SE505437C2 - Anordning för minskning av mängden partikelformigt material i ett avgasrör - Google Patents

Description

505 437 -bränsleförhållandet fixerat till omkring vissa värden, som 2 gör det svårt att undvika emissionen av partikelformiga mate- rial.

Fenomenet är speciellt uppenbart för iakttagare ifråga om for- donsdieselmotorer, som anklagas för att orsaka kraftig miljö- förorening och allvarligt skada allmänhetens hälsa.

Allmänt talat är dessa beskyllningar grundlösa. Jämfört med bensinmotorer avger i själva verket dieselmotorer från fyra till sex gånger mindre mängd kolmonoxid (som är ett kraftigt gift, eftersom det blockerar blodets syreutbyte), cirka halva mängden av oförbrända kolväten (som är i hög grad karcinogena) och cirka halva mängden av kväveoxider (som tillhör ämnen som är ansvariga för surt regn). Dieselmotorer avger emellertid ungefär fyrtio gånger mer kolpartiklar (som på lång sikt kan orsaka bronkit och andra bröst- eller lungbesvär) liksom sva- veloxider (som även är ansvariga för surt regn men som skulle kunna elimineras om dieselbränslet avsvavlades, såsom göres med bensin).

Det bör även observeras att sot adsorberar oförbrända kolväten och sålunda verkar såsom en bärare för dessa karcinogena ämnen.

Såsom sammanfattning är det icke något tvivel att sot som emitteras vid förbränningen av gasolja, brännolja och liknande är extremt obehagligt och att sådana emissioner därför bör elimineras eller åtminstone i hög grad minskas.

En viss minskning av det partikelformiga material som orsakas av förbränningen av kolväten kan åstadkommas genom justering av förbränningen med elektroniska medel. Denna justering kom- mer emellertid endast att minska mängden partikelformigt mate- rial med cirka 20 %, vilket icke är tillräckligt för en stor mångfald tillämpningar. Många försök har sålunda gjorts att lösa detta problem.

BNSDOCID: BNSÛXID 3 505 437 En mångfald patent (t.ex. J63-232817, EP 283240 och 114696, US 4622810, 4604868 och 4571938, etc.) utnyttjar keramiska filter av olika utformningar, som mekaniskt infångar de partikelfor- miga materialen och periodiskt regenereras, exempelvis genom förbränning med användning av heta gaser som produceras av en speciell brännare eller med en ström av förvärmd luft. Filt- ret är även ofta impregnerat med en katalysator, vanligen pla- tina, för att underlätta förbränning.

På detta sätt minskas mängden partikelformigt material kraf- tigt. Komplexiteten hos hittills använda lösningar, kostnaden för och ömtåligheten hos de keramiska filtren samt kostnaden för och förstöringen av katalysatorerna (på grund av exempel- vis förgiftning) har hittills gjort användningen av sådana filter oekonomisk, i synnerhet för fordon.

US-patentet 4741746 föreslår användning av en elektrostatisk utskiljningsanordning med koronaeffekt för utskiljning av kol- partiklar från dieselavgaser.

US-patentet 4587808, som även avser dieselmotorer, avser användning av en molekylär dissociator som, med en laddning av upp till 150 kV, orsakar dissociering av CO, C02 och NOx-mole- kyler och oförbrända kolväten till de ingående kemiska elemen- ten och efterföljande avlägsnande av kolpartiklarna som bildas på detta sätt, liksom de som redan närvarar i avgasen, med hjälp av en elektrostatisk separator och en cyklon.

Vid 1987 Paris Meeting on Air Pollution Caused by Transport rapporterades emellertid att när för industrin utvecklade sys- tem installeras i bilar, är deras verksamhetsgrad tveksam (liksom i fallet med cykloner) eller deras storlek alltför stor och deras komplexitet ett hinder (elektrostatiska separa- torer). (Se Pollution Atmospherigue, Special Number, december 1987, sid. 268-285).

Av det föregående är det uppenbart att vid tillämpning i begränsad storlek (såsom dieselmotorer för bilar, etc. eller öO5-i37C2 l > 505 457 hemupphettningsanläggningar) är de tekniska och ekonomiska 4 problem som är förenade med minskning av halten av partikel- formigt material i gaser härrörande från förbränning av kol- väten långt ifrån lösta. Ändamålet med denna uppfinning är att eliminera de olägenheter som är förenade med existerande system för avlägsnande av par- tikelformigt material genom att tillhandahålla en enkel, pris- billig och kompakt anordning för minskning av emissionen av partikelformigt material i gaser härrörande från förbränning av kolväten.

Enligt denna uppfinning införes i ett avgasrör, genom vilket förbränningsprodukterna av kolväten strömmar, en anordning för avlägsnande av partikelformigt material, som kännetecknas av följande delar: - Tvåpolig högvoltsgenerator - Ett flertal ledare anslutna alternerande till den ena eller den andra av polerna - Organ för införande av luft i röret uppströms i förhållande till ledarna - Medel för reglering av organen för införing av luft.

Dessa ledare utgöres var och en av ett ledande metallgaller inuti röret anordnat vinkelrätt mot den allmänna eller huvud- sakliga strömningsriktningen för avgaserna.

Storleken av gallret (eller det procentuella förhållandet av den totala tvärsektionsarean hos trådarna eller strängarna som bildar gallret i förhållande till tvärsektionen av röret) måste vara mindre än 50 % och företrädesvis mindre än 35 % men mer än 10 %.

Dessa värden bestämmes av behovet av god balans mellan kravet att icke alltför kraftigt störa eller igensätta rörets tvär- sektion, med bibehållande av en tillräcklig area som är täckt av den elektriska urladdningen.

BNsDoc|D: BNSÛCCID 505 437 Alternativt kan ledarna utgöras av galler och/eller plåtar och/eller trådar, arrangerade så att de bildar flata skivor eller rör parallella med den allmänna strömningsriktningen hos avgaserna.

I detta fall kan det utrymme som upptages av dessa ledare, enligt definitionen ovan, vara mindre än 35 % och mer än 4 %, under det att gallret och/eller plåtarna och/eller trådarna kan förlöpa parallellt med axeln hos röret utmed en längd av upp till tio gånger rördiametern. I båda dessa utföringsfor- mer kan ledarna ha punkter eller spetsar som skjuter ut i rät vinkel från deras yta.

Spänningstillförseln till ledarna måste vara sådan, att den ger ett elektriskt fält av mellan 50 och 98 % av det som skulle orsaka en urladdning i gasen vid arbetstemperaturen och under de relevanta arbetsbetingelserna.

Medlen för införande av luft i röret utgöres av en ventilför- sedd ledning och ett rör.

Medlen för reglering av organen för införande av luft utgöres av en sond, som analyserar avgasen och överför resultaten till en mikroprocessor, som reglerar pumpen och ventilen för infö- rande av den önskade mängden luft i röret uppströms i förhål- lande till ledarna.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas mer detalje- rat under hänvisning till den bifogade ritningen, som åskåd- liggör uppfinningen endast såsom ett exempel och på intet sätt begränsar ändamålet med och omfånget av uppfinningen: - Fig. 1 visar en allmän schematisk anläggningsutformning.

- Fig. 2 visar en tvärsektion genom en utföringsform, enligt vilken ledarna är anordnade parallella med den allmänna riktningen av gasflödet.

- Fig. 3 är en perspektivvy i sektion av en utföringsform, i vilken ledarna är anordnade vinzelrätt mot gasflödets huvud- riktning. 5Û5K37C2 I :» 505 437 6 Såsom visas på fig. l är en kanal 2 anordnad i ett rör l som leder avgas. Denna kanal är fullständig med ledare (icke visade) anslutna via kablar 4 och 5 till en spänningsgenerator 3. En mikroprocessor 9 bearbetar signalerna avseende samman- sättningen av gasen som analyseras med sonden 6 och reglerar ventilen 8 i ledningen 7, som är ansluten till kanalen 2, för tillföring till den sistnämnda av den önskade mängden luft, som tillföres genom en pump 10.

Under drift analyserar sonden 6 gasen, i synnerhet vad beträf- far halten av CO, CO2 och 02. Signalerna sändes till mikro- processorn 9, som - på basis av förutbestämda program och annan information avseende specifik bränsleförbrukning - fast- ställer mängderna av oförbränt material och sot och sålunda den mängd luft som erfordras för förbränning av dessa och, såsom följd därav, reglerar pumpen 10 och ventilen 8.

Samtidigt åstadkommes en högspänning mellan ledarna med spän- ningsgeneratorn 3.

När gasen strömmar mellan elektroderna, sänker sot som före- finnes däri dielektricitetskonstanten hos systemet och orsakar att en kraftig gnista urladdas i kolpartiklarna, vilket gör dessa glödande, så att de förbrännes.

Anrikning av gasen med luft och den höga temperatur som uppnås möjliggör att större delen av kolpartiklarna förbrännes med säkerställande av att väsentligen koldioxid bildas. På detta sätt kan exempelvis den mycket låga kolmonoxidhalten hos dieselmotoravgaser bibehållas och i vissa fall även minskas.

Två utföringsformer av uppfinningen åskådliggöres på figurerna 2 och 3.

Enligt fig. 2 är ledarna, i form av flata plattor 12, 12' och 13, anordnade parallella med den allmänna strömningsriktningen för gasen, från vänster till höger; kablarna 4 resp. 5 matar plattorna l2,_l2' och 13, kabeln 5 sträcker sig genom väggen BNSDOCID: BNSDOCIÛ 7 505 437 hos ledaren 2 via en isolerad sektion ll. Plattorna kan ha utskjutande spetsar 14 för att underlätta bildningen av elekt- riska urladdningar mellan kolpartiklarna och själva plattorna.

Enligt fig. 3 är ledarna, i form av cirkulära galler 12, l2', 13 och l3', anordnade vinkelrätta mot den allmänna strömnings- riktningen hos gasen och matas via kablar 4 och 5 samtidigt som de hålles isolerade med isolatorer ll, som även tillåter passage av kablar 4 och 5 genom kanalens 2 vägg.

Givetvis kan även andra arrangemang och former av ledarna 12 och 13 användas utan någon förlust av skyddet för uppfin- ningen.

Föreliggande uppfinning har provats på avgassystem för en die- selelektrisk anläggning med en 3860 cm: motor och en generator med märkeffekten 40 kW vid 1500 varv per minut. Motorn drevs med 1400 varv per minut under försöken.

Ledarna, i form av ett galler, såsom på fig. 3, var anordnade med ett inbördes avstånd av 3 cm. Diametern hos de fyra paren av ledare var 20 % mindre än innerdiametern hos avgasröret.

Spänningen mellan ledarna i ett par av ledare varierade från 50 till 65 kW. Storleken av det utrymme som upptogs i tvär- riktningen av varje galler, såsom definierats ovan, uppgick till 22 % av tvärsektionsarean hos röret.

Motorn drevs under en timmes tid under varje försök och anord- ningen för avlägsnande av partikelformigt material drevs under bestämda tidsperioder. Samtidigt togs prover på avgasen och provet fördes genom ett vägt filter. Efter passagen av en kubikmeter av gas återvägdes filtret med dess bemängning av partikelformigt material.

Den genomsnittliga mängden av partikelformigt material som förefanns i avgasen som icke behandlats enligt uppfinningen var l7,2 mg/m3, med en variation mellan -3 och +4 mg/ma. 505437C2 I > 505 437 8 Införandet av paren av galler ett efter ett ledde till en minskning av halten av partikelformigt material i de behand- lade gaserna, varierande från cirka 15 % (i fallet med ett par galler med en spänning av 52 kV) till cirka 70 % (med fyra par galler och en spänning av 60 kV).

BNSDOCID:

Claims (8)

BNSDOCIÛ -zSE 9 505 437 PATENTKRAV

1. l. Anordning för att minska mängden partikelformigt material i avgas i ett avgasrör, k ä n n e t e c k n a d av en kombination av följande delar: - en tvåpolig högspänningsgenerator - ett flertal ledare som alternerande är anslutna till den ena eller den andra av dessa poler - organ för införing av luft i röret uppströms i förhållande till ledarna - organ för reglering av organen för införande av luft.

2. Anordning enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a d av att ledarna var och en utgöres av ett ledande metallgaller anordnat inuti röret vinkelrätt mot avgasens all- männa strömningsriktning.

3. Anordning enligt patentkrav l eller 2, k ä n n e - t e c k n a d av att förhållandet mellan tvärsektionsarean hos varje galler och tvärsektionsarean hos röret är mindre än 50 % och mer än 10 %.

4. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att förhållandet är mindre än 35 %.

5. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d av att ledarna föreligger i form av galler och/eller plåtar och/eller trådar anordnade parallella med avgasernas allmänna strömningsriktning.

6. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k - n a d av att förhållandet mellan den totala tvärsektionsarean hos ledarna och tvärsektionsarean hos röret är mellan 35 och 4 %, varvid ledarna sträcker sig parallellt med rörets axel utmed en längd av upp till tio gånger rörets diameter.

7. Anordning enligt något av patentkraven 1-6, k ä n - 5Ü5437C2 ! > 505 437 m n e t e c k n a d av att ledarna har ett stort antal utskju- tande punkter eller spetsar.

8. Anordning enligt något av patentkraven l-7, k ä n - n e t e c k n a d av att högspänningsgeneratorn matar ledarna till åstadkommande av ett elektriskt fält mellan 50 och 98 % av det som erfordras för att orsaka urladdning mellan ledarna under driftsbetingelserna. BNSDOCIDI