DE4017120A1 - Ueberbrueckungsstrom-koronaentladungsgenerator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Korona­ entladungsgenerator, der zum Reinigen von Automotorab­ gasen durch Koronaentladung und auch für andere Zwecke der Gasreinigung geeignet ist, und sie betrifft insbe­ sondere einen Überbrückungsstrom-Koronaentladungsgenera­ tor, der über eine lange Zeitdauer Überbrückungsstrom- Koronaentladungen auf stabile Weise erzeugen und aufrecht­ halten kann.

Eines der zahlreichen für diesen Zweck verwendeten Ver­ fahren ist in der Japanischen Patent Kokai Publication No. 57(1982)-20 510 beschrieben. Entsprechend dieser Be­ schreibung umfaßt der Stand der Technik einen gewellten Staubsammler in einer zylindrischen Form und eine ge­ wünschte Anzahl von Entladungsleitungen, die über einen hohlen Abschnitt des Staubsammlers gelegt sind. Wenn eine Hochspannung auf die Entladungsleitungen gelegt wird, werden feine Teilchen wie Teerteilchen und Graphit aus Abgas entfernt. Spezieller gesagt, feine Teilchen, die im Abgas schweben, werden angezogen und auf der inneren Wand des zylindrischen Staubsammlers durch die Wirkung eines intensiven elektrostatischen Feldes für ihre Ent­ fernung abgelagert.

Bei dieser bekannten Anordnung kann es jedoch geschehen, daß die Entladungsleitungen abgerissen werden, wenn Fun­ kenentladung zwischen dem Staubsammler und den Entla­ dungsleitungen auftritt.

Ein weiterer Nachteil ist, daß die Stärke oder das Aus­ maß bei weitem nicht zufriedenstellend ist, mit dem ge­ fährliche Gase in Abgasen wie NO_x und CO_x angezogen und abgelagert werden.

In jüngster Zeit ist vorgeschlagen worden, Koronaentla­ dungen als wirksames Mittel für die Erzeugung von Entla­ dungen auszunutzen, um derartige gefährliche Gase für ihre Dissoziation und Beseitigung zu aktivieren. Mit all­ gemein üblicher Koronaentladung ist es jedoch unmöglich, eine beliebige gewünschte Intensität zu erhalten, mit der Staub und andere Teilchen, die im Abgas enthalten sind, angezogen oder dissoziiert werden können.

Um das Verfahren zum Dissoziieren und Beseitigen von schädlichen Gasen durch Koronaentladung in die Praxis umzusetzen, ist es andererseits erforderlich, spezifi­ sche Koronaentladungen, d. h. Koronaentladungen mit über­ brückenden Strömen, zu erzeugen und für eine erhöhte Erzeugung der Überbrückungsstrom-Koronaentladungen zu sorgen.

Damit die Überbrückungsstrom-Koronaentladungen über eine ausgedehnte Zeitperiode stabil erzeugt werden können, ist es dann erforderlich, den Einfluß von beispielsweise abge­ lagerten carbonisierten Teilchen und ähnlichem bei der Erzeugung der Überbrückungsstrom-Koronaentladungen aus­ zuschalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Überbrückungsstrom- Koronaentladungsgenerator zu schaffen, der zur Beseiti­ gung schädlicher Stoffe im Abgas geeignet ist und mit hoher Effektivität stabil über eine längere Zeitdauer arbeitet.

Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung ge­ löst, da sie einen Überbrückungsstrom-Koronaentladungs­ generator mit einer ersten Elektrode, die einen elektri­ schen Leiter mit Vorsprüngen auf seiner Oberfläche, einer zweiten Elektrode, die auch einen elektrischen Leiter umfaßt, der der ersten Elektrode gegenüberliegt, einem Isolator oder einem Isolationsmaterial, das wenig­ stens auf die Seite der zweiten Elektrode aufgebracht ist, die der ersten Elektrode gegenüberliegt, und einer Hochspannungsquelle, die mit der ersten und der zweiten Elektrode verbunden ist, schafft und dadurch gekennzeich­ net ist, daß Mittel zum Zuführen eines viskosen Öls auf die Seite des Isolators oder Isolationsmaterials, die zu der ersten Elektrode hinweist, vorgesehen sind. Mit dieser Anordnung ist es möglich, Unregelmäßigkeiten, die durch Ablagerungen auf der Seite des Isolationsmaterials, die der ersten Elektrode gegenüberliegt, zu glätten, wodurch eine stabile Erzeugung von Überbrückungsstrom- Koronaentladungen erhalten wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Abgasreinigungsvorrichtung geschaffen, die eine Abgasleitung umfaßt, die einerseits mit einem Automotor verbunden wird und andererseits eine gewünschte Anzahl von Überbrückungsstrom-Koronaentladungsgeneratoren um­ faßt, die mit der Abgasleitung verbunden werden, wobei jeder dieser Überbrückungsstrom-Koronaentladungsgenera­ toren jeweils eine erste Elektrode, die einen elektri­ schen Leiter mit Vorsprüngen auf seiner Oberfläche, eine zweite Elektrode, die auch einen elektrischen Leiter um­ faßt, der der ersten Elektrode gegenüberliegt, einen Isolator oder Isolationsmaterial, das wenigstens auf die Seite der zweiten Elektrode aufgebracht ist, die der ersten Elektrode gegenüberliegt, eine Hochspannungsquel­ le, die mit der ersten und der zweiten Elektrode verbun­ den ist, und Mittel zum Zuführen eines viskosen Öls auf die Seite des Isolators oder des Isolationsmaterials, das in Richtung auf die erste Elektrode weist, umfaßt. Diese Anordnung liefert einen Beitrag zur Reinigung von Abgasen von Automobilen.

Einige Ausführungsformen der Erfindung werden im folgen­ den als Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine vertikale Schnittansicht, die eine be­ vorzugte Ausführungsform eines Überbrückungs­ strom-Koronaentladungsgenerators gemäß der Erfindung zeigt,

Fig. 2 eine schematische Darstellung, die Überbrüc­ kungsstrom-Koronaentladungsgeneratoren ge­ mäß Fig. 1 darstellt, die an eine Abgaslei­ tung eines Automobils angeschlossen sind, und

Fig. 3 bis 5 schematische Darstellungen zur Erläu­ terung der Erzeugung von Koronaentla­ dungen gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei zeigt Fig. 3 die Erzeugung von Koronaentladungen mit positiver polari­ tät, Fig. 4 zeigt einen Nullpunkt-Zu­ stand und Fig. 5 zeigt die Erzeugung von Koronaentladungen mit negativer Po­ larität.

Der Überbrückungsstrom-Koronaentladungsgenerator mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung arbeitet folgendermaßen.

Bei Anlegen einer Hochspannung zwischen die erste und die zweite Elektrode durch die Hochspannungsquelle treten Überbrückungsstrom-Koronaentladungen zwischen der ersten Elektrode und dem Isolator auf, der auf die innere Flä­ che der zweiten Elektrode aufgebracht worden ist, wie es in den Fig. 3 bis 5 gezeigt ist.

Es wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Durch eine Hochspan­ nungsquelle 4 wird an die erste Elektrode 1 eine Plus- Spannung und an die zweite Elektrode 2 eine Minus-Span­ nung angelegt.

Ein mit EO in Fig. 3 bezeichneter Pfeil gibt die Rich­ tung eines elektrischen Feldes an, das durch eine zwi­ schen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2 angelegte Hochspannung erzeugt wird, während ein mit ES bezeichneter Pfeil die Richtung eines umgekehrten elek­ trischen Feldes bezeichnet, das durch akkumulierte La­ dungen auf der Oberfläche eines Isolators 3, der mit einem viskosen Ölfilm 5a bedeckt ist, erzeugt wird. Plus- Ladungen, die auf der Oberfläche des Isolators 3 aufge­ baut werden, sind mit p bezeichnet, während Koronaentla­ dungen positiver Polarität, insbesondere Überbrückungs­ strom-Koronaentladungen, die durch das maximale Anwachsen der Koronaentladungen mit positiver Polarität erhalten werden, durch C1 bezeichnet werden.

In einem Zustand, wie er in Fig. 3 gezeigt ist, werden die Überbrückungsstrom-Koronaentladungen C1 mit dem Auf­ bauen der Plus-Ladungen P auf der Oberfläche des Isola­ tors 3 erzeugt. In Abhängigkeit von der Menge der Plus- Ladungen P wird das umgekehrte (inverse) elektrische Feld ES verstärkt und steuert die Überbrückungsstrom- Koronaentladungen C1. Mit der Zeit ändern sich die Über­ brückungsstrom-Koronaentladungen C1 und schwächen sich ab auf bürsten- oder filmartige Koronaentladungen, die nur in der Nähe der ersten Elektrode 1 auftreten.

Solche Änderungen und Abschwächungen der Überbrückungs­ strom-Koronaentladungen C1 rühren daher, daß die Menge der Plus-Ladungen P zu stark angewachsen ist. Mit Mit­ teln, die zum Reduzieren übermäßiger Plus-Ladungen P angewendet werden, wird bewirkt, daß die Überbrückungs­ strom-Koronaentladungen C1 ansteigen und wachsen.

Bei dieser Erfindung wird die Erzeugung der Überbrückungs­ strom-Koronaentladungen C1 gewährleistet, indem übermä­ ßige Plus-Ladungen P durch die in den Fig. 4 und 5 gezeigten Stufen neutralisiert und reduziert werden, wie nachfolgend beschrieben wird.

Fig. 4 stellt den sogenannten Nullpunkt-Zustand dar, bei dem das Umschalten der Ausgangspolarität der Hochspan­ nungsquelle 4 stattfindet. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Zustand wird die Erzeugung der Koronaentladungen vorüber­ gehend unterbrochen.

Fig. 5 zeigt einen Zustand der entgegengesetzten Polari­ tät im Vergleich zu Fig. 3, wobei eine Minus-Spannung an die erste Elektrode 1 und eine Plus-Spannung an die Elektrode 2 von der Hochspannungsquelle 4 gelegt wird.

In Fig. 5 bezeichnet e Elektronen und C2 bezeichnet Koronaentladungen negativer Polarität.

In dem in Fig. 5 dargestellten Zustand emittiert die erste Elektrode 1 die Koronaentladungen C2 negativer Polarität und die Elektronen e, wobei die letzteren an die Plus-Ladung P, die auf der Oberfläche des Isolators 3 aufgebaut wird, gebunden und damit neutralisiert werden.

Dies führt zu einer Verringerung von übermäßigen Plus- Ladungen P, und wenn der in Fig. 3 dargestellte Zustand wieder erreicht ist, werden die Überbrückungsstrom-Koro­ naentladungen C1 erzeugt.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird die kontinuierli­ che Erzeugung der Überbrückungsstrom-Koronaentladungen C1 aufrechterhalten und gewährleistet, indem die in den Fig. 3 bis 5 gezeigten Stufen immer wiederholt werden. Weiterhin werden Unregelmäßigkeiten, die durch Ablagerun­ gen wie carbonisierte Teilchen auf dem Isolator 3 hervor­ gerufen werden, durch den vorstehend beschriebenen vis­ kosen Ölfilm 5a geglättet. Auf diese Weise werden Über­ brückungsstrom-Koronaentladungen C1 erzeugt, die über eine längere Zeitperiode stabil sind.

Als Beispiel wird die vorliegende Erfindung nun unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform erläutert, bei der die Erfindung auf eine Reinigungsvorrichtung zum Reini­ gen von Automobilabgasen von gefährlichen Gasen angewen­ det wird.

Fig. 1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Überbrüc­ kungsstrom-Koronaentladungsgenerators, der in eine Abgas­ leitung eingebaut ist und ganz allgemein mit 6 bezeichnet ist.

Die erste Elektrode 1 kann ausgeformt werden, indem ein Stab aus rostfreiem Material mit Gewinde versehen wird, z. B. durch geeignete Bearbeitung wie durch schneidende Maschinenbearbeitung, z. B. mit einer Fräsmaschine, oder durch formende Maschinenbearbeitung, z. B. mit einer Sin­ termaschine. Dann wird die erste Elektrode 1 auf ihrer Oberfläche mit Vorsprüngen versehen, die jeweils eine rechteckige oder trapezförmige Gestalt im Schnitt auf­ weisen, indem die Gewindesteigung variiert wird.

Die erste Elektrode 1 ist über ein Halteglied 7, das aus einem isolierenden Material ausgeformt ist, innerhalb eines zylindrischen Isolatorgehäuses 3, das aus einem Material wie beispielsweise Keramik hergestellt ist, in der Mitte angeordnet.

Auf die Außenseite des Isolators 3 ist eine zweite Elek­ trode 2 aufgebracht.

Die zweite Elektrode 2 kann durch Drucken einer Metall­ paste auf die Oberfläche des Isolators 3 aus z. B. Kera­ mik mit nachfolgendem Ausheizen aufgebracht werden. Al­ ternativ dazu kann die vorher aus einem metallischen Rohr ausgeformte zweite Elektrode 2 auf ihrer Oberfläche mit einer Emaillebeschichtung aus z. B. organischem Glas be­ schichtet werden, um den Isolator 3 zu bilden. Dies soll so verstanden werden, daß auch eine einfache Kombination aus einem isolierenden Rohr mit einem metallischen Rohr für den gleichen Zweck verwendet werden kann.

Die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 werden elektrisch miteinander verbunden über eine Hochspannungs­ quelle 4. Die Hochspannungsquelle 4 ist eine Schaltung zum Erzeugen einer Hochspannung sowohl positiver als auch negativer Polarität mit einer bestimmten Frequenz, wobei die Wellenform entweder eine Sinuswelle oder eine Impulswelle ist.

Die angewendete Frequenz kann entweder konstant gehalten werden oder kann synchron mit der Anzahl der Drehungen eines Motors, z. B. synchron mit dem Ausgangssignal einer Zündspule, verändert werden.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 8 eine Ölzufüh­ rungsleitung, die als Mittel zum Ausbilden eines viskosen Ölfilmes 5a auf der Oberfläche des Isolators 3 wirkt und an dem Halteglied 7 befestigt ist.

Die Ölzuführungsleitung 8 enthält eine Öffnung 8a, die ganz in der Nähe des Isolators 3 gelegen ist und durch die Tropfen eines viskosen Öls 5 mit einer vorgegebenen Viskosität, z. B. ein Maschinenöl, von dem oberen Ende des Isolators 3 zugeführt wird.

Ein Aufnehmer 9 zum Aufnehmen des viskosen Öls 5 ist an einer unteren Stelle vorgesehen, der über Schraubgewinde mit einer Kappe oder einem Deckel 10 zum Ablassen des Öles versehen ist.

An oberen und unteren Stellen des Isolators 3 sind Ver­ bindungsöffnungen 3a und 3b vorgesehen, durch die der Generator mit einer Abgasleitung 13 verbunden werden kann, wie es später beschrieben wird.

Der so aufgebaute Koronaentladungsgenerator 6 wird irgend­ wo in einem Weg der Abgasleitung 13 angeordnet, der eine Verbindung zwischen einem Motor 11 und einem Auspufftopf 12 herstellt, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Die Ölzuführungsleitung 8 des Generators 6 ist mit einem Tank 14 verbunden, in dem das viskose Öl 5 gespeichert wird.

In dem in Fig. 2 dargestellten Fall sind drei derartige Überbrückungsstrom-Koronaentladungsgeneratoren 6 paral­ lel in dem Weg, den die Abgasleitung 13 nimmt, angeord­ net. Zu bemerken ist jedoch, daß die Anzahl der verwen­ deten Generatoren in Abhängigkeit von dem Durchsatz der Maschine oder des Motors und anderer Faktoren variiert werden kann. An den Verbindungspunkten mit den Überbrük­ kungsstrom-Koronaentladungsgeneratoren 6 kann die Abgas­ leitung 13 entsprechend der gewählten Anzahl verzweigt werden.

Alternativ dazu können die Überbrückungsstrom-Koronaent­ ladungsgeneratoren 6 einstückig mit dem Auspufftopf 12 ausgebildet werden.

Mit solch einer Anordnung können starke Überbrückungs­ strom-Koronaentladungen C1 stabil erzeugt werden und innerhalb eines Raumes, der jeweils durch die erste Elek­ trode 1 und die Isolatorschicht 3 der Koronaentladungs­ generatoren 6 begrenzt wird, aufrechterhalten werden. Wenn das Abgas durch solche intensiven Strombrücken bildenden Koronaentladungen hindurchströmt, werden schädliche Gase wie NO_x und CO_x durch deren Wirkungen aktiviert und dissoziiert zu anderen gereinigten Gasen oder Wasser, wodurch verhindert wird, daß sie in schäd­ licher Form in die Atmosphäre abgelassen werden.

Bemerkenswert ist hier, daß Unregelmäßigkeiten, die durch Ablagerungen wie carbonisierte Teilchen auf der Ober­ fläche des Isolators 3 dazu dienen, die Erzeugung von Überbrückungsstrom-Koronaentladungen C1 zu begrenzen, was zu einer Reduktion der Funktion der Reinigung von Abgas führt. Solche Unregelmäßigkeiten werden jedoch durch den viskosen Ölfilm 5a, der durch das viskose Öl 5 erzeugt wird, welches tropfenweise von dem oberen Ende des Isolators 3 hinzugegeben wird, abgeglättet, so daß die Erzeugung der Überbrückungsstrom-Koronaent­ ladungen C1 aufrechterhalten werden kann.

Das viskose Öl 5 dient auch zur Erhöhung der dielektri­ schen Konstante zwischen der ersten Elektrode 1 und der zweiten Elektrode 2, wodurch die Wirksamkeit der Erzeu­ gung von Überbrückungsstrom-Koronaentladungen C1 ver­ bessert wird.

Von dem Erfinder der vorliegenden Erfindung durchgeführ­ te experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, daß dann, wenn ein 50-Hz-Wechselstrom, verstärkt auf etwa 10 bis 14 kV durch die Hochspannungsquelle 4, die in Fig. 1 gezeigt ist, zwischen die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 angelegt wird, weitreichende, massi­ ve Überbrückungsstrom-Koronaentladung stattfindet.

Es wurde auch gefunden, daß die so erhaltenen Überbrük­ kungsstrom-Koronaentladungen C1 durch die Wirkung des viskosen Ölfilms 5a keine Abschwächung erleiden und stabil aufrechterhalten und aufgebaut werden können, da die Oberfläche des Isolators 3 geglättet wird.

Zu bemerken ist, daß wenn wenigstens die Seite des Iso­ lators 3, die zu der ersten Elektrode hingewandt ist, so unregelmäßig wird, daß die Überbrückungsstrom-Korona­ entladungen C1 zur Funkenentladung überwechseln, das vis­ kose Öl 5 tropfenweise von der Ölzuführungsleitung 8 zu­ geführt werden kann. Es kann z. B. die Erzeugung einer derartigen Funkenentladung durch einen Sensor in der Form eines elektrischen Signals erfaßt werden, woraufhin ein Ventil für die Ölzuführungsleitung 8 von einer Zeitbe­ grenzerschaltung über eine vorgegebene Zeit geöffnet wird, um eine bestimmte Menge Tropfen des viskosen Öls 5 an den Isolator 3 abzugeben. Bei dieser Arbeitsweise ist es möglich, den viskosen Ölfilm 5a auf der Oberfläche des Isolators 3 mit hohem Wirkungsgrad auszubilden.

Alternativ dazu kann eine Menge viskoses Öl 5, das in dem Aufnahmebehälter 9 während des Betriebs angesammelt wor­ den ist, durch eine Pumpe oder auf ähnliche Weise auf der Seite der Ölzuführungsleitung 8 zur Rückführung abgezo­ gen werden.

In diesem Fall kann das viskose Öl 5, das in dem Aufnah­ mebehälter 9 aufgesammelt worden war, zu der Ölzuführungs­ leitung 8 durch ein Filter zum Zwecke der Reinigung zu­ rückgeführt werden.

In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist die Öffnung 8a zum Zuführen von Tropfen aus dem viskosen Öl 5 in einer ringförmigen Form angeordnet, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Zu diesem Zweck kann jedoch eine ein­ zige (Einlaß-) Öffnung oder eine abhängige Einlaßleitung verwendet werden, weil das viskose Öl 5 auf der Seite des Isolators 3, die der ersten Elektrode 1 gegenüber­ liegt, unter der Wirkung er Coulomb-Kraft in einem elektrischen Feld, das durch die Hochspannungsquelle 4 erzeugt wird, diffundieren kann.

Zusammengefaßt ergibt sich also, daß der Überbrückungs­ strom-Koronaentladungsgenerator gemäß der Erfindung da­ durch gekennzeichnet ist, daß die Seite des Isolators, die der ersten Elektrode gegenüberliegt, Mittel zum Zu­ führen von viskosem Öl umfaßt. Dieses Merkmal macht es möglich, Unregelmäßigkeiten, die durch Ablagerungen auf dieser Seite des Isolators hervorgerufen werden, wegzu­ glätten und deshalb eine starke Überbrückungsstrom-Koro­ naentladung über eine ausgedehnte Zeitperiode stabil aufrecht zu erhalten und zu gewährleisten.

Wenn die Überbrückungsstrom-Koronaentladungsgeneratoren gemäß dieser Erfindung in eine Abgasleitung eines Auto­ mobils eingebaut werden, dann ist es möglich, schädliche Gase in dem Abgas zu dissoziieren oder zu entfernen, wo­ durch sie unschädlich werden.

Claims (2)

1. Überbrückungsstrom-Koronaentladungsgenerator, der eine erste Elektrode (1), die einen elektrischen Leiter mit Vorsprüngen auf seiner Oberfläche um­ faßt, eine zweite Elektrode (2), die ebenfalls einen elektrischen Leiter umfaßt, der der ersten Elektrode gegenüberliegt, einen Isolator (3) oder Isolationsmaterial, das wenigstens auf die Seite der zweiten Elektrode, die der ersten Elek­ trode gegenüberliegt, aufgebracht ist, und eine Hochspannungsquelle (4), die mit der ersten und mit der zweiten Elektrode verbunden ist, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin Einrichtungen (14, 8, 8a) zum Zuführen eines viskosen Öls (5) auf die Seite des Isolators (3), die in Richtung der ersten Elektrode (1) weist, umfaßt.

2. Generator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (1), die zweite Elektrode (2) und der Isolator (3) alle im wesentlichen ver­ tikal angeordnet sind und daß die Einrichtungen zum Zuführen des viskosen Öls (5) eine Ölzufüh­ rungsleitung (8) umfaßt, die so ausgelegt ist, daß sie Tropfen aus dem viskosen Öl am oberen Ende des Isolators (3) bzw. des isolierenden Materials zuführt.