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Die Erfindung betrifft eine Abscheidevorrichtung zum Abscheiden von Tröpfchen eines Fluids aus einem Gas.
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Aus der
DE 10 2017 011 874 A1 ist eine als Luftentölbox ausgestaltete Abscheidevorrichtung zum Abscheiden von Tröpfchen eines Fluids aus einem Gas bekannt. Gattungsgemäße Abscheidevorrichtungen umfassen beispielsweise Luftentölboxen oder Luftentölelemente zum Abscheiden von Öl aus Luft, wie sie insbesondere in Maschinen wie Kompressoren, Druckluftanlagen oder Vakuumpumpen verwendet werden.
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Luftentölelemente werden beispielsweise bei ölüberfluteten Schraubenverdichtern eingesetzt. Dort werden pro m3 angesaugter Luft 4 - 5 1 Öl in die Verdichterschraube eingespritzt. Das Öl dient der Abdichtung zwischen dem Schraubenpaar und der Kühlung der verdichteten Luft. 90% der eingespritzten Ölmenge werden in einem nachgeschalteten Behälter abgeschieden. 10%, d.h. ca. 500 ml/Nm3 (hier bezeichnet die Einheit Nm3 das Normvolumen des geförderten Gases nach DIN 1343) werden als Öl-Aerosole dem Luftentölelement zugeführt. Nach einschlägigen Vorgaben soll der Restölgehalt nach dem Luftentölelement weniger als 3mg/Nm3 betragen. Das Aerosolspektrum liegt zwischen 200nm und 10µm. Die größte Anzahl bei 200 bis 500nm.
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Eine gattungsgemäße Abscheidevorrichtung umfasst einen ersten Gasdurchlass, der bezüglich einer Achse zentral angeordnet ist, wenigstens einen zweiten Gasdurchlass, der bezüglich der Achse radial außerhalb des wenigstens einen ersten Gasdurchlasses angeordnet ist, und wenigstens einem Fluidauslass für von dem Gas abgeschiedenes Fluid. Um die austauschbare Montage zu vereinfachen, sind die beiden Gasdurchlässe und der Fluidauslass an der gleichen, im montierten Zustand an der Gehäusewand der Maschine anliegenden Seite des Gehäuses der Abscheidevorrichtung angeordnet. An der Gehäusewand der Maschine ist eine entsprechende Anbauschnittstelle mit Gas- und Fluiddurchlässen vorgesehen, auf welche die allgemein zylinderförmige Abscheidevorrichtung aufgeschraubt werden kann.
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In der Industrie hat sich der Standard etabliert, dass der erste, zentral angeordnete Gasdurchlass der Reinluftauslass zum Abführen der gefilterten Reinluft ist und dass der zweite, radial außerhalb angeordnete Gasdurchlass der Rohlufteinlass zum Einführen der ungefilterten, mit Fluidtröpfchen beladenen Rohluft ist. Der Fluidauslass ist zudem radial zwischen diesen beiden Gasdurchlässen angeordnet. Entsprechend der Anordnung der Gasdurchlässe an der Schnittstelle wird das Gas auch im inneren des Filters nach dem Stand der Technik von radial außen nach radial innen geführt und durchläuft dabei zwei auf ein druckstabiles Stützrohr gewickelte Koaleszenzlagen. Die Koaleszenzlagen umfassen von radial außen nach innen mehrere, zunehmend feine, als Glasfaserlage ausgestaltete Feinabcheiderlagen, wobei die äußere, gröbere Glasfaserlage 10 µm Filterfeinheit hat, d.h. Tröpfchen einer Größe von wenigen 100 nm oder mehr sich an den Glasfasern niederschlagen, sich mit anderen Tröpfchen zu einem größeren Tröpfchen verbinden und schließlich zum Fluidauslass fließen. Weitere Glasfaserlagen können beispielsweise 8 µm Filterfeinheit haben. Radial innerhalb der Glasfaserlage unmittelbar auf dem Stützrohr ist ein Nachabscheidervlies angeordnet. Das Nachabscheidervlies dient der Öldrainage der koaleszierten feinen Aerosole bzw. Öltröpfchen, die von den äußeren Schichten nicht aufgehalten wurden.
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Im Stand der Technik ist durch das Aufwickeln der Koaleszenzlagen auf das Stützrohr die Durchströmfläche der verschiedenen Lagen begrenzt, wobei die Durchströmfläche der Nachabscheidelagen aufgrund der radial weiter innen liegenden Anordnung geringer ist als diejenige der weiter außen liegenden Feinabscheidelagen. Um bei der begrenzten Durchströmfläche einen gewünschten Restölgehalt zu erreichen, müssen dicke Filteranordnungen bzw. eine große Zahl von Filterlagen verwendet werden, was zu einem vergleichsweise hohen Druckverlust führen kann. Durch die begrenzte Durchströmfläche wird überdies die Schmutzkapazität begrenzt. Die Strömungsrichtung von außen nach innen bedingt eine nach radial innen zunehmende Strömungsgeschwindigkeit. Die Abströmgeschwindigkeit am innen liegenden Nachabscheidervlies ist daher höher als die Strömungsgeschwindigkeiten in den anderen Koaleszenzlagen, was zu einem entsprechend verringerten Abscheidegrad führt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abscheidevorrichtung mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere höherer Schmutzkapazität, geringerem Druckverlust und verbessertem Abscheidegrad bereitzustellen, die an Anbauschnittstellen mit zentral angeordnetem Reinluftauslass montiert werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Abscheidevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung betrifft eine Abscheidevorrichtung zum Abscheiden von Tröpfchen eines Fluids aus einem Gas mit einem Gehäuse, einem bezüglich einer Achse des Gehäuses zentral angeordneten Reinluftauslass zum Abführen der gefilterten Reinluft, einem bezüglich der Achse radial außerhalb des Reinluftauslasses angeordneten Rohlufteinlass zum Einführen der ungefilterten, mit Fluidtröpfchen beladenen Rohluft, einem um die Achse herum im Gasstrom zwischen dem Rohlufteinlass und dem Reinluftauslass angeordneten Koaleszenzmedium und wenigstens einem Fluidauslass für im Koaleszenzmedium aus dem Gas abgeschiedenes Fluid.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse so gestaltet ist, dass der Gasstrom in eine bezüglich der Achse von radial innen nach radial außen verlaufende Richtung durch das Koaleszenzmedium geleitet wird.
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Während im Stand der Technik der Gasstrom von radial außen nach radial innen geführt wird, was die Anordnung des Rohlufteinlasses und des Reinluftauslasses widerspiegelt, wird erfindungsgemäß diese Richtung bei unveränderter Anordnung des Rohlufteinlasses und des Reinluftauslasses umgekehrt. Dadurch kann insbesondere die Durchstromfläche der radial außen liegenden Nachabscheidelagen des Koaleszenzmediums gegenüber der herkömmlichen Anordnung vergrößert werden. Daraus ergeben sich eine geringere Abströmgeschwindigkeit und folglich ein verbesserter Abscheidegrad über einen größeren Volumenstrombereich. Ferner können durch die umgekehrte Strömungsrichtung die radial weiter innen liegenden Lagen des Koaleszenzmediums voluminöser ausgestaltet werden, insbesondere als gefaltete Vlieslagen, da durch den nach radial außen gerichteten Druck eine Abstützung an einer außen liegenden Stützstruktur einfach realisierbar ist. Es kann daher auch für diese Lagen eine verbesserte Koaleszenz kombiniert mit höherer Schmutzkapazität, geringerem Druckverlust und verbessertem Abscheidegrad erreicht werden. Bei alledem bleibt die Abscheidevorrichtung kompatibel mit der Anbauschnittstelle handelsüblicher Kompressoren oder anderer Geräte.
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Die Anbauschnittstelle erfordert in bevorzugten Ausführungsformen ein Gehäuse einen mit dem Rohlufteinlass und dem Reinluftauslass ausgestatteten Gehäuseboden.
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Die umgekehrte Strömungsrichtung kann in einem solchen Gehäuse realisiert werden, indem im oberen Gehäusedeckel wenigstens ein Strömungskanal vorgesehen ist, der den Gasstrom nach dem Durchströmen des Koaleszenzmediums von radial außen nach radial innen in einen das Gehäuse axial durchquerenden Strömungskanal führt, der mit dem Reinluftauslass verbunden ist.
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Der mittig verlaufende, die gesamte Länge des Koaleszenzmediums überbrückende Strömungskanal kann ein einfaches, koaxial verlaufendes Rohr sein. Die Rohluft kann direkt aus dem Rohlufteinlass in den Zwischenraum zwischen der Außenwand des Strömungskanals und dem Innenumfang des Koaleszenzmediums strömen und muss nicht, wie in herkömmlichen Abscheidevorrichtungen, nach radial außen umgelenkt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass der Gehäuseboden mit einem Fluidrücklaufkanal ausgestattet ist, der im Koaleszenzmedium abgeschiedenes Fluid von radial außen nach radial innen zum Fluidauslass führt. Dadurch kann auch im Hinblick auf den Fluidauslass die standardmäßige Geometrie der Anbauschnittstelle beibehalten werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abscheidevorrichtung ein druckstabiles Stützrohr zum Tragen des Koaleszenzmediums, wobei das Koaleszenzmedium ein an der Innenseite des Stützrohrs angeordnetes Feinabscheidermedium und ein an der Außenseite des Stützrohrs angeordnetes Nachabscheidervlies umfasst. Das Stützrohr ist vorzugsweise aus einem Lochblech oder aus einem formstabilen Drahtgewebe gebildet. Durch die von innen nach außen gerichtete Gasströmung wird das an der Innenseite des Stützrohrs angeordnetes Feinabscheidermedium gegen die Innenwand des Stützrohrs geschoben und löst sich im Betrieb nicht ab. Dadurch können auch voluminöse Feinabscheidemedien sicher gehalten werden. Das Nachabscheidervlies kann auf die Außenseite des Stützrohrs aufgewickelt werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Koaleszenzmedium ein vielfach gefaltetes Vlies umfasst, welches die Achse des Gehäuses in einer in der axialen Draufsicht sternförmigen Anordnung umgibt. Insbesondere ist das gefaltete Vlies das Feinabscheidermedium, das in dem druckstabilen Stützrohr gehalten ist, und zwar insbesondere ein Feinabscheidervlies mit einer oder mehr Glasfaserlagen, vorzugsweise mit vier oder mehr Glasfaserlagen. Durch das gefaltete Feinabscheidervlies kann die Durchströmfläche gegenüber herkömmlichen Lösungen mit gewickeltem Feinabscheidervlies deutlich vergrößert werden, mindestens um einen Faktor 6. Dadurch ergeben sich eine geringere Durchströmgeschwindigkeit, eine verbesserte Koaleszenz Bildung durch Diffusion, eine höhere Schmutzkapazität und ein geringerer Druckverlust. Das gefaltete Feinabscheidervlies kann insbesondere an seiner außen- und Innenseite mit einem Metallgewebe ausgestattet sein, das die Falten versteift und stützt. Um einen durch Ladungstrennung am Feinabscheidervlies entstehenden Spannungsdurchschlag zu vermeiden, können das innere und das äußere Metallgewebe elektrisch miteinander verbunden sein.
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Während auch andere Einsatzbereiche denkbar sind, ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung die Abscheidevorrichtung als Luftentölbox oder Luftentölelement zum Abscheiden von Öl aus Luft ausgestaltet.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die gesamte Beschreibung, die Ansprüche und die Figuren offenbaren Merkmale der Erfindung in speziellen Ausführungsbeispielen und Kombinationen. Der Fachmann wird die Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren Kombinationen oder Unterkombinationen zusammenfassen, um die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen definiert ist, an seine Bedürfnisse oder an spezielle Anwendungsbereiche anzupassen.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Abscheidevorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer Teilschnittdarstellung;
- 2 eine Detailansicht einer oberen Abschlussplatte der Abscheidevorrichtung aus 1;
- 3 eine Detailansicht einer oberen Bodenplatte der Abscheidevorrichtung aus 1;
- 4 eine Detailansicht einer Metallplatte des Gehäusebodens der Abscheidevorrichtung aus 1; und
- 5 eine Detailansicht eines Feinabscheidermediums der der Abscheidevorrichtung aus 1.
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Die 1 und 2 zeigen eine als Luftentölbox oder Luftentölelement zum Abscheiden von Öl aus Luft ausgestaltete Abscheidevorrichtung 10 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Gehäuse 12 der Abscheidevorrichtung 10 hat einen Gehäuseboden 14, der zum Anschluss an eine Anbauschnittstelle (nicht dargestellt) eines Kompressors oder dergleichen ausgelegt ist.
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Das im Wesentlichen zylindrische Gehäuse 12 ist am Gehäuseboden 14 mit einem bezüglich einer Achse des Gehäuses 12 zentral angeordneten Reinluftauslass 16 zum Abführen der gefilterten Reinluft ausgestattet. Ferner ist am Gehäuseboden 14 ein bezüglich der Achse radial außerhalb des Reinluftauslasses 16 angeordneter Rohlufteinlass 18 zum Einführen der ungefilterten, mit Fluidtröpfchen beladenen Rohluft vorgesehen. Radial zwischen dem Reinluftauslass 16 und dem Rohlufteinlass 18 ist ein Fluidauslass 20 zum Abführen von aus dem Gas abgeschiedenem Fluid vorgesehen. Der Fluiddauslass 20 ist als radialer Spalt zwischen einem Strömungskanal 32 des Reinluftauslasses 16 und einer auf diesen aufgesteckten Muffe 27c ausgestaltet.
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In einem Innenraum des Gehäuses 12 ist eine im Wesentlichen zylindermantelförmige, koaxial zur Achse angeordnete Filteranordnung als Koaleszenzmedium 22 vorgesehen, das vom Gasstrom zwischen dem Rohlufteinlass 18 und dem Reinluftauslass 16 durchströmt wird. Eine obere Endfläche des Koaleszenzmediums 22 liegt an einer oberen Abschlussplatte 24 an und eine untere Endfläche des Koaleszenzmediums 22 an einer Bodenplatte 26.
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Die obere Abschlussplatte 24 und die Bodenplatte 26 sind vorzugsweise Kunststoff-Spritzgussteile, die in gemeinsam mit dem Koaleszenzmedium 22 in die aus Blech gefertigte Außenhülle des Gehäuses 12 eingesetzt sind. Das Gehäuse 12 ist daher im Gehäuseboden und auf der Seite des dem Gehäuseboden 14 gegenüber liegenden Gehäusedeckels 28 doppelwandig ausgestaltet. Der Rohlufteinlass 18 umfasst entsprechend Öffnungen in der Bodenplatte 26 und in einer darunter angeordneten Metallplatte 27.
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Ein axialer Spalt zwischen der oberen Abschlussplatte 24 dem Gehäusedeckel 28 bildet einen radialen Strömungskanal 30, der den Gasstrom nach dem Durchströmen des Koaleszenzmediums 22 von radial außen nach radial innen in den das Gehäuse 12 axial durchquerenden axialen Strömungskanal 32 führt. Der als koaxiales Rohr ausgestaltete axiale Strömungskanal 32 ist mit dem Reinluftauslass 16 verbunden.
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Das Rohr des Strömungskanals 32 ist zweiteilig aus einem oberen, sich über die Länge des Koaleszenzmediums 22 erstreckenden Rohrteil und einem unteren, im Inneren des Doppelnippels der Anbauschnittstelle verlaufenden Rohrteil zusammengesetzt, wobei das untere Rohrteil in das obere Rohrteil eingesteckt ist.
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Das Koaleszenzmedium 22 ist an seinen Stirnseiten in ringförmige Vertiefungen der Abschlussplatte 24 und der Bodenplatte 26 eingeklebt und auch das obere Rohrteil ist an seinen Enden fest mit der Abschlussplatte 24 und der Bodenplatte 26 verbunden. Das Koaleszenzmedium 22, die Abschlussplatte 24, die Bodenplatte 26 und das obere Rohrteil bilden eine vorab fest verbundene Filtereinheit, die in das Außengehäuse eingesetzt ist.
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Erfindungsgemäß ist das Gehäuse 12 so gestaltet, dass der Gasstrom in einer Richtung von radial innen nach radial außen bezüglich der Achse durch das Koaleszenzmedium 22 geführt wird. Dazu umfasst der Rohlufteinlass 18 als eine ringförmige, von radialen Stegen 33 unterbrochene Öffnung in der Bodenplatte 26, aus welcher die Rohluft in einen Zwischenraum zwischen der Außenwand des Strömungskanals 32 und dem Innenumfang des Koaleszenzmediums 22 strömt. Von dort strömt der Gasstrom radial nach außen durch das Koaleszenzmedium 22 und am Außenumfang des Koaleszenzmediums 22 axial nach oben zum Strömungskanal 30 am bzw. im Gehäusedeckel 28 und von dort durch den zentralen Strömungskanal 32 zum Reinluftauslass 16.
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Im Inneren der Stege 33, die den ringförmigen Rohlufteinlass 18 durchbrechen, verlaufen jeweils Fluidrücklaufkanäle 34, die im Koaleszenzmedium 22 abgeschiedenes Fluid von radial außen nach radial innen zum Fluidauslass 20 führen. Das vom Koaleszenzmedium 22 abtropfende Fluid wird in einem radial außerhalb des Rohlufteinlasses 18 angeordneten Bereich des Gehäusebodens 14 gesammelt und in die Fluidrücklaufkanäle 34 geführt, die in dem Fluidauslass 20 münden.
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Das Koaleszenzmedium 22 wird von einem druckstabilen Stützrohr 36 aus einem Lochblech getragen, wobei das Koaleszenzmedium 22 ein an der Innenseite des Stützrohrs 36 angeordnetes Feinabscheidermedium 38 und ein an der Außenseite des Stützrohrs 36 angeordnetes Nachabscheidervlies 40 umfasst.
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Das Nachabscheidervlies 40 ist auf eine Außenseite des Stützrohrs 36 gewickelt.
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2 zeigt eine Detailansicht der oberen Abschlussplatte 24 der Abscheidevorrichtung aus 1. Die obere Abschlussplatte 24 umfasst radial und axial vorspringende Rippen 24a, die als Abstandhalter den Spalt zwischen der oberen Abschlussplatte 24 und dem Gehäusedeckel 28 zur Bildung der Strömungskanäle 30 frei halten.
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3 zeigt eine Detailansicht der unteren Bodenplatte 26 der Abscheidevorrichtung aus 1 in einer perspektivischen Ansicht von schräg unten. Der radial außen angeordnete Einlass 34a des Fluidrücklaufkanals 34 und der radial innen angeordnete Auslass 34b der beiden Fluidrücklaufkanäle 34 sind an den radialen außen- bzw. Innenflächen der Bodenplatte 26 erkennbar.
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4 zeigt eine Detailansicht der Metallplatte 27 des Gehäusebodens 14 der Abscheidevorrichtung aus 1. Die Metallplatte 27 umfasst ringförmig angeordnete Bohrungen 27a als Rohlufteinlässe 18 und eine mittig angeordnete Gewindebohrung 27b zum Aufschrauben auf die Muffe 27c.
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5 zeigt eine Detailansicht eines Feinabscheidermediums 38 der der Abscheidevorrichtung aus 1. Das innere Feinabscheidermedium 38 ist ein vielfach zu einem Balg gefaltetes Vlies mit vier Glasfaserlagen, welches die Achse des Gehäuses 12 sternförmig umgibt und wird in dem druckstabilen Stützrohr 36 gehalten ist. Das gefaltete Feinabscheidervlies ist an seiner außen- und Innenseite mit einem Metallgewebe ausgestattet welches die Falten versteift und stützt, wobei das innere und das äußere Metallgewebe in einem Randbereich elektrisch leitend miteinander verbunden sind, um einen durch Ladungstrennung am Feinabscheidervlies entstehenden Spannungsdurchschlag zu vermeiden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017011874 A1 [0002]
