DE3826454A1 - Vorrichtung zur abscheidung von verunreinigungen aus gas - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Ab­ scheidung von Verunreinigungen aus Gas mit einem durch­ strömten Gehäuse, einer in einem Einlaßbereich angeord­ neten Dreh-Verwirbelungseinrichtung, einem im Strömungs­ weg stromauf eines Auslaßbereichs angeordneten Filter­ element und einer am Gehäuse ausgebildeten Ablaßvorrich­ tung für Verunreinigungen.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DD-PS 1 42 500 bekannt. Bei dieser Vorrichtung, welche insbesondere zur Reinigung von flüssigen Medien dient, wird das zu reinigende Medium mittels einer Verwirbe­ lungseinrichtung in Drehung versetzt, wobei, bedingt durch den Schwerkrafteinfluß, die Verunreinigungen an der Außenwandung des Gehäuses angelegt werden und an dieser entlanggleiten, um in die Ablaßvorrichtung ab­ geführt zu werden. Andere Verunreinigungen werden durch das Filterelement abgefiltert und zurückgehalten. Bei der Reinigung von Gasen geringer Feuchtigkeit ist es bei dieser Vorrichtung erforderlich, dem Gas Wasser oder eine andere Flüssigkeit beizufügen, um sowohl auf dem Filter als auch auf der Gehäusewandung einen Schutzfilm aufrechtzuerhalten. Diese Vorgehensweise erweist sich als nachteilig, da die Zugabe einer Flüssigkeit zu einem Gas einen hohen gerätetechnischen Aufwand erforderlich macht und da es für verschiedene Anwendungszwecke not­ wendig ist, das Gas anschließend wieder zu trocknen. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, daß diese einen sehr großen Platzbedarf benötigt, da das Gehäuse einen ausreichenden Durchmesser aufweisen muß, um eine Verwirbelung des Gases zu gestatten, durch welche die Partikel durch Schwerkrafteinfluß an die Gehäusewandung angelegt werden. Weiterhin besteht bei dieser Vorrichtung der Nachteil, daß das Filter sehr leicht verstopft, da die flüssigen und festen Verunrei­ nigungen beide in dem Innenraum des Gehäuses bewegt werden und über die gemeinsame Auslaßöffnung abgeschie­ den werden müssen. Unter ungünstigen Strömungsverhält­ nissen können sich größere Ansammlungen von flüssigen und festen Verunreinigungen bilden, welche zusätzlich zu der Verstopfung des Filterelements zu einer Behinderung der Durchströmung des Gehäuses führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau und betriebssicherer Anwendbarkeit die Abscheidung von Verunreinigungen aus einem Gas ermög­ licht und dabei sowohl die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, als auch eine hohe Durchsatzleistung aufweist und leicht zu reinigen ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Dreh-Verwirbelungseinrichtung in Form eines im wesentli­ chen rohrförmigen, radial nach außen in den Gehäuse­ innenraum geöffnete Auslaßöffnungen aufweisenden Zyklons ausgebildet ist und daß das Filterelement rohrförmig ausgebildet und im Innenraum des Zyklons angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. Durch die Verwen­ dung eines Zyklons ist es möglich, zwischen dem Außen­ bereich des Zyklons und der Gehäusewandung einen Frei­ raum vorzusehen, welcher nicht durchströmt wird, sondern ausschließlich der Absonderung der Verunreinigungen und der Zuleitung der Verunreinigungen zu der Ablaßvorrich­ tung dient. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Zyklons besteht darin, daß es auf einfache und betriebs­ sichere Weise möglich ist, der Strömung eine vorgegebene Strömungsrichtung aufzuerlegen, durch welche bestimmte Verunreinigungen, beispielsweise Flüssigkeitstropfen oder größere Partikel unter Zentrifugalkrafteinfluß nach außen bewegt werden können.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Filterelements besteht darin, daß dieses von der durch den Zyklon hervorgerufe­ nen Strömung bzw. Zentrifugation im wesentlichen unbe­ einflußt ist und ein ungestörtes Durchtreten der Gas­ strömmung ermöglicht. Da erfindungsgemäß das Filter­ element sich über die gesamte Länge des Zyklons er­ streckt, ist eine ausreichende Filterfläche geschaffen, welche bei im wesentlichen gleichmäßigen Strömungsver­ hältnissen einen ausreichenden Durchtritt der Gas­ strömung durch das Filterelement ermöglicht.

Erfindungsgemäß erweist es sich weiterhin als günstig, daß an der gleichen Wegstrecke der Durchströmung der Vorrichtung sowohl eine Abscheidung von schwereren Ver­ unreinigungen, beispielsweise Flüssigkeitstropfen durch den Zyklon erfolgt, als auch eine Abscheidung feiner Partikel durch das Filterelement. Durch diese Maßnahme wird verhindert, daß die größeren, mittels des Zyklons abgeschiedenen Partikel an das Filterelement gelangen und dieses verstopfen können. Weiterhin wird verhindert, daß durch Ansammlungen größerer, durch den Zyklon abge­ schiedener Partikel das Strömungsverhalten innerhalb des Zyklons behindert wird bzw. der zur Durchströmung vorge­ sehene Querschnitt verringert wird.

Da die größeren Partikel durch die in dem Zyklon statt­ findende Gaszentrifugation ausgeschieden werden, erfolgt eine Absonderung dieser Partikel oder Flüssigkeits­ tropfen durch Einwirkung der Zentrifugalkraft, so daß es möglich ist, die erfindungsgemäße Vorrichtung in waage­ rechter, senkrechter oder beliebig geneigter Stellung zu verwenden.

In einer günstigen Weiterbildung der Vorrichtung ist vorgesehen, daß das Filterelement nur an seiner radialen Umfangsfläche mit Gasdurchtrittsöffnungen versehen ist und im Bereich der Einströmseite eine zum Filterelement- Innenraum hin geschlossene Wandung aufweist. Bei dieser Ausgestaltung wird sichergestellt, daß die Gasströmung zuerst der Einwirkung des Zyklons unterworfen wird, be­ vor diese durch das Filterelement durchtreten kann. Es wird somit verhindert, daß Tropfen oder größere Parti­ kel den Anströmbereich des Filterelements verstopfen oder zusetzen.

In einer weiteren, besonders günstigen Ausgestaltung der Erfindung ist im Filterelement-Innenraum ein sich in axialer Richtung verjüngendes Strömungsleitelement an­ geordnet. Dieses kann sich in einer vorteilhaften Wei­ terentwicklung über die gesamte wirksame Länge des Fil­ terelements erstrecken, wobei es günstig sein kann, das Strömungsleitelement kegelförmig auszubilden. Mittels des Strömungsleitelementes kann die Strömung im Innen­ raum des Filterelements, d. h. die durch das Filter­ element durchgetretene Gasströmung beeinflußt werden. Dies kann wünschenswert sein, um Wirbelbildungen zu vermeiden oder um laminare oder turbulente Strömungs­ verhältnisse zu schaffen. Weiterhin ist es mittels des Strömungsleitelements möglich, die Strömung gleichmäßig über die gesamte Filterfläche des Filterelements zu ver­ teilen. Bei einem kegelförmig ausgebildeten Strömungs­ leitelement, welches sich in Strömungsrichtung verjüngt, wird in axialer Richtung des Filterelements der zur Ver­ fügung stehende Durchströmungsraum stetig vergrößert, so daß auch die in Strömungsrichtung weiter von der An­ strömseite entfernt angeordneten Filterbereiche gleich­ mäßig durchströmt werden können.

Der Zyklon ist bevorzugterweise so ausgebildet, daß er mehrere, im Bereich des Filterelements angeordnete Aus­ laßschlitze aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, daß an der Außenseite des Zyklons angrenzend an die Auslaß­ schlitze nach außen weisende Leitelemente angeordnet sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Flüssigkeitstropfen abgeschieden werden sollen, da diese sich im Bereich der Auslaßschlitze und/oder der Leit­ elemente sammeln und in Form von größeren Tropfen ab­ fallen können. Durch geeignete Ausgestaltung der Leit­ elemente ist es weiterhin möglich, den Einfluß der Schwerkraft auszugleichen und beispielsweise zu einem ungestörten Abtropfen von Flüssigkeitstropfen zu sorgen.

In günstiger Weise ist das Filterelement in Form eines Separators ausgebildet, um bestimmte Phasen von Substan­ zen in gezielter Weise aus der Gasströmung absondern zu können.

Das Filterelement weist weiterhin in günstiger Weise eine Porengröße von 0,1 bis 14 µm auf, wobei es sich als günstig erweisen kann, eine mittlere Porengröße von 0,5 bis 10 µm oder von 0,8 bis 2 µm auszuwählen. Die Auswahl der Porengröße hängt von der Art der Verschmutzung bzw. der Art des zu reinigenden Gases ab. Weiterhin kann das Filterelement eine PTFE-Membrane umfassen, welche unter anderem feinste KWS-Tröpfchen abscheiden kann. Insgesamt kann es sich als günstig erweisen, das Filterelement aus einem hydrophoben Material auszubilden, um eine Durch­ nässung oder Durchfeuchtung des Filterelements zu ver­ hindern.

Um eine gleichmäßige Reinigung der Gasströmung zu ge­ währleisten, kann es sich weiterhin als günstig erwei­ sen, das Filterelement in Längsrichtung mit unterschied­ lichen Porengrößen auszubilden, so daß in Abhängigkeit von der Durchströmungsgeschwindigkeit und der Durchströ­ mungszeit unterschiedliche Filterwirkungen hervorgerufen werden können.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es sich als günstig erweisen, einen Druckunterschied zwischen dem Einströmbereich und dem Auslaßbereich von 0,05 bis 0,03 bar vorzusehen. Die erfindungemäße Vorrichtung weist dann nur einen sehr geringen Strömungswiderstand auf.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung beschrie­ ben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Seiten-Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung; und

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II von Fig. 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist, wie in Fig. 1 dargestellt, ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 3 auf, welches mit einem Einlaßkanal 14 und einem Auslaß­ kanal 15 versehen ist. Stromab des Einlaßkanals 14 ist in dem Gehäuse eine Trennwand 16 angeordnet, welche eine zentrische Ausnehmung aufweist, in welcher ein Zyklon 6 angeordnet ist. Der Zyklon 6 ist im wesentlichen rohr­ förmig ausgebildet und weist in seinem Innenbereich in Fig. 1 nicht dargestellte, in Fig. 2 schematisch ange­ deuete Leitschaufeln 17 auf. Die Form, Größe und Anord­ nung der Leitschaufeln 17 sind den jeweiligen Anforde­ rungen anzupassen. Der Innenraum des Zyklons 6, in wel­ chem die Leitschaufeln 17 angeordnet sind, wird von der Gasströmung durchströmt, wobei diese durch die Leit­ schaufeln 17 in eine Drehbewegung versetzt wird. Unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft werden Tropfen 18 oder größere Partikel gegen die Innenwand des Zyklons 6 ange­ legt und gelangen durch den Innenraum 7 des Zyklons 6 zu Auslaßöffnungen 5, welche an dem Zyklon 6 ausgebildet sind und im wesentlichen eine schlitzförmige Gestalt haben. Angrenzend an die Auslaßöffnungen 5 sind an dem Zyklon Leitelemente 12 vorgesehen, welche das Abgleiten und Sammeln der Tropfen 18 erleichtern und mittels derer der Einfluß der Schwerkraft ausgeglichen werden kann, um eine gleichmäßige Abgabe der Tropfen 18 um den Umfang des Zyklons 6 zu gewährleisten. Die Tropfen 18 gelangen in einen von der Strömung nicht durchströmten Innenraum 4 des Gehäuses 3 und können über Ablaßvorrichtungen 2, welche in Fig. 1 in schematischer Weise in Form von Rohrstutzen dargestellt sind, aus dem Innenraum 4 des Gehäuses 3 abgeführt werden.

Im Innenraum des Zyklons 6 ist ein im wesentlichen rohrförmiges Filterelement 1 angeordnet, welches an seiner Einströmseite 8 mit einer stirnseitigen, gas­ undurchlässigen Wandung 10 verschlossen ist. Die Gas­ strömung kann somit vom Innenraum 7 des Zyklons 6 nur über die radiale Umfangsfläche des Filterelements 1 in dessen Innenraum 9 einströmen. Nachdem Tropfen 18 und größere Verunreinigungen aus der Gasströmung bereits entfernt wurden, bevor diese durch das Filterelement 1 gelangt, wird vermieden, daß das Filterelement durch gröbere Verschmutzungen oder Flüssigkeitstropfen ver­ stopft oder zugesetzt wird.

Das Filterelement erstreckt sich im wesentlichen über die gesamte Länge des Zyklons 6 und schließt sich an seiner Ausströmseite 13 an ein Ausströmrohr 19 an, welches im wesentlichen die gleichen Durchschnitts­ verhältnisse wie das Filterelement 1 aufweist. Das Ausströmrohr 19 ist durch eine Ausnehmung einer Trenn­ wand 20 geführt, welche den Innenraum des Gehäuses 3 gegenüber einer Ausströmkammer 21 abgrenzt. Durch einen Auslaß 15 kann die Strömung aus der Ausströmkammer 21 abgeführt werden.

Im Innenraum 9 des Filterelements 1 ist ein kegelför­ miges Strömungsleitelement 11 angeordnet, welches sich in Strömungsrichtung verjüngt, so daß der zur Ausströ­ mung zur Verfügung stehende Querschnitt zwischen der Wandung des Filterelements 1 und dem Strömungsleit­ element 11 stetig vergrößert wird.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungs­ beispiel beschränkt, vielmehr ist es insbesonders mög­ lich, die Baugröße in weitem Rahmen zu variieren und die Art und Ausgestaltung des Filterelements und des Zyklons den jeweiligen Anforderungen anzupassen.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Gehäuse 3 einen verschraubten Flansch 22 auf, mit Hilfe dessen der in Fig. 1 links gezeigte Gehäuseteil entnommen werden kann, um das Filterelement 1 zu wechseln und um die Vorrichtung zu reinigen.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich, nebeneinander angeordnet mehrere Zyklone und dazu zugeordnet mehrere Filterelemente vorzusehen.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Abscheidung von Verunreinigungen aus Gas mit einem durchströmten Gehäuse, einer in einem Einlaßbereich angeordneten Dreh-Verwirbelungsein­ richtung, einem im Strömungsweg stromauf eines Aus­ laßbereichs angeordneten Filterelement und einer am Gehäuse ausgebildeten Ablaßvorrichtung für Verunrei­ nigungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreh-Ver­ wirbelungseinrichtung in Form eines im wesentlichen rohrförmigen, radial nach außen in den Gehäuseinnen­ raum (4) geöffnete Auslaßöffnungen (5) aufweisenden Zyklons (6) ausgebildet ist und daß das Filter­ element (1) rohrförmig ausgebildet und im Innenraum (7) des Zyklons (6) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1) nur an seiner radialen Umfangsfläche mit Gasdurchtrittsöffnungen versehen ist und im Bereich der Einströmseite (8) eine zum Filterelement-Innenraum (9) hin geschlossene Wandung (10) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß im Filterlement-Innenraum (9) ein sich in axialer Richtung verjüngendes Strömungsleitele­ ment (11) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement (11) über die ganze wirksame Länge des Filterelements (1) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Strömungsleitelement (11) kegel­ förmig ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zyklon (6) mehrere, im Bereich des Filterlelements (1) angeordnete Auslaß­ schlitze aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des Zyklons angrenzend an die Auslaßschlitze nach außen weisende Leitelemente (12) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1) in Form eines Separators ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprcühe 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1) eine mittlere Porengröße von 0,1 bis 40 µm auf­ weist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1) eine PTFE-Membrane umfaßt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1) aus einem hydrophoben Material gebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1) in Längsrichtung unterschiedliche Porengrößen aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Porengröße im Bereich der Einströmseite (9) größer als 8 µm und im Bereich der Ausströmseite (13) des Filterelements (1) kleiner als 8 µm ist.