EP2155398B1

EP2155398B1 - Verfahren und vorrichtung zum abscheiden von verunreinigungen aus einem gasstrom

Info

Publication number: EP2155398B1
Application number: EP08749436.5A
Authority: EP
Inventors: Marcel Op De Laak; Franz Knopf
Original assignee: Individual
Current assignee: KNOPF, FRANZ; OP DE LAAK, MARCEL
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2008-05-10
Publication date: 2018-03-21
Anticipated expiration: 2028-05-10
Also published as: WO2008145251A1; EP2155398A1; US20100294129A1; DE102007025416B3; US8308846B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abscheiden von flüssigen und/oder von partikelförmigen Verunreinigungen aus einem Gasstrom, insbesondere zum Abscheiden von Öltröpfchen, Rußteilchen oder Staub beispielsweise aus dem aus einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors stammenden, auf die Ansaugseite dieses Verbrennungsmotors geleiteten Gasstroms, das Blow-by-Gas, wobei dieser zu reinigende Gasstrom durch eine Gasentladungsstrecke zwischen wenigstens zwei Elektroden hindurchgeleitet wird, von denen mindestens eine Elektrode eine aktive oder Emissionselektrode, die Kathode, und mindestens eine andere Elektrode eine Niederschlags- oder Gegenelektrode, die Anode, ist, wodurch die aus dem Gasstrom abzuscheidenden Verunreinigungen elektrisch aufgeladen und von der Niederschlags- oder Gegenelektrode über elektrische Feldkräfte angesaugt oder angezogen werden, wobei der Gasstrom zwischen wenigstens einer zu der mindestens einen aktiven oder Emissionselektrode gehörenden Elektrodenspitze und der dazu beabstandeten Niederschlags- oder Gegenelektrode hindurchgeleitet wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zum Abscheiden von flüssigen und/oder partikelförmigen Verunreinigungen aus einem Gasstrom, insbesondere zum Abscheiden von Öltröpfchen, Rußteilen und/oder Staub beispielsweise aus einem aus dem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors stammenden, auf die Ansaugseite dieses Verbrennungsmotors geleiteten Gasstroms, das Blow-by-Gas, mit wenigstens zwei beabstandeten Elektroden, zwischen denen der Strömungsweg des Gasstroms verläuft, wobei eine der Elektroden eine aktive oder Emissionselektrode, die Kathode, und die andere Elektrode eine Niederschlags- oder Gegenelektrode, die Anode, ist, wodurch die in dem Gasstrom befindlichen Verunreinigungen elektrisch aufladbar und von der Gegenelektrode über elektrische Feldkräfte ansaugbar oder anziehbar sind, mit einer Gleichstromhochspannungsquelle, die mit der aktiven oder Emissionselektrode und der Niederschlags- oder Gegenelektrode verbunden ist, wobei die Niederschlags- oder Gegenelektrode, die Anode, flächig ausgebildet und mit einer zu ihr beabstandeten aktiven oder Emissionselektrode, der Kathode, kombiniert ist, die wenigstens eine in Richtung zu der flächigen Niederschlags- oder Gegenelektrode gerichtete Elektrodenspitze aufweist.
Ein vergleichbares Verfahren und eine vergleichbare Vorrichtung für die Reinigung von Kurbelgehäuse-Entlüftungsgasen, sind aus MTZ Motortechnische Zeitschrift 60 (1999) 7/8 bekannt. Dabei ist eine zentrale Drahtelektrode vorgesehen, die mit einer Spannung unterhalb der Durchschlagspannung betrieben wird und die von einer koaxialen Gegenelektrode als Anode mit Abstand umschlossen ist, so dass durch diese rohrförmige Gegenelektrode der zu reinigende Gasstrom fließen kann.
Im Hinblick auf die Strömungsgeschwindigkeit des zu reinigenden Gases ist diese Vorrichtung auch aufgrund ihrer nur begrenzten Länge nicht für eine effektive Reinigung geeignet. Außerdem besteht eine erhebliche Gefahr der Verunreinigung der Drahtelektrode, wodurch die Vorrichtung imhomogen und somit uneffektiv arbeiten kann.
Aus der EP 1 277 928 A1 ist eine Abgasreinigungsanlage für einen Verbrennungsmotor bekannt, die mit einer Korona-Entladung von einer Spitze gegen eine Platte oder von einem Draht gegen eine Platte arbeitet. Dies erfordert die Erzeugung eines elektrischen Feldes mit möglichst hoher elektrischer Feldstärke und bei der Korona-Entladung die zusätzliche Erzeugung von Luft- bzw. Gasionen, wobei eine elektrische Spannung erforderlich ist, die deutlich unterhalb der Durchschlagsspannung für den Elektrodenabstand bei gegebener Elektrodenform solcher elektrisch wirkender Abscheider liegen muss. Dies führt zu einem schlechten Wirkungsgrad und es ist eine lange Wegstrecke mit entsprechend großer Bauform für die eigentliche Abscheidung erforderlich.Aus der Praxis sind außerdem Partikelabschneider in vielen Ausführungen, zum Beispiel als elektrostatische Staubfilter oder als sogenannte Ölabscheider zur Reinigung von Kurbelgehäuse-Entlüftungsgasen bekannt, die mit Hilfe elektrischer Feldkräfte aufgeladene Partikel aus einem Gasstrom an flächig ausgebildeten Elektroden niederschlagen. Aus dem Dokument US 2007/0068387 A1 ist ein elektrostatisches Partikelsammelsystem bestehend aus einer Mehrelektroden-Koronaentladungsanordnung und einer als Teilchen-Sammeloberfläche wirkenden Elektrode bekannt. Die Mehrelektroden-Koronaentladungsanordnung ist mit einer Ballastschaltung versehen, die ein leitendes Kunststoffmaterial und mindestens eine Koronaelektrode umfasst, die aus dem leitfähigen Kunststoffmaterial herausragt. Der Abstand zwischen dem Kunststoffmaterial und der Koronaelektrode variiert und steuert den elektrischen Widerstand und bestimmt den Spannungsdurchbruch der Schaltung. Diesen Ausführungsformen ist die Erzeugung des elektrischen Feldes mit möglichst hoher elektrischer Feldstärke gemeinsam, wobei allerdings elektrische Spannungen deutlich unterhalb der Durchschlagspannung für den Elektrodenabstand solcher elektrisch wirkender Abscheider liegen müssen. Meistens liegt die Betriebsspannung bei weniger als der halben Durchschlagspannung, um unkontrollierte lokale Entladungen (elektrischer Spannungsdurchschlag) zu vermeiden. Daraus resultiert ein schlechter Wirkungsgrad und es ist eine lange Wegstrecke für die eigentliche Abscheidung erforderlich, vor allem bei hoher Strömungsgeschwindigkeit des die Partikel führenden Gases.
Außerdem lassen sich Abgasbehandlungen für saubere Luft in großtechnischen Bereichen mit Plasmatechnik durchführen. Dabei wird eine Plasmatechnik mit gepulsten Elektrofiltern verwendet, bei welcher im Puls Spitzenleistungen von 50 MegaWatt bei Pulsraten von 200 Hertz eingesetzt werden. Die Plasmen in diesen Partikelfiltern werden mit Hochspannungspulsen überlagert. Eine derartige Vorrichtung ist nur im Zusammenhang mit Großanlagen sinnvoll.
Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, womit auch unter beengten Platzverhältnissen eine effektive Reinigung eines Gasstroms möglich ist, selbst wenn dieser eine hohe Geschwindigkeit hat.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 5 gelöst.
Das eingangs definierte Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass an die Elektroden eine die Durchschlagspannung überschreitende Gleichspannung angelegt wird und dass die sich einstellende Stromstärke mittels Strombegrenzungselement derart begrenzt wird, dass im Raum zwischen den wenigstens zwei Elektroden ein stabiles Niedrigenergieplasma gebildet wird.
Auf diese Weise kann zwischen den Elektroden im Gasstrom oder Strömungskanal des zu reinigenden Gases ein Gleichstromplasma vom Typus "Nicht-Gleichsgewichtsplasma unter Atmosphärendruck" erzeugt werden. Es ergibt sich also ein Gleichstromplasma hoher Elektronendichte aber mit vergleichsweise geringer Temperatur, so dass durch dieses Plasma geleitetes Gas und insbesondere seine Verunreinigungen sehr schnell eine hohe Ladung aufnehmen und entsprechend schnell von der Gegenelektrode angezogen werden können, so dass mit geringem Platzbedarf eine effektive Abscheidung von Verunreinigungen aus einem Gasstrom ermöglicht wird, selbst wenn dieser eine hohe Geschwindigkeit hat.
Wegen der negativen Strom-Spannungskennlinie eines derartigen Plasmas wird der sich einstellende Strom begrenzt. Die Erfindung macht sich zu Nutze, dass bei einem derartigen Gleichstromplasma die Ionen und neutralen Gasteilchen eine deutlich niedrigere Temperatur von zum Beispiel weniger als 100° Celsius besitzen und sich die Anzahl der negativen Elektronen und der positiven Gasionen des die abzuscheidenden Verunreinigungen tragenden Gases nicht im Gleichgewicht befinden.
Zweckmäßig ist es dabei, wenn eine Spannung an die Elektroden angelegt wird, die wenigstens das 1,2-fache oder anderthalbfache der Durchschlagspannung beträgt. Zur Erzeugung des Gleichstromplasmas wird also eine die Durchschlagspannung deutlich übertreffende elektrische Hochspannung verwendet, damit im Raum zwischen den Elektroden ein Nicht-Gleichgewichtsplasma mit hoher Elektronendichte erzeugt wird, in welchem sich auch große abzuscheidende Partikel elektrisch höchstmöglich aufladen können, um sich auf kürzestem Weg an der Gegenelektrode niederzuschlagen.
Die begrenzte Stromstärke kann zweckmäßigerweise proportional zur Strömungsgeschwindigkeit gewählt und bei höherer Strömungsgeschwindigkeit erhöht werden, was einen bestmöglichen Wirkungsgrad ermöglicht, so dass die Durchführung des Verfahrens einen möglichst geringen Platzbedarf hat.
Besonders effektiv und wirkungsvoll wird das Verfahren, wenn der Gasstrom an einer Vielzahl von die aktive oder Emissionselektrode bildenden Elektrodenspitzen vorbeigeleitet wird. Bei ausreichend großer Dichte von Spitzen der aktiven Elektrode kann je nach Anordnung dieser Spitzen die Grenzaufladung von Verunreinigungsteilchen erreicht werden, so dass vor allem bei der Verwendung eines Spitzenarrays als aktive Elektrode eine sehr effektive Reinigung auf kurzem Wege, also platzsparend erzielt werden kann, selbst wenn das zu reinigende Gas eine hohe Strömungsgeschwindigkeit hat.
Die Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, mit welcher auch unter beengten Platzverhältnissen eine effektive Reinigung eines Gasstroms möglich ist, selbst wenn dieser eine hohe Geschwindigkeit hat, wird mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass bei Gebrauch zwischen den wenigstens zwei Elektroden eine Gleichspannung anliegt, die höher als die Durchschlagspannung ist, und dass an der/den aktiven Elektroden eine Einrichtung zur Strombegrenzung in Form eines Strombegrenzenden Elements vorgesehen ist, wobei das zur Begrenzung der Stromstärke dienende strombegrenzende Element auf dem Weg der Stromzufuhr zu der Elektrodenspitze vorgesehen ist.
Mit einer derartigen Vorrichtung kann zwischen den Elektroden in dem Strömungskanal des zu reinigenden Gases ein Gleichstromplasma mit einer Elektronendichte von etwa 10¹⁰ Elektronen/Kubikzentimeter und Elektronentemperaturen bis 50000° Celsius erzeugt werden, wobei die Ionen und neutralen Gasteilchen aber eine deutlich niedrigere Temperatur von weniger als 100° Celsius besitzen und sich die Anzahl der negativen Elektronen und der positiven Gasionen des die abzuscheidenden Partikel tragenden Gases nicht im Gleichgewicht befinden. Somit kann auf relativ kurzem Wege eine effektive Abscheidung von Verunreinigungen an der flächigen Elektrode erreicht werden.
Das strombegrenzende Element an der als Spitze ausgebildeten Elektrode kann ein Widerstand oder ein Halbleiter sein. Dies stellt eine einfache Anordnung hoher Effektivität dar.
Besonders günstig ist es, wenn die aktive oder Emissionselektrode, die Kathode,eine Vielzahl von Elektrodenspitzen aufweist und dass in jeder zu einer Elektrodenspitze führenden Leitung ein strombegrenzendes Element vorgesehen ist. Entsprechend groß ist das Feldvolumen, in welchem das Gleichstromplasma gebildet wird, so dass sich die abzuscheidenden Partikel auf kürzestem Weg aufladen und an der flächigen Gegenelektrode niederschlagen können.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann vorsehen, dass die Elektrodenspitzen in mehreren in Strömungsrichtung des zu reinigenden Gases hintereinander befindlichen Reihen angeordnet sind und dass die Elektrodenspitzen der einen Reihe gegenüber denen der nächsten Reihe vorzugsweise seitlich versetzt sind. Dadurch wird in Strömungsrichtung eine Überlappung des Gleichstromplasmas und damit praktisch eine Ausfüllung des Raumes zwischen den Elektroden mit diesem Gleichstromplasma ermöglicht und vermieden, dass irgendwelche Lücken in Strömungsrichtung offen bleiben können.
Die Emissionselektrode kann also zweckmäßigerweise als Emissionsspitzenarray ausgebildet sein und ein Raster aufweisen, welches bei gewähltem Strömungsquerschnitt für den Gasstrom in Bewegungsrichtung der Partikel Lücken zwischen den Elektroden gebildeten Plasma dadurch vermeidet, dass die jeweils nächste Reihe von Elektrodenspitzen um einen Bruchteil der Basisrasterweite versetzt angeordnet ist. Bei einer genügenden Anzahl von solchen in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Reihen von Elektrodenspitzen ergibt dies in Strömungsrichtung die gewünschte geschlossene Plasmaanordnung, so dass die angestrebte Reinigung auch bei hoher Strömungsgeschwindigkeit auf relativ kurzem Wege erfolgen kann.
Dadurch, dass bei Gebrauch zwischen den Elektroden eine Gleichspannung anliegt, die höher als die Durchschlagspannung ist und wenn an der/den aktiven Elektroden eine Einrichtung zur Strombegrenzung vorgesehen ist,ist es möglich, jede der Elektrodenspitzen der Emissionselektrode über ein den Plasmastrom begrenzendes Element, zum Beispiel einen hochomigen Widerstand, an eine vorzugsweise negative Gleichspannung-Hochspannungsquelle anzuschließen, deren Betriebsspannung so bemessen ist, dass die Durchschlagspannung zu der gegenüber dem Spitzenarray flächig angeordneten leitfähigen Gegenelektrode überschritten wird und sich damit im Raum zwischen jeder Elektrodenspitze des Spitzenarrays und der am positiven Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossenen flächigen Gegenelektrode ein Nichtgleichgewichtsplasma mit einer Elektronendichte von etwa 10¹⁰ cm^-3 einstellt, in welchem sich auch die größten abzuscheidenden Partikel elektrisch höchstmöglich aufladen und sich auf kürzestem Weg auf der gegenüberliegenden flächigen Gegenelektrode niederschlagen.
Günstig ist es dabei für eine möglichst gleichmäßige und effektive Abscheidung von Verunreinigungen, wenn die Elektrodenspitzen der aktiven in einer Ebene angeordnet sind und die Niederschlags- oder Gegenelektrode eben und flächig ausgebildet und parallel zu der Ebene angeordnet ist, in welcher die Elektrodenspitzen der aktiven oder Emissionselektrode angeordnet sind. Dadurch haben alle Elektrodenspitzen von der Gegenelektrode einen übereinstimmenden Abstand und es ergeben sich in der gesamten Vorrichtung praktisch gleichbleibende Verhältnisse betreffend das gebildete Gleichstromplasma.
Die Vorrichtung kann ein Gehäuse aufweisen, an dessen Boden die Niederschlags- oder Gegenelektrode flächig aufliegt und mit Abstand dazu können zwischen Seitenwänden des Gehäuses die Elektrodenspitzen der aktiven oder Emissionselektrode vorgesehen sein und das Gehäuse kann einen Eintritt und einen Austritt für den Gasstrom haben. Dies stellt einen konstruktiv besonders zweckmäßige Anordnung dar, um die Elektroden in zweckmäßiger Weise anzuordnen und unterzubringen und dem Gasstrom zwischen ihnen hindurchzuführen.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung für noch bessere Abscheide- oder Reinigungsergebnisse kann vorsehen, dass die Vorrichtung in Strömungsrichtung vor den Elektroden einen mechanischen Abscheider insbesondere für relativ große Tröpfchen oder Partikel aufweist. Somit können vor der Abscheidung zwischen den Elektroden schon größere Partikel mechanisch abgeschieden werden, so dass diese die elektronische Abscheidung nicht mehr belasten und das Gesamtsystem mit entsprechend weniger elektrischer Energie auskommen kann. Dies kann vor allem auch bei nicht-stationären Anlagen, beispielsweise bei Fahrzeugmotoren, vorteilhaft sein.
Beispielsweise ist es möglich, dass der mechanische Abscheider als Prallabscheider mit wenigstens einer Umlenkung ausgebildet oder ein Zyklon-Abscheider ist. Derartige mechanische Abscheider sind an sich bekannt und können in zweckmäßiger Weise für den vorgesehenen Anwendungsfall ausgewählt und angepasst werden.
Zwischen dem mechanischen Abscheider und der Vorrichtung zum Abscheiden mittels Elektroden kann eine Öffnung oder Bohrung für einen Rücklauf von abgeschiedenem Öl oder zum Abziehen von abgeschiedenen Partikeln vorgesehen sein. Somit kann eine gegebenenfalls erforderliche Reinigung in größeren Abständen erfolgen, als wenn die abgeschiedenen Öltröpfchen und Partikel nur durch Reinigungsvorgänge beseitigt würden.
Es sei noch erwähnt, dass eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorsehen kann, dass beidseits einer flächigen oder plattenförmigen Niederschlags- oder Gegenelektrode jeweils Elektrodenspitzen von aktiven oder Emissionselektroden angeordnet sein können. Dadurch kann auf noch engerem Raum eine effektive Abscheidung von Verschmutzungen oder Partikeln aus einem Gasstrom erzielt werden.
Sowohl eine derartige Anordnung mit beidseits einer plattenförmigen Gegenelektrode angeordneten Emissionselektroden als auch eine Anordnung mit Elektrodenspitzen aufweisenden aktiven oder Emissionselektroden nur auf einer Seite einer flachen plattenförmigen Niederschlags- oder Gegenelektrode kann aufgrund der hohen aufnehmbaren Ladung der Verschmutzungsteilchen die gesamte Vorrichtung so platzsparend ausgeführt werden, dass sie beispielsweise in Zylinderkopfhauben oder Saugrohren von Verbrennungsmotoren oder auch in anderen Baugruppen und Bauteilen eingesetzt oder eingebaut sein kann, die mit einem zu reinigenden Gasstrom in Verbindung stehen.
Vor allem bei Kombination einzelner oder mehrerer der vorbeschriebenen Merkmale und Maßnahmen ergibt sich ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abscheiden von Verunreinigungen aus einem Gasstrom, wobei das Vermeiden unkontrollierter lokaler Entladungen nicht durch einen schlechten Wirkungsgrad und eine sehr lange Wegstrecke für die eigentliche Abscheidung erkauft werden muss, sondern mit Hilfe eines Gleichstromplasmas vom Typus "Nichtgleichgewichtsplasma unter Atmosphärendruck" ein hoher Wirkungsgrad erzielt werden kann, auch wenn nur wenig Platz in Strömungsrichtung zur Verfügung steht. Der Strömungskanal kann dabei vorzugsweise einen Rechteckquerschnitt haben, wobei dieser Rechteckquerschnitt von den beiden Elektroden an zwei gegenüberliegenden Seiten begrenzt sein kann.
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt in schematisierter Darstellung:

Fig. 1: einen Querschnitt eines Gehäuses mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Elektrodenspitzen aufweisenden aktiven oder Emissionselektroden und einer plattenförmigen flächigen Gegenelektrode mit Blick in Richtung des zwischen diesen Elektroden fließenden Gasstroms,
Fig. 2: eine der Fig. 1 etwa entsprechende perspektivische Darstellung mit drei hintereinander angeordneten Reihen von Elektrodenspitzen aufweisenden aktiven oder Emissionselektroden sowie
Fig. 3: einen Längsschnitt eines die erfindungsgemäße Vorrichtung enthaltenden Gehäuses, wobei sechs Reihen von nebeneinander angeordneten Elektrodenspitzen in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind und das die aktive oder Emissionselektrode bildende Spitzenarray ergeben.

Bei der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele erhalten in ihrer Funktion übereinstimmende Teile übereinstimmende Bezugszahlen, auch wenn diese Teile in ihrer Form etwas voneinander abweichen.
Eine in allen drei Figuren mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zum Abscheiden von flüssigen und/oder partikelförmigen Verunreinigungen aus einem durch die Pfeile Pf in den Fig. 2 und 3 angedeuteten Gasstrom, wobei es sich insbesondere um das Abscheiden von Öltröpfchen, Rußteilen und/oder Staub beispielsweise aus einem aus dem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors stammenden, auf die Ansaugseite dieses Verbrennungsmotors geleiteten Gasstroms handeln kann.
Die Vorrichtung 1 weist dazu in allen Ausführungsbeispielen zwei beabstandete Elektroden auf, zwischen denen der Strömungsweg des Gasstroms Pf verläuft, wobei eine der Elektroden eine aktive oder Emissionselektrode 2 oder Kathode und die andere Elektrode einen Niederschlags- oder Gegenelektrode 3 oder Anode ist, womit die in dem Gasstrom Pf befindlichen Verunreinigungen elektrisch aufladbar und von der Gegenelektrode 3 über elektrische Feldkräfte ansaugbar oder anziehbar sind.
Dabei erkennt man ferner in allen drei Figuren, dass die Niederschlags- oder Gegenelektrode 3 flächig und plattenförmig und eben ausgebildet ist und dass diese Gegenelektrode 3 mit einer zu ihr beabstandeten aktiven oder Emissionselektrode 2 kombiniert ist, die eine Vielzahl von Elektrodenspitzen 4 aufweist, welche zu der flächigen Gegenelektrode 3 gerichtet sind und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die parallel zu der Gegenelektrode 3 mit Abstand zu dieser verläuft, so dass der Strömungsweg für den Gasstrom Pf zwischen diesen Elektroden 2 und 3 nach zwei Seiten begrenzt ist.
Dabei ist in den Fig. 1 und 2 eine Gleichstromhochspannungsquelle 5 angedeutet, deren negativer Pol mit der die Elektrodenspitzen4 aufweisenden aktiven oder Emissionselektrode 2 und deren positiver Pol mit der flächigen Gegenelektrode 3 verbunden ist. Damit dabei zur Bildung eines Gleichstromplasmas eine die Durchschlagspannung überschreitende Gleichspannung angelegt werden kann, wird der Strom an der aktiven oder Emissionselektrode 2 mit Hilfe von Strombegrenzungselementen 6 begrenzt, die dabei zu jeder zu einer der Elektrodenspitzen 4 führenden Leitungen angeordnet sind. Diese strombegrenzenden Elemente 6 können entweder ein hochohmiger Widerstand oder ein Halbleiter oder auch ein sonstiges an sich bekanntes strombegrenzendes Bauteil sein.
Vor allem bei gleichzeitiger Betrachtung aller drei Figuren wird deutlich, dass die Elektrodenspitzen 4 der aktiven oder Emissionselektrode 2 oder Kathode in mehreren in Strömungsrichtung hintereinander befindlichen Reihen angeordnet sein können, wobei die Elektrodenspitzen 4 der einen Reihe gegenüber denen der nächsten Reihe jeweils seitlich versetzt sind.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit zwei Reihen von Elektrodenspitzen 4, wobei die Elektrodenspitzen 4 der zweiten Reihe praktisch in Strömungsrichtung gesehen in der jeweiligen Lücke zwischen zwei Elektrodenspitzen 4 einer davor befindlichen ersten Reihe angeordnet sind, so dass sich die von diesen Elektrodenspitzen 4 ausgehenden und zu der Gegenelektrode 3 erstreckenden Plasmakegel 7 - in Strömungsrichtung gesehen - quer zu der Strömung überlappen, so dass zumindest unterhalb den Elektrodenspitzen 4 für die Gasströmung keine in Strömungsrichtung liegende Lücke freibleibt.
Dies gilt erst recht für die Anordnung gemäß Fig. 2, bei welcher drei Reihen von Elektrodenspitzen 4 in Strömungsrichtung hintereinanderliegen, wobei der besseren Übersicht wegen nicht alle Plasmakegel 7 dargestellt sind.
In Fig. 3 ist eine Anordnung mit insgesamt sechs Reihen von Elektrodenspitzen 4 dargestellt, aber gegenüber den Darstellungen von Fig. 1 und 2 um 90° Grad gedreht, so dass von jeder Reihe von Elektrodenspitzen 4 nur eine dieser Elektrodenspitzen 4 sichtbar ist.
Die aktive oder Emissionselektrode 2 ist also in allen Ausführungsbeispielen als Emissionsspitzenarray ausgebildet und weist ein Raster auf, welches bei gewähltem Strömungsquerschnitt, in den Ausführungsbeispielen ein rechteckiger Strömungsquerschnitt, für den Gasstrom in Bewegungsrichtung der Partikel Lücken im zwischen den Elektroden 2 und 3 gebildeten Plasma 7 durch die schon erläuterte Überlappung der Plasmakegel vermeidet, weil die jeweils nächste Reihe von Elektrodenspitzen 4 um einen Bruchteil der Basisrasterweite versetzt angeordnet ist.
In allen drei Ausführungsbeispielen ist vorgesehen, dass die Vorrichtung 1 ein Gehäuse 8 aufweist, an dessen Boden 9 die Gegenelektrode 3 innenseitig flächig aufliegt. Mit Abstand dazu sind zwischen Seitenwänden 10 dieses Gehäuses 8 die Elektrodenspitzen 4 der aktiven oder Emissionselektrode 2 vorgesehen, wobei das Gehäuse 8 einen Eintritt 11 und einen Austritt 12 für den Gasstrom Pf hat. Eintritt 11 und Austritt 12 sind dabei in den Fig. 1 und 2 nicht erkennbar, aber ähnlich wie in Fig. 3 angeordnet. Der den Strömungsquerschnitt bildende Gehäusequerschnitt ist dabei rechteckig.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher als zusätzliche Ausgestaltung in Strömungsrichtung vor den Elektroden 2 und 3 ein im Ganzen mit 13 bezeichneter mechanischer Abscheider insbesondere für relativ große Tröpfchen oder Partikel angeordnet ist. Dabei erkennt man in Fig. 3, dass dieser Abscheider 13 mit dem Gehäuse 8 direkt verbunden ist und sich also Wandungen dieses Gehäuses 8 bis zu diesem Abscheider 13 erstrecken. Dieser Abscheider 13 ist dabei als Prallabscheider ausgebildet, dass heißt ein Zuführkanal 14 für den Gasstrom führt zunächst vertikal nach oben gegen eine Prallfläche 15 und dann über eine Schikane 16 zu dem Eintritt 11 der eigentlichen Vorrichtung 1. Der Eintritt 11 ist dabei ebenfalls nach einer Seite hin durch ein Wandstück 17 begrenzt, so dass der Gas-Partikelstrom zu mehreren Umlenkungen gezwungen ist, die die mechanische Abscheidung größerer Öltröpfchen oder Partikel begünstigt.
Zwischen diesem mechanischen Abscheider 13 und der Vorrichtung 1 zum Abscheiden mittels Elektroden beziehungsweise dem Eintritt 11 erkennt man eine nach unten gerichtete Öffnung 18 oder Bohrung, die als Rücklauf von mechanisch abgeschiedenem Öl dienen kann.
Mit der vorbeschriebenen Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1, 2 oder 3 können flüssige und/oder partikelförmige Verunreinigungen aus einem Gasstrom Pf beispielsweise aus dem aus einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors stammenden, auf dessen Ansaugseite geleiteten Gasstroms abgeschieden werden, wobei der zu reinigende Gasstrom durch eine Gasentladungsstrecke zwischen den beiden Elektroden 2 und 3 hindurchgeleitet wird, wodurch die aus dem Gasstrom auszuscheidenden Verunreinigungen elektrisch aufgeladen und von der Gegenelektrode 3 über elektrische Feldkräfte angesaugt oder angezogen werden. Dabei wird der Gasstrom Pf zwischen einer Elektrodenspitzen 4 aufweisenden aktiven oder Emissionselektrode 2 und einer dazu beabstandeten Gegenelektrode 3 hindurchgeleitet, an die Elektroden 2 und 3 wird eine die Durchschlagspannung überschreitende Gleichspannung mit Hilfe einer Gleichstromhochspannungsquelle 5 angelegt und der sich einstellende Strom der Gasentladungsstrecke zwischen diesen Elektroden 2 und 3 wird begrenzt, so dass im Raum zwischen den beiden Elektroden 2 und 3 ein stabiles Niedrigenergieplasma gebildet wird, das eine effiziente Reinigungswirkung hat.

Claims

Verfahren zum Abscheiden von flüssigen und/oder von partikelförmigen Verunreinigungen aus einem Gasstrom (Pf), insbesondere zum Abscheiden von Öltröpfchen, Rußteilen oder Staub, beispielsweise aus dem aus einem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors stammenden, auf die Ansaugseite dieses Verbrennungsmotors geleiteten Gasstroms, das Blow-by-Gas, wobei dieser zu reinigende Gasstrom (Pf) durch eine Gasentladungsstrecke zwischen wenigstens zwei Elektroden (2, 3) hindurchgeleitet wird, von denen mindestens eine Elektrode (2) eine aktive oder Emissionselektrode, die Kathode, und mindestens eine andere Elektrode (3) eine Niederschlags- oder Gegenelektrode, die Anode, ist, wodurch die aus dem Gasstrom abzuscheidenden Verunreinigungen elektrisch aufgeladen und von der Niederschlags- oder Gegenelektrode (3) über elektrische Feldkräfte angesaugt oder angezogen werden, wobei der Gasstrom (Pf) zwischen wenigstens einer zu der mindestens einen aktiven oder Emissionselektrode (2) gehörenden Elektrodenspitze (4) und der dazu beabstandeten Niederschlags- oder Gegenelektrode (3) hindurchgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass an die Elektroden (2, 3) eine die Durchschlagspannung überschreitende Gleichspannung angelegt wird und dass die sich einstellende Stromstärke mittels Strombegrenzungselement (6) derart begrenzt wird, dass im Raum zwischen den wenigstens zwei Elektroden (2, 3) ein stabiles Niedrigenergieplasma gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichspannung an die Elektroden (2, 3) angelegt wird, die wenigstens das 1,2fache der Durchschlagspannung beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die begrenzte Stromstärke proportional zur Strömungsgeschwindigkeit gewählt und bei höherer Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrom an einer Vielzahl von die aktive oder Emissionselektrode (2) bildenden Elektrodenspitzen (4) vorbeigeleitet wird.
Vorrichtung (1) zum Abscheiden von flüssigen und/oder partikelförmigen Verunreinigungen aus einem Gasstrom (Pf), insbesondere zum Abscheiden von Öltröpfchen, Rußteilen und/oder Staub, beispielsweise aus einem aus dem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors stammenden, auf die Ansaugseite dieses Verbrennungsmotors geleiteten Gasstroms, das Blow-by-Gas, mit wenigstens zwei beabstandeten Elektroden, zwischen denen der Strömungsweg des Gasstroms (Pf) verläuft, wobei eine der Elektroden eine aktive oder Emissionselektrode (2), die Kathode, und die andere Elektrode eine Niederschlags- oder Gegenelektrode (3), die Anode, ist, wodurch die in dem Gasstrom (Pf) befindlichen Verunreinigungen elektrisch aufladbar und von der Gegenelektrode (3) über elektrische Feld-Kräfte ansaugbar oder anziehbar sind, mit einer Gleichstromhochspannungsquelle (5), die mit der aktiven oder Emissionselektrode (2) und der Niederschlags- oder Gegenelektrode (3) verbunden ist, wobei die Niederschlags- oder Gegenelektrode (3), die Anode, flächig ausgebildet und mit einer zu ihr beabstandeten aktiven oder Emissionselektrode (2), der Kathode, kombiniert ist, die wenigstens eine in Richtung zu der flächigen Niederschlags- oder Gegenelektrode (3) gerichtete Elektrodenspitze (4) aufweist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu eingerichtet ist, dass bei Gebrauch zwischen den wenigstens zwei Elektroden (2, 3) eine Gleichspannung anliegt, die höher als die Durchschlagspannung ist, und dass an der/den aktiven Elektroden eine Einrichtung zur Strombegrenzung in Form eines strombegrenzenden Elements (6) vorgesehen ist, wobei das zur Begrenzung der Stromstärke dienende strombegrenzende Element (6) auf dem Weg der Stromzufuhr zur Elektrodenspitze (4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das strombegrenzende Element (6) an der als Spitze ausgebildeten Elektrode ein Widerstand oder ein Halbleiter ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aktive oder Emissionselektrode (2), die Kathode, eine Vielzahl von Elektrodenspitzen (4) aufweist und dass in jeder zu einer Elektrodenspitze (4) führenden Leitung ein strombegrenzendes Element (6) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenspitzen (4) in mehreren in Strömungsrichtung hintereinander befindlichen Reihen angeordnet sind und dass die Elektrodenspitzen (4) der einen Reihe gegenüber denen der nächsten Reihe vorzugsweise seitlich versetzt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Emissionselektrode (2) als Emissionsspitzenarray ausgebildet ist und ein Raster aufweist, welches bei gewähltem Strömungsquerschnitt für den Gasstrom in Bewegungsrichtung der Partikel Lücken im zwischen den Elektroden gebildeten Plasma dadurch vermeidet, dass die jeweils nächste Reihe von Elektrodenspitzen (4) um einen Bruchteil der Basisrasterweite versetzt angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenspitzen (4) der aktiven oder Emissionselektrode (2) in einer Ebene angeordnet sind und die Niederschlags- oder Gegenelektrode (3) eben und flächig ausgebildet und parallel zu der Ebene angeordnet ist, in welcher die Elektrodenspitzen (4) der aktiven oder Emissionselektrode (2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Gehäuse aufweist (8), an dessen Boden (9) die Niederschlags- oder Gegenelektrode (3) flächig aufliegt und dass mit Abstand dazu zwischen Seitenwänden (19) die Elektrodenspitzen (4) der aktiven oder Emissionselektrode (2) vorgesehen sind und dass das Gehäuse (8) einen Eintritt (11) und einen Austritt (12) für den Gasstrom (Pf) hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie in Strömungsrichtung vor den Elektroden (2, 3) einen mechanischen Abscheider (13) insbesondere für relativ große Tröpfchen oder Partikel aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mechanische Abscheider (13) als Prallabscheider mit wenigstens einer Umlenkung ausgebildet oder ein Zyklon-Abscheider ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mechanischen Abscheider (13) und der Vorrichtung (1) zum Abscheiden mittels Elektroden (2, 3) eine Öffnung (18) oder Bohrung für einen Rücklauf von abgeschiedenem Öl oder zum Abziehen von abgeschiedenen Partikeln vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass beidseits einer flächigen oder plattenförmigen Niederschlags- oder Gegenelektrode (3) jeweils Elektrodenspitzen (4) von aktiven oder Emissionselektroden (2) angeordnet sind.