EP1097748A1 - Luftfilter mit einem elektrostatischen Abscheider - Google Patents

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EP1097748A1
EP1097748A1 EP00121830A EP00121830A EP1097748A1 EP 1097748 A1 EP1097748 A1 EP 1097748A1 EP 00121830 A EP00121830 A EP 00121830A EP 00121830 A EP00121830 A EP 00121830A EP 1097748 A1 EP1097748 A1 EP 1097748A1
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Arndt Döhler
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F02M35/02—Air cleaners
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    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
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    • B03C3/02—Plant or installations having external electricity supply
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B03C2201/30—Details of magnetic or electrostatic separation for use in or with vehicles

Definitions

  • the invention relates to an air filter, in particular an intake air filter for a Internal combustion engine, with an electrostatic separator in the form of a High voltage electrode and a precipitation electrode between which the airflow to be cleaned is passed through.
  • an air filter is known from DE 30 19 174 A1.
  • Usual intake air filters for internal combustion engines are designed as paper filters, i.e. the intake air flow of the internal combustion engine is determined by a accordion-folded paper filter strips passed through the forms a not inconsiderable flow resistance and thus on has a negative impact on the overall efficiency of the internal combustion engine. Further it is necessary to use a dirty paper filter (especially when operating in a dusty environment) at intervals that are sometimes relatively short.
  • an electrostatic air filter such as that in the above-mentioned DE 30 19 174 A1 is shown.
  • the high-voltage electrode suitably high electrical voltage (e.g. in the order of 16000 volts), so that there is between the high-voltage electrode and the (Grounded) precipitation electrode forms a corona in which the Dust particles of the air flow passed through are ionized or charged so that they settle on the precipitation electrode.
  • Latter needs to be cleaned occasionally, but this is easier than that Exchange of a paper filter.
  • At least one is special within the air filter housing worked out channel provided within which the to be cleaned Air flow is guided in such a targeted manner that it completely said Corona field, in which the dust separation by ionization of the Dust particles and subsequent precipitation of them at the so-called precipitation electrode done, is exposed.
  • This is achieved in that one of the electrodes itself the wall for this duct carrying the air flow forms while the other electrode is suitably centrally within this channel is arranged.
  • the channel has one has a circular cross-section, central or concentric within it a circular to the channel wall or to the so-called channel wall electrode Electrode is provided, which is then preferably a high-voltage electrode acts because then the precipitation electrode has a considerable area is larger electrode, so that there is a relatively high deposition capacity.
  • Electrode is provided, which is particularly advantageous thereby an elongated, in particular rectilinear channel, since in this no diversion is required and a good inflow and outflow can be realized.
  • the channel delimited by the precipitation electrode essentially has the shape of an elongated rectangle with rounded corners, so can with a optimal design of said corona field a maximum Flow cross-section can be achieved. Otherwise it is for enlargement of the total flow cross section of the air filter possible, within of the air filter housing several such channels lying side by side (preferably with their longer side walls adjacent), in each of which a high-voltage electrode is arranged.
  • the electrical electrode voltage applied to this high-voltage electrode can or should be just below the breakdown limit, i.e. to be regulated just below an electrical flashover to the Separation efficiency increases even under fluctuating climatic conditions maximize. Otherwise, can be used to reinforce the corona field (Local) increase in the field line density in the corona field on the surface the high-voltage electrode is punctiform or essentially in the direction of flow linear elevations of the air flow are provided his.
  • FIG. 1 showing a longitudinal section (section II from FIG. 2) of an air filter according to the invention and FIG. 2 the cross section (section II-II from FIG. 1). All features described in more detail can be essential to the invention.
  • the reference number 1 denotes the housing of the air filter, which, as can be seen, has an essentially square cross section (cf. FIG . 2 ) and extends perpendicularly to it in the direction of a central, so-called longitudinal axis 2.
  • an intake funnel 3 opening in the direction of the longitudinal axis 2 an air flow to be cleaned, that is to say in particular to be freed from dust particles or the like (this is represented by arrows 4 and is referred to below with reference number 4), is introduced into the air filter housing 1.
  • a funnel-shaped discharge pipe 5 is arranged at the end of the housing 1 opposite the suction funnel 3 and also extends in the direction of the longitudinal axis 2, through which the then cleaned air flow 4 is guided out of the air filter housing 1 again.
  • each channel wall 7 describes a substantially rectangular cross section or the cross section of each channel 8 has essentially the shape of an elongated rectangle with rounded corners, the adjacent channels 8 each adjoining one another with their longer side edges.
  • a so-called intermediate plate 9 is arranged centrally within each channel 8 such that the shortest distance between each surface point of the intermediate plate 9 and the channel wall 7 is almost the same for all surface points.
  • This intermediate plate 9 forms together with the channel wall 7 an electrostatic separator for the dust particles contained in the air stream 4 or the like.
  • a high electrical voltage is applied to the intermediate plate 9 (for example in the order of 30 kV), so that this intermediate plate 9 as High-voltage electrode functions, for which reference number 9 is also used below.
  • the channel wall 7, however, is electrically grounded and thus forms the corresponding counter-electrode, for which the term is used below Precipitation electrode "and (also) reference number 7 is used.
  • Dust particles or the like contained in the air stream 4 are in this corona field ionized and are therefore electrical from the precipitation electrode 7 attracted and therefore attach to this, i.e. on the canal wall 7 from.
  • the precipitation electrode 7 is electrical from the precipitation electrode 7 attracted and therefore attach to this, i.e. on the canal wall 7 from.
  • to increase the field line density in said corona field 9 point-shaped elevations on the surface of the high-voltage electrode 14 is provided, however, this and a variety of other details in particular of a constructive nature, quite different from the exemplary embodiment shown be designed without leaving the content of the claims.
  • such an air filter is characterized by a high separation efficiency and in particular through minimized flow resistance for the air flow 4 to be cleaned.
  • this air filter improves thus the overall efficiency of the internal combustion engine.
  • Air filter ready for use over the entire service life of the internal combustion engine, i.e. there is no need to replace filter elements, but it all that is required is the electrodes, especially the precipitation electrode to be cleaned at certain time intervals.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Luftfilter, insbesondere ein 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. Erfindungsgemäß bildet eine der beiden Elektroden eine Kanalwand eines im Querschnitt geschlossenen Kanales für den zu reinigenden Luftstrom, innerhalb dessen die andere Elektrode derart angeordnet ist, daß der kürzeste Abstand zwischen dieser inneren Elektrode und der sog. Kanalwand-Elektrode an allen Punkten nahezu gleich ist. Bevorzugt besitzt der Querschnitt des Kanales im wesentlichen die Form eines gestreckten Rechteckes mit abgerundeten Ecken besitzt, wobei im Luftfilter-Gehäuse mehrere derartige Kanäle mit ihren längeren Seitenwänden nebeneinander liegend vorgesehen sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein 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. Ein derartiges Luftfilter ist aus der DE 30 19 174 A1 bekannt.
Übliche Ansaugluftfilter für Brennkraftmaschinen sind als Papierfilter ausgebildet, 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. Ferner ist es erforderlich, ein verschmutztes Papierfilter (insbesondere bei Betrieb in einer staubhaltigen Umgebung) in teilweise relativ kurzen Intervallen auszutauschen.
Demgegenüber günstiger ist ein elektrostatisches Luftfilter, wie es bspw. in der eingangs genannten DE 30 19 174 A1 gezeigt ist. Dieses weist 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) Niederschlags-Elektrode eine Corona bildet, in der die Staubpartikel des hindurchgeführten Luftstromes ionisiert bzw. aufgeladen werden, so daß sich diese an der Niederschlags-Elektrode absetzen. Letztere muß zwar gelegentlich gereinigt werden, was jedoch einfacher ist als der Austausch eines Papierfilters. Insbesondere jedoch ist der Strömungswiderstand eines solchen elektrostatischen Luftfilters erheblich geringer als derjenige eines Papierfilters.
Allerdings läßt bei dem aus der DE 30 19 174 A1 bekannten zyklonartigen Luftfilter mit elektrostatischem Abscheider der Abscheide-Wirkungsgrad zu wünschen übrig, d.h. die Staubabscheidung erfolgt nicht so umfassend bzw. ausgeprägt wie bei den üblichen Papierfiltern. Dies dürfte insbesondere daran liegen, daß bei dieser bekannten Bauart 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 enthaltenen Staubpartikel überhaupt nicht ionisiert wird und somit auch nicht abgeschieden 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 Erfindung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Elektroden eine Kanalwand eines im Querschnitt geschlossenen Kanales für den zu reinigenden Luftstrom bildet, innerhalb dessen die andere Elektrode derart angeordnet ist, daß der kürzeste Abstand zwischen dieser inneren Elektrode und der sog. Kanalwand-Elektrode an allen Punkten nahezu gleich ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist innerhalb des Luftfilter-Gehäuses zumindest ein speziell herausgearbeiteter Kanal vorgesehen, innerhalb dessen der zu reinigende Luftstrom derart gezielt geführt wird, daß er vollständig dem besagten Corona-Feld, in welchem die Staubabscheidung durch Ionisierung der Staubpartikel und anschließendem Niederschlag derselben an der sog. Niederschlags-Elektrode erfolgt, ausgesetzt ist. Erzielt wird dies dadurch, daß eine der Elektroden selbst die Wand für diesen den Luftstrom führenden Kanal bildet, während die andere Elektrode in geeigneter Weise zentral innerhalb dieses Kanales angeordnet ist. Um dabei zu gewährleisten, daß über dem Kanalquerschnitt betrachtet an sämtlichen Stellen ein im wesentlichen gleich starkes, homogenes elektrisches Feld vorliegt, soll wie weiterhin angegeben der kürzeste Abstand zwischen den beiden Elektroden für alle Oberflächenpunkte dieser Elektroden im wesentlichen gleich sein.
Diese genannten Kriterien sind bspw. dann erfüllt, wenn der Kanal einen kreisförmigen Querschnitt besitzt, innerhalb dessen zentral bzw. konzentrisch zur Kanalwand bzw. zur sog. Kanalwand-Elektrode eine kreisförmige Elektrode vorgesehen ist, die dann bevorzugt als Hochspannungs-Elektrode fungiert, da dann die Niederschlags-Elektrode die flächenmäßig erheblich größere Elektrode ist, so daß eine relativ hohe Ablagerungskapazität besteht. Hinsichtlich der Durchströmungsverhältnisse besonders vorteilhaft ist dabei ein langgestreckter, insbesondere geradliniger Kanal, da in diesem keine Umlenkung erforderlich ist und ferner eine gute Zu- und Abströmung realisiert werden kann.
Besitzt der von der Niederschlags-Elektrode begrenzte Kanal im wesentlichen die Form eines gestreckten Rechteckes mit abgerundeten Ecken, so kann bei optimaler Gestaltung des besagten Corona-Feldes ein maximaler Durchströmquerschnitt erzielt werden. Im übrigen ist es zur Vergrößerung des gesamten Durchströmquerschnittes des Luftfilters möglich, innerhalb des Luftfiltergehäuses nebeneinander liegend mehrere derartige Kanäle (bevorzugt mit ihren längeren Seitenwänden aneinander angrenzend) vorzusehen, in denen jeweils eine Hochspannungs-Elektrode angeordnet ist. Die an diese Hochspannungs-Elektrode angelegte elektrische Elektrodenspannung kann bzw. sollte dabei knapp unterhalb der Durchschlagsgrenze, d.h. knapp unterhalb eines elektrischen Überschlages geregelt werden, um den Abscheidewirkungsgrad auch unter schwankenden Klimabedingungen zu maximieren. Im übrigen können zur Verstärkung des Corona-Feldes zur (lokalen) Erhöhung der Feldliniendichte im Corona-Feld auf der Oberfläche der Hochspannungs-Elektrode punktförmige oder im wesentlichen in Strömungsrichtung des Luftstromes verlaufende linienförmige Erhebungen vorgesehen sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles weiter erläutert, wobei die beigefügte Figur 1 einen Längsschnitt (Schnitt I-I aus Fig.2) eines erfindungsgemäßen Luftfilters und Figur 2 dessen Querschnitt (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 quadratischen Querschnitt (vgl. Fig.2) besitzt und sich senkrecht hierzu in Richtung einer zentralen sog. Längsachse 2 erstreckt. Über einen in Richtung der Längsachse 2 mündenden Ansaugtrichter 3 wird ein zu reinigender, d.h. insbesondere von Staubpartikeln oder dgl. zu befreiender Luftstrom (dieser ist durch Pfeile 4 dargestellt und wird im weiteren mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet) in das Luftfilter-Gehäuse 1 eingeleitet. Am dem Ansaugtrichter 3 gegenüberliegenden Ende des Gehäuses 1 und sich dabei ebenfalls in Richtung der Längsachse 2 erstreckend ist ein trichterförmiges Abführrohr 5 angeordnet, durch welches der dann gereinigte Luftstrom 4 wieder aus dem Luftfilter-Gehäuse 1 herausgeführt wird.
Bezugnehmend auf Fig.2 sind innerhalb des Luftfilter-Gehäuses 1 nebeneinander liegend mehrere (hier vier) sich geradlinig in Richtung der Längsachse 2 erstreckende Kanäle 8 vorgesehen, die jeweils von einer Kanalwand 7 begrenzt werden. Jede Kanalwand 7 beschreibt einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt bzw. der Querschnitt jedes Kanales 8 besitzt im wesentlichen die Form eines gestreckten Rechteckes mit abgerundeten Ecken, wobei die einander benachbarten Kanäle 8 jeweils mit ihren längeren Seitenkanten aneinander angrenzen. Zentral innerhalb jedes Kanales 8 ist ein sog. Zwischenblech 9 derart angeordnet, daß der kürzeste Abstand zwischen jedem Oberflächen-Punkt des Zwischenbleches 9 und der Kanalwand 7 für alle Oberflächenpunkte nahezu gleich ist.
Dieses Zwischenblech 9 bildet zusammen mit der Kanalwand 7 einen elektrostatischen Abscheider für die im Luftstrom 4 enthaltenen Staubpartikel oder dgl. Hierfür ist an das Zwischenblech 9 eine hohe elektrische Spannung angelegt (bspw. in der Größenordnung von 30 kV), so daß dieses Zwischenblech 9 als Hochspannungs-Elektrode fungiert, für die im weiteren ebenfalls die Bezugsziffer 9 verwendet wird. Die Kanalwand 7 hingegen ist elektrisch auf Masse gelegt und bildet somit die entsprechende Gegen-Elektrode, für die im weiteren der Begriff
Figure 00050001
Niederschlags-Elektrode" sowie (ebenfalls) die Bezugsziffer 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 aus, durch welches hindurch der im Luftfilter zu reinigende Luftstrom 4 vollständig hindurchgeführt wird, und zwar von der Kanalwand 7.
Im Luftstrom 4 enthaltene Staubpartikel oder dgl. werden in diesem Corona-Feld ionisiert und werden daher von der Niederschlags-Elektrode 7 elektrisch angezogen und lagern sich demzufolge an dieser, d.h. an der Kanalwand 7 ab. Dabei sind zur Erhöhung der Feldliniendichte im besagten Corona-Feld 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.
Wie bereits vor der Beschreibung dieses bevorzugten Ausführungsbeispieles erläutert wurde, zeichnet sich ein derartiges Luftfilter durch einen hohen Abscheidewirkungsgrad und insbesondere durch einen minimierten Strömungswiderstand für den zu reinigenden Luftstrom 4 aus. Bei Verwendung als Ansaug-Luftfilter für eine Brennkraftmaschine verbessert dieses Luftfilter somit den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine. Ferner ist dieses Luftfilter über die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine einsatzbereit, d.h. es müssen keine Filterelemente ausgetauscht werden, sondern es ist lediglich erforderlich, die Elektroden, insbesondere die Niederschlags-Elektrode in gewissen Zeitintervallen zu reinigen.
Bezugszeichenliste:
1
Luftfilter-Gehäuse
2
Längsachse
3
Ansaugtrichter
4
Luftstrom (Pfeile)
5
Abführrohr
7
Kanalwand-(Elektrode) = Niederschlags-Elektrode
8
Kanal
9
Zwischenblech = Hochspannungs-Elektrode
14
Erhebung

Claims (4)

  1. Luftfilter, insbesondere Ansaug-Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, mit einem elektrostatischen Abscheider in Form einer Hochspannungs-Elektrode (9) und einer Niederschlags-Elektrode (7), zwischen denen der zu reinigende Luftstrom (4) hindurchgeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Elektroden (7, 9) eine Kanalwand (7) eines im Querschnitt geschlossenen Kanales (8) für den zu reinigenden Luftstrom (4) bildet, innerhalb dessen die andere Elektrode (9) derart angeordnet ist, daß der kürzeste Abstand zwischen dieser inneren Elektrode (9) und der sog. Kanalwand-Elektrode (7) an allen Punkten nahezu gleich ist.
  2. Luftfilter nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalwand-Elektrode (7) einen im wesentlichen langgestreckten, insbesondere einen geradlinigen Kanal (8) bildet, in dem die andere Elektrode (9) zentral angeordnet ist.
  3. Luftfilter nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Kanales (8) im wesentlichen die Form eines gestreckten Rechteckes mit abgerundeten Ecken besitzt und daß mehrere derartige Kanäle (8) mit ihren längeren Seitenwänden nebeneinander liegend vorgesehen sind.
  4. Luftfilter nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Hochspannungs-Elektrode (9) punktförmige oder im wesentlichen in Strömungsrichtung des Luftstromes (4) verlaufende linienförmige Erhebungen (14) vorgesehen sind.
EP00121830A 1999-11-05 2000-10-06 Luftfilter mit einem elektrostatischen Abscheider Ceased EP1097748A1 (de)

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DE19953222A1 (de) 2001-05-10

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