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Aufgrund
zunehmend strengerer Umweltverordnungen müssen auf den
unterschiedlichsten Gebieten aus Flüssigkeitströpfchen
mit sich führenden Gasen (Aerosolen) nicht nur größere
Flüssigkeitströpfchen abgeschieden werden, sondern
es ist anzustreben, aus solchen Aerosolen auch kleine und kleinste
Flüssigkeitströpfchen abzuscheiden. Eine effiziente
Abscheidung feinster Flüssigkeitströpfchen mit
Durchmessern von weniger als 0,5 μm ist mit den üblichen
herkömmlichen Abscheidern nicht möglich – bei
herkömmlichen Trägheitsabscheidern mit einem von
Prall- und/oder Umlenkwänden gebildeten Labyrinth oder
in Form von Zentrifugalabscheidern ohne Antrieb, wie z. B. Zyklonen,
wird der Abscheideeffekt durch das am Abscheider entstehende, maximal noch
zulässige Druckgefälle in der zu behandelnden Gasströmung
begrenzt, aber auch bei der Verwendung angetriebener Zentrifugen,
wie z. B. der bekannten Tellerseparatoren, sind dem Abscheideeffekt
bei noch vertretbarem technischen Aufwand Grenzen gesetzt, obwohl
sich mit solchen angetriebenen Zentrifugen im Vergleich zu Trägheitsabscheidern
höhere Abscheideraten von feinsten Flüssigkeitströpfchen
mit Durchmessern von weniger als 0,5 μm erzielen lassen.
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In
der älteren
deutschen
Patentanmeldung Nr. 10 2008 030 028.4 (Anmeldetag 13. Juni
2008) der ElringKlinger AG wird ein Zentrifugalabscheider mit einem
drehantreibbaren Tellerseparator beschrieben, bei dem mindestens
einige der Teller des Tellerseparators so gestaltet sind, dass zumindest Bereiche
der Oberfläche eines solchen Tellers Oberflächenstrukturen
(im Folgenden Koaleszenzelemente genannt) aufweisen, welche die
Koaleszenz kleiner und kleinster Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Flüssigkeitströpfchen
bewirken. Bei diesen Oberflächenstrukturen handelt es sich
insbesondere um Unebenheiten bzw. Rauigkeiten, d. h. Vertiefungen
und/oder Vorsprünge, oder um Öffnungen einer solchen
Gestalt und Größe, dass diese Oberflächenstrukturen eine
Koaleszenz sehr kleiner Flüssigkeitströpfchen zu
größeren Flüssigkeitströpfchen
signifikant fördern.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist ein Abscheider zum Abscheiden von
Flüssigkeitströpfchen aus einem Aerosol, mit einem
in einem Gehäuse angeordneten, um eine Rotorachse drehbaren Rotor,
der einen mit einer Antriebswelle drehantreibbar verbundenen Tellerseparator
aufweist, mit einem Gasströmungspfad zwischen einem Rohgaseinlass für
ein abzuscheidende Flüssigkeitströpfchen mitführendes
Gas und einem Reingasauslass für das von den Flüssigkeitströpfchen
mindestens weitgehend befreite Gas, sowie mit einem Flüssigkeitsauslass
für die abgeschiedene Flüssigkeit.
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Im
Hinblick darauf, dass die dem Umweltschutz dienenden Vorschriften
immer mehr verschärft werden und sich auch bei Zentrifugalabscheidern
mit einem angetriebenen Tellerseparator hinsichtlich der Abscheiderate
von Flüssigkeitströpfchen mit einer Tröpfchengröße
von 1 μm oder etwas weniger selbst durch eine im Hinblick
auf den erforderlichen Energieaufwand noch wirtschaftlich sinnvolle Erhöhung
der Drehzahl des Tellerseparators und/oder durch eine Veränderung
der Geometrie des Tellerseparators keine signifikanten Verbesserungen erzielen
lassen, lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Abscheider
der vorstehend definierten Art so zu verbessern, dass sich mit ihm
aus einem zu reinigenden Gasstrom sehr kleine und kleinste Flüssigkeitströpfchen
deutlich weitgehender abscheiden lassen als mit den dem vorbekannten
Stand der Technik zuzurechnenden Tellerseparator-Zentrifugalabscheidern.
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Zur
Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung eine
Kombination zweier unterschiedlicher Abscheidekonzepte vor, nämlich
die Kombination eines einen Tellerseparator enthaltenden Zentrifugalabscheiders
mit einem diesem insbesondere vorgeschalteten Labyrinthabscheider
derart, dass bei einem Abscheider der vorstehend definierten Art
erfindungsgemäß in einem Ringraum zwischen dem
Umfang des Tellerseparators und einer diesen umschließenden
Umfangswand des Abscheider-Gehäuses mindestens zwei Abscheidewände
angeordnet sind, welche den Tellerseparator umfassen, in bezüglich der
Rotorachse radialer Richtung aufeinanderfolgen und jeweils ein erstes
und ein zweites axiales Ende aufweisen, wobei die ersten bzw. die
zweiten axialen Enden der Abscheidewände einander in radialer Richtung
benachbart sind und in radialer Richtung aufeinanderfolgende Abscheidewände
abwechselnd nur an ihrem ersten axialen Ende oder nur an ihrem zweiten
axialen Ende von der Gasströmung unter Umlenkung derselben
umströmbar sind. In einem Schnitt durch den erfindungsgemäßen
Abscheider längs einer die Rotorachse enthaltenden Ebene
bilden die Abscheidewände also einen labyrinthförmigen
oder mäanderförmigen Gasströmungspfad.
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Durch
die erfindungsgemäße Kombination der beiden unterschiedlichen
Abscheidekonzepte lassen sich aus einem Aerosol auch feine und feinste Flüssigkeitströpfchen
mit Tröpfchendurchmessern zwischen ungefähr 0,1 μm
und ungefähr 100 μm mit einer hohen Abscheiderate
abscheiden.
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Ein
erfindungsgemäßer Abscheider ist insbesondere
als Ölnebelabscheider für die Kurbelgehäuseentlüftung
eines Hubkolben-Verbrennungsmotors gestaltet, wie er in eine Entlüftungsleitung
eines solchen Motors zwischen dessen Kurbelgehäuse und
einem Ansaugrohr des Motors eingebaut wird. Durch eine solche Entlüftungsleitung
werden die im Kurbelgehäuse anfallenden sogenannten Blow-by-Gase
in die Verbrennungsräume des Motors eingeleitet, und da
sich mit einem erfindungsgemäßen Abscheider die
Motoröl-Tröpfchen aus den Blow-by-Gasen zumindest
nahezu vollständig abscheiden lassen, führt ein
erfindungsgemäßer Abscheider zu einer deutlichen
Verbesserungen der Qualität der ins Freie gelangenden Abgase
des Motors.
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Ein
erfindungsgemäßer Abscheider für die Abtrennung
des Ölnebels von den Blow-by-Gasen eines Verbrennungsmotors
ist erfindungsgemäß insbesondere in die Zylinderkopfhaube
(auch Ventilhaube genannt) eines Verbrennungsmotors integriert,
er kann aber auch außerhalb der Zylinderkopfhaube angeordnet
werden.
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Um
im Abscheider soweit wie möglich rotationssymmetrische
Strömungsverhältnisse zu schaffen, ist bei bevorzugten
Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Abscheiders der Ringraum zwischen Tellerseparator und Gehäuseumfangswand koaxial
mit der Rotorachse gestaltet; demselben Zweck dient es, wenn die
Abscheidewände koaxial mit der Rotorachse ausgebildet sind.
In gleichem Sinne vorteilhaft ist es, wenn der Ringraum rotationssymmetrisch
zur Rotorachse gestaltet ist und/oder die Abscheidewände
rotationssymmetrisch zur Rotorachse gestaltet sind.
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Die
Abscheidewände können bezüglich des Gehäuses
alle oder nur zum Teil stationär angeordnet sein, während
dann die nicht-stationären Abscheidewände um die
Rotorachse drehantreibbar sind. Es hat sich nämlich gezeigt,
dass durch die Rotation mindestens einer Abscheidewand der Abscheideeffekt
deutlich verbessert werden kann. Um auf einen zweiten Antrieb verzichten
zu können, ist bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Abscheiders jede drehantreibbare Abscheidewand
mit dem Tellerseparator drehantreibbar verbunden.
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Damit
die Abscheidewände möglichst kostengünstig
und dennoch sicher im Gehäuse gehalten werden, und zwar
unter gleichzeitiger Schaffung eines labyrinthartigen Gasströmungspfads
radial außerhalb des Tellerseparators, wird empfohlen,
zwei in Richtung der Rotorachse im Abstand voneinander angeordnete
und sich quer zur Rotorachse erstreckende, die Abscheidewände
zwischen sich aufnehmende Trägerplatten vorzusehen und
in radialer Richtung aufeinanderfolgende Abscheidewände
abwechselnd mit der einen oder mit der anderen Trägerplatte
fest zu verbinden. Wenn alle Abscheidewände stationär
sind, können zwei Stirnwände des Abscheidergehäuses
beide Trägerplatten bilden, um die Konstruktion möglichst
einfach zu gestalten. Je nach dem, ob alle Abscheidewände
rotieren oder die Abscheidewände abwechselnd rotieren und
stationär sein sollen, sind beide Trägerplatten
um die Rotorachse drehantreibbar oder ist nur eine der beiden Trägerplatten
drehantreibbar, während die andere Trägerplatte
vorzugsweise von einer Stirnwand des Abscheidergehäuses
gebildet wird.
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In
einem erfindungsgemäßen Abscheider können
die Abscheidewände so ausgebildet und angeordnet sein,
dass sie nur als Prallwände für die zu behandelnde
Gasströmung und der Umlenkung dieser Gasströmung
dienen. Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Abscheiders sind die Abscheidewände oder ein Teil derselben
jedoch so ausgebildet, dass sie die Koaleszenz von kleineren Flüssigkeitströpfchen
zu verhältnismäßig großen Flüssigkeitstropfen
in hohem Maße fördern. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen,
den Abscheider so zu gestalten, dass mindestens eine der Abscheidewände
zumindest Oberflächenbereiche aufweist, in denen die Wandoberfläche
zur Bildung von eine Koaleszenz kleiner Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Flüssigkeitströpfchen
bewirkenden Koaleszenzelementen uneben gestaltet ist.
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Für
die Verwirklichung solcher Koaleszenz-fördernden Oberflächenbereiche
werden mehrere Gestaltungen vorgeschlagen, die auch in Kombination
miteinander zum Einsatz kommen können: Ein Koaleszenzelemente
aufweisender Oberflächenbereich einer Abscheidewand kann
eine raue, insbesondere eine poröse Wandoberfläche
aufweisen, wobei ein Koaleszenzelemente aufweisender Oberflächenbereich
von einem Belag der betreffenden Abscheidewand gebildet werden kann;
ein solcher Belag wird dann insbesondere von einem der folgenden Materialien
gebildet: Gewebe, Faservlies, Schaumstoffe und Sintermaterialien.
Ein Koaleszenzelemente aufweisender Abscheidewandbereich kann aber auch
in bezüglich der Rotorachse radialer Richtung gasdurchlässig
gestaltet werden, wobei hierfür empfohlen wird, einen Koaleszenzelemente
aufweisenden Abscheidewandbereich oder die ganze betreffende Abscheidewand
aus einem Gewebe aus Metall- oder Kunststoffdraht oder aus einem
offenporigen, gasdurchlässigen Material herzustellen.
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Obwohl
es grundsätzlich denkbar wäre, einen erfindungsgemäßen
Abscheider so zu gestalten, dass der zu behandelnde Gasstrom zunächst
dem Tellerseparator zugeführt und dann im Labyrinthabscheider
nachbehandelt wird, ist eine entgegengesetzte Führung des
Gasstroms zu bevorzugen; besonders vorteilhafte Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Abscheiders zeichnen sich
deshalb dadurch aus, dass der Gasströmungspfad und damit die
Richtung der Gasströmung vom Rohgaseinlass zu den vom Gehäuse
und den Abscheidewänden gebildeten Ringräumen
und von diesen über Zwischenräume zwischen Tellern
des Tellerseparators zu einem von letzterem gebildeten axialen Kanal
führt, welcher die Rotorachse beinhaltet und mit dem Reingasauslass
verbunden ist.
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Um
die Abscheideleistung eines erfindungsgemäßen
Abscheiders bezüglich der Abtrennung kleinster Flüssigkeitströpfchen
aus dem Gasstrom noch weiter zu erhöhen, ist es von Vorteil,
wenn mindestens einige der Teller des Tellerseparators zumindest
Oberflächenbereiche aufweisen, in denen die Telleroberfläche
zur Bildung von eine Koaleszenz kleiner Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Flüssigkeitströpfchen
bewirkenden Koaleszenzelementen uneben gestaltet ist. Bezüglich
der Ausbildung der Teller dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Abscheiders wird auf die vorstehenden Ausführungen zur
Gestaltung der Abscheidewände zwecks Bildung von Koaleszenzelementen
verwiesen.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der beigefügten zeichnerischen Darstellung und der nachfolgenden Beschreibung
besonders bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Abscheiders; in der Zeichnung zeigen:
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1:
einen axialen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Abscheiders, und zwar längs
einer Ebene, welche eine Rotorachse eines Tellerseparators dieses
Abscheiders enthält, und
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2 bis 5:
verschiedene Ausführungsformen erfindungsgemäß gestalteter
Bereiche eines Tellers des Tellerseparators oder einer Abscheidewand
einer Labyrinthabscheidevorrichtung, welche Bestandteil des erfindungsgemäßen
Abscheiders ist.
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Der
in 1 im Schnitt dargestellte erfindungsgemäße
Abscheider hat ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Gehäuse
mit einer insbesondere kreiszylindrischen Umfangswand 12,
einer oberen ebenen Stirnwand 14 und einer zu dieser insbesondere parallelen
unteren Stirnwand 16, welches bis auf einen Rohgaseinlass,
einen Reingasauslass und einen Flüssigkeitsauslass (die
noch zu beschreiben sein werden) geschlossen ist. Das Gehäuse 10 beinhaltet zwei nach
unterschiedlichen Prinzipien arbeitende Abscheidevorrichtungen für
von dem zu behandelnden Rohgas mitgeführte Flüssigkeitströpfchen,
nämlich in einem zentralen Bereich des Gehäuses 10 einen
Tellerseparator 18 und eine den letzteren umschließende
Labyrinthabscheidevorrichtung 20, welche in einem Ringraum 22 zwischen
dem Außenumfang des Tellerseparators 18 und der
Gehäuseumfangswand 12 angeordnet ist.
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Der
Tellerseparator 18 ist rotationssymmetrisch zu einer Rotorachse 24 gestaltet,
und dies gilt bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Abscheiders auch für
das Gehäuse 10 und die Labyrinthabscheidevorrichtung 20.
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Eine
mit der Rotorachse 24 koaxiale Antriebswelle 26 ist
durch nicht dargestellte Mittel drehbar im Gehäuse 10 gelagert
und dient dem rotatorischen Antrieb eines Tellerpakets 28 des
Tellerseparators 18. Das Tellerpaket 28 besteht
im Wesentlichen aus einer größeren Anzahl von
kegelstumpfförmigen, zur Rotorachse rotationssymmetrisch
gestalteten Tellern, von denen der unterste mit 30 bezeichnet
wurde, während die übrigen Teller mit 32 bezeichnet
wurden. Der unterste Teller 30 ist in einem zentralen Bereich
geschlossen und dort mit der Antriebswelle 26 fest verbunden,
während die übrigen Teller 32 über
in bezüglich der Rotorachse 24 in radialer Richtung
gasdurchlässige Distanzelemente 34 mit dem untersten
Teller 30 sowie miteinander fest verbunden sind und in
zentralen Bereichen mit der Rotorachse 24 konzentrische Öffnungen 36 aufweisen und
so einen mit der Rotorachse 24 koaxialen zentralen Gasströmungskanal 38 definieren.
Oberhalb des Tellerpakets 28 befindet sich noch ein stationärer
Teller 40, welcher gleich ausgebildet und angeordnet ist wie
die Teller 32, jedoch ist der Teller 40 fest mit
der oberen Stirnwand 14 des Gehäuses 10 verbunden. Während
also im Betrieb des erfindungsgemäßen Abscheiders
die Teller 30 und 32 mit der Antriebswelle 26 rotieren,
steht der oberste Teller 40 fest. Vorzugsweise sind die
in Richtung der Rotorachse 24 gemessenen Abstände
zwischen den Tellern 30, 32 und 40 alle
gleich groß, sie könnten aber auch unterschiedlich
groß sein.
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Bei
der dargestellten bevorzugten Ausführungsform trägt
der unterste Teller 30 eine Trägerplatte 42,
welche die Gestalt eines zur Rotorachse 24 konzentrischen
Kreisrings hat und an seinem Innenumfang mit dem Außenumfang
des untersten Tellers 30 fest verbunden ist – dieser
Teller 30 und die Trägerplatte 42 können
aber auch einstückig miteinander sein.
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Die
Trägerplatte 42 ist Bestandteil der Labyrinthabscheidevorrichtung 20,
die des weiteren mehrere Abscheidewände aufweist – bei
der dargestellten Ausführungsform vier solcher Abscheidewände 441 , 442 , 443 und 444 –,
welche bei der bevorzugten Ausführungsform alle kreiszylindrisch
gestaltet und koaxial mit der Rotorachse 24 angeordnet
sind. In bezüglich der Rotorachse 24 radialer
Richtung aufeinanderfolgende Abscheidewände sind bei der
dargestellten bevorzugten Ausführungsform abwechselnd mit
der oberen Stirnwand 14 des Gehäuses 10 und der
Trägerplatte 42 verbunden, mit der Stirnwand 14 verbundene
Abscheidewände, nämlich die Abscheidewände 441 und 443 ,
enden in einem verhältnismäßig kleinen
axialen Abstand von der Trägerplatte 42, während
mit der letzteren verbundene Abscheidewände, nämlich
die Abscheidewände 442 und 444 , mit einem verhältnismäßig
kleinen axialen Abstand von der oberen Stirnwand 14 enden.
In diesem Zusammenhang sei aber bemerkt, dass die an ihren oberen Enden
festgelegten Abscheidewände auch mit einer stationären
Trägerplatte verbunden sein könnten, welche sich etwas
unterhalb der oberen Stirnwand 14 des Gehäuses 10 befindet
und sowohl mit der Gehäuseumfangswand 12, als
auch mit dem stationären Teller 40 gasdicht verbunden
ist. Bei einer anderen Alternative könnte auch die vorstehend
erwähnte, etwas unterhalb der oberen Stirnwand 14 des
Gehäuses 10 angeordnete Trägerplatte
rotatorisch antreibbar sein, z. B. mittels einer in radialer Richtung gasdurchlässigen
Verbindung mit der unteren Trägerplatte 42. Schließlich
kann der erfindungsgemäße Abscheider auch noch
so modifiziert werden, dass alle Abscheidewände stationär
sind, z. B. so, dass die untere Trägerplatte 42 über
Stützen mit der unteren Stirnwand 16, jedoch nicht
mit dem Teller 30 verbunden ist.
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Der
erfindungsgemäße Abscheider hat einen Rohgaseinlass 50 für
die zu behandelnde Gasströmung, und nur beispielhaft befindet
sich dieser bei der in 1 dargestellten Ausführungsform
in einem topfförmigen Bereich 16a der unteren
Gehäusestirnwand 16, welcher auch der Lagerung
der Antriebswelle 26 dient. Ein ebensolcher topfförmiger
Bereich 14a ist an der oberen Gehäusestirnwand 14 vorgesehen
und weist einen Reingasauslass 52 für die von den
Flüssigkeitströpfchen zumindest weitgehend befreite
Gasströmung auf. Zwischen dem Rohgaseinlass 50 und
dem Reingasauslass 52 definieren das Gehäuse 10,
die Abscheidewände 441 bis 444 , die Teller 30, 32 und 40 und
der zentrale Gasströmungskanal 38 einen Gasströmungspfad,
welcher stromabwärts des Rohgaseinlasses 50 mit 54 bezeichnet
und durch Linien und Pfeile markiert wurde.
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Die über
den Rohgaseinlass 50 in den Abscheider eingeleitete, Flüssigkeitströpfchen
mit sich führende Gasströmung wird zunächst
radial nach außen bis in einen Ringraum zwischen der Gehäuseumfangswand 12 und
der radial äußersten Abscheidewand 444 geleitet, erfährt dann eine
Umlenkung um 180° am oberen Ende dieser Abscheidewand, verläuft
dann nach unten zwischen den Abscheidewänden 443 und 444 ,
wird am unteren Ende der Abscheidewand 443 erneut
um 180° umgelenkt, verläuft dann nach oben in
dem Ringraum zwischen den Abscheidewänden 443 und 442 ,
erfährt am oberen Ende der Abscheidewand 442 erneut eine Umlenkung um 180°,
worauf die Gasströmung in dem Ringraum zwischen den Abscheidewänden 442 und 441 nach
unten verläuft und am unteren Ende der Abscheidewand 441 um ungefähr 90° umgelenkt
wird; sodann wird der Tellerseparator 18 an seinem Außenumfang
von der Gasströmung ungefähr in radialer Richtung
von außen nach innen angeströmt, wobei sich die
Gasströmung in Teilströme aufteilt, welche die
Zwischenräume zwischen den Tellern 30, 32 und 40 in
Richtung auf den zentralen Gasströmungskanal 38 durchströmen.
Schließlich verlässt die Gasströmung
den Abscheider über den Reingasauslass 52.
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Wie
sich aus dem Folgenden noch ergeben wird, können die Abscheidewände
der Labyrinthabscheidevorrichtung 20, das heißt
bei dem dargestellten Abscheider die Abscheidewände 441 bis 444 , auch
porös sein oder kleine Gasdurchlassöffnungen aufweisen,
sodass ein Teil der Gasströmung in der Labyrinthabscheidevorrichtung 20 deren
Abscheidewände durchströmt und nicht umströmt.
Die Gasdurchlässigkeit der Abscheidewände wird
jedoch vorzugsweise so bemessen, dass ein größerer
Teil des Gesamtvolumenstroms der Gasströmung die Labyrinthabscheidevorrichtung 20 mäanderartig
durchströmt und nur ein kleinerer Teil als Sekundärströmung
die Abscheidewände in radialer Richtung durchströmt.
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Da
der erfindungsgemäße Abscheider im Bereich seiner
Labyrinthabscheidevorrichtung 20 mit den Gehäuse-
und den Abscheidewänden 441 bis 444 Prallwände für die
Gasströmung bildet, werden von der Gasströmung
mitgeführte Flüssigkeitströpfchen zum
Teil schon in der Labyrinthabscheidevorrichtung 20 vom
Gas abgetrennt; dieser Abscheideeffekt kann noch dadurch verbessert
werden, dass die Prallwände, insbesondere die Abscheidewände 441 bis 444 , so
gestaltet werden, dass sie an ihren Oberflächen oder mindestens
an einem Teil ihrer Oberflächen Koaleszenzelemente aufweisen,
welche eine Koaleszenz kleiner Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Flüssigkeitströpfchen
signifikant fördern. Hierauf wird im Folgenden noch näher
eingegangen werden.
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An
gasundurchlässigen Abscheidewänden scheiden sich
Flüssigkeitströpfchen aufgrund von Trägheitseffekten
ab und sammeln sich dann als Flüssigkeitsfilm an den Prallwänden.
Dieser Flüssigkeitsfilm wird bei der Umlenkung der Gasströmung
in den Bereichen der freien axialen Enden der Abscheidewände 441 bis 444 von
der Gasströmung in Form von größeren
Flüssigkeitstropfen mitgerissen, und diese Flüssigkeitstropfen
gelangen dann in den Ringraum zwischen dem Umfang des Tellerseparators 18 und
der radial innersten Abscheidewand 441.
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Weisen
Oberflächenbereiche der Abscheidewände noch näher
zu erörternde Koaleszenzelemente auf, wird dadurch der
Abscheideeffekt der Labyrinthabscheidevorrichtung 20 für
kleine und kleinste Flüssigkeitströpfchen erhöht.
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Ist
eine der Abscheidewände oder sind alle Abscheidewände 441 bis 444 zumindest
bereichsweise in radialer Richtung gasdurchlässig gestaltet,
weil sie in diesen Bereichen porös sind oder kleine Öffnungen
aufweisen, kommt es in diesen gasdurchlässigen Bereichen
zur Koaleszenz kleiner und kleinster Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Tropfen, welche von der mäanderförmig
verlaufenden Hauptströmung des Gases mitgerissen werden.
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Sehr
kleine Flüssigkeitströpfchen bewegen sich annähernd
schlupffrei mit der Gasströmung bzw. mit der Hauptströmungskomponente
der Gasströmung, wobei sie aufgrund von Trägheitseffekten
auf größere Flüssigkeitströpfchen
treffen und mit diesen koaleszieren können.
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Bei
der Durchströmung des rotierenden Tellerseparators 18 werden
die Flüssigkeitströpfchen aufgrund der an ihnen
angreifenden Zentrifugalkräfte an den konischen Unterseiten
der Teller 32 abgeschieden und vom rotierenden Tellerseparator 18 abgeschleudert,
so dass sie an der Innenseite der radial innersten Abscheidewand 441 einen Flüssigkeitsfilm bilden,
der von dieser Abscheidewand nach unten abtropft.
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Die
Teller 32 des Tellerseparators 18 können ebenso
wie die Prall- bzw. Abscheidewände der Labyrinthabscheidevorrichtung 20 mit
Koaleszenzelementen versehen sein, sei es dass die Teller 32 porös sind
oder kleine Öffnungen aufweisen, oder weil die konischen
Unterseiten der Teller 32 zumindest bereichsweise raue
oder poröse Oberflächen aufweisen, zum Beispiel
aufgrund eines entsprechenden Belags auf den konischen Unterseiten
der Teller 32.
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Anhand
der 2 bis 5 sollen nun verschiedene Ausführungsformen
von Koaleszenzelementen an den Abscheidewänden der Labyrinthabscheidevorrichtung 20 und/oder
an den Tellern 32 des Tellerseparators 18 erläutert
werden. Dabei wird der jeweils dargestellte Bereich einer Abscheidewand
bzw. eines Tellers allgemein als Wandbereich bezeichnet werden.
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Der
in 2 dargestellte Wandbereich 200 ist ein
gasdurchlässiger Wandbereich und besteht zumindest im Wesentlichen
aus einem Gewebe aus Metall- oder Kunststoffdrähten 202,
welche kleine Gasdurchlassöffnungen 204 zwischen
sich bilden. Anstelle eines Gewebes kann auch ein Gestrick oder ein
Gewirke oder ein Faservlies verwendet werden, wobei in jedem Fall
für eine ausreichende Formstabilität des Wandbereichs 200 gesorgt
werden muss, z. B. dadurch, dass der Wandbereich geeignete Verstärkungselemente
enthält. Die Dicke der Drähte, Fäden
oder Fasern, die Maschenweite des Gewebes, Gestricks oder Gewirkes
bzw. die Struktur des Faservlieses sind so zu wählen, dass
der Wandbereich 200 eine derart strukturierte Oberfläche
besitzt, dass diese Oberfläche Koaleszenzelemente bildet,
welche die Koaleszenz feiner und feinster Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Tröpfchen fördern
bzw. bewirken.
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Ein
in 3 dargestellter Wandbereich 300 hat mindestens
auf einer seiner beiden Seiten eine poröse Oberfläche,
durch deren Oberflächenstruktur Koaleszenzelemente gebildet
werden. Der Wandbereich 300 kann z. B. aus einem hinreichend
formstabilen und dauerhaften Schaumstoffmaterial bestehen, sei es
ein Kunststoff-Schaummaterial oder ein aus dem Stand der Technik
bekanntes geschäumtes metallisches Material. Es könnte
sich aber auch um ein poröses gesintertes keramisches Material
handeln. Wenn das Material entgegen der Darstellung in 3 nicht
geschlossenporig, sondern offenporig ist und die Hohlräume
der Poren miteinander verbunden sind, ist der Wandbereich 300 gasdurchlässig.
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Die 4 zeigt
einen Wandbereich 400 in starker Vergrößerung
und schematisch; außerdem kann es sich bei dem in 4 dargestellten
Ausschnitt auch nur um einen Ausschnitt eines Belags auf einer Abscheidewand 441 bis 444 oder
auf der konischen Unterseite eines Tellers 32 handeln.
Die gemäß 4 rechte
Seite des Wandbereichs bzw. -belags 400 bildet eine Oberfläche
mit einer chaotischen Struktur, das heißt einer keiner
geometrischen Regelmäßigkeit folgenden Oberflächenstruktur,
welche Koaleszenzelemente 402 bildet. Im Falle eines Belags
kann es sich z. B. um ein Faservlies, ein keramisches Sintermaterial
oder um einen Belag aus einem auf einen festen Träger aufgesprühten
oder aus der Gasphase niedergeschlagenen metallischen oder z. B.
keramischen Material handeln. Ein metallischer Wandbereich oder
ein Wandbereich aus einem geeigneten Kunststoff kann aber auch dadurch
mit einer Oberfläche mit einer chaotischen Struktur versehen werden,
dass der Wandbereich mittels eines Energiestrahls oder z. B. durch
Funkenerosion entsprechend aufgeraut wird.
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Ein
in 5 dargestellter Wandbereich 500, der
ebenso wie die in den 3 und 4 dargestellten
Wandbereiche im Schnitt schematisch dargestellt wurde, hat eine
feste und formstabile Wand 502 und einen Belag 504,
dessen freie Oberfläche eine chaotische Struktur aufweisen
soll. Je nach Art des verwendeten Belagmaterials kann der Belag 504 mit der
Wand 502 z. B. verklebt sein, handelt es sich bei der Wand 502 um
ein metallisches Bauteil und bei dem Belag 504 z. B. um
ein Gewebe aus Metalldrähten, könnte der Belag 504 aber
auch durch Schweißen, insbesondere durch Punktschweißen,
mit der Wand 502 verbunden sein.
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Die
Labyrinthabscheidevorrichtung 20 des in 1 dargestellten
Abscheiders muss nur mindestens zwei Abscheidewände aufweisen
(obwohl der Abscheideeffekt durch eine größere
Anzahl von Abscheidewänden verbessert wird), wobei die
eine Abscheidewand nur an ihrem oberen und die andere Abscheidewand
nur an ihrem unteren Ende von der Gasströmung umströmt
werden kann.
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Bei
der zeichnerisch dargestellten und vorstehend beschriebenen Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Abscheiders wird die abgeschiedene Flüssigkeit
entgegen der Strömungsrichtung der Gasströmung
aufgrund der Zentrifugalkräfte durch die Labyrinthabscheidevorrichtung 20 hindurch
radial nach außen bis zur Gehäuseumfangswand 12 getragen,
weil das den Abscheider durchströmende Gas durch die rotierenden
Abscheidewände 442 und 444 (natürlich auch durch den
Tellerseparator 18) in Rotation versetzt wird; dabei tritt
ein weiterer Koaleszenzeffekt auf, aufgrund dessen kleinere Flüssigkeitströpfchen
zu größeren Tröpfchen koaleszieren. Der
an der Innenseite der Gehäuseumfangswand 12 gebildete
und von dieser nach unten abfließende oder abtropfende
Flüssigkeitsfilm gelangt in eine an der Peripherie der
unteren Gehäusestirnwand 16 vorgesehene Rinne 100,
die an ihrem Boden einen Flüssigkeitsauslass 102 aufweist,
in dem ein sich periodisch öffnendes Ventil 104 angeordnet
ist.
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Bei
einer Abwandlung der zeichnerisch dargestellten Ausführungsform
ist die Trägerplatte 42 mit einer oder mehreren
Flüssigkeitsablauföffnungen versehen.
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Eine
weitere Modifikation des Abscheiders besitzt ein Außengehäuse,
in welchem das in der beigefügten Zeichnung dargestellte
Gehäuse 10 um die Rotorachse 24 drehbar
gelagert ist und rotatorisch angetrieben wird; in diesem Fall wird
dann auch der oberste Teller 40 des Tellerseparators 18 rotatorisch angetrieben.
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Schließlich
könnte auch der oberste Teller 40 des Tellerseparators 18 mittels
Distanzelementen 34 mit den anderen Tellern des Tellerpakets 28 verbunden
und so rotatorisch antreibbar sein; in diesem Fall wäre
der Teller 40 nicht mit der oberen Gehäusestirnwand 14 fest
verbunden, und es könnte z. B. eine übliche Labyrinthdichtung
zwischen dem oberen inneren Ende des Tellers 40 und der
oberen Gehäusestirnwand 14 vorgesehen sein, um
einen Gasübertritt vom Ringraum 22 in den Gasströmungskanal 38 zumindest
im Wesentlichen zu verhindern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102008030028 [0002]
- - DE 10338770 B4 [0004]