DE69804995T2

DE69804995T2 - Zyklonabscheider

Info

Publication number: DE69804995T2
Application number: DE69804995T
Authority: DE
Inventors: Emil Gyorgy Arato; Owen Matthew Davies; David Henry Saunders
Original assignee: BHR Group Ltd
Current assignee: BHR Group Ltd
Priority date: 1997-11-04
Filing date: 1998-11-04
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2018-11-05
Also published as: EP1028811A1; DE69804995D1; WO1999022873A1; CA2308410A1; AU9755898A; US6398973B1; EP1028811B1; GB9817073D0

Description

Diese Erfindung betrifft die Separation von Fluidphasen, beispielsweise die Separation von partikelförmigem Material von Gasen, wie etwa Luft.
Standardmäßige Zyklonseparatoren sorgen dafür, dass das zuströmende Fluidgemisch um eine Kammer derart verwirbelt, dass Phased radial aufgrund der Beschleunigungen in Richtung auf die Achse getrennt werden, wobei die getrennten Phasen durch getrennte Auslässe mit unterschiedlichen Radien ausgetragen werden. Neben der Kammer, in welche die Separation stattfindet, kann eine Einlasskammer vorgesehen sein, in welcher eine Linearbewegung des Fluidgemisches in eine Wirbelbewegung umgesetzt wird. Dies ist normalerweise derart bewerkstelligt worden, dass die Einlasskammer einen Zylinder mit linearer Einlassleitung bildet, die die Peripherie des Zylinders entlang einer Tangente durchsetzt, so dass das Fluid aus der Einlassleitung daraufhin um die Zylinderachse wirbelt.
Die Änderung von einer linearen Bewegung in eine Bewegung um die Innenseite des Zylinders bringt eine abrupte Krümmungsänderung des Pfads von null auf die Krümmung des Zylinders mit sich, wodurch in der Strömung Turbulenz hervorgerufen werden kann. Wir haben eine Separatorkonstruktion ermittelt, in der die Änderung weniger abrupt erfolgt, so dass mit größerer Wahrscheinlichkeit ein freier starker Wirbel auftritt. Eine zunehmende Vergrößerung der Krümmung erlaubt es, dass die Strömung konzentriert wird.
Die US-A-4 378 234 offenbart eine Vorrichtung zum Sammeln von partikelförmigem Material, von der gesagt werden kann, dass sie eine evolventenförmige Einlasskammer und eine evolventenförmige Auslasskammer umfasst. Die evolventenförmige Auslasskammer stellt einen Auslass ausschließlich für Fluide leichterer Phase bereit. Die Fluide schwererer Phase gelangen in ein pyramidenförmiges Element. Der Auslass (das pyramidenförmige Element) für die schwere Phase ist von einer Einlasskammer nicht beabstandet und zwischen diesen Teilen ist keine Zwischenkammer vorgesehen.
Die DE-A-39 36 078 offenbart einen Zyklonseparator mit einem tangentialen Einlass, einer Auslasskammer mit einem Auslass für eine schwerere und eine leichtere Phase, und einer Zwischenkammer, welche die Einlasskammer und die Auslasskammer verbindet. Die Einlass- und Auslasskammern besitzen keine Evolventenform.
Die WO-A-95/25584 offenbart eine Vorrichtung zum Sauerstoffanreichern von Wasser. In einer Ausführungsform weist eine Kammer voneinander beabstandete tangentiale Einlässe und Auslässe auf. Die Kammer ist außerdem mit einem axialen Auslass versehen. Es findet sich keine Offenbarung hinsichtlich einer evolventenförmigen Auslasskammer oder einer evolventenförmigen Einlasskammer.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Zyklonseparator bereitgestellt, aufweisend:
eine evolventenförmige Einlasskammer;
eine evolventenförmige Auslasskammer;
einen Fluideinlass, der durch die gekrümmte Wandung der Einlasskammerevolventen mit maximalem Radius festgelegt ist, um ein Fluidgemisch in die Einlasskammer derart einzuleiten, dass es um die Einlasskammer verwirbelt und zur Auslasskammer hindurchtritt, in welcher es um eine Auslasskammerachse verwirbelt, wobei die Auslasskammer mit einem Leichtphasenauslass zum Leiten von Fluiden leichterer Phase versehen ist;
dadurch gekennzeichnet, dass:
die Auslasskammer außerdem mit einem Schwerphasenauslass versehen ist, der durch die gekrümmte Wandung der Auslasskammerevolventen mit maximalem Radius festgelegt ist, um Fluide schwererer Phase aus der Auslasskammer zu leiten, wobei der Schwerphasenauslass unter einem relativ großen Abstand von der Auslasskammerachse vorgesehen ist, und wobei der Leichtphase nauslass unter einem relativ kleinen Abstand von der Auslasskammerachse vorgesehen ist;
und dass:
die Einlasskammer und die Auslasskammer voneinander beabstandet sind und eine Zwischenkammer dazwischen vorgesehen ist, durch welche das Fluid im Einsatz verwirbelt, wenn es von der Einlasskammer zur Auslasskammer hindurchtritt.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem einen Staubsauger, aufweisend den Zyklonseparator.
Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Trennen von Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoff unterschiedlicher Dichte oder Kombinationen hieraus, aufweisend das Einleiten derselben als verwirbeltes Gemisch in den Zyklonseparator.
Die Einlass- und Auslasskammerevolventen weisen bevorzugt eine gemeinsame Achse auf und sind so angeordnet, dass durch sie strömende Fluide das Verwirbeln in derselben Richtung um die Achse fortsetzen.
Es ist bevorzugt, dass der nahe an der Achse liegende Auslass einen Kanal aufweist, der sich in die evolventenförmige Kammer (um beispielsweise 25% der Kammeraxiallänge) erstreckt, um eine Wirbelermittlungseinrichtung zu bilden.
Die evolventenförmigen Kammern weisen bevorzugt eine gekrümmte Wand auf, die aus zumindest drei (und bevorzugt vier) bogenförmigen Abschnitten gleichmäßiger Krümmung gebildet sind, wobei jeder Abschnitt eine kleinere Krümmung aufweist als der vorausgehende innere Abschnitt, wobei die benachbarten Abschnitte mit ihrem Zentrum auf einer gemeinsamen Normalen auf die benachbarten Enden dieser Abschnitte zu liegen kommen. Eine Evolvente kann einen maximalen Radius zwischen 25% und 300% größer als der minimale Radius aufweisen.
Die Zwischenkammer kann kegelstumpfförmig sein und bevorzugt einen Auslassradius von zumindest der Hälfte des Einlassradius aufweisen und bevorzugt eine Länge, die kleiner ist als das Fünffache ihres Einlassendendurchmessers und bevorzugt kleiner als ihr Einlassdurchmesser.
Wir haben herausgefunden, dass ein zusätzlicher Einlass in dem stromaufwärtigen axialen Bereich einer Evolventenkammer sehr nützlich sein kann. Dies ist deshalb der Fall, weil der dem zuströmenden Gemisch aufgeprägte Wirbel einen niedrigen Druck in diesem axialen Bereich hervorruft; der niedrige Druck kann deshalb dafür verwendet werden, ein anderes Fluid anzusaugen. Die Anordnung unterscheidet sich sehr stark von einer Strahlpumpe, die normalerweise einen Niederdruckeinlass aufweist, der in eine axiale Kammer von einer Seite aus einmündet, und einen Hochdruckeinlass auf dieser Achse. In diesem Fall veranlasst der axiale Hochdruckeinlass ein Fluid, von der Einlassseite aus angesaugt zu werden. Es sind keine Maßnahmen getroffen, um in eine derartige Strahlpumpe einen Wirbel einzuleiten.
Wenn der zusätzliche Einlass derart vorgesehen ist, sollte er bevorzugt einen Radius nicht größer als 50% (und besonders bevorzugt nicht größer als 25%) des minimalen Radius der Einlassevolventen aufweisen und einen Radius, der kleiner ist als jeder Auslass auf der Achse der Auslassevolventen. Mittel können vorgesehen sein, um einen Teil des Fluids von dem Mittel der Auslasskammer zu diesem zusätzlichen Einlass zu leiten, der auf der Wirbelachse des Fluids angeordnet ist, der durch das Mittel der Einlasskammer eingeleitet wird. Dieses Leitmittel umfasst bevorzugt eine zusätzliche Trennstufe für Fluide von den Mitteln der Auslasskammer, wobei der Auslass von dieser weiteren Stufe für leichtere Phasen im Einsatz zu dem zusätzlichen Einlass geleitet wird. Indem nur ein Teil des Stroms im Gegensatz zu dem gesamten Strom durch die zweite Stufe durch die weitere Stufe geleitet wird, ist es möglich, eine weitere Stufe mit viel kleinerem Volumen zu verwenden. Das Leitmittel ist bevorzugt so angeordnet bzw. dazu ausgelegt, das gesamte Fluid von dem Mittel der Auslasskammer zu der weiteren Stufe zu leiten. Diese weitere Stufe kann ein ähnlicher Separator sein wie derjenige, der bereits erläutert worden ist, und es kann sich bei ihm um einen konventionellen Separator oder auch nur um einen Filter handeln.
Die Antriebskraft zum Bewegen des Fluids durch die dritte Stufe wird durch den niedrigen Druck bereitgestellt, der in dem zusätzlichen Einlass vorliegt, so dass keine zusätzliche Energie erforderlich ist; die Antriebskraft zum Bewegen des Phasengemisches durch den Separator insgesamt kann die Form eines Lüfters bzw. Gebläses aufweisen, um das weniger dichte Fluid aus dem Separator zu saugen. Dies hat den Vorteil, dass der Lüfter ausschließlich mit den leichteren Phasen befasst ist, während schwerere Phasen ihn verstopfen oder beschädigen könnten. Alternativ kann eine Pumpe Vorgesehen sein, um das Fluidgemisch vor der Trennung bzw. Separation aufzunehmen, deren Auslass mit der Fluidzuführeinrichtung verbunden ist. Ein Gebläse kann zwischen den Stufen angeordnet sein.
Ein Beispiel der Erfindung wird nunmehr unter Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert; in diesen zeigen:
Fig. 1 in Diagramm eines dreistufigen Phasenseparators, und
Fig. 2 und 3 Querschnitte entlang Linien 2 und 3.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird das in Phasen zu separierende Fluidgemisch in die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung durch eine tangentiale Leitung 11 eingeleitet, die zu einer zylindrischen Separationskammer 13 an der Oberseite eines zylindrischen Behälters 12 führt. Innerhalb des Behälters befindet sich ein koaxialer Innenzylinder 14, der sich über die gesamte Höhe des Behälters 12 erstreckt.
Die Separationskammer 13 ist an ihrem unteren Ende durch eine Prallplatte 21 festgelegt, die sich auswärts ausgehend von dem Innenzylinder zu einer Umfangswand 22 erstreckt, wobei diese Prallwand mit der Wand des Behälters 22 einen Ringspalt 23 festlegt, dessen (radiale) Bereite geringfügig kleiner als die (axiale) Länge der Umfangswand ist. In diesem speziellen Beispiel beträgt die Breite gerade eben etwas weniger als 75% der Länge. Die Prallplatte 21 ist an ihrer Unterseite 24 hinterschnitten, weist jedoch eine kontinuierliche obere ebene Oberfläche 25 auf, und die Wand 22 ist eine durchgehende Außenzylinderfläche. Mögliche Abwandlungen der Prallplatte sind in der gleichzeitig eingereichten internationalen Anmeldung, basierend auf der GB 9 723 341.5 und 9 819 071.5 erläutert und Merkmale der Erfindungsdarstellung in dieser Anmeldung können mit dem Separator gemäß der vorliegenden Erfindung kombiniert werden. Merkmale von den Erfindungsdarstellungen in der gleichzeitig eingereichten internationalen Anmeldung auf Grundlage der GB 9 723 341.5 und 9 817 074.9 können mit dem Separator gemäß der vorliegenden Erfindung kombiniert sein.
Unter der Prallplatte 21 legt der Behälter 12 mit dem Innenzylinder 14 eine ringförmige Sammelkammer 31 fest, in welche der Zugang im montierten Zustand der Vorrichtung über den Spalt 23 erfolgt. Die Vorrichtung kann demontiert werden durch Entfernen der unteren Abschnitte 32, 32' der beiden Zylinder, die als einzige Einheit gebildet sind, die durch eine gemeinsame Basis 33 verbunden ist. Der zylindrische Behälter 12 ist auf einem Niveau 34 unmittelbar unter dem oberen Ende der Prallplatte aufgeteilt und der innere Zylinder ist auf einem geringfügig niedrigeren Niveau 35 aufgeteilt, jedoch noch innerhalb der Länge der Prallplatte, und ihr oberes Ende passt in eine Eintiefung 36 in dem oberen Teil 15 des inneren Zylinders 14 innerhalb der Prallplatte. Die Aufteilung des zylindrischen Behälters ist als Stumpfstoss gezeigt; Es können jedoch andere Mittel vorgesehen sein; um die Verbindung fluiddichter zu machen. Ein Bajonettanschluss kann vorgesehen sein, um die Zylinder an ihren Teilungsebenen zu verbinden; externe Klammern stellen andere geeignete Verbindungsmittel dar. Ringförmige geschlossenzellige Schaumdichtungen (nicht gezeigt) können vorgesehen sein, um die Verbindungen fluiddicht zu machen.
Über der Prallplatte 21 ist der zentrale Zylinder durch eine kegelstumpfförmige perforierte Hülle 41 umgeben, die auswärts in Richtung zur Oberseite des Behälters 12 sich verjüngt und die Innenbegrenzung der Separationskammer festlegt. Das Volumen zwischen der Hülle und dem inneren Zylinder stellt einen Auslasskanal 42 bereit, der sich in Auswärtsrichtung über der Hülle verjüngt und daraufhin bei 43 zylindrisch wird.
Die bislang erläuterte Vorrichtung bildet die erste Stufe des Separators. Das in der tangentialen Leitung 11 strömende Fluidgemisch wird veranlasst, um die Separationskammer 13 zu verwirbeln, wenn es in die Kammer zuströmt, wobei die leichteren Phasen dazu neigen, sich zu den kleineren Radien zu bewegen, während die größeren Phasen sich zu den größeren Radien bewegen, wo sie diffundieren und unter Schwerkraft durch den Spalt 23 der Sammelkammer 31 fallen. Wie in der gleichzeitig anhängenden Anmeldung diskutiert, sind die Proportionen und Abmessungen des Spalts 23 so gewählt, dass ausreichend schwerer-phasiges Fluid den Spalt durchsetzt und sehr wenig schwerer-phasiges Fluid in der Sammelkammer 31 durch den Spalt zurückgesaugt wird. Das Bereitstellen von einer oder mehreren ringförmigen koaxialen Prallplatten (nicht gezeigt) auf der Basis 33 unterstützt das Rückhalten schwererer Phasen gegenüber einem erneuten Mitreißen. Die leichteren, Phasen, die in der Separationskammer verbleiben, durchsetzen die Hülle 41 und verwirbeln weiterhin um den oberen Teil 15 des zentralen Zylinders 14 in dem Auslasskanal 42, 43. Diese erste Stufe des Separators ist eine anfängliche. Stufe, in der der Wirkungsgrad nicht von primärer Wichtigkeit ist. In einer Staubsaugeranwendung dient sie zum Entfernen von Flusen und schwereren Staubpartikeln aus dem Strom. Die Form der Separationskammer und die Beziehung ihres Einlasses sind nicht kritisch. Die kritische Separation findet in den späteren Stufen statt, wie nachfolgend erläutert, und diese Stufen verkörpern die wesentlichen Merkmale der Erfindung.
Der zylindrische Teil 43 des Auslasskanals 42 der ersten Stufe weist einen tangentialen Auslass 44 auf, der durch nicht gezeigte Mittel zu der Dinlassleitung 51 der zweiten Stufe führt, die evolventenförmige Einlass- und Auslasskammern 52, 53 aufweist, wobei eine Zwischenkammer 54 mit den Einlass- und Auslasskammern entlang der gemeinsamen Achse 55 der drei Kammern in Verbindung steht. Wie aus Fig. 2 hervorgeht, nimmt die gekrümmte Wand der Einlasskammer von einem maximalen Radius bei 56 auf einen minimalen Radius bei 57 ab bei ihrem Verlauf um volle 360 Grad um die Achse 55. Das stromabwärtige Ende des Einlasskanals 51 ist auf der Außenseite 56 durch die gekrümmte Wand mit maximalem Radius und auf der Innenseite 57 durch die gekrümmte Wand mit minimalem Radius festgelegt. Um die Herstellung zu erleichtern, nimmt der Radius allmählich ab, wobei die gekrümmte Wand zumindest drei und in dieser Ausführungsform vier Abschnitte mit konstantem Radius und angrenzende gleiche Winkel (90 Grad) in ihren jeweiligen Zentren aufweist, wobei benachbarte Abschnitte um Punkte auf der gemeinsamen Normalen auf die benachbarten Enden dieser Abschnitte zentriert sind (wodurch diese gemeinsamen Enden tangential verlaufen), wobei die Radien aufeinanderfolgender Abschnitte vom Minimum zum Maximum zunehmen. Bei dieser Ausführungsform ist der am weitesten innenliegende Abschnitt der Evolventen auf die Normale 58 zentriert, die die Achse 55 durchsetzt. Der Radius des Einlassendes 59 der Zwischenkammer 54 ist nicht größer als der minimale Radius der Einlassevolventen und in dieser Ausführungsform ist er kleiner als der kleinste der vier Radien.
Die Zwischenkammer 54 ist kegelstumpfförmig und verjüngt sich einwärts auf einen kleineren Radius an ihrem Auslassende 61, der nicht größer ist als und in dieser Ausführungsform kleiner ist als der minimale Radius der Auslassevolventen. Der Radius der Zwischenkammer 54 ist selbstverständlich kleiner als der minimale Radius der Einlassevolventen. Die gekrümmte Wand der Auslassevolventen nimmt allmählich bezüglich des Radius durch ihren Verlauf über volle 360 Grad zu, was zu einer Auslassleitung 62 für die schwereren Phasen in einer Weise entgegengesetzt zu derjenigen führt, die für die Einlassevolvente erläutert worden ist, wobei die Evolventen derart angeordnet sind, dass sie in derselben Richtung um die Stufenachse 55 wirbelnde Fluide aufnehmen, wie den Wirbel, der in die Einlassevolvente induziert wird. Von der zweiten Stufe ausgehend befindet sich ein axialer Auslass mit einem koaxialen inneren Zylinder 63, der sich durch die Auslasskammer erstreckt und bei 64 geringfügig in die Zwischenkammer 54 vorsteht. Die kegelstumpfförmige Wand 65 umgibt den inneren Zylinder und verjüngt sich auswärts ausgehend vom Einlass des axialen Auslasses zum fernen Ende 66 der Auslassevolventen. Die Einlassevolventenkammer 52 weist einen axialen Einlass 67 mit einem Radius auf, der vergleichsweise klein ist in Bezug auf sämtliche Radien der Kammern und in diesem Beispiel beträgt der Radius ¹/&sub4; des minimalen Radius der Einlassevolventen.
Das in der Einlassleitung 51 der zweiten Stufe strömende Fluidgemisch folgt der zunehmenden Krümmung der gekrümmten Wand der Einlassevolventen und verwirbelt damit um die Achse 55 mit zunehmender Geschwindigkeit. Wenn das wirbelnde Gemisch sich entlang der Achse 55 bewegt, neigen die schwereren Phasen dazu, sich zu den äußeren Radien zu bewegen, während die leichteren Phasen dazu neigen, sich in Richtung auf die Achse der Stufe zu bewegen. Die Verwirbelungsgeschwindigkeit wird durch den kleinen Einlassradius der Zwischenkammer erhöht und zusätzlich durch ihren verjüngten Verlauf. Die leichteren Phasen in der Nähe der Achse verlassen deshalb die Zwischenkammer durch den axialen Auslasszylinder 63, während diese Phasen mit größeren Radien durch die verjüngte Abschirmung 65 in die Auslassevolvente um die gekrümmte Wand gezwungen werden, von welcher sie in Richtung auf die Auslassleitung 62 verwirbeln. Die wirbelnden Fluide in der Einlassevolventen erzeugen einen Punkt niedrigen Drucks auf der Achse 55, so dass am axialen Einlass 67 anliegende Fluide dazu neigen, in diese Stufe des Separators gesaugt zu werden, um sich entlang der Stufenachse zu bewegen, wie nachfolgend erläutert.
Die Auslassleitung 62 der zweiten Stufe ist durch nicht gezeigte Mittel mit einer Einlassleitung 71 verbunden, die tangential zu der zylindrischen Einlasskammer 72 der dritten Stufe verläuft, die ihrerseits konventionelle Form besitzt. Die Einlasskammer mündet auf einer Seite in eine koaxiale kegelstumpfförmige Kammer 73, die sich ausgehend von einem maximalen Radius gleich demjenigen der Einlasskammer 72 auf ein Minimum am anderen Ende verjüngt, wo ein axialer Auslass 76 für schwerere Phasen im oberen Teil 13 des inneren Zylinders der ersten Stufe auf einem Niveau innerhalb der Hülle 41 liegend vorgesehen ist. Ein zylindrischer Kanal 74 koaxial zur Einlasskammer 72 weist eine Ausmündung auf einer Seite der Einlasskammer auf, gebildet mit einem verrundeten inneren Rand 75 und sich von dort erstreckend durch diese Kammer 72 zur Verbindung mit dem axialen Einlass 67 der zweiten Stufe, wobei die Achsen der drei Stufen in dieser Ausführungsform bei 55 zusammenfallen und vertikal verlaufen, wobei der Auslass 76 der kegelstumpfförmigen Kammer 73 am tiefsten Punkt der dritten Stufe zu liegen kommt.
Das in der Einlassleitung 71 der dritten Stufe strömende Fluidgemisch wird dazu veranlasst, um die Kammer 72 zu verwirbeln, wenn es um ihre gekrümmte Wand abgelenkt wird, wodurch eine zusätzliche Separation dieser Phasen bereitgestellt wird. Die leichteren Phasen neigen dazu, sich in Richtung auf die Achse 55 zu bewegen, wo sie ihre axiale Richtung umkehren und in den inneren Zylinder 74 gelangen und in den axialen Einlass 67 der zweiten Stufe durch den verringerten Druck auf der Achse der Einlasskammer 52 dieser zweiten Stufe zurückgesaugt werden, wodurch sie den Separationsprozessen der zweiten und dritten Stufen erneut unterworfen werden. Die Strömung, die vom Auslass 62 zurück durch den Einlass 74 erneut im Kreis geführt wird, beträgt etwa 5 bis 30% der Strömung, die durch den Auslass 63 austritt. Durch Rezirkulieren dieser Fraktion ist es möglich, die dritte Stufe mit kleinerem Volumen zu bilden, als dann, wenn die dritte Stufe die gesamte Strömung durch die zweite Stufe verarbeiten muss. Die Position des inneren Zylinders 74 innerhalb der Einlasskammer 72 stellt eine Wirbelermittlungseinrichtung bzw. eine Wirbelführungseinrichtung dar, ebenso wie die dritte Stufe des Separators. Die schwereren Phasen in der Kammer 72 neigen dazu, sich zu größeren Radien innerhalb der kegelstumpfförmigen Kammer 73 zu bewegen, wenn sie fortgesetzt verwirbeln, und sie bewegen sich die verjüngte Wand hinunter in Richtung auf das untere Ende dieser Kammer, um durch den Einlass 76 am unteren Ende auszutreten, um sich zu der Basis 33 des inneren Zylinders 14 der ersten Stufes weiter zu bewegen.
Schwerere Phasen aus den ersten und dritten Stufen sammeln sich deshalb an der Basis 33 des Behälters der ersten Stufe, diejenigen aus der ersten Stufe sammeln sich innerhalb der ringförmigen Kammer 31 und diejenigen aus der dritten Stufe sammeln sich innerhalb der Kammer in dem Zylinder 32'. Beide dieser Kammern können geleert werden, indem der Behälter, wie vorstehend angesprochen, unterteilt wird, da lediglich eine geringe Überlappung zwischen den Abschnitten des Behälters 12 über dem Schlitz vorliegt, kann die Entfernung wirksam bewirkt werden, ohne dass auf den oberen Teil geklopft werden muss, welches Klopfen dazu führen könnte, dass schwerere Phasen, wie etwa Staub, ihre Position ändern und herunterfallen, wenn der untere Abschnitt sich nicht mehr in Position befindet, um sie zu sammln.
In den bislang erläuterten Ausführungsformen der Erfindung bildet die Vorrichtung einen Staubsauger, und das Gemisch aus den Fluidphasen umfasst Staubpartikel, die in Luft mitgerissen sind. Andere Gemische, die getrennt werden können, umfassen in einer Flüssigkeit oder einem Gemisch aus Öl und Wasser mitgerissenen Silt. Gase, Flüssigkeiten oder Feststoffe unterschiedlicher Dichte oder beliebige Kombinationen hieraus oder ein Gas, das in einer Flüssigkeit gelöst ist, können der Einlasskammer zugeführt werden.

Claims

1. Zyklonseparator, aufweisend:

eine evolventenförmige Einlasskammer (52);

eine evolventenförmige Auslasskammer (53);

einen Fluideinlass (51), der durch die gekrümmte Wandung der Einlasskammerevolventen mit maximalem Radius festgelegt ist, um ein Fluidgemisch in die Einlasskammer (52) derart einzuleiten, dass es um die Einlasskammer (52) verwirbelt und zur Auslasskammer (5) hindurchtritt, in welcher es um eine Auslasskammerachse (55) verwirbelt, wobei die Auslasskammer (53) mit einem Leichtphasenauslass (63) zum Leiten von Fluiden leichterer Phase versehen ist;

dadurch gekennzeichnet, dass:

die Auslasskammer (53) außerdem mit einem Schwerphasenauslass (62) versehen ist, der durch die gekrümmte Wandung der Auslasskammerevolventen mit maximalem Radius festgelegt ist, um Fluide schwererer Phase aus der Auslasskammer zu leiten, wobei der Schwerphasenauslass (62) unter einem relativ großen Abstand von der Auslasskammerachse vorgesehen ist, und wobei der Leichtphasenauslass (63) unter einem relativ kleinen Abstand von der Auslasskammerachse (55) vorgesehen ist;

und dass:

die Einlasskammer (52) und die Auslasskammer (53) voneinander beabstandet sind und eine Zwischenkammer (54) dazwischen vorgesehen ist, durch welche das Fluid im Einsatz verwirbelt, wenn es von der Einlasskammer (52) zur Auslass kammer (53) hindurchtritt.

2. Separator nach Anspruch 1, wobei die Evolventen eine gemeinsam Achse (55) aufweisen und so angeordnet sind, dass durch sie strömende Fluide weiterhin in derselben Richtung um die Achse verwirbeln.

3. Separator nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine der Evolventen eine gekrümmte Wandung aufweist, die aus zumindest drei bogenförmigen Abschnitten gleichmäßiger Krümmung gebildet sind, wobei jeder Abschnitt eine kleinere Krümmung aufweist, als der vorangehende Innenabschnitt, wobei die benachbarten Abschnitte mit ihren Zentren auf einer gemeinsamen Normalen zu den benachbarten Enden dieser Abschnitte liegen.

4. Separator nach Anspruch 3, aufweisend vier der Abschnitte.

5. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend Einrichtungen (71, 72, 74, 75) zum Leiten von einem Teil des Fluids von dem Schwerphasenauslass (62) der Auslasskammer (53) zu einem zusätzlichen Einlass (67) der auf der Verwirbelungsachse (55) des Fluids angeordnet ist, das durch den Fluideinlass (51) der Einlasskammer (52) eingeleitet wird.

6. Separator nach Anspruch 5, wobei die leitende Einrichtung außerdem eine Trennstufe (72, 74, 75) für Fluide aus dem Schwerphasenauslass (62) der Auslasskammer (63) aufweist, wobei der Auslass (74) von der weiteren Stufe für leichtere Phasen im Gebrauch zu dem zusätzlichen Einlass (67) geleitet ist.

7. Separator nach Anspruch 6, wobei die leitende Einrichtung (71) so angeordnet ist, dass sie das gesamte Fluid aus dem Schwerphasenauslass (62) der Auslasskammer (53) zu der weiteren Stufe (72, 74, 75) leitet.

8. Separator nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei der Fluideinlass (51) und der zusätzliche Einlass (67) der Einlasskammer (52) am gegenüberliegenden Ende eines Körpers angeordnet sind, der die Auslasskammer (52), die Zwischenkammer (54) und die Auslasskammer (53) umfasst, zu den Auslässen der Auslasskammer (53) für die schwere (62) und die leichte (63) Phase.

9. Separator nach Anspruch 5, 6, 7 oder 8, wobei der zusätzliche Einlass (67) einen Radius aufweist, der nicht größer ist als 50% des minimalen Radius der Einlassevolventen (52).

10. Separator nach Anspruch 9, wobei der zusätzliche Einlass (67) einen Radius aufweist, der kleiner ist als der (bzw. derjenige) des Leichtphaseneinlasses (63) der. Auslasskammer (53).

11. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Zwischenkammer (54) sich ausgehend von der Einlasskammer (52) zur Auslasskammer (53) einwärts verjüngt.

12. Separator nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Leichtphasenauslass (63) der Auslasskammer (53) einen Kanal umfasst, der in die Evolvente der Auslasskammer (53) derart sich erstreckt, dass ein Wirbelfinder gebildet ist.

13. Staubsauger, aufweisend einen Zyklonseparator nach einem der vorangehenden Ansprüche.

14. Verfahren zum Trennen von Gasen, Flüssigkeiten oder Feststoffen unterschiedlicher Dichte oder von Kombinationen aus diesen, aufweisend den Schritt: Einleiten derselben als verwirbeltes Gemisch in den Zyklonseparator nach einem der Ansprüche 1 bis 12.