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Vorrichtung zur Behandlung von Gasen, insbesondere Luft, mit Flüssigkeiten Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Behandlung von Gasen, insbesondere Luft, die beispielsweise in Klimaanlagen und Luftwaschsystemen verwendet werden kann, in welchen der Luftstrom in direkte Berührung mit Wasser gebracht wird, indem Wasser in den durch die Vorrichtung bewegten Luftstrom ausgestossen wird.
Bisher waren Vorrichtungen zur Behandlung von Luft mit Wasser, wie sie allgemein in industriellen Betrieben benützt wurden, hinsichtlich ihrer Arbeitsgeschwindigkeiten stark beschränkt, und zwar wegen der Anordnung der Abscheider in der Vorrichtung. Abscheider werden normalerweise dazu verwendet, mitgeführte Wasserteilchen aus dem Luftstrom zu entfernen, bevor derselbe aus der Vorrichtung ausgestossen wird. Die normalerweise verwendeten Abscheider enthalten eine Mehrzahl von stationären Schaufeln, welche allgemein einen Sägezahnquerschnitt haben, um einen Zickzackweg durch die Abscheider zu bilden.
Diese Abscheider sind nicht wirksam bei Geschwindigkeiten über oder unter einem bestimmten kritischen Bereich. Bei Anwendungen in der Textilindustrie z. B. wird das Problem noch erschwert durch die Anwesenheit von Fasern im Luftstrom. Die Fasern im durch die Vorrichtung bewegten Luftstrom werden feucht und kleben an der Oberfläche der Abscheider, was ein häufiges Ausbauen und Reinigen der Abscheider erforderlich macht.
. Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung zur Behandlung von Gasen in einem weiten Bereich von Gasgeschwindigkeiten, der auch hohe Gasgeschwindigkeiten einschliesst, welche Vorrichtung flüssige Teilchen und Fremdkörper aus einem Gasstrom entfernt und dabei selbstreinigende Eigenschaften aufweist. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Abscheider aufweist, um mitgerissene Flüssigkeitsteilchen aus dem hindurchströmenden Gas zu entfernen. Der Abscheider umfasst seinerseits einen Rotor und Mittel zur Lagerung dieses Rotors.
Der Rotor weist eine Mehrzahl von Schaufeln auf, welche sich von einer Nabe in radialer Richtung nach aussen erstrecken und im Querschnitt so geformt sind, dass der Gasstrom beim Durchtritt zwischen den Schaufeln mindestens eine Richtungsänderung erfährt. Dazu sind Mittel vorhanden, welche den äusseren Umfang des Rotors mindestens teilweise umgeben.
Die Vorrichtung kann ausserdem Mittel aufweisen, welche die hindurchströmende Luft in direkte Berührung mit Wasser bringen. Diese Mittel können eine Mehrzahl von Zerstäubergliedern aufweisen, welche fein verteilte Teilchen oder Tröpfchen von Wasser in den Luftstrom ausstossen.
In der beiliegenden Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung als Beispiele dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Axialschnitt einer Vorrichtung zur Behandlung von Luft, Fig.2 einen Axialschnitt einer Variante eines Teiles der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-111 in Fig. 1, Fig.4 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in grösserem Massstab, Fig. 5 eine Variante eines Teiles der Fig. 1, Fig. 6, 7, 8,
9 und 10 in einer Ebene gegen die Nabe des Abscheiders gesehene Querschnittsformen von Varianten der Schaufelstrukturen, welche in der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung verwendet werden können,
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Fig. 11 einen Axialschnitt einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung, welche ein Aufprallmittel enthält, um den ausgestossenen Wasserstrom aufzubrechen, Fig. 12 einen Querschnitt nach der Linie XII-XII in Fig. 11, Fig. 13 im Schaubild eine Teilansicht der Schaufelstruktur,
welche in der Vorrichtung von Fig. 11 verwendet wird und Fig. 14 einen Axialschnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles der Vorrichtung nach der Erfindung, welche einen Zentrifugalventilator verwendet, um die Luft durch die Vorrichtung zirkulieren zu lassen.
Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zur Behandlung von Luft weist ein Gehäuse 2 mit einem ersten zylindrischen Abschnitt 3 und einem zweiten zylindrischen Abschnitt 4 auf, welcher einen grösseren Durchmesser hat als der erste Abschnitt 3. Ein übergangsabschnitt 5 verbindet den ersten Abschnitt 3 mit dem zweiten Abschnitt 4. Die Form dieses Übergangsabschnittes 5 entspricht allgemein derjenigen eines Kegelstumpfes, wobei sich der Querschnitt allmählich ändert, so dass sich eine Diffusonjirkung ergibt, welche nachstehend beschrieben werden soll. Im ersten Abschnitt 3 ist in koaxialer Lage ein Ventilatormotor 6 angeordnet, dessen Achse Schaufeln 7 trägt, die einen Luftstrom durch den ersten Abschnitt 3 und durch den zweiten Abschnitt 4 erzeugen.
Dieser Ventilatormotor ist im ersten Abschnitt 3 mittels geeigneter Rohrstreben 8 befestigt. Wie oben erwähnt, hat der zweite Abschnitt 4 eine allgemein zylindrische Form mit einem geneigten Boden, in welchem zentral ein Ablauf 13 angeordnet ist, dessen Funktion nachstehend beschrieben ist.
In den zweiten zylindrischen Abschnitt 4 erstreckt sich eine geeignete Wasserzufuhrleitung 9, welche mit dem Verteiler 10 verbunden ist. Dieser Verteiler 10 verläuft koaxial im zweiten Abschnitt 4 und weist Reihen von Armen 11 auf; die Enden dieser Arme sind mit Düsen 12 versehen.
In Fig. 3 ist ein Querschnitt des zweiten zylindrischen Abschnittes 4 nach der Linie 111-III dargestellt, aus welchem hervorgeht, dass sechs Reihen von Armen vorgesehen sind, die in ungefähr gleichen Winkelabständen voneinander angeordnet sind. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass die vorliegende besondere Ausführungsform fünf Arme pro Reihe aufweist; es ist klar, dass die Anzahl und Anordnung der Arme und der Düsen verschieden sein kann, je nach der Form des zweiten Abschnittes 4 und der Art der verwendeten Düsen.
Am Ende 30 des zweiten zylindrischen Abschnittes 4 befindet sich, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Öffnung, welche vom einwärts gerichteten Flanschabschnitt 17 begrenzt wird. In der Mitte dieser Öffnung ist ein geeigneter Motor 19 angeordnet, welcher über geeignete Streben 18 abge- stützt ist. Aus diesem Motor erstreckt sich eine Welle nach innen, auf welcher ein Abscheiderrotor 14 angebracht ist, der geeignete Schaufeln 15 und ein Abschlussglied 16 aufweist. In Fig.2 ist eine Variante der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung dargestellt.
Im wesentlichen ist Fig. 2 eine Teilansicht, welche nur das Ende des zylindrischen Gehäuses 4 zeigt, welches die vom einwärts ragenden Flansch 17 begrenzte Öffnung enthält und in welchem der Abscheiderrotor 14 angeordnet ist. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist kein Motor 19 vorhanden, sondern nur ein in der Mitte angeordnetes und durch die Streben 18 abgestütztes Lager 20. Dieses Lager 20 trägt eine Welle, auf welcher der Abscheiderrotor befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform wird der Abscheiderrotor, wie nachstehend beschrieben, durch ein anderes Mittel in Umdrehung versetzt.
Fig. 4 zeigt eine vergrösserte Teilansicht des Abscheiders und des Endes des zweiten zylindrischen Abschnittes 4. Wie dargestellt, ragt eine Welle 23 aus dem Lager 20 heraus. Man erinnert sich, dass an Stelle des Lagers 20, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Motor verwendet werden kann. Die Welle 23 ist starr mit einer Nabe 24 verbunden. Schaufeln 15 erstrecken sich von der Nabe 24. Fia. 6 zeigt den Querschnitt der einzelnen Schaufein, welche sich von der Nabe 24 radial nach aussen erstrecken.
Diese radial verlaufenden Schaufeln sind von einem geeigneten Abschlussglied 16 umschlossen, welches in der vorliegenden Ausführungsform als kegelstumpf- förmiges Glied mit einer Innenfläche 25 dargestellt ist. Diese kegelstumpfförmige Fläche erstreckt sich über den Rand der Schaufeln hinaus und weist einen geeigneten Flansch 26 auf, welcher ein ringförmiges Glied ist, dessen äusserer Rand an der kegel- stumpfförmigen Fläche 25 befestigt ist und das in einer Ebene senkrecht zur Drehachse der Nabe 24 liegt.
Am Flansch 17, der wie oben erwähnt am Gehäuseabschnitt 4 befestigt ist, sind zwei parallele, ringförmige Glieder 27 und 28 angebracht, welche in einem Abstand voneinander montiert sind. Der innere Umfang der ringförmigen Glieder ist starr mit dem Flansch 17 verbunden, so dass ein ringförmiger Kanal 29 um den Flansch herum entsteht. Fig.4 zeigt, dass sich das ringförmige Glied 26, welches auf dem Abschlussglied 16 des Abscheiders montiert ist, in diesen Kanal 29 hinein erstreckt.
Der Flansch 17 mit den ringförmigen Gliedern 27 und 28 bildet zusammen mit dem ringförmigen Glied 26 und dem ihm benachbarten Teil des Abschluss- gliedes 16 eine Dichtung, welche nachstehend beschrieben werden soll.
In Fig. 6 ist ein Schnitt durch zwei Schaufeln von derjenigen Art dargestellt, die im Abscheider nach den Fig. 1 und 4 verwendet wird. Wie aus Fig. 6 ersichtlich, enthält diese Schaufelkonstruktion zwei ebene Glieder 35 und 36, welche in einem Winkel zueinander angeordnet sind und sich in der
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Linie 37 schneiden, die von der Nabe 24 radial nach aussen zum Abschlussglied 16 verläuft.
Vorrichtungen der beschriebenen Art können im Prinzip einen Wärmeübertragungsvorgang ausführen, welcher eine Befeuchtung oder Entfeuchtung des Luftstromes zur Folge hat, je nach den relativen Zuständen des Luftstromes und des verwendeten Wassers. Dieser Vorgang kann von einem Luftreinigungsvorgang begleitet sein, bei welchem das Wasser Teilchen in der Luft benetzt, so dass sie durch den Ablauf aus der Vorrichtung entfernt werden können.
Um einen Luftstrom wirksam befeuchten oder entfeuchten zu können, indem Wasser mit dem Luftstrom in direkte Berührung gebracht wird, ist es nötig, dass das Wasser in sehr fein verteilte Teilchen oder Tröpfchen aufgeteilt wird, so dass eine genügende Berührungsfläche zwischen der Luft und dem in dieselbe ausgestossenen Wasser entsteht, welche die Verdampfung des versprühten Wassers oder die Kondensation von Feuchtigkeit aus der Luft durch raschen Wärmeübergang von einem zum anderen erleichtert. Die Geschwindigkeit des Wärmeüberganges kann erhöht werden, indem der Widerstand des Filmes an der Oberfläche der Tröpfchen verringert wird, so dass eine Turbulenz des Luftstromes erhalten wird.
Das Problem der wirksamen Entfernung von Teilchen oder Wassertröpfchen, die im Luftstrom nach dem Wänneübertragungsvorgang mitgerissen werden, ist kritisch.
Wie eingangs erwähnt, war es bisher üblich, stationäre Abscheiderrplatten zu verwenden, um mitgerissene Tröpfchen aus dem Luftstrom zu entfernen; diese Abscheider schaffen eine Mehrzahl von Zickzackwegen, durch welche der wasserbeladene Luftstrom strömt. Wenn der wasserbeladene Luftstrom durch diese Wege strömt, haben die ständigen Richtungsänderungen zur Folge, dass das Wasser auf die verschiedenen Oberflächen der Platten aufprallt, so dass sich mindestens ein Teil der Wassertröpfchen darauf ansammelt und aus dem Luftstrom entfernt wird. Dieses Wasser läuft unter der Einwirkung der Schwerkraft aus dem Abscheider in eine geeignete Sammelvorrichtung ab, die unter den Ab- scheiderplatten angeordnet ist.
Wegen der stationären Art dieser Abscheider ist die Geschwindigkeit, mit welcher der Luftstrom durch den Abscheider und damit durch die ganze Vorrichtung strömt, sehr kritisch, so dass der Bereich der Arbeitsgeschwindigkeiten sehr beschränkt ist. Geschwindigkeiten über diesem engen Bereich haben zur Folge, dass die aus der Vorrichtung ausgestossene, behandelte Luft Wasserteilchen mit sich führt. Geschwindigkeiten unter diesem kritischen Bereich verursachen ein zu geringes Aufprallen der Wasserteilchen, so dass das Wasser durch den Ab- scheider mitgeführt werden kann. In beiden Fällen ist der Betrieb völlig unbefriedigend.
Da solche Einheiten viel in Textilspinnereien verwendet werden, ist die Unerwünschtheit von Wassertröpfchen, die auf Maschinen und das behandelte Material fallen, klar.
Bei der Luftbehandlungsvorrichtung, wie sie in Fig. 1 angegeben ist, wird Luft vom Ventilator 6, 7 in das Gehäuse 2 gesogen und in den übergangs- abschnitt 5 und darauf in den Hauptteil des zweiten zylindrischen Abschnittes 4 geführt. Es ist klar, dass die Luft, welche um den Ventilatormotor 6 und durch die Schaufeln 7 strömt, eine hohe Geschwindigkeit hat.
Die allmähliche Vergrösserung der Querschnittsfläche im Übergangsabschnitt ergibt vor dem Eintritt der Luft in den zweiten zylin- drischen Abschnitt 4 eine Diffusorwirkung. Im zylindrischen Abschnitt 4 wird Wasser von einer geeigneten Temperatur, welche davon abhängt, ob die Vorrichtung die Luft befeuchten oder entfeuchten soll, aus der Leitung 9 in den Verteiler 10 und durch die verschiedenen Arme 11 zu den Düsen 12 geführt, aus welchen es ausgestossen wird, um im zweiten zylindrischen Abschnitt 4 einen feinen Sprühregen zu bilden.
Dieser feine Sprühregen gelangt in direkte Wärmeaustauschbeziehung mit der durch diesen Abschnitt strömenden Luft, und je nach der Beziehung zwischen dem Taupunkt der eintretenden Luft und der Temperatur des Sprühwassers tritt eine Befeuchtung oder Entfeuchtung ein. Die aus der Vorrichtung austretende Luft hat eine erwünschte Temperatur und einen erwünschten Taupunkt. Man erkennt, dass die absolute Feuchtigkeit der die Vorrichtung verlassenden Luft kleiner sein kann als diejenige der eintretenden Luft, und zwar wegen der physikalischen Tatsache, dass die Fähigkeit der Luft, Feuchtigkeit zurückzuhalten, mit sinkender Temperatur abnimmt. Deshalb kann ein Wärmeaustausch z.
B. mit gekühltem Wasser, welches in den Luftstrom ausgestossen wird, eine Ausfällung von Wasser aus der Luft zur Folge haben, da die Abnahme der Temperatur eine Abnahme der Feuchtigkeitshal- tungsfähigkeit der Luft zur Folge hat.
Man erkennt leicht, dass auch eine Befeuchtung eintreten kann; in diesem Falle sind die Temperaturen der eintretenden Luft und des versprühten Wassers so, dass ein Teil des versprühten Wassers verdampft, so dass der Feuchtigkeitsgehalt der Luft vergrössert wird.
Der Durchgang des Luftstromes durch das Sprühwasser hat zur Folge, dass Wasserteilchen mitgerissen werden. In den bisher üblichen Vorrichtungen war die Geschwindigkeit, mit welcher der Luftstrom die Vorrichtung verliess, kritisch, und zwar wegen der Art und Weise, in der die stationären Abscheider die mitgerissenen Wasserteilchen aus dem Luftstrom entfernten und wegen ihrer Abhängigkeit von der Schwerkraft zur Abführung des Wassers von den Abscheideroberflächen. Die beschriebene Vorrichtung weist einen neuen Abscheider mit einem Rotor auf, in welchem die mitgerissenen Wasserteilchen auf eine Mehrzahl von rotierenden Schaufeln aufprallen, bevor der Luftstrom die Vor-
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richtung verlässt.
Die Schaufeln entfernen die Tröpfchen aus dem Luftstrom und führen das Wasser in die Vorrichtung zurück.
Die Theorie der Wirkungsweise eines Abschei- derrotors beruht hauptsächlich auf einem Aufprallvorgang. Luft wird in axialer Richtung in die rotierende Schaufelstruktur des Rotors geführt. Diese Luft kann in einem beinahe gesättigten Zustande sein und mitgerissene Wasserteilchen enthalten. Wenn die Luft in die Zone eintritt, in welcher sich die rotierenden Schaufeln bewegen, ändern die Wasserteilchen in der Luft ihre Richtung und prallen auf die rotierende Schaufelstruktur auf. Das Wasser sammelt sich auf der Oberfläche der Schaufeln an und wird wegen der Drehung der Schaufeln durch die Zentrifugalkraft nach aussen gedrückt.
Man erkennt, dass die Luft und das Wasser unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft stehen sowie unter dem Einfluss der Kräfte, welche den Luftstrom axial durch die Vorrichtung und durch den Abscheider führen.
Um die Schaufeln in ihrer Abscheiderwirkung zu unterstützen, ist ein Mittel vorhanden, welches den Umfang des Abscheiderrotors mindestens teilweise umfasst (siehe Konus 16). Bei einer solchen Konstruktion kann die Luft unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft eine Hochdruckzone am Umfang des Abscheiders im Abschlussmittel bilden.
Dieser Druck entspannt sich durch den Durchgang von Luft in axialer Richtung durch die Schaufeln. Wasserteilchen werden jedoch nach aussen geschleudert und sammeln sich am Abschlussmittel an, wo ferner .das an der Dichtung angesammelte Wasser hinzukommt und mit dem nach aussen geschleuderten Wasser in die Vorrichtung zurückgeführt wird.
In Fig.6 ist dargestellt, wie die mit Wasserteilchen beladene Luft in der Richtung des Pfeiles in die Schaufelstruktur eintritt. Im Falle des in Fig. 1 dargestellten Abscheiders dreht der Motor 19 den Abscheiderrotor in irgendeiner Richtung. Wenn wir zuerst den Fall betrachten, in welchem der Motor die Schaufeln im Gegenuhrzeigersinne (abwärts in Fig.6) bewegt, so kann die Luft zuerst auf die Oberfläche 41 des ebenen Gliedes 35 aufprallen. In diesem Falle werden Wasserteilchen auf diese Oberfläche 41 aufprallen und wegen der Rotation der Abscheiderschaufeln durch die Zentrifugalkraft nach aussen geworfen werden.
Gleichzeitig können sich auch auf der Oberfläche 41 angesammelte Wasserteilchen gegen die Verbindung 37 bewegen, auf welcher die Wassertröpfchen eine Tendenz haben, von dieser Kante abzufallen und diese Schaufel zu verlassen, um auf die Oberfläche 40 des ebenen Gliedes 36 der benachbarten Schaufel zu fallen. Wegen der Bewegung der Schaufeln im Gegenuhrzeigersinne hat die Ablenkwirkung der Oberfläche 40, welche in bezug auf die Drehung der Schaufelstruktur schief angeordnet ist, eine Ablenkkraft zur Folge, welche das Wasserteilchen in Richtung gegen den Kanal 38 bewegt.
Da dieser Kanal radial verläuft, werden darin aufgefangene Wasserteilchen nach aussen in das Abschlussmittel geworfen und dann in die Vorrichtung zurückgeführt.
Betrachten wir nun ein Wasserteilchen, welches vom rotierenden Abscheiderrotor getroffen wird und mit der Oberfläche 39 des ebenen Gliedes 35 in Berührung kommt. In einem solchen Falle wirken auf das Wasserteilchen gleichzeitig die durch die Rotation des Abscheiders entstehenden Zentrifugalkräfte und die Ablenkkräfte der schief angeordneten Oberfläche 39, welche das Wasserteilchen nach unten gegen den Kanal 38 fliessen lassen, wo es sich mit dem auf der Oberfläche 40 angesammelten Wasser mischt und in die Vorrichtung zurückgeführt wird.
Wenn die in Fig.6 dargestellten Schaufeln im Uhrzeigersinne bewegt werden (aufwärts in Fig. 6), prallen Wasserteilchen, welche in die Abscheider- struktur gelangen, auf die rotierende Oberfläche 41 einer Schaufel. Wenn das Wasserteilchen darauf aufprallt, gelangt es unter den Einfluss der Zentrifugalkraft, welche das Teilchen nach aussen gegen das Abschlussmittel wirft. Gleichzeitig wirkt auf das Wasserteilchen eine Ablenkkraft, die von der schiefen Anordnung der Oberfläche 41 herrührt.
Da sich die Schaufelstruktur im Uhrzeigersinne (aufwärts) bewegt, drängt die Ablenkkraft das Wasserteilchen nach aussen gegen den Rand der Schaufel und von der Nahtstelle 37 weg. In diesem Falle haben die Wasserteilchen keine Tendenz, die Naht zwischen den Gliedern 35 und 36 zu umgehen, und das Wasser fliesst direkt von der Oberfläche 41 zum Abschlussmittel und zurück in die Vorrichtung. Bei dieser Ausführungsform werden die Glieder 36 jeder Schaufel als Ablenkglieder verwendet.
Es ist klar, dass die durch die Struktur strömende Luft in eine relativ erhöhte Lage gelangt, und um dieser Tendenz entgegen zu wirken, lenkt die Oberfläche 40 den Luftstrom ab und ändert seine Richtung so, dass die Luft in einer allgemein axialen Richtung aus der Abscheiderstruktur strömt, und nicht in einer Richtung, welche im wesentlichen senkrecht zum axialen Luftstrom durch die Struktur steht.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform enthält eine Abscheiderstruktur, welche ähnlich ist wie die in den Fig.l und 4 dargestellte. Bei dieser Ausführungsform ist jedoch für den Abscheider- rotor kein Antriebsmotor vorhanden. An der Stelle des in Fig. 1 dargestellten Motors 19 zeigt Fig.2 ein Lager 20, aus welchem sich eine Achse erstreckt, auf der die Nabe des Rotors fliegend montiert ist. Der Rotor kann sich in irgendeiner Richtung frei drehen unter dem Einfluss von Drehkräften, welche auf die Struktur einwirken.
Wie erwähnt, induziert der Ventilatormotor 6 durch die Schaufeln 7 in der Vorrichtung von Fig. 1 einen Luftstrom durch die Vorrichtung. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird die Geschwindigkeit dieses Luftstromes dazu verwendet, den Abscheiderrotor zu drehen. Zwei Kräfte verursachen die Drehung des Rotors bei dieser Ausführungsform. Die erste Kraft
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entsteht durch das Aufprallen des durch den Ab- scheider strömenden Luftstromes auf die schiefen Flächen der Schaufeln. Wenn dies auftritt, entsteht ein resultierender Kraftvektor in einer Ebene senkrecht zur Drehachse des Rotors und veranlasst eine Drehung desselben.
Es gibt auch eine zweite Kraft, welche eine Drehung des Abscheiderrotors verursacht. Der Ursprung dieser Kraft ist nicht so klar und beruht auf einem Rückstossprinzip. Es ist eine Rückstosskraft des Luftstromes, welcher schief aus der Abscheiderstruktur austritt, was ein Aufprallen auf die Seitenwand der Ausgangsleitung zur Folge hat. Wenn dieser Luftstrom schief auf die Ausgangsleitung aufprallt, ergibt sich eine Reaktion gegen den Abscheiderrotor, welche den Rotor dreht. Aus Fig.- 6 ist ersichtlich, dass die Rückstosskraft eines zwischen den Flächen 40 und 42 hindurchströmenden Luftstromes auf die Oberfläche 39 wirkt.
Bei der Betrachtung der Schaufelstruktur von Fig.6, welche den Luftstrom als Bewegungsmittel für den Abscheiderrotor verwendet, wurde gefunden, dass die auf die Flächen 41 und 42 wirkenden Kräfte Reaktionskomponenten haben, die einander im wesentlichen ausgleichen. Bei diesem Betrieb drehen die oben erwähnten Rückstosskräfte die Abscheiderschaufeln aufwärts, und es nimmt nur die Oberfläche 41 an der Eliminierung von Wasserteilchen aus dem Luftstrom teil. Die Kanäle zwischen den Elementen 36 der verschiedenen Schaufeln dienen dazu, das Bewegungsmittel für den Abscheider- rotor zu bilden.
Man wird erkennen, dass die Glieder 35 und 36 in geeigneter Weise konstruiert und schief angeordnet werden können, so dass die Drehkomponenten der Luftstromgeschwindigkeit nicht im Gleichgewicht sind und eine Drehung verursachen, und dass die algebraische Summe aller auf diese Flächen wirkenden Kräfte ausreicht, um jede Rückstossdreh- kraft zu überwinden.
Nachdem die beiden Kräfte beschrieben worden sind, welche eine Drehung des Abscheiderrotors verursachen können, sollten Fachleute die Schaufelkonstruktion leicht so gestalten können, dass sich eine Drehung in einer gewünschten Richtung ergibt. Wenn die gewählte Richtung dem Gegenuhrzeigersinne entspricht, so ist die Arbeitsweise ähnlich wie diejenige, die oben für den Fall beschrieben ist, in welchem die Schaufeln von einem Motor im Gegenuhrzeigersinne gedreht werden.
In Fig. 7 ist eine Schaufelstruktur dargestellt, welche drei ebene Glieder enthält, die alle schief angeordnet sind. Im Lichte der oben angeführten Erkenntnisse bietet eine solche Konstruktion ein Mittel, um dafür zu sorgen, dass die Drehkraft, welche durch das Aufprallen des Luftstromes auf die schiefen Flächen verursacht wird, und die Drehkraft, welche durch den Rückstoss eines den Abscheider verlassenden Luftstromes entsteht, sich gegenseitig unterstützen, so dass der grundlegende V -Querschnitt im freilaufenden Betrieb wirksamer sein kann.
Diese Konstruktionsart bietet auch ein Mittel zur Geschwindigkeitssteuerung, in welchem Falle klar ersichtlich ist, dass die Drehung des Abscheiderrotors direkt von der Geschwindigkeit des Luftstromes abhängig gemacht werden kann; in dieser Weise kann die Geschwindigkeit des Rotors geeignet gesteuert werden.
In Fig. 8 ist die grundlegende V -Konstruktion mit einer geringfügigen Modifikation dargestellt. Bei dieser besonderen Konstruktion endigen die Glieder 35 und 36 nicht an der Schnittlinie 37 (siehe Fig. 6); das Glied 35 erstreckt sich etwas über die Schnittlinie 37 hinaus. Auf dem Glied 36 ist ein Kanal 46 dargestellt. Im Betrieb strömt Luft in der Richtung des Pfeiles, und wenn sich die Schaufelstruktur im Gegenuhrzeigersinne bewegt, gehen Wasserteilchen, die längs der Oberfläche 41 fliessen, über die Schnitt- linie 37 hinaus auf den Vorsprung 45.
Wegen der Ablenkwirkung des rotierenden Abscheiderrotors sammelt sich das Wasser am Rande des Vorsprunges und fällt auf die Fläche 40, statt längs der Rückseite des Vorsprunges 45 auf die Fläche 42 zu gelangen und den Abscheider zu verlassen. Dies ist eine Verfeinerung, welche für gewisse Anwendungen erwünscht sein kann.
In gewissen Fällen und wenn sich die Schaufelstruktur im Gegenuhrzeigersinne dreht, kann bei hohen Geschwindigkeiten die durch den Abscheider strömende Luft Tröpfchen von der Oberfläche 40 in den Luftstrom saugen, so dass die Tröpfchen durch die Abscheiderstruktur nach aussen getragen werden, statt sich im Kanal 38 anzusammeln. Wenn dies eintritt, so wird das Wasser nach aussen in den Kanal 46 fliessen, wo es angesammelt und am Verlassen des Abscheiders gehindert wird.
In diesem Falle wird das Wasser im Kanal 46 durch die Zentrifugalkraft nach oben an den Umfang des Abschei- derrotors und in das Abschlussglied geworfen, aus welchem es in die Vorrichtung zurückgeführt wird.
In den Fig. 9 und 10 sind Modifikationen der grundlegenden Schaufelkonstruktion mit dem V Querschnitt dargestellt. Fig.9 zeigt eine Schaufelstruktur mit einem gebogenen Querschnitt.
Es ist klar, dass die Arbeitsweise einer solchen Schaufel ähnlich ist, wie diejenige des grundlegenden V Querschnittes, der in Fig. 6 dargestellt und beschrieben ist. Fig. 10 zeigt eine Verfeinerung des gebogenen Querschnittes nach Fig. 9, welche eine doppelte Biegung verwenden; im Betrieb arbeiten die Schaufeln nach Fig. 10 ähnlich wie die in Fig. 7 dargestellten Schaufeln. Die Ausführungsformen der Fig. 9 und 10 reagieren auf dieselben Ablenk- und Rückstosskräfte, welche die in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellten Strukturen antreiben.
Diese Kräfte wirken jedoch hier nicht auf ebene Flächen, sondern auf gebogene Flächen, und das Wasser sammelt sich in den entsprechenden Fällen nicht in einem winkel- förmigen Kanal, sondern in einem radial verlaufenden gebogenen Trog.
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Beim Vergleich der in den Fig.4 und 5 dargestellten Konstruktionen erkennt man, dass im wesentlichen die Schaufel- und Dichtungskonstruktion und der grundlegende Endschnitt der Vorrichtung ähnlich sind. Man stellt jedoch in Fig. 5 fest, dass die Schaufeln nach hinten geneigt angeordnet sind.
In Fig. 4 liegen die Schnittlinien zwischen den beiden ebenen Gliedern, welche eine Schaufel bilden, in einer Ebene, welche senkrecht zur Drehachse des Abscheiders steht. In Fig. 5 liegen die Schnittlinien zwischen den beiden ebenen Gliedern, welche eine Schaufel bilden, in einer Kegelfläche, welche koaxial zur Drehachse des Abscheiderrotors ist.
Der Zweck dieser in Fig. 5 dargestellten Modifikation ist leicht ersichtlich, wenn man die Fig. 6 betrachtet. Fig. 6 zeigt den grundlegenden V -Querschnitt der Schaufeln. Wenn sich dieser grundlegende V Querschnitt im Gegenuhrzeigersinne bewegt, wobei sich Wasserteilchen im Kanal 38 ansammeln, so ist ein Wassertröpfchen auf der Fläche 40 unter dem Einfluss sowohl der Zentrifugalkräfte als auch der Kräfte, die das Tröpfchen längs der Fläche und aus dem Abscheider hinaus zu bewegen versuchen. Diese letztere Kraft ist die Kraft, welche von der Geschwindigkeit der durch die Abscheiderstruktur strömenden Luft verursacht wird.
Wie oben erwähnt, wirkt eine dritte Kraft auf das Tröpfchen, nämlich eine Ablenkkraft, welche dieses Tröpfchen gegen den Kanal 38 drängt. In gewissen Anwendungen kann die Luftgeschwindigkeit so gross sein, dass sie diese Ablenkkraft überwindet und das Wassertröpfchen mitreisst.
Aus Fig. 4 ist ersichtlich, dass das auf den Schaufeln des Abscheiderrotors angesammelte Wasser dem Abschlussglied 16 zugeführt wird. Wenn man sich die Arbeitsweise des Abscheiders vor Augen hält, erinnert man sich, dass der Druckabfall über dem Abscheider dazu verwendet werden soll, Luft durch denselben hindurch zu treiben, und gleichzeitig soll das Abschlussglied ein Mittel bilden, um das Wasser aus dem Abscheider zu entfernen.
Es wurde gefunden, dass es wünschbar ist, das Abschlussglied in die rotierende Abscheiderstruktur einzubauen. Bei dem in den Fig. 1, 4 und 5 dargestellten Abscheider enthält dieses Abschlussglied eine Kegelfläche, welche koaxial auf dem Abscheiderrotor montiert ist. Im Betrieb fliesst das Wasser längs den Abscheider- schaufeln nach aussen und erreicht schliesslich das Abschlussglied, an welchem sich die Wassertröpfchen ansammeln und von welchem sie wegen der Zentrifugalkraft in die Vorrichtung zurückgeführt werden.
Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird dies erreicht, indem das konische Glied in der Richtung des Luftstromes durch den Abscheider konvergiert. Dies schafft ein konisches Glied, welches sich gegen das Innere des zweiten zylindrischen Abschnittes 4 der Vorrichtung ausweitet. Wie oben erwähnt, werden die Wasserteilchen auf der Kegelfläche nach aussen gedrängt, und wegen der Zunahme des Durchmessers des Abschlussgliedes gegen die Sprühkammer werden die Wasserteilchen im wesentlichen gegen die Richtung des Luftstromes bewegt, welcher durch den Abscheider strömt, und auf diese Weise gelangt das Wasser in die Vorrichtung zurück.
Nachdem nun in der Vorrichtung zwei rotierende Glieder vorhanden sind, besteht eine einfache Anordnung in gewissen Fällen darin, dass das den Luftstrom induzierende Mittel und der Abscheider- rotor auf einer gemeinsamen Welle montiert werden, wie es in der Ausführungsform nach Fig. 14 dargestellt ist. Wenn diese Zusammenlegung noch weiter getrieben wird, kann eine einzige, zusammengesetzte Schaufelstruktur gebildet werden, welche sowohl den Luftstrom induziert als auch als Ab- scheider wirkt. Im Lichte der bisherigen Beschreibung wird man sofort erkennen, dass auch eine solche Konstruktion in der Grundidee der Erfindung liegt.
Wie oben beschrieben, steht mit dem konischen Abschlussglied 16 und dem Flansch 17 des zylindrischen Abschnittes 4 eine Dichtungskonstruktion in Verbindung. Da der Ventilator Luft in die Vorrichtung treibt und wegen der Verteilerwirkung des Libergangsabschnittes 5 entsteht im zweiten Abschnitt 4 ein statischer Druck. Da zwischen dem statischen Druck im zweiten Abschnitt 4 und demjenigen in der Ausgangsleitung der Vorrichtung ein Unterschied besteht, wird ein Durchströmen des Luftstromes durch die Abscheiderstruktur verursacht. Wegen der Drehung des Abscheiderrotors und der stationären Art des Gehäuses 2 besteht zwischen dem Abscheiderrotor und dem Gehäuse ein kleiner Zwischenraum.
Da der Abscheider dem Luftstrom einen Widerstand entgegensetzt, erkennt man, dass die wasserbeladene Luft wegen dem erwNhnten Druckunterschied versuchen wird, durch diesen Zwischenraum zwischen dem Abscheiderrotor und dem Gehäuse zu strömen. Unter gewissen Umständen kann dieses Umströmen die Wirksamkeit des Ab- scheiders beeinträchtigen. Um den Durchgang von Wasserteilchen durch diesen Zwischenraum zu verhindern, wurde eine Dichtungsstruktur entwickelt, welche auf einem ähnlichen Arbeitsprinzip beruht, wie der in der Vorrichtung verwendete Abscheider.
In Fig.4 ist die erwähnte Richtung dargestellt. Wenn die wasserbeladene Luft unter dem Einfluss des statischen Druckes versucht, den Abscheider- rotor zu umgehen, so tritt sie in den Raum zwischen den ringförmigen Gliedern 26 und 28 ein, wobei Wasserteilchen, welche auf die erwähnten ringförmigen Glieder 26 und 28 aufprallen, durch die Zentrifugalkraft nach aussen gedrängt und über die ausgeweitete Fläche 25 des konischen Gliedes 16 in die Vorrichtung zurückgeführt werden.
Wasser, welches vom Luftstrom in den ringförmigen Kanal 29 getragen wird, wird wegen der Richtungsänderung in der Dichtung radial nach aussen geworfen und sich entweder auf der anderen Seite des ringförmigen Gliedes 26 oder längs der Fläche 25 des Abschlussgliedes ansammeln. Das Wasser, das sich
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auf dem Glied 26 ansammelt, wird durch die ZentrIfugalkraft nach aussen gedrängt und vereinigt sich mit dem auf der Fläche 25 angesammelten Wasser, welches dann längs der Flüche 25 weiterfliesst und zusammen mit dem von den Abscheiderschaufeln auf das Abschlussglied geworfenen Wasser in die Vorrichtung zurückgeführt wird.
Das Arbeitsprinzip dieser Dichtung beruht nicht auf der Bildung einer Drosselwirkung durch die Dichtung, sondern vielmehr auf der Schaffung einer Aufprallmöglichkeit für das im Luftstrom befindliche Wasser auf die äussc ren rotierenden Teile, von welchen das Wasser in die Vorrichtung zurückgeführt werden kann. Es wurde gefunden, dass die Abstände zwischen den stationären und den rotierenden Gliedern bis zu 6 mm betragen können, ohne die Wirksamkeit der Dichtung zu beeinträchtigen.
In Fig. 11 ist eine andere Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt. Diese Vorrichtung weist ein zylindrisches Gehäuse 55 auf mit einem äusseren Lufteingang 56 und einem Rückführungslufteingang 57. Veränderliche Drosselglieder (nicht dargestellt) regulieren die Anteile der zurückgeführten und der äusseren Luft, welche in die Vorrichtung gelangen.
Ein Gehäuse 62, welches einen zylindrischen Abschnitt 63 und einen konischen Abschnitt 64 enthält, verläuft koaxial im Gehäuse 55. Im zylin- driwhen Abschnitt 63 ist ein Ventilator 65 mit geeigneten Schaufeln 66 angeordnet, um einen Luftstrom durch den ringförmigin Raum zwischen dem inneren Gehäuse 62 und dem äusseren Gehäuse 55 zu induzieren. In der Nähe des Einganges des konischen Abschnittes 64 ist ein Abscheiderrotor 67 angeordnet. Die Ringe 68 und 69 sind koaxial um den Abscheiderrotor 67 angeordnet und starr mit den Gehäusen 55 und 62 verbunden. Diese Ringe weisen mehrere schief angeordnete Zähne 70 und 71 auf, deren Zweck unten beschrieben werden soll.
Der Abscheiderrotor 67 weist eine Nabe 73 auf, welche von einem Motor 72 gedreht wird. Die Nabe 73 enthält einen Hohlraum 74, aus welchem mehrere schief angeordnete Öffnungen 75 herausführen. Eine Wasserleitung 60 erstreckt sich durch die Endwand 59 des Gehäuses 55 und ist mit der Nabe 73 des Abscheiderrotors 67 verbunden. Dem Hohlraum 74 wird durch die Leitung 60 Wasser zugeführt.
In Fig. 12 ist ein Schnitt durch die in Fig. 11 gezeigte Vorrichtung nach der Linie XII-XII dargestellt, welcher die Art der Nabe und die Schaufelanordnung des Abscheiders sowie die Richtung der Zähne 70 und 71 auf den Ringen 68 und 69 verdeutlicht.
Fig. 13 zeigt in einer Teilansicht des Abscheider- rotors 67 die Schaufelstruktur. Die Schaufeln weisen ein erstes ebenes Glied 76 und ein zweites ebenes Glied 77 auf, welche schief zueinander stehen und sich längs einer Linie schneiden, die von der Nabe 73 aus radial verläuft. Am Glied 77 ist ein Ansatz 78 angebracht. Um den Abscheiderrotor zu verstärken und den Luftweg zu umschliessen, sind drei parallele Ringe 79, 80 und 81 koaxial zum Umfang des Rotors angeordnet.
Am Umfange des Rotors erstrecken sich von den Gliedern 76 und 77 weg Ansätze 82 und 83, welche ebene Vorsprünge bilden, deren Zweck in der Schaffung eines Abschlussgliedes ähnlich dem Abschlussglied 16 der Fig. 1 und 4 besteht. Fig. 13 zeigt auch einen Flansch 84, welcher sich vom konischen Abschnitt 64 des Gehäuses 62 aus erstreckt. Dieser Flansch bildet zusammen mit dem äusseren Rand des Gliedes 76 eine Dichtung, welche verhindert, dass Luft die Vorrichtung ver- lässt, ohne durch die Abscheiderstruktur hindurchzuströmen.
Im Betrieb wird Luft in geeigneten Anteilen angesogen, welche durch das Steuersystem für die veränderlichen Drosselglieder der Eingänge 56, 57 bestimmt sind. Die Luft tritt in den ringförmigen Raum zwischen den Gehäusen 55 und 62 ein und wird vom Ventilator 65, 66 gegen das verschlossene Ende 59 gesogen. Wenn die Luft in die Nähe der Ringe 68 und 69 kommt, gelangt sie in direkte Berührung mit einem Wassersprühregen. Die Luft strömt um die Ringe und ändert ihre Richtung um 180 , um in den Abscheiderrotor 67 zu gelangen.
Gleichzeitig wird Wasser durch die Leitung 60 in den Hohlraum 74 der Nabe 73 geführt. Da der Motor 72 die Nabe und den Abscheiderrotor dreht, wird das in den Hohlraum 74 eintretende Wasser durch die Zentrifugalkraft gegen die äussersten Teile des Hohlraumes 74 gedrängt. Das Wasser tritt in radialer Richtung durch die Öffnungen 75 und prallt gegen die Zähne 70 und 71 der Ringe 68 und 69. Durch den Aufprall auf diese Zähne wird das Wasser in viele fein verteilte Tröpfchen zerstäubt. An dieser Stelle kommt das Wasser in physikalische Berührung mit dem Luftstrom, der durch die Öffnungen 56 und 57 eintritt. Entsprechend der oben dargelegten Theorie der Arbeitsweise wird die Luft je nach den Bedingungen der Luft und des gekühlten Wassers befeuchtet oder entfeuchtet.
Die Ansätze 78 an den Abscheiderschaufeln schaffen an dieser Stelle eine Rezirkulationswirkung und führen einen Teil der Luft aus dem Raum beim Endglied 59 zurück in den Befeuchtungsabschnitt bei den Zähnen 70 und 71. Die übrige Luft strömt in ähnlicher Weise wie bei der Vorrichtung von Fig. 1 durch die Abscheiderstruktur und dann durch das Gehäuse 62 aus der Vorrichtung heraus. Cber- schüssiges Wasser fliesst durch die Ablauföffnung 50 aus der Vorrichtung ab.
In Fig. 14 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung dargestellt. Diese Ausführungsform weist ein Gehäuse 90 von einer im Querschnitt allgemein ovalen Form auf, welches an den beiden Enden Öffnungen 91 und 92 besitzt. Eine Welle 93, die in Lagern 94 und 95 gelagert ist, läuft koaxial durch dieses Gehäuse und wird durch ein geeignetes (nicht dargestelltes) Mittel bei der Öffnung 91 angetrieben. Im Gehäuse ist ein Zentrifugalventila-
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tor 96 mit zwei Eingängen angeordnet. In der Nähe der Öffnung 92 ist im Inneren des Gehäuses 90 der Abscheiderrotor 97 angeordnet.
Der Zentrifugalventilator 96 enthält eine Anordnung von Schaufeln 98 mit zwei Enden 101 und 102. Das Ende 101 liegt bei der Öffnung 91 des Gehäuses 90. Eine Nabe 99 mit einer konischen Oberfläche 100 ist zwischen den Enden des Ventilators angeordnet. Bei der konischen Oberfläche 100 befindet sich ein Wasserverteiler 106, und ein Aufprallring 103 ist in der Nähe der konischen Oberfläche 100 koaxial um den Ventilator angeordnet. Das Gehäuse 90 ist mit einem geeigneten Ablauf 104 versehen, und der Abscheider 97 weist eine Nabe 105 auf, welche ebenfalls auf der Welle 93 montiert ist.
Im Betrieb saugt der Ventilator 96 Luft durch die Öffnung 91 an und stösst sie in der Nähe des Aufprallringes 103 radial aus, wo die Luft mit einem Wassersprühregen in Berührung kommt. Der Wasserverteiler wirft gleichzeitig Wasser gegen die Fläche 100 der Nabe 99. Durch die Drehung der Nabe wird das Wasser radial gegen diesen Ring geschleudert, wodurch der feine Wassersprühregen erzeugt wird. Die in das Gehäuse 90 eintretende wasserbeladene Luft wird zum Teil rezirkuliert, indem sie durch das Ende 102 des Ventilators 96 geht. Diese Rezirkulation der Luft sorgt für einen genügenden Wärmeübergang zwischen dem Wasser und der Luft.
Bei der Öffnung 92 des Gehäuses 90 ist der Abscheiderrotor 97 angeordnet, welcher von der in Fig.4 dargestellten und beschriebenen Art sein kann. Wie ersichtlich, weist der in Fig. 14 verwendete Abscheiderrotor ein kegelförmiges Abschluss- glied 92 auf, welches nicht am Abscheiderrotor befestigt ist und damit einer abgeänderten Ausführungsform entspricht, welche in der Beschreibung von Fig. 4 erwähnt ist. Das Gehäuse 90 weist einen Ablauf 104 auf, durch welchen Wasser und im Luftstrom befindliche Fremdkörper aus dem System entfernt werden können.
Es sind vorstehend verschiedene Modifikationen der Vorrichtung nach der Erfindung in Anwendungen auf Klimaanlagen beschrieben worden. Es ist jedoch klar, dass diese Vorrichtungen auch nur zum Waschen von Luft verwendet werden können. Weiter dürfte klar sein, dass die Abscheiderstruktur für andere Anwendungen gebraucht werden kann, bei welchen es erwünscht ist, flüssige Teilchen aus einem durch die Abscheiderstruktur fliessenden Gasstrom zu entfernen. Es soll auch festgehalten werden, dass die besondere Art der beschriebenen Vorrichtung mit einem rotierenden Abscheiderrotör sehr geeignet ist für Luft- und Gaswaschvorgänge, bei welchen eine Flüssigkeit verwendet wird, um den Gasstrom zu waschen,
und bei welchen der Abscheider Flüssigkeitsteilchen aus dem Gasstrom entfernen würde, bevor-er die Vorrichtung verlässt, und die Flüssigkeit mit Fremdkörpern in die Vorrichtung zurückführen würde. Eine besonders interessante Eigenschaft dieses Abscheiderrotors ist seine Tendenz zur Selbstreinigung. Wegen seiner Rotation können auf die Flüssigkeitsteilchen Kräfte ausgeübt werden, die viel grösser sind als die Gravitationskräfte, mit welchen stationäre Abscheider arbeiten, so dass die Wasser- und Schmutzteilchen fortgeschleudert werden, wodurch die Abscheiderschaufeln sauber gehalten werden.
Eine Anwendung für diese Vorrichtung mit ihrem Abscheider besteht in Textilfabriken, in welchen die Luft nicht nur befeuchtet, sondern auch gereinigt werden soll. Bei stationären Abscheidern überzieht der nasse Faserstaub die Abscheiderober- flächen, was häufige und ausgedehnte Unterhaltsarbeiten notwendig macht. Es wurde gefunden, dass die vorliegende rotierende Abscheiderstruktur genügend wirksam ist, um sich selbst von nassem Faserstaub frei zu halten.
Obwohl oben bevorzugte Ausführungsformen der Vorrichtung nach der Erfindung beschrieben sind, ist es klar, dass die Erfindung nicht auf dieselben beschränkt ist.