EP1097748A1 - Luftfilter mit einem elektrostatischen Abscheider - Google Patents
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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.
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 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.
- 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)
- 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. - 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. - 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. - 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.
Applications Claiming Priority (2)
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EP1097748A1 true EP1097748A1 (de) | 2001-05-09 |
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