DE102010009638A1

DE102010009638A1 - Gas centrifuge for gas supply without external gas supply pump, has stator of synchronous motor that is flanged directly on upper cover of centrifuge housing in sealed manner

Info

Publication number: DE102010009638A1
Application number: DE201010009638
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-02-27
Filing date: 2010-02-27
Publication date: 2011-09-01

Abstract

The gas centrifuge has a stator (14) of a synchronous motor (20) that is flanged directly on an upper cover (24) of centrifuge housing in a sealed manner. An upper part of the housing is a collecting sump (22), where the upper part is separated from a lower part by a ring (85). The lower part forms a drain chamber (34). The separated gas component (23) flows from a rotor (1) through the channels (58) in the collecting sump.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gaszentrifuge ohne externe Gasförderpumpe für die Gaszufuhr.The invention relates to a gas centrifuge without external gas pump for the supply of gas.

Zentrifugen zur Separierung einer schweren Gaskomponente aus einem Gasgemisch sind seit langem bekannt.Centrifuges for separating a heavy gas component from a gas mixture have long been known.

So zeigt die DE 88 07 684 U1 (vgl. deren Figuren und den zugehörigen Text) eine Zentrifuge zur Separierung von Sauerstoff vom Stickstoff aus einem Luftgemisch, wobei die Zentrifuge eine um eine vertikale Achse drehende Tommel aufweist, die durch radiale Rippen in Sektoren aufgeteilt ist. Das zu trennende Gemisch wird über eine zentrale Zuleitung in die Trommel zugeführt, aus der die separierten Anteile durch Durchbrüche an der Unterseite der Außenwand der Trommel in der Weise abfließen, daß im wesentlichen sich die schwerere Gaskomponente in einer außen angeordneten Ringkammer und die leichteren Gaskomponenten sich in einer innen liegenden Ringkammer ansammeln. Die getrennten Gaskomponenten können dann über unten angeordnete Auslaßöffnungen aus den jeweiligen mitdrehenden Ringkammern abgezogen werden.That's how it shows DE 88 07 684 U1 (see their figures and the accompanying text) a centrifuge for separating oxygen from nitrogen from an air mixture, said centrifuge having a drum rotating about a vertical axis, which is divided into sectors by radial ribs. The mixture to be separated is supplied via a central supply line into the drum, from which the separated portions flow through openings at the bottom of the outer wall of the drum in such a way that substantially the heavier gas component in an outer annular chamber and the lighter gas components themselves accumulate in an internal annular chamber. The separated gas components can then be withdrawn via downwardly disposed outlet openings from the respective co-rotating annular chambers.

Die US 4 292 051 A (vgl. insbesondere deren 6 bis 8 und den zugehörigen Text) beschreibt ebenfalls eine vom Aufbau her sehr ähnliche Zentrifuge mit horizontaler Trommelachse für einen vergleichbaren Verwendungszweck. Die Zufuhr erfolgt von einer Seite in eine beiderseits gleitgelagerte, mit radialen Rippen in Segmente aufgeteilte Trommel und die Abfuhr auf der gegenüberliegenden Seite der Trommel über äußere Durchbrüche für die schwere Komponente und innenliegende Öffnungen für die leichteren Gaskomponenten in die jeweiligen feststehenden Ringkammern; zur Unterstützung des Durchflusses können hierbei auch Pumpen vorgesehen werden.The US 4 292 051 A (See in particular their 6 to 8th and the accompanying text) also describes a very similar centrifuge with a horizontal drum axis for a comparable purpose. The supply takes place from one side into a on both sides slidably, with radial ribs into segments divided drum and the discharge on the opposite side of the drum via outer openings for the heavy component and internal openings for the lighter gas components in the respective fixed annular chambers; Pumps can also be provided to assist the flow.

Die Patentanmeldung 10 2009 011 754.7 „Verfahren und Gaszentrifuge zur effizienten Separierung der schweren Komponente aus Gasgemischen” verwendet eine Trommel in dessen Zentrum eine Reihe von konzentrischen Zylindern existieren, die zur Vervielfachung des Gasweges gemessen an die Zentrifugenlänge dienen. Dadurch wird das Gasgemisch eine ausreichend lange Zeit der Zentrifugation unterzogen bei gleichzeitig hohen Durchsatzwerten. Die Patentanmeldung 10 2009 022 701.6 „Verbessertes Verfahren und Gaszentrifuge zur effizienten Separierung der schweren Komponente aus Gasgemischen” vermeidet die Vermischung der teils separierten Gaskomponenten, indem an den Zylinderenden, wo die Umlenkung des Gases passiert, je ein ringförmiger Stopper angeordnet, der den Weg der schweren Gaskomponente blockiert, während die leichtere Gaskomponente durchgelassen wird; damit die aufgestaute schwere Gaskomponente auch fließen kann, werden geeignete Durchbrüche und Leitungskanäle in der jeweiligen Zylinderwand praktiziert. Der nächste Zylinderraum, wohin die Gaskomponenten geführt werden, ist durch einen kurzen Zylinder aufgeteilt, sodaß die vorhin separierte schwere Gaskomponente durch die Leitungskanäle zu dem Teil mit dem größeren Durchmesser geführt wird, während die leichte Gaskomponente nach dem Umlenken um das Zylinderende innerhalb des kurzen Zylinders fließt. Dadurch erfolgt die Übergabe der Gaskomponenten über die Zylindergrenzen hinweg ohne, daß diese sich auch nur zum Teil vermischen können. Nachteilig dabei ist die Anwendung von relativ großen Durchbrüchen, was strömungstechnisch nur schwer zu vereinbaren ist mit einer gleichmäßigen Gaskonzentration. Diese Erfindung verwendet auch eine mehrfache Lagerung, wobei zur Aufhängung der Trommel an beiden Seiten mehrere aufeinander geschaltete Kugellager mit großem Durchmesser und in abgedichteter Ausführung vorgesehen sind, was allerdings den Nachteil der größeren Reibungsverluste in Lagern hervorruft. Zudem wird, bedingt durch die Antriebsplazierung außerhalb der Zentrifuge, eine relativ dünne Antriebsachse verwendet, was zum Bruch derselben bei unverhofften Bremsvorgängen, die z. B. durch kaputte Lager verursacht werden können.The patent application 10 2009 011 754.7 "Method and gas centrifuge for efficient separation of the heavy component from gas mixtures" uses a drum in the center of which a series of concentric cylinders exist which serve to multiply the gas path in relation to the centrifuge length. As a result, the gas mixture is subjected to centrifugation for a sufficiently long time with simultaneously high throughput values. The patent application 10 2009 022 701.6 "Improved process and gas centrifuge for efficient separation of the heavy component from gas mixtures" avoids the mixing of the partially separated gas components by at the cylinder ends, where the deflection of the gas passes, each arranged an annular stopper, the way the heavy gas component blocked while the lighter gas component is let through; so that the pent-up heavy gas component can also flow, suitable breakthroughs and ducts are practiced in the respective cylinder wall. The next cylinder space to which the gas components are routed is split by a short cylinder so that the previously separated heavy gas component is routed through the ducts to the larger diameter portion, while the light gas component after turning around the cylinder end within the short cylinder flows. As a result, the transfer of the gas components across the cylinder boundaries takes place without that they can mix only partially. The disadvantage here is the use of relatively large breakthroughs, which is fluidly difficult to reconcile with a uniform gas concentration. This invention also uses multiple bearings, with a large diameter and sealed design ball bearing mounted on both sides of several superimposed ball bearings, but with the disadvantage of greater friction losses in bearings. In addition, due to the drive placement outside the centrifuge, a relatively thin drive axle is used, causing the same to break in unexpected braking events, the z. B. can be caused by broken bearings.

Keine der bekannten Vorrichtungen offenbart allerdings eine Vorrichtung mit auf ein Minimum reduzierten Verlusten mit gleichzeitiger maximaller Erhaltung der separierten Komponentenanteile.However, none of the known devices discloses a device with losses reduced to a minimum while maximally maintaining the separated component portions.

Eine Teillösung dieses Problems erfolgte durch die Zentrifuge mit den Merkmalen des Anspruchs 1 der Hauptpatentanmeldung P 10 2009 053 366.4. So ist die vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung relativ einfach, zuverlässig und läßt sich für größere oder ganz kleine Mengen Gaskomponenten mit höchster Dichte und Gasgemischen sowie Durchsätzen anwenden. Eine Antriebsachse wird völlig vermieden und die Zentrifugenachse ist relativ kurz und mit größerem Durchmessen, was zur allgemeinen Versteifung der Konstruktion führt. Allerdings wird dabei eine Förderpumpe für die Einführung unter Druck des zu separierenden Gasgemisches benötigt und dies ist insbesondere bei großen Durchsätzen – wie etwa 400.000 m3/h benötigt für thermische Kraftwerke – mit einem erheblichen Energieaufwand verbunden. Die vorliegende Erfindung vermeidet die Anwendung einer externen Förderpumpe für das Gasgemisch, wobei der zentrifugal erzeugte Druck benutzt wird, um das Gas durch die Vorrichtung zu befördern. Dies verbessert die Leistungsbilanz der Gaszentrifuge erheblich und vereinfacht gleichzeitig die Konstruktion der Vorrichtung.A partial solution of this problem was carried out by the centrifuge with the features of claim 1 of the main patent application P 10 2009 053 366.4. Thus, the proposed device according to the invention is relatively simple, reliable and can be used for larger or smaller amounts of gas components with the highest density and gas mixtures and throughputs. A drive axle is completely avoided and the centrifuge axis is relatively short and with larger diameter, which leads to general stiffening of the structure. However, a feed pump is required for the introduction under pressure of the gas mixture to be separated and this is associated with a considerable expenditure of energy, in particular at high throughputs - such as 400,000 m 3 / h required for thermal power plants. The present invention avoids the use of an external feed pump for the mixed gas, wherein the centrifugally generated pressure is used to convey the gas through the device. This greatly improves the gas centrifuge's performance, while simplifying the design of the device.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. An embodiment of the device according to the invention is shown in the drawing and will be explained in more detail below.

Es zeigt:It shows:

1 Längsschnitt durch die Zentrifuge 1 Longitudinal section through the centrifuge

Aufgrund der Figuren wird die Funktion näher erläutert.Due to the figures, the function is explained in detail.

Die erfindungsgemäße Zentrifuge weist einen Rotor 1 mit vertikaler Drehachse 2 auf, der mit den Abstandsröhren 3, 4 und Muttern 5, 6 sowie Scheiben 7, 8 darauf befestigt ist. Auf der oberen Abdeckung 9 des Rotors 1 ist der Innenzylinder des elektrischen Synchronmotors 10 mit den Schrauben 11, bestehend aus weichmagnetischem Stahl, befestigt, wobei die Permanentmagneten 12 mittels der Schrauben 13 darauf plaziert sind. Die elektrische Antriebskraft entstanden durch das Interreagieren der Permanentmagnete 12 mit dem drehenden Magnetfeld erzeugt vom Stator 14, bestehend aus verlustarmen Eisenblechen und versehen mit der elektrische Wicklung 15 wirkt so unmittelbar auf den Rotor 1 der Zentrifuge. Der Stator 14 ist luftdicht getrennt vom Inneren der Zentrifuge durch einen isolierenden Zylinder 16, welcher vergossen ist mit den Nutten des Stator 14, dergestalt, daß ein Teil des Luftspalts zwischen dem Stator 14 und den Permanentmagneten 12 von diesem Zylinder eingenommen wird, welcher mit den Schrauben 17 an dem Motorgehäuse 18 befestigt ist. Der Synchron-Motor besitzt auch einen Käfig – nicht dargestellt in der Zeichnung – in seinem Rotor, welcher das Anlaufverhalten verbessern sollte. Zwischen dem isolierendem Zylinder 16, dem Stator mit der Wicklung 15 und dem Motorgehäuse 18 existierten zwei toroidale Räume, welche von Kühlluft 19 getrieben von einem externem Ventilator ohne Darstellung auf der Zeichnung umspült werden und so die Motorkühlung bewerkstelligen. Der obere Schild 20 des Motorgehäuses ist abnehmbar und mit Schrauben 21 auf dem Motorgehäuse 14 befestigt. Das Gehäuse der Zentrifuge besteht aus dem zylindrischen Sammelbehälter 22 für das separierte Gas 23, dem oberen Deckel 24 und dem unteren Deckel 25, welche mit den Schrauben 26 aneinander befestigt sind. Am unteren Teil des Sammelbehälters 22 ist das Abführungsrohr 27 für das separierte Gas 23 angebracht, welches mittels eines regelbares Ventil 28 der Anwendung zugeführt wird. Zwischen dem Ventil 28 und der Anwendung ist ein Sensor 29 für die Messung der Konzentration und ein Sensor 30 für die Durchflußmessung des separierten Gases 23 plaziert. Die vertikale Drehachse 2 endet in zwei Zonen „a” oben und „b” unten mit vermindertem Durchmesser, welche in den Hochgeschwindigkeitslager 31, 32 stecken, welche die axiale und seitliche Position des Rotors 1 bestimmen. Dadurch, daß sie eine Bohrung mit kleinem Durchmesser haben können, können sie für die Aufnahme der auftretenden Axial- und Radialkräfte korrekt dimensioniert werden und taugen für ausreichend hoher Drehzahl von z. B. bis zu 70.000 Umdrehungen pro Minute. Der Außenring der Hochgeschwindigkeitslager 31, 32 stecken in den Aussparungen „c” oben und „d” unten der oberen Einlaßkammer 33 und unteren Ablaßkammer 34 der Zentrifuge, welche respektive an dem oberen Schild 20 des Motorgehäuses 18 und an dem unterem Deckel 25 des Gehäuses der Zentrifuge mittels Schrauben 35, 36 angeflanscht sind. Das Gasgemisch 37 gelangt durch das Ventil 39, Durchflußmesser 40 und Einlaßstutzen 41 in die Einlaßkammer 33 wovon es durch den Innenzylinder des elektrischen Synchronmotors 10 der hohl ist und den Durchbrüchen 42 im oberen Deckel 9 der Zentrifuge im zentralen Bereich des Rotors 1. Durch die Zentrifugalkraft entstanden bei der Rotation des Rotors 1 wird das Gasgemisch aus dem zentralen Bereich des Rotors 1 an die Wände des inneren Zylinders 43 gedruckt und fließt relativ langsam dank des erheblich vergrößertem Durchmessers axial nach unten bis es durch den Teiler 44 in ein an der schweren Komponente angereichertes Gas 45 und ein an der schweren Komponente verarmtes Gas 46 geteilt. Die jeweiligen Komponenten 45 und 46 gelangen nun durch zahlreiche schräge Bohrungen 47 und 48 die gleichmäßig an dem verdicktem Ende „e” des Zylinders 43 abwechselnd verteilt sind in den Raum entstanden zwischen dem Zylinder 43 und dem nächsten konzentrischen Zylinder 50 dergestalt, daß bedingt durch das Vorhandensein des weiteren Teilers 49, die schwere Komponente 45 auf die Innenseite des nächsten Zylinders 47 geleitet wird, während die leichte Komponente 46 auf die Außenseite des Zylinders 43 geleitet wird. Das Gas fließt nun nach oben entlang des Zylinders 47 in zwei konzentrischen Zonen mit unterschiedlichen Konzentration an der schweren Komponente und der Prozeß der Separierung der schweren Komponente wird fortgesetzt. Durch die Anwendung von zahlreichen schrägen Bohrungen 47, 48 abwechselnd und in kleinem Abstand voneinander plaziert sind, sind die zwei konzentrischen Gaszonen nach Verlassen der Zone um den weiteren Teiler 49 strömungsmässig beruhigt und fließen ohne Verwirbelungen nebeneinander. Dies erhöht erheblich die Wirksamkeit des Separationsprozesses in Vergleich mit früheren Patentanmeldungen wie P 10 2009 022 701.6. Der Prozeß der Separierung wird so weiter geführt während das Gas alle konzentrischen Zylinder 43, 50, 51, 52, 53 durchläuft, welche mit ähnlichen Teilern wie 44 und 49 ausgestattet sind. Im peripheren Bereich um die Rotorhülle 54 ist eine starke Konzentration der schweren Gaskomponente 55 unmittelbar auf der Innenfläche der Rotorhülle 54 und eine ebenso starke Konzentration vom verarmten Gas 56 um die Außenfläche des letzten Zylinders 53 vorhanden. Durch die von der o. a. Patentanmeldung bereits bekannten Aussparungen 57 mit den Kanälen 58 gelangt nur die separierte schwere Gaskomponente 55 in den Sammelbehälter 22. Der innere Teil des Rotors 1 ist durch radiale Trennwände 84 die vom Abstandsrohr 4 bis zur Rotorhülle 54 sich erstrecken in Sektoren geteilt, die eine Rotation des Gases mit dem Rotor 1 erzwingen.The centrifuge according to the invention has a rotor 1 with vertical axis of rotation 2 on that with the distance tubes 3 . 4 and nuts 5 . 6 as well as slices 7 . 8th attached to it. On the top cover 9 of the rotor 1 is the inner cylinder of the electric synchronous motor 10 with the screws 11 consisting of soft magnetic steel, fixed, with the permanent magnets 12 by means of screws 13 placed on it. The electrical driving force was created by the interreacting of the permanent magnets 12 with the rotating magnetic field generated by the stator 14 , consisting of low-loss iron sheets and provided with the electrical winding 15 acts so directly on the rotor 1 the centrifuge. The stator 14 is hermetically separated from the interior of the centrifuge by an insulating cylinder 16 which is shed with the hookers of the stator 14 in that a part of the air gap between the stator 14 and the permanent magnet 12 is taken by this cylinder, which with the screws 17 on the motor housing 18 is attached. The synchronous motor also has a cage - not shown in the drawing - in its rotor, which should improve the startup behavior. Between the insulating cylinder 16 , the stator with the winding 15 and the motor housing 18 There existed two toroidal spaces, those of cooling air 19 driven by an external fan without representation on the drawing are lapped and so accomplish the engine cooling. The upper shield 20 The motor housing is removable and with screws 21 on the motor housing 14 attached. The housing of the centrifuge consists of the cylindrical collecting container 22 for the separated gas 23 , the upper lid 24 and the lower lid 25 which with the screws 26 attached to each other. At the bottom of the collection container 22 is the exhaust pipe 27 for the separated gas 23 attached, which by means of a controllable valve 28 the application is supplied. Between the valve 28 and the application is a sensor 29 for measuring the concentration and a sensor 30 for the flow measurement of the separated gas 23 placed. The vertical axis of rotation 2 ends in two zones "a" at the top and "b" at the bottom with reduced diameter, which are in the high-speed bearings 31 . 32 stuck, showing the axial and lateral position of the rotor 1 determine. The fact that they can have a hole with a small diameter, they can be correctly dimensioned for receiving the axial and radial forces occurring and are suitable for sufficiently high speed of z. B. up to 70,000 revolutions per minute. The outer ring of high speed bearings 31 . 32 stuck in the recesses "c" above and "d" below the upper inlet chamber 33 and lower drain chamber 34 the centrifuge, which respectively on the upper plate 20 of the motor housing 18 and on the lower lid 25 the housing of the centrifuge by means of screws 35 . 36 are flanged. The gas mixture 37 passes through the valve 39 , Flow meter 40 and inlet pipe 41 in the inlet chamber 33 what about it through the inner cylinder of the electric synchronous motor 10 which is hollow and the breakthroughs 42 in the upper lid 9 the centrifuge in the central area of the rotor 1 , Due to the centrifugal force developed during the rotation of the rotor 1 the gas mixture is removed from the central area of the rotor 1 to the walls of the inner cylinder 43 printed and flows relatively slowly thanks to the significantly increased diameter axially down until it passes through the divider 44 into a gas enriched in the heavy component 45 and a gas depleted in the heavy component 46 divided. The respective components 45 and 46 Now pass through numerous oblique holes 47 and 48 the even at the thickened end "e" of the cylinder 43 alternately distributed are created in the space between the cylinder 43 and the next concentric cylinder 50 such that due to the presence of the further divider 49 , the heavy component 45 on the inside of the next cylinder 47 is passed while the light component 46 on the outside of the cylinder 43 is directed. The gas now flows upwards along the cylinder 47 in two concentric zones with different concentration of the heavy component and the process of separation of the heavy component is continued. Through the use of numerous oblique holes 47 . 48 are placed alternately and at a small distance from each other, the two concentric gas zones after leaving the zone to the other divisor 49 flow calm and flow side by side without turbulence. This significantly increases the effectiveness of the separation process in comparison with previous patent applications such as P 10 2009 022 701.6. The process of separation is thus continued while the gas is all concentric cylinders 43 . 50 . 51 . 52 . 53 goes through, which with similar dividers like 44 and 49 are equipped. In the peripheral area around the rotor shell 54 is a strong concentration of the heavy gas component 55 directly on the inner surface of the rotor shell 54 and an equally strong concentration of depleted gas 56 around the outer surface of the last cylinder 53 available. By the already known from the above patent application recesses 57 with the channels 58 only the separated heavy gas component passes 55 in the Clippings 22 , The inner part of the rotor 1 is through radial partitions 84 the from the distance pipe 4 up to the rotor shell 54 extend into sectors that share a rotation of the gas with the rotor 1 force.

Das Gehäuse dessen oberen Teil der Sammelbehälter 22 ist, ist durch einen Ring 85 vom unteren Teil, welcher die Ablaßkammer 34 bildet, getrennt, wobei der Abstand zwischen der Innenfläche des Rings 85 und der Außenfläche des Rotors 1 sehr klein ist, so daß dieser Spalt eine vereinfachte Labyrinthdichtung bildet, dergestalt, daß das Gas nur sehr schwer dadurch fließen kann, wobei die separierte Gaskomponente 23 aus dem Rotor 1 durch die Kanäle 58 in den Sammelbehälter 22 strömt, unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft aber auch durch einen Sogeffekt verursacht von einem dynamischen Unterdruck entstanden auf der Außenfläche des Rotors 1 durch die schnelle Drehung, so daß unterhalb des Pegels „H” keine schwere Gaskomponente sich im äußeren unteren Bereich des Rotors 1 mehr befindet, wobei die darin verbliebene leichte Gaskomponente durch große seitliche Durchbrüche (88) aus dem Rotor 1 herausströmt und zwar nicht nur unter dem Einfluß des zentrifugal erzeugten Drucks, sondern auch durch den Sog verursacht von einem dynamischen Unterdruck entstanden auf der Außenfläche des Rotors 1 durch die schnelle Rotation im Bereich der nahe gelegenen Wand der Ablaßkammer 34.The housing whose upper part of the collection container 22 is is through a ring 85 from the lower part, which is the discharge chamber 34 forms, separated, with the distance between the inner surface of the ring 85 and the outer surface of the rotor 1 is very small, so that this gap forms a simplified labyrinth seal, such that the gas is very difficult to flow through, the separated gas component 23 from the rotor 1 through the channels 58 in the collection container 22 flows under the influence of centrifugal force but also by a suction effect caused by a dynamic negative pressure developed on the outer surface of the rotor 1 by the fast rotation, so that below the level "H" no heavy gas component in the outer lower portion of the rotor 1 more, wherein the light gas component remaining therein by large lateral openings ( 88 ) from the rotor 1 flows out, not only under the influence of the centrifugally generated pressure, but also by the suction caused by a dynamic negative pressure created on the outer surface of the rotor 1 by the rapid rotation in the area of the nearby wall of the discharge chamber 34 ,

Der Ring 85 weist zwei zylinderförmige Aussparungen 86, 87 auf, welche mit dem engen Spalt zwischen dem Ring 85 und Rotor 1 kommunizieren und wobei der ringförmige Kanal 86 mittels Leitung 92 durch die Pumpe 97 und Ventil 98 an den Stutzen 99 angeschlossen ist, welcher die Verbindung zum Sammelbehälter 22 herstellt, so daß die Pumpe 97 – mit geringfügigem Durchsatz – gesteuert von zwei Drucksensoren 101, 102 – ohne Darstellung – plaziert im Sammelbehälter 22 und in der zylinderförmigen Aussparung 86 einen Druckausgleich im oberen Teil des engen Spaltes um den Ring 85 schafft, welcher das Gasfließen wirksam verhindert und so die Abdichtung des Sammelbehälters 22 nach unten gewährleistet. Der ringförmige Kanal 87 welcher mittels Leitung 93 durch die Pumpe 94 und Ventil 95 an den Stutzen 96 angeschlossen ist, welcher die Verbindung zur Ablaßkammer 34 herstellt, so daß die Pumpe 94 – mit geringfügigem Durchsatz – gesteuert von zwei Drucksensoren 103, 104 – ohne Darstellung – plaziert in der Ablaßkammer 34 und in der zylinderförmigen Aussparung 87 einen Druckausgleich im unteren Teil des engen Spaltes um den Ring 85 schafft, welcher das Gasfließen wirksam verhindert und so die Abdichtung des Ablaßkammer 34 nach oben gewährleistet.The ring 85 has two cylindrical recesses 86 . 87 on, which with the narrow gap between the ring 85 and rotor 1 communicate and being the annular channel 86 by line 92 through the pump 97 and valve 98 to the neck 99 is connected, which the connection to the sump 22 produces, so that the pump 97 - with low throughput - controlled by two pressure sensors 101 . 102 - without representation - placed in the collection container 22 and in the cylindrical recess 86 a pressure equalization in the upper part of the narrow gap around the ring 85 creates, which effectively prevents the gas flow and thus the sealing of the collecting container 22 guaranteed down. The annular channel 87 which by line 93 through the pump 94 and valve 95 to the neck 96 connected, which is the connection to the discharge chamber 34 produces, so that the pump 94 - with low throughput - controlled by two pressure sensors 103 . 104 - without representation - placed in the discharge chamber 34 and in the cylindrical recess 87 a pressure equalization in the lower part of the narrow gap around the ring 85 creates, which effectively prevents the gas flow and so the sealing of the discharge chamber 34 guaranteed upwards.

Eine zusätzliche Versteifung des Rotors 1 ist durch die Anwendung der Abstandshalter 68, 69 befestigt mit den Schrauben 11 und 70 an den jeweiligen Deckeln 9 und 62 des Rotors 1 erreicht.An additional stiffening of the rotor 1 is through the application of the spacers 68 . 69 fastened with the screws 11 and 70 on the respective lids 9 and 62 of the rotor 1 reached.

An der Wand der Ablaßkammer 34 im Bereich nahe den Durchbrüchen 88 im Rotor 1, wodurch die leichte Gaskomponente – oder Restgas – herausströmt, ist ein Ableiter 89 versehen mit radialen Plättchen – ohne Darstellung – in der Art der Schaufeln einer Turbine jedoch fest verbunden mit der Wand der Ablaßkammer 34 plaziert, welcher sowohl eine Umlenkung des Gasstromes radial – spitzer Winken zum Rotor 1 der sich dann abrundet bis zum etwa 90° Winkel zur Wand – als auch eine Ablenkung nach unten zur Ablaßkammer 34 bewirkt, jedoch mit geringen Verlusten durch stets vorhandene Laminarströmung, wodurch der dynamisch erzeugte Unterdruck an der Außenfläche des Rotors 1 im Bereich der Durchbrüche 88 wesentlich verstärkt wird und zur Erhöhung des Staudruckes in der Ablaßkammer 34 führt, wovon die leichte Gaskomponente durch den Stutzen 65, Ventil 66 und Konzentrationssensor 67 der Anwendung zugeführt wird. Diese Maßnahmen und das Fehlen eines Mantels um den Rotor, 1 wie bei der Hauptpatentanmeldung der Fall ist, führt dazu, daß ausreichende Differenzdrucke zwischen dem angesaugten Gasgemisch 37 und dem Sammelbehälter 22 sowie zwischen dem angesaugten Gasgemisch 37 und der Ablaßkammer 34 herrscht, so daß keine externe Förderpumpe für das Gasgemisch benötigt wird. Dies spart bis zu 30% der notwendigen elektrischen Leistung, die für die Zentrifugation insgesamt benötigt wird und verbessert somit die Leistungsbilanz erheblich.On the wall of the drainage chamber 34 in the area near the breakthroughs 88 in the rotor 1 , whereby the light gas component - or residual gas - flows out, is an arrester 89 provided with radial plates - without representation - in the nature of the blades of a turbine but firmly connected to the wall of the discharge chamber 34 placed, which both a deflection of the gas flow radial - pointed waving to the rotor 1 which then rounds off to about 90 ° angle to the wall - as well as a deflection down to the discharge chamber 34 causes, but with low losses by always existing laminar flow, whereby the dynamically generated negative pressure on the outer surface of the rotor 1 in the field of breakthroughs 88 is significantly increased and to increase the back pressure in the discharge chamber 34 what leads the light gas component through the neck 65 , Valve 66 and concentration sensor 67 the application is supplied. These measures and the absence of a jacket around the rotor, 1 As in the main patent application, the case results in that sufficient differential pressure between the aspirated gas mixture 37 and the collection container 22 and between the sucked gas mixture 37 and the discharge chamber 34 prevails, so that no external feed pump for the gas mixture is needed. This saves up to 30% of the electrical power required to complete the centrifugation and thus significantly improves the power balance.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 8807684 U1 [0003]
US 4292051 A [0004]

Claims

Gas centrifuge without external gas feed pump for gas supply, wherein 1) the stator of a synchronous motor ( 20 ) in sealed design directly on the upper lid ( 24 ) of the centrifuge housing is flanged, wherein the rotor ( 10 ) of the same synchronous motor directly on the top cover ( 9 ) of the rotor ( 1 ) and wherein the centering of the components of the synchronous motor is ensured by the Achslagerung the centrifuge according to the invention; 2) and that the axis of rotation ( 2 ) of two high-speed bearings without sealing - thus reduced friction losses - is kept centric, these high-speed bearings ( 31 . 32 ) in each of a housing recess "c" and "d" stuck, which have no connection to the outside, whereby axle seals are saved 3) and that only one internal seal between the collecting container ( 22 ) and the inlet chamber ( 33 ) is used, wherein in the toroidal chamber ( 71 ) originated between the horizontal extension ( 72 ) of the upper lid ( 9 ) and the outer shell ( 73 ), consisting of two halves for mounting, fastened with screws ( 74 ) on the small cylinder ( 75 ) in solidarity with the upper lid ( 9 ) a liquid ( 77 ), wherein also the lower shell ( 76 ) and wherein during the rotation of the rotor ( 1 ) this liquid ( 77 ) on the side walls of the outer shell ( 73 ) and completely surrounds the lower shell ( 76 ) and the horizontal extension ( 72 ), such that the gas does not flow between the inlet chamber ( 33 ) and the collecting container ( 22 ), whereby when the pressure in the collecting container ( 22 ) greater than the pressure in the inlet chamber ( 33 ) is - which is quite normal - only the liquid slightly upwards on the sloping wall of the outer shell ( 73 ) and only to the extent that the increase in the centrifugal force of this portion of the liquid ( 77 ) compensates for the overpressure and in that the density of the liquid used ( 77 ) is much higher than the gas density significant centrifugal forces in the liquid ( 77 ), which is suitable for the compensation of pressure differences of several bar and in that the distances between the rotating parts ( 72 ) 73 ) and ( 76 ) is several millimeters, the friction in the liquid ( 77 ) is relatively small and the friction losses are relatively low 4) and that the selective diversion of the respective gas components ( 45 ) - difficult - and ( 46 ) - easily - is achieved by the gas through the divider ( 44 ) into a gas enriched in the heavy component ( 45 ) and a gas depleted in the heavy component ( 46 ) and that these now by numerous oblique holes ( 47 ) and ( 48 ) evenly at the thickened end "e" of the cylinder ( 43 ) are alternately distributed in the space created between the cylinder ( 43 ) and the next concentric cylinder ( 50 ), in such a way that due to the presence of the further divider ( 49 ), the heavy component ( 45 ) on the inside of the next cylinder ( 47 ), while the light component ( 46 ) on the outside of the cylinder ( 43 ), the gas now being directed upwards along the cylinder ( 47 ) flows in two concentric zones with different concentrations of the heavy component and the process of separation of the heavy component is continued and whereby by the use of numerous oblique holes ( 47 ) 48 ) which are placed alternately and at a small distance from each other, the two concentric gas zones after leaving the zone around the further divisor ( 49 ) flow-moderated and flow without turbulence side by side characterized in that 5) the housing whose upper part of the collecting container ( 22 ) is, through a ring ( 85 ) from the lower part, which the Ablaßkammer ( 34 ), wherein the distance between the inner surface of the ring ( 85 ) and the outer surface of the rotor ( 1 ) is very small, so that this gap forms a simplified labyrinth seal, such that the gas is very difficult to flow therethrough, whereby the separated gas component ( 23 ) out of the rotor ( 1 ) through the channels ( 58 ) in the collecting container ( 22 ) flows under the influence of centrifugal force but also by a suction effect caused by a dynamic negative pressure on the outer surface of the rotor ( 1 ) by the fast rotation, so that below the level "H" no heavy gas component in the outer lower portion of the rotor ( 1 ), wherein the light gas component remaining therein is replaced by large lateral breakthroughs ( 88 ) out of the rotor ( 1 ) flows out not only under the influence of the centrifugally generated pressure, but also by the suction caused by a dynamic negative pressure on the outer surface of the rotor ( 1 ) by the rapid rotation in the region of the nearby wall of the discharge chamber ( 34 ).

Centrifuge according to claim 1, characterized in that the ring ( 85 ) two cylindrical recesses ( 86 ) 87 ), which with the narrow gap between the ring ( 85 ) and rotor ( 1 ) and the annular channel ( 86 ) by means of line ( 92 ) through the pump ( 97 ) and valve ( 98 ) on the neck ( 99 ) connected to the collecting container ( 22 ), so that the pump ( 97 ) - with low throughput - controlled by two pressure sensors ( 101 ) 102 ) - without representation - placed in the collecting container ( 22 ) and in the cylindrical recess ( 86 ) a pressure equalization in the upper part of the narrow gap around the ring ( 85 ) which makes gas flow effective prevents and thus the sealing of the collecting container ( 22 ) downwards; 2) Wherein the annular channel ( 87 ) by means of line ( 93 ) through the pump ( 94 ) and valve ( 95 ) on the neck ( 96 ), which connects to the drain chamber ( 34 ), so that the pump ( 94 ) - with low throughput - controlled by two pressure sensors ( 103 ) 104 ) - without representation - placed in the discharge chamber ( 34 ) and in the cylindrical recess ( 87 ) a pressure equalization in the lower part of the narrow gap around the ring ( 85 ), which effectively prevents the gas flow and thus the sealing of the discharge chamber ( 34 ) upwards;

Centrifuge according to claim 1 and 2, characterized in that on the wall of the discharge chamber ( 34 ) in the area near the breakthroughs ( 88 ) in the rotor ( 1 ), whereby the light gas component - or residual gas - flows out, an arrester ( 89 ) provided with radial plates - without representation - in the nature of the blades of a turbine but firmly connected to the wall of the discharge chamber ( 34 ), which is both a deflection of the gas flow radially - pointed waving to the rotor ( 1 ) which then rounds off to about 90 ° angle to the wall - as well as down to the discharge chamber ( 34 ), but with low losses due to the presence of laminar flow, whereby the dynamically generated negative pressure on the outer surface of the rotor ( 1 ) in the area of breakthroughs ( 88 ) is substantially increased and to increase the back pressure in the discharge chamber ( 34 ), of which the light gas component through the nozzle ( 65 ), Valve ( 66 ) and concentration sensor ( 67 ) is supplied to the application.