Verfahren und Vorrichtung zum Abscheiden fester Teilchen ans Luft,
Gasen und Dämpfen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich luf ein Verfahren und eine Vorrichtung, Luft, Gase und Dämpfe von festen Teilchen, wie Staub, Russ oder dergleichen, zu reinigen, 30wie auf eine Vorrichtung für die Ausfüh- rung des Verfahrens.
Die Erfindung beruht auf einer Erkennt- nis des Erfinders, welche zunächst an Hand der Fig. 1 der anliegenden Zeichnung er klärt werden soll.
Gemäss Fig. 1 ist ein Zylinder 1, der aus lurchlochtem Blech besteht, mit einem Boden auf der Welle 2 befestigt. Luft wird mittels eines nichtgezeichneten Gebläses durch diesen Zylinder gesaugt, derart, daB die Luft von aussen durch den gelochten Zylindermantel in das Innere des Zylinders strömt und in axialer Richtung durch das offene Ende des Zylinders in das Saugrohr 3 des Gebläses abgesaugt wird.
Wird dieser Zylinder in entsprechend rasche Drehung versetzt, so zeigt sich, dass in der Luft befindlicher Staub nicht durch den Zylinder hindurch gesaugt wird, sondern sich an seiner AuBenfläche ansammelt, trotzdem der Zylindermantel mit so grossen Lochern versehen ist, dass bei stillstehendem Zylinder der durchlochte Zylindermantel keine nennenswerte staubentfernende Wirkung ausübt. Wenn ein so ausserordentlich feines Staubpulver, wie Lycopodium (Bär- lappsamen), auf den sich drehenden Zylinder gestreut wird, entsteht von diesem Pulver ein Staubschleier um den Zylinder herum, und wenn Pulver nicht mehr weiter aufgestreut wird, dauert es noch eine geraume Zeit, bis der Luftstrom das um den Zylinder befindliche Pulver abgesaugt hat.
Hierbei ist bemerkenswert, dass dieses Pulver durch ein Sieb mit 10000 Maschenlcmz hindurchgeht, während das bei dem Versuch verwendete Blech runde Locher von 0, 75 mm Durchmesser aufwies.
Versuche haben auch gezeigt, dass das gleiche Ergebnis erzielt wird, wenn Luft um einen stehenden Zylinder in solcher Weise herum geleitet wird, dass die Relativbewegung zwischen der Luft und dem Zylinder ist wie in dem oben beschriebenen Versuch.
Es ist ferner nicht nötig, dass das gelochte Blech die Gestalt eines Zylinders aufweist.
Dieselbe Wirkung kann auch mit einem ebenen gelochten Blech erreicht werden, wenn der Luftstrom in einer schrägen Richtung gegen die Sieboberfläche geleitet wird. Es hat sich auch gezeigt, dass, wenn das Pulver innen in einen sich drehenden Zylinder eingestreut und die Luft von innen durch den Zylinder hindurch geblasen wird, das Pulver sich als eine ringförmige Schicht in dem Zylinderinnern ansammelt.
Dieser letztere Versuch beweist, dass eine sehr kräftige Wirkung vorliegen muss, da das Pulver durch die Zentrifugalkraft sofort aus dem Zylinder herausgeschleudert werden sollte. Bei diesem Versuch wurde ein Zylinder mit einem Durchmesser von 550 mm mit 925 LTmdrehungen in der Minute gedreht.
Auf das Pulver wirken also Kräfte ein, welche grösser sind als die durch die Drehung um die Achse des Zylinders hervorgerufene Zentrifugalkraft und welche dieser Zentrifugalkraft entgegenwirken.
Die erwähnten Versuche haben auch gezeigt, daB, wenn Pulver ständig dem sich drehenden Zylinder zugeführt wurde, und sich daher in wachsenden Mengen auf der Zylinderfläche ansammelte, schliesslich das Pulver beginnt, durch die Löcher hindurchzutreten.
Die erwähnten Versuche haben erwiesen, dass aerodynamische Kräfte wirksam sind, welche die feinen in die Offnungen eintretenden Teilchen zurückwerfen, aber die Versuche zeigen auch, dass es notwendig ist, die derartig ausgeschiedenen feinen Teilchen kontinuierlich wegzuleiten, um ein auf die er wähnten Beobachtungen gegründetes Filtrierverfahren dauernd durchzuführen.
Das auf Grund der oben erwähnten Be obachtungen entwickelte Filtrierverfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das zu filtrierende Medium in einem schrägen Winkel und mit einer derart hohen Geschwindigkeit gegen ein mit Durchtrittsöffnungen versehenes Filter geführt wird, dass nur ein Teil des Mediums durch das Filter wChrend der andere längs des Filters strömt, und dass in sämtlichen Durchtrittsöffnungen des Filters rückwärts gerichtete aerodynamische Kräfte entstehen, die die in die Öffnungen eindringenden feinen Partikel zurüekschleudern, so dass sie mit dem dem Filter entlang strömenden Medium abgeführt werden.
Für den Winkel, unter dem das Medium gegen das Filter strömen soll, damit die beschriebene Wirkung erzielt wird, kann angegeben werden, dass, wenn die Geschwindigkeit des Mediums in zwei Komponenten unterteilt wird, von denen die eine senkrecht zur Filterfläche und die andere parallel zu derselben verläuft, die senkrechte Kom- ponente ein Bruchteil der parallelen Kom- ponente sein soll, z. B.'/,, oder weniger, wenn das Medium um einen feststehenden Filterzylinder herum strömt, 1/4 oder weniger bei einem sich drehenden Filterzylinder, wenn es von aussen nach innen durch das Filter strömt.
1/5 oder weniger bei einem ebenen Filter und I|lo oder weniger bei einem sich drehenden Filterzylinder, wenn das Medium von innen nach aussen durch das Filter strömt. Die Grenzwerte gelten, wenn ein geringer Teil des Staubes durch das Filter hindurch gehen darf. Wenn jedoch praktisch kein Staub durch das Sieb hindurehtreten darf, sollte höchstens die Hälfte dieser Grenzwerte gewählt werden.
Rechteckige Löcher im Blech haben sich als besser wie runde Löcher erwiesen. Noch besser sind schlitzförmige Löcher, deren Längsrichtung quer zur Hauptrichtung des Luft-, Dampf-oder Gasstromes liegt.
Weiterhin ist die Form der Lochkanten, welche entgegen dem Luftstrom gerichtet sind, von sehr gober Bedeutung. Die besten Ergebnisse wurden mit scharfen oder nur wenig abgerundeten Kanten erzielt.
Deshalb ist gewöhnliches Metalldrahtgewebe nicht besonders geeignet ; es lässt einen groBen Teil des Staubes durch. Bessere Ergebnisse werden erreicht, wenn das Gewebe für den besonderen Zweck so hergestellt wird, daB die SchuBdrähte zwischen den Eettendrähten parallel zueinander verlaufen. Es hat sich weiterhin als zweckmäBig herausgestellt, für ein solches Gewebe so wenig Kettendrahte als möglich zu verwenden, das heisst nicht mehr Rettendrähte zu verwenden, als notig sind, um die SchuB- drähte zusammenzuhalten. Ein solches Gewebe wird zweckmäBig so als Filter angebracht, daB die SchuBdrahte quer zur Hauptrichtung des Luftstromes liegen.
Die theoretische Erläuterung für die be schriebenen Erscheinungen wird im folgenden gegeben.
Zunächst mag man geneigt sein, anzunehmen, daB die Staubteilchen bei dem schrägen StoB gegen die Wände der Filter jffnungen zurückgehalten werden. Fig. 2 stellt dies dar. Runde (SchuB-) Drähte 1 sind mit geringen Zwischenräumen in einer Ebene angeordnet. Ein Staubteilchen, das in dem in der Richtung R strömenden Medium am Draht a gerade noch vorbeikommt, trifft auf den Draht b und prallt dort in der Richtung r ab ; es kann also nicht durch das Draht Gewebe hindurehgelangen, vorausgesetzt, daB der Aufprall des Staubteilchens gegen den Draht elastisch ist. Diese Wirkung tritt aber bei Sieben mit scharfkantigen Locher nicht auf.
Ein Teilchen, welches die Wandung des Siebloches unterhalb der Kante, gegen welche der Luftstrom anprallt, trifft, wird durch das Zurückprallen nicht verhindert, durch das Siebloch zu gelangen, da in diesem Fall das Zurückprallen im Gegenteil dazu beiträgt, das Teilchen durch die Filter offnungen hindurchzuwerfen.
Die separierende Wirkung des gelochten Bleches muB deshalb auf einem andern Faktor beruhen, welcher bisher noch nicht in Betracht gezogen wurde.
Dieser Faktor kann vielleicht auf folgende Weise mit Hilfe der aerodynamischen Gesetze erklärt werden.
Angenommen, ein Luftstrom wird in der Richtung gegen das gelochte Blech 5 in Fig. 3 gelenkt, und zwar in einen sehr kleinen Winkel zur Blechebene. In dieser Blechplatte sind Locher 4 vorgesehen. Wird nun die Relativbewegungng"W"des Luftstromes gegen die Stirnseite der Platte in zwei Kom- ponenten unterteilt, von denen die eine"w,," parallel zur Plattenfläche läuft und die an dere, wi," seukrecht zur Platte steht, dann ist bei der gewählten Strömungsrichtung der Quotient-=-.Inder Figur geben so
M!l5 genannte Stromlinien die Bewegungen der Luftteilchen in bezug auf die Platte an.
Diese Stromlinien geben in jedem Punkt den Zustand der Strömung an, wobei ihre Richtung mit der Stromrichtung gleichgerichtet ist, während der Abstand zwischen den Stromlinien die Strömungsgeschwindigkeit andeutet, derart, daB konvergierende Linien Geschwindigkeitssteigerung und divergierende Linien Geschwindigkeitsverringerung bedeuten. Die Stromlinien sind unter Beachtung der Lehren über Strömung ohne Wirbel, aber mit der Strömungsablenkung gezeichnet, welche in Wirklichkeit bei dem Fluss an einer scharfen Kante vorbei eintritt. Die Biegung der Stromlinien an den Stegen zwischen den Locher 4 wurde ausserdem zwecks grö- sserer Klarheit etwas übertrieben.
In Fig. 4 ist ein genaueres Strömungs- bild an einem Steg in grösserem MaBstab gegeben. Durch Versuche mit Rauch an einem Modell von grösserem MaBstab wurde bestä- tigt, daB der tatsächliche Strömungsverlauf im wesentlichen mit dem dargestellten Strö- mungsverlauf übereinstimmt. Der Stromverlauf ist derart, dass in demjenigen Abstand von der Platte, wo die Strömung noch nicht gestört ist, die Stromlinien parallel und gerade verlaufen. In der Nähe der Platte wird die Strömung gestört ; der Luftstrom staut sich an der Stirnseite jedes Steges. In einem Punkt x an der Seite des Steges, welche gegen die Stromrichtung gerichtet ist, ist die Strömung vollständig zur Ruhe gekommen.
An diesem Punkt, dem sogenannten Staupunkt, teilt sich der Luftstrom in zwei Teile, von denen der eine nach oben, der andere nach unten abzweigt. Die Stromlinie, welche im Punkt x geteilt wird, wird mit Staulinie bezeichnet. Alle solchen Staulinien sind in der Zeichnung etwas stärker ausgeführt als die übrigen Stromlinien.
Bedingung dafür, dass ein im Luftstrom schwebendes Teilchen nicht durch die Platte hindurchgelangt, ist, dass dasselbe oberhalb des Staupunktes x gegen den Steg prallt, und dass es von der dem Steg entlang aufwärts- strömenden Luft derart beschleunigt wird, dass es infolge seiner Geschwindigkeit durch die Luftschichten hindurch fliegt, welche beim nachsten Loch unterhalb des Staupunktes auf die Stegwandung treffen. Ein kleines Teilchen hat aber eine betrachtliche grössere Oberfläche im Verhältnis zu seiner Masse als ein grösseres Teilchen derselben Form und von gleichem Material. Hinzu kommt, da¯ der Luftwiderstands-Koeffizient sich vergrössert, wenn die Abmessungen des Staubteilchens kleiner werden.
Kleine Teilchen werden deshalb durch Änderung in der Bewegung des Luftstromes erheblich mehr be einflusst als grosse Teilchen.
Wenn man den Luftwiderstand bei sehr kleinen Teilchen berechnet, so kann man Kräfte infolge der Luftträgheit ganz vernachlässigen und nur Kräfte in Betracht zie hen, welche sich aus der Viskosität der Luft ergeben, das hei¯t Kräfte herrührend von der innern Reibung in der Luft um das Teilchen herum.
Nach Stockes kann man in diesem Fall den Luftwiderstands-Koeffizient c in der Gleichung für den Luftwiderstand
W
T+r= CFr
2g für kugelförmige Teilchen nach der Gleichung berechnen :
24 c= R, dabei bedeutet y = spezifisches Gewicht der Luft, g = Erdbeschleunigung und R = Rey- nold'sche Zahl. v v wo w die Geschwindigkeit, d der Durch- messer des Teilchens und v der kinematische Zähigkeitsbeiwert ist.
In Fig. 5 ist der Wert c als Funktion von R entsprechend Messungen der"Aerodyna- mische Versuehsanstalt"in GSttingen aufge- tragen.
Der seltsame Verlauf der Kurve rechts ist in vorliegendem Fall ohne Bedeutung, da die Werte der Reynold'schen Zahl f r das vorliegende Luftfilter durch den steilen Teil links im Diagramm dargestellt werden, wo die Kurve sich der Geraden anschmiegt, die der Stockes'schen Gleichung für Kugelteilchen entspricht (gestrichelt eingezeichnet).
Der Widerstand kann nach der Stockes'schen Gleichung auch für kleine Werte der Rey nold'schen Zahl annähernd berechnet werden, wo er durch ausgeführte Versuche nicht gedeckt ist.
Da R proportional w, ist im Bereich der Stockes'schen Gleichung der Widerstands Koeffizient umgekehrt proportional der Str¯mungsgeschwindigkeit. Der Luftwiderstand ist dort nicht proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit, sondern der Geschwindigkeit direkt proportional, so dass eine unbedeutende Luftgeschwindigkeit das Staubteilchen erheblich mehr beeinflusst, als wenn der Luftwiderstand proportional dem Quadrat der Geschwindigkeit wäre.
Da R proportional und somit der Luftwiderstand umgekehrt proportional der Teilchen grosser ist, ist es auf dynamischem Wege schwieriger, kleinere Staubteilchen als grö- ssere zu entfernen.
Die in der Praxis am meisten angewendete Vorrichtung, auf dynamischem Wege Staubteilchen aus der Luft zu entfernen, ist das sogenannte Zyklongebläse, bei welchem die Staubteilchen durch die Zentrifugalkraft gegen die Wand des Gebläsegehäuses geworfen werden und dann zu Boden sinken.
Mit solchen Vorrichtungen ist es jedoch nicht möglich, feine Staubteilchen zu entfernen, da dieselben trotz der auf sie wirkenden Zentrifugalkraft vom Luftstrom wieder aus der Vorrichtung herausgetragen werden. Für das Entfernen solch feiner Staubteilchen sind Tuchfilter üblich, deren Maschenweite geringer ist als die zu filternden Staubteilchen.
Solche Filter benötigen jedoch einen sehr gro Ben Platz, da ein Filtertuch bei geringem Widerstand nur verhältnismässig geringe Luftmengen je Flächeneinheit durchlassen kann.
Beim Abscheiden von Russ aus Heizgasen werden, da Tuchfilter hier nicht üblich sind, elektrische Filter verwendet, deren Wirkung auf der elektrischen Ladung der Teilchen beruht. Solche Vorrichtungen benötigen jedoch ebensoviel Platz und sind teuer.
Die vorliegende Erfindung erfüllt also ein lang empfundenes Bedürfnis ; denn sie er möglicht, solche feine Staubteilchen mittels eines gelochten Bleches oder eines Metalldrahtgewebes bei verhältnismässig grosser Durchlässigkeit zu entfernen.
Bei einer Luftströmung um eine scharfe Kante ohne Wirbelung würde theoretisch eine unendlich groBe Luftgeschwindigkeit dicht an der Lochkante entstehen. Tatsächlich ist aber die Geschwindigkeit endlich und ihre Grosse ist abhängig von der Strömungsablenkung (Fig. 3 und 4) und der Reibung.
Die Strömung folgt den Gesetzen für potentiale Strömung bis auf eine Luftschicht, die sich dicht bei der Oberfläche des Körpers befindet und deren Bewegung durch Reibung verzögert wird. Die tatsächlichen Geschwindigkeiten der Strömung um eine scharfe Kante sind durch Versuchsergebnisse bisher noch nicht bekannt geworden. Jedoch wurde die Luftgeschwindigkeit an der vordern gante von Flugzeugtragflächen mehr als zweimal so gross als die Geschwindigkeit der Tragfläche in der Luft gemessen. Für einen Zylinder wurde das entsprechende Verhältnis zu etwa 1, 75 gemessen.
Wahrscheinlich wird die grösste Ge schwindigkeit um eine gante erreicht, wenn die Kante etwas abgerundet ist ; die Abrundung sollte jedoch nicht gober sein, als es zur Vermeidung des Abreissens des Luftstro- mes von der Oberfläche notig ist. Dabei ist von Interesse, dass der aufwärts gerichtete Teilstrom eine grössere Geschwindigkeit aufweisen kann als die Geschwindigkeit, mit welcher die Luft dem Blech entlang strömt.
Das Teilchen wird dabei einer sehr scharfen Bewegungsänderung unterworfen. Ein Teilchen, welches über die gante eines"Ste- ges"im Blech, welche gegen den Luftstrom gekehrt ist, flutet, wird durch den dort herr schenden"Aufwind"nach oben geschleudert.
Bedingung dafür, dass das Teilchen nicht durch das nächstfolgende Loch im Blech hindurchfällt, ist, dass das Teilchen einen derart starken nach oben gerichteten Stoss erhält, daB es infolge seines Beharrungsvermögens über die nächste oben liegende Staulinie gelangt, Dieser Vorgang ist in Fig. 3 durch eine gestrichelte Linie erläutert. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem Steg, so dass das Teilchen eine wellenförmige Bewegung entlang der Blechfläche ausführt, ohne dass es durch eine Filteröffnung im Blech hindurchdringen kann.
Diese Wirkung wird noch verstärkt, wenn die Strömungslinien um die Stege 5 (Fig. 3) herum eine sehr scharfe Krümmung erhalten.
Die in Fig. 2 gezeigten runden Stege erfüllen nicht diese Bedingung, jedoch sind reehteckige Stege gemäss Fig. 3 hierfür geeignet.
Die Dicke des Bleches ist zweckmäBig mindestens gleich der Lochabmessung. Man kann aber auch Stege verwenden, welche im Verhältnis zur Lochabmessung dicker sind und auf der EinlaBseite abgerundete Kanten aufweisen.
Fig. 6 bis 11 zeigen Schnitte durch Ausführungsbeispiele des Filters.
In Fig. 6 sind die Stege dreieckig.
In Fig. 7 haben die Stege rechteckigen Querschnitt, und die obere, dem Strome zugewandte Kante ist schwach abgerundet.
In Fig. 8 ist der Querschnitt der Stege oben durch einen Kreisbogen begrenzt.
In Fig. 9 ist der Querschnitt der Stege oben halbkreisförmig abgerundet.
In Fig. 10 besitzt das Filter ebene Lamellenplatten, die auf einer Hülse angebracht sind.
Fig. 11 besitzt Lamellenplatten, die auf einer Hülse angebracht und auf der Einlassseite umgebogen sind.
Eine Ausführungsform des Filters gemäss Fig. 10 hat gegenüber den andern angegebenen Ausführungsformen den Vorteil, dass B der Widerstand gegen Strömung geringer ist, da die Stärke der Lamellenplatten im Ver hältnis zur Abmessung der Offnungen gering ist. Weiter bewirkt der zwischen den Platten fliessende Luftstrom eine gewisse Ejektorwirkung. Die Ausführungsformen gemäss Fig. 6 und 11 haben den Vorteil, dass die Luft in einem grosseren Winkel angeblasen werden kann als bei den übrigen Filtern.
Sei die Strömungsgeschwindigkeit um die Kante des Stabes 5 in Fig. 3, cv = 20 m/sec., der Radius betrage r = 0, 5 mm. Die Winkelgeschwindigkeit errechnet sich dann zu 40 000 entsprechend einer Normalbeschleunigung a = r2 = 800 000 m% sec. 2.
Ein Staubteilchen wäre also, wenn es vom Luftstrom mitgenommen wird, einer Zentrifugalkraft ausgesetzt, welche etwa 80000 mal so gross ist wie sein eigenes Gewicht. Es ist also die ausserordentlich grosse Zentrifugalkraft, welche das Staubteilchen verhindert, dem Luftstrom zu folgen, und bewirkt, dass es die Stromlinien derart schneidet, dass es endlich einen Punkt ausserhalb der Staulinie der nächstfolgenden Filteröffnung erreicht.
Demgegenüber ist der durchschnittliche Radius des Strömungsweges in einem Zyklongebläse beispielsweise 0, 5 m. Um die gleiche Zentrifugalkraft wie oben zu erreichen, wäre eine Luftgeschwindigkeit von 630 m/sec. notig. Es ist also unmöglich, in einem Zyklongebläse eine auch nur annähernd gleiche Wirkung der oben beschriebenen Art zu erreichen. Bei der gleichen Strömungs- geschwindigkeit (10 m/sec.) im Zyklon, wie auf der Stirnseite des Siebes in dem vorher beschriebenen Beispiel, betrwgt die Zentrifugalkraft nur 1 des obigen Wertes.
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Die Vorrichtung gemäss vorliegender Erfindung weicht hinsichtlich ihrer Wirkungsweise von allen bekannten Arten von Sieben oder Filtern ab, bei welchen das Filtermaterial aus Tuch oder anderem Gewebe besteht. Die Siebwirkung solcher Vorrichtungen ist nämlich nicht aerodynamisch sondern lediglich mechanisch.
Zweekmässig wird bei Verwendung einer ruhenden ebenen Filterfläehe als Staub abschneider, die Luft in einem genügend kleinen Winkel gegen die gesamte Filterfläche und nicht nur gegen einen Teil derselben geführt, damit vermieden wird, dass der durch den Luftstrom gegen das Filterende geleitete Staub dort durch das Filter dringen und die Filterwirkung beeinträchtigen kann.
Eine derartige Filteranordnung ist in Fig. 12 beispielsweise angegeben. Die Vorrichtung besitzt ein Filter 7 in dem Füh- rungsrohr 6 für das zu reinigende Gas. Das Filter ist in einem kleinen Winkel zur Xiangs- richtung des Führungsrohres 6 angebracht und aus durchlochtem Blech hergestellt. Das Filterblech ist in einem Rahmen 8 seitlich geführt und kann far Prüfung, Reinigung oder zum Auswechseln leicht herausgezogen werden. Das Filhrungsrohr 6 hat zweckmässig quadratischen oder rechteckigen Querschnitt.
Unter diesem Führungsrohr befindet sich ein Behälter 9, in welchem ein Teil des der Vorrichtung zugeführten Gasstromes an dem Ende 10 des Filters abgeleitet wird, welches sich am weitesten entfernt von dem Luftein lass befindet. Der durch das Filter zurtickgehaltene Staub wird durch diesen Sekundär- strom in den Behälter 9 gebracht, wo ein Teil des Staubes sich niederschlägt. Der Sekun därstrom kehrt auf der Einlassseite des Filters bei 11 wieder zum Hauptstrom zurück.
Diese Konstruktion erfordert nur einen kleinen Sekundärstrom.
Befinden sich schwerere Teilchen, wie Sandkörner oder dergleichen, im Staub, wie sie zum Beispiel beim Absaugen an Schleif- maschinen, Standstrahlgebläsen und dergleichen auftreten, so ist der EinlaB für den Gasstrom zweckmäBig schräg nach abwärts gerichtet, damit diese schweren Teilchen im Gas nicht direkt gegen die Filterfläche prallen. Das verringert die Abnutzung des Filters.
Fig. 13 und 14 zeigen eine Vorrichtung, bei welcher bei gleicher Filterfläche die Länge des Filters nur halb so gross ist, wie in Fig. 12, da das Filter aus drei Filterflachen zusammengesetzt ist, welche zusammen mit dem Boden des Führungsrohres einen sich pyramidenförmig verengenden Durchgang bilden. Die Filterflächen könnten auch einen Durchgang von vieleck-, oval-oder kreisförmigem Querschnitt bilden.
Fig. 15 zeigt zwei solche parallel nebeneinander im Führungsrohr liegende Filter.
Das verkürzt die Filterlänge noch mehr.
Fig. 16 zeigt eine Vorrichtung, bei welcher ein gebogenes Filter 7 in einem gebogenen Führungsrohr 6 angebracht ist.
Schwere Teilchen im Staub werden nach auBen geschleudert, so daB sie die Filterfläche nicht abnutzen.
Nach Fig. 17 bildet die Filterfläche 7 einen kegeligen Einsatz im Führungsrohr 6.
Der Filterkegel 7 geht in dem Führungsrohr 6 mit sanft geschwungener Kurve 12 in die Einlassöffnung über. Hierdurch soll die Wirkung der Reibung auf die Randschichten des Luftstromes an der Wand des Führungsrohres, in welchem das Filter eingebracht ist, neutralisiert werden, so dass das Verhältnis zwischen axialer und radialer Geschwindigkeit der Strömung in dieser Randschicht beim EinlaB nicht zu gross ist.
Auch Fig. 18 zeigt eine Vorrichtung mit rundem Führungsrohr. Ein kegeliges Filter 7 ist mit seiner Spitze gegen die Einlassöffnung 12 gerichtet befestigt. In dieser Einlass- öffnung sind Leitflügel 13 angeordnet, welche, was die Zeichnung nicht zeigt, dem Luftstrom eine Drehbewegung geben. Hierdurch werden die schwereren Teilchen durch die Zentrifugalkraft nach auBen geworfen, so dass sie das Filter nicht abnutzen können.
Der sekundäre Luftstrom wird zusammen mit dem mitgeführten Staub durch einen Ringkanal 10 am Ende des Filters abgeleitet.
Fig. 19 zeigt eine Vorrichtung, welche für Maschinenwerkstätten geeignet ist, um den Staub von Schleifmaschinen und andern, Staub erzeugenden Aggregaten zu entfernen.
Die vom Absauggebläse kommende Luft wird durch ein senkrechtes zylindrisches Rohr 12 in ein senkrechtes zylindrisches Filterrohr 7 geführt, unterhalb welchem ein zylindrischer verhältnismässig tiefer Behälter angeordnet ist.
Um den Luftstrom überall unter dem gleichen Winkel gegen die Filterfläche zu führen, ist ein Einsatz 14 von im Axialschnitt parabolischer Form und mit seiner Spitze gegen die Einlassöffnung gerichtet, zentral in dem Filterrohr angebracht. Ist die axiale Einlassgeschwindigkeit des Luftstromes gleichmässig verteilt, so wird durch diesen Einsatz eine gleichbleibende radiale Strö- mungsgeschwindigkeit durch das Filter auf den gesamten Filterflächen erreicht.
Um die Verzögerung durch Luftreibung an der Wand des EinlaBrohres 12 auszu- gleichen, ist der parabolische Einsatz mit seiner Spitze etwas unter dem obern Rand des zylindrischen Filters angeordnet. Soll das Filter unmittelbar hinter der Auslassoffnung des Gebläses angeordnet sein, dann ist zweckmässig ein sogenannter Gleichrichter oder Rektifikator zwischen Filter und Gebläse angeordnet. Dadurch wird das Entstehen von Wirbeln vermieden, welche für die Filterwirkung schädlich sind. Ein solcher Gleichrichter kann aus einer Zahl von parallelen, in dem EinlaBrohr des Filters axial angeordneten Platten bestehen.
Ein Gleichrichter ist zweckmässig auch bei den andern Vorrichtun- gen eingeschaltet, falls diese dicht bei der Auslassoffnung eines Gebläses oder unmittelbar hinter einer se, harfen Rohrkrümmung angeordnet sind.
Nach Fig. 19 strömt die gereinigte Luft nach allen Richtungen gleichmäBig aus dem zylindrischen Filter, ohne irgendeine Zug- wirkung hervorzurufen. Deshalb ist diese Vorrichtung zum Aufstellen in Maschinen räumen geeignet. Um auch hierbei einen Sekundärstrom zu erhalten, ohne welchen der Staub durch die untern Filterflächen dringen würde, ist der parabolische Körper hohl und endigt in einem bestimmten Abstand oberhalb des untern Randes des zylindrischen Filters. Dadurch entsteht im untern Filterteil ein Wirbel, wodurch die axiale Ge schwindigkeitskomponente des Stromes durch das Filter auch an diesem untern Rand des Filters aufrecht erhalten wird.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 20 sind der Sekundärstrom durch einen ringförmigen Schlitz am obern Ende des Einsatzes in den Hauptstrom zurückgeleitet.
Von den beschriebenen Filtern können zwei oder mehrere hintereinander geschaltet sein, wodurch auch die höchsten Ansprüehe an die Reinigung der Luft befriedigt werden können. Bei derartigen Vorrichtungen kann die Anforderung an die einzelnen Filter herabgemindert werden. Wenn zum Beispiel jedes Filter 90% der zugeführten Staubmenge filtriert, dann können zwei Filter in Serie angeordnet 99% und drei Filter 99, 9% der gesamten Staubmenge entfernen, vorausgesetzt, dass die Staubteilchen von etwa gleicher Abmessung sind.
Sind die Staubteilchen verschieden grogs, so kann durch die Anordnung von hintereinander geschalteten Filtern ein Sortieren des Staubes vorgenommen werden, zum Beispiel bei einer Getreidemühle kann so ein Sortieren des gemahlenen Gutes gemäss der Feinheit des Mehls erzielt werden. Ein solches Sortieren konnte bisher infolge der Kleinheit der Teilchen des behandelten Gutes lediglich durch Beuteln erreicht werden. Dieses Verfahren ist ausserordentlich zeitraubend, wenn es von Hand geschieht, und erfordert teure und platzraubende Vorrichtungen, wenn es in grösserem Massstabe mechanisch ausgeführt wird.
Es ist möglich, ein derartiges Sortieren des Gutes mit der pneumatischen Förderung desselben zur Siloanlage zu verbinden. Zu diesem Zwecke sind nur einige der oben beschriebenen Filter in Serienanordnung in dem ltörderrohr nötig, von denen jedes hinsichtlich seines aerodynamischen Effektes so bemessen ist, dass nur Teilchen über einer bestimmten Grösse mit Sicherheit am Mitströ- men im Luft-oder Gasstrom durch den Filter hindurch verhindert werden. Eine solche Sortiervorrichtung zeigt die Fig. 21. Das gemahlene Gut strömt aus der Mühle durch die Einlassöffnung 12 in ein horizontal liegendes Rohr 6, in welchem vier schräg liegende Filter 7 angeordnet sind. Diese Filter sind wie in Fig. 12 ausgeführt.
Das Filter, welches dem Einlass am nächsten liegt, hat den geringsten Effekt, und die übrigen Filter haben der Reihe nach einen immer grösseren Effekt. Unter drei der Filter liegen Behälter oder Silos 9 zur Auf nahme des abgesiebten Gutes. Das erste Filter am Einlass des Führungsrohres 6 kann lediglich grobes Mehl abscheiden, welches zum Nachmahlen wieder zur Mühle zurückge- bracht wird. Um zu vermeiden, dass zu feines Gut in den für ein gröberes Gut bestimmten Behälter gelangt, ist zweckmässig der sekundäre Luftstrom besonders stark. Ferner sind Leitschirme 15, 16 vorgesehen, welche die Zirkulation des Sekundärstromes erleichtern, so dass lediglich die schwersten der in dem Sekundärstrom befindlichen Teilchen in den Behälter abgeschieden werden.
Beim letzten Filter fehlen solche Leitschirme.
Fig. 22 und 23 zeigen eine Vorrichtung mit Zyklongebläse und Filter. Diese Aus führungsform ist dann angezeigt, wenn der grössere Teil des Gutes so schwer ist, da. er im Zyklongebläse abgeschieden werden kann, und ausserdem auch feiner Staub vorhanden ist, welcher aus der Förderluft abgeschieden werden muss. Die Vorrichtung besitzt ein zylindrisches Filter 7, welches zentral oben im Zyklon 17 angeordnet ist. Das Filter ist zweckmässiger grob, und das Verhiltnis zwischen der Umfangsgeschwindigkeit und der radialen Geschwindigkeit der Luft überschreitet dicht an der Filteroberfläche die oben angegebenen Werte nicht. Der Staub kann dann das Filter nicht durchdringen.
Um den Staub, welcher sich um das zylindrische Filter herumbewegt, zu entfernen, sind an der Aussenseite des Filters auf die gante gestellte Bander derart schraubenförmig an geordnet, daB die Richtung des Staubstromes schraubenförmig von oben nach unten verläuft. Dadurch wird der Staub abwärts in dem Sammelraum des Zyklons befördert. Das zylindrische Filter ist unten abgeschlossen, so dass die Luft nur am Umfang durchtreten kann.
Um den feinen, durch das Filter abgesiebten Staub von dem gröberen Material, welches der Zyklon abscheidet, zu trennen, konnte ein besonderer, oben offener Behälter 9 mit einer Entleervorrichtung vorgesehen sein.
In den Fig. 24 und 25 befindet sich ein zylindrisches Filter 7 in einem spiralförmigen Gehäuse 17 mit tangentialem Einlass. Der grössere Teil der zu reinigenden Luft dringt durch den Zylinder hindurch. Der kleinere Teil, der Staub und andere feste Teilchen mit sich führt, wird durch einen Abzug 10 abgeleitet.
Fig. 26 und 27 zeigen eine Vorrichtung mit sich drehendem zylindrischem Filter, welches zugleich zur Forderung der zu reinigenden Luft dient. Die Luft wird axial durch den Einlass 12 in das Filter geführt, strömt durch diesen hindurch und wird von diesem in ein Gehäuse 19 geschleudert. welches als Gebläsespirale mit Diffusor 20 ausgeführt ist. TTm den Staub, welcher sich im Filter ablagert, abzublasen, ist eine Umlenkvorrichtung 21 vorgesehen, welche einen Teil des Luftstromes durch das Filter zurück- treibt. Ein geschlitztes Rohr 22 im Filter, dessen EinlaBöffnung sich über die ganze Breite des Filters erstreckt, soll diesen Luftstrom auffangen. Um diese Strömung zu unterstützen, ist der Schlitz im Rohr 22 als Diffuser ausgebildet.
Es wird also gleich zeitig mit der beschriebenen Reinigung durch den Diffuser im Filter ein Sog erzeugt, durch welchen der abgeschiedene Staub vom Filter entfernt wird. Diese Vorrichtung ist besonders zweckmässig für das Entfernen von leichteren Stoffteilchen, wie Staub in Ventilationsluft.
Nach Fig. 28 und 29 sind innerhalb eines zylindrischen sich drehenden Filters 1 ortsfeste Leitschaufeln 23 in einem ringförmigen Kranz angeordnet. Die gereinigte Luft wird axial durch den Auslass 24 an der einen Seite der Vorrichtung entleert. Die Tangenten der Leitschaufeln an den gegen das Filter 1 gerichteten Enden bilden mit der Tangente des Filterzylinders in dem Punkt, in welchem jene Tangente den Filterzylinder schneidet, einen kleinen Winkel. Die Krüm- mung der Leitschaufeln ist klein in der Nähe des Zylinders, wird aber nach innen stärker, so dass das innere Ende der Leitschaufeln ungefähr radial gerichtet ist. Der Kanal zwischen zwei benachbarten Schaufeln erweitert sich in der Strömungsrichtung.
Ist die Erweiterung dieser Schaufelkanäle nicht zu gross, so wirken diese als Diffusor, so dass der Druck in der Strömungsrichtung zunimmt.
Bei geeigneten Abmessungen und Formen der Schaufeln und des rotierenden Filters wirkt dieses als Gebläse und die von ihm erzeugte Drucksteigerung kann grosser als der Gesamtwiderstand des Luftstromes durch das System sein, so dass sich ein besonderes Gebläse für die Förderung der Luft durch den Filter erübrigt. Es hat sich gezeigt, dass es sogar möglich ist, einen Überdruck in dem Raum innerhalb des Flügelkranzes zu erreichen. Die Vorrichtung arbeitet dann als Gebläse und kann einen statischen Gegendruck überwinden, zum Beispiel den Strö- mungswiderstand in einer Rohrleitung, durch welche die gereinigte Luft zur Verbrauchs- stelle geleitet wird.
Bedingung dafür, dass eine Gebläsewirkung erreicht wird, ist, daB der Schaufelwinkel am Einlass nicht mehr als 20 beträgt, und daB die Schaufelkanäle sich höchstens in einem Winkel von 3Q erwei- tern. Wenn es nicht genügt, die Vorrichtung rein zu blasen, sondern wenn ausserdem ein Überdruck erzielt werden soll, so ist es zweckmässig, höchstens halb so grosse Winkel zu wählen.
Erm den Filter vom abgelagerten Staub zu reinigen, ist an einer Leitschaufel 23 ein Schirm 21 vorgesehen, welcher einen Teil der Luft durch den Filter zurückpresst. AuBerdem ist an der in der Drehrichtung des Filters hinter dieser Schaufel angeordneten Schaufel eine Verlangerung 25 vorgesehen, welche sich dem Filter anschmiegt und verhindert, dass dieser Teil der Luft wieder durch das Filter strömt. Um diese Luft aufzufangen, ist ausserhalb des Filters ein Rohr 22 mit einer Auffangdüse parallel zur Achse vorgesehen. Die Auffangdüse ist nach Art eines Diffusers in der Strömungsrichtung erweitert, wodurch eine weitere Saugwirkung und damit Erleichterung des Entfernens der Staubschicht von der Filterfläche erreicht wird.
Eine weitere Ausführungsform eines Drehfilters, welches als Gebläse wirkt, ist in Fig. 30 und 31 gezeigt. Das sich drehende zylindrische Filter 1 ist hier in einem spi ralförmigen Einlassgehäuse 17 angeordnet, durch welches die Luft in Drehrichtung des Filters um dieses herum und gleichzeitig von aussen nach innen durch das Filter hindurchgeleitet wird. Aus dem Filter 1 wird die Luft in ein zweites spiralförmiges Gehäuse 19 und einen Diffuser 20 geleitet, wo die kinetische Energie des Luftstromes in Druckenergie umgewandelt wird.
Für diese Ausführung sind besonders geeignet die oben genannten Filter aus Drahtgeweben, welche nur so viele Kettendrähte aufweisen wie nötig sind, um die Schussdrähte zusammenzuhalten. Das Gewebe ist derart zylindrisch aufgerollt, dass die Schussdrähte axial und die Eettendrähte in der Umfangsrichtung laufen. Auf seiner einen Seite ist dieser Drahtzylinder an einer auf der Welle 2 befestigten Scheibe 26 befestigt, auf der andern Seite an einem Ring 27. Dieser Ring ist durch Stangen 28 mit der Scheibe 29 verbunden, die auf der Welle 2 aufgeschraubt ist. Der Drahtzylinder kann gespannt werden, indem die Scheibe 29 in axialer Richtung auf der Welle 2 verstellt wird. Das ist von grossem Vorteil, weil es schwierig ist, ein Gewebe mit absolut, geraden Schussdrähten herzustellen.
Ausserdem wird durch das axiale Strecken des Drahtzylinders erreicht, dass derselbe die bestmögliche Zylinderform erhält. Der durch das Filter abge schiedene Staub wird durch einen Sehlitz in dem Gehäuse 17 in derselben Weise entfernt, wie schon bei der Ausführungsform nach Fig. 24 beschrieben ist. Der Lauf des Filters ist ausserordentlich leise. Durch die infolge der Einlassspirale 17 gesteigerte Strö- mungsgeschwindigkeit der Luft vor dem Zusammentreffen derselben mit dem Filter werden die Stossverluste der Luft am Filter herabgemindert. Daher wird diese Anordnung einen hohen Gebläsewirkungsgrad geben.
Natürlich könnte das Drahtgewebe auch auf einer Tragvorrichtung, zum Beispiel auf einem Gitter, angeordnet sein. Die Ausfüh- rung gemäss Fig. 30 und 31 ergibt ein sehr geringes Gewicht für die rotierenden Teile, so dass diese ohne Nachteil mit sehr hoher Geschwindigkeit angetrieben werden können.
Fig. 32 bis 34 zeigen eine Vorrichtung für Fahrzeuge, wie Automobile, Autobusse und Eisenbahnwagen. Das Filter 7 besteht aus einer durchlochten Platte, welche in eine Wand 30 des Fahrzeuges eingesetzt wird.
Ein schräger Schirm 31 an der Aussenseite des Fahrzeuges leitet den Fahrtwind gegen das Filter. Der Schirm 31 ist schwenkbar angeordnet, so dass die Stärke des Luftzuges durch das Filter eingestellt werden kann. Wenn der Schirm 31 so eingestellt wird, dass er mit dem Filter einen sehr kleinen Winkel, wie z. B. Z bis 3 *, bildet, strömt Frischluft mit nur geringem Überdruck in das Fahrzeug.
Sowohl bei der Belüftung von Fahrzeugen als auch von Zimmern und andern Räumen wird die Luft oft vorgewärmt, bevor sie in den zu belüftenden Raum eintritt.
Die beschriebenen stehenden oder rotierenden Filter können zur Erwärmung der Luft eingerichtet werden, indem dünne, durch Dampf oder heisses Wasser beheizte Rohre an den Filterstäben angelötet werden.
Die Drehfilter können für regenerativen Wärmeaustausch eingerichtet werden, indem die den Raum verlassende Luft als Heiz- mittel für die zugeführte frische kalte Luft dient. Hierdurch werden beträchtliche Er sparnisse an Wärme gemacht.
Eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher das Filter zur Heizung oder Kiihlung der gereinigten Luft dient, ist in Fig. 35 und 36 dargestellt. Das Filter 36 besteht aus mit Lamellen versehenen Rohren 38, durch welche das Heiz-oder Kühlmittel (Dampf oder Wasser) geleitet wird. Der Filter 26 ist zylindrisch. In seinem Innern dreht sich ein Gebläserad 39, welches die Luft durch die Einlassöffnung 40 einsaugt und sie an seinem Umfang nach aussen drückt. Damit der Luftstrom das Gebläserad in einer Richtung verlässt, welche die gewiinsehte aerodynamische Filterwirkung erzielen lϯt, sind die Radschaufeln nach vorn gebogen.
Zwei solche Ausfiihrungsformen des Gebläserades zeigt Fig. 35. Für das Entfernen des abge schiedenen Staubes ist eine Offnung 41 an dem lamellierten Filter vorgesehen, durch welche der Staub in einem Behälter 42 gesammelt wird. Aus diesem Behälter 42 wird der Staub dann ständig durch eine Leitung 43 abgef hrt. Soll die gereinigte Luft weitergeleitet werden, so wird das Filter in einem auf der Zeichnung strichpunktierten Gehäuse 44 mit Auslass 45 angeordnet.
PATENTANSPRtt'CHE : I. Verfahren zum Ausscheiden fester Teilchen aus Luft, Gas oder Dampf, dadurch gekennzeichnet, dass das zu filtrierende Medium in einem derart schrägen Winkel und mit einer derart hohen Geschwindigkeit gegen ein mit Durehtrittsöffnungen versehenes Filter gefiihrt wird, dass nur ein Teil des Mediums durch das Filter, während der andere längs des Filters strömt, und dass in sämtlichen Durchtrittsoffnungen des Filters rückwärts gerichtete aerodynamische Krafte entstehen, die die in die Offnungen eindringenden feinen Partikel zur ckschleudern, so daB sie mit dem dem Filter entlang strömenden Medium abgeführt werden.