DE102020103804A1

DE102020103804A1 - Impaktor-Abscheideelement und Vorrichtungen mit einem solchen Impaktor-Abscheideelement

Info

Publication number: DE102020103804A1
Application number: DE102020103804.6A
Authority: DE
Inventors: Klaus Mössinger; Simon Kaiser
Original assignee: Elsaesser Filtertechnik GmbH
Current assignee: Elsaesser Filtertechnik GmbH
Priority date: 2019-04-08
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2020-10-08
Also published as: US20230338881A1; DE202019005302U1; WO2021160862A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Impaktor-Abscheideelement (10) zum Abscheiden von Fluidtröpfchen (12) aus einem Gasstrom mit wenigstens einem in einer Halterung (16) befestigten, als NetzGewebe- oder Gitterelement ausgestalteten Abscheidemittel (14a, 14b) mit einer Rohseite und einer Reinseite, wobei die Halterung (16) dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel (14a, 14b) mit einem flachen Anströmwinkel im Gasstrom zu positionieren.Es wird vorgeschlagen, dass die Halterung (16) dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel (14a, 14b) derart im Gasstrom zu positionieren, dass das Gas auf der Reinseite des Abscheidemittels (14a, 14b) frei abströmen kann.

Description

Die Erfindung betrifft Impaktor-Abscheideelement zum Abscheiden von Fluidtröpfchen aus einem Gasstrom nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der WO 2018036939 A1 ist ein Abscheidesystem zum Reinigen eines Rohgasstroms in einem Seitenkanalverdichter bekannt. Das Abscheidesystem umfasst ein Abscheideelement, welches innerhalb des Strömungskanals angeordnet und zur Abscheidung von Verunreinigungen von einem Gasstrom durchströmbar ist.
Das aus der WO 2018036939 A1 bekannte Abscheideelement ist in einem Strömungskanal angeordnet und eine unmittelbar an das Abscheideelement anschließenden Seitenwand des Strömungskanals bildet an der Reinseite des Abscheideelements einen spitzen Winkel mit letzterem. Das Gas kann daher zumindest in diesem Teilbereich nicht frei abströmen, was die Effizienz des Abscheidesystems beeinträchtigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Effizienz eines gattungsgemäßen Abscheidesystems weiter zu steigern.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Impaktor-Abscheideelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung betrifft ein Impaktor-Abscheideelement zum Abscheiden von Fluidtröpfchen aus einem Gasstrom mit wenigstens einem in einer Halterung befestigten, als Netz- Gewebe- oder Gitterelement ausgestalteten Abscheidemittel, wobei die Halterung dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel mit einem flachen Anströmwinkel im Gasstrom zu positionieren.
Es wird vorgeschlagen, dass die Halterung dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel derart im Gasstrom zu positionieren, dass das Gas auf der Reinseite des Abscheidemittels frei abströmen kann.
Ein gattungsgemäßes, als Netz- Gewebe- oder Gitterelement ausgestaltetes Abscheidemittel mit flacher Anströmrichtung hat sich als sehr effizient erwiesen. Seine Wirkung beruht im Wesentlichen darauf, dass der Gasstrom beim Durchströmen der üblicherweise sehr kleinen Durchtrittsöffnungen auf einer kurzen Strecke von der Größenordnung des Durchmessers der Durchtrittsöffnung stark umgelenkt wird, um innerhalb der Dicke des Abscheideelements im Wesentlichen transversal zur Hauptebene des Abscheideelements zu verlaufen. Bei flachem Anströmwinkel beträgt der Winkel dieser Umlenkung annähernd 90°. Der Gasstrom wird daher sehr stark transversal beschleunigt, so dass sich Fluidtröpfchen oder Aerosole an den Wänden bzw. Rändern der Durchtrittsöffnungen abscheiden, sich zu größeren Tropfen verbinden und ggf. in dieser Form vom Gasstrom mitgeführt werden, um an einer anderen Stelle abgeschieden zu werden.
Diese Wirkung hängt insbesondere vom Aspektverhältnis der Durchtrittsöffnungen ab, d.h. von einem Verhältnis eines Durchmessers bzw. einer Breite der Durchtrittsöffnungen in der Anströmrichtung zu einer Tiefe der Durchtrittsöffnungen bzw. einer Dicke des Abscheideelements, wobei im Fall von Netzen oder Geweben die Dicke der Fäden ins Verhältnis zur Maschenweite gesetzt werden kann. Ein flacher Anströmwinkel im Sinne der Erfindung bedeutet, dass die Breite der Durchtrittsöffnungen multipliziert mit dem Sinus des Anströmwinkels kleiner als die Tiefe der Durchtrittsöffnungen bzw. die Dicke der Fäden sein sollte, vorzugsweise um einem Faktor 1,5 - 10 kleiner, besonders bevorzugt um einen Faktor 2 - 8 kleiner. Insbesondere beträgt ein flacher Anströmwinkel weniger als 20°. Eine Ebene, in der sich das mindestens eine Abscheidemittel erstreckt, schließt vorzugsweise mit einer Hauptrichtung des Gasstroms Strömungskanals im Bereich des Abscheidemittels einen Winkel von höchstens 40°, insbesondere höchstens 20°, vorzugsweise höchstens 10°, und/oder mindestens 3°, insbesondere mindestens 5°, vorzugsweise ungefähr 8°, ein.
Das erfindungsgemäße Abscheideelement ist vorzugsweise ein Gewebe mit einer Maschenweite im Bereich von 20 - 300 µm, weiter bevorzugt im Bereich von 30 - 80 µm, je nach abzuscheidendem Aerosolspektrum und maximal akzeptablem Druckverlust. Es hat sich gezeigt, dass für solche Abscheidemittel ein hoher Abscheidegrad auch für sehr kleine Aerosole bei vergleichsweise geringem Druckverlust erreichbar ist. Die Fadenstärke des Gewebes beträgt vorzugsweise 20 - 100 µm, insbesondere 30 - 80 µm
Ein Gasstrom kann im Sinne der Erfindung frei abströmen, wenn sich über die Fläche des Abscheidemittels auf der Reinseite jedenfalls aufgrund der Nähe zu Wänden oder anderen Hindernissen keine nennenswerten Druckgradienten einstellen und das Abscheidemittel im Wesentlichen homogen durchströmt wird. Je nach Ausgestaltung der Erfindung kann die Halterung ein Rahmen, ein Sockel oder ein Teil eines Gehäuses sein.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Halterung dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel in einem Gehäuse zu montieren und dass die Halterung eine Abstandhalterstruktur umfasst, die einen Mindestabstand von wenigstens 2 mm zur Gehäusewand gewährleistet. Dadurch kann in den meisten Fällen ein freies Abströmen gewährleistet werden.
Der Mindestabstand kann baulich besonders einfach gewährleistet werden, wenn die Abstandhalterstruktur einen Sockel zum Einsetzen in eine Gehäuseöffnung umfasst, wobei der Gaseinlass in den Sockel integriert ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Impaktor-Abscheideelement wenigstens zwei symmetrisch zu einer Hauptstromachse des Gasstroms angeordnete Abscheidemittel, die beispielsweise die Seitenflächen eines Dreiecksprismas oder einer zeltartigen Struktur bilden können.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Impaktor-Abscheideelement wenigstens ein im Gasstrom vor dem Abscheidemittel angeordnetes Strömungsleitelement umfasst, welches den Gasstrom mit einem flachen Anströmwinkel zu dem Abscheidemittel lenkt. Dadurch kann der lokale Anströmwinkel am Abscheidemittel so gesteuert werden, dass ein optimaler Wert erreicht wird.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Strömungsleitelement gegen eine Rückstellkraft durch den Druck des Gasstroms verschiebbar ist, in zumindest einer Konfiguration eine Teilfläche des Abscheidemittels abschirmt und so konfiguriert ist, dass mit zunehmender Verschiebung eine größere Fläche des Abscheidemittels freigelegt wird. Die effektiv wirksame Fläche des Abscheidemittels wird so abhängig vom Volumenstrom angepasst, so dass eine lokale Strömungsgeschwindigkeit im Bereich des Abscheidemittels unabhängig oder nur schwach abhängig vom Volumenstrom ist, d.h. dem Gesamtvolumen des das Impaktor-Abscheideelement durchströmenden Gasstroms.
In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Abscheidemittel parallel zu einer Hauptstromachse des Gasstroms angeordnet ist. Insbesondere kann das Abscheidemittel dann Zylindermantelförmig oder in der Form von Mantelflächen eines Prismas auf einer Halterung angeordnet sein, was eine kompakte und konstruktiv einfache Bauweise ermöglicht.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Gehäuse und einem an einem Gaseinlass des Gehäuses angeordneten Impaktor-Abscheideelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass ein Abstand einer inneren Gehäusewand von der Reinseite des Abscheidemittels derart ist, dass ein freies Abströmen des aus dem Abscheidemittel austretenden Gasstroms gewährleistet ist. Zur Charakterisierung des freien Abströmens wird der vorgenannte Abstand vorzugsweise in der Abströmrichtung des Gasstroms, d.h. senkrecht zur Hauptebene des Abscheidemittels gemessen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein Winkel zwischen einem an den Fußbereich des Abscheidemittels, d.h. dem der Reinseite der dem Gasstrom zugewandten Endkante des Abscheidemittels anschließenden Wandbereich des Gehäuses oder der Halterung wenigstens 60°, weiter bevorzugt wenigstens 80°, insbesondere mehr als 90°.
Insbesondere wird vorgeschlagen, dass ein Abstand zwischen der Innenwand des Gehäuses und der Reinseite des Abscheidemittels in einer Senkrecht zu einer Hauptebene des Abscheidemittels verlaufenden Richtung in im Wesentlichen jedem Punkt des Abscheidemittels wenigstens 2 mm, vorzugsweise wenigstens 5 mm beträgt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse so gestaltet ist, dass der Gasstrom nach dem Durchlaufen des Impaktor-Abscheideelements umgelenkt wird, um vom Abscheideelement abgeschiedene Fluidtropfen an einer Gehäusewand abzuscheiden. Dadurch können vom Impaktor-Abscheideelement abgeschiedene, im Vergleich zu den Fluidtröpfchen des einströmenden Gasstroms sehr viel größere Fluidtropfen effizient abgeschieden werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung als Abscheideelement in einem Verbrennungsmotor, z.B. in Kombination mit einem Seitenkanal-Verdichter für einen Verbrennungsmotor ausgestaltet sein, oder alternativ in Kombination mit einem Ejektor oder einem Diffusor oder einem Gebläse zur Kompensation des Druckverlustes des Impaktor-Abscheideelements.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Erfindung zum Abscheiden von Kühl-Schmiermitteltröpchen in einer Absaugevorrichtung einer Werkzeugmaschine ausgestaltet sein, wobei in diesem Fall mehrere erfindungsgemäße Impaktor-Abscheideelemente parallel arbeiten, können, beispielsweis in einer Matrix-Anordnung, um die in diesem Zusammenhang auftretenden, großen Volumenströme verarbeiten zu können.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die gesamte Beschreibung, die Ansprüche und die Figuren offenbaren Merkmale der Erfindung in speziellen Ausführungsbeispielen und Kombinationen. Der Fachmann wird die Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren Kombinationen oder Unterkombinationen zusammenfassen, um die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, an seine Bedürfnisse oder an spezielle Anwendungsbereiche anzupassen.
Dabei zeigen:

1 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung zur Wirkweise des Impaktor-Abscheideelements auf einer mikroskopischen Skala;
3 eine weitere Darstellung zur Wirkweise des Impaktor-Abscheideelements;
4 eine erste Vorrichtung mit einem Gehäuse und einem Impaktor-Abscheideelement gemäß den 1 - 3;
5 eine Vorrichtung zum Abscheiden von Öltröpfchen zur Verwendung mit einem Seitenkanal-Verdichter;
6 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
7 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
8 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
9 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;
10 das Impaktor-Abscheideelement aus 9 in einer perspektivischen Ansicht;
11 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
12 ein Impaktor-Abscheideelement nach einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Konfiguration mit geringem Volumenstrom;
13 das Impaktor-Abscheideelement nach dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Konfiguration mit hohem Volumenstrom; und
14 das Impaktor-Abscheideelement nach dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in radialen Schnittdarstellung.

1 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement 10 zum Abscheiden von Fluidtröpfchen 12 aus einem Gasstrom nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Impaktor-Abscheideelement 10 umfasst zwei in einer Halterung 16 befestigte, als Netz- Gewebe- oder Gitterelement ausgestaltete Abscheidemittel 14a, 14b mit jeweils einer Rohseite und einer Reinseite, wobei die Halterung 16 die beiden Abscheidemittel 14a, 14b jeweils mit einem flachen Anströmwinkel von ca. 8° im Gasstrom positioniert. Die beiden Abscheidemittel 14a, 14b sind symmetrisch zu einer Hauptstromachse 18 des Gasstroms angeordnet, wobei sie die Seitenflächen eines Dreiecksprismas bzw. einer zeltartigen Struktur bilden.
Erfindungsgemäß ist die Halterung 16 dazu ausgelegt, die beiden Abscheidemittel 14a, 14b derart im Gasstrom zu positionieren, dass das Gas auf der Reinseite der beiden Abscheidemittel 14a, 14b frei abströmen kann.
In der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Halterung 16 als Sockel ausgestaltet, auf der ein zeltartiges Traggerüst 20 zum Tragen der Abscheidemittel 14a, 14b angeordnet ist. Die Abscheidemittel 14a, 14b sind feine Netzgewebe aus Polyester mit einer Fadenstärke von 30 - 80 µm und einer Maschenweite ebenfalls in einem Bereich von 30 - 80 µm, die auf die Außenflächen von Tragrahmen des Traggerüsts 20 geklebt sind oder mit diesen Verschweißt sind. Insbesondere am stromabwärtigen Ende der Abscheidemittel 14a, 14b bilden die Tragrahmen keinen über die stromabwärtige Seite bzw. Reinseite des Abscheidemittels 14a, 14b hinausragenden Rahmenstrukturen, so dass Fluidtropen sich dort nicht stauen können und ungehindert am hinteren Ende des Traggerüsts 20 abtropfen können. In diesem Zusammenhang bedeutet „hinteres Ende“ das bezogen auf den Gasstrom stromabwärtige Ende, „vorderes Ende“ das dem Gasstrom zugewandte Ende.
2 ist eine schematische Darstellung zur Wirkweise des Impaktor-Abscheideelements 10 auf einer mikroskopischen Skala. Das im flachen Winkel einströmende, mit Fluidtröpchen 12 beladene Gas wird durch die Maschen des Abscheidemittels 14a gelenkt. Die Maschen wirken wie eine enge Schikane. Dabei wird der Gasstrom lokal stark in die transversale Richtung beschleunigt. Die Tröpfchen oder anderen Verunreinigungen, die aufgrund ihrer Masse eine höhere Trägheit als die Gasmoleküle haben, schlagen sich auf den Fäden oder Drähten 22 des das Abscheidemittel 14a bildenden Gewebes ab und sammeln sich zu größeren Tropfen 24 oder einem Fluidfilm. Die Tropfen 24 können auf der Reinseite des Abscheidemittels 14a, 14b vom Gasstrom mitgerissen werden oder über die Kettfäden des Gewebes (d.h. die im Wesentlichen parallel zur Richtung des einströmenden Gases verlaufenden Fäden), zum stromabwärtigen Ende des Abscheidemittels 14a, 14b abfließen und dort abtropfen oder auf andere Weise abgeleitet werden.
3 zeigt eine weitere Darstellung zur Wirkweise des Impaktor-Abscheideelements 10 aus 1. Der Sockel 16 umfasst eine Eintrittsöffnung 26 für den Gasstrom, der sich symmetrisch teilt und die beiden Abscheidemittel 14a, 14b durchströmt. Die Breite d des Sockels gewährleistet einen entsprechenden Mindestabstand zu einer Gehäusewand in der Einbausituation und damit ein freies Abströmen. Die Breite d des Sockels am Fuß der Abscheidemittels 14a, 14b beträgt wenigstens 2 mm, weiter bevorzugt wenigstens 5 mm, noch weiter bevorzugt wenigstens 10 mm und zwar vorzugsweise über die gesamte Breite der Abscheidemittels 14a, 14b, wobei im Fall eines runden Sockels und einer geradlinigen Fußkante der Abstand im mittleren Bereich größer ist. Auf der Reinseite der Abscheidemittel 14a, 14b können größere Tropfen 24 vom Gasstrom mitgerissen werden und stromabwärts abgeschieden werden.
4 zeigt eine Vorrichtung mit einem Gehäuse 28 und einem an einem Gaseinlass 30 des Gehäuses 28 angeordneten Impaktor-Abscheideelement 10 der vorgenannten Art. Die Halterung 16 ist in einer Öffnung am Gasleinlass 30 montiert und positioniert die beiden Abscheidemittel 14a, 14b des Impaktor-Abscheideelements 10 mit dem gewünschten flachen Anströmwinkel im Gehäuse 28. Der Sockel der Halterung 16 bildet eine Abstandhalterstruktur, die einen Mindestabstand von wenigstens 2 mm zwischen Abscheidemittel 14a, 14b und Gehäusewand gewährleistet. In dem in 5 dargestellten Beispiel setzt die innere Gehäusewand die den Abscheidemittel 14a, 14bn zugewandte Seite des Sockels stetig fort und wirkt als zusätzlicher Abstandhalter, so dass ein in einer senkrecht zur Hauptebene des Abscheidemittels 14a, 14b gemessener Abstand D zwischen den Abscheidemitteln 14a, 14b und den in 4 vertikal verlaufenden Seitenwänden noch deutlich größer ist. Dadurch wird ein freies Abströmen des aus dem Abscheidemittel 14a, 14b austretenden Gasstroms gewährleistet.
Ein an den Fußbereich des Abscheidemittels 14a, 14b anschließender Wandbereich des des Sockels bildet mit der Hauptebene des Abscheidemittels 14a, 14b einen Stumpfen Winkel β, im Ausführungbeispiel einen Winkel von 98°.
5 zeigt schematisch eine für einen Verbrennungsmotor ausgestaltete erfindungsgemäße Vorrichtung. Der bei der Durch-strömung entstehende Druckverlust kann durch ein Gebläse, insbesondere durch einen Seitenkanalverdichter oder durch einen Ejektor oder einen Diffusor kompensiert werden. Am Gaseinlass 30 strömt mit Öltropfchen beladene Luft aus einem Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors (nicht dargestellt) ein, die beispielswiese nach einem Luftfilter und vor einem Turbolader in den Ansaugtrakt (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine zurückgeführt werden soll, nachdem die Öltropfchen abgeschieden wurden. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse 28 so gestaltet, dass der Gasstrom nach dem Durchlaufen des Impaktor-Abscheideelements 10 umgelenkt im Gehäuse 28 wird, um vom Abscheideelement 10 abgeschiedene Fluidtropfen 24 an einer Gehäusewand abzuscheiden. Im Boden des Gehäuses 28 ist ein Ventil 32 angeordnet, über welches das Öl, ggf. über einen Syphon, in den Ölsumpf des Motors zurückgeführt werden kann.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Erfindung zum Abscheiden von Kühl-Schmiermitteltröpfchen in einer Absaugvorrichtung einer Werkzeugmaschine ausgestaltet sein, wobei in diesem Fall mehrere erfindungsgemäße Impaktor-Abscheideelemente parallel arbeiten, können, beispielsweis in einer Matrix-Anordnung, um die großen Volumenströme verarbeiten zu können.
Die 6 bis 8 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung. Um Wiederholungen zu vermeiden, beschränkt sich die nachfolgende Beschreibung dieser weiteren Ausführungsbeispiele im Wesentlichen auf Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wegen der unveränderten Merkmale wird der Fachmann auf die Beschreibung zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen. Für gleich oder ähnlich wirkende Merkmale der weiteren Ausführungsbeispeile werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um die Ähnlichkeiten zu betonen.
6 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement 10 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem einzigen, kegelmantelförmig positionierten Abscheidemittel 14a.
7 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement 10 nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit vier dreieckigen Abscheidemitteln 14a, 14b, die die Seitenflächen einer Pyramide mit quadratischer Grundfläche bilden. Andere Polygonformen wie z.b. Sechseckpyramiden sind denkbar.
8 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement 10 nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Impaktor-Abscheideelement 10 umfasst ein einziges Abscheidemittel 14a, das in einer Rohrleitung 34 angeordnet werden kann. Eine Halterung 16 gewährleistet zumindest in einem Mittelbereich des Abscheidemittels 14a, 14b einen Abstand zur Innenwand der Rohrleitung 34 und damit ein im Wesentlichen freies Abströmen auf der Reinseite.
9 und 10 zeigen ein Impaktor-Abscheideelement 10 nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Impaktor-Abscheideelement 10 umfasst ein einziges, zylindermantelförmiges Abscheidemittel 14a, in dessen Innerem ein kegelförmiges Strömungsleitelement 36 koaxial angeordnet ist. Falls das verwendete Gewebe des Abscheidemittels 14a nicht hinreichend steif ist, kann die zylindermantelförmige Fläche des Abscheidemittels 14a durch axial verlaufende Versteifungsrippen (nicht dargestellt) unterbrochen sein.
Eine Kegelbasis des Strömungsleitelements 36 ist mit dem stromabwärtigen Rand des Abscheidemittels 14a verbunden, z.B. verklebt. Eine Mittelachse des zylindermantelförmiges Abscheidemittels 14a und auch das Abscheidemittel 14a selbst verlaufen parallel zur Hauptstromachse 18 die Spitze des kegelförmigen Strömungsleitelements 36 weist in Richtung der Hauptstromachse 18 den Gasstrom entgegen.
Der anströmende Gasstrom wird von dem Strömungsleitelement 36 nach radial außen umgelenkt, so dass er mit einem flachen Anströmwinkel auf das Abscheidemittel 14a trifft, durchströmt das Abscheidemittel 14a und kann an der radial äußeren Seite des Abscheidemittels 14a frei abströmen.
Das Impaktor-Abscheideelement 10 nach dem Ausführungsbeispiel in 9 und 10 kann mit dem offenen, in 9 linken Ende am Ausgang eines Strömungskanals (nicht dargestellt) angeordnet werden, z.B. innerhalb eines Gehäuses. Dazu können am linken Ende ein geeigneter Sockel, ein Flansch oder geeignete Befestigungselemente vorgesehen sein (nicht dargestellt).
Neben der zylindermantelförmigen Form des Abscheidemittels 14a gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel sind auch Ausführungsformen denkbar, in denen Abscheidemittel die Seitenflächen eines Prismas bilden, dessen Grundfläche eine Grundfläche einer Pyramide bildet, die mittig in dem Prisma angeordnet ist und als Strömungsumleitelement 36 wirkt. Auch in diesem Fall sind die Abscheidemittel 14a, 14b in Ebenen angeordnet, die parallel zur Hauptstromachse 18 verlaufen. Ein sechstes Ausführungsbeispiel mit einem Impaktor-Abscheideelement 10 mit Abscheidemitteln 14a, 14b, die in der Form eines Prismas mit quadratischer Grundfläche angeordnet sind, ist in 11 dargestellt. Neben quadratischen Grundflächen sind natürlich andere Polygonformen denkbar.
In den Ausführungsbeispielen aus den 9 - 11 verläuft die Seitenfläche des Strömungsleitelements 36 in einem Axialschnitt (9) geradlinig. Zur Strömungsoptimierung sind auch andere Formen denkbar. Die der Strömung abgewandte Rückseite des Strömungsleitelements 36 ist in den Ausführungsbeispielen aus den 9 - 11 flach. Es sind auch konvexe Formen dieser Endfläche denkbar, beispielsweise mit sich kegelförmig verjüngenden Querschnitten, die Verwirbelungen des abströmenden Gasses vermeiden oder gezielt steuern.
12 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement nach einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Konfiguration mit geringem Volumenstrom und 13 zeigt das Impaktor-Abscheideelement nach dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Konfiguration mit hohem Volumenstrom.
Das Impaktor-Abbscheideelement nach dem siebten Ausführungsbeispiel umfasst ein zylindermantelförmiges, als Netz- Gewebe- oder Gitterelement ausgestaltetes Abscheidemittel 14a, das einen axialen Abschnitt einer insgesamt röhrenförmigen Halterung 16 bildet. Im Inneren der Halterung 16 ist ein kegelförmiges Strömungsleitelement 36 angeordnet, dass im Innenraum der Halterung 16 axial beweglich ist. Gegen die Rückstellkraft einer Feder 38 kann das Strömungsleitelement 36 zwischen einer Grundstellung, in welcher eine Grundfläche 36a der Kegelform des Strömungsleitelementes 36 nahe am stromaufwärtigen Ende des Abscheidemittels 14a liegt, und einer maximal ausgelenkten Stellung, in welcher die Grundfläche 36a der Kegelform des Strömungsleitelementes 36 nahe am strombwärtigen Ende des Abscheidemittels 14a liegt, verschoben werden.
Durch die Kegelform des Strömungsleitelements 36 wird das anströmende Gas nach radial außen gelenkt und durchströmt das Abscheidemittel 14a mit einem flachen Anströmwinkel. Dabei begrenzt die Grundfläche 36a der Kegelform des Strömungsleitelements 36 einen axialen Bereich des Abscheidemittels 14a, der von dem Gasstrom durchströmt werden kann, während ein stromabwärtig der Grundfläche 36a liegender Bereich das Abscheidemittels 14a durch das Strömungsleitelement 36 vom Gasstrom abgeschirmt wird. Die vom Gasstrom durchströmte Fläche des Abscheidemittels 14a hängt daher von der axialen Position des Strömungsleitelements 36 und damit vom in das Impaktor-Abscheideelement 10 einströmenden Volumenstrom ab, und zwar derart, dass die durchströmte Fläche des Abscheidemittels 14a mit zunehmendem Volumenstrom und folglich zunehmender Kompression der Feder 38 anwächst, und zwar im Wesentlichen linear, so dass die vom Gasstrom durchströmte Fläche des Abscheidemittels 14a im Wesentlichen proportional zum Volumenstrom ist. Dadurch ist die lokale Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms am Abscheidemittel 14a im Wesentlichen konstant und unabhängig oder nur schwach abhängig vom Volumenstrom.
Es ist bekannt, dass Impaktor-Abscheideelemente 10 der erfindungsgemäßen Art mit flachem Anströmwinkel des Abscheidemittels 14a in einem bestimmten, vom Typ des Netz- Gewebe- oder Gitterelements abhängigen, bevorzugten Bereich von Strömungsgeschwindigkeiten, insbesondere oberhalb einer minimalen Strömungsgeschwindigkeit, einen hohen Wirkungsgrad haben. Die Federkraft der Feder 38 kann in diesem Ausführungsbeispiel so eingestellt werden, dass die lokale Strömungsgeschwindigkeit für einen sehr breiten Geschwindigkeitsbereich des Hauptstroms innerhalb des bevorzugten Bereichs von Strömungsgeschwindigkeiten liegt.
14 zeigt das Impaktor-Abscheideelement 10 nach dem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung in radialen Schnittdarstellung. Das als Netzgewebe ausgestaltete Abscheidemittel 14a wird von einer Reihe von Stützen 16a getragen, die auch einen stromabwärtigen Bereich der Halterung 16, der mit der Grundfläche 36a des Strömungsleitelements 36 einen Hohlraum zur Aufnahme der Feder 38 bildet, mit einem Sockelbereich der Halterung 16 verbinden. Das Strömungsleitelement 36 kann im Bereich der Grundfläche 36a axiale Nuten (nicht dargestellt) umfassen, in welche die Stützen 16a eingreifen um das Strömungsleitelement 36 zu führen.
Auch wenn in 12 und 13 das Strömungsleitelement 36 als massiver Körper erscheint, kann das Strömungsleitelement 36 als Hohlkörper mit einer Öffnung in der Grundfläche 36a ausgestaltet sein, in den die Feder 38 dann teilweise aufgenommen werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018036939 A1 [0002, 0003]

Claims

Impaktor-Abscheideelement (10) zum Abscheiden von Fluidtröpfchen (12) aus einem Gasstrom mit wenigstens einem in einer Halterung (16) befestigten, als Netz- Gewebe- oder Gitterelement ausgestalteten Abscheidemittel (14a) mit einer Rohseite und einer Reinseite, wobei die Halterung (16) dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel (14a) mit einem flachen Anströmwinkel im Gasstrom zu positionieren, gekennzeichnet durch wenigstens ein im Gasstrom vor dem Abscheidemittel (14a) angeordnetes Strömungsleitelement (36), welches den Gasstrom mit einem flachen Anströmwinkel zu dem Abscheidemittel (14a) lenkt.
Impaktor-Abscheideelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel (14a, 14b) derart im Gasstrom zu positionieren, dass das Gas auf der Reinseite des Abscheidemittels (14a, 14b) frei abströmen kann.
Impaktor-Abscheideelement (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) dazu ausgelegt ist, das Abscheidemittel (14a, 14b) in einem Gehäuse (28) zu montieren und dass die Halterung (16) eine Abstandhalterstruktur umfasst, die einen Mindestabstand von wenigstens 2 mm zur Gehäusewand gewährleistet.
Impaktor-Abscheideelement (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandhalterstruktur einen Sockel zum Einsetzen in eine Gehäuseöffnung umfasst.
Impaktor-Abscheideelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei symmetrisch zu einer Hauptstromachse (18) des Gasstroms angeordnete Abscheidemittel (14a, 14b).
Impaktor-Abscheideelement (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidemittel (14a, 14b) Seitenflächen eines Dreiecksprismas oder einer zeltartigen Struktur bilden.
Impaktor-Abscheideelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsleitelement (36) gegen eine Rückstellkraft durch den Druck des Gasstroms verschiebbar ist, in zumindest einer Konfiguration eine Teilfläche des Abscheidemittels (14a) abschirmt und so konfiguriert ist, dass mit zunehmender Verschiebung eine größere Fläche des Abscheidemittels (14a) freigelegt wird.
Impaktor-Abscheideelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheidemittel (14a, 14b) parallel zu einer Hauptstromachse (18) des Gasstroms angeordnet ist.
Vorrichtung mit einem Gehäuse (28) und einem an einem Gaseinlass des Gehäuses (28) angeordneten Impaktor-Abscheideelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand einer inneren Gehäusewand von der Reinseite des Abscheidemittels (14a, 14b) derart ist, dass ein freies Abströmen des aus dem Abscheidemittel (14a, 14b) austretenden Gasstroms gewährleistet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel zwischen einem an den Fußbereich des Abscheidemittels (14a, 14b) anschließenden Wandbereich des Gehäuses (28) oder der Halterung (16) wenigstens 60° beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der Innenwand des Gehäuses (28) und der Reinseite des Abscheidemittels (14a, 14b) in einer Senkrecht zu einer Hauptebene des Abscheidemittel (14a, 14b) verlaufenden Richtung in im Wesentlichen jedem Punkt des Abscheidemittels (14a, 14b) wenigstens 2 mm, vorzugsweise wenigstens 5 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (28) so gestaltet ist, dass der Gasstrom nach dem Durchlaufen des Impaktor-Abscheideelements (10) umgelenkt wird, um vom Abscheideelement abgeschiedene Fluidtropfen (24) an einer Gehäusewand abzuscheiden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als Abscheideelement in einem Verbrennungsmotor, insbesondere zur Anordnung im Gasstrom eines Seitenkanal-Verdichters eines Verbrennungsmotors, ausgestaltet ist.