DE1719485B2 - Vorrichtung zum Abscheiden eines flüssigen und/oder dampfförmigen Mediums aus einem Tragergas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden eines flüssigen und/oder dampfförmigen Mediums aus einem Trägergas mit einem, in einem Rohr angeordneten, als Schnecke ausgebildeten Drallorgan, insbesondere zur Verwendung in Flugzeugen.

In Luftkonditionierungsanlagen ist es oft notwendig, die gekühlte Luft von kondensierter Feuchtigkeit zu befreien, wobei die Wasserabscheidung in vorteilhafter Weise unmittelbar im Anschluß an die Luftkühlung vorgenommen wird. Die dazu vorgesehenen Wasserabscheidevorrichtungen sind daher in der Luftkonditionierungsanlage meist möglichst nahe dem Kühlgerät angeordnet.

Bei einer aus der US-PS 27 51037 bekannten Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art ist das Drallorgan eine Schnecke mit konstanter Steigung. Durch diese konstante Steigung tritt jedoch bei der bekannten Vorrichtung am Eintrittsende der Schnecke in unerwünschter Weise ein erheblicher Druckverlust auf, der, wegen der Zunahme mit dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit, insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten in der Klimaanlage ungünstig ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art die Druckverluste zu minimalisieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schnecke eine in Strömungsrichtung kontinuierlich abnehmende Steigung aufweist. Eine derartige Vorrichtung kann daher auch bei großen Strömungsgeschwindigkeiten, z. B. in der Größenordnung von 50 m/sek, und in Luftkonditionierungsanlagen in Flugzeugen verwendet werden, wo die Vorrichtung möglichst klein und leicht ausgebildet sein soll und wo im Hinblick auf eine minimale Leistungsdimensionierung ein möglichst geringer Druckabfall auftreten soll. Dementsprechend hat die eifindungsgemäße Vorrichtung auch einen hohen Wirkungsgrad bei der Abscheidung flüssiger und/oder dampfförmiger Medien aus Trägergasen, was inbesondere bei der Luftentfeuchtung in Luftkonditionierungsanlagen in Flugzeugen von Vorteil ist, da dort Dampfniederschläge auf Navigations- und anderen Überwachungsinstrumenten die Flugsicherheit beeinträchtigen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben

sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht einer Abscheidevorrichtung,
Fig.2 einen Längsschnitt der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig.3 eine vergrößerte Seitenansicht der Schnecke der Vorrichtung der F i g. 2 und

F i g. 4 und 5 einen Längsschnitt und eine Rückansicht

to einer weiteren Ausführung einer Abscheidevorrichtung.

Gemäß Fig. 1 hat die Abscheidevorrichtung die

äußere Form eines zylindrischen Rohres 1, das ein offenes Ende 2 zum Einströmen des dampfhaltigen, gekühlten Gases, z. B. Luft, in der dargestellten Pfeilrichtung und ein offenes Ende 9 zum Ausströmen des entfeuchteten Gases bzw. der entfeuchteten Luft in Pfeilrichtung hat. Das Rohr 1 weist ferner eine manschettenartige Erweiterung 14 auf, in welcher das abgeschiedene Wasser gesammelt wird und an welche eine Leitung 15 zum Ableiten des gesammelten Wassers angeschlossen ist. Das Rohr 1 wird mit dem Ende 2 an die Austrittsöffnung eines nicht dargestellten Gas- bzw. Luftkühlgerätes angeschlossen. Das ausgangsseitige Ende 9 wird mit einer oder mehreren weiteren, nicht dargestellten Rohrleitungen verbunden, durch welche die gekühlte, zum größten Teil von Wasser befreite Luft an die gewünschten Ausströmorte geführt wird. Das in Fig. 1 dargestellte, rohrförmige Wasserabscheidegerät stellt demnach einen Teil der vom Kühlgerät zum Verbrauchsort verlegten Luftleitung dar. Da in den meisten Fällen eine Aufstellung des Kühlgerätes direkt am Orte, an welchem die konditionierte Luft gebraucht wird, nicht erwünscht ist oder nicht möglich ist, muß eine Verbindungsleitung ohnedies vorgesehen werden. Das dargestellte Wasserabscheidegerät ersetzt diese Verbindungsleitung teilweise oder vollständig, so daß es in vorteilhafter Weise keinen zusätzlichen Raum beansprucht.
Weitere Einzelheiten der in Fig. 1 beispielsweise dargestellten Vorrichtung werden im folgenden anhand der F i g. 2 und 3 beschrieben. An das offene Ende 2 des Rohres 1, durch welches die dampfhaltige, gekühlte Luft einströmt, schließt sich eine gerade Rohrstrecke 3 an, in welcher die Erzeugung von Kondensat aus Dampf bewirkt wird. Hierauf folgt ein Rohrabschnitt 4, der eine leichte Krümmung aufweisen kann und der als Strömungsstrecke für das Wassertröpfchen-Luft-Gemisch vorgesehen ist, falls das Rohr 1 aus Platzgründen nicht in seiner ganzen Länge geradlinig verlegt werden kann. Der Rohrabschnitt 4 kann aber auch weggelassen werden. Die Länge des Abschnitts 4 und dessen Krümmung sind mithin völlig irrelevant bezüglich der Funktion der Vorrichtung.

Der gegebenenfalls vorhandene Rohrabschnitt 4 kann durch Kupplungen trennbar mit dem Rohrabschnitt 3 und dem Rohrabschnitt 5 verbunden sein, so daß die zur eigentlichen Vorrichtung gehörenden Abschnitte 3 einerseits und 5 bis 8 andererseits vollständig getrennte Einheiten bilden können. Auch wenn kein Rohrabschnitt 4 vorhanden ist, können die Rohrabschnitte 3 und 5 durch eine Kupplung trennbar miteinander verbunden sein.

Anschließend ist ein gerader Rohrabschnitt 5 vorgesehen, in welchem dem axial strömenden Gemisch

^h5 eine stromabwärts kontinuierlich schneller werdende Rotation um die Strömungsachse überlagert wird, so daß die schweren Wassertröpfchen in einem nachfolgenden, geradlinigen, als Wanderstrecke vorgesehenen

Rohrabschnitt 6 aufgrund ihrer größeren Zentrifugalkraft an die Wand des Rohres 1 drängen, während die leichtere Luft nach innen in den Bereich um die ■lohrachse verdrängt wird. Diese Wanderstrecke stellt ein wesentliches Funktionselement der Vorr-chtung dar. Seine optimale Länge liegt im Bereich vom 1- bis 2fachen des Innendurchmessers dieses Rohrteils. In dem darauffolgenden Rohrabschnitt 7 werden die abgetrennten Wassertröpfchen zum größten Teil ausgeschieden und durch die Leitung 15 entfernt.

Ein weiterer gerader Rohrabschnitt 8 dient dazu, die immer noch vorhandene Komponente schneller Rotation der weiterströmenden Luft kontinuierlich wieder zu eliminieren, so daß am austrittsseitigen Ende 9 des Rohres 1 nur noch eine mindestens angenähert axiale Luftströmung vorhanden ist. Die gleiche Wirkung kann dadurch erzielt werden, daß anstelle des Rohrabschnitts 8 eine Evolute Ϊ8 vorgesehen ist, wobei die Luft tangential und senkrecht zum vorangehenden Rohrabschnitt weggeführt wird, wie dies aus den F1 g. 4 und 5 ersichtlich ist.

In dem Rohrabschnitt 3 ist ein aus einem feinmaschigen Netz dünner Metalldrähte und stützenden Blechrippen bestehendes Bauteil 10 angeordnet. Dieses hat die Aufgabe, einen möglichst großen Teil des in der einströmenden, gekühlten Luft vorhandenen Dampfes auszuscheiden. Die mit dem Durchtritt des Gases durch das Netz verbundene stoßartige Druckänderung und die in deren Gefolge eintretende Temperaturverminderung verbessern die Vorbedingungen für eine derartige jo Ausscheidung, so daß die von dem aus entsprechendem Metall hergestellten Netz abgegebenen Metall-Moleküle als Kondensationskerne mit katalytischer Wirkung die Bildung von Wassertröpfchen veranlassen. Es ist also z. B. möglich, ein Netz aus rostfreiem Stahldraht als sogenanntes Kondensiergitter zu benützen und dieses gegebenenfalls mit einem weiteren Katalysator zu kombinieren, z. B. mit Silberjodid. Mit Vorteil weist das Bauteil 10 die Form der Oberfläche eines Kegels auf, dessen Achse in der Strömungsachse liegt und dessen Spitze gegen die Strömung gerichtet ist. Die Grundfläche des Kegels entspricht hierbei ungefähr dem Querschnitt des Rohres 1. Das Bauteil 10 kann durch ein selbsttragendes Geflecht oder/und durch Blechrippen gestützt ausgebildet sein, das in das Rohr 1 eingeschoben ist und an der gewünschten Stelle, beispielsweise durch Anschläge wie Nietstifte gegen ein Verschieben gesichert ist.

Das in dem Rohrabschnitt 5 angeordnete Drallorgan, das die Rotation der Luftströmung erzeugt, besteht aas so einer fest eingebauten, einteiligen und aus einem einzigen Werkstück bestehenden Schnecke 11. Die beiden Flächen der Schnecke 11 bilden zusammen mit der zylindrischen Wand des Rohres 1 zwei schneckenförmige Kanäle, durch welche die Luft strömt und welche demnach der Luftströmung den gewünschten Drall vermitteln.

Die Schnecke 11 ist so geformt, daß ihre Steigung in Strömungsrichtung von einem unendlich großen Wert progressiv und kontinuierlich auf einen sehr kleinen to Wert abnimmt. Dadurch wird die Luftströmung sukzessive umgelenkt, so daß Druckverluste infolge Abreißen der Strömung an der Eintrittskante 1Γ vermieden werden.

In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der in Fig. 2 f>"> schematisch gezeigten Schnecke 11 in vergrößerter Seitenansicht dargestellt. Die Schnecke 11 weist einen halben Gang auf und ist an ihrer Eintrittskante 11' und/oder an ihrer Austrittskante profiliert. Sie kann beispielsweise mittels einer programmgesteuerten Fräsmaschine aus vollem Material gefräst oder auch durch Verdrehen eines Blechstreifens in einer Einspannvorrichtung, welche die gewünschte progressive Steigung bewirkt, hergestellt werden. Die auf den Innendurchmesser des Rohres 1 (Fig.2) überdrehte Schnecke 11 wird in das Rohr 1 eingeschoben und an der vorgesehenen Stelle (Rohrabschnitt 5) beispielsweise durch in das Rohr eingesetzte Nietstifte gegen Verschieben und Verdrehen gesichert.

In dem Rohrabschnitt 7 sind in der Wand des Rohres 1 schräg, ungefähr quer zur an der Wandung herrschenden resultierenden Strömungsrichtung verlaufende und sich in der Strömungsrichtung überdeckende Schlitze 13 angeordnet. Zudem ist der Rohrabschnitt 7 von einem äußeren Mantel 14 umgeben, dessen Innenwand mit der Außenwand des Rohres 1 einen ringförmigen Raum begrenzt. Die von dem Rohrabschnitt 6 an der Innenwand des Rohres 1 entlanglaufenden Wassertröpfchen treten durch die Schlitze 13 nach außen und werden durch den Mantel 14 gesammelt, worauf sie durch die nach unten führende Leitung 15 ins Freie treten. Die Leitung 15 weist eine Verengung 16 auf, welche eine Drossel für die mit den Wassertröpfchen durch die Schlitze 13 in den Mantel 14 gelangende Luft darstellt und dadurch den Verlust von Luft gering hält. Der Mantel liegt vorteilhafterweise exzentrisch bezüglich dem Gasrohr.

In dem letzten Rohrabschnitt 8 ist ein Bauteil angeordnet, das die Rotation der Luftströmung wieder eliminiert und das ebenfalls aus einer fest eingebauten Schnecke 12 besteht, die jedoch zur ersten Schnecke U entgegengesetzt gerichtet angeordnet ist und deren Steigung von einem sehr kleinen Wert progressiv auf einen sehr großen Wert zunimmt. Die Schnecke 12 ist in vorteilhafter Weise spiegelbildlich zu der in Fig.3 dargestellten Schnecke 11 und im übrigen genau gleich wie diese ausgebildet.

Der gerade Rohrabschnitt 8 und die darin angeordnete Schnecke 12 können auch ersetzt werden durch eine Evolute 18, wie sie in den F i g. 4 und 5 dargestellt ist. Die Evolute 18 ist eine exzentrisch angeordnete Sammelkammer, die die Rotation der weiterströmenden Luft dadurch eliminiert, daß die Luft in einer Ausbuchtung von zunehmendem Querschnitt gesammelt und nach fast einem Umlauf schließlich tangential zum Rohr, senkrecht zur ursprünglichen Strömungsachse, weggeführt wird.

Mit der durch die Erzeugung der Rotation in dem Abschnitt 5 hinzutretenden neuen Geschwindigkeitskomponente ist ein Abfall des statischen Druckes in der Strömung verbunden. Bei der Eliminierung der Rotation in dem Abschnitt 8 oder in der Evolute 18 wird dieser Druckabfall zum größten Teil wieder zurückgewonnen, womit der in der gesamten Vorrichtung zwischen dem Eintritt 2 und dem Austritt 9 meßbare Druckverlust wesentlich verringert wird.

Das eintrittsseitige Ende 2 und das austrittsseitige Ende 9 des Rohres 1 haben den gleichen Durchmesser wie die vorangehenden bzw. nachfolgenden Leitungen des Luftkonditionierungssystems. Die Rohrabschnitte 3, 4,5,6,7 und 8 sind von gleichem Durchmesser oder nur unwesentlich größer als die genannten Leitungen. Die Länge der Vorrichtung vom Ende 2 bis 9 ist, ohne den Abschnitt 4, aber mit dem Abschnitt 8, etwa lOmal größer als der Rohrdurchmesser. Der Rohrabschnitt 4 kann, wie bereits erwähnt, eerade oder auch gekrümmt

und beliebig lang sein. Diese Eigenschaften der Vorrichtung bewirken, zusammen mit der Tatsache, daß in den meisten Fällen zwischen dem Kühlgerät und dem mit konditionierter Luft zu versehenden Raum eine gewisse Leitungslänge ohnehin notwendig ist, daß der zusätzliche Raumbedarf auf den zusätzlichen Raumbedarf bei dem Rohrabschnitt 7, d. h. auf den Raumbedarf für den Mantel 14 und die Leitung 15 sowie eventuell für die Evolute 18 beschränkt bleibt. Da die Wandung der Rohrabschnitte 3, 4, 5, 6, 7 und 8 der normalerweise ohnehin vorhandenen Rohrleitungswandung entspricht, besteht das Mehrgewicht der Vorrichtung gegenüber einer einfachen Leitung lediglich aus dem Gewicht des netzförmigen und gestützten Bauteils 10, der beiden Schnecken 11 und 12, des Mantels 14 und der Ablaufleitung 15, was eine nur unwesentliche Gewichtsvergrößerung darstellt. Schließlich weist die beschriebene Vorrichtung den Vorteil auf, daß der Abscheidungswirkungsgrad verhältnismäßig groß ist, d. h. beispielsweise 60%, und daß die hierfür vorgesehenen Mittel einfach und ohne besonders große Kosten hergestellt werden können, und daß ferner die Vorrichtung praktisch wartungsfrei ist, weil keine bewegten Teile und nichtmetallisches Material vorhanden sind.

ίο Damit die im Kühlgerät gekühlte Luft, das der Vorrichtung vorgeschaltet ist, sich im Bereich der Vorrichtung nicht zu stark wieder erwärmen kann, ist es zweckmäßig, das Rohr 1 (F i g. 2) mit einer Isolierschicht 17 zu umhüllen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abscheiden eines flüssigen und/oder dampfförmigen Mediums aus einem Trägergas mit einem in einem Rohr angeordneten, als Schnecke ausgebildeten Drallorgan, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnecke (11) eine in Strön;ungsrichtung kontinuierlich abnehmende Steigung aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Schnecke (11) in Strömungsrichtung von gegen unendlich auf einen sehr kleinen Wert abnimmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnecke (U) in Strömungsrichtung eine Evolute (18) oder eine zweite Schnecke (12), deren Steigung in Sirömungsrichtung von einem sehr kleinen Wert kontinuierlich auf einen sehr großen Wert ansteigt, nachgeschaltet ist.