DE102012106369A1

DE102012106369A1 - Partikeltrennvorrichtung

Info

Publication number: DE102012106369A1
Application number: DE102012106369A
Authority: DE
Inventors: Serge PESETSKY; Chad J. Caparros; Chuan Hui Fang
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2012-05-31
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2013-12-05
Also published as: CN103447174A; CN103447174B; GB2533526A; DE102012106368A1; GB2533526B; GB2502640B; GB2502640A; US9302276B2; GB201212593D0; US20130319918A1

Abstract

Eine Partikeltrennvorrichtung hat ein Partikeltrennelement mit einer Mehrzahl von konischen Hohlräumen, die jeweils ein schmales offenes Ende und ein breites offenes aufweisen, zum Trennen von Partikeln aus einer unreinen Flüssigkeit; ein Fluidverteilungselement zum Verteilen der Flüssigkeit an die Hohlräume; ein Partikelauffangelement zum Auffangen von Partikeln; und ein Fluidleitelement zum Leiten gereinigter Flüssigkeit von dem Partikeltrennelement zu einem Auslass der Vorrichtung. Das Partikelauffangelement hat eine Kammer und einen Magnet zum Halten von Partikeln in der Kammer. Ein Wirbelfinder ist in jedem der Hohlräume angeordnet. Der Wirbelfinder hat einen Schürzenbereich und ein distales Ende, das eine reduzierte Wanddicke aufweist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Partikeltrennvorrichtung und insbesondere eine Partikeltrennvorrichtung für ein Wassersystem wie eine Haushaltswasserversorgungsystem oder für ein Zentralheizungssystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Der Einsatz von Zyklon-Trennvorrichtungen in der Industrie ist weit verbreitet, zum Beispiel in Ölraffinerien zum Trennen von Ölen und Gasen. In Schwimmbecken werden sie unter Anwendung einer Wirbel-Trennung zum Abscheiden von Partikeln aus Wasser eingesetzt.
Auf dem Markt sind einige wenige Kleinpartikeltrennvorrichtungen erhältlich. Schmutz, Ablagerungen wie Fe₂O₃ und Fe₃O₄ und Schlamm, die in Zentralheizungssystemen bereits vorhanden sind, sowie Ablagerungen aus dem Wärmeaustauch führen zu einem Ausfall eines Heizkesselsystems und insbesondere der Pumpe.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer neuen Kleinpartikeltrennvorrichtung für ein Wassersystem wie ein Haushaltswasserversorgungssystem oder für ein Zentralheizungssystem.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Partikeltrennvorrichtung angegeben, umfassend: ein Partikeltrennelement, das für das Trennen von Partikeln aus einer unreinen Flüssigkeit konfiguriert ist; wobei das Partikeltrennelement eine Mehrzahl von Hohlräumen mit jeweils einem schmalen offenen Ende, einem breiten offenen Ende und mit einem konischen Bereich zwischen dem schmalen und dem breiten offenen Ende umfasst; ein Fluidverteilungselement, das für das Verteilen der Flüssigkeit in die Hohlräume konfiguriert ist; ein Partikelauffangelement, das mit den schmalen offenen Enden der Hohlräume des Partikeltrennelements in Verbindung steht und für das Auffangen von Partikeln, die von der Flüssigkeit getrennt wurden, konfiguriert ist; ein Fluidleitelement, das für das Leiten der Flüssigkeit von dem Partikeltrennelement zu einem Auslass der Vorrichtung konfiguriert ist; und einen Wirbelfinder, der zwischen dem breiten offenen Ende jedes der Hohlräume des Partikeltrennelements und dem Fluidleitelement angeordnet ist; wobei jeder Wirbelfinder einen zylindrischen Körper mit einem die Hohlräume mit dem Fluidleitelement in Verbindung setzenden zentralen Durchlass, einen Schürzenbereich und ein zu dem Schürzenbereich benachbartes distales Ende mit reduzierter Wanddicke hat, wobei der Schürzenbereich an dem breiten offenen Ende des entsprechenden Hohlraums liegt.
Vorzugsweise umfasst das breite offene Ende jedes der Hohlräume ferner einen zylindrischen Verlängerungsbereich, der sich in einer von dem schmalen offenen Ende wegführenden Richtung erstreckt, wobei der Schürzenbereich in dem zylindrischen Verlängerungsbereich des entsprechenden Hohlraums liegt.
Vorzugsweise hat das distale Ende des Wirbelfinders eine geneigte Innenfläche.
Vorzugsweise sind Drucksensoren jeweils in den Partikeltrennelementen und in dem Fluidleitelement angeordnet, und ein pH-Sensor ist in dem Fluidleitelement angeordnet.
Vorzugsweise liegt ein Eintrittskanal außerhalb der Kammer des Partikelauffangelements, und das Partikeltrennelement ist integral mit einer Mehrzahl von Leerräumen und zwischen den Leerräumen gebildeten Wänden ausgebildet, wobei die Leerräume jeweils als Hohlräume und Eintrittskanal genutzt werden.
Vorzugsweise sind das Partikeitrennelement, das Fluidleitelement und das Partikelauffangelement aus transparenten oder durchscheinenden Materialien hergestellt.
Vorzugsweise sind die Materialien wärmestabile Kunststoffe.
Vorzugsweise sind die Oberflächen der Materialien zum Leiten von Flüssigkeit mit Polymeren modifiziert, die aus der Gruppe der fluordecylischen polyedrischen oligomeren Silsesquioxane ausgewählten werden.
Vorzugsweise sind die Kunststoffe mit Mica-Partikeln, Glasfasern oder Mikro- und Nanocarbonfasern verstärkt.
Vorzugsweise ist mindestens ein Permanentmagnet an dem Partikeltrennelement befestigt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels erläutert, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
1 ist eine Schnittansicht einer Partikeltrennvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt die Partikeltrennvorrichtung von 1 in Draufsicht;
3 zeigt die Partikeltrennvorrichtung von 1, wobei ein Fluidleitelement und ein Fluidverteilungselement entfernt wurden;
4 zeigt das Fluidverteilungselement der Partikeltrennvorrichtung von 1;
5 zeigt einen Wirbelfinder der Partikeltrennvorrichtung von 1; und
6 ist eine Schnittansicht des Wirbelfinders von 5.
DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1 bis 4 zeigen eine Partikeltrennvorrichtung 8 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Partikeltrennvorrichtung umfasst ein Partikeltrennelement 10, das für das Trennen von Partikeln aus einer unreinen Flüssigkeit konfiguriert ist, ein Partikelauffangelement 30, das mit dem Partikeltrennelement 10 in Verbindung steht und konfiguriert ist für das Auffangen von Partikeln, die durch das Partikeltrennelement 10 von der Flüssigkeit getrennt wurden, und ein Fluidleitelement 50, das mit dem Partikeltrennelement 10 in Verbindung steht und konfiguriert ist zum Leiten gereinigter Flüssigkeit aus dem Partikeltrennelement 10 zu einem Auslass 54 der Vorrichtung. Die Flüssigkeit strömt in einer durch die Pfeile von 1 angegebenen Richtung.
Das Partikeltrennelement 10 hat eine Mehrzahl von Hohlräumen 12, deren jeder ein breites offenes Ende 14 und ein schmales offenes Ende 16 hat. Ein konischer Bereich ist zwischen dem breiten und dem schmalen offenen Ende 14, 16 gebildet. Vorzugsweise hat das breite offene Ende 14 ferner einen zylindrischen Verlängerungsbereich 18, der sich von dem schmalen offenen Ende 16 weg erstreckt.
Das Partikeltrennelement 10 hat ferner einen Eintrittskanal 20 für die Aufnahme unreiner Flüssigkeit und ein Fluidverteilungselement 70, das für die Verteilung der unreinen Flüssigkeit an das Partikeltrennelement 10 konfiguriert ist. Vorzugsweise liegt der Eintrittskanal 20 außerhalb des Partikelauffangelements 30. In dieser Ausführungsform ist der Eintrittskanal 20 L-förmig und umfasst einen Einlassabschnitt 22, der sich in einer radialen Richtung des Partikeltrennelements 10 erstreckt, und einen Auslassabschnitt 24, der sich in einer axialen Richtung des Partikeltrennelements 10 erstreckt. Der Einlassabschnitt 22 liegt nahe an dem Partikelauffangelement 30. Das distale Ende 26 des Auslassabschnitts 24 hat eine konische Form, deren Durchmesser in einer von dem Einlassabschnitt 22 wegführenden Richtung allmählich zunimmt.
3 zeigt die Partikeltrennvorrichtung, von der das Fluidleitelement und das Fluidverteilungselement entfernt wurden, um die Hohlräume des Partikeltrennelements 10 deutlicher darzustellen. Die Hohlräume 12 umgeben den Auslassabschnitt 24 des Eintrittskanals 20. Vorzugsweise ist das Partikeltrennelement 10 als integrales einzelnes Spritzgussteil mit einer Mehrzahl von Leerräumen und Wänden zwischen den Leerräumen ausgebildet. Die Leerräume werden jeweils als Hohlräume 12 und Eintrittskanal 20 verwendet. Das einteilig ausgebildete Partikeltrennelement 10 verfügt über eine gute Festigkeit, wodurch Vibrationen reduziert werden, wenn die Flüssigkeit das Partikeltrennelement 10 durchströmt. Um aufgrund einer Materialschrumpfung während der Formung eine unterschiedliche Deformation in unterschiedlichen Bereichen zu vermeiden, können Bereiche der zwischen den Hohlräumen 12 und dem Eintrittskanal 20 gebildeten Wände abgetragen werden, um die Dicke der Wände zu reduzieren.
4 ist eine Innenansicht des Fluidverteilungselements 70 und zeigt eine Mehrzahl von Verteilungskanälen 72 mit jeweils einem Anfangsabschnitt 74, der mit dem konischen distalen Ende 26 des Eintrittskanals 20 verbunden ist, einem zylindrischen distalen Abschnitt 76, der mit dem Verlängerungsbereich 18 des entsprechenden Hohlraums 12 verbunden ist, und einem Übergangsabschnitt 78, der zwischen den Anfangsabschnitt 74 und den distalen Abschnitt 76 geschaltet ist. Der Übergangsabschnitt 78 schließt sich in einer tangentialen Richtung des zylindrischen distalen Abschnitts 76 an den zylindrischen distalen Abschnitt 76 an. Vorzugsweise ist die dem Partikeltrennelement 10 zugewandte Bodenfläche des Übergangsabschnitts 78 gewölbt, um den Widerstand der durch das Fluidverteilungselement 70 strömenden Flüssigkeit zu reduzieren. Das Fluidverteilungselement 70 hat ferner eine Leitstruktur. Die Leitstruktur umfasst einen Vorsprung 71, der zwischen dem Anfangsabschnitt 74 der Verteilungskanäle 72 liegt. Der Vorsprung 71 hat eine gekrümmte Fläche, die dem konischen distalen Ende 26 des Eintrittskanals 20 zugewandt ist.
Es wird auf die 1, 5 und 6 Bezug genommen. Ein Wirbelfinder 80 ist an einem Anschluss zwischen jedem Hohlraum 12 und der Kammer 52 des Fluidleitelements 50 angeordnet. Jeder Wirbelfinder 80 hat einen zylindrischen Körper 81, einen Schürzenbereich 82, dessen Außendurchmesser in einer von dem Fluidleitelement 50 wegführenden Richtung allmählich zunimmt, und einen zentralen Durchlass 83, der einen Weg für das Passieren der Flüssigkeit von dem Hohlraum 12 in die Kammer 52 bildet. Der Wirbelfinder hat ein distales Ende 84, das eine reduzierte Wanddicke hat und das sich von dem Ende der Schürze 82 in einer von dem Fluidleitelement 50 wegführenden Richtung erstreckt. Die Wanddicke des distalen Endes 84 ist kleiner als die größte Dicke des Schürzenbereichs 82. Vorzugsweise ist der Außendurchmesser des distalen Endes 84 kleiner als der größte Außendurchmesser des Schürzenbereichs 82. Der Schürzenbereich 82 liegt in dem zylindrischen Verlängerungsbereich 18 des entsprechenden Hohlraums 12. Der Wirbelfinder 80 umfasst ferner einen Montagebereich 86, der an dem Fluidleitelement 50 befestigt ist.
Im Benutzungszustand wird unreine Flüssigkeit von einer Druckquelle, zum Beispiel einer Pumpe, in den Eintrittskanal 20 geleitet. Die Flüssigkeit strömt über die Verteilungskanäle 72 zu den zylindrischen Verlängerungsbereichen 18 der Hohlräume 12. Die Flüssigkeit wird in einem spiralförmigen Muster in Richtung auf die schmalen offenen Enden 16 der Hohlräume 12 gelenkt und bildet dabei einen Wirbel, der in dem Hohlraum nach unten wandert. Die Partikel werden durch Zentrifugalkraft nach außen geschleudert und rieseln dann unter dem Einfluss von Schwerkraft über die schmalen offenen Enden 16 nach unten in die Partikelauffangkammer. Wenn sich die Flüssigkeit den schmalen offenen Enden 16 nähert, ändert der Wirbel die Richtung und bewegt sich nach oben in Richtung auf und durch die Wirbelfinder und hinein in das Fluidleitelement 50. An dem Punkt, an dem der Wirbel die Richtung ändert, erreicht die Flüssigkeit einen Punkt, an dem keine Vertikalbewegung stattfindet und an dem sich die durch die Flüssigkeit mitgeführten Partikel weiter in Richtung nach unten bewegen und durch die schmalen offenen Enden 16 in die Kammer 34 des Partikelauffangelements fallen. In dieser Ausführungsform stabilisiert der zylindrische Verlängerungsbereich 18 des Hohlraums 12 die aus dem Fluidverteilungselement 20 ausströmende Flüssigkeit. Der Schürzenbereich des Wirbelfinders 82 beschleunigt den Flüssigkeitsstrom, wenn die Flüssigkeit den zylindrischen Verlängerungsbereich 18 durchströmt. Das distale Ende 84 des Wirbelfinders, das eine reduzierte Wanddicke aufweist, kann eine leichte Turbulenz erzeugen, die das Entstehen kleiner Wirbel an dem Ende des Schürzenbereichs 82 und damit eine bessere Trennung zwischen dem Wirbel nach unten und dem Wirbel nach oben ermöglicht, wodurch eine Querströmung einer Partikel mitführenden Flüssigkeit, die direkt in den zentralen Durchlass der Wirbelfinder 80 eintritt, reduziert wird. Vorzugsweise ist die Innenfläche 88 des distalen Endes 84 des Wirbelfinders 80 geneigt, um die Wanddicke des Endes des Wirbelfinders 80 noch weiter zu reduzieren.
Es wird auf 1 Bezug genommen. Das Partikelauffangelement 30 ist abgedichtet mit dem Partikeltrennelement 10 verbunden. Das Partikelauffangelement 30 hat eine geschlossene Kammer 34 für die Aufnahme von Partikeln 90 aus dem Partikeltrennelement 10. Ein Ringmagnet 32 ist an der Innenfläche der Kammer 34 befestigt, um magnetische Partikel und nichtmagnetische Partikel, die mit den magnetischen Partikeln vermischt sind, in der Kammer 34 zu halten. Vorzugsweise ist das Partikelauffangelement 30 lösbar an dem Partikeltrennelement 10 befestigt, so dass der Magnet 32 zu Reinigungszwecken entnommen werden kann. Alternativ kann der Magnet 32 lösbar an der Außenfläche der Kammer 34 befestigt sein. Der Ringmagnet 32 kann durch eine Mehrzahl von Einzelmagneten ersetzt werden. Die Kammer 34 hat einen Abfluss 36 zum Abführen der Partikel durch denselben. An dem Abfluss 36 ist ein Ventil zum Öffnen und Schließen des Abflusses 36 angeordnet.
Das Partikeltrennelement 10, das Partikelauffangelement 30, das Fluidleitelement 50 und das Fluidverteilungselement 70 sind bevorzugt aus einem transparenten oder durchscheinenden Material hergestellt, damit der Innenraum der Partikeltrennvorrichtung sichtbar ist. Dass die Partikeltrennvorrichtung transparent ist, bedeutet, dass der Zeitpunkt, an dem eine Reinigung erforderlich ist, einfach durch Augenschein erkennbar ist. In dieser Ausführungsform sind das Partikeltrennelement 10, das Partikelauffangelement 30, das Fluidleitelement 50 und das Fluidverteilungselement 70 aus einem über eine gute Wärmestabilität verfügenden Kunststoff hergestellt, zum Beispiel aus Polyurethan. Dadurch kann die Partikeltrennvorrichtung zum Filtern von heißen und kalten oder kühlen Wasser verwendet werden. Das Kunststoffmaterial ist bevorzugt mit Mica-Partikeln, Glasfasern oder Mikro- und Nanocarbonfasern verstärkt. Die Oberflächen des Materials zum Leiten von Flüssigkeit können mit Polymeren modifiziert sein, die aus der Gruppe der fluordecylischen polyedrischen oligomeren Silsesquioxane ausgewählten werden.
Alternativ können das Partikeltrennelement 10, das Partikelauffangelement 30, das Fluidleitelement 50 und das Fluidverteilungselement 70 aus Metall hergestellt sein.
Vorzugsweise können pH-Sensoren oder Drucksensoren in der Kammer 52 des Fluidleitelements 50 angeordnet sein. Drucksensoren können in dem Partikeltrennelement 10 angeordnet sein. Durch Überwachen des PH-Werts kann der allgemeine Zustand des Wassersystems beobachtet werden. Ein Druckabfall in der Partikeltrennvorrichtung zeigt den Zustand der Vorrichtung an, wobei ein zu großer Druckabfall anzeigt, dass das System verstopft ist oder eine Reinigung ansteht, während ein zu kleiner Druckabfall gegebenenfalls anzeigt, dass anderswo in dem System eine Blockade vorliegt oder sogar die Pumpe ausgefallen ist.
Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.

Claims

Partikeltrennvorrichtung, umfassend: ein Partikeltrennelement (10), das für ein Trennen von Partikeln (90) aus einer unreinen Flüssigkeit konfiguriert ist, wobei das Partikeltrennelement eine Mehrzahl von Hohlräumen (12) mit jeweils einem schmalen offenen Ende (16), einem breiten offenen Ende (14) und einem konischen Bereich zwischen dem schmalen und dem breiten Ende aufweist; ein Fluidverteilungselement (70), das konfiguriert ist für die Verteilung der Flüssigkeit in die Hohlräume (12); ein Partikelauffangelement (30), das mit den schmalen offenen Enden (16) der Hohlräume des Partikeltrennelements in Verbindung steht und konfiguriert ist für das Auffangen von Partikeln (90), die aus der Flüssigkeit abgetrennt wurden; ein Fluidleitelement (50), das konfiguriert ist für das Leiten der Flüssigkeit von dem Partikeltrennelement (10) zu einem Auslass (54) der Vorrichtung; und einen Wirbelfinder (80), der zwischen dem breiten offenen Ende (14) jedes der Hohlräume des Partikeltrennelements und dem Fluidleitelement (50) angeordnet ist; dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wirbelfinder (80) einen zylindrischen Körper (81) hat, mit einem zentralen Durchlass (83), der den entsprechenden Hohlraum (12) mit dem Fluidleitelement (50) in Verbindung setzt, einem Schürzenbereich (82) und einem distalen Ende (84), das zu dem Schürzenbereich benachbart ist und eine reduzierte Wanddicke aufweist, wobei der Schürzenbereich (82) an dem breiten offenen Ende (14) des entsprechenden Hohlraums (12) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das breite offene Ende (14) jeder der Hohlräume ferner einen zylindrischen Verlängerungsbereich (18) aufweist, der sich in einer von dem schmalen offenen Ende (16) wegführenden Richtung erstreckt, wobei der Schürzenbereich (82) in dem zylindrischen Verlängerungsbereich (18) des entsprechenden Hohlraums (12) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das distale Ende (84) des Wirbelfinders (80) eine geneigte Innenfläche (88) hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei Drucksensoren jeweils in dem Partikeltrennelement und in dem Fluidleitelement angeordnet sind und wobei ein pH-Sensor in dem Fluidleitelement angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend einen Eintrittskanal (20), der außerhalb der Kammer (34) des Partikeltrennelements (30) liegt, wobei das Partikeltrennelement integral mit einer Mehrzahl von Leerräumen und zwischen den Leerräumen gebildeten Wänden ausgebildet ist und wobei die Leerräume jeweils als Hohlräume (12) und Eintrittskanäle (20) genutzt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Partikeltrennelement (10), das Fluidleitelement (50) und das Partikelauffangelement (30) aus transparenten oder durchscheinenden Materialien hergestellt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Materialien wärmestabile Kunststoffe sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Oberflächen der Materialien zum Leiten der Flüssigkeit mit Polymeren modifiziert sind, die aus der Gruppe der fluordecylischen polyedrischen oligomeren Silsesquioxane auswählbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Kunststoffmaterialen mit Mica-Partikeln, Glasfasern oder Mikro- und Nanocarbonfasern verstärkt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend mindestens einen Permanentmagnet (32), der an dem Partikeltrennelement (30) befestigt ist.