CN115884830A - 具有布置在入口腔室内并与其流体连通的出口腔室的用于流体的颗粒分离器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于流体的颗粒分离器(1)，所述颗粒分离器具有布置在入口腔室(2)内并且与所述入口腔室流体连通的出口腔室(3)，其中，所述入口腔室(2)具有围绕主轴线(4)弯曲的用于通过所述入口通道(6)流入所述入口腔室(2)中的流体的导引面(5)，所述主轴线横向于所述入口腔室(2)中的主流动方向延伸。为了将开头所述类型的颗粒分离器设计为使得颗粒能够在很大程度上不依赖于颗粒分离器相对于重力向量的定向从流体中滤出并且即使在流体流动中断和可能的位置改变之后也不会进入出口通道，建议出口腔室(3)横向于主轴线(4)的方向相对于入口腔室(2)封闭并且沿着主轴线(4)的方向相对于入口腔室(2)敞开，并且出口腔室(3)具有延伸穿过入口腔室(2)的出口通道(7)。

Description

具有布置在入口腔室内并与其流体连通的出口腔室的用于流 体的颗粒分离器

技术领域

本发明涉及一种用于流体的颗粒分离器，其具有布置在入口腔室内并与其流体连通的出口腔室，其中，入口腔室具有围绕主轴线弯曲的用于通过入口通道流入入口腔室中的流体的导引面，该主轴线横向于入口腔室中的主流动方向延伸。

现有技术

用于流体的颗粒分离器由现有技术的各种实施方式已知。例如WO2018175753A1描述了一种具有平行于轴线的入口和出口的圆柱形的颗粒分离器，其中，入口腔室中的流体遵循弯曲的流动方向。待分离的颗粒在那里由于向心力被压在入口腔室的外边缘上并且减速，而被清洁的流体通过出口腔室流出。圆柱形的出口腔室与入口腔室同心地布置在入口腔室内部并且经由壳罩中的穿孔与入口腔室流体连通。

然而现有技术的缺陷在于只有当颗粒分离器相对于重力向量正确地定向时颗粒才被有效地分离。如果壳罩腔室中的穿孔例如由于颗粒分离器倾斜而未与重力向量平行地定向，则已经分离的颗粒可能会从入口腔室进入出口腔室，并且因此进入被清洁的流体流。尤其是在流体流动中断之后，向心力不再起作用时，这种污染的可能性会增加。尽管现有技术中的其它颗粒分离器具有用于分离的颗粒的收集容器，但是所述收集容器在充分倾斜时会遭受相同的问题。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题在于设计一种颗粒分离器，使得颗粒能够在很大程度上不依赖于颗粒分离器相对于重力向量的定向地从流体中滤出，并且即使在流体流动中断和可能的位置改变之后也不会进入出口通道。

本发明如下解决所述技术问题，即出口腔室横向于主轴线的方向相对于入口腔室封闭并且沿着主轴线的方向相对于入口腔室敞开。出口腔室的横向于主轴线的方向封闭的部分与入口腔室的导引面限定这个区域，在该区域中，颗粒借助离心力从待清洁的流体中分离并且在重力的影响下沉降。这不依赖于颗粒分离器相对于重力向量的空间定向地发生。如果出口腔室仅沿着主轴线的方向敞开，并且因此与入口腔室流体连通，则在优选的实施方式中不形成下述连续的导引面，颗粒可能在重力的影响下与清洁过的流体在该导引面上离开颗粒分离器。通过使出口腔室的开口与入口腔室的导引面相间隔能够可以加强这种效果。这即使在流体流中断后颗粒分离器倾斜的情况下仍大大降低了分离的颗粒进入出口腔室的可能性。根据应用领域和对颗粒分离器的要求，入口通道可以切向地、弯曲地或径向地通入入口腔室中。由于出口腔室优选在所有侧面与入口腔室的导引面相间隔，因此出口腔室必须相应地支承在入口腔室内。这例如可以由此实现，即出口腔室通过延伸穿过入口腔室的出口通道支撑。出口腔室可以沿着主轴线的一个或两个方向朝向入口腔室敞开。可选地，可以在入口腔室中设置流体导引体以将流体偏转到出口腔室中。由此例如可以避免增加颗粒分离器中的流动阻力的局部的湍流。

为了在流入速度相同的情况下实现提高的分离效率，入口腔室的由导引面限定的自由横截面可以沿着主轴线方向减小。这导致流动速度并且因此作用的离心力与自由横截面的减小成比例地增大。由此能够分离较轻的颗粒而不必增加流体的流入速度。此外，由此能够使分离的颗粒沉降在更小的、定义的区域中，从而能够进一步减少污染。如果自由横截面由于导引面倾斜和/或弯曲而横向于主轴线减小，则围绕主轴线并因此围绕出口腔室环绕的流体流的最大半径随着自由横截面的减小而减小，因此增大的流速和半径的减小均导致向心力并因此沉降速率的提高。根据流动方向和入口腔室的几何形状，由导引面限定的横截面可以沿着主轴线的至少一个方向或沿着两个方向减小。

除了通过流动速度，还可以通过横向于主轴线的平面中的导引面的弯曲来选择待分离的颗粒的尺寸。为了尽可能有效地分离颗粒，入口腔室可以横向于主轴线地具有圆形的横截面。由此使入口腔室的导引面在横向于主轴线的平面中的每个部位具有相同的曲率，由此使作用在待分离的颗粒上的离心力保持恒定。这使得能够均匀分离规定尺寸的颗粒并且由此提高分离效率。

在运行期间，越来越多的分离颗粒积聚在颗粒分离器中，聚集的颗粒在超过一定量时会损害流体流和/或分离特性。为了尤其是在长时间使用时确保颗粒分离器的运行不受损害建议，入口腔室的外壁被分离通道断开，该分离通道与入口腔室流体连通。通过流体连通的分离通道产生第二流体流，该第二流体流来自入口通道地穿过入口腔室并通过分离通道离开入口腔室。积聚在入口腔室中的分离的颗粒可以进入该流体流而不进入出口腔室并且可以与所述流体流一起通过分离通道离开颗粒分离器。由此进一步降低了清洁过的流体流被污染的可能性。根据应用领域，入口腔室内的分离通道的流动横截面和布置结构可以变化，以实现分离的颗粒的最佳的排出。在优选的实施方式中，分离通道平行于入口通道或者平行于从颗粒分离器流出的清洁过的流体流延伸。如果出口腔室仅在一侧敞开，则分离通道可以布置在入口腔室的与出口腔室的开口相对置的一侧上。这使得能够特别紧凑地布置相邻的颗粒分离器，从而实现过滤器的节省位置空间的设计。

为了简化出口腔室的支承建议，出口腔室具有延伸穿过入口腔室的出口通道。通过该措施，出口腔室可以通过出口通道支撑在入口腔室内。由此可以在很大程度上自由地选择颗粒分离器的入口和出口的相对位置，其中，当入口和出口相对于入口腔室和出口腔室在直径上相互对置时产生有利的安装条件。当出口通道在壳罩侧连接到出口腔室上时，该实施方式还促进了出口腔室沿着主轴线的两个方向相对于入口腔室的打开。

为了进一步减少待分离的颗粒进入出口通道，出口通道可以横向于主轴线延伸。这在出口腔室沿着主轴线的方向延伸的情况下具有的优点是，流体流在从出口腔室过渡到出口通道中时改变方向，可能仍存在于流体流中的待分离的颗粒由于其惯性而无法跟随并且因此未到达出口通道。

如果流体在颗粒分离器中停留更长时间，则可以更有效地从流体中分离颗粒。因此，为了通过简单的构造方面的措施控制停留时间，入口通道的横截面可以超过出口通道的横截面。这会导致颗粒分离器内的流动阻力增大或压力增加，这使得流体在颗粒分离器中停留更长时间。

为了防止颗粒从入口通道直接输送到出口通道中，建议入口通道和出口通道在横向于主轴线延伸的中心平面中延伸。由于出口腔室横向于主轴线方向封闭，因此出口腔室形成用于流体流中的待分离的颗粒的物理屏障，并且由此防止待分离的颗粒直接地或者通过可能的湍流进入出口通道中。

入口通道和/或出口通道可以至少区段性地弯曲地围绕入口腔室延伸。

出口腔室可以通过出口腔室支撑在入口腔室中。然而，如果例如出口通道与出口腔室相比相对较小，或者如果所使用的材料无法足够地承受载荷，则可能需要对出口腔室进行进一步的锚固。为了在此在不损害颗粒分离器的功能的情况下提高颗粒分离器的稳定性和寿命，建议在入口腔室的最大的自由横截面的区域中通过横向于主轴线延伸的分隔壁将入口腔室分隔为两个半腔室。该分隔壁一方面可以通过出现的外部力和内部力加固整个颗粒分离器，并且另一方面可以在入口腔室和出口腔室之间形成能承受载荷的连接。为了在该实施方式中避免出口通道中的清洁过的流体流被已经分离的颗粒污染，建议分隔壁被出口腔室断开并且因此不穿过出口腔室。由此使由于重力而进入出口腔室的颗粒可以穿过出口腔室重新进入入口腔室，而不存在颗粒在颗粒分离器倾斜时进入出口腔室的风险。入口通道和出口通道在此同样可以通过分隔壁分隔为两个半通道，而不会影响颗粒分离器的功能。分隔壁特别优选可以在中央平面的高度处延伸。

为了确保在颗粒分离器倾斜时分离过程的效率不发生变化，或为了通过位置变化而突然分离其它尺寸的颗粒，建议两个半腔室相对于分隔壁对称地设计。由此使作用在两个半腔室中的离心力保持相同，这产生相同的分离特性。出口腔室优选也可以相对于中心平面或相对于分隔壁对称地设计。

为了使颗粒分离器的组装更容易并且避免清洁过的流体流被分离的颗粒污染，可以设置过滤器基座，该过滤器基座具有与出口腔室流体连通的出口，该出口在空间上与分离开口分开，所述分离开口与分离通道流体连通。在优选的实施方式中，过滤器基座具有两个相对于彼此横向地延伸的外表面，其中一个外表面包括出口并且另一个外表面包括分离开口。

为了能够更容易地通过3D打印制造颗粒分离器并且由此实现可供容易地使用的批量生产，可以由两个部件共同构成入口腔室。因此，颗粒分离器包括至少两个能相互连接的部件。在此，可以由两个构件或仅其中一个构件形成出口腔室。附加的第三构件可以形成过滤器基座，该过滤器基座与其它构件之一共同可以形成出口通道。

本发明还涉及一种带有颗粒分离器的过滤器，其中，多个颗粒分离器以矩阵形式相邻地布置，其中，入口通道通入过滤器的共同入口侧中并且出口通道通入过滤器的共同出口侧中。通过这种布置结构使大量的颗粒分离器可以密集地装填在过滤器的矩阵中并且并联连接。如果入口腔室彼此直接地邻接并且如果入口通道和出口通道彼此平行地布置，则可以附加地增加装填密度。这种过滤器例如可以使用在呼吸面罩或建筑物的通风装置中。由于使用成本低廉的材料和制造工艺、例如注塑成型，一旦由于颗粒分离器内累积的分离的颗粒而使过滤器的性能变差，那么过滤器就可以报废。对于由多个部件构成的颗粒分离器的情况，按照本发明的过滤器也可以由至少两个过滤板组成，其中，过滤板包括布置在矩阵中的多个相同类型的部件以构成颗粒分离器。

为了能够简单地共同地收集并且在必要时处理过滤器的分离的颗粒，建议相邻的颗粒分离器的分离通道通入至少一个用于从过滤器中输出颗粒的共同的分离开口中。在优选的实施方式中，共同的分离开口布置在过滤器的外侧上，所述外侧既横向于共同入口侧也横向于共同出口侧延伸。由此避免了分离的颗粒污染清洁过的流体。

附图说明

在附图中示例性地示出本发明的技术方案。在附图中

图1示出了按照本发明的颗粒分离器的立体视图，

图2以相同的尺寸示出了颗粒分离器的沿图1的IV-IV线剖切的立体视图，

图3以较小的尺寸示出了具有矩阵状地相邻地布置的颗粒分离器的过滤器的剖面，

图4以更小的尺寸示出了具有多个图1的过滤器的防护口罩的立体视图，

图5示出了第二实施例中的按照本发明的过滤器的立体视图，

图6以较大的尺寸示出了图5的过滤器的多个颗粒分离器的放大的立体视图，

图7示出了图6的颗粒分离器的立体视图，

图8示出了图7的颗粒分离器的第一视角的分解图，

图9示出了图7的颗粒分离器的第二视角的分解图，

图10以较大的尺寸示出了沿着图7中的X-X线的剖视图，并且

图11示出了沿着图7的XI-XI线的对应于图10的剖视图。

具体实施方式

按照本发明的颗粒分离器1具有入口腔室2和布置在入口腔室2内的出口腔室3，所述入口腔室和出口腔室彼此流体连通。入口腔室2包括围绕主轴线4弯曲的用于经由入口通道6流入入口腔室2的流体的导引面5，所述主轴线横向于入口腔室2中的主流动方向延伸。入口通道6相对于主轴线4切向地通向入口腔室2中。出口腔室3横向于主轴线4的方向相对于入口腔室2封闭，并且沿着主轴线4的方向相对于入口腔室2敞开，并且具有延伸穿过入口腔室2的出口通道7，该出口通道优选横向于主轴线4延伸。入口通道6的直径也可以超过出口通道7的直径，以提高流体在颗粒分离器1中的停留时间。如果入口通道6和出口通道7都位于横向于主轴线4延伸的中心平面内，则可以防止颗粒从入口通道6直接输送到出口通道7中。尤其从图3和4可知，入口腔室2可以横向于主轴线4地具有的圆形横截面，以便实现更高的分离效率。颗粒分离器1的壳体总体上可以基本上具有球体的基本形状。为了加固颗粒分离器1并作为入口腔室2和出口腔室3之间的能承受载荷的连接，可以设置横向于主轴线4延伸的分隔壁8，该分隔壁将入口腔室2在其最大的横截面区域中分为两个半腔室9、10。在这种情况下，这两个半腔室9、10优选可以设计为相对于分隔壁8对称。

图3示出了颗粒分离器1在过滤器中的布置的特别优选的实施方式，其中，颗粒分离器1的入口腔室2紧集填装地彼此并排位于矩阵中并且所有入口通道6以及所有出口通道7平行地布置。

由图4可知，颗粒分离器1可以在面罩12的过滤器11中彼此并排地布置在矩阵中，其中，入口通道6通入过滤器11的共同入口侧13中并且出口通道7通入过滤器11的共同出口侧14中。

图7、图8、图9和图10示出了颗粒分离器1的包括分离通道15的另一实施方式，所述分离通道15断开入口腔室2的形成导引面5的外壁并且与入口腔室2流体连通。因此在入口通道6和分离通道15之间形成通过入口腔室2的另外的流体流，待分离的颗粒可以通过该另外的流体流从颗粒分离器中运出。颗粒分离器1还可以包括过滤器基座16，该过滤器基座与出口腔室3流体连通并且清洁过的流体可以通过该过滤器基座从颗粒分离器1中输出。在所示的实施方式中，过滤器基座16形成两个相对于彼此横向地延伸的外表面，其中一个外表面包括出口17并且另一个外表面包括分离开口18。为了简化批量生产，如本实施方式所示，颗粒过滤器1可以由至少两个部件19、20制造，所述至少两个部件可以在其分别制造之后被组装。在此，过滤器基座16可以设计为第三构件。

在图5和图6中示出了按照本发明的过滤器11的另一实施方式，所述过滤器由多个由部件19、20和过滤器基座16构成的颗粒分离器组成。过滤器11的所有颗粒分离器1的部件19由过滤板21形成。类似地，过滤器11的所有颗粒分离器1的所有部件20和所有过滤器基座16由过滤板22和23构成。过滤器11的多个颗粒分离器1的被分离的颗粒可以通过过滤器11的外侧上的共同分离开口24输出，所述外侧既横向于共同的入口侧13也横向于共同的出口侧14延伸。

Claims (14)

1.一种用于流体的颗粒分离器(1)，所述颗粒分离器具有布置在入口腔室(2)内并且与所述入口腔室流体连通的出口腔室(3)，其中，所述入口腔室(2)具有围绕主轴线(4)弯曲的用于通过所述入口通道(6)流入所述入口腔室(2)中的流体的导引面(5)，所述主轴线横向于所述入口腔室(2)中的主流动方向延伸，其特征在于，所述出口腔室(3)横向于所述主轴线(4)的方向相对于所述入口腔室(2)封闭并且沿着所述主轴线(4)的方向相对于所述入口腔室(2)敞开。

2.根据权利要求1所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，所述入口腔室(2)的由所述导引面(5)界限定的自由横截面沿着所述主轴线(4)的方向减小。

3.根据权利要求1或2所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，所述入口腔室(2)横向于所述主轴线(4)地具有圆形的横截面。

4.根据权利要求1至3之一所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，所述入口腔室(2)的外壁被与所述入口腔室(2)流体连通的分离通道(15)断开。

5.根据权利要求1至4之一所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，所述出口腔室(3)具有延伸穿过所述入口腔室(2)的出口通道(7)。

6.根据权利要求5所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，所述出口通道(7)横向于所述主轴线(4)延伸。

7.根据权利要求1至6之一所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，所述入口通道(6)的横截面超过所述出口通道(7)的横截面。

8.根据权利要求1至7之一所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，所述入口通道(6)和所述出口通道(7)在横向于所述主轴线(4)延伸的中心平面中延伸。

9.根据权利要求1至8之一所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，所述入口腔室(2)在其最大的自由横截面的区域中被横向于所述主轴线(4)延伸的分隔壁(8)分为两个半腔室(9、10)。

10.根据权利要求9所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，所述两个半腔室(9、10)相对于所述分隔壁(8)对称地设计。

11.根据权利要求4至10之一所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，设置有过滤器基座(16)，所述过滤器基座具有与所述出口腔室(3)流体连通的出口(17)，所述出口在空间上被与所述分离通道(15)流体连通的分离开口(18)分开。

12.根据权利要求1至11之一所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，由两个部件(19、20)共同构成所述入口腔室(2)。

13.一种过滤器(11)，所述过滤器具有根据前述权利要求之一所述的颗粒分离器(1)，其特征在于，多个颗粒分离器(1)相邻地布置在矩阵中，其中，所述入口通道(6)通入所述过滤器(11)的共同的入口侧(13)中并且所述出口通道(7)通入所述过滤器(11)的共同的出口侧(14)中。

14.根据权利要求13所述的过滤器(11)，其特征在于，相邻的颗粒分离器(1)的所述分离通道通入至少一个用于从所述过滤器中输出所述颗粒的共同的分离开口中。

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