EP2387468B1 - Zyklonabscheider mit einlassströmungsleitrohr - Google Patents

Zyklonabscheider mit einlassströmungsleitrohr Download PDF

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EP2387468B1
EP2387468B1 EP10702594.2A EP10702594A EP2387468B1 EP 2387468 B1 EP2387468 B1 EP 2387468B1 EP 10702594 A EP10702594 A EP 10702594A EP 2387468 B1 EP2387468 B1 EP 2387468B1
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EP
European Patent Office
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channel
precipitator according
cyclone
space
cyclone precipitator
Prior art date
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EP10702594.2A
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English (en)
French (fr)
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EP2387468A1 (de
Inventor
Jens Schäfer
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Donaldson Filtration Deutschland GmbH
Original Assignee
Donaldson Filtration Deutschland GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Donaldson Filtration Deutschland GmbH filed Critical Donaldson Filtration Deutschland GmbH
Priority to PL10702594T priority Critical patent/PL2387468T3/pl
Publication of EP2387468A1 publication Critical patent/EP2387468A1/de
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Publication of EP2387468B1 publication Critical patent/EP2387468B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/02—Construction of inlets by which the vortex flow is generated, e.g. tangential admission, the fluid flow being forced to follow a downward path by spirally wound bulkheads, or with slightly downwardly-directed tangential admission
    • B04C5/04—Tangential inlets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C11/00—Accessories, e.g. safety or control devices, not otherwise provided for, e.g. regulators, valves in inlet or overflow ducting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B04C5/103—Bodies or members, e.g. bulkheads, guides, in the vortex chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/12—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits
    • B04C5/13—Construction of the overflow ducting, e.g. diffusing or spiral exits formed as a vortex finder and extending into the vortex chamber; Discharge from vortex finder otherwise than at the top of the cyclone; Devices for controlling the overflow

Definitions

  • the invention relates to a cyclone separator with an inlet and an outlet for a fluid, a vortex chamber with a round cross-section arranged between the inlet and the outlet and guide means for producing a vortex flow in the vortex space.
  • Cyclone separators also referred to as centrifugal separators or cyclone filters, serve to separate solid or liquid particles contained in gases or to separate solid particles contained in liquids.
  • a cyclone separator consists essentially of five parts. In the installed state at the top is the upper housing part (sometimes referred to as inlet cylinder), the u.a. the dirty fluid inlet and the purified fluid outlet.
  • a particle collecting container is provided, which is often referred to as a bunker.
  • the whirl space is bounded by a so-called APEX cone towards the bunker.
  • the fluid entering through the inlet into the housing top and then into the swirl chamber is placed in a spiral, downwardly directed flow motion, also referred to as swirl downflow.
  • swirl downflow act on the fluid and the particles contained therein centrifugal forces, which accelerate them radially outward, wherein the particles are partially deposited on the wall and slide down therefrom in the particle collecting container or drain.
  • the flow velocity and consequently also the rotational speed of the fluid increase continuously the farther the fluid flow moves in the direction of the lower, narrower end of the swirling space.
  • the fluid flow is deflected and discharged through the dip tube and the outlet of the cyclone separator. Due to their higher mass, the particles still contained in the fluid do not follow this flow deflection, so that they are not discharged through the dip tube and the outlet, but rather are collected in the bunker arranged below the swirl space.
  • cyclone separators with swirl disk are known (cf. EP 1 313 566 B1 ), whose function with respect to the generation of the vortex sink flow correspond to the cyclone separators with impeller.
  • the special feature of a cyclone separator with swirl disk is that the blades of the swirl disk are mutually displaceable with respect to the distance.
  • the blades of the swirl disk are biased spring-loaded towards each other in the direction of a small distance, wherein the fluid flowing through the space between the wings of the distance between the vanes in response to the differential pressure, which in turn depends on the volume flow of the fluid, and against the spring preload increased.
  • the swirl disk generates a throttling effect whose height depends directly on the volume flow of the fluid.
  • the efficiency of a cyclone separator is influenced by a number of factors. A significant influence on the one hand, the flow velocity, which should not fall below a defined limit in the rule. The flow rate in turn depends directly on the volume flow of the fluid to be purified, which is supplied to the cyclone separator. However, in practice, the volumetric flow is often exposed to extreme fluctuations, which has a negative influence on the average efficiency of the cyclone separator.
  • constructive a cyclone separator is regularly designed such that it achieves an optimum deposition rate at a defined inlet velocity (a value of about 15 m / s has proven to be advantageous) or a corresponding volume flow; Fluctuations in these values inevitably lead to a not inconsiderable loss of efficiency.
  • the FR 1 248 898 A discloses a cyclone separator having an upper housing part and a lower housing part, between which a swirling space is formed.
  • an inlet and an outlet for compressed air are integrated in the upper part of the housing.
  • the compressed air flows through the inlet into an expansion space which is separated from the cyclone space by partitions.
  • a connection between the expansion chamber and the swirling space is formed by a channel-shaped outlet which is delimited by wall sections.
  • the invention was based on the object of specifying a cyclone separator improved, in particular with regard to its efficiency.
  • a cyclone separator comprising a housing with an inlet and an outlet for a fluid (and in particular a compressed gas, such as compressed air), a vortex space, preferably round in cross-section, arranged between the inlet and outlet, and guide means for creating a vortex flow in the Whirling space
  • the guide means are designed as (preferably obliquely arranged) channel.
  • An adjustable throttle element is arranged at the end of the passage at the end of the vortex chamber, which regulates the free opening cross section of the passage as a function of the flow rate of the compressed gas in order to achieve a flow velocity which is as constant as possible.
  • a spring-loaded throttle valve can be used as throttle element, which is arranged in or behind the channel (or tube) and controls the free cross-section of the channel in dependence on the flow rate of the fluid.
  • the throttle may be arranged asymmetrically with respect to the cross section of the channel, thereby making it possible to effect a tangential inflow of the wall of the swirling space not only by a corresponding configuration of the channel itself but also by subsequent deflection by means of the throttle.
  • the throttle valve may preferably be aligned obliquely to the wall of the swirling space.
  • Such a throttle valve can, depending on the volume flow and the resulting angle of attack (with respect to the wall of the swirl space), cause the flow rate to be kept as constant as possible and through the slanted position of the throttle valve is also achieved a clean flow around the wall of the swirling space, which can be associated with a better separation and a lower differential pressure.
  • the throttle valve on an additional guide plate, which deflects leakage currents in the rear region of the throttle valve in the main flow.
  • a further improvement in the efficiency of the cyclone separator according to the invention can be achieved in that the channel has an oval or elliptical cross section.
  • the arrangement of the elliptical cross-section is preferably chosen such that the major axis of the elliptical cross-section is downwardly, i.e. is aligned in the direction of the longitudinal axis of the swirling space, while the minor axis is aligned perpendicular thereto.
  • an expansion space is provided between the inlet and the channel of the cyclone separator according to the invention, into which the fluid can flow after the inlet into the cyclone separator and before entering the cyclone space. It has been shown that a further improvement in the efficiency and the pressure loss of the cyclone separator according to the invention can be achieved by this arrangement of an expansion space.
  • the channel is formed by a tube which projects into the swirling space, provision may be made for the tube to be open above the swirling space, so that optionally an inner volume of the upper housing portion located above the swirling space can be used as an expansion space.
  • the channel can be integrated into a separating element which separates the expansion space from the swirling space.
  • a dip tube and / or an outlet channel which connects the swirling space to the outlet in order to remove the cleaned fluid from the cyclone separator can additionally be integrated into this separating element.
  • the separating element comprising the channel and the outlet channel as a preferably exchangeable insert can bring both manufacturing and maintenance benefits.
  • the separating element which may have a geometrically simple construction due to the configuration of the cyclone separator according to the invention, can be formed inexpensively as a plastic component, which can be injection-molded, for example. This can be easily inserted into the two housing parts, which can often be formed from metal and in particular aluminum or steel due to the pressure difference between the atmospheres inside the housing and -auseren.
  • a cyclone separator according to the invention is distinguished by a simple construction and, as a result, by a simple production.
  • a reduction in the number of different, optimized to different flow rates models can be achieved a cost reduction.
  • a high deposition rate for the entire range of application can be achieved with greatly varying volume flows.
  • the Fig. 1 shows an embodiment of a cyclone separator according to the invention.
  • This comprises a housing with an upper housing part 1 and a lower housing part 2, which are connected to each other by means of a bayonet closure 3.
  • With the upper housing part 1 are each connecting pieces 4 for an inlet 5 for a fluid to be cleaned, compressed air in the present case, and connected to an outlet 6 for the purified compressed air.
  • the inlet 5 and the outlet 6 are integrated opposite one another in a horizontal orientation in the housing upper part 1.
  • the formed by the upper housing part 1 volume, which serves as an extension space 7, is separated by a separating element 8 of serving as the swirling space 9 volume of the housing base 2.
  • the swirling space is designed almost cylindrical, with a draft of approximately 3 ° is easier demolding of the housing base produced as a cast component.
  • a particle collecting container 10 is provided, which is provided with a valve 11, which serves for discharging the liquid collected in the particle collecting container 10 or particles.
  • the separating element 8 comprises an (inlet) channel 12, which connects the inlet 5 for the compressed air with the swirling space 9.
  • the channel 12 is formed by an obliquely projecting into the swirl space tube 13, which is also partially open with respect to the extension space 7. Accordingly, a direct connection between the expansion chamber 7 and the swirling space 9 results via the partially open pipe 13.
  • the compressed air entering through the inlet 5 into the cyclone separator flows partly into the expansion space 7 and is introduced into the swirling space 9 via the pipe 13 in a defined direction directed.
  • the orientation of the tube 13 is such that the flow is partly inclined downwards in the direction of the particle collecting container 10 and at the same time a tangential flow of the inner wall of the housing lower part 2 takes place in the outlet region of the tube 13.
  • the ensuing through the channel 12 sewerage of the incoming compressed air in the swirl chamber 9 in conjunction with the deflection of the flow both downwardly and tangentially in the direction of the wall of the swirling space 9 provides a vortex flow, which is characterized by a particularly good deposition rate.
  • the eddy current causes the particles contained in the compressed air (liquid droplets, dirt particles, etc.) due to their due to the higher density inertia compared to the compressed air either deposited on the wall of the vortex space 9 and discharged in the direction of the particle collecting container 10, or lower part of the swirling space 9 of the caused by the pressure difference and supported by an APEX cone 16 deflection of the compressed air flow does not follow and in turn be collected in the particle collecting container 10.
  • the Fig. 2 shows an alternative of a separating element 8b, which, for example, in the cyclone according to the Fig. 1 can be used instead of the separating element 8 used there.
  • the further description is therefore in conjunction with the other components of the cyclone separator Fig. 1 ,
  • the essential differences of the separating element 8b of Fig. 2 in comparison to the separator of the Fig. 1 relate to the formation of the tube 13b, with which the compressed air is passed into the swirling space 9 and the additional arrangement of a throttle valve 18 at the outlet end of the tube 13b.
  • the tube 13b has an elliptical cross section, wherein the main axis of the elliptical cross section is aligned in the direction of the longitudinal axis of the housing. Due to the elliptical design of the cross section of the tube 13b, a further improvement of the deposition rate of the cyclone separator can optionally be achieved.
  • the throttle valve 18 provides for a throttling of the compressed air flow in dependence on the flow rate of the compressed air in order to achieve the most constant flow rate possible.
  • the slightly decentralized, rotatably mounted in the pipe wall throttle valve 18 is loaded by a spring 19 in the direction of its closed position.
  • the opening direction of the throttle valve 18 is also chosen so that at least a portion of the compressed air from the throttle valve 18 is additionally deflected in the tangential direction with respect to the wall of the swirling space 9.
  • the throttle valve 18 is primarily a very high and uniform deposition rate can be achieved even with highly fluctuating flow rates.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Zyklonabscheider mit einem Ein- und einem Auslass für ein Fluid, einem zwischen dem Ein- und dem Auslass angeordneten Wirbelraum mit rundem Querschnitt sowie Leitmitteln zur Erzeugung einer Wirbelsenkströmung in dem Wirbelraum.
  • Zyklonabscheider, die auch als Fliehkraftabscheider oder Zyklonfilter bezeichnet werden, dienen der Absonderung von in Gasen enthaltenen festen oder flüssigen Partikeln bzw. der Absonderung von in Flüssigkeiten enthaltenen festen Partikeln. Ein Zyklonabscheider besteht im Wesentlichen aus fünf Teilen. Im eingebauten Zustand an oberster Stelle befindet sich das Gehäuseoberteil (teilweise auch als Einlaufzylinder bezeichnet), das u.a. den Einlass für das verschmutzte Fluid und den Auslass für das gereinigte Fluid umfasst. Unmittelbar unterhalb des Gehäuseoberteils befindet sich ein häufig kegelförmiger, von einem Gehäuseunterteil begrenzter Wirbelraum, in dem zentral ein Tauchrohr angeordnet ist, das an seiner Oberseite mit dem Auslass für das gereinigte Fluid verbunden ist. Unterhalb des kegelförmigen Wirbelraums ist ein Partikelauffangbehälter vorgesehen, der häufig auch als Bunker bezeichnet wird. Der Wirbelraum wird von einem sogenannten APEX-Kegel zum Bunker hin begrenzt.
  • Das durch den Einlass in das Gehäuseoberteil und danach in den Wirbelraum eintretende Fluid wird in eine spiralförmige, abwärts gerichtete Strömungsbewegung versetzt, die auch als Wirbelsenkströmung bezeichnet wird. Hierbei wirken auf das Fluid und die darin enthaltenen Partikel Zentrifugalkräfte, die diese radial nach außen beschleunigen, wobei sich die Partikel teilweise an der Wand abscheiden und an dieser nach unten in den Partikelauffangbehälter abgleiten bzw. abfließen. Durch eine kegelförmige Ausgestaltung des Wirbelraums kann erreicht werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit und folglich auch die Drehgeschwindigkeit des Fluids kontinuierlich zunimmt, je weiter sich die Fluidströmung in Richtung des unteren, engeren Endes des Wirbelraums bewegt. Durch den APEX-Kegel wird die Fluidströmung umgelenkt und über das Tauchrohr und den Auslass des Zyklonabscheiders abgeführt. Aufgrund ihrer höheren Masse folgen die noch in dem Fluid enthaltenden Partikel dieser Strömungsumlenkung nicht, so dass diese nicht durch das Tauchrohr und den Auslass abgeführt werden, sondern vielmehr in dem unterhalb des Wirbelraums angeordneten Bunker aufgefangen werden.
  • Um eine möglichst homogene Wirbelsenkströmung zu erreichen, weisen alle bekannten Zyklonabscheider einen Wirbelraum mit rundem und in der Regel kreisförmigem Querschnitt auf.
  • Zur Erzeugung der Wirbelsenkströmung ist es aus dem Stand der Technik bekannt, zwischen dem Gehäuseoberteil und dem Wirbelraum ein Flügelrad vorzusehen, das eine Vielzahl von radial ausgerichteten und zudem schräg gestellten Flügeln aufweist, durch die das in dem Gehäuseoberteil befindliche Fluid beim Übertritt in den Wirbelraum schräg nach unten abgelenkt wird.
  • Weiterhin sind Zyklonabscheider mit Drallscheibe bekannt (vgl. EP 1 313 566 B1 ), deren Funktion hinsichtlich der Erzeugung der Wirbelsenkströmung den Zyklonabscheidern mit Flügelrad entsprechen. Die Besonderheit bei einem Zyklonabscheider mit Drallscheibe ist, dass die Flügel der Drallscheibe hinsichtlich des Abstands zueinander verschiebbar sind. Hierzu sind die Flügel der Drallscheibe in Richtung eines geringen Abstands zueinander federbelastet vorgespannt, wobei das durch den Freiraum zwischen den Flügeln strömende Fluid den Abstand zwischen den Flügeln in Abhängigkeit von dem Differenzdruck, der wiederum von dem Volumenstrom des Fluids abhängig ist, und entgegen der Federvorspannung vergrößert. Dadurch erzeugt die Drallscheibe eine Drosselwirkung, deren Höhe direkt von dem Volumenstrom des Fluids abhängig ist.
  • Der Wirkungsgrad eines Zyklonabscheiders wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst. Einen wesentlichen Einfluss hat zum einen die Strömungsgeschwindigkeit, die einen definierten Grenzwert in der Regel nicht unterschreiten sollte. Die Strömungsgeschwindigkeit wiederum hängt direkt von dem Volumenstrom des zu reinigenden Fluids ab, das dem Zyklonabscheider zugeführt wird. Der Volumenstrom ist in der Praxis jedoch häufig extremen Schwankungen ausgesetzt, was einen negativen Einfluss auf den durchschnittlichen Wirkungsgrad des Zyklonabscheiders hat. Konstruktiv wird ein Zyklonabscheider regelmäßig so ausgelegt, dass er bei einer definierten Eintrittsgeschwindigkeit (als vorteilhaft hat sich ein Wert von ca. 15m/s gezeigt) bzw. einem hierzu korrespondierenden Volumenstrom eine optimale Abscheiderate erzielt; Schwankungen dieser Werte führen daher unweigerlich zu einem nicht unerheblichen Wirkungsgradverlust. Zudem werden in der Praxis aus Kostengründen häufig identische Zyklonabscheider für unterschiedliche Volumenströme eingesetzt, so dass die Zyklonabscheider auch aus diesem Grund häufig nicht ihre Filterwirkung mit dem bestmöglichen Wirkungsgrad erfüllen. Einen weiteren wesentlichen Einfluss auf den Wirkungsgrad des Zyklonabscheiders hat die Art und Weise, wie die Wand des Wirbelraums von dem Fluid angeströmt wird, da hierdurch wesentlich die Ausbildung der Wirbelsenkströmung beeinflusst wird.
  • Die FR 1 248 898 A offenbart einen Zyklonabscheider mit einem Gehäuseoberteil und einem Gehäuseunterteil, zwischen denen ein Wirbelraum ausgebildet ist. In das Gehäuseoberteil sind ein Einlass sowie ein Auslass für Druckluft integriert. Die Druckluft strömt durch den Einlass in einen Erweiterungsraum, der über Trennwände von dem Wirbelraum getrennt ist. Eine Verbindung zwischen dem Erweiterungsraum und dem Wirbelraum wird durch einen kanalförmigen Auslass gebildet, der von Wandabschnitten begrenzt wird.
  • Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen insbesondere hinsichtlich des Wirkungsgrads verbesserten Zyklonabscheider anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Zyklonabscheider gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Zyklonabscheider, der ein Gehäuse mit einem Ein- und einem Auslass für ein Fluid (und insbesondere ein Druckgas, wie Druckluft), einen zwischen dem Ein- und dem Auslass angeordneten Wirbelraum mit vorzugsweise rundem Querschnitt sowie Leitmittel zur Erzeugung einer Wirbelsenkströmung in dem Wirbelraum aufweist, sind die Leitmittel als (vorzugsweise schräg angeordneter) Kanal ausgebildet.
  • Durch die erfindungsgemäße Kanalisation des in den Wirbelraums einströmenden Fluids mittels des Kanals kann eine im Vergleich zu der bekannten Erzeugung einer Wirbelsenkströmung mittels einer Flügelrad oder Drallscheibe eine teilweise erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrads des Zyklonabscheiders verwirklicht werden. Zudem kann die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zyklonabscheiders gegenüber den bekannten Bauarten fertigungstechnische Vorteile aufweisen, die sich insbesondere in geringeren Produktionskosten niederschlagen. Hieraus ergibt sich, dass es möglich ist, die erfindungsgemäßen Vorteile gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Zyklonabscheidern zumindest teilweise auch dann zu erreichen, wenn anstelle von einem Kanal, zwei oder auch mehrere Kanäle vorgesehen werden, durch die die Fluidströmung in den Wirbelraum geleitet wird.
  • Unter rundem Querschnitt wird erfindungsgemäß ein winkelfreier Querschnitt verstanden; insbesondere fallen hierunter kreisförmige Querschnitte, wobei hiervon jedoch auch beliebig andere runde Querschnitte, wie beispielsweise elliptische Querschnitte, erfasst werden sollen.
  • An dem wirbeiraumseitigen Ende des Kanals ist ein verstellbares Drosselelement angeordnet, das zur Erzielung einer möglichst konstanten Strömungsgeschwindigkeit den freien Öffnungsquerschnitt des Kanals in Abhängigkeit von der Durchflussmenge des Druckgases regelt. Durch diese Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders kann erreicht werden, dass ein möglichst hoher und konstanter Wirkungsgrad auch bei stark schwankenden Volumenströmen des Fluids erhalten wird (Dynamikanpassung).
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, den Kanal durch ein Rohr auszubilden, das in den Wirbelraum hineinragt. Dies kann Vorteile hinsichtlich der Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Raums bringen. Weiterhin können hiermit fertigungstechnische Vorteile verbunden sein.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, den Verlauf des Kanals bzw. des Rohrs so auszubilden, dass die Fluidströmung nach dem Verlassen des Kanals bzw. Rohrs sowohl nach unten als auch tangential bezüglich der Wand des Wirbelraums ausgerichtet ist. Unerwarteterweise hat sich gezeigt, dass durch die erfindungsgemäße Kombination einer nach unten gerichteten Umlenkung der Fluidströmung, wie sie grundsätzlich aus dem Stand der Technik von Zyklonabscheidern mit Drallelement bzw. Drallscheibe bekannt ist, mit einer zusätzlichen Umlenkung und Kanalisation der Fluidströmung in tangentialer Richtung bezüglich der Wand des Wirbelraums eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrads eines Zyklonabscheiders erreicht werden kann.
  • Bevorzugt kann als Drosselelement eine federbelastete Drosselklappe verwendet werden, die in oder hinter dem Kanal (bzw. Rohr) angeordnet ist und den freien Querschnitt des Kanals in Abhängigkeit von der Durchflussmenge des Fluids regelt.
  • Die Drosselklappe kann asymmetrisch bezüglich des Querschnitts des Kanals angeordnet sein, wodurch ermöglicht wird, eine tangentiale Anströmung der Wand des Wirbelraums nicht (nur) durch eine entsprechende Ausgestaltung des Kanals selbst, sondern (auch) durch ein nachträgliches Ablenken mittels der Drosselklappe zu bewirken. Hierzu kann die Drosselklappe vorzugsweise schräg zur Wand des Wirbelraums ausgerichtet sein. Eine solche Drosselklappe kann in Abhängigkeit von dem Volumenstrom und dem daraus resultierenden Anstellwinkel (bzgl. der Wand des Wirbelraums) bewirken, dass die Strömungsgeschwindigkeit möglichst konstant gehalten und durch
    die Schrägstellung der Drosselklappe zudem ein sauberes Anströmen der Wand des Wirbelraums erzielt wird, womit eine bessere Abscheidung und ein geringerer Differenzdruck verbunden sein kann.
  • In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Drosselklappe ein zusätzliches Leitblech auf, welches Leckströme im hinteren Bereich der Drosselklappe in die Hauptströmung umlenkt.
  • Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrads des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders kann dadurch erreicht werden, dass der Kanal einen ovalen bzw. elliptischen Querschnitt aufweist. Die Anordnung des elliptischen Querschnitts ist vorzugsweise so gewählt, dass die Hauptachse des elliptischen Querschnitts nach unten, d.h. in Richtung der Längsachse des Wirbelraums ausgerichtet ist, während die Nebenachse senkrecht hierzu ausgerichtet ist.
  • Bevorzugt kann weiterhin vorgesehen sein, dass zwischen dem Einlass und dem Kanal des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders ein Erweiterungsraum vorgesehen ist, in den das Fluid nach dem Einlass in den Zyklonabscheider und vor dem Eintritt in den Wirbelraum einströmen kann. Es hat sich gezeigt, dass durch diese Anordnung eines Erweiterungsraumes eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrads sowie des Druckverlusts des erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders erreicht werden kann.
  • Sofern der Kanal durch ein Rohr ausgebildet wird, das in den Wirbelraum hineinragt, kann vorgesehen sein, das Rohr oberhalb des Wirbelraums offen auszubilden, so dass gegebenenfalls ein sich oberhalb des Wirbelraums befindliches Innenvolumen des Gehäuseoberteils als Erweiterungsraum genutzt werden kann.
  • Vorzugsweise kann der Kanal in ein Trennelement integriert sein, das den Erweiterungsraum von dem Wirbelraum abtrennt. In dieses Trennelement kann zusätzlich auch ein Tauchrohr und/oder ein Auslasskanal, der den Wirbelraum mit dem Auslass verbindet, um das gereinigte Fluid wieder aus dem Zyklonabscheider abzuführen, integriert sein. Mit einem solchen, vorzugsweise lediglich von dem Kanal und dem Auslasskanal durchbrochenen Trennelement kann eine gegebenenfalls vorteilhafte Trennung der beiden Fluidströmungen in dem Erweiterungs- und dem Wirbelraum erreicht werden.
  • Besonders bevorzugt kann vorgesehen sein, den Erweiterungsraum in ein Oberteil des Gehäuses (Gehäuseoberteil) und den Wirbelraum in ein Unterteil des Gehäuses (Gehäuseunterteil) zu integrieren und das Trennelement lösbar in dem Gehäuseoberteil und/oder dem Gehäuseunterteil anzuordnen. Diese Ausgestaltung des den Kanal und den Auslasskanal umfassenden Trennelements als vorzugsweise austauschbaren Einsatz kann sowohl fertigungs- als auch wartungstechnische Vorteile mit sich bringen. Beispielsweise kann das Trennelement, das durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Zyklonabscheiders einen geometrisch einfachen Aufbau aufweisen kann, kostengünstig als Kunststoffbauteil ausgebildet sein, das beispielsweise spritzgegossen werden kann. Dieses kann einfach in die zwei Gehäuseteile eingesetzt werden, die häufig aufgrund des Druckunterschieds zwischen den Atmosphären im Gehäuseinneren und -äußeren aus Metall und insbesondere Aluminium oder Stahl ausgebildet sein kann.
  • Ein erfindungsgemäßer Zyklonabscheider zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und daraus resultierend durch eine einfache Herstellung aus. Zudem kann durch eine Verringerung der Anzahl unterschiedlicher, auf verschiedene Volumenströme optimierter Modelle eine Kostenreduzierung erreicht werden. Weiterhin kann bei stark variierenden Volumenströmen eine hohe Abscheiderate für den gesamten Einsatzbereich erzielt werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Alle konstruktiven Merkmale der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen sind nicht lediglich in dieser Kombination sinnvoll umzusetzen, sondern jedes dieser Merkmale kann isoliert oder in beliebiger Kombination mit anderen Merkmalen bei jedem erfindungsgemäßen Zyklonfilter, wie er durch die Merkmale der Patentansprüche definiert ist, verwirklicht werden.
  • In den Zeichnungen zeigt
    • Fig. 1:
    einen erfindungsgemäßen Zyklonabscheider in einer Schnittdarstellung;
    Fig. 2:
    einen alternativen Funktionseinsatz in einer isometrischen Ansicht.
  • Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zyklonabscheiders. Dieser umfasst ein Gehäuse mit einem Gehäuseoberteil 1 und einem Gehäuseunterteil 2, die mittels eines Bajonettverschlusses 3 miteinander verbunden sind. Mit dem Gehäuseoberteil 1 sind jeweils Anschlussstücke 4 für einen Einlass 5 für ein zu reinigendes Fluid, im vorliegenden Fall Druckluft, sowie für einen Auslass 6 für die gereinigte Druckluft verbunden. Der Einlass 5 und der Auslass 6 sind einander gegenüberliegend in waagerechter Ausrichtung in das Gehäuseoberteil 1 integriert. Das von dem Gehäuseoberteil 1 ausgebildete Volumen, das als Erweiterungsraum 7 dient, wird von einem Trennelement 8 von dem als Wirbelraum 9 dienenden Volumen des Gehäuseunterteils 2 separiert. Der Wirbelraum ist nahezu zylindrisch ausgeführt, wobei eine Formschräge von ca. 3° einer einfacheren Entformung des als Gussbauteils hergestellten Gehäuseunterteils dient. In dem unteren Bereich des Gehäuseunterteils 2 ist ein Partikelauffangbehälter 10 vorgesehen, der mit einem Ventil 11 versehen ist, das zum Ablassen der in dem Partikelauffangbehälter 10 gesammelten Flüssigkeit bzw. Partikel dient.
  • Das Trennelement 8 umfasst einen (Einlass-)Kanal 12, der den Einlass 5 für die Druckluft mit dem Wirbelraum 9 verbindet. Der Kanal 12 wird von einem schräg in den Wirbelraum hineinragenden Rohr 13 ausgebildet, das zudem teilweise bezüglich des Erweiterungsraums 7 offen ausgebildet ist. Über das teilweise offene Rohr 13 ergibt sich demnach eine direkte Verbindung zwischen dem Erweiterungsraum 7 und dem Wirbelraum 9. Die durch den Einlass 5 in den Zyklonabscheider eintretende Druckluft strömt teilweise in den Erweiterungsraum 7 und wird über das Rohr 13 in definierter Richtung in den Wirbelraum 9 geleitet. Die Ausrichtung des Rohrs 13 ist derart, dass die Strömung zum einen teilweise nach unten in Richtung des Partikelauffangbehälters 10 geneigt ist und gleichzeitig eine tangentiale Anströmung der Innenwand des Gehäuseunterteils 2 im Austrittsbereich des Rohrs 13 erfolgt. Die durch den Kanal 12 erfolgende Kanalisation der in den Wirbelraum 9 einströmenden Druckluft in Verbindung mit der Umlenkung der Strömung sowohl nach unten als auch tangential in Richtung der Wand des Wirbelraums 9 sorgt für eine Wirbelsenkströmung, die sich durch eine besonders gute Abscheiderate auszeichnet. Die Wirbelsenkströmung bewirkt, dass die in der Druckluft enthaltenen Partikel (Flüssigkeitströpfchen, Schmutzpartikel, etc.) aufgrund Ihrer durch die höhere Dichte bedingten Trägheit im Vergleich zur Druckluft entweder an der Wand des Wirbelraums 9 abgeschieden und in Richtung des Partikelauffangbehälters 10 abgeführt werden, oder im unteren Teil des Wirbelraums 9 der durch die Druckdifferenz bedingten und durch einen APEX-Kegel 16 unterstützten Umlenkung der Druckluftströmung nicht folgen und wiederum in dem Partikelauffangbehälter 10 aufgefangen werden. Nach der Umlenkung der Druckluftströmung wird diese zentral wieder nach oben geführt und über ein Tauchrohr 14 und ein nahtlos in dieses übergehendes Auslassrohr 15 aus dem Zyklonabscheider abgeführt. Der oben genannte APEX-Kegel 16 verhindert auch, dass die Partikel von der Druckluftströmung wieder mitgerissen werden.
  • Die Fig. 2 zeigt eine Alternative eines Trennelements 8b, das beispielsweise bei dem Zyklonabscheider gemäß der Fig. 1 anstelle des dort verwendeten Trennelements 8 zum Einsatz kommen kann. Die weitere Beschreibung erfolgt daher in Verbindung mit den übrigen Komponenten des Zyklonabscheiders der Fig. 1. Die wesentlichen Unterscheide des Trennelements 8b der Fig. 2 im Vergleich zu dem Trennelement der Fig. 1 betreffen die Ausbildung des Rohrs 13b, mit dem die Druckluft in den Wirbelraum 9 geleitet wird und die zusätzliche Anordnung einer Drosselklappe 18 am austrittsseitigen Ende des Rohrs 13b.
  • Das Rohr 13b weist einen elliptischen Querschnitt auf, wobei die Hauptachse des elliptischen Querschnitts in Richtung der Längsachse des Gehäuses ausgerichtet ist. Durch die elliptische Ausbildung des Querschnitts des Rohrs 13b kann gegebenenfalls eine weitere Verbesserung der Abscheiderate des Zyklonabscheiders erzielt werden.
  • Die Drosselklappe 18 sorgt für eine Drosselung der Druckluftströmung in Abhängigkeit von der Durchflussmenge der Druckluft, um eine möglichst konstante Strömungsgeschwindigkeit zu erzielen. Hierzu ist die geringfügig dezentral, drehbar in der Rohrwand gelagerte Drosselklappe 18 von einer Feder 19 in Richtung ihrer geschlossenen Stellung belastet. Die Öffnungsrichtung der Drosselklappe 18 ist zudem so gewählt, dass zumindest ein Teil der Druckluft von der Drosselklappe 18 zusätzlich in tangentialer Richtung bezüglich der Wand des Wirbelraums 9 umgelenkt wird. Durch die Drosselklappe 18 soll primär eine möglichst hohe und gleichmäßige Abscheiderate auch bei stark schwankenden Durchflussmengen erzielt werden.

Claims (12)

  1. Zyklonabscheider mit einem Gehäuse mit einem Ein- (5) und einem Auslass (6) für ein Fluid, einem zwischen dem Ein- (5) und dem Auslass (6) angeordneten Wirbelraum (9) innerhalb des Gehäuses sowie Leitmitteln zur Erzeugung einer Wirbelsenkströmung in dem Wirbelraum (9), wobei die Leitmittel als Kanal (12) ausgebildet sind, durch den die Strömung des Fluids in den Wirbelraum (9) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass an dem wirbelraumseitigen Ende des Kanals (12) ein verstellbares Drosselelement angeordnet ist, das zur Erzielung einer möglichst konstanten Strömungsgeschwindigkeit den freien Öffnungsquerschnitt des Kanals (12) in Abhängigkeit von der Durchflussmenge des Fluids regelt.
  2. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (12) durch ein Rohr (13; 13b) gebildet wird, das in den Wirbelraum (9) hineinragt.
  3. Zyklonabscheider gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der Kanal (12) bzw. das Rohr (13; 13b) so ausgebildet ist, dass die Fluidströmung nach dem Verlassen des Kanals (12) bzw. des Rohrs (13; 13b) sowohl nach unten als auch tangential bezüglich der Wand des Wirbelraums (9) ausgerichtet ist.
  4. Zyklonabscheider gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselelement eine federbelastete Drosselklappe (18) umfasst.
  5. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (18) asymmetrisch bezüglich des Querschnitts des Kanals (12) gelagert ist.
  6. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (18) zur Erzeugung der tangentialen Anströmung schräg in Richtung der Wand des Wirbelraums (9) ausgerichtet ist.
  7. Zyklonabscheider gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselklappe (18) ein zusätzliches Leitblech für eine rückwärtige Fluidströmung aufweist.
  8. Zyklonabscheider gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (12) einen elliptischen Querschnitt aufweist.
  9. Zyklonabscheider gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Einlass (5) und dem Kanal (12) ein Erweiterungsraum (7) vorgesehen ist.
  10. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (12) in ein Trennelement (8; 8b) integriert ist, das den Erweiterungsraum (7) von dem Wirbelraum (9) abtrennt.
  11. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in das Trennelement (8; 8b) zusätzlich ein Tauchrohr (14) und/oder ein Auslasskanal integriert ist.
  12. Zyklonabscheider gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungsraum (7) in ein Gehäuseoberteil (1) und der Wirbelraum (9) in ein Gehäuseunterteil (2) integriert ist und das Trennelement (8; 8b) lösbar in dem Gehäuseoberteil (1) und/oder dem Gehäuseunterteil (2) angeordnet ist.
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