DE10015546A1 - Gaszentrifuge - Google Patents

Gaszentrifuge

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DE10015546A1
DE10015546A1 DE2000115546 DE10015546A DE10015546A1 DE 10015546 A1 DE10015546 A1 DE 10015546A1 DE 2000115546 DE2000115546 DE 2000115546 DE 10015546 A DE10015546 A DE 10015546A DE 10015546 A1 DE10015546 A1 DE 10015546A1
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annular gap
flow channels
hollow shaft
rotor
cylindrical
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DE2000115546
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English (en)
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Michael Johannes Jensen
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JENSEN, MICHAEL JOHANNES, 44388 DORTMUND, DE
Original Assignee
Individual
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/24—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by centrifugal force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/08—Centrifuges for separating predominantly gaseous mixtures

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)

Abstract

Die erfindungsgemäße Gaszentrifuge eignet sich zur Trennung von Gasgemischen mit unterschiedlichem Atom- bzw. Molekülgewicht, hauptsächlich jedoch zur Gewinnung von hochkonzentriertem Sauerstoff aus Luft. DOLLAR A Die Gaszentrifuge arbeitet nahezu geräuschlos und hat, relativ zur Trennleistung von Gasgemischen, eine sehr geringe Leistungsaufnahme. Mittels der erfindungsgemäßen Gaszentrifuge kann vor allem Sauerstoff für alle technischen, physikalischen und medizinischen Zwecke auf eine sehr ökonomische Art und Weise gewonnen werden.

Description

Die erfindungsgemäße Gaszentrifuge gehört zur Gattung der mechanischen Gaszentrifugen.
Konventionelle Gaszentrifugen haben, z. B. bei der Abtrennung von Sauerstoff aus der Luft, einen relativ schlechten Wirkungsgrad.
Daher besteht der Bedarf an einer Gaszentrifuge mit hoher Effizienz und gutem Wirkungsgrad.
Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Gaszentrifuge im wesentlichen gelöst.
Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Gaszentrifuge besteht die Möglichkeit, den Bedarf an Sauerstoff in allen technischen, industriellen, medizienischen und privatwirtschaftlichen Bereichen auf sehr ökonomische Weise zu decken.
Die erfindungsgemäße Gaszentrifuge besteht aus gasdichten Gehäuse, (1) in dessen inneren sich ein scheiben- oder trommelföriger Rotor (2 u. 3) befindet.
Der Rotor (2; 3) ist durch die Gleitlager und Dichtungseinheiten (6) im Gehäuse gelagert.
Durch die Hohlwelle (4) strömt das Gasgemisch ein (5).
In den radialen Strömungskanälen (7), an der Ansaugseite, wird das Gasgemisch in eine Rotationbewegung, relativ zum Hohlwellenzentrum versetzt.
Durch die Zentrifugalkraft, die auf das Gasgemisch einwirkt, wird dieses verdichtet.
Damit dieser Verdichtungsvorgang sich in ausreichender Weise einstellt, muß der Rotor (2; 3) mit entsprechend hoher Drehzahl rotieren.
Das Gasgemisch strömt danach durch den ringförmigen Strömungskanal (8).
Auf diesem Weg erfolgt die Trennung des Gasgemisches, je nach Atom-, bzw. Molekülgewicht der Gase.
Bei der Trennung von Luft sammelt sich auf diesem Weg außen primär Sauerstoff und Kolendioxyd an, wobei sich, auf der anderen Seite des Spaltes, primär Stickstoff ansammelt.
Ursächlich für die Trennung ist die hohe Querbeschleunigung, die das Gasgemisch im Ringspalt (8) des Rotors erfährt und das unterschiedliche Molekülgewicht der Gase.
Der Ringspalt sollte relativ schmal sein, um Instabelitäten durch Turbulenzen zu vermeiden, weil hierdurch sonst eine erneute Vermischung der Gase eintreten würde.
Am Ende des Ringspaltes (8) teilt sich dieser in einen äußeren schmäleren Ringspalt (11) und einen inneren Ringspalt auf.
Im äußeren Ringspalt fließen die Gase mit dem höheren Molekülgewicht, und im inneren Ringspalt die Gase mit dem kleineren Molekülgewicht, ab.
Die Gase im äußeren Ringspalt fließen über die Strömungskanäle (10) wieder in Richtung des Rotationszentrums ab.
Das Sauerstoff Kolendioxydgemisch fließt dann durch die Hohlwelle (19) und die Bohrungen (14) ab.
An der Verschraubung (15) kann eine Leitung für die Sauerstoff-Kolendioxydentnahme angeschlossen werden.
Über die Bohrungen (13) fließt der Luftstickstoff unter leichtem Überdruck ab, weil die Kanalendungen auf einem größeren Radius, relativ zum Rotationszentrum liegen.
Der entscheidende Vorteil einer solchen Art von Gaszentrifuge besteht unter anderen darin, daß die kinetische und potentielle Energie der Gase, beim Zurückströmen zum Rotationszentrum, durch die Strömungskanäle (9 und 10), wiedergewonnen wird.
Lediglich die Energie zur Herstellung einer Druckdifferenz und die Reibungsverluste müssen gedeckt werden.
Über die Antriebswelle (16) wird diese mechanische Energie durch einen Motor übertragen.
Um die Reibung der Außenoberfläche des Rotors möglichst klein zu halten, wird in dem Gehäuse, wärend dem Betrieb, ein Vakuum hergestellt. Dies soll durch eine konventionelle Vakuumpumpe geschehen.
Die Gleitlager (6) des Rotors (2; 3) können mit einer Rückdrallförderung des Schmiermittels verbunden werden. Hierdurch kann dann so ein Schmiermittelring den Rotor, auf dynamische Weise, gegenüber dem Gehäuse (1), gasdicht abdichten.
Dann ist die Leistungsaufnahme einer mitlaufenden Vakuumpumpe sehr klein.
Der abgetrennte Sauerstoff kann durch eine konventionelle Membranpumpe gefördert werden.
Insgesamt besteht mittels der erfindungsgemäßen Gaszentrifuge die Möglichkeit, den Luftsauerstoff, in hochprozentiger Konzentration, unmittelbar aus der atmosphärischen Luft, zu gewinnen.
Bezugszeichenliste
1
gasdichtes Gehäuse
2
gasdichter Rotoraußenring
3
Rotor
4
Hohlwelle
5
Gasgemischeintritt
6
hydrodynamische Lagerung
7
radial angeordnete Strömungskanäle, von innen nach außen durchströmt
8
axial verlaufender Ringspalt
9
radial angeordnete Strömungskanäle, von außen nach innen durchströmt
9
a um 60° versetzt gezeichneter Strömungskanal
10
radial verlaufende Strömungskanäle, von außen nach innen durchströmt
10
a um 60° versetzt gezeichneter Strömungskanal
11
räumliche Strömungskanalaufspaltung
12
Rotorumgebung
13
Gasaustrittsöffnung für Stickstoff
14
Gasaustritt für Sauerstoff
15
Anschlußgewinde für eine Sauerstoffleitung
16
Antriebswelle
17
Anschlußgewinde für die Vakuumerzeugung
18
Spaltdichtungen

Claims (1)

  1. Gaszentrifuge, gekennzeichnet durch einen scheibenförmigen oder zylindischen oder runden Rotor,
    gekennzeichnet durch eine Hohlwelle (4) auf der Gaseinspeiseungsseite,
    gekennzeichnet durch radial, zum Außenumfang führende Strömungskanäle (7),
    gekennzeichnet durch einen ringförmigen, axial verlaufenden Ringspalt (8),
    gekennzeichnet durch eine Aufteilung des Ringspaltes (8) in einen äußeren und einen inneren Ringspalt (11),
    gekennzeichnet durch Strömungskanäle (10), die den äußeren Ringspalt mit der Hohlwelle (19) verbinden,
    gekennzeichnet durch Strömungskanäle (9), die den inneren Ringspalt mit Bohrungen in axialer Richtung verbinden,
    gekennzeichnet dadurch, daß in der äußeren Umgebung des Rotors (12), wärend dem Betrieb, ein Vakuum herrscht.
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