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    公开号:WO1984004052A1
    申请号:PCT/DE1984/000039
    申请日:1984-02-21
    公开日:1984-10-25
    发明作者:Ilan Brauer；Gerhard Brueggen；Manfred Gaugler；Dieter Karr
    申请人:Bosch Gmbh Robert；
    IPC主号:B03C3-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Gasen von elektrisch leitfähigen Partikeln
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Reinigen, von Gasen entsprechend der Gattung des Hauptanspruchs. Ein derartiges Verfahren ist bereits vorgeschlagen worden; dabei werden rußhaltige Gase zunächst einem elektrostatischen Abscheider und anschließend einem mechanischen Abscheider zugeführt. In dem elektrostatischen Abscheider werden in einer Koronaentladung Ladungsträger erzeugt, welche sich an Rußpartikel anlagern und einen Niederschlag derselben an einer geerdeten Kammerwand verursachen. Von dort werden größere Rußflocken wieder abgelöst und in einem zweiten Prozeß einem mechanischen Rußabscheider zugeleitet. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß hohe elektrische Feldstärken benötigt werden zur Erzeugung der Koronaentladung und daß eine beachtliche elektrische Leistung für die Aufrechterhaltung der Koronaentladung bereitgestellt wird. Die Bereitstellung dieser Leistung in einem Hochspannungsfeld erfordert einen großen technischen Aufwand. Weiterhin ist bei diesem älteren Verfahren kein kontinuierlicher Betrieb gegeben, weil die an den Wandungen der elektrostatischen Abscheideanordnung entstehenden Niederschläge in einem getrennten Verfahrensschritt zunächst wiederum abgelöst werden müssen, bevor sie in einem mechanischen Trennverfahren endgültig eliminiert werden können.
    [0004] Vorteile der Erfindung
    [0005] Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches und die zugehörige Vorrichtung haben demgegenüber den Vorteil, daß mit geringem elektrischem und mechanischem Aufwand ein kontinuierlicher Arbeitsprozeß ermöglicht wird, bei dem kleine, feinverteilte Partikel zu größeren Agglomeraten kombiniert werden, welche sich wegen ihrer relativ großen Masse in mechanischen Abscheidern leicht absondern lassen. Der hierfür notwendige apparative Aufwand ist gering, weil ein mechanischer Abscheider für relativ große Partikel einfach aufgebaut sein kann. Außerdem ist die verbrauchte elektrische Leistung sehr klein, da die Feldstärke innerhalb der Anordnung unterhalb der Ionisationsfeldstärke liegt, so daß in der Vorrichtung nur ein kleiner Strom fließt. Schließlich wird durch die Möglichkeit der Verwendung eines Fliehkraftabscheiders oder eines ähnlich einfach aufgebauten anderen mechanischen Abscheiders der Abgasstrom durch den nachgeschalteten mechanischen Abscheider nur wenig behindert.
    [0006] Bezüglich der verwendeten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine Anordnung besonders bewährt, bei der die Reinigungskammer eine Vorkammer aufweist, aus der der Gasstrom getrennt durch zwei vorzugsweise röhrenförmige, auf entgegensetztem Potential liegende Elektroden abgeführt wird. Auf diese Weise erreicht man mit geringem apparativen Aufwand die Trennung des Gasstromes und die elektrische Isolation der auf Hochspannungspotential liegenden, den verschiedenen Gasströmen zugeordneten Elektroden wird besonders einfach. Die beiden Elektroden sind dabei zweckmäßigerweise auf einem gemeinsamen Isolator angeordnet.
    [0007] Um die Aufladung möglichst aller Partikel in den verschiedenen Gasströmen zu gewährleisten, werden für die Elektroden besonders große Oberflächen angestrebt, um wenigstens einen einmaligen Aufprall der abzuscheidenden Partikel auf der zugeordneten Elektrode zu gewährleisten. Die große Oberfläche erhält man in besonders einfacher Weise durch Verwendung von Preß- oder Formkörpern aus Metallwolle oder Met allspänen . Die Elektroden sind dabei zweckmäßigerweise röhrenförmig ausgebildet und mit Metallwolle oder Metallspänen gefüllt.
    [0008] Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Reinigungskammer auf Massepotential liegt. Bei einer derartigen Anordnung liegt ein weiteres elektrisches Feld zwischen jeder Elektrode und der Kammerwand, wenn eine Elektrode positives Potential gegen Masse und die andere Elektrode negatives Potential gegen Masse, vorzugsweise jeweils in gleicher Höhe aufweist. Das elektrische Feld zwischen den Elektroden und Masse wird von den rekombinierten Gasströmen mit den PartikelAgglomeraten durchwandert. In diesen elektrischen Feldern zwischen den verschiedenen Elektroden und Masse überlagert sich dem zuvor beschriebenen Vorgang noch eine Dipolbildung an den Agglomeraten , so daß diese sich zu noch größeren Agglomeraten zusammenballen, bevor sie die Kammer in Richtung eines nachgeschalteten mechanischen Abscheiders verlassen. Es entstehen so große Agglomerate aus den abzuscheidenden Partikeln, so daß die Abscheidebedingungen in dem nachgeschalteten mechanischen Abscheider weiter erleichtert werden.
    [0009] Der ursprünglich vorhandene Gasstrom wird zweckmäßigerweise in zwei gleiche Gasströme aufgeteilt und über zwei spiegelbildlich gleiche Elektroden geleitet. Die Elektroden liegen vorzugsweise auf betragsmäßig gleichen, jedoch entgegengesetzten Gleichspannungspotentialen gegenüber Masse, um symmetrische, leicht überschaubare Verhältnisse in der Anlage zu erhalten. Hierdurch wird die strömungstechnische Gestaltung der Anordnung besonders vereinfacht.
    [0010] Die Entstehung von geladenen Rußteilchen an den Elektroden kann man so erklären: Die Rußteilchen sind elektrisch leitend, sie treffen im neutralen Zustand auf die metallische Oberfläche der Elektroden auf. Da die Elektroden ein großes elektrisches Potential besitzen, nehmen die Rußteilchen während der Berührung das elektrische Potential der Elektrodenoberfläche an, dies geschieht durch Ladungsaustausch zwischen Rußteilchen und Elektrode.
    [0011] Beim Zurückprallen des Teilchens in den Gasstrom ist es elektrisch mit der Polarität der Elektrode aufgeladen.
    [0012] Zeichnung
    [0013] Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt das Prinzip der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
    [0014] In Figur 1 ist durch einen Pfeil 9 ein Gasstrom gekennzeichnet, welcher von elektrisch leitfähigen Partikeln, insbesondere von Verbrennungsrückständen fossiler Brennstoffe gereinigt werden soll. Ein wesentliches Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Reinigung von Dieselmotor-Abgasen von Rußpartikeln.
    [0015] Der Gasstrom tritt in ein metallisches Gehäuse 10 ein im Bereich zweier Isolierstoff-Stirnwände 11 und 12. Mit 13 ist der geerdete, metallische Mantel des Gehäuses bezeichnet .
    [0016] Der Gasstrom verläßt das Gehäuse 10 über einen Auslaß 14 zu einem Fliehkraftabscheider 15, in dem die zu größeren Agglomeraten vereinigten Partikel problemlos mechanisch abgeschieden werden können. Der Fliehkraftabscheider 15 besitzt einen Reingasauslaß iβ und einen Auslaß 17 für die abgeschiedenen Partikel.
    [0017] Vor dem Eintritt in das Gehäuse 10 wird der Gasstrom'9 auf eine erste Teilleitung 19 und eine zweite Teilleitung 20 verteilt, welche jeweils gleichen Querschnitt haben, so daß die beiden Gäsströme in etwa gleich groß sind. Die erste Teilleitung 19 führt zu einer negativen Elektrode 21, die zweite Teilleitung 20 zu einer positiven Elektrode 22. Für die Elektroden 21 und 22 werden große Oberflächen angestrebt, welche man durch Füllungen 23, 24 aus Metallwolle erhält. Um die Elektroden 21 und 22 nach außen zu isolieren sind in die Zuleitungen 19 und 20 Isolierstoffrohre 25 und 26 eingefügt. An der negativen Elektrode 21 liegt ein Gleichspannungspotential von -10kV, an der positiven Elektrode 22 ein Gleichspannungspotential von +10kV, der metallische Mantel 13 des Gehäuses 10 ist geerdet. Bei einer derartigen Anordnung ergibt sich ein erstes elektrisches Feld E1 zwischen den Elektroden 21 und 22, ein elektrisches Feld E2 zwischen der positiven Elektrode und Masse sowie ein elektrisches Feld E3 zwischen Masse und der negativen Elektrode. Die Anordnung ist insgesamt so getroffen, daß alle Feldstärkern unterhalb der Ionisationsfeldstärke liegen, so daß keine Koronaentladung auftritt.
    [0018] Die Anordnung gemäß Figur 1 arbeitet folgendermaßen:
    [0019] Der zu reinigende Gasstrom 9 mit den nicht dargestellten elektrisch leitfähigen Partikeln wird über die beiden Teilleitungen 19 und 20 in zwei Teilströme aufgeteilt, welche über die Elektroden 21 und 22 in das Innere des Gehäuses 10 gelangen. Die im Gasstrom mitgeführten Partikel sind zunächst neutral und werden durch Anlagerung oder Abfluß von Elektronen beim Aufprall auf die großflächigen Oberflächen der Elektroden 21 und 22 derart geladen, daß sie sich im elektrischen Feld E1 aufeinander zubewegen. Aus den ursprünglich kleinen, elektrisch neutralen Partikeln werden so über die Zwischenstufe geladenes Teilchen größere Agglomerate, welche im Gasstrom 9 mitgerissen werden in Richtung des Fliehkraftabscheiders.
    [0020] Zusätzlich wirken auf die Agglomerate jedoch auch noch Dipolkräfte durch die elektrischen Felder E2 und E3 zwischen den Elektroden 21, bzw. 22 und dem auf Masse liegenden Gehäusemantel 13. Unter diesen Dipolwirkungen ballen sich die Agglomerate zu noch größeren Einheiten zusammen und verlassen dann das Gehäuse 10 über den Auslaß 14 zum Fliehkraftabscheider 15, wo sie mechanisch aufgrund ihrer Masse sehr leicht vom Reingasstrom getrennt werden können. Das gereinigte Gas verläßt die Anordnung über den Reingasauslaß 16, während die durch die Zentrifugalkräfte im Fliehkraftabscheider abgetrennten Partikel über den Auslaß 17 aus dem Abscheider heraustreten.
    [0021] Figur 2 zeigt den konstruktiven Aufbau einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß Figur 1. In Figur 2 sind für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen wie in Figur 1 verwendet. Der Gasstrom 9 tritt über die Zuleitung 18 in das metallische Gehäuse 10 ein und verläßt dieses über den Auslaß -14. Dazwischen liegt eine Zweikammeranordnung mit einer Vorkammer 27 und einer Rekombinationskammer 28, welche von zwei röhrenförmigen, auf entgegengesetztem Potential liegenden Elektroden 21 und 22 durchsetzt ist. Die Elektrode 21 liegt wiederum auf negativem Hochspannungspotential, die Elektrode 22 auf positivem Gleichspannungspotential, welches derart gewählt ist im Verhältnis zu der Anordnung, daß sich auch hier eine Feldstärke von ca 5 kV/cm unterhalb der Ionisat ionsfeldstärke von einstellt. Die beiden Elektroden 21 und 22 sind mechanisch gemeinsam in einem Isolator 29 gehalten, welcher die Vorkammer 27 von der Rekombinationskammer 28 abtrennt. In der Vorkammer 27 verteilt sich das zu reinigende Gas auf die beiden röhrenförmigen Elektroden etwa gleichmäßig. Die Elektroden bilden hierbei zugleich die Gaszuleitungen. Im Inneren der Elektroden 21 und 22 befinden sich wieder gepreßte Metallwolle oder gepreßte Metallspäne, welche die notwendige große Oberfläche der Elektroden bilden, um eine ausreichende Stoßhäufigkeit der abzuscheidenden Partikel mit der Oberfläche der Elektroden zu gewährleisten. Die aufgeladenen Partikel verlassen mit den Gasströmen die röhrenförmigen Elektroden 21 und 22 an einander benachbarten, perforierten Bereichen 30 und 31. Die geladenen Partikel bewegen sich nun wiederum im elektrischen Feld E1 aufeinander zu und werden zu größeren Agglomeraten vereinigt. Auch bei der Anordnung gemäß Figur 2 bestehen elektrische Felder zwischen dem auf Masse liegenden Mantel 13 des Gehäuses 10 und den b eiden Elektroden . Unter der Einwirkung dieser elektrischen Felder E2 und E3 bilden die Agglomerate wiederum Dipole, so daß sie sich zu größeren Einheiten zusammenballen, bevor sie über den Auslaß 14 die Rekombinationskammer 28 verlassen. Der nachgeordnete Fliehkraftabscheider ist in Figur 2 nicht gezeichnet.
    [0022] Im Gegensatz zu der anhand von Figur 1 beschriebenen grundsätzlichen Anordnung besitzt die Vorrichtung gemäß Figur 2 anstelle von vier Isolationsbereichen nur noch zwei Isolationsbereiche am Isolator 29, wo die beiden auf Hochspannung liegenden Elektroden 21 und 22 elektrisch und mechanisch angeschlossen sind. Die Vorrichtung hat insgesamt etwa die Gestalt eines Auspufftopfes eines Kraftfahrzeuges, wobei das zu reinigende Gas über eine einzige Zuleitung 18 in die Vorrichtung eintritt und diese über eine einzige Auslaßleitung 14 verläßt. Der Isolator 29 sorgt zugleich für eine räumliche Trennung innerhalb der Anordnung zwischen der Vorkammer 27 und der Rekombinationskammer 28. Diese Anordnimg erlaubt eine besonders flache Bauweise, welche den Einbau beispielsweise in einem von einem Dieselmotor angetriebenen Kraftfahrzeug ohne Schwierigkeiten ermöglicht. Am Mantel 13 der Vorrichtung tritt nur in sehr geringem Ausmaß eine Ablagerung der Partikel auf, da diese im wesentlichen im Bereich zwischen den Elektroden 21 und 22 neutralisiert werden. Die im elektrischen Feld zwischen den Elektroden und dem Kammermantel 13 entstehenden Dipole lagern sich sofort mit anderen Dipol-Agglomeraten zusammen, so daß nahezu keine Ablagerung unter Einfluß der elektrischen Felder an dem Mantel 13 auftritt. Vielmehr verlassen die wiederum neutralisierten Agglomerate praktisch vollständig die Vorrichtung über den Auslaß 14 zum nachgeschalteten, nicht dargestellten mechanischen Abscheider hin.
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Verfahren zum Reinigen von Gasen von elektrisch leitfähigen Partikeln, insbesondere zum Reinigen von Abgasen fossiler Brennstoffe, vorzugsweise von Dieselmotoren, unter Verwendung eines elektrischen Hochspannungsfeldes zwischen wenigstens zwei gegenpoligen Elektroden, wobei die Feldstärke unterhalb der Ionisationsfeidstärke der Anordnung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom (9) mit den überwiegend neutralen Partikeln in wenigstens zwei Teilströme (19, 20) aufgeteilt wird, welche über vorzugsweise großflächige, auf entgegengesetztem Potential liegende Elektroden (21, 22) geleitet werden, wobei sich die Partikel durch Berührung entgegengesetzt aufladen, und daß die unterschiedlich geladenen Partikel dann unter der Einwirkung des elektrischen Feldes (E1) aufeinander zubewegt werden und sich zu größeren Agglomeraten rekombinieren, welche schließlich in einem mechanischen Abscheider (15) vom Gasstrom (9) getrennt werden.
    2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer Rekombinationskammer (28) eine Vorkammer (27) vorgelagert ist, aus der der Gasstrom (9) getrennt durch zwei röhrenförmige, auf entgegensetztem Potential liegende Elektroden (21, 22) abgeführt wird.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 22) auf einem gemeinsamen Isolator (29) sitzen.
    4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (21, 22) im wesentlichen aus einem Preß- oder Formkörper aus Metallwolle (23, 24) oder Metallspänen bestehen.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die röhrenförmigen Elektroden (21, 22) mit Metallwolle oder Metallspänen gefüllt sind.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die röhrenförmigen Elektroden (21, 22) einander benachbarte, perforierte Bereiche (30, 31 ) zum Austritt der Gase mit den aufgeladenen Partikeln aufweisen.
    7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein auf Massepotential liegendes Gehäuse (10).
    8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer Rekombinationskammer (10, 28) ein mechanischer Fliehkraftabscheider (15) nachgeordnet ist.
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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