DE19953227A1

DE19953227A1 - Zyklonartiges Luftfilter mit einem elektrostatischen Abscheider

Info

Publication number: DE19953227A1
Application number: DE1999153227
Authority: DE
Inventors: Arndt Doehler; Manfred Lauer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-11-05
Filing date: 1999-11-05
Publication date: 2001-05-10
Also published as: EP1097749A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein zyklonartiges Luftfilter, insbesondere Ansaug-Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, mit einem elektrostatischen Abscheider in Form einer Hochspannungs-Elektrode und einer Niederschlags-Elektrode, zwischen denen der zu reinigende Luftstrom hindurchgeführt wird, wobei dieser Luftstrom im wesentlichen tangential in das einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Luftfilter-Gehäuse eingeleitet wird und dieses im wesentlichen zentral verläßt. Erfindungsgemäß ist eine der beiden Elektroden als eine sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Luftfilter-Gehäuses erstreckende und im Querschnitt als Spirale geformte Leitwand ausgebildet, die den zu reinigenden Luftstrom in das Zentrum des Luftfilter-Gehäuses führt. Dabei kann die Leitwand abschnittsweise einen Kanal bilden, in dem die andere Elektrode sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Luftfilter-Gehäuses erstreckend im wesentlichen zentral angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein zyklonartiges Luftfilter, insbesondere Ansaug- Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, mit einem elektrostatischen Abschei der in Form einer Hochspannungs-Elektrode und einer Niederschlags-Elek trode, zwischen denen der zu reinigende Luftstrom hindurchgeführt wird, wobei dieser Luftstrom im wesentlichen tangential in das einen im wesentli chen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Luftfilter-Gehäuse eingeleitet wird und dieses im wesentlichen zentral verläßt. Ein derartiges Luftfilter ist aus der DE 30 19 174 A1 bekannt.

Übliche Ansaugluftfilter für Brennkraftmaschinen sind als Papierfilter ausge bildet, d. h. der Ansaugluftstrom der Brennkraftmaschine wird durch einen ziehharmonikabalgartig gefalteten Papierfilterstreifen hindurchgeführt, der einen nicht unerheblichen Strömungswiderstand bildet und sich somit auf den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine negativ auswirkt. Insbe sondere wenn die Brennkraftmaschine in einer besonders staubigen Umge bung, d. h. mit stark staubhaltiger Ansaugluft betrieben werden soll, kann diesem Papierfilter noch ein sog. Zyklonabscheider vorgeschaltet sein, in welchem der Ansaug-Luftstrom quasi spiralfömig in ein Zentrum geleitet wird und wobei durch Fliehkraftwirkung Staubpartikel nach außen hin und somit vom Zentrum weg abgeschieden werden.

Ein derartiger Zyklonabscheider ist auch im eingangs genannten elektrosta tischen Luftfilter nach der DE 30 19 174 A1 enthalten. Insbesondere jedoch weist dieser bekannte Luftfilter anstelle der üblichen Papierfilterelemente eine sog. Hochspannungs-Elektrode sowie eine sog. Niederschlags- Elektrode auf, zwischen denen der zu reinigende Luftstrom hindurchgeführt wird. An der Hochspannungs-Elektrode liegt eine geeignet hohe elektrische Spannung (bspw. in der Größenordnung von 16000 Volt) an, so daß sich zwischen der Hochspannungs-Elektrode und der (auf Masse gelegten) Nie derschlags-Elektrode eine Corona bildet, in der die Staubpartikel des hin durchgeführten Luftstromes ionisiert bzw. aufgeladen werden, so daß sich diese an der Niederschlags-Elektrode absetzen. Letztere muß dann gele gentlich auf geeignete Weise gereinigt werden.

Ein solcher elektrostatischer Abscheider setzt dem hindurchgeführten Luft strom nahezu keinen Widerstand entgegen und ist somit im Hinblick auf Strömungsverluste erheblich günstiger als die üblichen Papierfilter. Bei dem aus der bereits mehrfach genannten DE 30 19 174 A1 bekannten zyklonarti gen Luftfilter mit elektrostatischem Abscheider läßt jedoch der Abscheide- Wirkungsgrad zu wünschen übrig, d. h. die Staubabscheidung erfolgt nicht so umfassend bzw. ausgeprägt wie bei den üblichen Papierfiltern. Dies mag zum einen daran liegen, daß der zu reinigende Luftstrom nicht in ausrei chendem Maße zyklonartig bzw. spiralfömig durch das dort gezeigte Luftfil ter-Gehäuse hindurchgeführt wird, zum anderen aber auch daran, daß ein nicht unerheblicher Teil des Luftstromes an dem genannten Corona-Feld vorbei gelangen kann ohne dieses zu durchdringen bzw. zu passieren, so daß ein Teil der im durch das Luftfilter hindurchgeführten Luftstrom enthalte nen Staubpartikel überhaupt nicht ionisiert wird und somit auch nicht abge schieden werden kann.

An einem zyklonartigen Luftfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer sich ein verbesserter Abscheide- Wirkungsgrad ergibt, ist Aufgabe der vorliegenden Endung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Elektroden als eine sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Luftfilter-Gehäuses erstreckende und im Querschnitt als Spirale geformte Leitwand ausgebildet ist, die den zu reinigenden Luftstrom in das Zentrum des Luftfilter-Gehäuses führt. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist innerhalb des Luftfilter-Gehäuses eine spezielle Leit wand vorgesehen, die den zu reinigenden Luftstrom wie gewünscht führt, d. h. der im wesentlichen tangential in das im Querschnitt im wesentlichen kreisförmige Luftfilter-Gehäuse eintretende Luftstrom wird durch die im Querschnitt als Spirale geformte Leitwand gezielt spiralförmig in das Zentrum des Luftfiltergehäuses geführt, von wo dieser Luftstrom dann wie üblich - insbesondere durch ein sich im Zentrum in Richtung der Längsachse des Luftfilter-Gehäuses erstreckendes Rohr - aus dem Luftfilter-Gehäuse heraus geführt wird bzw. werden kann. Aufgrund dieser gezielten zyklonartigen Füh rung des zu reinigenden Luftstromes kann offensichtlich der Fliehkrafteffekt zur Abscheidung von Staubpartikeln verbessert wirken.

Im Sinne einer besonders vorteilhaften Funktionsvereinigung bildet diese genannte Leitwand gleichzeitig eine der beiden Elektroden des elektrostati schen Abscheiders, wodurch sichergestellt ist, daß der vollständige durch das Luftfilter-Gehäuse geführte Luftstrom dem besagten Corona-Feld, wel ches zwischen den beiden Elektroden und somit zwischen der Leitwand und der anderen Elektrode vorliegt, ausgesetzt ist.

Bevorzugt kann die sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Luftfilter-Gehäuses erstreckende und im Querschnitt (d. h. in einer Ebene senkrecht zur besagten Längsachse) zu einer Spirale geformte Leitwand abschnittsweise einen Kanal bilden, durch den hindurch der zu reinigende Luftstrom geführt wird. Hierfür muß die Leitwand lediglich so weit zu einer Spirale "aufgewickelt" sein, daß ein weiter innen liegender Leitwand- Abschnitt zusammen mit einem weiter außen liegenden Leitwand-Abschnitt die den besagten Kanal begrenzenden Wände darstellen. Eine derartige Ausbildung hat den Vorteil, daß der in diesem Kanal geführte Luftstrom in besonders intensiven Kontakt mit der Leitwand und somit auch mit der (einen) Elektrode des elektrostatischen Abscheiders kommt. Bevorzugt ist bei einer derartigen Ausbildung die andere Elektrode zentral in diesem Kanal derart angeordnet, daß sie sich analog zur Leitwand im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Luftfilter-Gehäuses erstreckt.

Bevorzugt fungiert die Leitwand als sog. Niederschlags-Elektrode, insbeson dere wenn deren Fläche größer ist als diejenige der bspw. zentral im ge nannten Kanal angeordneten Hochspannungs-Elektrode, da sich dann auf der Niederschlags-Elektrode eine größere (abgeschiedene) Staubpartikel menge absetzen kann und somit diese Niederschlags-Elektrode seltener gereinigt werden muß. Zur Verstärkung des Corona-Feldes zur (lokalen) Er höhung der Feldliniendichte im Corona-Feld können ferner auf der Oberflä che der Hochspannungs-Elektrode punktförmige oder im wesentlichen in Strömungsrichtung des Luftstromes verlaufende linienförmige Erhebungen vorgesehen sein.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbei spieles weiter erläutert, wobei die beigefügte Fig. 1 den Querschnitt (Schnitt I-I aus Fig. 2) eines erfindungsgemäßen Luftfilters und Fig. 2 den zentralen Längsschnitt (Schnitt II-II aus Fig. 1) zeigt. Erfindungswesentlich können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.

Mit der Bezugsziffer 1 ist das Gehäuse des Luftfilters bezeichnet, das wie ersichtlich einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzt und sich senkrecht hierzu in Richtung einer zentralen sog. Längsachse 2 erstreckt.

Über einen im wesentlichen tangential zum besagten Querschnitt münden den Ansaugtrichter 3 wird ein zu reinigender, d. h. insbesondere von Staub partikeln oder dgl. zu befreiender Luftstrom (dieser ist durch Pfeile 4 darge stellt und wird im weiteren mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet) in das Luftfilter- Gehäuse 1 eingeleitet. Zentral in diesem und sich dabei im wesentlichen in Richtung der Längsachse 2 erstreckend ist ein Abführrohr 5 angeordnet, durch welches der dann gereinigte Luftstrom 4 wieder aus dem Luftfilter- Gehäuse 1 herausgeführt wird. Dabei kann der Luftstrom 4 über Durchbrü che 6, die in der innerhalb des Gehäuses 1 liegenden Wand des Abführroh res 5 vorgesehen sind, in den Innenraum dieses Abführrohres 5 gelangen.

Dieses Abführrohr 5 quasi umhüllend, dabei jedoch von diesem beabstan det, ist im Gehäuse 1 eine sog. Leitwand 7 angeordnet, die sich im wesentli chen in Richtung der Längsachse 2 erstreckt und die im Querschnitt (vgl. Fig. 1) zu einer Spirale geformt ist. Diese Leitwand 7 ist dabei derart ange ordnet, daß sie den über den Ansaugtrichter 3 in das Gehäuse 1 eintreten den Luftstrom 4 in das Zentrum des Luftfilter-Gehäuses 1 und somit zum Abführrohr 5 hin führt. Dabei ist die Leitwand 7 soweit zu einer Spirale "gewickelt", d. h. bezüglich der Längsachse 2 über ein Winkelsegment, das 360° (und somit einen Vollkreis) erheblich überschreitet, spiralförmig ausge bildet, daß diese Leitwand 7 abschnittsweise einen Kanal 8 bildet, der innen seitig sowie außenseitig jeweils von der Leitwand 7 begrenzt wird. Innerhalb dieses Kanales 8 bzw. zumindest innerhalb einer Teilstrecke dieses Kanales 8 ist zentral zwischen den Kanalwänden bzw. den beiden Abschnitten der Leitwand 7 ein der Kanalform angepaßtes Zwischenblech 9 angeordnet, das sich ebenfalls in Richtung der Längsachse 2 erstreckt.

Dieses Zwischenblech 9 bildet zusammen mit der Leitwand 7 einen elektro statischen Abscheider für die im Luftstrom 4 enthaltenen Staubpartikel oder dgl. Hierfür ist an das Zwischenblech 9 eine hohe elektrische Spannung an gelegt (bspw. in der Größenordnung von 30 kV), so daß dieses Zwischen blech 9 als Hochspannungs-Elektrode fungiert, für die im weiteren ebenfalls die Bezugsziffer 9 verwendet wird. Die Leitwand 7 hingegen ist elektrisch auf Masse gelegt und bildet somit die entsprechende Gegen-Elektrode, für die im weiteren der Begriff "Niederschlags-Elektrode" sowie (ebenfalls) die Be zugsziffer 7 verwendet wird.

Zwischen der Hochspannungs-Elektrode 9 und der Niederschlags-Elektrode 7 bildet sich aufgrund der angelegten elektrischen Hochspannung im Kanal 8 ein Corona-Feld 10 aus, welches durch Graufärbung verdeutlicht ist. Durch dieses Corona-Feld 10 hindurch wird der im Luftfilter zu reinigende Luftstrom 4 vollständig hindurchgeführt, und zwar von der Leitwand 7. Im Luftstrom 4 enthaltene Staubpartikel oder dgl. werden in diesem Corona-Feld 10 ionisiert und werden daher von der Niederschlags-Elektrode 7 elektrisch angezogen und lagern sich demzufolge an dieser, d. h. an der Leitwand 7 ab. Größere Staubpartikel hingegen werden aus dem Luftstrom 4 bereits abgeschieden, noch ehe dieser in den Kanal 8 gelangt. Dies erfolgt aufgrund des Zyklonef fektes bzw. unter Zentrifugalkraft-Einfluß, und zwar in dem mit der Bezugs ziffer 11 bezeichneten sog. Zyklon-Kanal, der innenseitig von einem Ab schnitt der Leitwand 7 und außenseitig von der Wand des Luftfilter- Gehäuses 1 begrenzt wird. Die im Bereich des Zyklon-Kanals 11 durch Zen trifugalkraft abgeschiedenen, d. h. nach außen vom Zentrum bzw. von der Längsachse 2 weggeschleuderten Staubpartikel sind dabei figürlich durch Pfeile 12 verdeutlicht. Unter Schwerkrafteinfluß gelangen diese zum Boden des Gehäuses 1 und werden über eine dort vorgesehene Austrittsöffnung 13 abgeführt.

Zusammengefaßt befindet sich somit im Luftfilter-Gehäuse 1 zunächst ein Zyklon-Staubabscheider, und zwar im Bereich des sog. Zyklon-Kanales 11, und (in Luft-Strömungsrichtung betrachtet) dahinter ein elektrostatischer Ab scheider, und zwar im Bereich des Corona-Feldes 10. Beide Abscheider muß ein zu reinigender, über den Ansaugtrichter 3 in das Gehäuse 1 eintre tender Luftstrom 4 vollständig passieren, ehe er das Gehäuse 1 über das Abführrohr 5 wieder verlassen kann. Ein bestmöglicher Abscheide-Wirkungs grad ist somit gewährleistet, nennenswerte Strömungshindernisse hingegen werden dem Luftstrom 4 nicht entgegengesetzt. Im übrigen kann die an die Hochspannungs-Elektrode 9 angelegte elektrische Spannung derart geregelt werden, daß sie nur geringfügig unterhalb der sog. Durchschlagsspannung liegt, um einen maximalen Abscheidegrad im elektrostatischen Abscheider zu gewährleisten. Zur Erhöhung der Feldliniendichte im Corona-Feld 10 sind weiterhin auf der Oberfläche der Hochspannungs-Elektrode 9 punktförmige Erhebungen 14 vorgesehen, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Bezugszeichenliste

1

Luftfilter-Gehäuse

2

Längsachse

3

Ansaugtrichter

4

Luftstrom (Pfeile)

5

Abführrohr

6

Durchbruch (in der Wand von

5

)

7

Leitwand = Niederschlags-Elektrode

8

Kanal

9

Zwischenblech = Hochspannungs-Elektrode

10

Corona-Feld

11

Zyklon-Kanal

12

Staubpartikel (Pfeile)

13

Austrittsöffnung (für

12

)

14

Erhebung

Claims

1. Zyklonartiges Luftfilter, insbesondere Ansaug-Luftfilter für eine Brenn kraftmaschine, mit einem elektrostatischen Abscheider in Form einer Hochspannungs-Elektrode (9) und einer Niederschlags-Elektrode (7), zwischen denen der zu reinigende Luftstrom (4) hindurchgeführt wird, wobei dieser Luftstrom (4) im wesentlichen tangential in das einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Luftfilter- Gehäuse (1) eingeleitet wird und dieses im wesentlichen zentral ver läßt, dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Elektroden (7, 9) als eine sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse (2) des Luftfil ter-Gehäuses (1) erstreckende und im Querschnitt als Spirale ge formte Leitwand (7) ausgebildet ist, die den zu reinigenden Luftstrom (4) in das Zentrum des Luftfilter-Gehäuses (1) führt.

2. Luftfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwand (7) abschnittsweise einen Kanal (8) bildet, in dem die andere Elektrode (9) sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse (2) des Luftfilter-Gehäuses (1) erstrec kend im wesentlichen zentral angeordnet ist.

3. Luftfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Hochspan nungs-Elektrode (9) punktförmige oder im wesentlichen in Strömungs richtung des Luftstromes (4) verlaufende linienförmige Erhebungen (14) vorgesehen sind.