kernfutter aufrechterhalten.

Es wurden Versuche durchgeführt, um die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzielten Ergebnisse mit den Ergebnissen zu vergleichen, die bei Verwendung des gleichem Fliehkraft abscheiders ohne eine Samme1kammer mit maschenartigem Material erzielt werden. Bei diesen Versuchen wurde ein moderner V-8 Motor mit elektrischer Zündung von 5350 cnr Hubraum mit einem typischen, im Handel erhältlichen und Tetraäthylblei enthaltenden Benein bei einer Geschwindigkeit und einer Belastung gefahren, die dem Hinauffahren einer leichten Steigung bei 48 km/Std. entsprachen. Das Abgas wurde durch einen im Handel erhältlichen Standardfliehkraftabscheider hindurchgeleitet. Bei einem Versuch entsprach die Sammelkammer der Standardausführung, das bedeutet, daß die Sammelkammer nicht das vorstehend beschriebene Maschenwerk enthielt. In einem anderen Versuch enthielt die Sammelkammer ein Maschenwerk aus einem rostfreien Stahldraht mit 0,28 mm Durchmesser, der gÜchförmig zu einem Maschenwerk mit einer Dichte von 0,193 kg/dnr zusammengedrückt wurde. Dieses von der Firma A.C.S. Industries, Woonsocket, Rhode Island, erhältliche Maschenwerk wies einen zentralen, zylindrischen Hohlraum auf, der den gleichen Durchmesser wie die Auswurföffnung hatte.

Bei der Durchführung des Versuches wurden zwei Kriterien beobachtet. Zunächst ließ man den Motor 2k Stunden lang

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laufen und bestimmte die Menge der gesammelten Festetoffteilchen einmal mit Maschenwerkeinlage und einmal ohne Maschenwerkeinlage. Als nächstes wurde eine abgemessene Menge (etwa 500 g) von feinem Arizonastaub einmal in eine Standardsammeikammer und einmal in eine Sammelkammer mit Maschenwerkeinlage gegeben und der Motor 2 Stunden lang betrieben. Der Betrag des Staubes, der mitgerissen una mit den Abgasen ausgeblasen wurde, wurde bestimmt. Die Versuchsergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.

Sammelkamine ?

Standardaus- mit Maschenwerkführung einlage

Gewicht der in 2^
Stunden gesammel ι

Peststoffteilchen 28 g 135 g

Gewicht des in 2 Stun-

j den mitgerissenen

Staubs 240 g 40 g

Wie die obigen Versuche zeigen, ergab eine Sammelkairmer mit Maschenwerkeinlage beim Auffangen von Feststoffteilchen eine Verbesserung von 480$, verglichen mit der Standardsammelkammer. Ebenso wurde das Mitreißen von Feststoffteilchen um 84$ verringert«

Der obige Versuch zur Fesxstellung des Sammelwirkungsgrades wurde mit einer Samme!kammer mit Maschenwerkeinlage wiederholt, in deren zylindrischem Hohlraum ein

perforiertes Futter angeordnet war. Die Ergebnisse waren wie folgt:

S amme!kämmer

Standardaus- mit Maschenwerkführung einlage

Gewicht der in 24

Stunden gesammelten

Feststoffteilchen 13 g 81 g

Dieser Versuch zeigt, daß sogar noch eine weitere erhebliche Verbesserung erzielt werden kann, wenn das perforierte Kernfutter gemäß einer Abwandlungsform der Erfindung verwendet wird. Bei dem obigen Versuch ergab diese Ausführungsform beim Auffangen der Feststoffteilchen eine Verbesserung um 620?&, verglichen mit dem gleichen Fliehkraftabscheider, dor kein Maschenwerk und kein perforiertes Kernfutter enthält.

Ansprüche;

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Claims

Ansprüche '-

M »J Vorrichtung zum Entfernen von feinen Feststoffteilchen aus Abgasen, insbesondere aus Abgasen einer Brennkraftmaschine mit einer äußeren zylindrischen Kammer, die mit einer tangentialen Einlaßöffnung versehen ist, mit einer innenliegenden Austrittsleitung, die zentral in der äußeren Kammer unter Bildung eines Ringraums in deren oberem Teil angeordnet ist, und mit einer im Boden der äußeren Kammer angeordneten Auslaßöffnung, die in eine Sammelkammer fühlt, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelkammer (6) mit einem dem abermaligen Mitreißen der Feststoffteilchen entgegenwirkenden, eine Vielzahl miteinander verbundener Hohlräume aufweisenden Material (8) gefüllt ist, das einen zentralen hohlen Raum ^9) umgibt, der die Auslaßöffnung (7) verlängert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Gewirr oder Netzwerk aus Draht mit einem Durchmesser vorzugsweise zwischen 0,12 und 1,3 mm ist, der gleichförmig zu einem Gewirr oder Netzwerk mit

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einer Dichte von etwa 96 bis 386 kg/m zusammengedrückt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material ein Gewirr oder Netzwerk aus Draht mit

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einem Durchmesser von vorzugsweise etwa 0,22 bis 0,4 mm ist, der gleichförmig zu einem Gewirr oder Netz" erk mit einer Dichte von etwa 193 kg/m zusammengedrückt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, viadurch gekennzeichnet, daß der im Gewirr oder Netzwerk ausgebildete, hohle zylindrische Raum mit einem perforierten, zylindrischen Futter (Q) ausgekleidet ist, das in etwa den gleichen Innendurchmesser wie die Auslaßöffnung (7) hat.