DE102016114263A1 - Partikelseparator - Google Patents

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flow
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Ayhan Ayar
Jacek Gerhard Bennek
Hendrik Langenberg
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Hanon Systems Corp
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Partikelseparator (1) zur Trennung von festen Partikeln aus einem strömenden Fluid, dem Eingangsmassenstrom (8), welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Partikelkammer (5) zur Anreicherung der abzutrennenden festen Partikel im Strömungspfad des Eingangsmassenstromes (8) angeordnet ist und dass mindestens ein Bereich der Wandung der Partikelkammer (5) als Filterelement (2) für einen Primärmassenstrom (9) des Fluides durchströmbar ausgebildet ist und dass zusätzlich mindestens eine Bypassöffnung (7) in der Wandung der Partikelkammer (5) zur Durchströmung des Fluides mit einem Sekundärmassenstrom (10) bei höherem Filtrationswiderstand angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ganz allgemein einen Partikelseparator zur Trennung von festen Partikeln aus strömenden Fluiden.
  • Ein besonderes Einsatzgebiet der Erfindung besteht in der Anwendung der erfindungsgemäßen Partikelseparatoren für die Reinigung von Nebenströmen, wie Regel- und Schmiermassenströmen von mobilen Kältemittelverdichtern. Insbesondere bei Taumelscheiben-, Schwenkscheiben- und Scrollverdichtern sowie elektrischen Scrollverdichtern wird ein Nebenstrom des Kältemittel-Öl-Gemischs zur Schmierung beziehungsweise Regelung verwendet, welcher mit dem Partikelseparator von festen Partikeln befreit werden kann.
  • Es ist bekannt, dass insbesondere mobile Kältemittelverdichter zur Schmierung des Verdichtermechanismus und zu Zwecken der Verdichterregelung einen internen Kältemittelkreislauf besitzen, welcher auch als Regelmassenstrom bezeichnet wird. Dieser Regelmassenstrom ist häufig reich an Öl, in welchem unerwünschte feste Partikel suspendiert sind. Das Kältemittel-Öl-Partikel-Gemisch des Regelmassenstromes wird von der Hochdruckseite über ein Drosselorgan in das Kurbelgehäuse des Verdichters geleitet und anschließend über ein weiteres Drosselorgan aus dem Kurbelgehäuse zur Saugseite des Verdichters geführt. In der Regel befindet sich auf dem hochdruckseitigen Pfad ein elektronisches Regelventil und auf dem niederdruckseitigen Pfad eine Drossel. Auch umgekehrte Anwendungen und Anordnungen sowie Anordnungen mit zwei Drosseln, also hochdruckseitig eine Drossel und niederdruckseitig eine Drossel, die in ihren Durchmessern abgestimmt sind, sind bekannt. In jedem Fall wird sowohl das Regelventil als auch die Drossel mit Filtern oder Sieben versehen, um diese vor den unerwünschten Partikeln zu schützen und die Funktion der Ventile und des Verdichters sicherzustellen. Feste Partikel können dabei entweder Fertigungsrückstände des Verdichters oder des gesamten Kältemittelanlagensystems sein oder durch den Betrieb des Verdichters während seiner Lebensdauer in Form von Abrieb oder Verschleißpartikeln entstehen. Eine zu starke Beladung der Filter mit den Feststoffpartikeln führt zu unerwünschten Effekten. Zum einen kann ein zu hoher Druckverlust im Filter entstehen, der die Regelbarkeit des Verdichters beeinflusst und den Betriebsbereich einengt. Zum anderen kann ein sich zusetzender Filter den internen Regelmassenstrom vollständig blockieren und die Ölzufuhr zum Mechanismus, der einer ständigen Schmierung bedarf, verhindern. In diesem Fall droht der Ausfall des Verdichters wegen Mangelschmierung. Im Stand der Technik wird diesem Problem häufig dadurch begegnet, dass die Filterfläche vergrößert wird, um ein Zusetzen der Fläche des Filters zu verhindern. Insbesondere beim Einsatz der Verdichter in der mobilen Kältetechnik, beispielsweise für Fahrzeugklimaanlagen, ist jedoch der zur Verfügung stehende Bauraum und damit auch die zur Verfügung stehende Filterfläche begrenzt. Weiterhin nachteilig am Stand der Technik ist die sich verändernde Partikelbeladung des Filters über dessen Standzeit und damit ein sich ändernder Druckverlust und Durchfluss durch den Filter. Somit verändert sich auch die Funktion des Verdichters über seine Lebensdauer. Auch kann der Filter komplett verstopfen, was zum Ausfall des Verdichters führen kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Verlängerung der Standzeit des Filters bei geringsten funktionalen Einschränkungen sicherzustellen und darüber hinaus ein vollständiges Verstopfen des Filters mit Unterbrechung der Strömung des Fluids zu verhindern bei größtmöglicher Sicherheit vor festen Partikeln im strömenden Fluid.
  • Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Aufgabe wird insbesondere durch einen Partikelseparator zur Trennung von festen Partikeln aus einem strömenden Fluid, dem Eingangsmassenstrom, gelöst, wobei eine Partikelkammer zur Anreicherung der abzutrennenden festen Partikel im Strömungspfad des Eingangsmassenstromes angeordnet ist. Mindestens ein Bereich der Wandung der Partikelkammer ist dabei als Filterelement für einen Primärmassenstrom des Fluids durchströmbar ausgebildet. Zusätzlich ist mindestens eine Bypass-Öffnung in der Wandung der Partikelkammer zur Durchströmung des Fluids mit einem Sekundärmassenstrom bei höherem Filtrationswiderstand angeordnet.
  • Das strömende Fluid mit den festen Partikeln tritt als Eingangsmassenstrom in den Partikelseparator ein. Das durch den Filter strömende Fluid verlässt als Primärmassenstrom den Partikelseparator, während das über den Bypass strömende Fluid als Sekundärmassentrom den Partikelseparator verlässt. Die Ausbildung des Sekundärmassenstroms erfolgt somit konzeptionsgemäß derart, dass bei einer Erhöhung des Druckverlustes durch Zusetzen des Filters mit festen Partikeln ab einem bestimmten und vorgebbaren höheren Filtrationswiderstand das Fluid durch eine Bypass-Öffnung strömt und einen Sekundärmassenstrom bildet, welcher faktisch einen minimalen Massenstrom darstellt, der einen Totalausfall des Verdichters beim Einsatz des Partikelseparators zur Reinigung des Regelmassenstromes einer Verdichterregelung verhindert. Im Ergebnis kann die Funktionssicherheit des Gesamtsystems einer Kälteanlage durch den Partikelseparator erhalten werden. Alternativ werden die Strömungs- und Durchflussparameter des Partikelseparators derart gestaltet, dass der Bypass nicht den Massenstrom begrenzt, sondern auch im Falle eines komplett zugesetzten Filters den Regelmassenstrom in voller Menge durchlässt. Strömungstechnisch wird der Partikelseparator zum Beispiel derart dimensioniert, dass bei freiem Filter auch immer ein Teil des Massenstromes durch den Bypass strömen kann und ein Teil des Massenstromes durch das Filtermaterial strömt. Von Vorteil dabei ist, dass bei dem Teil des Regelmassenstromes der den Filter durchströmt, die Partikel im Filter wirksam immobilisiert werden und dass bei komplett zugesetztem Filter immer der erforderliche volle Regelmassenstrom durch den Bypass strömen kann.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird im Strömungspfad des Fluides eine Düse vor der Partikelkammer angeordnet, wodurch im Partikelseparator zunächst eine Geschwindigkeitserhöhung des strömenden Fluids und nachfolgend eine Geschwindigkeitsreduzierung des strömenden Fluids und damit verbunden eine verbesserte Trennung von festen Partikeln aus dem strömenden Fluid ermöglicht wird.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Geometrie der Düse in Querschnitt und/oder Länge durch ein zusätzliches Düsenelement einstellbar ausgebildet. Das Düsenelement verlängert in einer besonders bevorzugten Ausgestaltung die Länge der Düsendurchströmung des Fluids.
  • Die kreisringförmige Ausgestaltung der Düse ist eine weitere vorteilhafte Ausführung der Düse, bei welcher der Eingangsmassenstrom des Fluids in die Partikelkammer somit als kreisringförmige Koaxialströmung ausgebildet ist.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Partikelkammer mindestens teilweise durch eine Deflektorplatte begrenzt, wobei die Deflektorplatte die festen Partikel am Verlassen der Partikelkammer bei der Strömung mit dem Sekundärmassenstrom hindert. Unter einer Deflektorplatte wird im Sinne der Erfindung eine Prallplatte verstanden, welche funktionsgemäß im Strömungspfad des Fluids bei Sekundärströmung steht und welche durch den Aufprall der festen Partikel auf die Deflektor- bzw. Prallplatte deren kinetische Energie aufnimmt und die Partikel verlangsamt, so dass diese aus dem Sekundärmassenstrom abgeschieden und in der Partikelkammer angereichert werden können.
  • Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist die Partikelkammer als Hohlzylinder ausgeführt, wobei das Filterelement als Teil der Zylinderwandung ausgebildet ist und der Eingangsmassenstrom axial in die Partikelkammer eintritt und der Primärmassenstrom in radialer Richtung aus der Partikelkammer austritt, wobei die Partikelkammer einen größeren Durchströmungsquerschnitt aufweist als das Zustromrohr des Partikelseparators, durch welchen der Eingangsmassenstrom in diesen einströmt. Weiterhin weist die Partikelkammer in axialer Richtung eine Stirnwand und eine Rückwand auf.
  • Vorteilhaft sind wiederum die einen oder mehreren Bypass-Öffnungen des Partikelseparators in axialer Richtung in der Rückwand der Partikelkammer angeordnet und als Spalt zwischen dem Zustromrohr und der Wandung der Partikelkammer ausbildet.
  • Besonders bevorzugt ist eine Beruhigungskammer im Strömungspfad des Sekundärmassenstromes nach der Partikelkammer und der Bypass-Öffnung angeordnet.
  • Vorteilhaft wird für einen weiteren Abscheideeffekt in der Beruhigungskammer ein Labyrinth-Element angeordnet, welches funktionsgemäß eine Strömungsumkehr des Sekundärmassenstromes erzwingt und damit einen erhöhten Abscheideffekt für feste Partikel aus diesem Sekundärmassenstrom realisiert.
  • Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Partikelseparator bzw. die Partikelkammer als Teil der Kompressorwelle eines Kältemittelverdichters ausgebildet.
  • Vorteilhaft besitzt der Partikelseparator ein rotationssymmetrisches, hohlzylinderförmiges Gehäuse, in welchem ein Einsatz angeordnet ist, der den Innenraum des Gehäuses kompartimentiert.
  • Besonders bevorzugt sind die Wandungen der Partikelkammer vollständig als Filterelement ausgebildet.
  • Eine vorteilhafte Verwendung des Partikelseparators erfolgt in Kältemittel-Öl-Kreisläufen von Kälteanlagen oder Wärmepumpen.
  • Besonders bevorzugt erfolgt die Verwendung des Partikelseparators in einem Regelmassenstrom eines Kältemittelverdichters.
  • Die Konzeption der Erfindung besteht zusammengefasst darin, dass zur Erhaltung der Regelbarkeit und Schmierung des Verdichters über seine gesamte Lebensdauer anstelle eines Filters im Regelmassenstrom ein Partikelseparator als Partikelfänger vorgeschlagen wird. Der Partikelfänger ist zu einem Teil als Filter ausgeführt und verfügt zur Sicherstellung des Durchflusses bei voller Partikelbeladung über einen Bypass. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung besteht die Lösung aus einem Element, welches den Regelmassenstrom und die darin befindlichen Partikel führt und zunächst beschleunigt. Eine Beschleunigung erfolgt durch eine Verengung des Strömungsquerschnitts für den Eingangsmassenstrom durch eine Düse. Aufgrund der Massenträgheit der festen Partikel nehmen diese eine andere Bewegungsrichtung im Vergleich zum Kältemittel-Öl-Gemisch an. Somit lassen sich die festen Partikel gezielt in ein Fänger-Element lenken. Um die Fangwirkung zu verstärken und Turbulenzen, welche die Partikel wieder austreiben könnten, zu minimieren, wird das Fänger-Element aus einem Filtrationsmaterial hergestellt. Dieses filtrierende Material kann verschiedenster Struktur und Beschaffenheit sein, so sind beispielsweise metallische Filtermaterialien, Sinterfilter, filzartige Materialien in einer Trägerkonstruktion oder poröse metallische Materialien beziehungsweise sonstige filtrierende Materialien anwendbar und einsetzbar. Ein Teil des Kältemittel-Öl-Gemisches kann das Filtermaterial als Primärmassenstrom passieren, während die Partikel im Filter festgehalten werden. Weiterhin verfügt der Partikelfänger konzeptionsgemäß über einen Bypass, der nach einer Ausgestaltung der Erfindung durch eine Prallplatte von der Partikelkammer getrennt ist. Die Funktion des Bypasses nimmt an Bedeutung zu, je voller die Partikelkammer mit Partikeln beladen ist und damit der Filter undurchlässiger wird. Somit kommt es zu einem größeren Druckabfall über dem Filter, der Druck vor dem Filter steigt. In diesem Fall werden die Partikel weiterhin durch die Massenträgheit in die Partikelkammer geschleudert, wobei sich jedoch ein Sekundärmassenstrom durch den Bypass bildet, der bei vollständigem Verschluss des Filters als minimaler Regelmassenstrom aus dem Partikelseparator abfließt. Eine gegebenenfalls vorgesehene Prallplatte, auch als Deflektorplatte bezeichnet, verhindert beim Sekundärmassenstrom das Mitreißen von Partikeln aus der Partikelkammer in den Bypass. Die Form der Prallplatte ist dabei so gewählt, dass ein Austragen von Partikeln in den Bypass minimiert wird. So hat die Prallplatte in einer Ausführungsvariante an ihrem Außendurchmesser ein T-förmiges Ende, womit vom Bypass mitgenommene Partikel gegen die T-Form stoßen und zurück in die Partikelkammer gelangen. Somit wird auch bei hoher Partikelbeladung ein gleichbleibender Druckverlust und ein minimaler Durchfluss durch den Partikelseparator gewährleistet. Nach einer besondere Ausführungsvariante kann die Düsengeometrie, die Engstelle der Zuströmung, in ihrer Länge variiert werden, um die Strömung länger zu leiten und die Ausströmrichtung aus der Düse in die Partikelkammer damit zu beeinflussen.
  • Nach einer alternativen Ausführungsvariante ohne Düse wird der Zustrom des Fluids, der Eingangsmassenstrom, durch eine zentrale Zuleitung, das Zustromrohr, in die Partikelkammer eingeleitet. Der Eintritt des Zustromes befindet sich mittig in der Partikelkammer. Aufgrund des größeren Volumens der Kammer im Vergleich zum Zustromrohr wird die Strömung verlangsamt, so dass sich Partikel setzen können. Die Partikelkammer ist ebenfalls aus Filtermaterial hergestellt. Wiederum kann entweder die ganze Kammer aus Filtermaterial bestehen oder nur die äußere Mantelfläche. Wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsvariante verfügt das Fänger-Element über einen Bypass, welcher dann wirksam wird, wenn die Filterflächen mit Partikeln zugesetzt sind. Besonders vorteilhaft kann diese Ausgestaltungsform in einem rotierenden Teil des Verdichters, beispielsweise der Kompressorwelle, untergebracht werden. In diesem Falle werden die in die Partikelkammer eintretenden Partikel von der Zentrifugalkraft an die Außenflächen des Fängers gedrückt und dort festgehalten. Der Bypass wird als Spalte zwischen dem Zustromrohr und dem Gehäuse ausgeführt und befindet sich möglichst weit entfernt von der Zustromöffnung, möglichst mittig platziert, um die größte Distanz zu den partikelfangenden Flächen zu haben. Der Spalt wird möglichst klein ausgeführt. In der rotierenden Variante kann eine weitere Beruhigungskammer ausgeführt werden, in der Restpartikel aus dem Bypass-Strom, dem Sekundärmassenstrom, gefangen werden. Alternativ kann in der Beruhigungskammer auch ein Labyrinth aufgebaut werden, um zusätzlich feste Partikel abzuscheiden.
  • Die Vorteile der dargestellten Erfindung sind vielfältig. Mit der Erfindung wird es möglich, einen Fluidstrom mit hoher Sicherheit von festen Partikeln zu befreien und gleichzeitig eine minimale Durchströmung zu sichern. Bei einem bevorzugten Einsatzgebiet des Partikelseparators werden mechanisch empfindliche Komponenten, beispielsweise ein nachgeschalteter Kältemittelverdichter oder Ventile, dauerhaft vor Partikeln geschützt. Bei der Anwendung zur Reinigung eines Regelmassenstromes besteht zusätzlich durch das Vorsehen eines Sekundärmassenstroms die Funktionsfähigkeit unabhängig von der Filterbeladung auch bei vollständig verstopftem Filter fort. Vorteilhaft ist weiterhin der geringe Bauraum für die Ausführung des Partikelseparators im Zusammenhang mit der signifikanten Erhöhung der Zuverlässigkeit des Verdichters in der oben beschriebenen Anwendung. Die Funktionstüchtigkeit und die Lebensdauer des Gesamtsystems und der einzelnen Komponenten kann durch den konzeptionsgemäßen Partikelseparator verbessert und verlängert werden.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
  • 1: Partikelseparator mit Düse in Querschnittsdarstellung
  • 2: Partikelseparator mit Düse und zusätzlichem Düsenelement in Querschnittsdarstellung
  • 3: Partikelseparator mit zentraler und axialer Zuströmung zur Partikelkammer in Querschnittsdarstellung
  • 4: Partikelseparator mit Beruhigungskammer und Labyrinthelement
  • In 1 ist eine erste Ausgestaltung eines Partikelseparators 1 im Querschnitt in der Anwendung in einem Kältemittelkreislauf dargestellt. Die Ausgestaltung weist ein Filterelement 2 sowie einen für das Filtrat permeablen Filterhalter 3 auf, welcher das Filterelement 2 in seiner Lage hält und stützt. Weiterhin ist eine Düse 4 vorgesehen, die letztlich eine Strömungsengstelle für den Eingangsmassenstrom 8 bildet. Die Düse 4 ist dabei als koaxialer Spalt kreisringförmig ausgeführt, so dass sich eine Koaxial-Strömung in Bezug zum in den Partikelseparator 1 eintretenden Eingangsmassenstrom 8 ausbildet. Das die Düse 4 durchströmende Fluid wird beschleunigt und nach der Düse wieder gebremst, wobei die festen Partikel aus dem Eingangsmassenstrom 8 trägheitsbedingt ihre Bewegung verzögert verlangsamen und so in die Partikelkammer 5 nach der Düse 4 gelangen und sich dort anreichern. Die Flüssigkeit mit den festen Partikeln wird nun in der Partikelkammer 5 vom Filterelement 2 gefiltert, wobei die festen Partikel auf dem Filterelement 2 zurückbleiben. Das Filterelement 2 ist als Teil der Wandung der Partikelkammer 5 ausgebildet und das Filtrat, das weitgehend partikelfreie Kältemittel-Öl-Gemisch, gelangt als sogenannter Primärmassenstrom 9 durch einen zentralen Bereich des Einsatzes 13 hindurch zum Ausgang des Partikelseparators 1. Sofern das Filterelement 2 infolge einer Anreicherung von festen Partikeln darauf in der Durchlässigkeit beeinträchtigt wird und sich ein erhöhter Druckabfall ausbildet, wird das Fluid nicht mehr durch den Filter 2 sondern auf anderem Wege aus der Partikelkammer 5 herausströmen und dabei mit der Deflektorplatte 6 kontaktiert. Die Deflektorplatte 6 führt dazu, dass die in dem aus der Partikelkammer 5 abfließenden Fluidstrom enthaltenen festen Partikel gegen die Deflektorplatte strömen und an dieser abprallen und ihre kinetische Energie verlieren. Somit verbleiben die festen Partikel zum überwiegenden Teil in dem Partikelkammer 5. Das aus dem Partikelkammer 5 abfließende Fluid bildet den Sekundärmassenstrom 10, der auch als Bypassmassenstrom bezeichnet wird und strömt durch die Bypass-Öffnung 7, von denen bevorzugt mehrere ausgebildet sind, zum Ausgang des Partikelseparators 1. Bei steigendem Druckverlust infolge Verblockung des Filters 2 bildet sich in einer Übergangsphase vor der vollständigen Verblockung des Filters 2 ein Ausgangsmassenstrom des Fluides aus zwei Teilmassenströmen. Der Ausgangsmassenstrom setzt sich aus dem schwächer werdenden Primärmassenstrom 9 und dem Sekundärmassenstrom 10 zusammen. Bei vollständiger Verblockung des Filterelements 2 wird der Ausgangsmassenstrom vollständig aus dem Sekundärmassenstrom 10 gebildet und bei vollkommen freiem Filterelement 2 wird der Ausgangsmassenstrom fast ausschließlich durch den Primärmassenstrom 9 gebildet.
  • Die Konstruktion des Partikelseparators 1 wird nach der vorliegenden Ausgestaltungsform durch ein zylinderförmiges Gehäuse 12 gebildet, welches an den gegenüberliegenden Endseiten einen Eingang und einen Ausgang aufweist. Im Gehäuse 12 ist ein Einsatz 13 angeordnet, welcher das Filterelement 2 in einem bestimmten Bereich aufnimmt und dort den Filterhalter 3 ausbildet. Weiterhin ist der Einsatz 13 an seinem eingangsseitigen Ende durch eine Kreisringscheibe ausgebildet, welche korrespondierend zur zylindrischen Gehäusewandung in einem entsprechenden Abstand ausgeführt an der engsten Stelle die Düse 4 ausbildet. Auf diese Weise ist fertigungstechnisch besonders vorteilhaft aus im Wesentlichen einem Gehäuseelement und einem Einsatzelement der Partikelseparator 1 unaufwendig herstellbar.
  • In 2 wird der Partikelseparator 1 nach 1 derart weitergebildet, dass die Düse 4 in ihrer Geometrie durch ein zusätzliches Düsenelement 11 verändert wird. Es hat sich gezeigt, dass durch ein zusätzliches und gegebenenfalls einstellbares Düsenelement 11 die Strömungs- und Druckverhältnisse in der Düse sowie auch die Führung des Fluids als Kreisringströmung koaxial zur Partikelkammer 5 hin optimiert werden können. In der dargestellten Ausgestaltungsform strömt der Sekundärmassenstrom 10 zwischen der Deflektorplatte 6 und dem Düsenelement 11 hindurch, passiert den Bypass 7 und gelangt anschließend zum Ausgang des Partikelseparators 1.
  • In 3 und 4 sind alternativ zur Ausgestaltung gemäß 1 und 2 Partikelseparatoren 1 dargestellt, welche ohne eine zusätzliche Beschleunigung des Fluids vor der Partikelkammer 5 auskommen und somit auf eine Düse und ein Düsenelement verzichten. Ein weiterer signifikanter Unterschied der letztgenannten Ausgestaltungsformen besteht darin, dass das Filterelement 2 zwei als Bestandteil einer zylindrischen Partikelkammer 5 ausgeführt ist und der Primärmassenstrom 9 die Partikelkammer 5 in radialer Richtung nach außen verlässt. Dadurch ist als Triebkraft für die Filtration die Zentrifugalkraft bei rotierender Ausgestaltung des Partikelseparators 1 nutzbar.
  • Der Eingangsmassenstrom 8 gelangt über ein Zustromrohr 15 axial und zentral in die Partikelkammer 5. Beim Übergang vom Zustromrohr 15 zur Partikelkammer 5 weitet sich der Strömungsquerschnitt für den Eingangsmassenstrom 8 auf, so dass es zu einer Verlangsamung der Strömung kommt und sich die Partikel bereits in der durchströmten Matrix der Partikelkammer 5 anreichern. Die Partikelkammer 5 wird in axialer Richtung durch eine Stirnwand 14 und eine Rückwand 18 begrenzt. Die Funktionsweise der in 3 und 4 dargestellten Ausführungsform ist ähnlich zur Funktionsweise der Ausgestaltungsform nach 1 und 2, wobei jeweils bei einer Erhöhung des Druckabfalls durch das Filterelement 2 in der Partikelkammer 5 ein Sekundärmassenstrom 10 entsteht, welcher nicht durch den Filter 2 sondern durch eine Bypass-Öffnung 7 in Form eines Spaltes an der Rückwand 18 in eine Beruhigungskammer 16 fließt. In der Beruhigungskammer 16 setzen sich nochmals feste Partikel ab, bevor der Sekundärmassenstrom 10 zum Ausgang des Partikelseparators 1 fließt. Das Gehäuse 12 umschließt die Partikelkammer 5 und die Strömungswege für den Primärmassenstrom 9 und den Sekundärmassenstrom 10. In der Ausgestaltung gemäß 4 sind zusätzlich zu den Komponenten und Elementen der Ausgestaltung nach 3 in der Beruhigungskammer 16 Labyrinthelemente 17 angeordnet, welche die Strömung des Sekundärmassenstrom 10 zusätzlich beeinflussen und zu einer Abscheidung von festen Partikeln aus dem Sekundärmassenstrom 10 führen sollen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Partikelseparator
    2
    Filterelement
    3
    Filterhalter
    4
    Düse, Strömungsengstelle
    5
    Partikelkammer
    6
    Deflektorplatte, Prallplatte
    7
    Bypassöffnung
    8
    Eingangsmassenstrom
    9
    Primärmassenstrom, Filtrat
    10
    Sekundärmassenstrom, Bypassmassenstrom
    11
    Düsenelement
    12
    Gehäuse
    13
    Einsatz
    14
    Stirnwand
    15
    Zustromrohr
    16
    Beruhigungskammer
    17
    Labyrinthelement
    18
    Rückwand

Claims (14)

  1. Partikelseparator (1) zur Trennung von festen Partikeln aus einem strömenden Fluid, dem Eingangsmassenstrom (8), dadurch gekennzeichnet, dass eine Partikelkammer (5) zur Anreicherung der abzutrennenden festen Partikel im Strömungspfad des Eingangsmassenstromes (8) angeordnet ist und dass mindestens ein Bereich der Wandung der Partikelkammer (5) als Filterelement (2) für einen Primärmassenstrom (9) des Fluides durchströmbar ausgebildet ist und dass zusätzlich mindestens eine Bypassöffnung (7) in der Wandung der Partikelkammer (5) zur Durchströmung des Fluides mit einem Sekundärmassenstrom (10) angeordnet ist.
  2. Partikelseparator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungspfad des Fluides eine Düse (4) vor der Partikelkammer (5) angeordnet ist.
  3. Partikelseparator (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Düse (4) in Querschnitt und/oder Länge durch ein Düsenelement (11) einstellbar ausgebildet ist.
  4. Partikelseparator (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (4) kreisringförmig ausgebildet ist und der Eingangsmassenstrom (8) in die Partikelkammer (5) als Koaxialströmung ausgebildet ist.
  5. Partikelseparator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelkammer (5) mindestens teilweise durch eine Deflektorplatte (6) begrenzt ist, wobei die Deflektorplatte (6) die festen Partikel am Verlassen der Partikelkammer (5) bei der Strömung mit dem Sekundärmassenstrom (10) hindert.
  6. Partikelseparator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelkammer (5) als Hohlzylinder ausgebildet ist, wobei das Filterelement (2) als Teil der Zylinderwandung ausgebildet ist und der Eingangsmassenstrom (8) axial in die Partikelkammer (5) eintritt und der Primärmassenstrom (9) in radialer Richtung aus der Partikelkammer (5) austritt, wobei die Partikelkammer (5) einen größeren Durchströmungsquerschnitt aufweist als ein Zustromrohr (15) des Partikelseparators (1).
  7. Partikelseparator (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Bypassöffnungen (7) in axialer Richtung in der Partikelkammer (5) angeordnet und als Spalt zwischen dem Zustromrohr (15) und der Wandung der Partikelkammer (5) ausgebildet sind.
  8. Partikelseparator (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beruhigungskammer (16) im Strömungspfad des Fluides nach der Partikelkammer (5) und der Bypassöffnung (7) angeordnet ist.
  9. Partikelseparator (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Beruhigungskammer (16) ein Labyrinthelement (17) angeordnet ist.
  10. Partikelseparator (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelkammer (5) als Teil der Kompressorwelle eines Kältemittelverdichters ausgebildet ist.
  11. Partikelseparator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelseparator (1) ein rotationssymmetrisches, hohlzylinderförmiges Gehäuse (12) aufweist in welchem ein Einsatz (13) angeordnet ist, der den Innenraum des Gehäuses (12) kompartimentiert.
  12. Partikelseparator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungen der Partikelkammer (5) vollständig als Filterelement (2) ausgebildet sind.
  13. Verwendung eines Partikelseparators (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche in Kältemittel-Öl-Kreisläufen von Kälteanlagen oder Wärmepumpen.
  14. Verwendung eines Partikelseparators (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche in einem Regelmassenstrom eines Taumelscheibenverdichters.
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