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Diese
Erfindung betrifft allgemein ein System zum Entfernen von Partikeln
aus einem Flussstrom und, genauer gesagt, eine Vorrichtung zur kontinuierlichen
Abtrennung, zum kontinuierlichen Sammeln und Entfernen von teilchenförmiger Materie
aus einem Gas- oder Fluidstrom.
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Es
wurden über
die Jahre verschiedene Vorrichtungen zum Entfernen von teilchenförmiger Materie,
wie etwa von Staub und kontaminierten Partikeln, aus einem Strom
aus Gas oder Fluid entwickelt. Solche Vorrichtungen weisen auf:
ein zyklonartiges Filter, Schwerkraftabscheidekammern, Filtertaschen, elektrostatische
Abscheider, als auch andere ähnliche
Vorrichtungen. Wenn nicht alle, so doch die meisten dieser Vorrichtungen
weisen in bestimmten Leistungscharakteristiken Nachteile auf. Z.
B. haben einige Vorrichtungen eine begrenzte Filtrationswirksamkeit
(wie etwa bei Zyklonen, Abscheidekammern oder elektrostatischen
Abscheidern, bei denen die Partikel eine sehr hohe oder sehr niedrige
elektrische Resistivität
haben), während
andere Vor verwenden plissierte Filtrationselemente. Wenn jedoch
die Elemente einmal mit Partikeln in einem komplexen System beladen
sind, ist, wie allgemein bekannt, ein Rückwärtsimpulsstrom oder Rückwaschen
notwendig, um die Partikel von den Filtrationsfalten zu entfernen
und die Vorrichtung in ihren anfänglichen
Filterzustand zurückzuversetzen.
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Die
Nachfrage nach der Abtrennung und Entfernung von teilchenförmiger Materie
aus gasförmigen
und fluidförmigen
Strömungen
nimmt ständig
zu und wird durch Umweltrichtlinien der Regierung und Verfahrensanforderungen
verstärkt.
Die Richtlinien und Anforderungen beziehen sich allgemein auf sauberere
Luftund Gasströme
für industrielle
Prozesse, für
Motoransaugsysteme und kommerzielle und häusliche HVAC-Anwendungen, als
auch auf andere ähnliche
Anwendungen. Bei den meisten Anwendungen gibt es eine ständige Anforderung
nach einer höheren
Sammelwirksamkeit bei niedrigeren Kapitalkosten und Betriebskosten.
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Aus
der GB-A-330163 ist eine Partikelabtrenneinrichtung zum Abtrennen
von Partikeln aus einem mit Partikeln kontaminierten Fluidstrom
bekannt, die Folgendes aufweist:
ein lang gestrecktes Gehäuse;
einen
axialen Kern, der innerhalb des Gehäuses radial zentriert ist;
schraubenförmige Schnecken,
die sich von dem Kern aus zu dem Gehäuse derart erstrecken, dass der
Fluidstrom in den Abscheider bei einem stromaufwärtigen Ende eintritt, in eine
schraubenförmige Flussrichtung
gezwungen wird und an einem stromabwärtigen Ende austritt;
zwei
oder mehr Blenden, die sich zwischen den schraubenförmigen Schnecken
erstrecken;
wobei wenigstens eine der Blenden radial von dem Kern
derart beabstandet ist, dass ein Flusskanal dazwischen gebildet
wird, in dem die Partikel des mit Teilchen kontaminierten Fluidstroms
von dem Fluidstrom durch Zentrifugalkräfte getrennt werden und innerhalb
eines Flussgebietes zwischen den Blenden gesammelt werden.
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Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten
Partikelabscheider zum Trennen von Partikeln aus einem mit Partikeln
kontaminierten Fluidstrom, der eine höhere Wirksamkeit als herkömmliche
Systeme aufweist, anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Partikelabscheider gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Der
Partikelabscheider gemäß der Erfindung trennt,
sammelt und entfernt partikelförmige
Materie aus dem Eingangsstrom oder -hauptstrom. An einem stromabwärtigen Ende
der Vorrichtung sind zwei Flusskanäle ausgebildet. Einer ist ein
Flusskanal im Wesentlichen für
saubere Luft, in dem der Fluss allgemein frei von Kontamination
ist. Ein Reinigungsflusskanal, der die von dem Hauptstrom abgetrennten
Partikel enthält,
stellt den zweiten Flusskanal dar. Der Reinigungsfluss beträgt grundsätzlich ungefähr 3 bis
10% des gesamten ankommenden Flusses. Bei Luftreinigungsanwendungen
wird der Reinigungsfluss normalerweise an die Außenatmosphäre abgegeben. Bei anderen Anwendungen,
wie etwa einem industriellen Prozess, wird der Reinigungsfluss weiter
durch eine Rezirkulation mit dem ankommenden Fluss verarbeitet,
und die Feststoffe-Teilchenmaterie wird zur Verwen dung in anderen
Prozessen zurückgewonnen
oder wird als ein fester Abfall entsorgt.
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Die
gegenwärtige
Erfindung weist eine Anzahl von Merkmalen auf, die einzeln und gemeinsam zu
der Fähigkeit
der Vorrichtung beitragen, den Gas- oder Fluidflussstrom von teilchenförmiger Materie
zu säubern.
Diese Merkmale beziehen sich auf: 1) das Reduzieren der Turbulenz
im Fluss- und Unterflusskanal; 2) eine Zentrifugalabscheidung; 3)
eine axiale Beschleunigung; 4) ein elektrostatisches Sammeln; 5)
eine Agglomeration von Partikeln kleiner Größe; 6) eine zunehmende physikalische
Trennung von gesammelten Partikeln; und 7) die Art, in der der Fluidfluss
in verschiedene Zonen in der Vorrichtung aufgeteilt wird. Die Art,
in der diese physikalischen Prinzipien ausgenutzt werden und verwendet
werden, ist dazu angelegt, die nachteiligen Charakteristika zu überwinden,
die bei einigen herkömmlichen
Systemen vorhanden waren, die jedoch effizient waren, wenn sie in
anderen Systemen benutzt wurden. Allgemein besteht der Grad der
Verlässlichkeit
bei der Erzielung der gewünschten
Ergebnisse in der folgenden Reihenfolge: 1) Zentrifugalabscheidung;
2) elektrostatisches Sammeln; 3) Reduzierung der Turbulenz; und
4) axiale Beschleunigung. Falls z. B. die elektrische Resistivität der Partikel
sich nicht für
ein adäquates
elektrostatisches Sammeln eignet, wird mehr Gewicht auf eine Zentrifugalabscheidung,
eine axiale Abscheidung und eine Reduzierung der Turbulenz gelegt.
Indem die obige Strategie angewendet wird, kann eine Mehrzahl der
Leistungsnachteile von vorhandenen Vorrichtungen überwunden
werden.
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Die
vorherigen Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausführungen
der Erfindung werden einem Fachmann beim Lesen der nach folgenden
Beschreibung und der zugehörigen
Ansprüche
offensichtlich. Die Beschreibung sollte zusammen mit den zugehörigen Zeichnungen
gesehen werden, die eine bevorzugte Ausführung der Erfindung gemäß dem besten Ausführungsmodus
offenbart, der gegenwärtig
zur Ausführung
der Erfindung vorstellbar ist.
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Gemeinsamen
Strukturen oder Komponenten werden in den verschiedenen Zeichnungen
gleiche Bezugsbuchstaben und numerische Bezeichnungen zugeordnet.
Dazu gehören:
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1 zeigt eine bildliche Darstellung
des kontinuierlichen Luftreinigers, die den inneren Luftfluss gemäß den Prinzipien
der gegenwärtigen
Erfindung verdeutlicht;
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2 zeigt eine schematische
bildliche Darstellung des kontinuierlichen Luftreinigers gemäß der Ausprägung und
Trennung von verunreinigten und sauberen Luftwegen;
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3 ist ein Längsschnitt
der gegenwärtigen Erfindung,
der die verschiedenen Stufen des Luftreinigers verdeutlicht;
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4 ist eine detaillierte
geschnittene Ansicht der vorreinigerkonfiguration gemäß der Lehre der
gegenwärtigen
Erfindung;
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5 ist eine detaillierte
Teilansicht des perforierten Gehäuses
des Vorreinigers gemäß der bevorzugten
Ausführung;
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6 ist eine schematische
Seitenansicht des Vorreinigers gemäß der Lehre der gegenwärtigen Erfindung;
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7 ist eine detaillierte
Teilansicht der ausgefalteten Blenden des Vorreinigers gemäß einer
alternativen Ausführung
der gegenwärtigen
Erfindung;
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8 ist eine detaillierte
Teilansicht der ausgefalteten Blenden des Vorreinigers gemäß einer weiteren
Ausführung
der gegenwärtigen
Erfindung;
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9 ist eine detaillierte
Schnittdarstellung eines Drahtsieb-Agglomerators gemäß der Lehre
der gegenwärtigen
Erfindung;
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10 zeigt eine detaillierte
Schnittdarstellung des hoch wirksamen Partikelabscheiders gemäß der bevorzugten
Ausführung;
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11 zeigt eine Teilschnittansicht
des finalen Abscheidemechanismus, die gemäß der Linie 16-16 gemäß 14 gemacht wurde;
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12 ist eine detaillierte
Schnittdarstellung des Partikelabscheiders mittlerer Wirksamkeit
gemäß der bevorzugten
Ausführung;
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13 ist eine detaillierte
Teilansicht der ausgefalteten Zähne
des Partikelabscheiders;
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14 ist eine ausgefaltete
Ansicht des finalen Abscheidemechanismus der bevorzugten Ausführung; und
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15 zeigt eine geschnittene
Teilansicht des letzten Abscheidemechanismus gemäß der Linie 15-15 in 14.
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Die
folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung ist
lediglich beispielhafter Natur und ist keineswegs dazu vorgesehen,
die Erfindung, ihre Anwendung oder Gebrauch einzuschränken. Die
Prinzipien der gegenwärtigen
Erfindung können
bei Luftfiltrationssystemen verwendet werden, die bei Verbrennungskraftmaschinen
benutzt werden, die im Bergbau, im Bau, in militärischen Panzern, in kommerziellen
Heizungen und Hausheizungen, in Ventilations- und Klimaanlagensystemen (HVAC)
in industriellen Prozessabgasbehandlungen wie bei Zementöfen und
Verbrennungsöfen,
bei Dieselmotorabgassystemen oder bei Umgebungen mit flüchtigem
Staub, wie etwa in Gießereien,
Straßenkehrmaschinen
oder anderen industriellen Prozessen auftreten. Die Vorrichtung
kann für
fluide Anwendungen verwendet werden, wie etwa bei der Entfernung
von Partikelkontaminationen aus Ölen.
Wenn die Temperaturen des Flussstroms zu hoch sind, können die
Materialien der Vorrichtung von Thermoplasten, die leicht sind und
für die
meisten Anwendungen kostengünstig
sind, auf Edelstahl oder gleichwertige Materialien angehoben werden,
die eine verbesserte thermische Widerstandsfähigkeit aufweisen.
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Es
sei nun auf die 1, 2 und 3 Bezug genommen, in denen eine bevorzugte
Ausführung
des kontinuierlichen Luftreinigers gemäß der gegenwärtigen Erfindung
zeigen, der allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der kontinuierliche
Luftreiniger 10 weist ein grundsätzlich zylindrisches Gehäuse 12 zur
Aufnahme der nachfolgend beschriebenen Mechanismen für die Partikelagglomeration,
die Abscheidung, die Sammlung und Entfernung auf.
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Das
Gehäuse 12 hat
einen Lufteinlass 14, der mit der partikelkontaminierten
Luftquelle gekoppelt ist, einen Auslass 16 für saubere
Luft und einen Auslass 18 für verunreinigte Luft und besteht
vorzugsweise aus einem verarbeiteten Kunststoff oder einem anderen
sehr abriebbeständigen
Material. An dem Gehäuse 12 ist
ein Einlasskanal 20 festgelegt. Der Einlasskanal 20 konvergiert
und verdichtet den eintretenden Luftfluss zu einem im Wesentlichen schraubenförmigen Luftfluss,
der durch den Reiniger 10 mittels schraubenförmiger Blenden 21 von
einem stromaufwärtigen
Ende 23 zu dem stromabwärtigen Ende 25 geführt wird.
Der Kanal 20 kann senkrecht zu der Mittellinie der Vorrichtung
verlaufen (wie dargestellt) oder axial entlang der Mittellinie der
Vorrichtung (nicht dargestellt). Ein Luftkanal 22 für verunreinigte
Luft am stromabwärtigen
Ende 25 trägt
einen kleinen Anteil, typischerweise 3 bis 10%, der gesamten Luft,
der die von dem Luftstrom abgetrennten Partikel enthält, die
von dem Luftstrom entfernt wurden, der am Lufteinlass 14 eintritt.
Der Durchflusskanal 22 wird auch als Reinigungskanal bezeichnet. Der
Kanal 22 divergiert und lenkt den Luftstromauslass 18 von
einem schraubenförmigen
Fluss in einen mehr linearen Kanalfluss um. An dem Gehäuse 12 ist an
dem stromabwärtigen
Ende 25 ferner ein Kanal 26 für saubere Luft befestigt und
gibt saubere Luft an die gewünschte
Umgebung ab.
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Die
Prinzipien der Erfindung des kontinuierlichen Luftreinigers 10 sind
am besten in der schematischen Darstellung von 2 zu sehen. Mit Partikeln kontaminierte
Luft wird durch den Einlass 14 eingeführt. Bei Anwendungen, bei denen
die Staubbeladung als hoch anzusehen ist, ist es bevorzugt, in der ersten
Stufe des Luftreinigers 10 einen Hauptteil der groben Partikel
abzutrennen und zu entfernen. Diese erste Stufe ist als ein Vorreiniger 24 bekannt.
Die verbleibende Luft wird mittels der übrigen Mechanismen verarbeitet,
wie noch beschrieben wird. Am stromabwärtigen Ende 25 des
Reinigers 10 verlässt
der Reinigungsfluss den Auslass 18 und trägt die abgetrennten
Partikel mit sich. Bei einigen Situationen kann ein Spülgebläse 28 notwendig
sein, um den gewünschten
Spülfluss
durch den Auslass 18 zu erreichen und einzuhalten. Das
Spülgebläse 28 kann
auch verwendet werden, um den Spülfluss
des Lufteinlasses 14 zur weiteren Reinigung zu rezirkulieren.
Bei anderen Anwendungen, wie bei solchen, bei denen der Luftstrom
stetig ist und der statische Druck in der Nähe des atmosphärischen
Druckes liegt, ist ein Spülgebläse 28 typischerweise
nicht notwendig.
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Wie
am besten in 3 zu sehen,
schließen die
Partikelabtrennmechanismen der bevorzugten Ausführung des Luftreinigers 10 Folgendes
ein: einen Vorreiniger 24, einen Agglomerator 30,
einen hoch wirksamen Partikelabscheider 32, einen Partikelabscheider
mittlerer Wirksamkeit und einen Schlusspartikelabscheider 36.
Jede der erwähnten Strukturen
kann kollektiv oder in Kombinationen verwendet werden, die auf die
Charakteristika, die Partikelgrößenverteilung
und die Konzentration der Partikel in der Umgebung abgestimmt sind.
Falls die in den Einlass 14 eintretende Luft z. B. einen
hohen Anteil von groben Partikeln (z. B. über 10 μm) aufweist und falls die Staubkonzentration
hoch ist, wird typischerweise ein Vorreiniger 24 verwendet.
Falls die in den Einlass 14 eintretende Luft eine hohe
Konzentration von kleinen Partikeln (z. B. geringer als 5 μm) aufweist,
ist es erwünscht,
einen Agglomerator 30 zu verwenden. Der Grad, mit dem hoch
wirksame und mittelmäßig wirksame
Partikelabscheider 32 bzw. 34 verwendet werden,
hängt von
dem Grad der Rein heit ab, die für
den Luftstrom erforderlich ist, der den Reinluftauslass 16 verlässt.
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Die 4, 5 und 6 zeigen
eine bevorzugte Ausführung
der Konfiguration des Vorreinigers 24. Diese Konfiguration
treibt den Prozess des Abscheidens von groben Partikeln an einem äußeren Gehäuse 38 an,
das das Gehäuse 12 umgibt,
indem man sich auf Zentrifugalkräfte
verlässt.
Eine stark vereinfachte Ausführung
ist eine leere Zyklonkonfiguration. Alternativ kann, wie gezeigt,
eine Anzahl von Blenden 40 zum Zwecke der Reduzierung der
Turbulenz eingeführt
werden, wodurch folglich die Partikelabscheidewirkung des Vorreinigers 24 verbessert
wird. Ein typischer Vorreiniger wird im Allgemeinen eine volle Umdrehung
(360°) innerhalb
des Gehäuses 12 einnehmen.
Jedoch hängt
die Größe des verwendeten
Vorreinigers 24 bei jeder besonderen Anwendung von dem
Kosten/Nutzen-Verhältnis
und dem erhältlichen
Raum ab. Der Vorreiniger 24 kann auf zwei Umdrehungen (720°) einer Zyklondrehung
oder mehr vergrößert werden,
wenn Raum vorhanden ist. Die Auswahl der Blenden 40 und
der Abstand zwischen jeder Blende hängt von dem gewünschten
Grad der Partikelsammlung, dem radialen Abstand und dem zugehörigen Druckabfall
ab. Die Blenden 40 können elektrisch
geladen sein, wodurch die Sammlung von kleineren Partikeln durch
den Vorreiniger 24 verbessert wird. Partikel, die an den
Blenden 40 gesammelt werden, erlauben es dem Vorreiniger 24,
auf eine gewisse Weise als ein Agglomerator zu wirken. Feine Partikel,
die an den Oberflächen
der Blenden 40 gesammelt werden, koagulieren und bilden
Dendriten. Erreichen die Dendriten einmal eine bestimmte Grenzgröße, veranlassen
aerodynamische Zugkräfte des über die
Dendriten fließenden
Fluides die Dendriten dazu, zu migrieren und in der Richtung des Flussstromes
mitgenommen zu werden. An dem schraubenförmigen Ende 44 der
Blenden 40 werden die Dendriten in den Flussstrom abgegeben.
Abgegebene Dendriten sind normalerweise durch eine große Größe im Vergleich
zu den ankommenden Partikeln, aus denen sie bestehen, ausgezeichnet. Die
abgegebenen Dendriten werden in einer späteren Stufe aufgefangen, wie
etwa in dem hoch wirksamen Partikelabscheider 32. Grobe
Partikel und einige feine Partikel in dem ankommenden Luftstrom werden
durch Zentrifugalkräfte
zu der äußeren Hülle 28 abgetrennt
und treten durch einen perforierten Gehäuseanteil 46 des Gehäuses 12 hindurch,
wie in den 5 und 6 gezeigt. Grobe Partikel
und einige feine Partikel, die die Öffnungen 37 in dem
perforierten Gehäuseteil 46 durchqueren,
gelangen in eine Absetzkammer 48 im äußeren Gehäuse 38 und erfahren
einen plötzlichen
Abfall in der Geschwindigkeit. Der Abfall in der Geschwindigkeit
verstärkt
die Tendenz der Partikel, sich an dem Boden der Kammer 48 abzusetzen.
Verbleibende schwebende Partikel werden sich letztendlich am Boden
der Kammer absetzen. Die Absetzkammer 48 gemäß der gegenwärtigen Erfindung
ist typischerweise dazu ausgebildet, vollständig abgedichtet zu sein, was
dazu führt, dass
ein geringer Luftstrom natürlicherweise
in der Flussrichtung aufrechterhalten wird. Dieser geringe Luftstrom
wird eine starke Staubbelastung an der stromaufwärtigen Seite des Vorreinigers 24 tragen und
sie an dem der stromabwärtigen
Seite des Vorreinigers 24 zurück eintreten lassen. Der Rückeintritt beruht
auf dem Druckabfall, der entlang des Vorreinigers 24 innerhalb
des perforierten Gehäuseabschnittes 46 auftritt,
der größer als
der entlang des Vorreinigers 24 innerhalb der Absetzkammer 48 auftretende
Druckabfall ist. Unter bestimmten Bedingungen, wenn z. B. Blenden
(nicht dargestellt) innerhalb der Kammer 48 hinzugefügt werden,
erfolgt in der Absetzkammer 48 nur ein geringer oder gar
kein Fluss und die meisten der Partikel werden sich an dem Boden
der Absetzkammer 48 absetzen, von wo sie periodisch entfernt
werden können.
Es ist jedoch erwünscht,
1 bis 3% des Luftflusses aus dem Vorreiniger 24 als einen
kontinuierlichen Partikelaustragefluss aus der Absetzkammer 48 zuzulassen
und aus dem Absetzkammerauslass 51 (in 6 gezeigt) austreten zu lassen. Der partikelaustragende
Fluss aus dem Auslass 51 unterstützt den Fluss von Partikeln
aus dem Reiniger 10 durch das perforierte Gehäuse 46 in
der gleichen Richtung wie der Flussstrom, wodurch die Wirksamkeit
des Vorreinigers 24 verbessert wird. Ein typischer, mit
der gegenwärtigen Erfindung
verwendeter Vorreiniger, wird eine Partikelabscheidewirksamkeit
im Bereich von 70 bis 90% haben, in Abhängigkeit von der Partikelgrößenverteilung
und der genauen Vorreinigerkonfiguration.
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Es
sei bemerkt, dass der Vorreiniger 24 ohne ein äußeres Gehäuse 38 verwendet
werden kann. Bei einer solchen Auslegung treten Partikel, die durch
die Öffnungen 47 des
perforierten Gehäuseabschnittes 46 gelangen,
frei in die Umgebung aus. In Abhängigkeit
von der speziellen Anwendung des Reinigers 10 kann entweder
eine Absetzkammer 48 oder ein System einer offenen Art
verwendet werden.
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7 zeigt eine auseinander
gefaltete Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausführung der Blenden 40', die hier als „gerade
Blenden" bezeichnet
werden. Durch den geraden zyklonischen Spalt 41 zwischen
jeweils zwei benachbarten Blenden 40' fließt Luft. Diese Ausführung ist
bei der zentrifugalen Abtrennung von groben Partikeln wirksam, ist
jedoch nicht so wirksam beim Sammeln und Agglomerieren von Partikel
kleiner Größe an den
Oberflächen 42 der Blenden 40'. Das schraubenförmige Ende 44' (das zuvor
als das Ende 44 in der vorhergehenden Ausführung diskutiert
wurde) ist am besten in 7 zu sehen.
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8 zeigt eine auseinander
gefaltete Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführung der Blenden 40'', die hier als „gewellte Blenden" bezeichnet werden.
Durch den gewellten zyklonischen Spalt 43 zwischen jeweils
zwei benachbarten Blenden 40'' fließt Luft.
Der Luftstrom innerhalb der gewellten Blenden 40'' kann in drei Zonen eingeteilt
werden: 1) ein gerader Luftstrom entlang des Bereiches 74;
2) ein gewellter Luftstrom entlang des rechten Abschnittes 75 und
3) ein gewellter Strom entlang des linken Abschnittes 76.
Die Abschnitte 74, 75 und 76 sind am einfachsten
in Bezug auf die Referenzlinie 77 zu erkennen.
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Jede
Kombination von Zonen ist akzeptabel und wird durch Designanforderungen
diktiert. Hauptsächlich
sollte der Grad der Welligkeit oder die Geschwindigkeit der Änderung
der Flussgeschwindigkeit im Verhältnis
zur Zeit keine unerwünschte
Stromablösung
oder keinen nicht akzeptierbaren Grad von Turbulenz innerhalb der
Blenden 40'' erzeugen. Wenn
ein Fluss durch den „nach
rechts gewellten" Abschnitt 75 gelangt,
wird eine hohe axiale Beschleunigung zusätzlich zu der radialen Zentrifugalbeschleunigung
erzeugt. Diese axiale Beschleunigung wird zusätzlich zu der elektrostatischen
Aufladung der Blenden 40'' (wie diejenige
von 40) ein Sammeln von Partikeln kleiner Größe in der
engen Nachbarschaft zu den Oberflächen 78 der Oberflächen der Blenden 40'' unterstützen. Auch wenn Luft durch
den „nach
links gewellten" Abschnitt 76 gelangt,
tritt dasselbe Phänomen
der Partikelansammlung auf den gegenüberliegenden Flächen 79 der
Blenden 40'' auf. Dieser
doppelte Sammeleffekt stellt eine sehr hohe Partikelsammlung auf
beiden Seiten des Flussstroms mittels der gewellten Blenden 40'' sicher. Folglich ist die dritte
Ausführung
sowohl bei der zentrifugalen Abtrennung als auch beim Sammeln und Agglomerieren
von Partikeln kleiner Größe wirksam. Jedoch
wird der Druckabfall entlang der gewellten Blenden 40'' etwas höher sein als der Druckabfall entlang
von geraden Blenden 40',
die zuvor gezeigt und beschrieben wurden.
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Im
Zusammenhang mit den 1 und 9 ist eine bevorzugte Ausführung eines
Partikelagglomerators 30 gezeigt. In seiner einfachsten
Form besteht der Agglomerator 30 aus feinen Folgen von
gesinterten Drahtgittern 50, die in den Zyklonraum eingefügt sind.
Um die Wirksamkeit der Agglomeration zu maximieren und den Druckabfall
entlang des Agglomerators 30 zu erniedrigen, wird das Drahtgitter 50 in zwei
Paketen 152 und 154 aufgeteilt, die eine niedrige
Packungsdichte aufweisen. Die Pakete 152 und 154 sind
elektrisch durch korrespondierende Spalte 155 isoliert,
die um 180° voneinander
beabstandet sind (wovon nur einer gezeigt ist). Das Paket 152 ist positiv
geladen, während
das Paket 154 durch eine hohe Spannung, die an jedes Paket
angelegt wird, negativ geladen ist. Die Kombination der hohen Spannung
und der feinen Folgen von Drahtgitter 50 verstärken die
Diffusion und den Einfangmodus der Partikelsammlung innerhalb des
Agglomerators 30. Feine Partikel, die auf dem Drahtgitter 50 gesammelt werden,
bilden Dendriten, die in den Hauptstromfluss wieder eintreten und
später
auf weitgehend die gleiche Weise wie in den Blenden 40 des
Vorreinigers 24 freigegeben werden. Der Agglomerator 30 ist
dazu ausgebildet, alle agglomerierten Partikel (Dendriten) ohne übermäßigen Aufbau
frei zu geben. Es sei erwähnt,
dass der Agglomerator gemäß der gegen wärtigen Erfindung
Partikel bis zu einem gewissen Grad ansammeln wird, bevor er eine
Stabilisierung erreicht.
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10 zeigt eine bevorzugte
Ausführung des
hoch wirksamen Partikelabscheiders 32, der aus dünnwandigen
Metallfoliensubstraten 52, 53 und 54 besteht,
die in einer kammartigen Weise gebildet sind, die als „Blenden
mit Zähnen" bezeichnet werden.
Die Metallsubstrate 52, 53 und 54 werden
mit elektrisch isolierendem Material 55 beschichtet, das eine
relativ hohe Dielektrizitätskonstante
aufweist (vorzugsweise mehr als 3,0). Die kammartige Form ist bevorzugt,
um eine verbesserte Wirksamkeit zum Einfangen von Partikeln im Bereich
A-A im Vergleich zum Bereich C-C zu erreichen. Dieser Unterschied wird
erreicht, indem eine größere Oberfläche vorgesehen
wird, die sich an der Grenzflächenebene 56 an der
radial inwärtigen
Seitenfläche 58 des
Metallsubstrates 52 öffnet,
während
die Oberfläche,
die sich an der Grenzflächenebene 60 auf
der radial äußeren Seitenfläche 62 des
Substrates 53 öffnet,
geringer ist. Es sei erwähnt,
dass die durch die Zentrifugalwirkung abgeschiedenen Partikel hauptsächlich innerhalb
des Flussgebietes 64 der Zahnzwischenräume gegenüber der radialen Innenseite 58 gesammelt werden.
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Der
Abscheider 32 kann eine beliebige Anzahl von Blenden mit
Zähnen
aufweisen. Bei den meisten Anwendungen liegt die Anzahl von Blenden mit
Zähnen
normalerweise zwischen drei und fünf. Die bevorzugt in 10 gezeigte Ausführung hat drei,
obwohl mehr als fünf
verwendet werden könnten.
Das an den radial mittig zentrierten Kern 66 des Reinigers 10 angrenzende
Metallsubstrat 54 hat typischerweise kürzere Zähne 68 als dasjenige,
das sich radial außerhalb
des Kerns 66 befindet. Die Anordnung einer zentralen Blende
mit Zähnen
(Metallsubstrat 53) teilt den Luftflusskanal, der durch
den Abscheider 32 führt,
auf. Der jeweils zwischen zwei benachbarten Blenden (d. h. Substrate 52 und 53 oder 53 und 54)
enthaltene Fluss wird als ein Unterfluss aufgefasst. Jede Blende
ist mit einer Hochspannungsquelle (nicht dargestellt) verbunden.
Indem die Polarität
der Hochspannungsversorgung für
jede Blende abgewechselt wird, wird ein elektrostatisches Feld zwischen
benachbarten Blenden erzeugt. Bei der gegenwärtigen Ausführung sind die Substrate 52 und 54 positiv
geladen, während
das Substrat 53 negativ geladen ist. Die hohe Dielektrizitätskonstante des
elektrisch isolierenden Materials 55 vergrößert die
Stärke
des elektrostatischen Feldes an den Blendenoberflächen, wodurch
die Sammelwirkung verbessert wird.
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Die
Unterströmungen
der Luft bewegen sich in dem zyklonischen Abstand, der von jeweils
zwei benachbarten Blenden begrenzt ist und der als ein Unterflusskanal 70 bzw. 72 bezeichnet
wird. Der Fluss von Luft in dem Unterflusskanal 70 kann
in drei besondere Bereiche eingeteilt werden, die als Bereiche A-A,
B-B und C-C in 10 bezeichnet
sind. Die radiale Migration von Partikeln zur Erreichung einer gewünschten
Reinheit entspricht dem radialen Abstand des Bereiches B-B, der
typischerweise zwischen 1,3 und 5,1 cm (0,5 und 2 Inch) in der bevorzugten
Ausführung
ist. Da größere Grenzoberflächengebiete
in den Bereichen A-A und C-C gebildet sind, wie zuvor diskutiert
wurde, ist die durchschnittliche Fließgeschwindigkeit zwischen jeweils
zwei benachbarten Zähnen
des Substrates 52 oder 53 (z. B. die Zahnabstandsflussfläche 64 ist
das Substrat 52) geringer als die durchschnittliche Fließgeschwindigkeit
im Bereich B-B. Eine größere Zahntiefe
und/oder ein geringerer Abstand zwischen benachbarten Zähnen vergrößert die
Grenzfläche
und erzeugt folglich eine geringere durchschnittliche Fließgeschwindigkeit
im Flussgebiet 64, wodurch die durchschnittliche Fließgeschwindigkeit
im Bereich B-B des Kanals 70 vergrößert wird. Die Geschwindigkeit
im Fließgebiet 64 beträgt typischerweise
20 bis 25% der Geschwindigkeit im Bereich B-B. Solch eine Charakteristik
ist aus zwei Gründen
sehr erwünscht.
Erstens führt
eine höhere
durchschnittliche Fließgeschwindigkeit
im Bereich B-B zu höheren
Zentrifugalkräften
auf die Partikel und somit zu einer verstärkten Abscheidung. Zweitens
reduziert eine niedrigere durchschnittliche Fließgeschwindigkeit im Bereich
A-A und C-C erheblich die Turbulenz, was eine Zunahme eines laminaren
Flusses erlaubt. Mit einem verstärkten
laminaren Fluss wird die Partikelsammlung auf den Zahnflächen im
Bereich A-A und C-C erheblich verbessert.
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Das
Vorhandensein der Blenden mit Zähnen erzeugt
zwei Szenarien zur Partikelsammlung und zum Partikeleinfangen. Diese
beiden Szenarien hängen
mit den beiden unterschiedlichen Bereichen, dem Bereich A-A und
dem Bereich C-C, zusammen. Partikel im Fließgebiet 71 des Bereiches
C-C sind normalerweise Partikel kleiner Größe und werden hauptsächlich durch
den elektrostatischen Effekt gesammelt, der durch die entgegengesetzte
Polarität der
benachbarten Blenden erzeugt wird, wie zuvor beschrieben wurde.
Die kleinen Partikel agglomerieren und bilden Dendriten, die in
der Richtung des stromabwärtigen
Flusses wandern werden. Größere Partikel
haben normalerweise eine höhere
Migrationsgeschwindigkeit in der radialen Richtung und werden typischerweise
nicht im Gebiet C-C gesammelt. Deshalb ist es erwünscht, Zähne mit
niedrigerer Höhe
und breiterem Abstand im Bereich C-C als im Bereich A-A zu haben
(Fließfläche 71 im Vergleich zur
Fließfläche 64).
Eine Reduktion der Turbulenz in dem Gebiet C-C ist erwünscht, so
dass die Partikel, die auf der Oberfläche des Metallsubstrates 53 gesammelt
wurden, gesammelt bleiben und nicht in den Bereich B-B wieder eintreten.
Da die Mehrzahl der Partikel in der äußeren radialen Richtung zu
dem Gebiet A-A wandert, überqueren
die Partikel die Grenzflächenebene 56,
die den Bereich A-A und B-B trennt. Partikel im Bereich A-A werden
entweder auf der Oberfläche
des Metallsubstrates 52 gesammelt oder bleiben im Flussstrom
innerhalb des Zahnabstandfließbereiches 64 weiter
suspendiert. Als solche werden die Partikel im Bereich A-A vollständig eingefangen
und bleiben in dem Bereich eingeschlossen. Obwohl die Zentrifugalwirkung
im Bereich A-A in Folge der niedrigeren Fließgeschwindigkeit im Vergleich zum
Bereich B-B verringert ist, tritt noch eine Partikelmigration in
der radialen Richtung auf.
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Die
Partikelsammlung auf der Oberfläche des
Metallsubstrates 53 wird durch den elektrostatischen Effekt
und durch den verstärkten
laminaren Fließzustand,
wie zuvor diskutiert, verstärkt.
Partikel, die die Grenzflächenebene 56 zwischen
den Bereichen A-A und B-B passieren, werden in Folge der Auswirkung
der zuvor erwähnten
physikalischen Kräfte
nicht zum Bereich B-B zurückkehren.
Es kann festgehalten werden, dass die Partikeleinfangwirksamkeit
im Bereich A-A von einem praktischen Gesichtspunkt aus in der Nähe von 100%
liegt.
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Es
sei erwähnt,
dass Zwischenblenden, wie etwa das Substrat 53, Fließgebiete 71 angrenzend an
den Bereich B-B des Unterflusskanals 70 und ein Zahnabstandsfließgebiet 65 innerhalb
des Unterflusskanals 72 haben. Die Fließgebiete 71 und 65 sind
in Folge ihrer Funktion unterschiedlich ausgeprägt. Das Fließgebiet 65 hat
dieselbe Funktion innerhalb des Kanals 72 wie das Fließgebiet 64 innerhalb
des Kanals 70 und muss eine größere Größe aufweisen, während das
Fließgebiet 71 dieselbe Funktion
innerhalb des Kanals 70 wie das Fließgebiet 69 innerhalb
des Kanals 72 hat, und es besitzt eine kleinere Größe.
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Es
sei erwähnt,
dass die Partikelmigrationsgeschwindigkeit in der radialen Richtung
in kritischer Weise von der Partikelgröße abhängt. Partikel kleiner Größe haben
eine niedrige radiale Migrationsgeschwindigkeit, während andererseits
große
Partikel eine relativ große
radiale Migrationsgeschwindigkeit besitzen. von einem praktischen
Standpunkt aus kann eine Partikelabscheidung bis zu einer Partikelgröße im Bereich
zwischen 0,5 und 1 μm
durch Zentrifugalwirkung in den Unterflusskanälen 70 und 72 erreicht werden.
Sollen jedoch Partikel kleinerer Größe gesammelt werden, wird die
Länge des
Fließweges
vergrößert, und
der radiale Abstand der Unterflusskanäle 70 und 72 wird
abnehmen.
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Die
verwendete Strategie basiert auf dem Trennen und Sammeln von Partikeln,
die eine Größe von 2 μm oder weniger
haben, im Vorreiniger 24 und dem Agglomerator 30,
wobei die Partikel agglomeriert werden und als große Dendriten
zu dem hoch wirksamen Partikelabscheider abgegeben werden. Partikel
kleiner Größe, die
nicht agglomeriert wurden, verbleiben wahrscheinlich in dem Bereich
B-B, wenn sie den Abscheider 32 verlassen.
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12 zeigt einen Partikelabscheider 34 mittlerer
Wirksamkeit, der dünnwandige
Folienmetallsubstrate 100, 102 und 104 aufweist,
die kammartige Formen mit Zähnen 106, 108 und 100 haben,
im Aufbau desjenigen des Abscheiders 32 (in 10 gezeigt) ähnlich,
außer
dass die Zähne
typischerweise kürzer
als die bei dem Abscheider 32 verwendeten sind. Bei der
bevorzugten Ausführung
haben die Zähne 106, 108 und 110 eine
durchschnittliche Höhe
von ungefähr
0,76 cm (0,30 Inch). Der Partikelabscheider 34 mittlerer
Wirksamkeit folgt dem hoch wirksamen Partikelabscheider 32.
Der Abscheider 34 wird verwendet, wenn eine ausreichende
Partikelabscheidung im Bereich B-B (in 10 gezeigt und oben beschrieben) durch
den Abscheider 32 erreicht wurde.
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Der
hoch wirksame Abscheider 32 und der Abscheider 34 mittlerer
Wirksamkeit werden derart verbunden, dass Bereiche A-A, B-B und
C-C im Abscheider 32 zu den Bereichen D-D, E-E und F-F
im Abscheider 34 werden. Es sollte erwähnt werden, dass, obwohl die
Abscheider 32 und 34 als separate Einrichtungen
bei der bevorzugten Ausführungsform beschrieben
werden, es im Rahmen der Lehre der gegenwärtigen Erfindung liegt, einen
einzigen Abscheider zu verwenden, der die Blenden mit Zähnen gemäß der Abscheider 32 und 34 aufeinander
folgend enthält.
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Während im
Bereich E-E des Abscheiders 34 Partikel weiter radial in
Folge der Zentrifugalwirkung migrieren, werden die Fluidschichten
im Bereich D-D, die an den Bereich E-E angrenzen, nach und nach um
denselben Grad reiner wie der Bereich E-E. Deshalb ist es erwünscht, die
Höhe der
Zähne 106, 108 und 110 zu
reduzieren. Diese Reduktion der Höhe dient drei Zwecken. Zunächst wird
der Druckabfall entlang des Abscheiders 34 als eine Folge
davon reduziert, dass die viskosen Grenzflächen reduziert werden. Zweitens
nimmt durch eine Vergrößerung der
Größe des Bereichs
E-E die durchschnittliche Geschwindigkeit im Bereich D-D ab, wodurch
die Partikelsammlung und -agglomeration weiter verstärkt wird.
Drittens wird der Spülfluss
in den Fließgebieten 160, 161, 162 und 163 zwischen
den Zähnen
reduziert, wodurch der Spülfluss
als ein Prozentsatz des gesamten ankommenden Flusses reduziert wird.
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Es
sei erwähnt,
dass sowohl der hoch wirksame Abscheider 32 als auch der
mittel wirksame Abscheider 34 Partikel aus dem Flussstrom
sowohl durch Zentrifugalkräfte
als auch durch elektrostatische Kräfte abscheiden. Diese Partikel
werden auf der Oberfläche 112 der
Zähne 106,
den Flächen 113 und 114 der
Zähne 108 und
der Fläche 116 der
Zähne 110 gesammelt
und eingefangen, während
die verbleibenden abgeschiedenen Partikel in den Flussgebieten 160, 161, 162 und 163 suspendiert
werden. Der Fluidfluss, der im Bereich D-D enthalten ist, stellt den
zuvor diskutierten Reinigungsfluss oder Spülfluss dar. Als solche werden
alle Partikel, die im Bereich D-D sind, wo sie auf der Oberfläche 112 gesammelt
werden oder in dem Flussgebiet 160 suspendiert werden,
mit fast 100% Wirkungsgrad entfernt. Jedoch sei es erwähnt, dass
es erwünscht
ist, mehr Partikel auf den Oberflächen 112, 113, 114 und 116 zu
sammeln, insbesondere Partikel kleiner Größe, da die gesammelten und
agglomerierten Partikel durch weitere Verarbeitung als Feststoffabfall
abgetrennt werden können,
was bei bestimmten Anwendungen erwünscht ist.
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Die
Konstruktion der Zähne 106, 108 und 110 innerhalb
des Abscheiders 34 kann eine zyklonische Form haben, die
mit den wänden 118 der schraubenförmigen Blenden 21 übereinstimmt
und parallel zu dem Flussstrom ist. Alternativ können die Zähne 106, 108 und 110 mit
einer leichten Neigung in der Fließrichtung ausgebildet sein. 13 zeigt eine auseinander
gefaltete Ansicht der Zähne
der Substrate 100, 102 und 104, die durch
die Wände 118 aus schraubenförmigen Blenden 21 auf
jeder Seite begrenzt sind. Der Winkel, der als „a" zwischen den Zähnen und der Blende bezeichnet
ist, kann variiert werden, jedoch beträgt er bei der bevorzugten Ausführung typischerweise
zwischen 1 und 3°.
Die abgewinkelte Konstruktion der Zähne hat den Vorteil, in den
Seitenwegen die Migration von Partikeln zu unterstützen, die
eingefangen wurden. Zwischen den Zähnen eingefangene Partikel
werden zu der rechten Seite in 13 migrieren.
Diese geneigte Anordnung unterstützt
den Prozess der kontinuierlichen Reinigung und führt dazu, dass das Prinzip
der fortschreitenden Abtrennung um so wirksamer ist, als die Partikelbeladung
der Zähne
(106, 108 und 100) kontinuierlich zu
einem stromabwärtigen
Seitenkanal 119 abgegeben wird. Da die Partikelbeladung
abnimmt, vergrößert sich
die Leistungsfähigkeit
der Zähne beim
Einfangen von Partikeln, und der Reinheitsgrad in dem Fluss nimmt
zu.
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Die 14, 15 und 11 zeigen
die letzte Stufe des kontinuierlichen Luftreinigers 10 des
Endpartikelabscheiders 36. Erreicht der Grad der Partikelabscheidung
und die Größe im Bereich
E-E des Abscheiders 34 einmal den gewünschten Grad, so werden physikalische
Abscheider verwendet, um den Spülfluss
in den Bereichen D-D und F-F von der reinen Luft im Bereich E-E
zu trennen.
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14 zeigt eine auseinander
gefaltete Ansicht der physikalischen Abscheider 124 und 125 und die
Ablenkung des Reinigungsflusses weg von dem Fluss der sauberen Luft. 15 ist eine quergeschnittene
Ansicht, die die Position der physikalischen Abscheider 123, 124, 125 und 126 verdeutlicht sowie
die Ablenkung des Reinigungsflusses zu einem Reinigungsplenum 128.
Bei der Auswahl der physikalischen Abscheider 123, 124, 125 oder 126 wird
Gewicht auf die Minimierung der lokalen Turbulenz gelegt, die durch
die Abscheiderplatte 127 in der Flussrichtung erzeugt wird.
Zwei Designmerkmale sind besonders wichtig beim Aufbau der Abscheiderplatte 127.
Zunächst
ist die Dicke der Abscheiderplatte 127 an der stromaufwärtigen Spitze 130,
wo der Fluss zuerst in den Abscheider eintritt, zwischen 0,025 und
0,076 mm (0,001 und 0,003 Inch) bei einem stromabwärtigen Abstand
von ungefähr
1,27 cm (0,5 Inch). Die Dicke der Platte 127 wird dann
auf 0,51 bis 0,76 mm vergrößert (0,020
bis 0,030 Inch), um eine größere Strukturfestigkeit
zu erhalten. Zweitens ist die stromaufwärtige Spitze 130 der
Abscheiderplatte 127 etwas von den Zähnen 106, 108 und 110 entfernt
beabstandet. Dies wird sicherstellen, dass alle Partikel innerhalb
des Bereiches E-E und in enger Nachbarschaft zu dem Bereich F-F
durch die Trägheitskraft
der Partikel eingefangen werden. Es ist bekannt, dass Partikel von
ausreichender Größe und Trägheit von
den Flussstromlinien durch den Effekt der Massenträgheit abgetrennt
werden können, ein
damit zusammenhängendes
Prinzip in der Aerosol-Technik ist als nicht isokinetischer Zustand
bekannt.
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11 ist eine Querschnittsansicht
stromabwärtig
von derjenigen von 15. 11 zeigt, dass nachdem der
Reinigungsfluss zu dem Reinigungsplenum 128 gelenkt wurde,
die Funktion des Abscheiders erreicht wird und sie beendet werden.
Die saubere Luft und die verschmutzte Luft werden physikalisch und
vollständig
voneinander getrennt. Die saubere Luft tritt durch den Reinluftanschluss 26 an dem
Reinluftauslass 16 aus, während die verunreinigte Luft
innerhalb des Reinigungsplenums 128 aus dem Luftauslasskanal 22 am
Auslass 18 austritt.
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BETRIEBSWEISE
DES SYSTEMS
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Es
sei nun wieder auf 3 Bezug
genommen, gemäß der partikelbeladene
Luft durch die erste Stufe der Vorrichtung, die als ein Vorreiniger
dient, eingeführt
wird. Große
Partikel werden durch diese Stufe zu der äußeren Peripherie des Gehäuses abgeschieden,
gelangen durch geschlitzte Öffnungen
in dem perforierten Gehäuse,
gemeinsam mit wenig oder gar keiner Spülluft, wie zuvor beschrieben.
Das Design des Vorreinigers erlaubt eine wirkungsvolle Partikelabscheidung
in Folge der Zentrifugalwirkung, als auch eine teilweise Agglomeration
von Partikeln kleiner Größe auf den
blendenartigen Flächen.
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Sind
einmal die großen
Partikel aus dem Luftstrom entfernt, wird ein Agglomerator verwendet. In
Abhängigkeit
von der Natur und den Charakteristika der Partikel (wie etwa nass
oder trocken oder falls etwa ein großer Anteil der Partikel im
Submikrometerbereich ist) kann ein Drahtgitter-Agglomerator verwendet
werden. Die Auswahl und das Design des Drahtgitter-Agglomerators erfolgt
derart, dass Partikel kleiner Größe auf den
Drahtgitterfasern gesammelt werden, wodurch Dendriten gebildet werden. Die
Sammelmechanismen können
durch Elektrifizierung des Drahtgitters unter Verwendung eine Hochspannungsquelle
wie zuvor beschrieben verbessert werden. Während sich die Dendriten um
die Faser herum aufbauen, vergrößert sich
ihre Widerstandsfläche
und folglich die aerodynamischen Zugkräfte, bis ein Grenzwert zwischen
den Zugkräften
und den Adhäsionskräften erreicht
wird. Dendriten werden von dem Drahtgitter abbrechen und sind normalerweise
relativ groß im
Vergleich zu den Partikeln, aus denen sie bestehen. Die Abtrennung
von großen
Partikeln und Dendriten (die als größere Partikel wirken) kann
leicht in der nächsten
Stufe der Vorrichtung erreicht werden.
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Partikel,
die in den hoch wirksamen Partikelabscheider eintreten, erfahren
im Bereich B-B eine hohe Zentrifugalbeschleunigung. Als Folge der
hohen Beschleunigung werden die Partikel zu der Grenzlinie zwischen
dem Bereich B-B und dem Bereich A-A hin abgetrennt. Treten die Partikel
einmal in den Bereich A-A ein, werden die Fließgeschwindigkeit und folglich
die Turbulenz in Folge der vergrößerten viskosen
Grenzflächen
erheblich reduziert. Diese Partikel werden entweder an den Wänden der
Zähne innerhalb
des Bereiches A-A gesammelt oder eingefangen, verbleiben zwischen
den Zahnabständen
im Bereich A-A suspendiert. Wiederum wird elektrostatische Aufladung
verwendet, um die Partikelsammlung an den Wänden zu verbessern. Eine Partikelmigration
durch Zentrifugalwirkung entspricht der Höhe des Bereiches B-B. Indem
die Höhe
der Zähne
im Bereich A-A vergrößert wird,
wird die Höhe
des Bereiches B-B verkleinert, was zu einer vergrößerten Geschwindigkeit
der Partikelabscheidung führt.
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Partikel,
die an den Wänden
der Zähne
des hoch wirksamen Abscheiders gesammelt werden, bilden Dendriten.
Diese Dendriten werden weiter wachsen, bis ein Grenzwert zwischen
den aerodynamischen Zugkräften
und den Adhäsionskräften erreicht
ist, bei dem die Dendriten in dieselbe Richtung wie der Flussstrom
migrieren werden und sich in einer leicht radialen Richtung bewegen
werden, falls ihre Geschwindigkeit in der Fließrichtung feststellbar wird.
Die Fließgeschwindigkeit
zwischen den Ab scheiderzähnen
wird mit einem niedrigen Wert gewählt, um das Sammeln und Einfangen
zu verstärken.
Jedoch ist die Fließgeschwindigkeit
ausreichend groß,
um ein Verstopfen bis zu den Zähnen
des Fließgebietes
zu vermeiden. Dieser Zustand ist bei trockenen Partikeln von geringer
Bedeutung, erfordert jedoch ein sorgfältiges Design, wenn man es
mit feuchten Partikeln zu tun hat.
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Während die
Luft im Bereich B-B sauberer wird, kann die Tiefe der Partikelabscheiderzähne verringert
werden, wodurch ein größerer Fließbereich
im Bereich B-B erlaubt wird. Dies wird in dem Partikelabscheider
mittlerer Wirksamkeit dort gemacht, wo sich der Bereich B-B auf
den Bereich E-E ausdehnt. Die Verringerung der Zahnhöhe erlaubt
eine Reduzierung des Druckabfalls entlang des Abscheiders. Die Veränderung
in der Zahnhöhe
von dem hoch wirksamen Abscheider zum Abscheider mittlerer Wirkung kann
allmählich
oder in Stufen erfolgen. Der Partikelabscheider mittlerer Wirksamkeit
wird die Aufgabe der Partikelabscheidung weiter durchführen, jedoch mit
einem niedrigeren Druckabfall.
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Partikel,
die durch Zentrifugalwirkung und elektrostatische Aufladung abgeschieden
werden, werden hauptsächlich
im Bereich A-A und später
im Bereich D-D gesammelt. Jedoch wurde es beim Testen eines Prototyps
festgestellt, dass Partikel auch auf den Zahnflächen im Bereich C-C und F-F
hauptsächlich
durch elektrostatische Aufladung gesammelt werden. Die Zahnhöhe im Bereich
C-C ist im Vergleich zu derjenigen im Bereich A-A kurz, um die Partikelsammlung
in diesem Bereich auf ein Minimum zu begrenzen und um den Druckabfall
zu begrenzen. Das Gleiche trifft in Bezug auf die Zahnhöhe im Bereich
F-F im Vergleich zu den Zähnen
im Bereich D-D zu.
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Am
stromabwärtigen
Ende 25 des Reinigers werden physikalische Abscheider zwischen
den Bereichen D-D und E-E und den Bereichen E-E und F-F vorgesehen.
Alle Luft, die in den Bereichen D-D und F-F enthalten ist, wird
zu einem separaten Reinigungsplenum als Reinigungsfluss entfernt.
In Folge der niedrigen Fließgeschwindigkeit
in den Bereichen D-D und F-F ist das Reinigungsflussverhältnis als
ein Prozentsatz des vollständigen
Flusses typischerweise geringer als 10%. Bei der bevorzugten Ausführung des
Reinigungsflusses ist dieser normalerweise im Bereich zwischen 3
und 4%. Luft, die im Bereich E-E verbleibt, ist als sauber anzusehen
und kann für
die gewünschte
Anwendung verwendet werden.