WO1989011024A1 - Pollution abatement facility for exhaust gases - Google Patents

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WO1989011024A1
WO1989011024A1 PCT/AT1989/000044 AT8900044W WO8911024A1 WO 1989011024 A1 WO1989011024 A1 WO 1989011024A1 AT 8900044 W AT8900044 W AT 8900044W WO 8911024 A1 WO8911024 A1 WO 8911024A1
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exhaust
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Ursel HÄRING
Theodor HÄRING
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Haering Ursel
Haering Theodor
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Definitions

  • the invention relates to a cleaning system for exhaust gases, in particular from internal combustion engines, with a tubular pot which can be connected to an exhaust gas line and in which separating elements with different materials for receiving pollutants to be separated are kept at a mutual distance from one another in the exhaust gas flow direction.
  • the invention has for its object to provide an improved cleaning system of the type specified in the introduction, which is particularly suitable for a large number of internal combustion engines and ensures the most complete possible elimination of the pollutants from the exhaust gases, in particular also soot contained in the exhaust gases.
  • the system according to the invention is characterized in that the separating elements, which preferably contain magnetic material, bauxite, a mixture of lime granulate, activated carbon and pumice stone, mineral wool, and optionally activated carbon, contain a separate exhaust gas cooler in the exhaust line. device and this a separate soot separator are connected upstream.
  • the series connection of the individual units according to the invention ensures adequate cooling in a simple and cost-effective manner and, subsequently, an extremely effective soot separation and only then a separation of the other pollutants.
  • the e.g. with a temperature of 700 to 600 ° C exhaust gases coming from the internal combustion engine so that the separating elements can develop their full effectiveness and the temperature of the gas when exiting the muffler is, for example, only 30 ° C.
  • the individual components of the device, in particular the soot separator can easily be replaced independently of one another after exhaustion, which results in a cost saving.
  • the construction according to the invention is particularly suitable for trucks, in particular trucks equipped with diesel engines.
  • a preferred embodiment of the invention has the features that the exhaust gas cooling device has a heat exchanger with a substantially box-shaped inlet part and an outlet part separated therefrom by a wall, the inlet part and the outlet part being connected via a plurality of parallel pipes through which the exhaust gas flows and having an in are essentially box-shaped deflecting part in connection, and all parts of the heat exchanger are cooled by the ambient air and / or a fan.
  • soot separator connected upstream of the heat exchanger has a housing through which the exhaust gases flow and with a pull-out drawer in which a perforated, preferably meandering, exhaust pipe is embedded in soot separating material, preferably basalt or rock wool, copper or aluminum wool is.
  • FIG. 1 partially in section schematically an exhaust gas purification system according to the invention
  • FIG. 2a-2c in a top view, side view and an enlarged end view schematically a heat exchanger upstream of the muffler in the exhaust gas flow direction, and FIG. 3 also schematically in section a soot separator upstream of the heat exchanger.
  • the exhaust gas cleaning system shown in FIG. 1 for the internal combustion engine of a motor vehicle essentially comprises a muffler 1, an exhaust gas cooling device 2 connected upstream thereof and a soot separator 4 arranged between it and the engine 3.
  • the muffler 1 has an essentially tubular housing 5, which in the example shown has a circular cross section, but could also have an angular cross section.
  • An exhaust gas supply nozzle 6 opens into the housing 5 at one end, while an outlet 7 to the atmosphere and a condensate trap 1 'are provided at the other end.
  • a plurality of separating elements ⁇ are arranged one behind the other in the interior of the housing 5 in the exhaust gas flow direction and are held at a mutual distance by spacer rings 9.
  • These separating elements ⁇ contain pollutant-binding organic or inorganic materials, preferably magnetic material, bauxite, a mixture of lime granules, activated carbon and pumice stone, mineral wool, and optionally activated carbon, and copper or aluminum wool to the extent required or in the mixture required in each case.
  • the grain size of the activated carbon can be up to 5 mm.
  • the materials are arranged, for example, in steel mesh cages.
  • the separating elements can be made of sheet iron, aluminum and the like. exist and be lined up in the required number and arrangement.
  • the outer skin 5a of the housing 5 advantageously consists of stainless steel and the inner skin 5b of copper sheet.
  • the spacer rings 9 are suitably made of aluminum.
  • the exhaust gases can swirl in the distance spaces defined by the rings.
  • the design of the muffler according to the invention enables the greatest possible reduction of NOx, as well as of hydrocarbons, carbon monoxide, benzopyrene, lead and other compounds.
  • the combination of different metals for the housing wall can also lead to an electrochemical reaction.
  • the heat exchanger 2 which is shown in FIG. 2, is connected upstream of the exhaust pipe and has the effect that the hot exhaust gases coming from the internal combustion engine with a temperature of, for example, 700-600 ° C. are so far are cooled so that the separating elements ⁇ of the muffler can fully develop their effect.
  • the heat exchanger 2 is mounted, for example, on the underside of the motor vehicle and cooled by the wind or by means of a fan 2 1 .
  • the exchanger has a box-shaped inlet part 10, an outlet part 12 separated from it by a wall 11 and a plurality of parallel oval tubes 13, via which the inlet part and the outlet part are connected to a likewise box-shaped deflection part 14.
  • the exhaust gases enter via a pipe socket 15 into the inlet part 10 and via a pipe socket 16 from the outlet part into the downstream exhaust pot.
  • the individual parts of the exchanger, in particular the tubes 13, are affected by the headwind and / or
  • the heat exchanger advantageously consists of galvanized sheet, copper sheet or stainless steel.
  • the soot separator 4 connected upstream of the heat exchanger 2 in the context of the invention has an essentially box-shaped housing 17 in which a drawer 16 is arranged, as shown in FIG. 3.
  • the housing 17 has an inlet connector 19 for connection to the internal combustion engine and an outlet connector 20, via which it is connected to the heat exchanger 2.
  • the drawer l ⁇ which can be pulled out of the housing 17 is preferably made of basalt or rock wool, copper or aluminum wool or the like. filled and penetrated by a meandering curved exhaust pipe line 21, which is perforated and through which the exhaust gases pass into the drawer.
  • the contents of the drawer 16 are easily exchangeable.
  • the cleaning system according to the invention can be mounted entirely on the underside of the vehicle and can be used for all gasoline and diesel engines; but it can also be used for cleaning exhaust gases from domestic chimneys or chimneys and industrial plants.

Description

Reinigungsanlage für Abgase
Die Erfindung betrifft eine Reinigungsanlage für Abgase, insbesondere von Verbrennungsmotoren, mit einem an eine Abgasleitung anschließbaren rohrförmigen Topf, in dem in Abgasströmungsrichtung hintereinander Abscheide- elemente mit verschiedenen Materialien zur Aufnahme von abzuscheidenden Schadstoffen durch Distanzringe in gegenseitigem Abstand gehalten sind.
Es ist bekannt, zum Abscheiden von in den Auspuff¬ gasen von Verbrennungsmotoren enthaltenen Schadstoffen, Auspufftopfe anzuwenden, die Einlagen aus verschiedenen Materialien, z.B. aus keramikbeschichtetem Drahtgitter, enthalten (GB-PS 2,123.313), welche eine Abscheidewirkung entfalten. Ferner ist aus der DE-OS 34 07 172 eine Reinigungsanlage bekannt, bei der in einem vom Abgas durchströmten Gehäuse hintereinander abwechselnd Filter¬ elemente zur Abtrennung von Rußteilchen mit einem die Zündtemperatur des Rußes senkenden und seinen Abbrand fördernden Katalysator und Filterelemente mit einem die Verbrennung gasförmiger Schadstoffe fördernden Katalysator vorgesehen sind. Bei diesem Aufbau besteht die Gefahr, daß die Rußteilchen nicht vollständig ver¬ brannt werden und entweder ausgetragen werden oder das Gehäuse verlegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Reinigungsanlage der einleitend angegebenen Art zu schaffen, die sich insbesondere für eine Vielzahl von Verbrennungsmotoren eignet und eine möglichst voll¬ ständige Eliminierung der Schadstoffe aus den Abgasen, insbesondere auch von in den Abgasen enthaltenem Ruß, gewährleistet. Die erfindungsgemäße Anlage zeichnet sich dadurch aus, daß dem die Abscheideelemente, die vorzugsweise Magnetmaterial, Bauxit, eine Mischung aus Kalkgranulat, Aktivkohle und Bimsstein, Mineralwolle, und gegebenenfalls Aktivkohle enthalten, aufnehmenden Auspufftopf in der Abgasleitung eine gesonderte Abgaskühl- einrichtung und dieser ein gesonderter Rußabscheider vorgeschaltet sind.
Durch die erfindungsgemäße Hintereinanderschaltung der einzelnen Einheiten wird auf einfache und kosten- günstige Weise eine ausreichende Kühlung sowie im Anschluß daran eine äußerst wirksame RußabScheidung und erst anschließend eine Abscheidung der übrigen Schadstoffe gewährleistet. Wie praktische Versuche gezeigt haben, erfolgt eine erhebliche Abkühlung der z.B. mit einer Temperatur von 700 bis 600° C vom Verbrennungsmotor kommenden Abgase, so daß die Abscheideelemente ihre volle Wirksamkeit entfalten können und die Temperatur des Gases beim Austritt aus dem Auspufftopf beispielsweise nur 30° C beträgt. Die einzelnen Bauteile der Einrichtung, insbesondere der Rußabscheider, können nach dem Erschöpfen unabhängig voneinander leicht ausgetauscht werden, wodurch sich eine Kostenersparnis ergibt. Die erfindungs¬ gemäße Konstruktion eignet sich speziell für Lastkraft¬ wagen, insbesondere mit Dieselmotoren ausgestattete Lastkraftwagen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung hat die Merkmale, daß die Abgaskühleinrichtung einen Wärmeaustauscher mit einem im wesentlichen kastenförmigen Einlaßteil und einen von diesem durch eine Wand getrennten Auslaßteil aufweist, wobei der Einlaßteil und der Auslaß- teil über mehrere parallele, vom Abgas durchströmte Rohre mit einem im wesentlichen kastenförmigen Umlenkteil in Verbindung stehen, und wobei alle Teile des Wärmeaus¬ tauschers durch die Umgebungsluft und/oder einen Ventila- tor gekühlt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der dem Wärmeaustauscher vorgeschaltete Rußabscheider ein von den Abgasen durchströmtes Gehäuse mit einer herausziehbaren Lade aufweist, in der eine gelochte, vorzugsweise mäanderförmige Abgasrohrleitung in Rußabscheidematerial, vorzugsweise Basalt- oder Steinwolle, Kupfer- oder Aluminiumwolle, eingebettet ist. Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungs¬ beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 teilweise im Schnitt schematisch eine Abgas- reinigungsanlage gemäß der Erfindung, die
Fig. 2a-2c in einer Draufsicht, Seitenansicht und einer vergrößerten Stirnansicht schematisch einen dem Auspufftopf in Abgasströmungsrichtung vorgeschalteten Wärmeaustauscher, und Fig. 3 ebenfalls im Schnitt schematisch einen dem Wärmeaustauscher vorgeschalteten Rußabscheider.
Die in Fig. 1 gezeigte Abgasreinigungsanlage für den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges umfaßt im wesentlichen einen Auspufftopf 1 , eine diesem vorge- schaltete Abgaskühleinrichtung 2 und einen zwischen diesem und dem Motor 3 angeordneten Rußabscheider 4.
Der Auspufftopf 1 hat ein im wesentlichen rohrförmi- ges Gehäuse 5, das beim gezeigten Beispiel Kreisquer¬ schnitt hat, aber auch eckigen Querschnitt haben könnte. In das Gehäuse 5 mündet an einem Stirnende ein Abgaszuführ¬ stutzen 6, während am anderen Stirnende ein Auslaß 7 zur Atmosphäre und ein Kondensatfänger 1 ' vorgesehen sind.
Im Inneren des Gehäuses 5 sind in Abgasströmungs- richtung hintereinander mehrere Abscheideelemente δ angeordnet, die durch Distanzringe 9 in gegenseitigem Abstand gehalten sind. Diese Abscheideelemente δ enthalten Schadstoffe bindende organische oder anorganische Materialien, vorzugsweise Magnetmaterial, Bauxit, eine Mischung aus Kalkgranulat, Aktivkohle und Bimsstein, Mineralwolle, und gegebenenfalls Aktivkohle, sowie Kupfer- oder Aluminiumwolle im jeweils erforderlichen Ausmaß bzw. in der jeweils erforderlichen Mischung. Die Körnung der Aktivkohle kann bis zu 5 mm betragen. Die Materialien sind z.B. in Stahlgewebekäfigen angeord¬ net. Die Abscheideelemente können aus Eisenblech, Alumi¬ nium u.dgl. bestehen und in der erforderlichen Anzahl und Anordnung hintereinandergereiht sein. _ A _
Die Außenhaut 5a des Gehäuses 5 besteht vorteilhaft aus Nirostastahl und die Innenhaut 5b aus Kupferblech.
Die Distanzringe 9 bestehen zweckmäßig aus Aluminium.
In den von den Ringen definierten Distanzräumen kann es zu einer Verwirbelung der Abgase kommen.
Die erfindungsgemäße Ausbildung des Auspufftopfes ermöglicht eine größtmögliche Reduzierung von NOx, ebenso wie von Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid, Benzopyren, Blei und anderen Verbindungen. Durch die Kombination verschiedener Metalle für die Gehäusewandung kann es überdies zu einer elektrochemischen Reaktion kommen.
Um eine ordnungsgemäße Funktion der Abscheideelemente δ im Auspuff opf zu gewährleisten, ist dem Auspufftopf der Wärmeaustauscher 2 vorgeschaltet, der in Fig. 2 gezeigt ist und bewirkt, daß die vom Verbrennungsmotor mit einer Temperatur von beispielsweise 700 - 600° C kommenden heißen Abgase so weit abgekühlt werden, daß die Abscheideelemente δ des Auspufftopfes ihre Wirkung voll entfalten können. Der Wärmeaustauscher 2 wird beispielsweise an der Unterseite des Kraftfahrzeuges montiert und vom Fahrtwind oder mittels eines Ventilators 21 gekühlt. Der Austauscher weist einen kastenförmigen Einlaßteil 10, einen von diesem durch eine Wand 11 getrennten Auslaßteil 12 sowie mehrere parallele ovale Rohre 13 auf, über welche der Einlaßteil und der Ausla߬ teil mit einem ebenfalls kastenförmigen Umlenkteil 14 in Verbindung stehen. Die Abgase treten über einen Rohrstutzen 15 in den Einlaßteil 10 ein und über einen Rohrstutzen 16 aus dem Auslaßteil in den nachgeschalteten Auspuf topf über. Die einzelnen Teile des Austauschers, insbesondere die Rohre 13, werden vom Fahrtwind und/oder
Fig.2 dem in/ nicht gezeigten Ventilator gekühlt. Der Wärmeaus¬ tauscher besteht vorteilhaft aus verzinktem Blech, Kupferblech oder Nirosta.
Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß die aus dem Auspuf topf austretenden Abgase eine Temperatur von etwa 25 bis 30° C aufweisen. Bei Standgas konnten auf einem elektronischen Prüfgerät keine CO- und HC-Werte mehr ermittelt werden. Bei Vollgas konnte eine Schadstoff- eliminierung von 99,6 % erreicht werden. Insbesondere bei Vollast im Fahrbetrieb ist der Wärmeaustauscher 2 unerläßlich.
Der dem Wärmeaustauscher 2 im Rahmen der Erfindung vorgeschaltete Rußabscheider 4 hat ein im wesentlichen kastenförmiges Gehäuse 17, in dem eine Lade 16 angeordnet ist, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Das Gehäuse 17 hat einen Einlaßstutzen 19 für den Anschluß an den Verbrennungsmotor und einen Auslaßstutzen 20, über den es an den Wärmeaustauscher 2 angeschlossen wird. Die aus dem Gehäuse 17 herausziehbare Lade lδ ist vorzugs¬ weise mit Basalt- oder Steinwolle, Kupfer- oder Aluminium- wolle od.dgl. gefüllt und von einer mäanderförmig gekrümm¬ ten Abgasrohrleitung 21 durchsetzt, die gelocht ist und über welche die Abgase in die Lade übertreten. Der Inhalt der Lade 16 ist leicht austauschbar.
Die erfindungsgemäße Reinigungsanlage kann zur Gänze an der Fahrzeugunterseite montiert werden und ist für alle Otto- und Dieselmotoren anwendbar; sie kann aber auch zur Reinigung von Abgasen aus Haushalts¬ kaminen bzw. -Schornsteinen sowie Industrieanlagen verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Reinigungsanlage für Abgase, insbesondere von Verbrennungsmotoren, mit einem an eine Abgasleitung anschließbaren, rohrförmigen Topf, in dem in Abgasströ¬ mungsrichtung hintereinander Abscheideelemente mit verschiedenen Materialien zur Aufnahme von abzuscheidenden Schadstoffen durch Distanzringe in gegenseitigem Abstand gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß dem diese Abscheideelemente (6), die vorzugsweise Magnetmaterial, Bauxit, eine Mischung aus Kalkgranulat, Aktivkohle und Bimsstein, Mineralwolle, und gegebenenfalls Aktivkohle enthalten, aufnehmenden Auspufftopf (1) in der Abgaslei¬ tung (6) eine gesonderte Abgaskühleinrichtung (2) und dieser ein gesonderter Rußabscheider (4) vorgeschaltet sind.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgaskühleinrichtung einen Wärmeaustauscher (2) mit einem im wesentlichen kastenförmigen Einlaßteil (10) und einen von diesem durch eine Wand (11) getrennten Auslaßteil (12) aufweist, wobei der Einlaßteil und der Auslaßteil über mehrere parallele, vom Abgas durch¬ strömte Rohre (13) mit einem im wesentlichen kastenförmi¬ gen Umlenkteil (14) in Verbindung stehen, und wobei alle Teile des Wärmeaustauschers durch die Umgebungsluft und/oder einen Ventilator gekühlt werden.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Wärmeaustauscher (2) vorgeschaltete Rußab¬ scheider (4) ein von den Abgasen durchströmteε Gehäuse (17) mit einer herausziehbaren Lade (16) aufweist, in der eine gelochte, vorzugsweise mäanderförmige Abgas- rohrleitung (21) in Rußabscheidematerial, vorzugsweise Basalt- oder Steinwolle, Kupfer- oder Aluminiumwolle, eingebettet ist.
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