CN101500713A - 清洁和/或过滤设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种设备和方法，用于将固体颗粒从流体且特别是气流中分离。该设备特别地与内燃机或真空吸尘器相结合地使用。设备包括旋风分离器装置，其包括至少两个共轴的旋风分离器元件，内部和外部元件，与两级静电沉淀器结合。该设备允许有效地过滤流体，即使流动随时间变化。

Description

清洁和/或过滤设备

技术领域

本申请所涉及的发明是用于将固体颗粒从流体，特别是气流，分离的设备和方法，且特别的是，但不必是排他地，与内燃机或真空吸尘器关联使用，以用作用于从进入气流中过滤所述颗粒。

背景技术

这类设备具有的问题是，如果携带在气流中的颗粒不能在整个所述设备部没有大的能量损耗的情况下被有效地去除，于是发动机的运行收到负面的影响和/或真空吸尘器的运行不够有效。

发明内容

本发明的目的是提供一种装置，通过该装置颗粒可被有效地从流体流中去除，由此允许从该流体流有效地去除颗粒并改进使用该清洁设备的设备的运行。

在本发明的第一方面中，提供一种设备，用于执行通过将颗粒从流过所述设备的流体流中去除的清洁功能，包括旋风分离器装置和至少一个静电沉淀器装置，该旋风分离器装置大致定位在所述流体流动路径中，且具有一个或多个进口和流体流引导装置，，该静电沉淀器装置大致定位在所述流中，且其中所述旋风分离器装置包括至少两个轴流式旋风分离器元件，这些元件沿共用轴线设置成同心结构。

在一个实施例中，处于来自外部分离器元件次序的每个旋风元件具有增加的分离效率，以便允许较小尺寸的颗粒从流体流去除。

在一个实施例中，进口设置成与流体流成切向，以将处于所需路径中的流体引导到旋风分离器装置中。

在一个实施例中，设置多级静电沉淀器，典型地是两级沉淀器。

在一个实施例中，设备与内燃机相结合地设置，且被系统利用的流体流是朝向内燃机流动以有助于发动机运行的气流。

在替换实施例中，清洁设备与真空吸尘器相结合地设置。

在一个实施例中，设备包括收集装置，诸如储物斗，被设备从流体流中去除的颗粒可收集在该储物斗中然后在必要时抛弃。

在一个实施例中，设备包括进口管，该管引导流体流还承装电压发射轨道。

典型地，负电压施加到发射轨道，以对流体流中的颗粒提供负电压且静电沉淀器的至少一个板带正电，以便将带负电的颗粒吸到其上，并允许其被收集以用于随后的清理。

典型地，沉淀器中的一个或多个板带有负电荷，以使得带负电的颗粒，从那些带相关电荷的板朝向沉淀器中至少一个带正电的板加速。

典型地，多个带负电和带正电的板交替设置，以使得沉淀器中相邻板具有相反电荷。

典型地，旋风分离器装置定位在发射轨道中间且相对于流体流位于在静电板之前，以使得流体流在到达静电板之前穿过旋风分离器。

在替换实施例中，沉淀器位于旋风分离器装置上游。

典型地，当流体到达静电板时旋风分离器引起圆形流体流，且进而由旋风分离器形成的旋转流动引起流体中具有特定尺寸或较大的颗粒甩到旋风分离器的外表面，允许这些颗粒从流体流去除。这允许旋风分离器用作第一级过滤器，以允许较大的颗粒从在流体到达静电板之前从流体流分离。这能改善将颗粒从流体流去除的效率。

优选地，旋风分离器定位为使得气流相对较高且沉淀器装置位于气流相对较低处。

在一个实施例中，沉淀器包括多个板，这些板安装在外部旋风分离器元件的外表面。

在本发明的又一方面中，提供到内燃机的流体流，所述流体流经过一设备，该设备包括旋风分离器装置和静电沉淀器装置，这些装置大致定位在所述流体的流动中，其中，旋风分离器装置包括至少两个同心地安装的旋风分离器元件。

典型地，旋风分离器元件安装在共用轴线上。

在设备的上述实施例中的任一个中，使用静电沉淀器和/或轴向旋风分离器允许将颗粒从流体流中去除，且因此防止所述颗粒到达内燃机，已发现使用轴向旋风分离器和随后的静电沉淀器允许将颗粒从流体中改善且有效地过滤。

在本发明的再一方面中，提供一种设备，用于从进入真空吸尘器的流体流中去除颗粒，所述设备包括旋风分离器装置和沉淀器单元，其中，所述旋风分离器装置包括至少两个同心轴流式旋风分离器元件，该元件从外部元件设置，以便增加效率。

在一个实施例中，轴向旋风分离器被选择，以便允许较大尺寸的颗粒在流体到达静电沉淀器之前从流体流去除，且沉淀器的控制被选择为允许选定尺寸的颗粒从流体流中去除。

在本发明的再一方面中，提供一种清洁设备，包括旋风分离器和静电沉淀器，其中，沉淀器包括多个板，所述板安装在外部旋风分离器元件的外表面。

该组件用于将颗粒吸引到板，特别是那些较小的颗粒，这些颗粒不会被甩到外部旋风器的壁，且因此允许这些较小颗粒从流体流中去除。

典型地，沉淀器板通过静电吸引和机械撞击来收集颗粒；且有时在引起漩涡的气流将大部分颗粒甩到外部旋风器的壁，而不能分离最小的颗粒是沉淀器板是必要的。由此，根据本发明，环绕板的且不遵循与较大质量颗粒相同路径的颗粒被有效地通过撞击板和对其的静电吸引而从气流中去除。

由此，该组件能有利地用在任何形式的旋风分离器中，无论其包括一个还是多个旋风分离器元件。

该设计的特别有利的方面是有效地去除小颗粒，而在已有技术的装置中，没有能将没有甩到旋风器的外壁上的颗粒进行分离的手段。

典型地，在无论哪个实施例中，旋风分离器装置处于相对高气流速度下且沉淀器装置处于相对较低气流速度下。

附图说明

参考所附附图对本发明的具体实施例进行描述，其中：

图1a为一个实施例中的设备的详细视图；

图1b为根据图1a的设备的部件的分解视图；

图2为进口管被去掉后的设备的截面图；

图3为设备的发射轨道(emitter rail)的俯视图；

图4示出了图3的发射轨道的侧视图；

图5示出了设备的入口的俯视图；

图6示出了根据本发明的一个实施例的旋风引导元件的俯视图；

图7示出了图6的旋风引导元件的侧视图；

图8示出了内部旋风引导元件的俯视图；

图9示出了内部旋风引导元件的侧视图；

图10示出了旋风分离器的外部壳体的剖视图；

图11示出了图10的壳体的俯视图；

图12示出了颗粒收集板的俯视图；

图13示出了发射板的俯视图；

图14示出了根据本发明的一个实施例的示意性的布置；

图15示出了根据本发明的又一实施例的示意性的布置。

具体实施方式

如图1a和b所示，根据本发明的设备提供一种电惯性(electro-inertial)清洁设备，且在本实施例中，该设备包括进口管1，该进口管从系统4和9的本体延伸。在机动车的情况下，该设备可位于前方，以便接收冷气流，该冷气流较稠密且具有较高氧含量，在供应至机动车汇总的内燃机时能导致更高效率的燃烧。但是，由此，气流必须以相对“清洁”的形式提供到发动机，以由此在气流到达位于清洁设备下游的发动机(未示出)时提供益处。

进口管的另一目的是提供用于高电压发射轨道2的安装部。进口管可采用接收气流所需的任何形状或形式。

可去除储物斗10使得被设备从气流中去除的颗粒在有关维修期间或满了的时候可被清空。

进口管1和进口部分4和本体9的构造可用具有高挠曲温度(deflectiontemperature)的聚合物来形成，以保持系统中的空气冷却和使热量与发动机舱隔离。

进口4经由螺钉螺纹连接而连接到9。图10和特征25显示了螺纹。这消除了所需的紧固件，减少组装时间和部件成本，并允许可能需要的对系统的任何清洁目的的快速拆卸。橡胶密封件39位于进口4和本体9之间，如图2所示，形成气密密封。

颗粒的最初电离发生在进口4中，在该处通过导线3将负电压施加到发射轨道2。被负电压充分充电的颗粒聚集在多级静电沉淀器的带正电的板6上。板7带负电，形成将颗粒朝向正电板排斥的静电场。板的间隔足够，以便避免放电并与旋风引导元件5绝缘，其中板安装在旋风引导元件5上。板通过穿过引导件5中心的两个导线11和12连接到各自的正和负高电压源。

如图5所示，孔17允许导线延伸到高电压源。为了减少导线的数量，连接轨道35和36将电压从位于入口20下方的板提供到位于其上方的板，如图2所示。橡胶绝缘件37防止板之间的电弧。

如图12和13所示，特征40和41允许板组装在5上。它们通过转动成位于突出部21上而被锁定到位。图13显示了钉状的负极板7。这是为了增加来自板的电晕放电(corona discharge)并允许颗粒进一步电离，以有助于聚集效率。板6和7理想地用诸如不锈钢这样的不腐蚀金属制造。

静电沉淀器和板的聚集效率随着气流增加而降低，因此当颗粒在系统中的停留时间足以使它们最初获得负电荷并随后聚集在正极板上时可预期有更有效的聚集。两级的静电沉淀器在DC 10000伏特量级的电压下在聚集颗粒方面很有效。

为了防止颗粒在板上累积和潜在的颗粒的重新进入，高电压源整合到机动车发动机控制单元(ECU)。当气流足够高以允许颗粒通过两个轴向旋风分离器净化时关闭电路。当颗粒由于电路的关闭而失去其电荷时，气流清洁板，防止结块和其他不期望的影响。

如图3和4所示的发射轨道为单件构造且具有许多发射点，以便使得来自这些点的电晕放电最大。材料优选是诸如不锈钢这样的不腐蚀金属。进口管2的塑料构造使得发射轨道绝缘且发射轨道盖15防止产生意外的接触。高压线3将发射轨道连接到负DC高电压。

根据本发明的一个实施例，进口4包括切向突出部，其将空气引入旋风分离器元件5，如图6和7所示。图6和7显示了螺旋引导元件22的形状，该元件对气流引起漩涡。这是分离的第一阶段且承受离心力的较大颗粒被抛到本体9的壁上并通过大的缝24排出，如图10所示。这用于在进入较小的内部旋风器之前将较大颗粒排出，防止内部旋风器的错误和不利的运行。

颗粒聚集在储物斗10中，该储物斗装配于本体9上方并通过橡胶密封件38之间的干涉配合而被密封，如图2所示。旋风引导元件5结合有定位缝23，其位于18上，如图5所示，确保正确的组装。图10显示了定位槽29，5的端部固定在其中。

流动的气体必须经过入口20，如图2所示，以便通过13排出。这是到第二轴向旋风分离器元件的入口且其目的是在静电聚集较低时以高的气流将10微米量级的小颗粒分离。入口20被带负电荷的板7保护，该板排斥任何颗粒。入口定位为距离进口足够远，从而所以颗粒有时间聚集在板上，由此减少可能进入内部旋风器的颗粒量。

图8和9显示了第二旋风引导元件51，其装配在5内部且确保由于弯曲的螺旋特征30而在气体上引起漩涡流动。特征32位于5内，保证正确的组装。

突出部31稳定所产生的漩涡并确保其不会在颗粒已经净化之前瓦解。经历离心力并被抛到5的内壁的并通过缝27排出的颗粒显示在图11中。图10显示了在9中延伸以引出清洁气流的突出部28。储物斗10带锥度，以允许被净化的颗粒下沉而不会重新进入。

两个轴向旋风分离器元件使得可以在高气流下净化小颗粒且使用无涡旋叶片确保系统的堵塞不会发生。

为了降低整个系统压力的压降，恢复叶片可引入到出口13，以将漩涡流动转换回层流。这是一种可选的部件且取决于系统的特定应用。

系统的尺寸和旋风引导分离器元件5对本体9的比例可改变为适应不同的发动机需求。类似地，进口4和出口尺寸13也可改变。

应理解，静电沉淀器和轴流式旋风分离器装置，其结合有为了增加效率而沿共同轴线同心地安装的分离器元件，的使用，意味着小颗粒会以相对较低的能量消耗而有效地从气流中去除。这些优点意味着不再需要在发动机设备中使用过滤介质，或者如果结合本发明的设备仍然使用过滤介质，则过滤介质的寿命会极大地延长而不会有过多的能量消耗。

参见图14和15，显示了在气流54中的颗粒Z和Y在气流经过安装在旋风分离器元件5的外表面51上的静电沉淀板53时可从气流中分离的方式。在图15中，设置一个旋风分离器元件5，而在图14中，设置两个共同轴线地安装的分离器元件5、8。

其显示了较大颗粒Z如何通过由旋风分离器元件5引起的流动而从气体中分离。较小颗粒Y通过吸引到静电板53并紧贴其上而被从气流中分离。设备还可与吸气装置一起使用，以允许气流通过清洁设备产生，该设备例如是发动机马达或风扇。如果需要，设备还可进一步包括清洁介质55。

图14和15的装置是本发明的设置有一个或多个旋风分离器元件的一个方面。外部旋风引导元件5的外表面51用于安装静电沉淀器的一个或多个板，这些板带有电荷，该电荷能使得经过板的流体流中的颗粒被吸引到板上。因此允许颗粒且特别是较小颗粒聚集在板上且因此将颗粒从流体流中去除，而不用使用旋风分离器装置。偶然发现，对于小颗粒特别有利的是，小颗粒不会被旋风分离器装置有效地去除。

由此，相结合，使用静电沉淀器和旋风分离器装置二者，使用各个设备，允许小的和较大颗粒从流体流分离。将板设置在外旋风引导元件的外表面上在从流体流中去除较小颗粒方面特别有效。

Claims (37)

1、一种设备，用于执行通过将颗粒从流过所述设备的流体中去除的清洁功能，所述设备包括旋风分离器装置和至少一个静电沉淀器装置，该旋风分离器装置大致定位在所述流体流动路径中，所述旋风分离器装置具有一个或多个进口和流体流引导装置，该静电沉淀器装置大致定位在所述流中，且其中所述旋风分离器装置包括至少两个轴流式旋风分离器元件，所述旋风分离器元件沿共用轴线设置成同心结构。

2、如权利要求1所述的设备，其中，所述旋风分离器元件中的一个设置在另一个中，以便增加从外部旋风分离器元件到内部旋风分离器元件的分离效率。

3、如权利要求1所述的设备，其中，到第一内部旋风分离器元件的进口定位为大致从第一外部旋风分离器元件的进口偏离。

4、如权利要求1所述的设备，其中，该设备与到内燃机的气流结合使用。

5、如权利要求1所述的设备，其中，所述沉淀器具有至少两个发射点，以增加电晕放电。

6、如权利要求5所述的设备，其中，所述静电沉淀器装置的一级为至少一个发射轨道。

7、如权利要求6所述的设备，其中，该至少一个发射轨道带负电。

8、如权利要求1所述的设备，其中，系统包括至少一个进口管，该进口管将流体流引入到所述系统中。

9、如权利要求8所述的设备，其中，所述至少一个发射轨道被承装在该至少一个进口管中并对其中流动的颗粒提供负电荷。

10、如权利要求4所述的设备，其中，所述静电沉淀器装置的一级为一个或多个板构造。

11、如权利要求10所述的设备，其中，所述板的至少一个带正电。

12、如权利要求10所述的设备，其中，所述板中的至少一个带负电，以便使得流中带负电的颗粒被排斥向所述至少一个带正电的板。

13、如权利要求12所述的设备，其中，存在至少两个带负电和带正电的板，所述板相互交替设置，以使得相邻板带有相反电荷。

14、如权利要求10所述的设备，其中，所述板安装在所述外部旋风分离器元件的外表面上。

15、如权利要求1所述的设备，其中，所述旋风分离器装置位于静电沉淀器装置的第一级和第二级的中间。

16、如权利要求1所述的设备，其中，一个或多个旋风分离器元件对在其中流动的流体引起螺旋流体流动，随后引起的离心力使得包含在所述流体中的颗粒的至少一部分撞击包围旋风分离器装置的壁，由此从流体流中去除所述颗粒的一部分。

17、如权利要求16所述的设备，其中，每个旋风分离器元件具有壁和至少一个旋风引导装置，以引起并保持其中的流体的旋风运动。

18、如权利要求15所述的设备，其中，通过旋风分离器装置产生的流体流的至少一部分扫过静电沉淀器装置的第二级。

19、如权利要求1所述的设备，其中，所述沉淀器关闭一段时间，由此去除与板有关的电荷。

20、如权利要求19所述的设备，其中，当流体流的速度达到一定水平时切断供应到板的电流。

21、如权利要求11所述的设备，其中，所述板安装在旋风分离器元件上。

22、如权利要求21所述的设备，其中，向板供应电荷的导线位于第一旋风引导装置中。

23、如权利要求22所述的设备，其中，所述第一旋风引导装置具有绝缘的连接轨道装置，以防止带相反电荷的板之间电弧放电。

24、如权利要求1所述的设备，其中，所述沉淀器装置位于第一旋风分离器元件和第二旋风分离器元件之间。

25、如权利要求24所述的设备，其中，所述静电沉淀器装置的第二级的板定位在第一外部旋风引导装置上并轴向地从第一外部旋风引导装置延伸，即向内又向外延伸的所述板与流过第一和/或第二旋风分离器装置的流体接触。

26、如权利要求25所述的设备，其中，所述旋风沉淀器的板大致为环形。

27、如权利要求1所述的设备，其中，该设备包括储物斗装置，适于收集从流体流中去除的颗粒。

28、如权利要求27所述的设备，其中，储物斗装置带锥度，以防止从流体流中去除的颗粒重新进入该流体流中。

29、如权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个进口管和/或所述一个或多个旋风分离器元件用一种或多种聚合物制造，该聚合物具有足够高的挠曲温度，以保持在设备中的流体冷却。

30、如前述任一项权利要求所述的设备，其中，旋风分离器装置定位在相对高气流速度中且沉淀器装置定位在相对较低气流速度中。

31、如前述任一项权利要求所述的设备，其中，该设备与发动机或真空吸尘器结合使用。

32、一种设备，用于从进入内燃机的流体流中去除颗粒，所述设备包括旋风分离器装置和两级静电沉淀器装置，所述分离器装置和沉淀器装置二者大致定位在所述流体流的路径中，且其中，旋风分离器装置包括至少两个同心安装的轴向旋风分离器元件。

33、如权利要求32所述的设备，其中，所述旋风分离器元件流体连通。

34、如权利要求32所述的设备，其中，旋风分离器元件中的一个定位在另一个中，以便增加分离效率。

35、一种设备，用于从进入真空吸尘器中的流体流中去除颗粒，所述设备包括旋风分离器装置和沉淀器单元，其中，所述旋风分离器装置包括至少两个同心轴向设置以便增加效率的旋风分离器元件。

36、一种设备，用于从流体流中去除颗粒，所述设备包括旋风分离器装置和静电沉淀器单元，所述沉淀器包括至少一个带电荷的板，以将所述颗粒吸引到其上，且其中，所述至少一个板定位在外部旋风分离器元件的外表面上或其附近。

37、如权利要求36所述的设备，其中，所述旋风分离器装置包括多个轴流式旋风元件，定位为一个在另一个中。

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