EP2387468A1 - Zyklonabscheider mit einlassströmungsleitrohr - Google Patents

Zyklonabscheider mit einlassströmungsleitrohr

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EP2387468A1
EP2387468A1 EP10702594A EP10702594A EP2387468A1 EP 2387468 A1 EP2387468 A1 EP 2387468A1 EP 10702594 A EP10702594 A EP 10702594A EP 10702594 A EP10702594 A EP 10702594A EP 2387468 A1 EP2387468 A1 EP 2387468A1
Authority
EP
European Patent Office
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cyclone separator
channel
space
separator according
flow
Prior art date
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EP10702594A
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English (en)
French (fr)
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EP2387468B1 (de
Inventor
Jens Schäfer
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Donaldson Filtration Deutschland GmbH
Original Assignee
Donaldson Filtration Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Donaldson Filtration Deutschland GmbH filed Critical Donaldson Filtration Deutschland GmbH
Priority to PL10702594T priority Critical patent/PL2387468T3/pl
Publication of EP2387468A1 publication Critical patent/EP2387468A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2387468B1 publication Critical patent/EP2387468B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/02—Construction of inlets by which the vortex flow is generated, e.g. tangential admission, the fluid flow being forced to follow a downward path by spirally wound bulkheads, or with slightly downwardly-directed tangential admission
    • B04C5/04—Tangential inlets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C11/00—Accessories, e.g. safety or control devices, not otherwise provided for, e.g. regulators, valves in inlet or overflow ducting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B04C5/103—Bodies or members, e.g. bulkheads, guides, in the vortex chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/12—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits
    • B04C5/13—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits formed as a vortex finder and extending into the vortex chamber; Discharge from vortex finder otherwise than at the top of the cyclone; Devices for controlling the overflow

Definitions

  • the invention relates to a cyclone separator with an inlet and an outlet for a fluid, a vortex chamber with a round cross-section arranged between the inlet and the outlet and guide means for producing a vortex flow in the vortex space.
  • Cyclone separators also referred to as centrifugal separators or cyclone filters, serve to separate solid or liquid particles contained in gases or to separate solid particles contained in liquids.
  • a cyclone separator basically consists of five parts. When installed at the top
  • Location is the upper housing part (sometimes referred to as inlet cylinder), the u.a. the dirty fluid inlet and the purified fluid outlet.
  • a particle collecting container is provided below the conical vortex space, which is often referred to as a bunker.
  • the whirl space is bounded by a so-called APEX cone towards the bunker.
  • the fluid entering through the inlet into the housing top and then into the swirl chamber is placed in a spiral, downwardly directed flow motion, also referred to as swirl downflow.
  • centrifugal forces act on the fluid and the particles contained therein, causing them to move radially outwards.
  • BEST ⁇ TIGUNGSKOP2E accelerate, wherein the particles are partly deposited on the wall and slide down into the particle collecting container or flow away therefrom.
  • cyclone separators with swirl disk are known (cf .. EP 1 313 566 B1), the function of which corresponds to the cyclone separator with impeller with regard to the generation of the vortex flow.
  • the special feature of a cyclone separator with swirl disk is known (cf .. EP 1 313 566 B1), the function of which corresponds to the cyclone separator with impeller with regard to the generation of the vortex flow.
  • Swirl disk is that the blades of the swirl disk are mutually displaceable with respect to the distance.
  • the blades of the swirl disk are biased spring-loaded towards each other in the direction of a small distance, wherein the fluid flowing through the space between the wings of the distance between the vanes in response to the differential pressure, which in turn depends on the volume flow of the fluid, and against the spring preload increased.
  • the swirl disk generates a throttling effect whose height depends directly on the volume flow of the fluid.
  • the efficiency of a cyclone separator is influenced by a number of factors. A significant influence on the one hand, the flow velocity, which should not fall below a defined limit in the rule. The flow rate in turn depends directly on the volume flow of the fluid to be purified, which is supplied to the cyclone separator. However, in practice, the volumetric flow is often exposed to extreme fluctuations, which has a negative influence on the average efficiency of the cyclone separator.
  • constructive a cyclone separator is regularly designed such that it achieves an optimum deposition rate at a defined inlet velocity (a value of about 15 m / s has proven to be advantageous) or a corresponding volume flow; Fluctuations in these values inevitably lead to a not inconsiderable loss of efficiency.
  • Swirling flow is influenced.
  • the present invention seeks to provide a cyclone separator improved in particular with regard to the efficiency.
  • a cyclone separator which has a housing with an inlet and an outlet for a fluid (and in particular a compressed gas, such as compressed air), a vortex space arranged between the inlet and outlet, preferably with a round cross section, and guide means for generating a vortex flow in FIG Having the whirling space is characterized in that the guide means are formed as (preferably obliquely arranged) channel.
  • Vorbelsenkströmung be realized by means of an impeller or swirl disk a partially significant improvement in the efficiency of the cyclone.
  • inventive design of the cyclone separator over the known types manufacturing advantages, which are reflected in particular in lower production costs. It follows that it is possible to achieve the advantages of the invention over the known from the prior art cyclone at least partially even if instead of one channel, two or more channels are provided through which the fluid flow in the Whirl room is passed. Under round cross-section is understood according to the invention an angle-free cross-section; In particular, circular cross-sections are covered hereunder, but any other circular cross-sections, such as elliptical cross-sections, are to be covered by this.
  • the course of the channel or of the pipe such that the fluid flow after leaving the channel or pipe is oriented both downwards and tangentially with respect to the wall of the swirling space.
  • a downward deflection of the fluid flow as it is known in principle from the prior art cyclonic separators with swirl element or swirl disk, with an additional deflection and sewerage of the fluid flow in the tangential direction
  • the wall of the cyclone space can be achieved a significant improvement in the efficiency of a cyclone separator.
  • cyclone separator according to the invention can be provided at the vortex space side end of the channel (or the tube) to arrange an adjustable throttle element, which achieves a constant flow rate as possible, the free opening cross-section of the
  • a spring-loaded throttle valve can be used as the throttle element, which is arranged in or behind the channel (or pipe) and controls the free cross-section of the channel as a function of the flow rate of the fluid.
  • the throttle may be arranged asymmetrically with respect to the cross section of the channel, thereby making it possible to effect a tangential inflow of the wall of the swirling space not only by a corresponding configuration of the channel itself but also by subsequent deflection by means of the throttle.
  • the throttle valve may preferably be aligned obliquely to the wall of the swirling space.
  • such a throttle flap can cause the flow velocity to be kept as constant as possible and through the slanted position of the throttle valve is also achieved a clean flow around the wall of the swirling space, which can be associated with a better separation and a lower differential pressure.
  • Throttle on an additional baffle which deflects leakage in the rear of the throttle valve in the main flow.
  • a further improvement in the efficiency of the cyclone separator according to the invention can be achieved in that the channel is an oval or elliptical
  • Cross section has.
  • the arrangement of the elliptical cross-section is preferably chosen such that the major axis of the elliptical cross-section is downwardly, i.e. is aligned in the direction of the longitudinal axis of the swirling space, while the minor axis is aligned perpendicular thereto.
  • an expansion space is provided between the inlet and the channel of the cyclone separator according to the invention, into which the fluid can flow after the inlet into the cyclone separator and before entering the cyclone space. It has been shown that a further improvement of the efficiency and of the pressure loss of the cyclone separator according to the invention can be achieved by this arrangement of an expansion space.
  • the channel is formed by a tube which projects into the swirling space, provision may be made for the tube to be open above the swirling space, so that optionally an inner volume of the upper housing portion located above the swirling space can be used as an expansion space.
  • the channel can be integrated into a separating element which separates the expansion space from the swirling space.
  • a dip tube and / or an outlet channel which connects the swirling space to the outlet in order to remove the cleaned fluid from the cyclone separator can additionally be integrated into this separating element.
  • the separating element can be provided to integrate the expansion space into an upper part of the housing (housing upper part) and the swirling space into a lower part of the housing (housing lower part) and to detachably arrange the separating element in the upper housing part and / or the lower housing part.
  • This embodiment of the separating element comprising the channel and the outlet channel as preferably exchangeable one Set can bring both manufacturing and maintenance advantages.
  • the separating element which can have a geometrically simple construction due to the configuration of the cyclone separator according to the invention, can be designed inexpensively as a plastic component, which can be injection-molded, for example. This can be easily inserted into the two housing parts, which can often be formed from metal and in particular aluminum or steel due to the pressure difference between the atmospheres inside the housing and -auseren.
  • a cyclone separator according to the invention is distinguished by a simple construction and, as a result, by a simple production.
  • a reduction in the number of different, optimized to different flow rates models can be achieved a cost reduction.
  • a high deposition rate for the entire range of application can be achieved with greatly varying volume flows.
  • FIG. 1 shows a cyclone separator according to the invention in a sectional view
  • Fig. 1 shows an embodiment of a cyclone separator according to the invention.
  • This comprises a housing with an upper housing part 1 and a lower housing part 2, which are connected to each other by means of a bayonet closure 3.
  • the upper housing part 1 With the upper housing part 1 are each connecting pieces 4 for an inlet 5 for a fluid to be cleaned, compressed air in the present case, and connected to an outlet 6 for the purified compressed air.
  • the inlet 5 and the outlet 6 are integrated opposite one another in a horizontal orientation in the housing upper part 1.
  • the formed by the upper housing part 1 volume, which serves as an extension space 7, is separated by a separating element 8 of serving as the swirling space 9 volume of the housing base 2.
  • the swirling space is designed almost cylindrical, with a draft of approximately 3 ° is easier demolding of the housing base produced as a cast component.
  • a particle collecting container 10 In the lower portion of the housing base 2 is a particle collecting container 10 is provided, which is provided with a valve 11, which serves for discharging the liquid collected in the particle collecting container 10 or particles.
  • the partition 8 comprises an (inlet) channel 12, which is the inlet 5 for the
  • the channel 12 is formed by an obliquely projecting into the swirl space tube 13, which is also partially open with respect to the extension space 7. Accordingly, a direct connection between the expansion chamber 7 and the swirling space 9 results via the partially open tube 13.
  • the compressed air entering through the inlet 5 into the cyclone separator flows partly into the expansion space 7 and is introduced into the swirling space 9 via the tube 13 in a defined direction directed.
  • the orientation of the tube 13 is such that the flow is partly inclined downwards in the direction of the particle collecting container 10 and at the same time a tangential flow of the inner wall of the housing lower part 2 takes place in the outlet region of the tube 13.
  • the ensuing through the channel 12 sewerage of the incoming compressed air in the swirl chamber 9 in conjunction with the deflection of the flow both downwardly and tangentially in the direction of the wall of the swirling space 9 provides a vortex flow, which is characterized by a particularly good deposition rate.
  • the eddy current causes the particles contained in the compressed air (liquid droplets, dirt particles, etc.) due to their due to the higher density inertia compared to the compressed air either deposited on the wall of the vortex space 9 and discharged in the direction of the particle collecting container 10, or lower part of the swirling space 9 of the caused by the pressure difference and supported by an APEX cone 16 deflection of the compressed air flow does not follow and in turn be collected in the particle collecting container 10.
  • FIG. 2 shows an alternative of a separating element 8b which, for example, can be used in the cyclone separator according to FIG. 1 instead of the separating element 8 used there.
  • the further description is therefore made in conjunction with the other components of the cyclone separator of Fig. 1.
  • the essential distinction of the separating element 8b of Fig. 2 in comparison to the separating element of Fig. 1 relate to the formation of the tube 13b, with the compressed air in the Whirl space 9 is passed and the additional arrangement of a throttle valve 18 at the outlet-side end of the tube 13 b.
  • the tube 13b has an elliptical cross section, wherein the main axis of the elliptical cross section is aligned in the direction of the longitudinal axis of the housing. Due to the elliptical design of the cross section of the tube 13b, a further improvement of the deposition rate of the cyclone separator can optionally be achieved.
  • the throttle valve 18 provides for a throttling of the compressed air flow in dependence on the flow rate of the compressed air in order to achieve the most constant flow rate possible.
  • the slightly distributed, rotatably mounted in the pipe wall throttle valve 18 is loaded by a spring 19 in the direction of its closed position.
  • the opening direction of the throttle valve 18 is also chosen so that at least a portion of the compressed air from the throttle valve 18 is additionally deflected in the tangential direction with respect to the wall of the swirling space 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zyklonabscheider mit einem Ein- und einem Auslass für ein Fluid, einem zwischen dem Ein- und dem Auslass angeordneten Wirbelraum sowie Leitmitteln zur Erzeugung einer Wirbelsenkströmung in dem Wirbelraum, wobei die Leitmittel als Kanal ausgebildet sind, durch den die Strömung des Fluids in den Wirbelraum geleitet wird.

Description

ZYKLONABSCHEIDER MIT EINLASSSTRÖMUNGSLEITROHR
Die Erfindung betrifft einen Zyklonabscheider mit einem Ein- und einem Auslass für ein Fluid, einem zwischen dem Ein- und dem Auslass angeordneten Wirbelraum mit rundem Querschnitt sowie Leitmitteln zur Erzeugung einer Wirbelsenkströmung in dem Wirbelraum.
Zyklonabscheider, die auch als Fliehkraftabscheider oder Zyklonfilter bezeichnet werden, dienen der Absonderung von in Gasen enthaltenen festen oder flüssigen Partikeln bzw. der Absonderung von in Flüssigkeiten enthaltenen festen Partikeln. Ein Zyklonab- scheider besteht im Wesentlichen aus fünf Teilen. Im eingebauten Zustand an oberster
Stelle befindet sich das Gehäuseoberteil (teilweise auch als Einlaufzylinder bezeichnet), das u.a. den Einlass für das verschmutzte Fluid und den Auslass für das gereinigte Fluid umfasst. Unmittelbar unterhalb des Gehäuseoberteils befindet sich ein häufig kegelförmiger, von einem Gehäuseunterteil begrenzter Wirbelraum, in dem zentral ein Tauchrohr angeordnet ist, das an seiner Oberseite mit dem Auslass für das gereinigte Fluid verbunden ist. Unterhalb des kegelförmigen Wirbelraums ist ein Partikelauffangbehälter vorgesehen, der häufig auch als Bunker bezeichnet wird. Der Wirbelraum wird von einem sogenannten APEX-Kegel zum Bunker hin begrenzt.
Das durch den Einlass in das Gehäuseoberteil und danach in den Wirbelraum eintretende Fluid wird in eine spiralförmige, abwärts gerichtete Strömungsbewegung versetzt, die auch als Wirbelsenkströmung bezeichnet wird. Hierbei wirken auf das Fluid und die darin enthaltenen Partikel Zentrifugalkräfte, die diese radial nach außen be-
BESTÄTIGUNGSKOP2E schleunigen, wobei sich die Partikel teilweise an der Wand abscheiden und an dieser nach unten in den Partikelauffangbehälter abgleiten bzw. abfließen. Durch eine kegelförmige Ausgestaltung des Wirbelraums kann erreicht werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit und folglich auch die Drehgeschwindigkeit des Fluids kontinuierlich zu- nimmt, je weiter sich die Fluidströmung in Richtung des unteren, engeren Endes des
Wirbelraums bewegt. Durch den APEX-Kegel wird die Fluidströmung umgelenkt und über das Tauchrohr und den Auslass des Zyklonabscheiders abgeführt. Aufgrund ihrer höheren Masse folgen die noch in dem Fluid enthaltenden Partikel dieser Strömungs- umlenkung nicht, so dass diese nicht durch das Tauchrohr und den Auslass abgeführt werden, sondern vielmehr in dem unterhalb des Wirbelraums angeordneten Bunker aufgefangen werden.
Um eine möglichst homogene Wirbelsenkströmung zu erreichen, weisen alle bekannten Zyklonabscheider einen Wirbelraum mit rundem und in der Regel kreisförmigem Querschnitt auf.
Zur Erzeugung der Wirbelsenkströmung ist es aus dem Stand der Technik bekannt, zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Wirbelraum ein Flügelrad vorzusehen, das eine Vielzahl von radial ausgerichteten und zudem schräg gestellten Flügeln aufweist, durch die das in dem Gehäuseoberteil befindliche Fluid beim Übertritt in den Wirbelraum schräg nach unten abgelenkt wird.
Weiterhin sind Zyklonabscheider mit Drallscheibe bekannt (vgl. EP 1 313 566 B1 ), deren Funktion hinsichtlich der Erzeugung der Wirbelsenkströmung den Zyklonabschei- dem mit Flügelrad entsprechen. Die Besonderheit bei einem Zyklonabscheider mit
Drallscheibe ist, dass die Flügel der Drallscheibe hinsichtlich des Abstands zueinander verschiebbar sind. Hierzu sind die Flügel der Drallscheibe in Richtung eines geringen Abstands zueinander federbelastet vorgespannt, wobei das durch den Freiraum zwischen den Flügeln strömende Fluid den Abstand zwischen den Flügeln in Abhängigkeit von dem Differenzdruck, der wiederum von dem Volumenstrom des Fluids abhängig ist, und entgegen der Federvorspannung vergrößert. Dadurch erzeugt die Drallscheibe eine Drosselwirkung, deren Höhe direkt von dem Volumenstrom des Fluids abhängig ist.
Der Wirkungsgrad eines Zyklonabscheiders wird durch eine Vielzahl von Faktoren be- einflusst. Einen wesentlichen Einfluss hat zum einen die Strömungsgeschwindigkeit, die einen definierten Grenzwert in der Regel nicht unterschreiten sollte. Die Strömungsgeschwindigkeit wiederum hängt direkt von dem Volumenstrom des zu reinigenden Fluids ab, das dem Zyklonabscheider zugeführt wird. Der Volumenstrom ist in der Praxis jedoch häufig extremen Schwankungen ausgesetzt, was einen negativen Einfluss auf den durchschnittlichen Wirkungsgrad des Zyklonabscheiders hat. Konstruktiv wird ein Zyklonabscheider regelmäßig so ausgelegt, dass er bei einer definierten Eintrittsgeschwindigkeit (als vorteilhaft hat sich ein Wert von ca. 15m/s gezeigt) bzw. einem hierzu korrespondierenden Volumenstrom eine optimale Abscheiderate erzielt; Schwankungen dieser Werte führen daher unweigerlich zu einem nicht unerheblichen Wirkungsgradverlust. Zudem werden in der Praxis aus Kostengründen häufig identische Zyklonabscheider für unterschiedliche Volumenströme eingesetzt, so dass die Zyklonabscheider auch aus diesem Grund häufig nicht ihre Filterwirkung mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad erfüllen. Einen weiteren wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Zyklonabscheiders hat die Art und Weise, wie die Wand des Wirbel- raums von dem Fluid angeströmt wird, da hierdurch wesentlich die Ausbildung der
Wirbelsenkströmung beeinflusst wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere hinsichtlich des Wirkungsgrads verbesserten Zyklonabscheider anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Zyklonabscheider gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Ein erfindungsgemäßer Zyklonabscheider, der ein Gehäuse mit einem Ein- und einem Auslass für ein Fluid (und insbesondere ein Druckgas, wie Druckluft), einen zwischen dem Ein- und dem Auslass angeordneten Wirbelraum mit vorzugsweise rundem Quer- schnitt sowie Leitmittel zur Erzeugung einer Wirbelsenkströmung in dem Wirbelraum aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Leitmittel als (vorzugsweise schräg angeordneter) Kanal ausgebildet sind.
Durch die erfindungsgemäße Kanalisation des in den Wirbelraums einströmenden Fluids mittels des Kanals kann eine im Vergleich zu der bekannten Erzeugung einer
Wirbelsenkströmung mittels einer Flügelrad oder Drallscheibe eine teilweise erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrads des Zyklonabscheiders verwirklicht werden. Zudem kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zyklonabscheiders gegenüber den bekannten Bauarten fertigungstechnische Vorteile aufweisen, die sich insbesondere in geringeren Produktionskosten niederschlagen. Hieraus ergibt sich, dass es möglich ist, die erfindungsgemäßen Vorteile gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Zyklonabscheidern zumindest teilweise auch dann zu erreichen, wenn anstelle von einem Kanal, zwei oder auch mehrere Kanäle vorgesehen werden, durch die die FIu- idströmung in den Wirbelraum geleitet wird. Unter rundem Querschnitt wird erfindungsgemäß ein winkelfreier Querschnitt verstanden; insbesondere fallen hierunter kreisförmige Querschnitte, wobei hiervon jedoch auch beliebig andere runde Querschnitte, wie beispielsweise elliptische Querschnitte, erfasst werden sollen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, den Kanal durch ein Rohr auszubilden, das in den Wirbelraum hineinragt. Dies kann Vorteile hinsichtlich der Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raums bringen. Weiterhin können hiermit fertigungstechnische Vorteile verbunden sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, den Verlauf des Kanals bzw. des Rohrs so auszubilden, dass die Fluidströmung nach dem Verlassen des Kanals bzw. Rohrs sowohl nach unten als auch tangential bezüglich der Wand des Wirbelraums ausgerichtet ist. Unerwarteterweise hat sich gezeigt, dass durch die erfin- dungsgemäße Kombination einer nach unten gerichteten Umlenkung der Fluidströmung, wie sie grundsätzlich aus dem Stand der Technik von Zyklonabscheidern mit Drallelement bzw. Drallscheibe bekannt ist, mit einer zusätzlichen Umlenkung und Kanalisation der Fluidströmung in tangentialer Richtung bezüglich der Wand des Wirbelraums eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrads eines Zyklonabscheiders er- reicht werden kann.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders kann vorgesehen sein, an dem wirbelraumseitigen Ende des Kanals (bzw. des Rohrs) ein verstellbares Drosselelement anzuordnen, das zur Erzielung einer möglichst konstanten Strömungsgeschwindigkeit den freien Öffnungsquerschnitt des
Kanals in Abhängigkeit von der Durchflussmenge des Druckgases regelt. Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders kann erreicht werden, dass ein möglichst hoher und konstanter Wirkungsgrad auch bei stark schwankenden Volumenströmen des Fluids erhalten wird (Dynamikanpassung).
Bevorzugt kann als Drosselelement eine federbelastete Drosselklappe verwendet werden, die in oder hinter dem Kanal (bzw. Rohr) angeordnet ist und den freien Querschnitt des Kanals in Abhängigkeit von der Durchflussmenge des Fluids regelt. Die Drosselklappe kann asymmetrisch bezüglich des Querschnitts des Kanals angeordnet sein, wodurch ermöglicht wird, eine tangentiale Anströmung der Wand des Wirbelraums nicht (nur) durch eine entsprechende Ausgestaltung des Kanals selbst, sondern (auch) durch ein nachträgliches Ablenken mittels der Drosselklappe zu bewirken. Hierzu kann die Drosselklappe vorzugsweise schräg zur Wand des Wirbelraums ausgerichtet sein. Eine solche Drosselklappe kann in Abhängigkeit von dem Volumen- ström und dem daraus resultierenden Anstellwinkel (bzgl. der Wand des Wirbelraums) bewirken, dass die Strömungsgeschwindigkeit möglichst konstant gehalten und durch die Schrägstellung der Drosselklappe zudem ein sauberes Anströmen der Wand des Wirbelraums erzielt wird, womit eine bessere Abscheidung und ein geringerer Differenzdruck verbunden sein kann.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die
Drosselklappe ein zusätzliches Leitblech auf, welches Leckströme im hinteren Bereich der Drosselklappe in die Hauptströmung umlenkt.
Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrads des erfindungsgemäßen Zyklonab- scheiders kann dadurch erreicht werden, dass der Kanal einen ovalen bzw. elliptischen
Querschnitt aufweist. Die Anordnung des elliptischen Querschnitts ist vorzugsweise so gewählt, dass die Hauptachse des elliptischen Querschnitts nach unten, d.h. in Richtung der Längsachse des Wirbelraums ausgerichtet ist, während die Nebenachse senkrecht hierzu ausgerichtet ist.
Bevorzugt kann weiterhin vorgesehen sein, dass zwischen dem Einlass und dem Kanal des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders ein Erweiterungsraum vorgesehen ist, in den das Fluid nach dem Einlass in den Zyklonabscheider und vor dem Eintritt in den Wirbelraum einströmen kann. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Anordnung eines Erweiterungsraumes eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrads sowie des Druck- verlusts des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders erreicht werden kann.
Sofern der Kanal durch ein Rohr ausgebildet wird, das in den Wirbelraum hineinragt, kann vorgesehen sein, das Rohr oberhalb des Wirbelraums offen auszubilden, so dass gegebenenfalls ein sich oberhalb des Wirbelraums befindliches Innenvolumen des Gehäuseoberteils als Erweiterungsraum genutzt werden kann.
Vorzugsweise kann der Kanal in ein Trennelement integriert sein, das den Erweiterungsraum von dem Wirbelraum abtrennt. In dieses Trennelement kann zusätzlich auch ein Tauchrohr und/oder ein Auslasskanal, der den Wirbelraum mit dem Auslass verbindet, um das gereinigte Fluid wieder aus dem Zyklonabscheider abzuführen, integriert sein. Mit einem solchen, vorzugsweise lediglich von dem Kanal und dem Auslasskanal durchbrochenen Trennelement kann eine gegebenenfalls vorteilhafte Trennung der beiden Fluidströmungen in dem Erweiterungs- und dem Wirbelraum erreicht werden.
Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, den Erweiterungsraum in ein Oberteil des Gehäuses (Gehäuseoberteil) und den Wirbelraum in ein Unterteil des Gehäuses (Gehäuseunterteil) zu integrieren und das Trennelement lösbar in dem Gehäuseoberteil und/oder dem Gehäuseunterteil anzuordnen. Diese Ausgestaltung des den Kanal und den Auslasskanal umfassenden Trennelements als vorzugsweise austauschbaren Ein- satz kann sowohl fertigungs- als auch wartungstechnische Vorteile mit sich bringen. Beispielsweise kann das Trennelement, das durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zyklonabscheiders einen geometrisch einfachen Aufbau aufweisen kann, kostengünstig als Kunststoffbauteil ausgebildet sein, das beispielsweise spritzge- gössen werden kann. Dieses kann einfach in die zwei Gehäuseteile eingesetzt werden, die häufig aufgrund des Druckunterschieds zwischen den Atmosphären im Gehäuseinneren und -äußeren aus Metall und insbesondere Aluminium oder Stahl ausgebildet sein kann.
Ein erfindungsgemäßer Zyklonabscheider zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und daraus resultierend durch eine einfache Herstellung aus. Zudem kann durch eine Verringerung der Anzahl unterschiedlicher, auf verschiedene Volumenströme optimierter Modelle eine Kostenreduzierung erreicht werden. Weiterhin kann bei stark variierenden Volumenströmen eine hohe Abscheiderate für den gesamten Einsatzbereich erzielt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Alle konstruktiven Merkmale der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen sind nicht lediglich in dieser Kombination sinnvoll um- zusetzen, sondern jedes dieser Merkmale kann isoliert oder in beliebiger Kombination mit anderen Merkmalen bei jedem erfindungsgemäßen Zyklonfilter, wie er durch die Merkmale der Patentansprüche definiert ist, verwirklicht werden.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 : einen erfindungsgemäßen Zyklonabscheider in einer Schnittdarstellung;
Fig. 2: einen alternativen Funktionseinsatz in einer isometrischen Ansicht.
Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders.
Dieser umfasst ein Gehäuse mit einem Gehäuseoberteil 1 und einem Gehäuseunterteil 2, die mittels eines Bajonettverschlusses 3 miteinander verbunden sind. Mit dem Gehäuseoberteil 1 sind jeweils Anschlussstücke 4 für einen Einlass 5 für ein zu reinigendes Fluid, im vorliegenden Fall Druckluft, sowie für einen Auslass 6 für die gereinigte Druckluft verbunden. Der Einlass 5 und der Auslass 6 sind einander gegenüberliegend in waagerechter Ausrichtung in das Gehäuseoberteil 1 integriert. Das von dem Gehäuseoberteil 1 ausgebildete Volumen, das als Erweiterungsraum 7 dient, wird von einem Trennelement 8 von dem als Wirbelraum 9 dienenden Volumen des Gehäuseunterteils 2 separiert. Der Wirbelraum ist nahezu zylindrisch ausgeführt, wobei eine Formschräge von ca. 3° einer einfacheren Entformung des als Gussbauteils hergestellten Gehäuseunterteils dient. In dem unteren Bereich des Gehäuseunterteils 2 ist ein Partikelauffangbehälter 10 vorgesehen, der mit einem Ventil 11 versehen ist, das zum Ablassen der in dem Partikelauffangbehälter 10 gesammelten Flüssigkeit bzw. Partikel dient.
Das Trennelement 8 umfasst einen (Einlass-)Kanal 12, der den Einlass 5 für die
Druckluft mit dem Wirbelraum 9 verbindet. Der Kanal 12 wird von einem schräg in den Wirbelraum hineinragenden Rohr 13 ausgebildet, das zudem teilweise bezüglich des Erweiterungsraums 7 offen ausgebildet ist. Über das teilweise offene Rohr 13 ergibt sich demnach eine direkte Verbindung zwischen dem Erweiterungsraum 7 und dem Wirbelraum 9. Die durch den Einlass 5 in den Zyklonabscheider eintretende Druckluft strömt teilweise in den Erweiterungsraum 7 und wird über das Rohr 13 in definierter Richtung in den Wirbelraum 9 geleitet. Die Ausrichtung des Rohrs 13 ist derart, dass die Strömung zum einen teilweise nach unten in Richtung des Partikelauffangbehälters 10 geneigt ist und gleichzeitig eine tangentiale Anströmung der Innenwand des Ge- häuseunterteils 2 im Austrittsbereich des Rohrs 13 erfolgt. Die durch den Kanal 12 erfolgende Kanalisation der in den Wirbelraum 9 einströmenden Druckluft in Verbindung mit der Umlenkung der Strömung sowohl nach unten als auch tangential in Richtung der Wand des Wirbelraums 9 sorgt für eine Wirbelsenkströmung, die sich durch eine besonders gute Abscheiderate auszeichnet. Die Wirbelsenkströmung bewirkt, dass die in der Druckluft enthaltenen Partikel (Flüssigkeitströpfchen, Schmutzpartikel, etc.) aufgrund Ihrer durch die höhere Dichte bedingten Trägheit im Vergleich zur Druckluft entweder an der Wand des Wirbelraums 9 abgeschieden und in Richtung des Partikelauffangbehälters 10 abgeführt werden, oder im unteren Teil des Wirbelraums 9 der durch die Druckdifferenz bedingten und durch einen APEX-Kegel 16 unterstützten Umlenkung der Druckluftströmung nicht folgen und wiederum in dem Partikelauffangbehälter 10 aufgefangen werden. Nach der Umlenkung der Druckluftströmung wird diese zentral wieder nach oben geführt und über ein Tauchrohr 14 und ein nahtlos in dieses übergehendes Auslassrohr 15 aus dem Zyklonabscheider abgeführt. Der oben genannte APEX-Kegel 16 verhindert auch, dass die Partikel von der Druckluftströmung wieder mitgerissen werden.
Die Fig. 2 zeigt eine Alternative eines Trennelements 8b, das beispielsweise bei dem Zyklonabscheider gemäß der Fig. 1 anstelle des dort verwendeten Trennelements 8 zum Einsatz kommen kann. Die weitere Beschreibung erfolgt daher in Verbindung mit den übrigen Komponenten des Zyklonabscheiders der Fig. 1. Die wesentlichen Unterscheide des Trennelements 8b der Fig. 2 im Vergleich zu dem Trennelement der Fig. 1 betreffen die Ausbildung des Rohrs 13b, mit dem die Druckluft in den Wirbelraum 9 geleitet wird und die zusätzliche Anordnung einer Drosselklappe 18 am austrittssei- tigen Ende des Rohrs 13b. Das Rohr 13b weist einen elliptischen Querschnitt auf, wobei die Hauptachse des elliptischen Querschnitts in Richtung der Längsachse des Gehäuses ausgerichtet ist. Durch die elliptische Ausbildung des Querschnitts des Rohrs 13b kann gegebenenfalls eine weitere Verbesserung der Abscheiderate des Zyklonabscheiders erzielt werden.
Die Drosselklappe 18 sorgt für eine Drosselung der Druckluftströmung in Abhängigkeit von der Durchflussmenge der Druckluft, um eine möglichst konstante Strömungsgeschwindigkeit zu erzielen. Hierzu ist die geringfügig dezentral, drehbar in der Rohrwand gelagerte Drosselklappe 18 von einer Feder 19 in Richtung ihrer geschlossenen Stel- lung belastet. Die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 18 ist zudem so gewählt, dass zumindest ein Teil der Druckluft von der Drosselklappe 18 zusätzlich in tangentialer Richtung bezüglich der Wand des Wirbelraums 9 umgelenkt wird. Durch die Drosselklappe 18 soll primär eine möglichst hohe und gleichmäßige Abscheiderate auch bei stark schwankenden Durchflussmengen erzielt werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Zyklonabscheider mit einem Gehäuse mit einem Ein- (5) und einem Auslass (6) für ein Fluid, einem zwischen dem Ein- (5) und dem Auslass (6) angeordneten
Wirbelraum (9) innerhalb des Gehäuses sowie Leitmitteln zur Erzeugung einer Wirbelsenkströmung in dem Wirbelraum (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Leitmittel als Kanal (12) ausgebildet sind, durch den die Strömung des Fluids in den Wirbelraum (9) geleitet wird.
2. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (12) durch ein Rohr (13; 13b) gebildet wird, das in den Wirbelraum (9) hineinragt.
3. Zyklonabscheider gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der Kanal (12) bzw. das Rohr (13; 13b) so ausgebildet ist, dass die Fluidströmung nach dem Verlassen des Kanals (12) bzw. des Rohrs (13; 13b) sowohl nach unten als auch tangential bezüglich der Wand des Wirbelraums (9) ausgerichtet ist.
4. Zyklonabscheider gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem wirbelraumseitigen Ende des Kanals (12) ein verstellbares Drosselelement angeordnet ist, das zur Erzielung einer möglichst konstanten Strömungsgeschwindigkeit den freien Öffnungsquerschnitt des Kanals (12) in Abhängigkeit von der Durchflussmenge des Fluids regelt
5. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement eine federbelastete Drosselklappe (18) umfasst.
6. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (18) asymmetrisch bezüglich des Querschnitts des Kanals (12) gelagert ist.
7. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (18) zur Erzeugung der tangentialen Anströmung schräg in Richtung der Wand des Wirbelraums (9) ausgerichtet ist.
8. Zyklonabscheider gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (18) ein zusätzliches Leitblech für eine rückwärtige Fluidströmung aufweist.
9. Zyklonabscheider gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (12) einen elliptischen Querschnitt aufweist.
10. Zyklonabscheider gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einlass (5) und dem Kanal (12) ein Erweiterungsraum (7) vorgesehen ist.
11. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (12) in ein Trennelement (8; 8b) integriert ist, das den Erweiterungsraum (7) von dem Wirbelraum (9) abtrennt.
12. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass in das Trennelement (8; 8b) zusätzlich ein Tauchrohr (14) und/oder ein Auslasskanal integriert ist.
13. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungsraum (7) in ein Gehäuseoberteil (1) und der Wirbelraum (9) in ein Gehäuseunterteil (2) integriert ist und das Trennelement (8; 8b) lösbar in dem Gehäuseoberteil (1) und/oder dem Gehäuseunterteil (2) angeordnet ist.
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