AT410761B - Anordnung und verfahren zur behandlung von partikelhältigen gasen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 16.

Eine Anordnung der genannten Art ist aus der WO 97/30274 A1 bekannt. Die Elektroden zur Verbrennung von Kohlenstoffpartikel sind dabei konzentrisch angeordnet. Es erfolgt die Ausbildung 5 eines senkrecht zur Durchströmungsrichtung gerichteten elektrischen Feldes, wobei die Gasströmung mit den Partikeln ungehindert den Spalt zwischen den Elektroden passiert. Damit ist die Partikelbeseitigung mangelhaft.

Es hat sich ferner bei den Erprobungen von Vorrichtungen, die der Partikelbeseitigung aus Abgasen von dieselmotorischen Verbrennungsanlagen und Verbrennungskraftmaschinen dienen, 10 gezeigt, dass ein optimierter Betrieb (z.B. die Einhaltung normierter Grenzwerte im Schwachlastbetrieb von Dieselmotoren) nur unter der Voraussetzung möglich ist, dass die jeweilige Vorrichtung mit einer regelbaren Heizung gekoppelt ist.

Eine solche Heizung hebt die Partikeltemperatur an, wenn die Abgaspartikeltemperatur aus der Verbrennungskraftmaschine z.B. unter 300°C fällt. 15 Immer dann, wenn die Abgastemperatur aus der Verbrennungsmaschinen unter 300°C fällt, fällt auch die Temperatur der vom Abgas mitgerissenen und ausgestoßenen Kohlenstoffpartikel ebenfalls unter 300°C.

Aus diversen bekannten Testläufen mit Dieselmotoren zeigt sich, dass Dieselmotoren, die nach dem letzten Stand der Technik gebaut sind, Abgastemperaturen von unter 100°C aufweisen kön-20 nen, wenn die Umgebungs/Raumtemperatur 20°C beträgt. Diese niederen Abgastemperaturen liegen somit um weit mehr als 100°C unter jenen Temperaturen, die alle modernen Abgasnachbehandlungsanlagen benötigen (Filter, Oxidationskatalysatoren, katalytische Filter, katalytische Abgaskonverter, Additive, gestützte SCR oder CRT-Systeme, Niedrigtemperatur-Abgasnachbehandlung usw.). 25 Fällt die Umgebungs/Raumtemperatur hingegen auf 0°C, besteht kaum die Möglichkeit, dass bekannte Abgasnachbehandlungsanlagen die strengen europäischen bzw. amerikanischen 4b-gasvorschriften (z.B. die EURO IV) erbringen können.

Dieselbe geschilderte Situation kann sich auch bei Umgebungstemperaturen um 20°C ergeben, da sich bei extremen Schwachlastzuständen hinter der Turbine einer Verbrennungskraftma-30 schine Temperaturen von nur 60°C nachweisen lassen.

Bei einem mobil betriebenen Dieselmotor können in den unterschiedlichen Lastzuständen, bevorzugt im Schwachlastzustand, Abgasemissionen auftreten, die den Normen der EURO IV ab 2005 nicht entsprechen. Falls sohin die Abgasemissionen nicht EURO IV-konform behandelt werden können, werden Rußpartikel, an denen auch polyzyklische Kohlenwasserstoffe und karzi-35 nogene Aerosole haften, unbehandelt an die Umgebungsluft, also die Umwelt ausgestoßen.

Da eine mobile Verbrennungsanlage systemimmanent ständigen Lastwechseln unterworfen ist, ist eine geregelte und unmittelbare Anpassung der Partikelumsetzungstemperatur, z.B. tir eine katalytische Nachbehandlung, für den Gesamtanlagebetrieb, der erforderlichen Regeltechnik und letztlich insbesondere der Umwelt, nötig. 40 Um das Problem der mangelhaften Konvertierung bei niedrigen Abgastemperaturen zu lösen, wurden etliche Maßnahmen vorgeschlagen. Die Bandbreite der Vorschläge reicht von der direkten Beheizung des Abgasstromes mittels elektrischer Widerstandsheizung bis zur mit Treibstoff betriebenen Abgasstrombefeuerung, der direkten und/oder indirekten Beflammung von Abgasfiltern oder Abgasnachbehandlungsanlagen bzw. Teilen davon, wie den Abbrandmonolithen. Es sind auch 45 Kombinationen dieser Maßnahmen und letztlich die teilweise Abgasrückführung in den Verbrennungsraum bekannt.

Der größte Nachteil aller dieser bekannten Maßnahmen und Verfahren ist es, dass der Energieaufwand um die Leistungen bzw. das thermische Äquivalent erreichen zu können, als sehr hoch einzustufen ist, da der aufzuheizende Abgasstrom die Abgasnachbehandlungsanlagen sehr rasch 50 durchströmt, und daher die in den Abgasstrom eingebrachte Energie nur sehr kurz zur Verfügung steht. Dazu kommt noch die Tatsache, dass alle elektrisch oder mit Brennstoff betriebenen Heizanlagen nicht nur den Abgasstrom aus der Verbrennungsmaschine aufheizen, sondern in Folge auch die ohnehin belastete Umwelt zusätzlich erwärmen. Statt also das angestrebte umweltfreundliche Ziel zu erreichen, werden einerseits beträchtliche Primärenergien verschwendet und andererseits 55 die Umwelttemperatur zusätzlich erhöht. 2

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Um also die Abgastemperatur einer modernen dieselmotorischen Verbrennungskraftmaschine, die aus technischen und ökologischen Gründen mit niedrigen Abgastemperaturen arbeitet, auf jene Abgastemperaturen anzuheben, die eine katalytische Abgasnachbehandlung ermöglicht, ist eine eigene Verbrennungsanlage nötig, die annähernd der Verbrennungsleistung der zu reinigenden Abgase aus der Verbrennungskraftmaschine entspricht.

Die gegenständliche Erfindung zielt unter anderem darauf ab, dieselmotorisch betriebene Verbrennungskraftmaschinen, die besonders Rußpartikel emittieren, mit einer Heizeinrichtung auszustatten, die maximal 500 Watt Leistung erfordert und die nicht den gesamten Abgasstrom erwärmt.

Wie sich in der Praxis zeigt, weisen übliche Zusatzheizungen für dieselmotorische Abgasnachbehandlungen Leistungen auf, die 500 Watt weit übersteigen.

Es wird hingegen eine Zusatzheizung mit maximal 500 Watt für den Einsatz in mobilen Anlagen mit einer dieselmotorischen Leistung zwischen 100-300 kW benötigt, da die verfügbare elektrische on-board Leistungen mobiler Anlagen beschränkt ist und immer knapper werden wird.

Der Grund dafür, dass bei mobilen Anlagen in den o.a. Leistungsklassen nicht ausreichend e-lektrische Ressourcen zur Verfügung stehen, liegt darin, dass immer höhere Anforderungen an die elektrische Leistungsbeistellung gestellt werden, die von den eingebauten Drehstromaggregaten kaum mehr befriedigt werden können. Alle bekannten Heizungen benötigen also mehr Leistung als bei mobilen dieselmotorisch betriebenen Anlagen normalerweise zur Verfügung gestellt werden kann. Der Grund für den höheren Leistungsbedarf dieser Heizungen ist darin zu sehen, dass der gesamte Abgasstrom erwärmt werden muss.

Unabhängig von den Forderungen zur Bereitstellung zusätzlicher elektrischer Leistungen, die technisch begrenzt sind, muss eine Heizung in den einzelnen Lastzuständen, die sich - wie eingangs dargestellt - aus der mobilen Verwendung des Motors an sich ergeben, flexibel und schnell sein sowie funktionserfüllend auf rasche Laständerungen reagieren.

Jenen Anlagen, die den gesamten Abgasstrom erwärmen, haftet der Mangel an, dass der Abgasstrom nur träge erwärmt werden kann. Die Aufheizrate hängt vor allem von der Strömungsgeschwindigkeit ab. Daraus folgt, dass eine geregelte, diskontinuierlich arbeitende Heizeinrichtung, z.B. auf Basis einer Widerstandheizung oder einer Direktbefeuerung, nicht rasch und flexibel auf die sich ständig ändernden Lastwechsel und damit ständig ändernden Partikelmassen reagieren kann.

Eine Ausnahme ist eine Heizeinrichtung mit einem permanenten Abbrandmodus, bei der die diskontinuierlich arbeitende Abgasabbrandeinrichtung, z.B. bei katalytischen Filtern so lange kontinuierlich arbeitet, bis der Filter freigebrannt ist.

Alle bekannten Abgasheizungen reagieren nicht in Millisekunden auf Laständerungen und die Partikeltemperatur kann nicht spontan auf die Konvertierungstemperatur angehoben werden, sodass erhöhte, d.h. gesetzlich verbotene Rußpartikelemissionen in die Umwelt ausgestoßen werden. Daher werden auch durch die nicht effizient abgestimmte Abgasnachbehandlung die zulässige Abgasgrenze, z.B. der EURO IV, sicher überschritten. Bedingt durch die ständigen Lastwechsel von mobil betriebenen Anlagen kommt es bei den träge arbeitenden Nachbehandlungsanlagen dazu, dass die Grenzwerte ständig, aber unter allen Umständen bei jedem Lastwechsel, überschritten werden.

Der Grund für die Überschreitung der behördlich vorgeschriebenen Abgasgrenzwerte ergibt sich technisch aus dem Umstand, dass jede Abgasnachbehandlung, auch eine SCR- oder CRT-Niedertemperaturnachbehandlung eine Mindestpartikeltemperatur erfordert. Wird die Abgasnachbehandlung z.B. zusätzlich mit einem Additiv (z.B. Cerin, Ferrocen, Harnstoff o.a. Zusatzstoffen) über den Treibstoff bzw. eine Direkteinspritzung in das Verbrennungsabgas geführt, ist die Partikeltemperatur auf etwa 200°C zu regeln. Wird die Abgasnachbehandlung ohne Additiv durchgeführt, ist die Partikeltemperatur um ca. 300°C einzustellen.

In jedem Fall muss die Abgastemperatur im Millisekundenbereich sofort und spontan angepasst werden, wenn die erforderliche Partikeltemperatur nicht unter die jeweils erforderliche Nachbehandlungstemperatur sinken soll.

Peugeot z.B. praktiziert eine andere Form der Abgasnachbehandlung mit der Direktbeflam-mung eines Keramik-Filtermonolithen, wenn der Monolith mit Ruß verlegt ist und der Staudruck ansteigt. Dabei wird ein Abbrandgerät eingesetzt, das den Dieseltreibstoff mit einer thermischen 3

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Leistung von über 1000 Watt abbrennt. Durch die hohe thermische Leistung kann der thermisch beaufschlagte Abbrandfilter auf 200°C erwärmt und die Partikel können konvertiert werden. Im Zusammenwirken mit dem katalytisch wirksamen Cer werden die Rußpartikel im Abbrandfilter mit dem vorhandenen Sauerstoffüberschuss bei 200°C zu CO2 oxidiert.

Ganz allgemein richtet sich die Erfindung auf die Beseitigung von Partikeln aus Gasen, z.B. staubhältige Gase, wie sie beim Tunnelbau anfallen, Brenngase, Abgase aus, insbesondere mit Diesel betriebenen, Verbrennungsmotoren od.dgl.

Ziel der Erfindung ist es im besonderen, eine Anordnung bzw. ein Verfahren zur Behandlung von partikelhältigen Gasen zu erstellen, mit welcher Anordnung bzw. mit welchem Verfahren eine weitgehende Beseitigung bzw. Verbrennung der im Gas enthaltenen Partikel möglich ist.

Erfindungsgemäß ist ane Anordnung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale charakterisiert. Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 16 angeführten Merkmale charakterisiert.

Mit der erfindungsgemäßen Vorgangsweise wird eine betriebssichere und einfach aufgebaute sowie einfach zu regelnde und rasch reagierende Anordnung erstellt, bei der eine dynamische Beseitigung der abzuscheidenden bzw. zu beseitigenden Partikel in der Weise erfolgt, dass bei Überschreiten einer zulässigen Partikelmenge und/oder Partikelgröße diese anfallenden Partikel durch Anlegen einer entsprechend hohen Hochspannung verbrannt oder vergast werden. Durch die entsprechende Wahl der Durchlässigkeit des zweiten Körpers für die anfallenden Partikelmengen bzw. Partikelgrößen kann die Abscheidewirkung der erfindungsgemäßen Anordnung auf zulässige bzw. vorgegebene Partikel-Durchlasswerte eingeregelt bzw. eingestellt werden. Die rasche Einstellung bzw. Einstellung der an den beiden Körpern anliegenden Hochspannung ermöglicht eine (tynamische bzw. rasch erfolgende Reaktion auf einen erhöhten Partikelanfall bzw. auf eine Erhöhung des Staudruckes aufgrund einer Herabsetzung der Durchlässigkeit des zweiten Körpers durch angelagerte Partikel. Für die Verbrennung der an der stromaufwärts gelegenen Fläche des zweiten Körpers abgelagerten Partikel sind relativ geringe Energiemengen nötig bzw. werden Energiemengen nur dann erforderlich, wenn es zu einer unerwünschten Partikelablagerung und einer dadurch verursachten Verringerung der Durchlässigkeit des zweiten Körpers kommt. Die erfindungsgemäße Anordnung spricht ausgesprochen rasch auf Änderungen im Staudruck an und ist energiesparend ausgelegt.

Im Anspruch 2 sind vorteilhafte Materialien bzw. ein vorteilhafter Aufbau für den ersten und den zweiten Körper angegeben. Vorteilhafterweise werden beide Körper aus elektrisch leitenden Trägern, z.B. beschichteten Keramiken, Metallvlies od.dgl., gebildet. Die Durchlässigkeit des ersten Körpers für die Partikel ist größer als jene des zweiten Körpers; der zweite Körper ist grundsätzlich durchlässig für Partikel der Größenordnung 200nm bis 1pm. Es ist möglich, dass an den zweiten Körper ein dritter Körper anschließt, wie dies im Anspruch 5 angegeben ist. Dieser weitere, ebenfalls aus einem elektrisch leitenden Träger bestehende Körper besitzt eine Durchlässigkeit für Partikel, die größer als die des zweiten Körpers ist, sodass der weitere Körper z.B. durchlässig für alle Partikel mit einer Größe kleiner als 1 μ ist.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung zu entnehmen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die mit Partikel, z.B. Gesteinsstaub, Kohlestoffpartikel od. dgl., beladenen Abgase bzw. Abgase, die aus Luft- bzw. Gasleitungen, insbesondere aus den Abgasauslässen von, vorzugsweise mit Diesel betriebenen, Verbrennungsanlagen bzw. -motoren stammen können, werden durch ein Hohlprofil 7 geleitet. Dieses Hohlprofil 7 kann runden, elliptischen oder rechteckigen oder auch anderen Querschnitt aufweisen und wird in Richtung des Pfeiles 13 durchströmt. In dem Hohlprofil 7, das vorteilhaftenweise aus Keramik oder aus anderen hitzebeständigen Materialien ausgebildet ist, sind drei Körper 1, 2, 3 eingesetzt. Stromabwärts von einem ersten Körper 1 ist unter Ausbildung eines Spaltes 4 ein zweiter Körper 2 eingesetzt, an den ein weiterer Körper 3 anschließt. Dieser weitere Körper 3 kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, insbesondere um eine katalytische Nachbehandlung der die Körper 1 und 2 durchtretenden Gase vorzunehmen. Die Körper 1, 2 und 3 können in Form von Scheiben bzw. Zylindern vorliegen und sind vorteilhafterweise elektrisch 4

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Um Wartungsarbeiten vornehmen zu können, können die Körper 1, 2, 3 austauschbar im Hohlprofil 7 angeordnet sein.

An den ersten Körper 1 und an den zweiten Körper 2 ist eine Hochspannungsquelle 6 angeschlossen. Die Hochspannungsquelle 6 ist mit einem Anschluss an den Körper 1 und mit ihrem anderen Anschluss an den Körper 2 und/oder an den Körper 3 angeschlossen, sofern ein weiterer Körper 3 vorhanden ist.

Mittels Druckmesseinrichtungen 14, 14' wird mit einer Einrichtung 5 zur Ermittlung des Differenz- bzw. Staudruckes der durch die in das Hohlprofil 7 eingesetzten Körper 1, 2 und 3 bewirkte Staudruck ΔΡ gemessen. An die Einrichtung 5 ist eine Steuereinheit 12 angeschlossen, mit der in Abhängigkeit vom gemessenen Staudruck ΔΡ die an den Ausgängen der Hochspannungsquelle 6 anliegende Hochspannung U einregelbar ist.

Mit Temperaturmesseinrichtungen 15, 15' wird einerseits die Temperaturdifferenz ΔΤ oberhalb der in das Hohlprofil 7 eingesetzten Körper 1, 2 und gegebenenfalls 3 ermittelt; des weiteren wird mit der Temperaturmesseinrichtung 15 auch die Temperatur T stromaufwärts des ersten Körpers 1 ermittelt und einer Temperaturmesseinheit 11 zugeführt, deren Ausgangssignal der Steuereinrichtung 12 zugeführt wird.

Die Steuereinheit 12 steuert des weiteren eine lediglich schematisch angedeutete Einrichtung 10 zur relativen Verstellung der Körper 1 und 2 zueinander bzw. zur Einstellung der Dicke des Spaltes 4 bzw. des Abstandes AS zwischen den einander zugekehrten Flächen des ersten Körpers 1 und des zweiten Körpers 2. Die Ausbildung der Verstelleinrichtungen 10 für die axiale Verstellung der beiden Körper 1 und 2 bleibt dem zuständigen Fachmann überlassen.

Die Dicke des Spaltes 4 zwischen dem ersten und dem zweiten Körper 1 und 2 wird auf einen Wert zwischen 0,05 und 1 mm, vorzugsweise auf einen Wert zwischen 0,1 und 0,5 mm, eingestellt.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Anordnung an den Abgas bzw. Verbrennungsgasauslass eines Dieselmotors bzw. dessen Turbine oder einer Arbeitsmaschine, angeschlossen ist und gegebenenfalls einer Abgasnachbehandlungs-Anlage, insbesondere einem Filter, einem Oxidationskatalysator, einem katalytischen Filter, einem katalytischen Abgaskonverter oder einer additiv gestützten SCR- oder CRT-Niedertemperatur-Abgas-Nachbehandlungsanlage, vorgeschaltet ist.

Die Steuereinheit 12 regelt die Hochspannungsquelle 6 derart, dass die an dem ersten Körper 1 und an den Körper 2 und/oder dem Körper 3 anliegende Hochspannung in Abhängigkeit von dem gemessenen Staudruck ΔΡ eingeregelt wird. Bei Ansteigen des Staudruckes, insbesondere über einen vorgegebenen Schwell- bzw. Grenzwert, welches Ansteigen einer Verlegung des zweiten Körpers 2 mit Partikeln entspricht, wird die Spannung U der Hochspannungsquelle 6 - insbesondere abgegrenzt - erhöht, bis es bzw. sodass es zu einem Spannungsüberschlag kommt. Es kommt zu einer Verbrennung bzw. Vergasung der auf der bzw. im Bereich der stromaufwärts weisenden Fläche des zweiten Körpers 2 abgelagerten (Kohlenstoff)Partikel im Zuge einer elektrischen Entladung durch den Lichtbogen. Die an die beiden Körper 1, 2 angelegte Hochspannung U wird bis zur Funkenentladung bzw. Ausbildung eines Lichtbogens erhöht bew. eine vorgegebene Zeitspanne solange aufrecht erhalten, bis die Messwerte für den Staudruck ΔΡ auf bzw. unter einen vorgegebenen Wert bzw. Wertebereich zurückgegangen sind, d.h. bis die Durchtrittsöffnungen für die Abgase im zweiten Körper 2 wieder freigelegt sind.

Um die dabei freiwerdenden Radikale, insbesondere Cb, und den damit einhergehenden chemischen Reaktionen mit vorhandenen Sulfaten und Kohlenstoffen an den Oberflächen der Körper 1 und 2 unter Kontrolle zu halten, wird nach Erreichen einer vollflächigen Corona vor dem Körper 2 bzw. über die Fläche des Körpers 2 die Spannung abgebrochen und sofort wieder solange aufgebaut, bis wieder eine vollflächige Corona ausgebildet ist. Dieser Vorgang wird solange fortgesetzt, solange der Staudruck über dem Sollwert bleibt bzw. unterhalb des vorgegebenen Grenzwertes liegt und nicht auf den Sollwert zurückfällt. Durch die gepulste Ausbildung der Corona wird Energie eingespart, es werden überschüssige Kohlenwasserstoffe HC verbrannt, die Temperatur vor dem Körper 2 katalytisch wirksam geregelt und eine vermeidbare NOx Produktion geregelt unterdrückt.

Es wird der Spannungswert der an den beiden Körpern anliegenden Hochspannung abhängig von der Höhe des ermittelten Staudruckes eingeregelt bzw. mit wachsendem Staudruck und/oder in Abhängigkeit von der Differenz der Temperaturen, gemessen stromaufwärts des ersten Körpers 5

AT 410 761 B und stromabwärts des zweiten und/oder dritten Körpers, eingestellt. Bei Ansteigen der Temperaturdifferenz und insbesondere bei der Feststellung a'nes spontanen Temperaturabfalls im Abgas, insbesondere im Zuge eines Lastwechselvorganges, wird die Hochspannung bis zur Ausbildung der vollflächigen Corona abrupt erhöht und dann gepulst. Der Anstieg der Spannung erfolgt auf 80000 bis 200000 V, vorzugsweise 90000 bis 120000 V, insbesondere in einer Zeitspanne von einigen Millisekunden.

In Abhängigkeit von den gemessenen Parametern Staudruck ΔΡ bzw. Temperaturdifferenz ΔΤ und der Temperatur T kann auch eine Verstellung der Dicke des Spaltes 4 mittels einer nur schematisch angedeuteten Verstelleinrichtung 10, gesteuert von der Steuereinrichtung 12, erfolgen.

Zweckmäßig ist es, wenn bei Ansteigen des durch die Gasdurchlässigkeit des zweiten Körpers bestimmten Staudruckes auf einen Wert im Bereich von 70 bis 110 mbar, vorzugsweise 80 bis 100 mbar, die Spannung U bis zum Überschlag angehoben wird.

Es ist des weiteren vorgesehen, dass an die beiden Körper andauernd eine einen Mindestwert überschreitende Hochspannung von 15000 bis 30000 V, vorzugsweise etwa 20000 V, angelegt ist.

Bei einer Abnahme der Temperaturdifferenz ΔΤ bzw. bei einer als hoch bewerteten Temperatur T oberhalb des ersten Körpers 1 wird keine oder nur eine geringe Nachregelung der Hochspannung erfolgen. Kritisch wird die Situation im Falle, dass eine Zunahme der Temperaturdifferenz ΔΤ, gleichzeitig mit einer Zunahme des Staudruckes ΔΡ festgestellt wird und/oder die Temperatur oberhalb des ersten Körpers tief liegt oder abnimmt. In diesem Fall erfolgt eine radikale Reaktion bzw. eine abrupte Spannungsanhebung, da eine derartige Betriebssituation auf eine Verlegung des zweiten Körpers 2 mit abgelagerten Partikeln hinweist.

Der Wert des Staudruckes ΔΡ der erfindungsgemäßen Anordnung wird vor allem durch die Durchlässigkeit des zweiten Körpers 2 bestimmt.

Die Veränderung der Dicke des Spaltes 4 erfolgt ebenfalls in Abhängigkeit der gemessenen Parameter; da eine derartige Dickenveränderung im Vergleich mit der Einregelung der Hochspannung U wesentlich längere Zeiten benötigt, so ist diese Regelungsmöglichkeit eher als Reaktion auf länger andauernde Betriebszustände vorgesehen.

Das Hohlprofil 7 muss ausreichend elektrische Durchschlagfestigkeit besitzen bzw. ist entsprechend isoliert ausgeführt, um Spannungsabflüsse zu vermeiden. Die Körper 1 und 2 sind gegebenenfalls elektrisch isoliert in das Hohlprofil 7 eingesetzt und sofern eine Verstelleinrichtung 10 nicht vorhanden ist, gegen ein axiales Verschieben im Hohlprofil 7 gesichert. Die elektrischen Anschlüsse der Hochspannungsquelle 6 sind entsprechend durch das Hohlprofil 7 zu den Körpern 1, 2 und/oder 3 geführt.

Der Körper 1 ist mit seiner offenzeiligen Struktur so grobzellig ausgelegt, dass die größten Partikel bzw. Partikelagglomerate diesen Körper frei durchströmen können. Solange die im Gas enthaltenen Partikel kleiner sind als die im Körper 2 vorgesehenen Durchgänge bzw. Durchlassöffnungen, so werden diese Partikel mit der erfindungsgemäßen Anordnung nicht abgeschieden, da auch ein allenfalls vorhandener Körper 3 eine Durchlässigkeit aufweist, die größer ist als die des Körpers 2.

Insbesondere bei Lastwechselvorgängen bei mit Diesel betriebenen Kraftmaschinen steigt jedoch die Teilchengröße bzw. -masse bzw. die Anzahl der Teilchen bzw. deren Durchmesser und ihre räumliche Struktur und Ausdehnung und/oder die spontane Anhäufung an der stromaufwärts weisenden Fläche des Körpers 2 an und lagern sich auf dieser Fläche ab. Hält die Ansammlung und Ablagerung von Partikeln auf der stromaufwärts weisenden Fläche des Körpers 2 an, steigt der Staudruck an. Es ist vorgesehen, dass der Staudruck über einen gewissen Grenzwert bzw. Grenzwertbereich von vorteilhafterweise 80 bis 100 mbar nicht anwachsen soll; dieser Wert wird durch Einsatz der Hochspannungsquelle 6 eingehalten.

Als Hochspannungsquelle 6 können unterschiedliche Hochspannungs-Erzeugungs-Einrichtungen eingesetzt werden, insbesondere wird ein Tesla-Generator bzw. eine Tesla-Spule verwendet.

Sofern der Staudruck kontinuierlich bzw. stetig ansteigt, so kann die an die beiden Körper 1 und 2 anliegende Hochspannung ebenfalls kontinuierlich erhöht werden; durch eine kontinuierliche Erhöhung dieser Hochspannung erfolgt eine stärkere Ionisierung der vom Gas mitgeführten Teilchen. Ohne dass es noch zu einem Funkenüberschlag bzw. einer Entladung zwischen dem ersten Körper 1 und dem zweiten Körper 2 kommt, können damit ionisierte Partikel ausreagiert und besei- 6

Claims (21)

1. AT 410 761 B tigt werden. Z.B. können bereits durch relativ geringe Spannungen kleine Kohlenstoffpartikel mit dem in den Abgasen von Verbrennungsanlagen enthaltenen Sauerstoff ausreagiert und zu CO bzw. CO2 ausreagiert werden. Bei Näherung des Staudruckes an den vorgegebenen kritischen Grenzwert, z.B. 100 mbar, wird die Hochspannung -nötigenfalls abrupt- auf einen vorgegebenen Höchstwert erhöht, sodass, insbesondere im Bereich der stärksten Ablagerungen, auf die stromaufwärts gerichteten Fläche des Körpers 2 eine Funkenentladung überspringt bzw. aufgrund der Spitzenwirkung eine Entladung eintritt, die gegebenenfalls zu einem für kurze Zeit stehenden, allenfalls seine Basis über die Fläche verändernden Lichtbogen führt, mit dem die abgelagerten Partikel verbrannt werden. Aufgrund der Entladungen werden die einander zugekehrten Flächen des ersten Körpers 1 und des zweiten Körpers 2 erodiert; aus diesem Grund ist es zweckmäßig, die Körper 1 und 2 im Hohl profil 7 austauschbarzu lagern. PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Behandlung von partikelhältigen Gasen, vorzugsweise zur Beseitigung bzw. Verbrennung von Partikeln, insbesondere Kohlenstoff-Partikeln, aus bzw. in Abgasen oder partikel- bzw. staubhältigen Gasen, vorzugsweise aus bzw. in Abgasen von, insbesondere mit Diesel betriebenen, Verbrennungsmotoren, mit einem von den Abgasen bzw. Gasen durchströmten Hohlprofil (7), in das ein erster elektrisch leitender oder elektrisch leitend ausgebildeter Körper (1) und im Abstand davon ein zweiter elektrisch leitender oder elektrisch leitend ausgebildeter Körper (2) eingesetzt sind, die an jeweils einen der Spannungsanschlüsse einer Hochspannungsquelle (6) bzw. Hochspannungsspule angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, - dass in dem Hohlprofil (7) stromabwärts von dem gasdurchströmbaren ersten Körper (1) unter Ausbildung eines Spaltes (4) bzw. im Abstand der zweite gasdurchströmbare Körper (2) eingesetzt ist, - dass die Durchlässigkeit des ersten Körpers (1) für (Kohlenstoff)Partikel größer ist als die des zweiten Körpers (2), - dass eine Messeinrichtung (5) für den Staudruck bzw. zur Ermittlung der Druckdifferenz (ΔΡ) im Gas stromaufwärts und stromabwärts der beiden Körper (1, 2) vorgesehen ist, - dass die an den ersten Körper (1) und den zweiten Körper (2) angeschlossene Hochspannungsquelle (6) eine steuerbare Hochspannungsquelle (6) bzw. Hochspannungsspule ist, deren Ausgangsspannung (U) in Abhängigkeit von den mit der Messeinrichtung (5) für den Staudruck bzw. für die Druckdifferenz ermittelten Messsignalen einregelbar und/oder ein- und ausschaltbar ist und - dass in Abhängigkeit vom gemessenen Staudruck (ΔΡ) die an den ersten und den zweiten Körper (1, 2) angelegte Spannung (U) einstellbar und/oder schaltbar ist, wobei vorzugsweise bei Ansteigen und/oder Erreichen eines vorgegebenen Grenzwertes des Staudruckes ^P) bzw. der Druckdifferenz mit der Hochspannungsquelle (6) eine Funkenentladung bzw. ein Überschlag zwischen den einander zugekehrten Flächen des ersten und zweiten Körpers (1, 2) zum Verbrennen bzw. Vergasen von an der stromaufwärts weisenden Fläche des zweiten Körpers (2) abgelagerten (Kohlenstoff)Partikeln durch die Erhöhung der Spannung (U) zwischen den beiden Körpern (1, 2) auslösbar ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass der erste und/oder der zweite Körper (1, 2) eine gasdurchlässige, metallische, geringen Gegendruck gegen die durchströmenden Abgase aufweisende Struktur besitzen und insbesondere von einem offenzeiligen Metallschaum, einem offenzeiligen und metallisch beschichteten Monolith aus temperaturbeständigem Material, einem dreidimensionalen Gestrick, Gewirk, Gelege, Gewebe oder Vlies aus leitenden Fasern oder Metallfasern, einem aus Stahlfolien gewickelten Monolithen, einem Metallvlies, einer Streckfolie, aus (metall)beschichteten bzw. dotierten Keramiken od.dgl., gebildet sind und/oder - dass der erste Körper (1) und/oder der zweite Körper (2) ein Katalysatorbauteil ist (sind) und/oder mit katalytisch wirkenden Materialien versehen bzw. beschichtet ist (sind) 7 AT 410 761 B und/oder Katalysatoreigenschaften aufweist(en).
3. 3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vorzugsweise runden, elliptischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisende Hohlprofil (7) zumindest im Berührungsbereich mit den beiden Körpern (1, 2) als elektrischer Isolator, z.B. aus Keramik, ausgebildet oder gegenüber diesen Körpern (1, 2) elektrisch isoliert ist.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüberliegenden Flächen des Körpers (1) und des Körpers (2) parallel zueinander und insbesondere senkrecht zur Innenfläche des Hohlprofiles (7) ausgerichtet sind.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässigkeit des zweiten Körpers (2) für (Kohlenstoff)Partikel derart bemessen ist, dass der Körper (2) für die im Abgas bzw. Gas enthaltenen (Kohlenstoff)Partikel durchlässig ist, jedoch für, gegebenenfalls bei Lastwechsel und/oder Leerlauf anfallende, erhöhte Partikelmengen oder -großen nur teil- oder undurchlässig ist, wobei nicht durchgelassene Mengen von (Kohlenstoff)Partikel auf der stromaufwärts weisenden Fläche des zweiten Körpers (2) im Bereich des Volumens des Spaltes (4) abgelagert werden.
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts an den zweiten Körper (2) ein weiterer, gasdurchlässige Struktur aufweisender, vorzugsweise elektrisch leitender, Körper (3), vorzugsweise unmittelbar bzw. in Berührung mit dem Körper (2) oder an diesen durch Sintern verbunden anschließt, der gegebenenfalls von einem offenzeiligen Metallschaum, einem offenzelligen und metallisch beschichteten Monolith aus temperaturbeständigem Material, einem dreidimensionalen Gestrick, Gewirk, Gelege, Gewebe oder Vlies aus leitenden Fasern oder Metallfasern, einem aus Stahlfolien gewickelten Monolithen, einem Metallvlies, einer Streckfolie, aus (metall)beschichteten bzw. dotierten Keramiken od.dgl., gebildet ist und/oder ein Katalysator oder Katalysatorbauteil und/oder mit katalytisch wirkenden Materialien versehen bzw. beschichtet ist und/oder Katalysatoreigenschaften aufweist und dass die Gasdurchlässigkeit dieses weiteren Körpers (3) für (Kohlenstoff)Partikel zumindest so groß, vorzugsweise größer, ist wie die des Körpers (2).
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Körper (1, 2) und gegebenenfalls der dritte Körper (3) gasdicht in das Hohlprofil (7) eingesetzt sind und/oder dass zumindest der zweite Körper (2) im Hohlprofil (7) auswechselbar gelagert ist.
8. 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe des Staudruckes (4P) durch die Gasdurchlässigkeit des zweiten, vorzugsweise von einem Vlies gebildeten, Körpers (2) bestimmt und insbesondere auf einen Wert von 70 bis 120 mbar, vorzugsweise 80 bis 110 mbar, insbesondere 8 bis 100 mbar, eingestellt ist.
9. 9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung an den Abgas bzw. Verbrennungsgasauslass eines Dieselmotors bzw. dessen Turbine oder einer Arbeitsmaschine, angeschlossen ist und gegebenenfalls einer Abgasnach-behandlungs-Anlage, insbesondere einem Filter, einem Oxidationskatalysator, einem katalytischen Filter, einem katalytischen Abgaskonverter oder einer additiv gestützten SCR-oder CRT-Niedertemperatur-Abgas-Nachbehandlungsanlage, vorgeschaltet ist.
10. 10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (AS) bzw. der Spalt (4) zwischen dem ersten Körper (1) und dem zweiten Körper (2) mit einer Verstelleinrichtung (10) einstellbar ist, mit der zumindest einer der beiden Körper (1, 2) in axialer Richtung auf den jeweils anderen Körper (1, 2) zubewegbar oder von diesem weg-bewegbar ist.
11. 11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (4) zwischen dem ersten und dem zweiten Körper (1, 2) auf einen Wert zwischen 0,05 und 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,5 mm, eingestellt bzw. einstellbar ist.
12. 12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, - dass an die Hochspannungsquelle (3) eine Einrichtung (11) zur Ermittlung der Temperaturdifferenz (ΔΤ) im Abgasstrom zwischen der Temperatur stromaufwärts und stromabwärts der Körper (1, 2) und gegebenenfalls des Körpers (3) und/oder zur Ermittlung der Temperatur (T) stromaufwärts des ersten Körpers (1) angeschlossen ist und 8 AT 410 761 B - dass bei Ansteigen der Temperaturdifferenz (ΔΤ) und/oder bei tieferen Temperaturen (T) bzw. Temperaturabnahme stromaufwärts des ersten Körpers (1) die an den Körpern (1, 2) anliegende Hochspannung (U), insbesondere abrupt, erhöhbar ist, und danach gegebenenfalls in aufeinander folgenden Zeitintervallen absenkbar und anhebbar usw. ist.
13. 13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Höhe der Spannung (U) der Hochspannungsquelle (6) eine Steuereinrichtung (12) vorgesehen ist, die in Abhängigkeit vom Wert des Staudruckes <£P) und/oder der Temperaturdifferenz (ΔΤ) und/oder der Temperatur (T) oberhalb des ersten Körpers (1) die Spannung (U) einregelt, insbesondere mit wachsendem Staudruck, vorzugsweise stufenlos, nötigenfalls abrupt, erhöht und die gegebenenfalls bei Feststellung eines abnehmenden bzw. abgesenkten Staudruckwertes ^P) nach Verbrennung der abgelagerten (Koh-lenstoff)Partikel und/oder nach Verstreichen einer vor gegebenen Zeitspanne, die Spannung (U) auf einen die Funkenentladung unterbrechenden Wert absenkt.
14. 14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an die beiden Körper (1, 2) andauernd eine einen Mindestwert, vorzugsweise 20000 V, überschreitende Hochspannung (U) angelegt ist.
15. 15. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung an den Deseimotor einer Arbeitsmaschine mit einer Umdrehungszahl kleiner als 3000 U/min, angeschlossen ist und dass die Hochspannungsquelle (6) an einen Stromgenerator bzw. die Lichtmaschine dieser Arbeitsmaschine angeschlossen ist.
16. 16. Verfahren zur Behandlung von partikelhältigen Gasen, insbesondere zur Beseitigung bzw. Verbrennung von Partikeln, insbesondere Kohlenstoff-Partikeln, aus bzw. in Abgasen oder partikel- bzw. staubhältigen Gasen, vorzugsweise aus bzw. in Abgasen von, insbesondere mit Diesel betriebenen, Verbrennungsmotoren, wobei die (Ab)Gase durch ein Hohlprofil geführt werden in das ein erster elektrisch leitender oder elektrisch leitend ausgebildeter Körper (1) und im Abstand davon ein zweiter elektrisch leitender oder elektrisch leitend ausgebildeter Körper (2) eingesetzt sind, die an jeweils einen der Spannungsanschlüsse einer Hochspannungsquelle (6) bzw. Hochspannungsspule angeschlossen sind, insbesondere unter Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, - dass der zweite gasdurchströmbare Körper (2) stromabwärts von dem ersten gas-durchströmbaren Körper (1) unter Ausbildung eines Spaltes (4) bzw. im Abstand in das Hohlprofil (7) eingesetzt wird, wobei dieser zweite Körper (2) geringere Durchlässigkeit gegenüber (Kohlenstoff-)Partikeln als der erste Körper (1) aufweist, - dass der durch diese beiden Körper (1, 2) verursachte Staudruck (ΔΡ) bzw. die Differenz der Drucke stromaufwärts und stromabwärts von diesen beiden Körpern (1,2) gemessen wird, - dass in Abhängigkeit von dem ermittelten Staudruck (?P) bzw. von der ermittelten Druckdifferenz zwischen den beiden Körpern (1, 2) zur Ausreaktion bzw. Verbrennung der auf der bzw. im Bereich der stromaufwärts weisenden Fläche des zweiten Körpers (2) abgelagerten (Kohlenstoff)Partikel die Spannung (U) erhöht wird bzw. eine elektrische Entladung bzw. ein Lichtbogen ausgebildet bzw. die an die beiden Körper (1, 2) angelegte Spannung (U) bis zur Funkenentladung bzw. Ausbildung eines Lichtbogens erhöht und eine vorgegebene Zeitspanne und/oder solange aufrecht erhalten wird, bis die Messwerte für den Staudruck (4P) bzw. für die Druckdifferenz auf einen vorgegebenen Wert bzw. Wertebereich zurückgegangen sind und/oder bis die Durchtrittsöffnungen für die Abgase im zweiten Körper (2) wieder freigelegt sind.
17. 17. Verfahren zur Behandlung von Abgasen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert, der an den beiden Körpern (1, 2) anliegenden Hochspannung (U), abhängig von der Höhe des ermittelten Staudruckes (^P) eingeregelt bzw. mit wachsendem Staudruck und/oder in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz (ΔΤ), gemessen stromaufwärts des ersten Körpers (1) und stromabwärts des zweiten oder dritten Körpers (2, 3), eingestellt wird, insbesondere bei Ansteigen der Temperaturdifferenz und gegebenenfalls bei Feststellung eines spontanen Abfalls der Temperatur (T) im Abgas, vor allem im Zuge eines Lastwechselvorganges, abrupt erhöht wird. 9 AT 410 761 B
18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ansteigen des durch die Gasdurchlässigkeit des zweiten Körpers (2) bestimmten Staudruckes (ΔΡ) auf einen Wert im Bereich von 70 bis 110 mbar, vorzugsweise 80 bis 100 mbar, die Hochspannung (U) bis zum Überschlag angehoben wird.
19. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die auf einen Wert von 15000 bis 30000 V, vorzugsweise etwa 20000 V, eingestellte Hochspannung (U) auf einen oberen Wert von 80000 bis 200000 V, vorzugsweise 90000 bis 120000 V, erhöht wird.
20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannung (U) mit ihrem oberen Wert gepulst angelegt wird, wobei einer abrupten Erhöhung ein Absenken der Hochspannung (U) auf den eingestellten Wert folgt.
21. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungspulse so lange aufrecht erhalten werden, bis der Staudruck und/oder die Differenz der Temperaturen ihren vorgegebenen Wert erreicht haben. HIEZU 1 BLATT ZEICHNUNGEN 10