DE3324478A1

DE3324478A1 - Vorrichtung zum reinigen von gasen

Info

Publication number: DE3324478A1
Application number: DE19833324478
Authority: DE
Inventors: Bernhard Dipl.-Chem. Dr. 7000 Stuttgart Blaich; Klaus Dr.-Ing. 7016 Gerlingen Dobler; Dieter 7250 Leonberg Karr; Christian 7000 Stuttgart Zrenner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-07-07
Filing date: 1983-07-07
Publication date: 1985-01-24
Also published as: WO1985000408A1; US4628739A; EP0148199A1; IT8421664A0; JPS60501744A

Description

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303ΕΗΤ BOSCH GMBH₂ TOGO STUTTGART 1

Vorrichtung aua Reinigen von Gasen
Stand der Technik

Die Erfindung geht aus νcn einer Vorrichtung na;h der Gattung des Hauptanspruches, wie sie beispit-lsw-sise bekannt ist aus der Zeitschrift Chem. -Ing. -Tacan. «6. -Jahrg. 1976, Nr. 1, Seite 33. Eine wesentliche Schviarigkeit bei derartigen Vorrichtungen besteht darin, b-sim Reinigen v:r. Gasen von elektrisch leitfähigen Partikeln die elektrisch; Isolation zwischen den Hochspannungselektroden sicherzustellen. Wenn die elektrische Isolation nicht gewährleistet ist kommt es zu Kriechströnen und schließlich zu Kursschlüssen zwischen den Elektroden, so da3 ein kontinuierlicher Betrieb der Vorrichtung ausgeschlossen ist.

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Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat den Vorteil, daß mit einfachen Mitteln eine einwandfreie elektrische Isolation zwischen den Elektroden sichergestellt wird. Die mit leitfähigen Partikeln beladenen Gase sind vollständig gegenüber mindestens einer der beiden Elektroden abgekapselt, so daß bei ausreichender Spannungsfestigkeit der Isolierstoffwandung des Kanals die elektrische Isolation absolut sichergestellt ist. Bei Kunststoffen der für die Isolierstoffwandung des Kanals in Frage kommenden Art liegt die Dieleketrizitätskonstante in der Größenordnung von 2 - 10, insbesondere zwischen 2 und 3, die Spannungsfestigkeit derartiger Isolierstoffe ist sehr hoch.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Kanal einen flachen, vorzugsweise flachovalen Querschnitt besitzt mit einer lichten Weite entsprechend dem Abstand der im wesentlichen ebenen Elektroden. Die verhältnismäßig dünnen Isolierstoffwandungen aus einem Material mit höherer Dielektrizitätskonstante als diejenige der Abgase beeinflußt die elektrische "Feldverteilung praktisch nicht, d.h., daß innerhalb des Kanals eine mindestens doppelt so hohe Feldstärke herrs-cht wie im Kunststoff und daß die außen angelegte Hochspannung nahezu vollständig innerhalb des Kanals anfällt. Hierbei kann es zweckmäßig sein, wenn der Kanal in Raun -wischen den Elektroden verläuft, weil eine derartige Anordnung besonders einfach herzustellen ist. Andererseits ist es sehr vorteilhaft, wenn eine Elektrode innerhalb und die andere Elektrode außerhalb des Kanals liegt. Hierdurch wird erreicht, daß elektrische Überschläge an den Außenelektroden bei großer Luftfeuchte unterbleiben.

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Durch die in den weiteren Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind Weiterbildungen und Verbesserungen der zuvor angegebenen Vorrichtung möglieh. Besonders vorteilhaft ist hierbei die Aufrechterhaltung einer Betriebstemperatur der Vorrichtung oberhalb etwa 200⁰C, weil sich dann praktisch kein leitfähiger niederschlag an der Innenwand des Kanals bilden kann, insbesondere, wenn gleichzeitig eine ausreichend hohe Strömungsgeschwindigkeit 'der Gase im Kanal aufrechterhalten wird. Eine Ablagerung elektrisen leitfähiger Partikel wird weiterhin in besonders einfacher und wirkungsvoller Weise dadurch nahezu vollkommen ausgeschlossen_s «daß die Innenwand des Kanals mit einem Material mit geringem Haftreibungskoeffisienten, vorzugsweise mit PTFE ausgekleidet istj hierbei sind Betriebstemperaturen bis etwa 250 C zulässig, Bei höher wärmebeständigen Auskleidungen wird die Betriebstemperatur höher eingestellt bis zu Werten von ca, 500 C, wo Ablagerungen praktisch vollständig ausgeschlossen sind. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt es, daß ohne Störungen hohe Spannungen an die Elektroden angelegt, werden können. Kurzschlüsse und Koranaentladungen treten nicht auf.

Die Vorrichtung arbeitet besonders wirkungsvoll, wenn der Kanal ausreichend lang gestaltet wird, weil dann unter dem Einfluß des elektrischen Feldes für die leitfähigen Partikel ausreichend Zeit zur Verfugung steht, sich zu größeren Agglomeraten zusammenzuschließen₅ welche anschließend in besonders einfacher Weise in einem mechanischen Abscheider von den Gasen getrennt werden können. Zur Erzielung einer ausreichenden Kanallänge bei gleichzeitig kompakter Bauweise der -Vorrichtung hat sich einerseits eine mäanderförmige Gestaltung und andererseits eins spiralförmige Gestaltung des Kanals bewährt.

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gs"oeispiele dar Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes

Ausführungsbeispiel 4er Vorrichtung mit einem zvischen zvei Elektroden verlaufenden Kanal, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem der Kanal eine Elektrode umschließt, Figur 3 eine r.iäanderf örmige Vorrichtung und Figur U eine spiralförmige Vorrichtung. Der nachgeordnete mechanische Abscheider, worin die durch elektrische Polari3ationskräfte zu größeren Agglomerate:* mit größerer Masse zusammengeballten Partikel vom Gas ge-rennt werden, ist in der Zeichnung nicht dargestellt und im Folgenden auch nicht nähsr erläutert, da hierfür bekannte Vorrichtungen, insbesondere Fliehkraft-Abscheider, verwendet werden können.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist mit 10 der positive Pol und mit 11 der negative Pol einer Gleichspannungsquelle mit einer Spannung von ca 10 kV bezeicnnet. Die angelegte Gleichspannung ist abhängig von der Dimensionierung der Vorrichtung und wird entsprechend gewählt, d.h., daS die angelegte Spannung mit zunehmenden Durchmesser der Vorrichtung vergrößert wird. Mit 12 ist eine positive Elektrode und mit 13 eine negative Elektrode bezeichnet, welche elektrisch mit dem positiven Pol und dem negativen Pol der Spannungsq.uelle verbunden sind. Zwischen den Elektroden 12, 13 ist ein Kanal U ausgebildet innerhalb einer Isolier stoffwandung 15, ieren Innenwand mit 16 bezeichnet ist.

Das elektrische Feld E₅ welches sich zwischen dan Elektroden 12 und 13 ausbildet, durchsetzt den Kanal 1U. Die Isolierstoffwandung 15 besteht beispielsweise aus einem Kunststoffrohr mit einer Dielektrisitätszahl in der Größenordnung von 2 ₉ d.h. da.3 innerhalb

des Rohres im Kanal 1U die doppelte elektrische Feldstärke herrscht wie im Isolierstoff der Wandung 15. Ha~ beispielsweise die Isolierstoffwandung eine Stärke von 2x0s5 cm gegenüber einem Elektrodenabstand von 10 cm so ergibt sich im Isolierstoff eine Feldstärke von ca 0,5 kV pro cm, im Kanal 1U eine elektrische Feldstärke von 1 kV pro cm.

Gegenüber älteren Vorrichtungen wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine absolut sichere elektrische Isolation zwischen den beiden Elektroden 12 urri 13 erreicht j wobei sich keine Kriechstrecke zwiseh-sn den Elektroden mehr ausbilden kann. Diese sind durch einen geschlossenen 3 isolierten Kanal 1U voneinander getrennt, so daß das zu reinigende Gas durch die isolierte Leitung strömt j die vom elektrischen Feld S durchsetzt ist. Das im Innern des Koagulators, wie die Vorrichtuag wegen der Zusammenballung der feinen Partikel zu größeren Agglomer'aten bezeichnet wird, herrsehende elektrische Feld wird durch die Isolierstoffwandung nicht geschwächt.

Um zu vermeiden j daß sich an der Innenwand der Vorrichtung leitfähige Partikel wie Ruß oder dgl. absetzen können, werden zusätzliche Maßnahmen' getroffen. Hierzu gehört einerseits, daß die Betriebstemperatur der Vorrichtung je nach Hitzebeständigkeit der "-i^ndung 'ί ^fi au: einer Temperatur im Bereich zwischen etwa 200"C \m& 300 >

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gehalten wird. Andererseits hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Innenwand 16 des Kanals 1k mit einem Material mit geringen Kaftreibungskoeffizienten ausgekleidet wird. Hierfür eignet sich inabesondere Polytetrafluorethylen (PTFS), uη dem sich praktisch keine Niederschläge festsetzen, insbesondere wenn eine ausreichend große Durchströmungsgeschwindigkeit der Gase im Kanal lh aufrechterhalten wird.

Die Figuren 2 bis U zeigen Anordnungen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugsseichen wie in Figur 1 bzeichnet sind. In Figur 2 ist eine Elektrode, vorzugsweise iie positive Elektrode 12, wiederum außerhalb des Kanals 1 ~ angeordnet, während die zweite Elektrode, vorzugsweise die negative Elektrode 13, welche auf Massepotential liegen kann, im Inneren des Kanals lU sitzt. Die Elektroden 12 und 13 sind im Querschnitt eben wie bei der Anordnung gemäß Figur 1. Durch die isolierte Anordnung einer Elektrode 13 innerhalb des Kanals 1k erreicht man eine größere elektrische Überschlagfestigkeit.

Figur 3 zeigt eine mäanderförmige Anordnung der Vorrichtung, welche zu einer entsprechend großen Länge des Kanals 1U bei dennoch kompakter Bauweise führt. Hierbei sind die positiven Elektroden 12 und die negativen Elektroden 13 abwechselnd zwischen den geraden Teilen des Kanals Ik angeordnet, derart, daß sich jeweils zwei positive, bzw. zwei negative Elektroden gegenüberliegen. Auf diese Weise wird das Isolationsproblem der Vorrichtung vereinfacht. Durch die vergrößerte Länge der Vorrichtung haben die ursprünglich recht kleinen leitfähigen Partikeln in Gas ausreichend Zeit, um sich unter der Einwirkung des elektrischen Feldes und der hierdurch bedingten Verteilung ihrer Ladungen zu größeren Agglomeraten zusammenzuschließen,-welche in einem in der Figur nicht gezeigten, nachgesehalteten mechanischen Abscheider dann leicht von den Ga:ea aufgrund von Fliehkrafteinwirkung getrennt werden können.

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Figur U zeigt eine andere, Torteilhafte Kompakt-Anordnung, wobei der Kanal 1h spiralförmig ausgebildet ist. Auch bei dieser Anordnung erreicht man eine große Baulänge der Vorrichtung auf kleinem Raum, welche gegenüber der Anordnung nach Figur 3 den Vorteil besitzt, daß keine Wendepunkte vorhanden sind, in denen der Gasstrom umgelenkt werden muß. Die Anordnung gemäß Figur 't ha" daher einen geringeren Strömungswiderstand als die Anordnung gemäß Figur 3, was zu einer noch besseren Freispülung der Isolierstoffwandung 15 aufgrund höherer Strömungsgeschwindigkeiten führt. Die wechselweise Polarisation der positiven und negativen Pole 11, 12 kann durch entsprechende Zwischenräume zwischen den einseinen Gängen der Spirale leicht beherrscht werden.

- Leerseite

Claims

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1.7.1983 Rs/Kc

ROBERT BOSCH GMBH₃ 7000 STUTTGART 1

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Reinigen von Gasen von elektrisch leitfähigen Partikeln, wie Ruß und dgl., insbesondere zum Reinigen von 'Abgasen fossiler Brennstoffe, vorzugsweise von Dieselmotoren, unter Verwendung eines von den zu reinigenden Gasen durchströmten elektrischen Hochspannungsfeldes, welches zwischen gegeneinander isolierten Elektroden anliegt, und eines nachgeschalteten mechanischen Abscheiders für aus den elektrisch leitfähigen Partikeln gebildete Agglomerate, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase einen von einer Isolierstoff wandung (15) begrenzten Kanal (lU) durchströmen, welcher vom elektrischen Feld (E) zwischen den Elektroden (12, 13) durchsetzt ist,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal ( 11+) einen flachen Querschnitt besitzt mit einer lichten Weite etwa entsprechend den Abstand der im wesentlichen ebenen Elektroden (12, 13).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (1U) zwischen den Elektroden (12, 13) verläuft (Figur 1).

^. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch .^-skenrizeion.net, daß eine Elektrode { 1 3 / innerhalb ^n:! eine Elektrode (12) außerhalb d-2 3 Kanals -'h', Ii^;-, 'Τίζ-Λν >;.

5· Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Kanal (1U) eine Betriebstemperatur oberhalb 200 C vorzugsweise eine Temperatur von ca. 250 C aufrechterhalten wird.

6. Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand (16) des Kanals (1U) mit einem Material mit geringem Haftreibungskoeffizienten, vorzugsweise mit Polytetrafluorethylen (PTFE) ausgekleidet ist.

T. Vorrichtung nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (1U) mäanaerförmig gestaltet ist (Figur 3).

8. Vorrichtung nach eines, der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal '(1U) spiralförmig gestaltet ist (Figur U).