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Die Erfindung betrifft eine kompakte Vorrichtung zur Absaugung und Reinigung von Abgasen. Üblicherweise werden solche Vorrichtungen bei den verschiedensten thermischen Füge- und Trennverfahren sowie in chemischen oder sonstigen Laboren eingesetzt, um Schadstoffe oder andere Kontaminationen in fester, flüssiger und insbesondere gasförmiger Phase aus einem entsprechenden Rohgas zu separieren. Dabei werden mindestens ein Filterelement und mindestens ein Unterdruckerzeuger, der elektrisch betrieben wird, eingesetzt. In der Regel gibt es dabei auch Möglichkeiten, um im angesaugten Rohgas enthaltene Partikel zu separieren.
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Das mit Schadstoffen versetzte Rohgas wird dabei von außen in ein Gehäuse angesaugt und darin durch mindestens ein Filterelement geführt und anschließend als Reingas an die Umgebung abgeführt. Ein Unterdruckerzeuger ist dabei üblicherweise auf der Reingasseite angeordnet und entweder direkt von außen an das Gehäuse angeflanscht oder in einem gesonderten Gehäuse angeordnet, das wiederum am das Filterelement und ggf. andere für die Schadstoffseparation ausgebildete Elemente aufnehmenden Gehäuse als gesondertes Gehäuse befestigt ist. Dadurch ist der Unterdruckerzeuger zwar gesondert geschützt. Es wird aber ein entsprechend erhöhter Bauraum für die gesamte Anlage erforderlich, was häufig nachteilig ist. Ein in einem gesonderten Gehäuse aufgenommener Unterdruckerzeuger erfordert in der Regel aber auch eine Kühlung, was insbesondere im Dauerbetrieb auftreten kann. Diese muss dann gesondert ausgeführt werden, wofür wiederum weiterer Bauraum und zusätzliche Energie erforderlich sind.
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Aus dem Rohgas separierte Partikel werden üblicherweise unter Nutzung einer reduzierten kinetischen Energie im strömenden Rohgas und der Gravitationskraft aus dem Rohgas separiert und in einer so genannten Fallkamer zwischen gelagert. In mehr oder weniger großen Zeitabständen ist eine Entleerung der Fallkammer erforderlich. Diese muss daher aus dem dafür geöffneten Gehäuse entnommen und dann wieder nach einer Entleerung darin eingeführt oder ggf. gegen eine neue Fallkammer ersetzt werden. Während dieser Zeit ist das Gehäuse entsprechend weit geöffnet, so dass zur Vermeidung von unerwünschten Beeinträchtigungen wegen einer nicht, zumindest aber nur sehr ungenügend durchgeführten Abgasreinigung, eine Betriebspause eingelegt werden muss, was insbesondere bei automatisiert betriebenen Anlagen nachteilig ist.
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Probleme ergeben sich auch, bei einer erforderlichen Separation von heißen Partikeln, Partikeln mit unterschiedlichen Volumina und Massen und chemisch reaktiven Partikeln, die ebenfalls möglichst vollständig und gefahrlos separiert werden sollten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung; Möglichkeiten für eine bauraumsparende und dabei möglichst vollständige und gefahrlose Separation von Schadstoffen, mit erhöhter Sicherheit, bei einfacherer Handhabung und möglichst reduziertem Aufwand anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisiert werden.
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Bei der erfindungsgemäßen kompakten Vorrichtung zur Absaugung und Reinigung von Abgasen ist in einem Gehäuse mindestens ein Filterelement zur Reinigung von Abgas angeordnet. Das Filterelement ist dabei von Rohgas durchströmt. Innerhalb des Gehäuses ist in einem Hohlraum, der unmittelbar an das mindestens eine Filterelement auf der Reingasseite angeordnet ist, ein Unterdruckerzeuger angeordnet. Der Unterdruckerzeuger ist im Hohlraum vom Reingas umströmt. Das Reingas wird über eine Abführleitung aus dem Hohlraum und dem Gehäuse abgeführt. Das Rohgas wird durch das mindestens eine Filterelement angesaugt. Dadurch kann das erforderliche Bauvolumen reduziert und ein Aufwand für eine zusätzliche Kühlung des Unterdruckerzeugers vermieden zumindest erheblich reduziert werden. Da üblicherweise Rohgas vertikal von unten in eine Vorrichtung eintritt und oben Reingas abgeführt wird, kann insbesondere die Bauhöhe reduziert werden. Dies ist besonders bei einer deckenhängenden Befestigung der Vorrichtung vorteilhaft.
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Unterhalb des mindestens einen Filterelements und/oder seitlich neben dem mindestens einen Filterelement ist ein eine Fallkammer bildendes Behältnis zur Aufnahme von aus dem Rohgas separierten Partikeln angeordnet sein, das über eine verschließbare Öffnung horizontal seitlich aus dem Gehäuse zur Entleerung oder einen Austausch entfernbar ist, wie dies auch beim Stand der Technik bekannt ist. Vorteilhaft ist aber zwischen der vertikal oben angeordneten Öffnung des Behältnisses und der Eintrittsöffnung für das Rohgas, die unterhalb des oder neben dem mindestens einen Filterelement(s) angeordnet ist, ein Verschließmechanismus angeordnet oder dort vorhanden. Mit dem Verschließmechanismus ist ein zumindest temporär nahezu vollständig gasdichter Versschluss des Gehäuses in Richtung auf die Öffnung des Behältnisses und die äußere Umgebung erreichbar, so dass während der Zeit der Öffnung des Gehäuses zum Entfernen und wieder Einführen eines solchen Behältnisses die Vorrichtung ohne Probleme und nachteilige Beeinflussung weiter betrieben kann.
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Ein Verschließmechanismus kann mit mindesten einer von außerhalb des Gehäuses um eine horizontal ausgerichtete Achse verschwenkbaren Klappe gebildet sein, die die Öffnung zwischen dem Gehäuseinneren und der Öffnung durch die die separierten Partikel aus dem Rohgas in das Behältnis gelangen können, temporär verschließt.
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Vorteilhaft sollte mehr als eine verschwenkbare Klappe um eine gemeinsame oder zwei parallel zueinander und in einem Abstand zueinander angeordnete Achse(n) verschwenkbar sein. So können zwei Klappen um eine mittig zwischen den aufeinander zugerichteten Stirnseiten zweier Klappen angeordnete gemeinsame Achse verschwenkt werden. Zwei Klappen können aber auch um jeweils eine eigene Achse verschwenkt werden. Die beiden Achsen können dann an den jeweils nach außen weisenden Stirnseiten der Klappen angeordnet sein.
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Ein Verschließmechanismus kann mittels eines Seilzugs und/oder eines über mehrere Gelenke verfügenden Gestänges von außen betätigbar sein. Die Betätigung kann manuell aber auch über einen von außen am Gehäuse betätigbaren Antrieb (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch) erreicht werden. Die Betätigung kann durch den im Inneren des Gehäuses bei eingeschaltetem Unterdruckerzeuger gegenüber der Umgebung reduzierten Innendruck erfolgen oder damit unterstützt werden.
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Vorteilhaft kann der Verschließmechanismus mittels von am Gehäuse und/oder der/den Klappe(n) angeordneten Dichtelementen abgedichtet sein, um ein Ansaugen von Umgebungsluft in das Gehäuseinnere zu vermeiden. Die Klappen können so ausgebildet sein, dass die nach dem Verschwenken zum Verschließen des Gehäuses aufeinander zu gerichteten Stirnflächen sich in einem Bereich überdecken und dort vorteilhaft auch noch so verformt sind, dass diese Bereiche der Stirnflächen nach dem Verschluss der Öffnung aufeinander liegen und eine Dichtfläche bilden.
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Für eine verbesserte und sichere Separation von Partikeln aus dem Rohgas kann in das Gehäuse angesaugtes Rohgas mittels Prallblechen und/oder einer Umlenkeinrichtung mehrfach in seiner Strömungsrichtung verändert werden. Prallbleche und/oder die Umlenkeinrichtung sollten dafür oberhalb der Öffnung des Behältnisses angeordnet sein. Mit Prallblechen und/oder einer Umlenkeinrichtung kann die kinetische Energie von Partikeln reduziert und ggf. auch die Strömungsgeschwindigkeit vorteilhaft beeinflusst werden, so dass die Gravitationskraft andere Kräfte übersteigt und Partikel von oben in das die Fallkammer bildende Behältnis fallen können.
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Eine Umlenkeinrichtung kann in Form eines Zyklons, bei dem Rohgas radial von außen, zu einem zentral im Inneren des Zyklons angeordneten Eintritt in das mindestens eine Filterelement strömt, ausgebildet sein. Das Rohgas kann dadurch spiralförmig strömend geführt werden, wobei die Strömungsrichtung vorteilhaft zuerst vertikal nach oben, dann horizontal zu einer Seite, die der Rohgaseinführungsseite möglichst gegenüberliegend angeordnet sein kann, und von dort wieder vertikal nach unten gerichtet werden, bevor es entweder direkt in den Eintritt eines Filterelements gelangen kann oder eine weitere Bewegung der Strömung um 360 ° bis zum Eintritt in das Filterelement zurücklegt. Zu Reduzierung der Strömungsgeschwindigkeit kann der freie Querschnitt in mindestens einem Bereich, durch den Rohgas vertikal nach unten strömt, vergrößert sein, so dass Partikel leichter in das Behältnis fallen können. Kinetische Energie der Partikel kann auch durch Anstoß an die Wandung einer Umlenkeinrichtung oder von Prallelementen reduziert werden.
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Prallbleche können mehrfach abgewinkelt und/oder in versetzter Anordnung zueinander in Strömungsrichtung des Rohgases angeordnet sein, so dass eine geradlinige ungestörte Strömung des Rohgases vermieden werden kann. Durch den erforderlichen Wechsel der Strömungsrichtung des Rohgases und die Massenträgheit der enthaltenen Partikel treffen Partikel auf die Oberfläche von Prallblechen auf. Infolge der so reduzierten kinetischen Energie und der wirkenden Gravitationskraft gelangen sie dann in das vertikal oben offene Behältnis und können zu gegebener Zeit mit dem Behältnis aus der Vorrichtung entfernt werden.
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Durch das Auftreffen von Partikeln auf die Wand eines Umlenkelementes und eines oder mehrerer Prallbleche kann auch die Temperatur von Partikeln verringert werden.
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Die Erfindung kann auch bei der Bearbeitung von Werkstücken aus kritischen Werkstoffen eingesetzt werden, bei denen Partikel dieses Werkstoffs im Rohgas enthalten sein können. So sind beispielsweise Titan und Magnesium mit ihren Legierungen solche Werkstoffe.
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In solchen Fällen kann ein Behältnis von außen vor der Entnahme aus dem Gehäuse mit einem nichtoxidierbaren Stoff, insbesondere nicht oxidierbaren Partikeln, von außen befüllt werden. Damit können im Behältnis enthaltene aus dem Rohgas separierte Partikel gasdicht überdeckt werden. Somit können ein Kontakt und eine Reaktion mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft und gefährliche Situationen vermieden werden. Die Überdeckung der separierten Partikel kann beispielsweise mit Quarz, Sand o.ä. Stoffen erreicht werden.
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Ein so behandeltes Behältnis kann bei und nach der Entnahme einer Entsorgung oder einem Recycling zugeführt werden.
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Die Erfindung kann auch bei Einsatz von Inert- oder Schutzgas bei einer Bearbeitung eingesetzt werden. Das Rohgas kann dabei das jeweilige Inert- oder Schutzgas enthalten oder es kann zu einem großen Anteil im Rohgas enthalten sein. Das mittels der Vorrichtung erhaltene Reingas kann dann ggf. wieder rückgeführt und bei der Bearbeitung erneut eingesetzt werden.
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Durch Einsatz semipermeabler Membranen können auch ggf. im Reingas enthaltene gasförmige Verunreinigungen oder Luft separiert und reines Inert- oder Schutzgas zur Verfügung gestellt werden. Mindestens eine semipermeable Membran kann dazu in Strömungsrichtung des Gases im Anschluss an ein Filterelement angeordnet sein.
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Ein Einsatz von Inert- oder Schutzgas ist üblicherweise auch bei der Bearbeitung der bereits o.g. beispielhaft genannten Metalle Titan und Magnesium üblich, so dass sich dies auch vorteilhaft, innerhalb des Gehäuses und dort im Bereich des Behältnisses in dem die separierten Partikel gesammelt werden, ausnutzen lässt.
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Dabei kann es günstig sein, zusätzliche Anschlüsse zu nutzen, über die von außen ein Inert- oder Schutzgas in das Gehäuse eingeführt werden kann, wodurch eine vor unerwünschten chemischen Reaktionen innerhalb des Gehäuses sichernde Atmosphäre eingehalten werden kann. Auch dieses Inert- oder Schutzgas kann mit dem gereinigten Reingas dem Bearbeitungsprozess zugeführt und es können somit ggf. aufgetretene Verluste ausgeglichen werden. Im Gehäuse können auch Sensoren, bevorzugt in verschiedenen Bereichen angeordnet sein, mit den der jeweilige dort herrschende Druck und/oder das Vorhandensein mindestens eines bestimmten Gases, möglichst mit seiner Konzentration, erfasst werden kann/können. Die Messsignale von Sensoren können dann für die Regelung der zusätzlichen Zufuhr von Inert- oder Schutzgas in das Gehäuse und dabei bevorzugt noch lokal differenziert genutzt werden.
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Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
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Dabei zeigen:
- 1 in einer Schnittdarstellung ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine seitliche Schnittdarstellung einer Vorrichtung nach 1;
- 3 eine Seitenansicht des Beispiels nach den 1 und 2 und
- 4 als Detail einen Verschließmechanismus
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Die 1 zeigt eine Schnittdarstellung von vorn durch ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei sind in einem Gehäuse zwei Filterelemente 2 angeordnet durch die von außen angesaugtes Rohgas hindurch geführt wird und dabei Schadstoffe aus dem Rohgas entfernt und in den Filterelementen 2 angelagert oder absorbiert werden. Unterhalb der Filterelemente 2 ist ein Trichterelement 9 und darunter sind zwei Behältnisse 4 angeordnet, in die aus dem Rohgas separierte Partikel durch das Trichterelement 9 hinein fallen können. Anstelle eines Trichterelements 9 kann auch das Innere im Gehäuse 1 oberhalb der Behältnisse 4 entsprechend gestaltet sein.
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Oberhalb der Filterelemente 2 ist im Gehäuse 1 ein Hohlraum 1.1 vorhanden, in dem ein Unterdruckerzeuger 3, der von einem Elektromotor angetrieben wird, angeordnet ist. So wird der Unterdruckerzeuger 3 und auch sein Antrieb vom mittels der Filterelemente 2 gereinigtem Reingas umströmt und dabei gleichzeitig gekühlt.
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Wenn ein oder beide Behältnisse 4 mit Partikeln gefüllt sind, ist eine Entfernung zu deren Entleerung oder ihren Austausch erforderlich. Dazu kann eine vorn angeordnete verschließbare Öffnung (nicht dargestellt) geöffnet und die Behältnisse 4 aus dem Gehäuse 1 entnommen werden.
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Für einen unterbrechungsfreien Betrieb kann der Verschließmechanismus 6 (s. 4) betätigt werden. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel verfügt jedes Behältnis 4 über einen eigenen Verschließmechanismus 6. Ein Verschließmechanismus 6 kann aber auch so ausgebildet sein, dass er beide Öffnungen der Behältnisse 4 gleichzeitig verschließen kann.
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Beim Verschließen werden die Klappen 6.1 und 6.2 um eine horizontal ausgerichtete Achse in horizontale Richtung verschwenkt, so dass sie sich an untere Ränder des Trichterelements 9 anlegen und einen zumindest nahezu gasdichten Verschluss bilden, so dass ein Ansaugen von Fremdluft durch die geöffnete Öffnung aus der die Behältnisse 4 entnommen worden sind und durch die Filterelemente 2 zumindest weitestgehend unterbunden werden kann. Dabei ist die links angeordnete Klappe 6.2 nach unten verschwenkt, also in der Stellung bei der ein Behältnis 4 im geschlossenen Gehäuse 1 normalerweise angeordnet ist, dargestellt. Die rechts angeordnete Klappe 6.1 ist in die horizontale Richtung verschwenkt dargestellt. Diese Ausrichtung wird für beide Klappen 6.1 und 6.2 gewählt, wenn die Behältnisse 4 entfernt werden oder entfernt worden sind. Die Klappen 6.1 und 6.2 verschließen dann das Trichterelement 9 und verhindern ein Ansaugen von Fremd- oder Falschluft sowie ein unerwünschtes, unkontrolliertes herausfallen von separierten Partikeln. In nichtdargestellter Form können die Klappen 6.1 und 6.2 an ihren äußeren Rändern oder das Trichterelement 9 an seinen vertikal nach unten weisenden Stirnflächen mit Dichtungen versehen sein.
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Aus der 2 gehen Möglichkeiten für die Strömungsführung des Rohgases innerhalb des Gehäuses 1 hervor. Das Rohgas gelangt durch die Eintrittsöffnung 5, die bei diesem Beispiel rechts unten an der Seite des Gehäuses 1 angeordnet ist, infolge des im Inneren wirkenden Unterdrucks in das Gehäuse 1 hinein und trifft dabei auf Flächen von Prallblechen 7 auf, die mehrfach abgewinkelt sind, so dass die Strömungsrichtung des Rohgases mehrfach wechseln muss und Partikel auf Flächen der Prallbleche 7 auftreffen und dadurch kinetische und thermische Energie verlieren. Zumindest einige der Partikel können dabei aus dem Rohgas separiert werden, bevor sie auf die Oberfläche eines Filterelements 2 auftreffen können.
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Wie mit dem Pfeil verdeutlicht, wird die Strömung des Rohgases im Nachgang zu den Prallblechen 7 erneut in ihrer Richtung verändert, so dass sie in einem Kreis oder spiralförmig geführt werden kann. Dabei ist eine Umlenkeinrichtung 8 vorhanden, die hier lediglich schematisch dargestellt ist. Die Umlenkeinrichtung 8 sollte so angeordnet und gestaltet sein, dass in diesem Teil des Gehäuses 1 noch im Rohgas enthaltene Partikel infolge der wirkenden Gravitationskraft in eines der Behältnisse 4 hineinfallen können oder falls die Behältnisse 4 entfernt worden sind, auf eine der geschlossenen Klappen 6.1 und 6.2 fallen und dort so lange zwischen gelagert werden, bis wieder Behältnisse 4 im Gehäuse 1 angeordnet und die Klappen 6.1 und 6.2 wieder vertikal nach unten in Richtung des Inneren der Behältnisse 4 verschwenkt worden sind und dabei die auf den Klappen 6.1 und 6.2 zwischen gelagerten Partikel dann in das jeweilige Behältnis 4 hineinfallen.
