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Einrichtung zum Kühlen und Reinigen der Abgase von
Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen und Reinigen der Abgase von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren, die z. B. in Bergbaubetrieben unter Tag arbeiten. Bei derartigen Motoren soll die Abgastemperatur am Austrittspunkt etwa 820C nicht übersteigen und die Abgase sollen bei ihrer Abgabe in die Grubenluft keine schädlichen Gase oder unangenehmen Gerüche enthalten. Die erfindungsgemässe Einrichtung soll ferner auf dem Rahmen oder der Karosserie eines Traktors montierbar sein, ohne über die normalen Baumasse des Traktors hinaus vorzustehen und ohne das Ankuppeln eines Anhängers zu beeinträchtigen.
Es sind bereits Kühl- und Reinigungseinrichtungen bekannt, die eine Ausgleichskammer, ein Wasserbad und Filtereinrichtungen umfassen. Diese bekannten Einrichtungen waren jedoch in der Regel ziemlich schwer und ihre Verwendung führte nicht immer zu dem angestrebten Erfolg.
Bei der verbesserten Einrichtung gemäss der Erfindung ist nunmehr als Wasserbad eine wässerige alkalische Lösung in einem oder mehreren Gaswaschbehältern vorgesehen und in der Nähe des Behälterbodens wenigstens ein perforiertes Gasabgaberohr und oberhalb des oder der Behälter in einer mit ihm in Verbindung stehenden, an sich bekannten Filterkammer eine poröse Schicht aus inertem Filtermaterial und dar- über eine Aktivkohle enthaltende weitere Filterkammer für die Abgase angeordnet. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung sind zwischen der Filterkammer -und der weiteren FllterkaÜ1iller im Strömungs- weg der Gase ein oder mehrere Zyklonscheider eingeschaltet.
Ferner sind erfindungsgemäss zwei parallelgeschaltete Waschbehälter auf gleichem Niveau angeordnet, die mit je einer Filterkammer und gegebenenfalls mit der weiteren Filterkammer in Verbindung stehen und über ein Wasserstandsausgleichsrohr miteinander verbunden sind.
Ein Vierzylinder-Zweitakt-Dieselmotor kann pro Minute bis zu 32 m ? Auspuffgase von etwa 4400C erzeugen. Diese Gase enthalten normalerweise Aldehyde, Oxyde und Stickstoff, sowie kleinere Mengen Kohlenoxyd. Alle diese Gase verunreinigen die Grubenluft. Beim Waschen solcher Gase. mit Wasser wird das Wasser sauer und daher korrosiv. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, alkalisches, z. B. sodahältiges Waschwasser zu verwenden, um die Säure zu neutralisieren und die Wasch-und Reinigungswirkungzu begünstigen.
Das grosse Volumen und die hohe Temperatur der Auspuffgase erschweren die Herstellung einer genügend innigen Berührung zwischen den Gasen und dem Kühlwasser und begünstigen das Ausblasen von Wasser aus dem Kühlbehälter bzw. eine zu rasche Verdampfung des Wassers. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, einen grossen Waschwasserbehälter ohne Einbauten zu verwenden und das Gas durch eine beträchtliche Anzahl von kleinen Öffnungen einzuleiten, die in horizontalen Rohren vorgesehen sind, welche in der Nähe des Behälterbodens angeordnet und schräg abwärts gerichtet sind, damit die Gase eine Bewegung und Wirbelung des Wassers bewirken.
Die Wassertiefe in den Waschwasserbehältern soll etwa 56 cm betragen. Bei dieser Tiefe ist einerseits der Gegendruck auf den Auspuff des Motors nicht zu gross und anderseits können die Gase genügend lange mit dem Wasser in Berührung bleiben. Je Kubikmeter der pro Minute abgegebenen Abgase soll das Volumen der Expansionskammer etwa 4,3 l,. das Wasservolumen in denWaschbehältern etwa 19, 6 l, das Volumen der Filterkammer etwa 7 l, das Luftvolumen über dem Wasser etwa 2,9 l und das gesamte Innenvolumen der Wascheinrichtung etwa 34 l betragen.
Eine praktische Ausführungsform der Erfindung ist nachstehend anHand der Zeichnungen beispielsweise beschrieben. In diesen zeigt Fig. 1 in einer Seitenansicht einen mit einem Anhänger versehenen Diesel-
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traktor, auf dem die erfindungsgemässe Auspuffgaswascheinrichtung montiert ist. Fig. 2 zeigt die Wascheinrichtung in der Draufsicht. Fig. 3 ist eine teilweise nach der Linie 3-3 der Fig. 2 geschnittene Vorderansicht, Fig. 4 eine teilweise nach der Linie 4-4 der Fig. 3 geschnittene Seitenansicht, und Fig. 5 zeigt im Schnitt eines der Eintrittsrohre des Gaswäschers.
Gemäss Fig. 1 weist ein Traktor 5 allgemein üblicher Bauart einen Dieselmotor 6, einen Führersitz 7 und eine von den Rädern 9 und 10 getragene rückwärtige Plattform 8 auf.
Auf der rückwärtigen Plattform 8 des Traktors ist mittels einer Kupplung 12 ein normaler 15 t-Anhän- ger 11 aufgesattelt, dessen hinteres Ende auf Rädern 13 läuft.
Die erfindungsgemässe Abgasreinigungseinrichtung 14 ist auf der rückwärtigen Plattform 8 des Traktors unmittelbar hinter dem Führersitz 7 angeordnet und ist nicht breiter als der Traktor 5.
Die Auspuffgase des Dieselmotors 6 werden über eine an der Unterseite des Traktors angeordnete, dessen Betrieb nicht störende Leitung 15 direkt der Einrichtung 14 zugeführt.
Gemäss Fig. 3 weist die Einrichtung 14 ein Mittelgehäuse auf, das von einer Deckplatte 17, Seitenwandplatten 18, 19, 25 und 26, Bodenplatten 20, 21 und 24, einerVorderwandplatte 22 und einer Rückwandplatte 23 gebildet wird. Die Deckplatte 17 ist lösbar mit den Wandplatten verschraubt, um einen Zugang in das Gehäuseinnere zu ermöglichen. Innerhalb des Gehäuses ermöglicht eine von den Platten 24, 25 und 26 gebildete rechteckige Ausnehmung das passende Aufsetzen des Gehäuses auf die rückwärtige Plattform 8 des Traktors 5.
Das Gehäuse enthält eine Druckkammer 27, zwei Waschbehälter 28 und 29 und zwei Filterkammern oder Filterschichten'30 und 31. Das an der Leitung 15 befestigte geflanschte Eintrittsrohr 16 ist in der Mitte der Platte 22 angeordnet und steht direkt mit dem Expansionsraum 27 in Verbindung. Dieser wird von der Deckplatte 17, der Bodenplatte 24 und den Seitenwandplatten 32 und 33 begrenzt, welche diese Kammer von den Filterkammern 30 und 31 trennen. Die Platte 17 ist mit den Seitenwandplatten 32 und 33 und mit der Vorder- und Rückwandplatte 22 bzw. 23 luftdicht verschweisst. Ein Einweg-Rückschlagventil 34 in der Vorderwandplatte 22 steht mit der Druckkammer 27 in direkter Verbindung und ist im normalen Betriebszustand geschlossen, um ein Entweichen von Auspuffgasen zu verhindern.
Wenn sich jedoch in der Expansionskammer 27 ein Vakuum entwickelt, spricht das Ventil automatisch an und gleicht das Vakuum aus, damit kein Wasser aus den Waschbehältern 28, 29 in den Motor zurückgesaugt wird.
Von der Expansionskammer 27 führen zwei Rohre 35 und 36 schräg abwärts direkt zu dem Waschbehälter 29, und zwei ähnliche Rohre zu dem Behälter 28. Da beide Paare der schräg abwärts führenden Rohre untereinander gleich sind, wird nur ein Paar beschrieben.
Gemäss Fig. 4 und 5 sind die Rohre 35 und 36 in Öffnungen der Expansionskammer 27 eingesetzt. Der untere Teil jedes Rohres wird von einem Winkel 36a getragen, der an der Seite der Platte 26 befestigt ist. Flanschen der Rohre 35 und 36 sind mit Flanschen von Abzweigungen eines horizontalen unteren Rohres 38 unter Zwischenlage einer Dichtung 37 verschraubt. Das horizontale Rohr 38 durchsetzt die Vorder- und Rückwandplatte 22 und 23 und ist bei 38a an dem unteren Bogen seines Umfangs perforiert. Die jenseits der geflanschten Abzweigungen angeordnetenEndstrecken des horizontalen Rohres 38 sind durch Kappen 39 und 40 verschlossen. Nach Abnahme der Kappen 39 und 40 kann das Innere des Rohres 38 gereinigt werden.
Jeder Waschbehälter hat eine Wassereintrittsöffnung 41 etwa in Höhe des gewünschten Wasserspiegels, eine Wasseraustrittsöffnung 42 und einen üblichen Wasserstandsanzeiger 43. Das Wasser kann periodisch auf den gewünschten Wasserstand aufgefüllt oder es können did Behälter in Intervallen entleert und wiedergefüllt werden.
Die Waschbehälter 28 und 29 sind unmittelbar unter der Traktorplattform 8 mittels eines Wasserstandsausgleichsrohres 44 miteinander verbunden, das an Stutzen 45 und 46 an den Seiten der Waschbehälter befestigt ist. Oben sind die Behälter mit relativ grobmaschigen Sieben 47 bzw. 48 abgedeckt, die gleichzeitig den Boden der Filterkammern 30 bzw. 31 bilden. Diese sind mit Leichtbeton oder einem ähnlichen porösen und inerten körnigen oder stückigen Material gefüllt, das eine innige Berührung zwischen den Gasen und dem mitgerissenen Wasser begünstigt und als Filter zur Entfernung dieses Wassers wirkt.
Die Gasaustrittsöffnungen 49 und 50 sind über Rohre 53 und 54 mit zwei Zyklonscheiderkammern 51 und 52 verbunden, die direkt über den Filterkammern 30 bzw. 31 angeordnet sind. Jede dieser Zyklonscheiderkammern besteht aus einem grossen, geschlossenen zylindrischen Gehäuse 55 und einem koaxialen Austrittsrohr 56. Ein Ablaufrohr 57 führt das von den Gasen getrennte mitgerissene Wasser in den Waschbehälter 28 bzw. 29 zurück. Dieses Rohr 57 ist teleskopartig ausgebildet, so dass es in seiner Länge so eingestellt werden kann, dass es unter den Wasserspiegel in dem Behälter reicht.
Die Austrittsrohre 56 führen in eine Mittelkammer 58, die unmittelbar über der Expansionskammer 27
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angeordnet und oben mit einem feinmaschigen Sieb 60 abgedeckt ist. Oberhalb des Siebes 60 ist ein geschlossener Behälter 61 angeordnet, der Aktivkohle enthält. Die Decke des Behälters 61 weist einen schmalen Schlitz 62 auf, durch den die gereinigten Gase schliesslich entweichen. Der Schlitz 62 ist mit einem Sieb abgedeckt, damit keine Kohle aus dem Behälter 61 herausgeblasen wird.
Im Betrieb der Reinigungseinrichtung gelangen die heissen Abgase zunächst in eine grosse Ausgleichsoder Expansionskammer, in der das Pulsieren des Motors ausgeglichen wird und die Gase durch Expansion in beschränktem Masse gekühlt werden können ; dann werden die Gase abwärts geführt und durch kleine Öffnungen in die Waschbehälter 28, 29 geleitet, die grosse Mengen alkalischen, z. B. Soda aufweisenden Wassers enthalten. Die heissen Auspuffgase des Motors strömen ununterbrochen zur Expansionskammer 27 und werden durch die beiden Rohrpaare 35, 36 in die perforierten horizontalen Rohre 38 hinuntergedrückt und aus diesen schräg abwärts und mit relativ hoher Geschwindigkeit in das Wasser abgegeben. Dies bewirkt eine Wirbel- und Schaumbildung. Ausserdem werden die Gase rasch gekühlt. Die in die Filterkammern 30, 31 aufsteigenden Gase reissen Wasser mit.
In den Filterkammern wird die innige Berührung zwischen den Gasen und dem Wasser fortgesetzt und ein grosser Teil des Wassers abfiltriert. Die Abkühlung und Wäsche der Gase wird fortgesetzt und das poröse inerte Material dient auch zur Entfernung von teerigen Stoffen aus den Gasen.
Aus den Filterkammern strömen die Gase durch die Zyklonscheider 51, 52, in denen infolge der raschen Dral1strömung der Gase das mitgerissene Wasser abgeschieden und zu dem ll1 den Behältern28, 29 befindlichen alkalischen Wasser zurückgeführt wird. Die Gase strömen dann schliesslich durch die Aktivkohle, in der die Schlussreinigung erfolgt.
Die innige Berührung der heissen Gase mit dem Wasser in den Waschbehältern und der Filterkammer bewirkt eine wirksame Kühlung und Wäsche der Gase ; mitgerissenes Wasser wird in den Filterkammern und dem Zyklonscheider wirksam entfernt. Die endgültige Reinigung mit Aktivkohle ist nur bei Arbeiten unter Tag notwendig ; im Tagbau kann sie wegbleiben.
Als Filtermaterial wird vorzugsweise ein Leichtbeton verwendet, der aus Portlandzement, Sand und Bimsstein hergestellt und in etwa 5-8 cm grosse Stücke gebrochen worden ist. Man kann jedoch auch ein anderes inertes Filtermäterial verwenden, das eine innige Berührung der Gase mit der mitgerissenen Flüssigkeit begünstigt und einen grossen Teil der Flüssigkeit zur Rückführung zu den Waschbehältern entfernt.
Die Grösse der Einrichtung ist von der Grösse des Motors und der Menge der Abgase abhängig, die durch die Einrichtung geleitet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Kühlen und Reinigen der Abgase von Brennkraftmaschinen mit einer Ausgleichskammer, einem Wasserbad und Filtereinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass als Wasserbad eine wässerige alkalische Lösung in einem oder mehreren Gaswaschbehältern (28, 29) vorgesehen und in der Nähe des Behälterbodens (20, 21) wenigstens ein perforiertes Gasabgaberohr (38) und oberhalb des oder der Behälter (28,29) in einer mit ihm in Verbindung stehenden, an sich bekannten Filterkammer (30, 31) eine poröse Schicht aus inertem Filtermaterial und darüber eine Aktivkohle enthaltende weitere Filterkammer (61) für die Abgase angeordnet ist.