EP0888518B1 - Pufferzelle für eine Vorrichtung zur thermische Abgasbehandlung, insbesondere von oxidierbaren Schwelgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Pufferzelle für eine Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung, insbesondere von oxidierbaren Schwelgasen, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung zur thermische Abgasbehandlung.

Zur thermischen Abgasbehandlung von oxidierbaren Schwelgasen eignen sich insbesondere Vorrichtungen, die im wesentlichen aus einem Reaktor mit zwei oder mehreren Wärmespeicherkammern oder Regeneratoren mit jeweils einem Wärmespeicher sowie aus einer gemeinsamen den Regeneratoren zugeordneten Heizzone bestehen, wobei einer Reihenanordnung von wenigstens zwei Regeneratoren mit dazwischen befindlicher Heizzone abwechselnd von einer Seite der Reihenanordnung zu behandelndes Abgas zugeführt wird. Der jeweils erste vom zugeführten Abgas durchströmte Regenerator bzw. dessen Wärmespeicher dient zur Erwärmung des zu reinigenden Abgases bis auf eine Temperatur, die zur Oxidation der Schwelgase ausreicht. Der jeweils nach Durchlaufen der Heizzone durchströmte Regenerator bzw. dessen Wärmespeicher dient zur Aufnahme einer möglichst großen Wärmemenge aus dem gereinigten Abgas. Reicht die während des Oxidationsprozesses entstehende Energie für einen autotherm ablaufenden Prozeß nicht aus, so kann in der Heizzone ein Hilfsbrenner vorgesehen sein. Erreicht der Wärmespeicher des nachgeordneten Regenerators eine bestimmte Temperatur, so wird die Gaszuführrichtung umgekehrt, d.h., das zu reinigende Abgas wird nunmehr dem vorher nachgeordneten Regenerator zugeführt, so daß dessen gespeicherte Wärmemenge für das Aufheizen des zu reinigenden Abgases dienen kann. Diese Umschaltzeitpunkte können entweder durch die Messung der Abgastemperatur bestimmt oder als feste Perioden vorgegeben werden.

Diese bekannten Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß bei einem Umschalten der Gaszuführrichtung dasjenige Gasvolumen, welches in dem vor dem Umschaltvorgang zuerst durchströmten Regenerator enthalten ist, in der ersten Phase nach dem Umschalten praktisch ungereinigt abgeführt wird.

Derartige Vorrichtungen können daher zwar im zeitlichen Mittel einen ausreichenden Reinigungsgrad für das abgeführte Gas gewährleisten, jedoch können in den Umschaltzeitpunkten nicht-tolerierbare Emissionsspitzen des abgeführten Abgases auftreten.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist beispielsweise aus der DE 29 51 525 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Behandlung eines Gases zum Entfernen von Verunreinigungen bekannt, bei welchem einer Reihenschaltung von zwei Wärmespeicherkammern (Regeneratoren) mit dazwischengeschalteter Heizzone das zu reinigende Abgas abwechselnd der einen bzw. der anderen Kammer zugeführt wird, wobei jedoch vor dem Umschalten der Gaszuführrichtung die Gaszufuhr gestoppt und ein Spülvorgang durchgeführt wird. Der Spülvorgang wird durch das Zuführen von bereits gereinigtem Abgas zu derjenigen Wärmespeicherkammer bewirkt, die vor dem Stoppen der Gaszufuhr als erste von dem zu reinigenden Abgas durchströmt wurde. Auf diese Weise wird das zunächst noch in dieser Kammer befindliche ungereinigte Gasvolumen der Heizzone und schließlich der nachgeordneten Wärmespeicherkammer zugeführt.

Dieses Rezirkulieren von bereits gereinigtem Abgas bei gleichzeitigem Stoppen der Zufuhr von zu reinigendem Abgas hat jedoch den Nachteil, daß der Reinigungsprozeß zumindest kurzzeitig unterbrochen werden muß und demzufolge alle einem diskontinuierlichen Reinigungsprozeß inhärenten Probleme in Kauf genommen werden müssen, beispielsweise eine nachteilige Beeinflussung vorgeordneter Prozesse infolge des Rückstaus des zu reinigenden Abgases im Bereich der Umschaltzeitpunkte. In vielen Fällen ist eine wenn auch kurzzeitige Unterbrechung des Volumenstroms oder eine Volumenstromminderung des zu reinigenden Abgases unzulässig.

Aus diesem Grund wird in der DE 29 51 525 A1 auch ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung unter Verwendung von drei Wärmespeicherkammern mit gemeinsamer Heizzone vorgeschlagen, wobei jeweils einer Reihenschaltung aus einer ersten Wärmespeicherkammer, der Heizzone und einer zweiten Wärmespeicherkammer das zu reinigende Abgas zugeführt wird und während einer Periode zwischen zwei Schaltpunkten gleichzeitig das in der dritten Wärmespeicherkammer noch vorhandene Gasvolumen dem der ersten Wärmespeicherkammer zugeführten, zu reinigenden Abgas beigemischt wird, um auf diese Weise einen Spülvorgang für diese Wärmespeicherkammer zu bewirken. In die zu spülende Wärmespeicherkammer wird dabei bereits gereinigtes Abgas nachgezogen. Nach einem weiteren Umschalten kann die gespülte Wärmespeicherkammer als zweite (kühlende) Wärmespeicherkammer und die vor dem Umschaltvorgang als zweite (kühlende) Wärmespeicherkammer verwendete Kammer als erste (erhitzende) Wärmespeicherkammer verwendet werden. In dieser nächsten Periode kann dann ein Spülen der vorher als erste Wärmespeicherkammer verwendeten Kammer erfolgen.

Eine derartige Vorrichtung bietet zwar den Vorteil einer kontinuierlichen Abgasreinigung, ist jedoch mit dem Nachteil eines wesentlich höheren Aufwands infolge der zusätzlich benötigten Wärmespeicherkammer behaftet.

Es wurde daher in der EP 0 365 262 A1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quasi-kontinuierlichen Abgasreinigung vorgeschlagen, wobei lediglich zwei Regeneratoren bzw. zwei Wärmespeicherkammern mit dazwischen angeordneter Heizzone verwendet sind und wobei nach einem Umschaltvorgang für eine bestimmte Zeitspanne der folgenden Periode das gereinigte Abgas direkt aus der Heizzone nach Durchlaufen der ersten Wärmespeicherkammer entnommen und das nach dem Umschaltvorgang in der zweiten Wärmespeicherkammer noch enthaltene ungereinigte Gasvolumen rezirkuliert wird. Erst nach einem im wesentlichen vollständigen Rezirkulieren dieses Gasvolumens wird das Rezirkulieren gestoppt und die Vorrichtung in der üblichen Art und Weise weiterbetrieben, d.h. das gereinigte Abgas wieder nach Durchlaufen der zweiten Wärmespeicherkammer entnommen.

Dieses Verfahren ermöglicht zwar eine quasi-kontinuierliche Abgasreinigung unter Verwendung von lediglich zwei Wärmespeicherkammern bzw. zwei Regeneratoren, weist jedoch den Nachteil auf, daß in der Phase des Rezirkulierens des in der zweiten Wärmespeicherkammer enthaltenen ungereinigten Gasvolumens das gereinigte Abgas direkt aus der Heizzone mit einer Temperatur von über 800°C entnommen werden muß und demzufolge sich der thermische Wirkungsgrad dieser Vorrichtung drastisch verschlechtert. Zudem bedingt die während der Spülphasen zeitweilig extrem hohe Abgastemperatur eine entsprechend aufwendige Konstruktion des nachfolgenden Rohrsystems.

Aus der US 5 376 340 ist eine Vorrichtung zur Reinigung eines Gasstroms bekannt, bei der nach jedem Umschalten des zu reinigenden Gasstroms von einem Regenerator auf den jeweils anderen Regenerator das jeweils ungereinigte oder nur teilweise gereinigte Gasvolumen einer Puffervorrichtung zugeführt wird. Dieses Puffervolumen umgibt einen Kamin für das gereinigte Abgas. Das gepufferte Volumen ungereinigten oder nur teilweise gereinigten Abgases wird durch das Öffnen eines Ventils für eine bestimmte Zeitspanne rezirkuliert, d.h. dem nach dem Umschaltvorgang eingangsseitigen Regenerator zugeführt.

Aus der EP 0 587 064 A1 ist eine entsprechende Vorrichtung zur Reinigung von Gasen bekannt, bei der ebenfalls ein Puffervolumen verwendet wird. Dieses ist durch das Abteilen einer Hälfte des inneren Volumens eines Kamins in dessen axialer Richtung gebildet. Das in diesem Puffervolumen enthaltene Gas kommt mit der Innenseite der Kaminwandung in Berührung. Die Rezirkulation des Puffervolumens erfolgt bei dieser Vorrichtung kontinuierlich, so daß die Nachteile eines intermittierenden Betriebs der Vorrichtung vermieden werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Pufferzelle für eine Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung des vorstehend beschriebenen Typs zu schaffen, welche einfach und mit geringem Aufwand herstellbar ist und bei der ein Unterschreiten des Taupunkts bei der Zwischenpufferung der ungereinigten Abgase sicher vermieden wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Bei der Verwendung einer Pufferzelle nach der Erfindung in Verbindung mit einer entsprechenden Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung kann das während des Puffervorgangs aus der Pufferzelle zu verdrängende Gasvolumen der nachgeschalteten Abgasleitung zugeführt und als während des Rezirkulationsvorgangs nachzuziehendes Gas bereits gereinigtes Abgas verwendet werden, welches aus der nachgeschalteten Abgasleitung entnommen wird.

Zwar könnte als nachzuziehendes Gas auch Frischluft verwendet werden, welche während der Pufferphase wieder an die Umgebung abgegeben wird, jedoch ergibt sich bei einem Nachziehen von bereits gereinigtem Abgas der Vorteil, daß zu keiner Zeit die Gefahr besteht, daß gereinigtes oder ungereinigtes Abgas aus der Pufferzelle in die Umgebung gelangt.

Zudem ergibt sich bei der Verwendung von bereits gereinigtem Abgas als nachzuziehendes Gasvolumen der Vorteil, daß dieses bereits eine größere Wärmemenge beinhaltet und die Gefahr eines Unterschreitens des Taupunkts mit dem damit verbundenen Anfall von aggressivem Kondensat entsprechend geringer ist.

Unabhängig davon, ob gereinigtes Abgas oder Frischluft während des Rezirkulierens nachgezogen wird, kann in der Pufferzelle eine Vermischung des gepufferten ungereinigten Abgases mit dem nachgezogenen Gas dadurch Verhindert werden, das in der Pufferzelle ein verschieblicher Kolben oder eine, vorzugsweise flexible, Membran vorgesehen ist.

Bei der Pufferzelle nach der Erfindung ist innerhalb einer Gehäusewandung ein Pufferbehälter zur Aufnahme des ungereinigten oder nur teilweise gereinigten Gasvolumens vorgesehen und einem Zwischenraum zwischen der Außenseite der Wandung des Pufferbehälters und der Innenseite der Gehäusewandung gereinigtes Abgas zuführbar.

Auf diese Weise kann dem gepufferten Gasvolumen zusätzlich ein Teil der im gereinigten Abgas enthaltenen Wärmemenge zugeführt werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Pufferzelle nach der Erfindung ist die Abgasabführöffnung der Pufferzelle und auch die Entlüftungs- und Ansaugöffnung des Pufferbehälters mit dem Zwischenraum zwischen der Außenseite der Wandung des Pufferbehälters und der Innenseite der Gehäusewandung verbunden.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines konstruktiv einfachen Aufbaus der Pufferzelle.

Im Pufferbehälter ist vorzugsweise im Bereich der Entlüftungs- und Ansaugöffnung eine Stau- und Strömungsvergleichmäßigungsvorrichtung vorgesehen. Diese dient dem Zweck, daß in der Pufferphase ein über die Gaszuführöffnung des Pufferbehälters zugeführter Strom ungereinigten oder nur teilweise gereinigten Abgases nicht ungehindert zur Entlüftungs- und Ansaugöffnung des Pufferbehälters gelangt, ohne daß zuvor ein wesentlicher Teil des im Pufferbehälter enthaltenen gereinigten Gasvolumens verdrängt werden muß. Die Stau- und Strömungsvergleichmäßigungsvorrichtung dient daher zur Gewährleistung eines korrekten Pufferbetriebs. Anstelle einer zusätzlichen Stau- und Strömungsvergleichmäßigungsvorrichtung können selbstverständlich die Gaszuführöffnung des Pufferbehälters und die Entlüftungs- und Ansaugöffnung des Pufferbehälters sowie dessen Innenwandung mit einer geeigneten Form ausgebildet sein.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1

eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung mit einer Pufferzelle nach der Erfindung und

Fig. 2

eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pufferzelle.

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform einer Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung, insbesondere von oxidierbaren Schwelgasen, besteht im wesentlichen aus einer Regeneratoreinheit 1, einer Pufferzelle 3 und einem Kamin 5. Diese Komponenten sind in der aus Fig. 1 ersichtlichen Art und Weise mittels Abgasleitungen miteinander verbunden, wobei der Strömungsweg des Gases mittels mehrerer steuerbarer Ventile in gewünschter Weise beeinflußt werden kann.

Der Regeneratoreinheit 1 wird mittels einer Abgasleitung 7 zu reinigendes Abgas in der angegebenen Richtung zugeführt. In der Abgasleitung 7 ist ein erstes steuerbares Ventil 9 angeordnet, mit dem die Strömung des zu reinigenden Abgases zu dem betreffenden Ende der Regeneratoreinheit 1 beeinflußbar ist. Hierzu ist das Ventil 9 vorzugsweise von einer (nicht dargestellten) Steuereinheit ansteuerbar ausgebildet. Das Ventil 9 kann von der Steuereinheit zumindest in einen Durchlaßzustand und einen Sperrzustand gesteuert werden. Dieses gilt auch für sämtliche im folgenden erwähnte Ventile.

Von der Abgasleitung 7 zweigt vor dem Ventil 9 eine Abgasleitung 11 ab, mit welcher das zu reinigende Abgas dem anderen Ende der Regeneratoreinheit 1 zuführbar ist. In der Abgasleitung 11 ist ein weiteres steuerbares Ventil 13 angeordnet, welches wiederum das Strömen des zu reinigenden Abgases zu dem betreffenden Ende der Regeneratoreinheit 1 hin ermöglicht oder unterbindet.

Von der Abgasleitung 7 bzw. der Abgasleitung 11 zweigt zwischen dem Ventil 9 bzw. dem Ventil 13 und dem betreffenden Ende der Regeneratoreinheit 1 jeweils eine weitere Abgasleitung 15 bzw. 17 ab, die in eine gemeinsame Abgasleitung 19 münden.

Die Abgasleitung 19 führt das gereinigte Abgas zum Kamin 5, wobei in der Abgasleitung 19, vorzugsweise vor dem Kamin 5, ein Gebläse 21 angeordnet ist. Das Gebläse 21 erzeugt im gesamten System zwischen der Abgasleitung 7 und der Abgasleitung 19 den für den Betrieb der Vorrichtung nötigen Unterdruck und führt das Abgas dem Kamin 5 zu.

Da demzufolge in der gesamten Vorrichtung vor dem Gebläse 21 ein Unterdruck besteht, ist selbst bei praktisch immer vorhandenen Undichtigkeiten im vorgeschalteten Leitungssystem oder den Systemkomponenten gewährleistet, daß ungereinigtes Abgas nicht austreten und mit der Umgebung in Berührung kommen kann.

In die Abgasleitung 19 ist die Pufferzelle 3 geschaltet. Die Pufferzelle 3 weist einen Pufferbehälter 23 auf, in welchen eine Abgasleitung 25 mündet, die von der Abgasleitung 19 abzweigt. In der Abgasleitung 25 ist ein steuerbares Ventil 27 vorgesehen, welches das Zuströmen von Abgas in den Pufferbehälter 23 freigeben oder sperren kann.

Die mit den Abgasleitungen 15 bzw. 17 verbundene Abgasleitung 19 ist bis an das Gehäuse 29 der Pufferzelle 3 geführt. Das Gehäuse 29 der Pufferzelle 3 ist so ausgebildet, daß es den Pufferbehälter 23 zumindest mit dessen wesentlichem Teil umgibt. Zwischen der Innenseite der Wandung des Gehäuses 29 und der Außenseite der Wandung des Pufferbehälters 23 ist ein Zwischenraum 33 ausgebildet, der von gereinigtem Abgas durchströmbar ist. Auf diese Weise kann dem Pufferbehälter 23 bzw. dem darin enthaltenen Gasvolumen V Wärmeenergie zugeführt werden, falls das Gasvolumen V eine niedrigere Temperatur aufweisen sollte. Hierdurch kann gewährleistet werden, daß das Gasvolumen V selbst dann nicht bis unterhalb des Taupunkts abgekühlt wird, wenn das Gasvolumen V für längere Zeit im Inneren des Pufferbehälters 23 verbleibt.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß auf eine entsprechend aufwendige Isolierung der Wandung des Pufferbehälters 23 verzichtet werden kann und nur eine übliche Isolierung der Außenwandung des Gehäuses 29 der Pufferzelle 3 nötig ist. Diese Isolierung muß sich jedoch praktisch nicht von einer üblichen Isolierung der Abgasleitung 19 unterscheiden, die ein Unterschreiten der Taupunkttemperatur in der Abgasleitung 19 verhindern soll.

Von der Abgasleitung 25, welche die Abgasleitung 19 mit der Gaszuführöffnung 35 des Pufferbehälters der Pufferzelle 3 verbindet, zweigt eine Rezirkulationsleitung 37 ab, die wiederum in die Abgasleitung 7 vor dem darin angeordneten steuerbaren Ventil 9 und dem Abzweig der Abgasleitung 11 mündet. Selbstverständlich kann für die Rezirkulationsleitung 37 jedoch auch ein eigener Auslaß im Pufferbehälter 23 vorgesehen sein.

Die Rezirkulationsleitung 37 kann einen geringeren Querschnitt aufweisen, als die übrigen Abgasleitungen 7, 11, 15, 17 und 19.

In der Rezirkulationsleitung 37 kann wiederum ein steuerbares Ventil 39 angeordnet sein, mit welchem die Gasströmung durch die Rezirkulationsleitung 37 freigegeben oder gesperrt werden kann. Selbstverständlich kann dieses Ventil, wie auch alle übrigen Ventile so ausgebildet sein, daß es die Funktion einer Drossel mit übernimmt.

Des weiteren ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich, in der Rezirkulationsleitung 37 ein weiteres Gebläse 41 vorgesehen, dessen Funktion aus der nachstehenden Beschreibung der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung deutlich wird:

In einer ersten Phase wird der Abgasleitung 7 von einer nicht näher dargestellten abgaserzeugenden Anlage zu reinigendes Abgas zugeführt. In dieser ersten Phase sind die Ventile von der nicht näher dargestellten Steuereinheit in die aus Fig. 1 ersichtliche Stellung gesteuert.

Da das Ventil 9 in die gesperrte Stellung gesteuert wurde, strömt das zu reinigende Abgas von der Abgasleitung 7 über die Abgasleitung 11 zu dem betreffenden Ende der Regeneratoreinheit 1. Hierzu wurde das Ventil 13 in die geöffnete Stellung gesteuert. Nachdem das in der Abgasleitung 17 vorgesehene Ventil 43 ebenfalls in die gesperrte Stellung gesteuert wurde, strömt das Gas in das Innere der Regeneratoreinheit 1.

Die Regeneratoreinheit 1 besteht in bekannter Weise aus einem ersten Regenerator 45 mit einem Wärmespeicherbesatz 47 und einem zweiten Regenerator 49 mit einem Wärmespeicherbesatz 51.

Das über das Ventil 13 zugeführte zu reinigende Abgas gelangt in den zweiten Regenerator 49 und wird durch die in dem Wärmespeicherbesatz 51 gespeicherte Wärme erhitzt.

Das erhitzte Abgas wird, falls erforderlich, in einer zwischen den beiden Regeneratoren 45, 49 ausgebildeten Heizzone 53 mittels eines oder mehrerer Hilfsbrenner 55 zusätzlich so weit erhitzt, bis die gewünschte Oxidationstemperatur, in der Regel mehr als ca. 800°C erreicht ist. Bei dieser Oxidationstemperatur werden die mit dem zu reinigenden Abgas mitgeführten Schadstoffe oxidiert und das Abgas auf diese Weise gereinigt. Das Oxidieren kann dabei innerhalb der Heizzone 53 oder im jeweils benachbarten Bereich des nachfolgenden Regenerators erfolgen, in dieser ersten Phase also im benachbarten Bereich des Wärmespeichers 47 des ersten Regenerators 45.

Das gereinigte Abgas gibt bei Durchströmen des nachgeordneten Regenerators Energie an den betreffenden Wärmespeicher ab, in der ersten Phase also an den Wärmespeicher 47 des ersten Regenerators. Das gereinigte und abgekühlte Gas verläßt die Regeneratoreinheit 1 dann über die Abgasleitung 15, wozu ein in dieser Abgasleitung vorgesehenes steuerbares Ventil 57 in die geöffnete Stellung gesteuert wurde.

Das gereinigte Abgas wird in dieser ersten Phase über die Abgasleitung 15, die Abgasleitung 19 und das darin angeordnete Ventil 31, das in den geöffneten Zustand gesteuert wurde, dem Zwischenraum 33 der Pufferzelle 3 zugeführt. Da das Ventil 27 in der Abgasleitung 25 in die gesperrte Stellung gesteuert wurde, kann das gereinigte Abgas in dieser ersten Phase nicht dem Pufferbehälter 23 zugeführt werden. Der größte Teil des gereinigten Abgases gelangt über den Zwischenraum 33 der Pufferzelle 3 und die Abgasabführöffnung 59 der Pufferzelle 3 in den nachgeschalteten Teil der Abgasleitung 19 und wird dem Kamin 5 zugeführt.

Ein geringer Teil des Abgases gelangt über die Entlüftungs- und Ansaugöffnung 61 des Pufferbehälters 23 in das Innere des Pufferbehälters. Dies erfolgt deshalb, weil von dem im Pufferbehälter 23 enthaltenen Gasvolumen V infolge der geöffneten Stellung des Ventils 39 stets ein relativ geringer Gasstrom über die Rezirkulationsleitung 37 entnommen und in die Abgasleitung 7 rezirkuliert wird. Ein dem stetig entnommenen Gasstrom entsprechender Strom gereinigten Abgases wird daher über die Entlüftungs- und Ansaugöffnung 61 des Pufferbehälters 23 aus dem Zwischenraum 33 nachgezogen.

Nach einer gewissen Zeitspanne befindet sich daher im Inneren des Pufferbehälters 23 ein Volumen V gereinigten Abgases.

Für das vorstehend beschriebene Nachziehen gereinigten Abgases dient das in der Rezirkulationsleitung 37 vorgesehene Gebläse 41, welches für eine ausreichend große Druckdifferenz zwischen der Abgaszuführöffnung 35 und der Abgasabführöffnung 59 sorgt.

Insgesamt ist die Vorrichtung jedoch durch eine entsprechende Dimensionierung des Gebläses 21 und des Gebläses 41 sowie der Abgasleitungen so ausgelegt, daß auch in dem Teil der Rezirkulationsleitung 37 zwischen dem Gebläse 41 und der Abgasleitung 7 ein Unterdruck besteht.

Die vorstehend beschriebene erste Phase wird beendet, sobald der Wärmespeicher 47 im ersten Regenerator 45 eine bestimmte Temperatur überschreitet und/oder der Wärmespeicherbesatz 51 im zweiten Regenerator 49 eine bestimmte Temperatur unterschreitet. Diese Umschaltzeitpunkte können entweder durch die Messung der Abgastemperatur bestimmt oder als feste Perioden vorgegeben werden.

In der folgenden zweiten Phase werden die Ventile 9, 13, 43, 57, 27 und 31 in die jeweils andere Stellung gesteuert, so daß sich das Ventil 9 in der geöffneten, das Ventil 13 in der gesperrten, das Ventil 43 in der geöffneten, das Ventil 57 in der gesperrten, das Ventil 27 in der geöffneten und das Ventil 31 in der geschlossenen Stellung befindet. Demzufolge wird das zu reinigende, über die Leitung 7 zugeführte Abgas über das Ventil 9 dem ersten Regenerator der Regeneratoreinheit 1 zugeführt. Das zugeführte Gas wird wiederum durch Entnahme von Energie aus dem Wärmespeicher 47 erhitzt, im wesentlichen in der Heizzone 52 oxidiert und im zweiten Regenerator 49 durch Abgabe von Wärmeenergie an den Wärmespeicherbesatz 51 abgekühlt. Das nach dem Umschaltvorgang aus der Regeneratoreinheit austretende Abgas gelangt über das Ventil 43, die Abgasleitung 17, die Abgasleitung 19, das Ventil 27 und die Abgasleitung 25 in den Pufferbehälter 23. Hierbei handelt es sich im wesentlichen um dasjenige Gasvolumen, welches sich vor dem Umschaltvorgang bereits im zweiten Regenerator 49 befunden hat. Da dieses Gasvolumen die Heizzone 53 nicht durchlaufen hat, handelt es sich hierbei somit um ein im wesentlichen ungereinigtes oder allenfalls teilweise gereinigtes Gasvolumen.

Dieses Gasvolumen wird in der zweiten Phase dem Pufferbehälter 23 der Pufferzelle 3 zugeführt. Das Volumen des Pufferbehälters 23 muß dabei zumindest so groß gewählt werden, wie das Gasvolumen, welches sich in einem der Regeneratoren 45 bzw. 49 sowie den Teilen der Gasleitungen zwischen dem Eingang des betreffenden Regenerators und dem diesen vorgeordneten Ventilen befinden kann.

Nach der Aufnahme des gesamten ungereinigten Gasvolumens im Pufferbehälter 23 werden die Ventile 27 und 31 erneut in die jeweils entgegengesetzte Stellung gesteuert. In dieser dritten Phase, in welcher aus dem zweiten Regenerator 49 wieder praktisch vollständig gereinigtes Abgas in die Abgasleitung 17 austritt, wird das gereinigte Abgas wiederum über das Ventil 31 und die Abgasleitung 19 dem Zwischenraum 33 der Pufferzelle 3 zugeführt.

Das im Pufferbehälter 23 enthaltene Volumen V ungereinigten Gases wird wie bereits vorstehend beschrieben über das Ventil 39 und die Rezirkulationsleitung 37 rezirkuliert, d.h. mit einem relativ geringen Gasstrom wieder der Abgasleitung 7 zugeführt. Diese Phase muß daher zumindest so lang beibehalten werden, bis das gesamte Volumen V ungereinigten oder nur teilweise gereinigten Abgases im Pufferbehälter 23 vollständig rezirkuliert wurde.

Anschließend werden wiederum sämtliche Ventile 9, 13, 43, 57, 27 und 31 in die jeweils entgegengesetzte Schaltstellung gesteuert, wobei wiederum ein Zuführen im wesentlichen ungereinigten bzw. nur teilweise gereinigten Abgases aus dem ersten Regenerator 45 in das Innere des Pufferbehälters 23 erfolgt.

Diese vierte Phase unterscheidet sich daher von der zweiten Phase lediglich dadurch, daß das im jeweils anderen Regenerator befindliche ungereinigte Gasvolumen mittels der Pufferzelle 3 gepuffert wird.

Nach Beendigung dieser vierten Phase werden wiederum die Ventile 27 und 31 umgesteuert, wodurch wieder der Zustand der vorstehend beschriebenen ersten Phase erreicht ist.

Das Rezirkulieren von Gas aus dem Pufferbehälter 23 über die Rezirkulationsleitung 37 kann vorzugsweise in jeder der vorstehend beschriebenen Phasen erfolgen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß der Regeneratoreinheit 1 bzw. dem betreffenden Regenerator 45 oder 47 eine zeitlich konstante Gasmenge zugeführt wird.

Das in der Rezirkulationsleitung 37 vorgesehene Ventil 39 dient in diesem Fall nur Sicherheitszwecken, um beispielsweise bei einer Beschädigung der Rezirkulationsleitung 37 oder einem Ausfall des Gebläses 41 die Rezirkulationsleitung zu sperren.

Selbstverständlich kann jedoch mittels des Ventils 39 die Rezirkulation nur in jeweils einer ersten Zeitspanne während der vorstehend beschriebenen ersten bzw. dritten Phase ermöglicht werden.

In jedem Fall kann durch eine geeignete Ansteuerung der Ventile 27, 31 und 39 eine vollständige Reinigung des der abgehenden Abgasleitung 19 zugeführten Abgases erreicht werden. Dabei ist der kontinuierliche Betrieb der Vorrichtung gewährleistet. Das mögliche Sperren der Rezirkulation nach erfolgter Rezirkulation des im Pufferbehälter 23 enthaltenen ungereinigten Abgasvolumens V ist diesbezüglich ohne große Bedeutung, da die Menge des rezirkulierten Gases im Vergleich zur Gesamtströmung des zugeführten Abgases in der Abgasleitung 7 relativ gering ist. Wie bereits erläutert, kann jedoch die Rezirkulation vorzugsweise kontinuierlich erfolgen.

Fig. 2a zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Pufferzelle 3 nach der Erfindung.

Der Pufferzelle 3 wird über die Abgasleitung 19 gereinigtes oder ungereinigtes Abgas zugeführt. Nach dem Abzweig der Abgasleitung 25, in welcher das steuerbare Ventil 27 angeordnet ist, ist in der Abgasleitung 19 das steuerbare Ventil 31 vorgesehen. Die steuerbaren Ventile in Fig. 2a sind in den entsprechenden Stellungen gemäß Fig. 1 dargestellt. Das über die Abgasleitung 19 und das Ventil 31 zugeführte gereinigte Abgas (Phase 1 bzw. 3) wird dem Ringraum 33 zwischen der Innenseite der Wandung 29a des Gehäuses 29 zugeführt.

Das Gehäuse 29 der Pufferzelle ist in üblicher Weise mit einer Isolierung 29b, beispielsweise bestehend aus Fasermaterial, versehen.

Der Pufferbehälter 23, der ebenso wie das Gehäuse 29 der Pufferzelle 3 im wesentlichen zylindrisch ausgebildet sein kann, weist an seinem rückwärtigen Ende einen konischen Verlauf auf, der in die Entlüftungs- und Ansaugöffnung 61 mündet.

Im Inneren des Pufferbehälters 23 ist eine Stau- und Strömungsvergleichmäßigungsvorrichtung 63 vorgesehen, die beispielsweise aus einem Lochblech bestehen kann. Die Vorrichtung 63 bewirkt, daß bei einem Zuführen von ungereinigtem Abgas über die Abgasleitung 25 und das Ventil 27 der aus der Abgasleitung 25 über die Abgaszuführöffnung 35 des Pufferbehälters in diesen eintretende Gasstrom nicht im wesentlichen ungehindert durch den Pufferbehälter 23 hindurch zur Entlüftungs- und Ansaugöffnung 61 gelangt und dabei das übrige im Pufferbehälter 23 enthaltene gereinigte Abgas in diesem verbleibt. Um ein unerwünschtes Austreten von ungereinigtem Abgas aus dem Pufferbehälter 23 zu vermeiden, kann das Volumen des Pufferbehälters 23 um einen Sicherheitsfaktor, vorzugsweise 2 bis 5, größer ausgebildet sein als das maximal in einem Regenerator 45 bzw. 49 und den angrenzenden Leitungsstücken maximal enthaltene Gasvolumen.

In gleicher Weise bewirkt die Stau- und Strömungsvergleichmäßigungsvorrichtung 63 bei einem Rezirkulieren des Gasvolumens über das Ventil 39 und die Rezirkulationsleitung 37, daß gereinigtes Abgas aus dem Zwischenraum 33 möglichst erst dann über die Entlüftungs- und Ansaugöffnung 61 in die Rezirkulationsleitung 37 gelangt, wenn das gesamte im Pufferbehälter 23 enthaltene ungereinigte oder nur teilweise gereinigte Gasvolumen rezirkuliert wurde.

Die in den Fig. 2a und 2b dargestellte Ausführungsform einer Pufferzelle nach der Erfindung gewährleistet, daß ein Unterschreiten der Taupunkttemperatur im Inneren des Pufferbehälters 23 sicher vermieden wird und ist darüber hinaus einfach konstruktiv aufgebaut und somit preiswert herstellbar.

Claims (6)

1. Pufferzelle für eine Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung

   a) wobei die Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung eine Regeneratoreinheit (1) umfaßt, die zumindest zwei Regeneratoren (45, 49) mit jeweils einem Wärmespeicher (47, 51) und eine zwischen den Regeneratoren (45, 49) angeordnete Heizzone (53) aufweist, wobei einer Reihenanordnung zumindest zweier Regeneratoren (45, 49) abwechselnd von jeweils einer Seite zu behandelndes Abgas zuführbar ist, und

   b) wobei der Pufferzelle (3) nach jedem Umschaltvorgang der Zufuhr des Abgases zur jeweils anderen Seite der Reihenanordnung im wesentlichen das vor dem Umschaltvorgang in dem betreffenden eingangsseitigen Regenerator (45, 49) enthaltene ungereinigte oder nur teilweise gereinigte Gasvolumen zuführbar ist und wobei aus der Pufferzelle (3) das in dieser nach einem Umschaltvorgang aufgenommene ungereinigte oder nur teilweise gereinigte Gasvolumen bis zum nächsten Umschaltvorgang vollständig der jeweils anderen Seite der Reihenanordnung der Regeneratoren zuführbar ist,

   dadurch gekennzeichnet,
      c) daß die Pufferzelle (3) ein Gehäuse umfaßt, in welchem ein Pufferbehälter (23) zur Aufnahme des ungereinigten oder nur teilweise gereinigten Gasvolumens vorgesehen ist und daß dem Zwischenraum (33) zwischen der Außenseite der Wandung des Pufferbehälters (23) und der Innenseite der Gehäusewandung (29a) gereinigtes Abgas zuführbar ist.
2. Pufferzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasabführöffnung (59) der Pufferzelle (3) mit dem Zwischenraum (33) zwischen der Außenseite der Wandung des Pufferbehälters (23) und der Innenseite der Gehäusewandung (29a) verbunden ist.
3. Pufferzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungs- und Ansaugöffnung (61) des Pufferbehälters (23) mit dem Zwischenraum (33) zwischen der Außenseite der Wandung des Pufferbehälters (23) und der Innenseite der Gehäusewandung (29a) verbunden ist.
4. Pufferzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Pufferbehälter (23) eine Stau- und Strömungsvergleichmäßigungsvorrichtung (63) vorgesehen ist.
5. Pufferzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Pufferbehälter ein verschiebbarer Kolben oder eine Membran zur Trennung des gepufferten und nachgezogenen Volumens vorgesehen ist.
6. Vorrichtung zur thermischen Abgasbehandlung

   a) mit einer Regeneratoreinheit (1), die zumindest zwei Regeneratoren (45, 49) mit jeweils einem Wärmespeicher (47, 51) und eine zwischen den Regeneratoren (45. 49) angeordnete Heizzone (53) aufweist, wobei einer Reihenanordnung zumindest zweier Regeneratoren (45, 49) abwechselnd von jeweils einer Seite zu behandelndes Abgas zuführbar ist, und mit einer Pufferzelle (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

   b) wobei der Pufferzelle (3) nach jedem Umschaltvorgang der Zufuhr des Abgases zur jeweils anderen Seite der Reihenanordnung im wesentlichen das vor dem Umschaltvorgang in dem betreffenden eingangsseitigen Regenerator (45, 49) enthaltene ungereinigte oder nur teilweise gereinigte Gasvolumen zuführbar ist und wobei aus der Pufferzelle (3) das in dieser nach einem Umschaltvorgang aufgenommene ungereinigte oder nur teilweise gereinigte Gasvolumen bis zum nächsten Umschaltvorgang vollständig der jeweils anderen Seite der Reihenanordnung der Regeneratoren zuführbar ist.

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