DE7039661U

DE7039661U - Vorrichtung zum entfernen von feinen feststoffteilchen aus gasen

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Publication number: DE7039661U
Application number: DE19707039661U
Authority: DE
Original assignee: Ethyl Corp
Current assignee: Ethyl Corp
Priority date: 1969-11-24
Filing date: 1970-10-27
Publication date: 1971-03-11
Also published as: GB1333732A; US3688476A; FR2069576A5

Description

Ethyl Corporation, Richmond, Virg, /USA

Vorrichtung zum Entfernen von feinen Feststoffteilchen aus

Gasen

Die Neuerung betriiEb eine Vorrichtung zum Entfernen von feinen Feststoffteilchen aus Gasen, insbesondere aus Abgasen einer Brennkraftmaschine, mit einer Zyklonkammer, die an einem Ende eine Einlassöffnung und ein in den Innenraum vorstehendes und in der Achse der Kammer liegendes Auelasacohr aufweist, und mit einer die abgeschiedenen Feststoffteilchen aufnehmenden Sammelkammer, die mit der Zykltonkammer in Verbindung steht.

Staub- oder Feststoffteilchen werden seit vielen Jahren auf den verschiedensten Gebieten der Technik aus Gasen entfernt. Das Entfernen von Staub- oder Feststoffteilchen kann beispielsweise die Explosionsgefahr in Mühlen beim Mahlen von Mehl verringern

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oder zum Entfernen von Peststoffteilchen aus Rauch dienen, der aus der Verbrennung von Kohle oder anderen Brennstoffen herrührt. Seit geraumer Zeit bemüht man sich, fein verteilte Festetoffteilchen aus Abgasen von Brennkraftmaschinen zu entfernen. Diese Feststoffteilchen entstehen bei der Verbrennung des Kraftstoffes und enthalten kohlenstoffhaltiges Material und andere Verbrennungs produkte von Zusatzstoffen, die gewöhnlich im Kraftstoff enthalten sind. Bisher wurden für diesen Zweck Fliehkraftabscheider verwendet, wie sie beispielsweise in den USA-Patentschriften 3.O56.662, 3.132.473, 3.154.389, 3.162.518, 3.197-955 und 3.253.400 beschrieben sind. Bei allen, in diesen Patentschriften dargestellten Vorrichtungen, gelangen die abgeschiedenen Feststoffteilchen in die Sammelkammer durch eine Auslassöffnung im Boden der Zyklonkammer. In diesem Bereich kehrt der rotierende Gasstrom seine Richtung um und strömt innerhalb des;iäusseren rotierenden Gaswirbels nach oben und tritt in das Auslassrohr ein. Aus diesem Grund herrscht im Bereich des Bodesn der Zyklonkammer eine grössere Turbulenz, die zu einem Mitreissen der abgeschiedenen Feststoffteilchen, insbesondere unter pulsierenden Betriebsbedingungen führen kann, die gewöhnlich in Abgassystem einer Brennkraftmaschine auftreten.

Zur Verbesserung des Abscheidewirkungsgrades schafft daher die Neuerung einen Fliehkraftabscheider mit einer Zyklonkammer, die in ihrer Seitenwandung Auslassöffnungen für die Feststoffteilchen aufweist. Der Boden der Zyklonkammer ist mit einer starren Platte verschlossen, auf der das rotierende Gas seine Richtung umkehrt, ohne dass dabei die Feststoffteilchen mitge-

rissen werden. Der Wirkungsgrad des Fliehkraftabscheiders gemäss der Neueriing wird noch dadurch erhöht, dass die Sammelkammer mit einem Porösen Material, wie beispielsweise mit einem Drahtgewirr angefüllt wird, in dessen Zwischenräume»sich die Feststoffteilchen sammeln.

Im Nachstehenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Neuerung;, anhand von Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Abgassystems einer Brennkraftmaschine mit einem Fliehkraftabscheider gemäss

der Neuerung und einem Auspufftopf Fig. 2 eine schematische Darstellung eines anderen Abgassystems

mit zwei Fliehkraftabscheidern gemäss der Neuerung Fig. 3 einen Teilschnitt durch einen Fliehkraftabscheider gemäss

der Neuerung mit einer zylindrischen Zyklonkammer Fig. 4 einen Teilschnitt durch einen Fliehkraftabscheider gemäss

der Neuerung mit einer konisch zulaufenden Zyklonkammer Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Auspufftopf mit einem

Fliehkraftabscheider gemäss der Neuerung Fig. 6 einen Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 5 Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen Auspufftopf mit zwei F1Ä-kraftabs ehe idem gemäss der Neuerung

Fig. 8 einen Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 7 Fig. 9 einen Querschnitt längs der Linie CC-C in Fig. 7

In Fig. 1 ist ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine dargestellt, welches mit einem Fliehkraftabscheider 1 versehen ist,

der einen starren Boden und in seiner Seitenwandung Auslassöffnungen aufweist. Das in Fig. 1 dargestellte System weist eine Brennkraftmaschine 2 mit einem Auspuffkrümmer 3 auf, der mit einem Auspuffrohr 4 verbunden ist, welches zur Einlassöffnung des Abscheiders Λ führt. Nachdem die Feststoffteilchen im Abscheider aus dem Abgas entfernt worden sind, strömt das gereinigte Abgas durch eine Leitung 5 zu einem herkömmlichen, kata-Iytischen Auspufftopf 6, in welchem der im Abgas enthaltene Anteil an Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen oxydiert wird. Das gereinigte Gas tritt dann durch ein Endrohr 7 in die Atmosphäre aus.

In Fig. 2 ist eine ähnliche Anordnung mit zwei Fliehkraftabscheidern dargestellt. Der grösste Teil des im Auspuffrohr 4 ankommenden Abgases strömt durch die Hauptleitung 5 zum Hauptabscheider 6, in welchem die Feststoffteilchen entfernet werden. Das gereinigte Abgas tritt durch das Endrohr 7 aus. Das Auspuffrohr 4 und die Hauptleitung 5 bilden einen imwesentlichen geraden Strömungsweg mit minimalem Widerstand. Eine Nebenleitung 8 zweigt von der Hauptleitung 5 ab und führt das Abgas zu einem Nebenabscheider 9» in welchem das überschüssige Abgas behandelt wird. Das gereinigte Ab_gas tritt in gleicher Weise durch ein Endrohr 1o aus.

Der in Fig. 3 dargestellte Fliehkraftabscheider weist eine Einlassöffnung 3o auf, die sich im oberen Teil der Zyklonkammer 31 befindet, die eine rotationssymmetrische Seitenwandung

aufweist und an ihren beiden Stirnseiten mit starren Platten 33 und 34 verschlossen ist. Die Zyklonkammer ist mit irgendeiner bekannten und herkömmlichen Einrichtung zur Erzeugung einer Rotationsbewegung, wie beispielsweise mit Gasführungen oder mit einer tangentialen Zuführung versehen. An dem der Einlassöffnung gegenüberliegenden Ende weist die Seitenwand 32 Auslassschlitze oder Auslassöffnungen 35 auf, welche die Zyklonkammer 31 mit einer Sammelkammer 36 verbinden. Längs der Achse der Zyklonkammer 31 erstreckt sich ein Auslassrohr 37» welches durch die Platte 33 hindurchführt. Die Sammelkammer 36 kann mit einem porösem Material angefüllt sein. Dieses poröse Material kann ein beliebiges Material sein, welches in einer festen Phase vorliegt_v J und viele Zwischenräume aufweist. Dieses Material kann beispielsweise ein Drahtgewirr, Stahlwolle, Drehspäne, Nägel, Streckmetall, Drahtsiebe, Glaswolle, Asbestfasern, Marmorstückchen, gekörnte Tonerde, gekörnte Kieselerde und ähnliches sein. Die bevorzugten porösen Materialien sind Streckmetall und ein Drahtgewirr.

Die trosse des Abscheiders hängt vom Gasvolumen und von der Grosse; der Feststoffteilchen ab*, und kann leicht; durch allgemein be- , kannte Verfahren bestimmt werden. Beim Entfernen von Feststoff- j

teilchen aus Abgasen einer Brennkraftmaschine werden gute Er- ,

α Ϊ

gebnisse erzielt, wenn eine Zyklonkammer mit einem ^urehmesser j zwischen 5 und 8 cm und einer Länge zwischen I5 und 3o cm land I einem Auslassrohr mit einem Durchmesser von 2,5 - 5 cm verwendet j

Während des Betriebes tritt das mit Feststoffteilchen beladene Gas durch die Eintrittsöffnung 3o in die Zyklonkammer 31 ein und~u,ird durch herkömmliche Einrichtungen in eine Rotationsbewegung versetzt. Das Gas rtröari; schraubenlinienförmig in der Zyklonkammer 31 npch unten, wobei die Feststoffteilchen gegen die Seitenwand 32 geschleudert werden. Wenn die Feststoffteilchen die Auslassöffnungen 35 erreichen, werden sie in die Sammelkammer 36 ausgetragen. Es können Einrichtungen, wie beispielsweise ein abnehmbarer Deckel vorgesehen werden, um die abgeschiedenes. Feststoffteilchen aus der Samme!kammer 36 in rege!massigen Zeitabständen entfernen zu können. Das schraubenlinienförmig nach unten strömende Gas erreicht die starre Stirnplatte 34 und kehrt seine Hichtung um und tritt in das Auslassrohr 37 ein, welches dac gereinigte Abgas durch die Platte 33 hindurchführt. Das Auslassrohr 37 kann mit einer weiteren Leitung verbunden sein, welche das gereinigte Gas zu einer weiter abliegenden Stelle oder zu einer anderen Einheit, beispielsweise zu einem herkömmlichen Auspufftopf zur weiteren Behandlung führt.

In Fig. 4 ist eine Abwandlungsform des in Fig. 3 dargestellten Fliehkraftabscheiders gezeigt. Bei diesem Abscheider wird das mit Feststoffteilchen teadene Gas durch die Einlassöffnung 4o tangential in die Zyklonkammer 41 eingeleitet. Die Zyklonkammer

41 weist eine im wesentlichen rotationssymmetrische Seitenwand

42 und an den Stirnenden Verschlussplatten 43 und 44 auf. Die Seitenwand 42 ist mit Auslasschlitzen 45 versehen, welche die Zyklonkammer 41 mit der Sammelkammer 46 verbinden. Das Auslass-

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rohr 17 führt durch die Stirnplatte 43 und erstreckt sich axial nach unten in die Zyk^onkamps-c 41.

Die Zyklonkammer 41 dieses Ausführungsbeispiels hat die Form eine Kegelstumpfes und wirkt in der gleichen Weise wie die in Pig. 3 dargestellte zylindrische Zyklonkammer 31. Bas mit Feststoffteilchen beladene Gas tritt durch die Einlassöffnung 4o tangential in die Zyklonkammer 41 ein und strömt nach unten, wobei die Peststoffteilchen gegen die Seitenwand 42 geschleudert werden. Die Peststoffteilchen wandern nach unten und werden durch die Auslassöffnungen 45 in die Sammelkammer 46 ausgetragen. Die Sammelkammer 45 ist vorzugsweise mit einem porösem Material gefüllt, so dass die abgeschiedenen und aufgefangenen Peststoffteilchen in den Zwischenräumen des Materials gehalten werden.

In Pig. 5 ist eine Abscheidevorrichtung dargestellt, die einen Fliehkraftabscheider gemäss der Neuerung aufweist. Bei dieser Abscheidevorrichtung handelt es sich um einen Auspufftopf für ein Abgassystem von Brennkraftmaschinen. Der Auspufftopf weist -Äeitenwände 5o und an seinen beiden Stirnseiten Verschlussplatten 51 und 52 auf. Eine Einlassleitung 53 führt durch die Verschlussplatte 51 hindurch zu einer im wesentlichen rotationssymmetrischen Zyklonkammer 54. Am Einlassende der Zyklonkammer 54 sind G-asführungen 6o angeordnet. Am anderen Ende der Zyklonkammer 54 befindet sich eine starre Bodenplatte 55· Die Seitenwand 56 der Zyklonkammer 54 weist in der Nähe der Bodenplatte 55 Auslassschlitze 57 auf. Die Zyklonkammer 54 steht über die Auslassschlitze 57 mit der Sammelkammer 58 in Verbindung, die mit ver-

dichtstem Streckmetall gefüllt ist. Ein Auslassrohr 59 err>treckt sich filial in die Zyklonkammer 54 und rteht mit einer Kammer 5oA in Verbindung, die wiederum mit einem Auspuffrohr 51A in Ver-•ng steht, welches zum Auslass 52 A des Auspufftopfes führt.

W^ährend des Betriebes ist das Einlassrohr 53 des Auspufftopfes mit der Auspuffleitung einer Brennkraftmaschine verbunden, so dass das mit Feststoffteilchen beladene Gas vom Auspuffkrümmer der Maschine über die Auspuffleitung zum Einlassrohr 53 des Auspuff topf es geführt wird» Bas Gas tritt durch die Verschlussplatte 51 hindurch und gelangt dann nach den Gasführungen 6o in die Zyklonkammer mit einer Rotationsbewegung. Die im Gas enthaltenen Feststoffteilchen werden gegen die Seitenwand 56 geschleudert und anschliessend durch die Schlitze 57 in die Sammelkammer ausgetragen. Das Abgas kehrt seine Richtung auf der Bodenplatte 55 um ^un<l tritt in ein Auslassrohr 59 ein. Das Gas strömt dann in die Kammer 5oA und anschliessend in das Auspuffrohr 51A _T

welches da3 Gas durch die Verschlussplatte 52 zum Auslass 52A des Auapufftopfes führt. Der Auslass 52A des Auspufftopfes kann mit einem Endrohr oder mit einer anderen Leitung zur Weiterführung des gereinigten Abgases zu einer weiter abliegenden Stelle verbunden sein, wo das Gas in die Atmosphäre geleitet oder beispielsweise in einem herkömmlichen, katalytischen Auspufftopf weiterbehandelt werden, kann.

In Fig. 7 ist ein Auspufftopf mit zwei Fliehkraftabscheidern gemäss der Neuerung dargestellt. Der Auspufftopf weist Seitonwände 7o und an seinen Stirnenden Verschlussplatten 71 und 72 auf

"I * t .. a _t J,.

A Eine Einlassleitung 73 kann mit Aem Auspuffrohr einer

·■ ■ j

I kraftmaschine verbunden werden. 3ie Einlassleitung 73 steht über j

eine Primärleitung 74 mit einer Zyklonkammer 75 in Verbindung. j Am Einlassende der Zyklonkamner 75 sind Gasführungen 76 ange-ί ordnet, welche das ias in Rotationsbewegung versetzen· Sie Zy-

i klonkammer 75 vei t eine im wesentlichen rotationssymmetrisciie

' Seitenwand 77 und an ihren Stirnenden Verschlussplatten 78 und

■ auf. Die Seitenwand 77 ist in der Nähe der Verschlussplatte 79 \

I nit Auslasschlitzen 7oA versehen. Die Zyklonkaaaer 75 steht Ober ^:

I die Ausslas schlitze 7oA isit @in©r Sasse lkssser ?1 A in Verbin= ;

I dung. Ein Auslassrohr 72 A führt durch die Verschlussplatte ?8 i

iund erstreckt sich axial in die Zyklonkammer 75 und verbindet den InnenratuD der Zyklonkammer mit einer Zwischenkammer 73 A,

I von der das Gas über ein Auspuffrohr "4. A zum Auslass 75& β°-

I führt wird. Die Primärleitung 74 weist Perforationen 76A auf,

die mit einer Sekundärleitung 77A in Verbindung stehen· Sie Sekundärleitung 77A führt zu einer im wesentlichen rotations-

I symmetrischen, sekundären Zyklonkammer 78A. Die Sekundärlei-

f '

I tung 77A weist Gasführungen 79A auf. Sie aekundäre Zyklonkaemer

f 78A besitzt eine Seitenwand 7oB und Verschlussplatten ψ& und

j 72B. Die Seitenwand 7oB ist mit Auslasschlitzen 73B versehen,

\ welche die Zyklonkammer mit einer Sammelkammer 74B verbinden.

f Ein Auslassrohr 75B erstreckt sich axial in die sekundäre Zy- -

I klonkammer 78A und führt das Gas durch die Verschlussplatte 72B

f: zur Zwischenkammer 73A, die, wie bereits vorher erwähnt, über

das Auspuffrohr 74A mit dem Auslass 75 <& in Verbindung steht·

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Während des Betriebes wird das mit Peststoffteilchen beladene Gas aus dem Auspuffkrümmer der Brennkraftmaschine über eine Auspuffleitung zum Einlass 73 des Auspufftopfes geführt. Das Gas wird durch die Primärleitung 74 zur Zyklonkammer 75 geleitet. Beim Eintritt in die Zyklonkammer 75 wird dem Abgas durch die Gasführungen 76 eine Rotationsbewegung erteilt. Die Feststoffteilchen werden gegen die Seitenwand 77 geschleudert und durch die Auslasschlitze 7oA in die Sammelkammer 7IA ausgetragen.· Das Abgas kehrt seine Richtung um und strömt durch das Auslassrohr 72A in die Zwischenkammer 73A und tritt aus der Zwischenkammer durch das Auspuffrohr 74A aus und verlässt schliesslich den Auspuff topf am Auslass 75^A·

Ein Teil des mit Peststoffteilchen beladenen Gases, weiches durch den Einlass 73 in den Auspufftopf gelangt und durch die Primärleitung 74 hindurchtritt, tritt aus der Primärleitung 74 durch die Perforationen 76A aus. Wenn das Volumen des Abgases zunimmt, entsteht in der Primärleitung 74 ein erhöhter Druck, so dass eine grössere Menge an Abgas durch die Perforationen 76A in die Sekundärleitung 77A strömt. Dieses Gas tritt dann in die sekundäre Zyklonkammer 78A ein, nachdem es durch die Gasführungen 79A in Rotationsbewegung versetzt worden ist. Die Peststoffteilchen werden gegen die im wesentlichen rotationssymmetrische Seitenwand 7oB geschleudert und werden schliesslich aus der Zyklonkammer 78A durch die Auslasschlitze 73B in die Sammelkammer 74E ausgetragen. Das gereinigte Abgas kehrt seine Richtung an der starren Verschlussplatte 71B um und strömt durch das Auslass-

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rohr 75Β in. die Zwischenkammer 73A. Von hier verlässt das gereinigte Abgas zusammen mit dem gereinigten Abgas aus der !primären Zyklonkammer den Auspufftopf durch das Auspuffrohr 74A.

Das gereinigte Abgas kann, wie oben ausgeführt, nach dem Durchtritt durch den Fliehkraftabscheider gemäss der Neuerung in einem herkömmmlichen, katalytischen Auspufftopf weiter behandelt werden. Derartige Auspufftopfe weisen ein Katalysatorbett auf, durch welches das Abgas hindurchgeleitet wird, wobei das unverbrannte Kohlenmonoxid und substituierte Kohlenwasserstoffe des Abgases oxydiert werden. Häufig wird dem Abgas noch Luft zugemischt, bevor das Abgas durch den katalytischen Auspufftopf hindurchgeleitet wird. Dies kann mit Hilfe einer Luftpumpe oder einer Venturidüse vorgenommen werden. Manchmal wird die zusätz-liehe Luft im Auspuffkrümmer zugegeben, um die hier herrschenden hohen Temperaturen auszunutzen und eine weitere Oxydation des Gases zu bewirken. Geeignete Katalysatoren für katalytische Auspufftöpfe sind Metalle, ihre Salze und Oxyde, wie beispielsweise Kufper, Eisen, Mangan, Nickel, Platin, Paladium, Vanadium, Chrom und ähnliches. Ein Trägermaterial, wie beispielsweise Tonerde, Kieselerde, ein Gemisch aus Kies!- und Tonerde, Kaolin und ähnliches wird gewöhnlich mit katalytischen Metallen, ihren Oxyden oder Salzen imprägniert. Besonders bevorzugte Katalysatoren sind mit Kupferoxyd und Paladium imprägnierte Tonerde, mit Kupferoxyd, Chromoxyd und Vanadiumoxyd imprägnierte Tonerde und mit Kupferoxyd, ChroxBOxyd und Paladium imprägnierte Tonerde.

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Mit dem Fliehkraftabscheider gemäss der Neuerung werden Feststoffteilchen aus einem mit Feststoffteilchen beladenen Gas, insbesondere aus Abgasen einer Brenkraftmaschine entfernt. Der Fliehkraftabscheider gemäss der Neuerung ist in seiner Seitenwand mit Auslassöffnungen versehen, durch welche die Feststoffteilchen in eine Sammelkammer gelangen. Die Sammelkammer kann mit einem porösem Materiü^a, wie beispielsweise einem Drahtgewirr gefüllt sein. Der Boden der Zyklonkammer ist eine starre Platte. Der Fliehkraftabscheider gemäss der Neuerung kann auch in einen herkömmlichen Auspufftopf eingebaut sein.

Es wurde festgestellt, dass der Fliehkraftabscheider gemäss der Neuerung einen wesentlich höheren Wirkungsgrad beim Entfernen von fein verteilten Feststoffteilchen aus Abgasen hat. als es bei ähnlichen, bekannten Vorrichtungen der Fall ist. Alle im Rahmen der Neuerung liegenden Abwandlungsformen führen zu den gleichen Ergebnissen.

Ansprüche

703968111.3.71

Claims

Ansprüche

1_β dichtung zum Entfernen von feinen Feststoffteilchen aus (>^_8η, isbesondere aus Abgasen», einer Brennkraftmaschine, mit einer Zyklonkammer, die an einem Ende eine Einlassöffnung und ein in den Innenraum vorstehendes und in der Achse der Kammer liegendes Auslassrohr aufweist, und mit einer die abgeschiedenen Feststoffteilchen aufnehmenden Sammelkammer, die mit der Zyklonkammer in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Stirnenden der Zyklonkammer (31,41,54,75,78A) durch Stirnwände (33,34;43,44;55;78,79;71B,72B) dicht verschlossen sind, und dass in der Seitenwand (32,42,56,77,7oB) der Zyklonkammer in der Nähe des Bodens eine Vielzahl von Auslassöffnungen (35,45,57,7oA,73B) vorgesehen ist und die Sammelkammer (36,46,58,71A,74B) mindestens einen Teil der Zyklonkammer umgibt und mit ihr über die Auslassöffnungen in Verbindung steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkammer (36,46,58,71A,74E) mit einem inerten, porösen Material gefüllt ist.

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