DE102019203552A1

DE102019203552A1 - Filteranordnung nach Art eines Fliehkraftabscheiders mit Turbulenzkörper

Info

Publication number: DE102019203552A1
Application number: DE102019203552.3A
Authority: DE
Inventors: Georg sen. Klaß; Georg jun. Klaß
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2019-03-15
Publication date: 2020-09-17
Anticipated expiration: 2039-03-16
Also published as: DE102019203552B4; EP3938073A1

Abstract

Beschrieben wird eine Filteranordnung nach Art eines Fliehkraftabscheiders bzw. Zyklonfilters mit einem um eine Längsachse rotationssymmetrischen Filtergehäuse, das ein zentrisch zur Längsachse angeordnetes sowie hohlzylinderförmig ausgebildetes, einen inneren, zylinderförmigen Filtratraum umschließendes Filterelement radial umfasst und mit diesem einen im Querschnitt ringförmigen Strömungskanal begrenzt, der einen Drallraum, in den außermittig und quer zur Längsachse ein Strömungszulauf mündet, sowie einen sich längs der Längsachse mittel- oder unmittelbar stromab zum Drallraum, anschließenden, sich im Strömungsquerschnitt verjüngenden Separationskanal aufweist.Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass um das Filterelement eine Anzahl stabartig ausgebildeter Turbulenzkörper in zirkularer Anordnung vorgesehen ist, die in Form von im Querschnitt Rund- Oval- oder N-eckigen Stäben oder -Stiften ausgebildet und deren Längserstreckungen jeweils parallel zur Längsachse des geradhohlzylinderförmig ausgebildeten Filterelementes orientiert sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Filteranordnung nach Art eines Fliehkraftabscheiders bzw. Zyklonfilters mit einem um eine Längsachse rotationssymmetrischen Filtergehäuse, das ein zentrisch zur Längsachse angeordnetes, hohlzylinderförmig ausgebildetes und einen inneren, zylinderförmigen Filtratraum umschließendes Filterelement radial umfasst und mit diesem einen im Querschnitt ringförmigen Strömungskanal begrenzt, der einen Drallraum, in den außermittig und quer zur Längsachse ein Strömungszulauf mündet, sowie einen sich längs der Längsachse mittel- oder unmittelbar stromab zum Drallraum, anschließenden, sich im Strömungsquerschnitt verjüngenden Separationskanal aufweist.
Stand der Technik
Gattungsgemäße Filteranordnungen, die nach Art eines Fliehkraftabscheiders ausgebildet sind und häufig auch als Zyklonfilter bezeichnet werden, nutzen die separierende Wirkung der Zentrifugalkraft, die auf innerhalb einer gasförmigen oder flüssigen Drallströmung enthaltenen Teilchen fester Stoffe wirkt. Zur Erzeugung der Drallströmung dient ein rotationssymmetrisch ausgebildetes Filtergehäuse, das im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet ist und seitlich außermittig, zu dessen Längsachse einen Strömungszulauf vorsieht, durch den das zu filtrierende Medium unter Ausbildung einer um die Längsachse orientierten Drallströmung eingespeist wird. Mittig zur Längsachse ist innerhalb des Filtergehäuses ein rohrförmiges Filterelement angebracht, das mit einer unterdruckbeaufschlagten Strömungsableitung fluidisch verbunden ist. Die Zentrifugalkraft getriebene Entmischung von innerhalb des gasförmigen oder flüssigen Mediums enthaltenen Teilchen fester Stoffe führt zu einer Ansammlung der Teilchen im Bereich der das Filterelement radial umgebenden Filtergehäusewand längs der die Teilchen strömungsdynamisch gesammelt und nötigenfalls entsorgt werden. Hingegen sind die Strömungsbereiche der Drallströmung, die die Filterwand des mittig angeordneten rohrförmigen Filterelementes unmittelbar umströmen, weitgehend aufgereinigt und enthalten allenfalls leichtgewichtige Teilchen fester Stoffe, die es gilt an einem Durchtritt durch die Filterwand in das Innere des Filterelementes zu hindern. Hierzu ist die Filterkorngröße der Filterwand in geeigneter Weise gewählt, so dass einerseits eine gewünschte Filterwirkung und andererseits ein ausreichender Strömungsdurchtritt durch die Filterwand in das Innere des Filterelementes zur Erzeugung eines gereinigten, d.h. gefilterten Massenstroms, erzielt werden.
Die Druckschrift EP 2 049 222 B1 offenbart eine gattungsgemäße Filtervorrichtung zur Abscheidung von Verunreinigungen aus einem Fluidstrom mittels Einsatz eines Filterelementes, das in einem Filtergehäuse aufgenommen ist, wobei das Filtergehäuse einen Drallraum derart besitzt, so dass der zu filtrierende Fluidstrom zumindest teilweise in einer Drallströmung um das Filterelement herumgeführt wird. In den in Form einer konischen Erweiterung des Filtergehäuses ausgebildeten Drallraum mündet außermittig zur Längsachse ein Zulauf, durch den das zu filtrierende Medium zugeführt wird. Das sich längs des Filtergehäuses erstreckende Filterelement verjüngt sich konisch mit zunehmendem Abstand zum Drallraum und ist im Bereich des Drallraumes fluiddicht mit einem Ablauf für das filtrierte Medium aus dem Inneren des Filterelementes verbunden.
Die Betriebsweise an sich bekannter Fliehkraftabscheider sieht eine druckbeaufschlagte, in den Drallraum des Filtergehäuses einmündende zu filtrierende Fluidströmung vor, die unter Ausbildung einer Drallströmung das länglich rohrförmig ausgebildete Filterelemente helikal überströmt und druckbeaufschlagt radial von außen durch die Filterwand in das Innere des Filterelementes unter Abreinigung von Teilchen fester Stoffe hindurchtritt. Der gereinigte Filtratstrom gelangt so druckgetrieben aus dem Inneren des Filterelementes über den Ablauf nach außen.
Systembedingte, in und auf der Wandung des Filterelementes anhaftende Filterrückstände führen zur Verschlechterung der Filterwirkung und machen Filterreinigungsmaßnahmen häufig erforderlich. Beispielsweise eignen sich hierzu Rückspülungen der Filteranordnung mit Reinigungsluft.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Filteranordnung nach Art eines Fliehkraftabscheiders bzw. Zyklonfilters mit einem um eine Längsachse rotationssymmetrischen Filtergehäuse, das ein zentrisch zur Längsachse angeordnetes, hohlzylinderförmig ausgebildetes und einen inneren, zylinderförmigen Filtratraum umschließendes Filterelement radial umfasst und mit diesem einen im Querschnitt ringförmigen Strömungskanal begrenzt, der einen Drallraum, in den außermittig und quer zur Längsachse ein Strömungszulauf mündet, sowie einen sich längs der Längsachse mittel- oder unmittelbar stromab zum Drallraum, anschließenden, sich im Strömungsquerschnitt verjüngenden Separationskanal aufweist, derart weiterzubilden, so dass die vorstehenden Maßnahmen zur Filterreinigung nicht mehr erforderlich sind oder zumindest im Vergleich zu bisher bekannten Lösungen in deutlich größeren Zeitabständen durchzuführen sind.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken in vorteilhafter Weise weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Eine lösungsgemäße Filteranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 zeichnet sich dadurch aus, dass um das Filterelement eine Anzahl stabartig ausgebildeter Turbulenzkörper in zirkularer Anordnung vorgesehen ist, die in Form von im Querschnitt Rund- Oval- oder N-eckigen Stäben oder -Stiften ausgebildet und deren Längserstreckungen jeweils parallel zur Längsachse des geradhohlzylinderförmig ausgebildeten Filterelementes orientiert sind.
Die sich innerhalb des Separationskanals ausbildende Helikalströmung des zu filtrierenden Fluids umströmt die radial äußere Mantelfläche bzw. die äußere Filterwand des hohlzylinderförmig ausgebildeten Filterelementes mit Strömungsanteilen, die durch die in der Helikalströmung vorherrschende Zentrifugalkraft weitgehend aufgereinigt sind. Gleichwohl enthalten auch diese, das Filterelement Wand-nah umströmenden Strömungsanteile feststoffliche Anteile, die sich an den Öffnungen der perforiert ausgebildeten Filterwand zumindest zeitweise festsetzen können. Durch Vorsehen der sich quer oder schräg zur Umströmungsrichtung der Helikalströmung orientierten, stangen- oder stabartigen Turbulenzkörpern, die mittel- oder unmittelbar an der Mantelfläche des hohlzylinderförmigen Filterelementes angebracht sind, bilden sich jeweils stromab zur Über- und/oder Umströmungsrichtung zu jedem der Turbulenzkörper Wirbel aus, in Form sogenannter Lee-Wirbel, durch die ein Festsetzen von stofflichen Verunreinigungen an der Filterwand vermieden oder zumindest signifikant erschwert wird. Die Lee-Wirbel stellen lokale Strömungsrotoren dar, mit einer Rotorwirbelorientierung, die der Über- und/oder Umströmungsrichtung entgegen gerichtet ist. Hierdurch wird die Filterwand in diesen Strömungsbereichen mit Fluidströmungskomponenten beaufschlagt, die weitgehend orthogonal auf die Filterwand zu und von dieser weg orientiert sind. Neben dem bereits erwähnten Effekt einer erschwerten Festsetzung stofflicher Partikel in den Filterwandöffnungen oder an der Filterwandoberfläche wird diese zudem kontinuierlich gereinigt.
Vorzugsweise sind die Turbulenzkörper jeweils mit einem äquidistanten zirkularen Abstand um das Filterelement angeordnet und erstrecken sich jeweils längs der gesamten Länge des Filterelementes.
Die Turbulenzkörper können entweder direkt an der Mantelaußenfläche des geradhohlzylinderförmig ausgebildeten Filterelementes nahtlos angebracht sein oder zur Mantelaußenfläche des geradhohlzylinderförmig ausgebildeten Filterelementes mit einem Abstandsmaß oder mit unterschiedlichen Abstandsmaßen angebracht sein.
Im ersteren Fall stellt sich ein vorstehend erläutertes Strömungsbild mit Lee-Wirbel ein. Im zweiten Fall kann stellt sich in Abhängigkeit des gewählten Abstandmaßes mit dem jeder der stab- oder stangenförmige Turbulenzkörper von der radial äußeren Filterwand beabstandet angeordnet ist, zusätzlich zur erläuterten Lee-Wirbelausbildung eine wandnahe Fluidströmung ein, die durch den von der Filterwand und jedem der Turbulenzkörper lokal eingeschlossenen Spalt hindurchtritt. Der jeweils von den Turbulenzkörpern mit der Filterwand lokal eingeschlossene Spalt weist vorzugsweise ein Spalt- bzw. Abstandmaß auf, das wenigstens der Hälfte eines dem Querschnitt des Turbulenzkörpers zuordenbaren größten Durchmessers und maximal dem dreifachen des größten Durchmessers entspricht.
Je nach Wahl des Abstandsmaßes und der Querschnittsform der Turbulenzkörper kommt der Bernoulli-Effekt bei der Durchströmung des Spaltes zum Tragen, wodurch sich eine Strömungsgeschwindigkeitserhöhung mit gleichzeitigem lokalen Druckabfall einstellen. Der Bernoulli-Effekt trägt somit gleichsam unterstützend zum Reinigen und Reinhalten der Filterwandöffnungen bei.
Das hohlzylinderförmige Filterelement weist als Filterwand vorzugsweise ein perforiertes Blech oder einen Verbund aus wenigstens zwei Gitterstruktur- oder Drahtgeflechtlsagen, jeweils mit Gitteröffnungen auf, deren Gitteröffnungen sich zumindest in der Öffnungsgröße unterscheiden. Im Falle der Verwendung von Gitterstruktur- oder Drahtgeflechtslagen ist jene Lage mit den jeweils kleineren Gitteröffnungen radial aussenliegend angeordnet. Zudem besitzt die wenigstens eine radial außenliegend angeordnete Gitterstruktur- oder Drahtgeflechtslage, längliche Gitter- oder Drahtsegmente, deren Längserstreckung parallel zur Längsachse orientiert sind.
Die lösungsgemäße Anordnung der stab- oder stangenförmig ausgebildeten Turbulenzkörper an und um das hohlzylinderförmige Filterelement in Form einer zum Filterelement raumfesten Anordnung ist in vorteilhafter Weise in Zyklonfilter einsetzbar, die unterschiedlicher Weise betrieben werden.
So sieht eine bevorzugte Ausführungsform die lösungsgemäße Integration der Turbulenzkörper in einer Filteranordnung vor, bei der in einem, dem Drallraum axial zur Längsachse gegenüberliegenden Bereich des Strömungskanals ein Strömungsablauf außermittig und quer zur Längsachse aus dem Separationskanal austritt, der mit einer ersten, einen Strömungssog erzeugenden Sogeinheit fluidisch verbunden ist. Der Strömungszulauf wird dabei drucklos mit einem zu filtrierenden Fluid beaufschlagt, wobei eine sich innerhalb des Strömungskanals ausbildende und um die Längsachse orientierte Helikalströmung mit einer durch den Drallraum vorgegebenen Strömungsrichtung und einer ausschließlich durch die erste Sogeinheit bestimmte Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird, die die Turbulenzkörper quer oder schräg zu deren Längserstreckungen überströmt. Zum Zwecke der Abführung des durch die Filterwand in den Filtratraum gelangten und dadurch gereinigten Filtrats, weist der Filtratraum einen Filtratablauf auf, in dem eine, einen Strömungssog erzeugende zweite Sogeinheit angeordnet ist.
Eine alternative Filteranordnung sieht längs des Strömungszulaufs eine Druckquelle vor, durch die ein zu filtrierendes Fluid druckbeaufschlag in den Drallraum gelangt, wobei eine sich innerhalb des Strömungskanals ausbildende und um die Längsachse orientierte Helikalströmung mit einer durch den Drallraum vorgegebenen Strömungsrichtung und einer durch die Druckquelle bestimmte Strömungsgeschwindigkeit erzeugt wird, die die Turbulenzkörper quer oder schräg zu deren Längserstreckungen überströmt. Der Filtratraum ist auch in diesem Fall mit einem Filtratablauf fluidisch verbunden ist, in dem jedoch keine Sogeinheit erforderlich ist.
Eine lösungsgemäß ausgebildete Filteranordnung eignet sich insbesondere zur Filtration von Fluiden in Form von Aerosolen oder Suspensionen, bei der ein zu filtrierendes Fluid drucklos oder druckgetrieben der Filteranordnung durch den Strömungszulauf bereitgestellt wird.
Eine bevorzugte Ausbildungsform der lösungsgemäß ausgebildeten Filteranordnung ist im Weiteren unter Bezugnahme von Figuren illustriert.
Figurenliste
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

1a Längsschnitt durch eine Unterdruck-betriebene Filteranordnung,
1b Längsschnitt durch eine Überdruck-betriebene Filteranordnung,
2a Querschnittsdarstellung eines Filterelementes mit unmittelbar an der Filteraußenwand angebrachten Turbulenzkörpern sowie 2b Querschnittsdarstellung eines Filterelementes mit beabstandet zur Filteraußenwand angebrachten Turbulenzkörpern.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Die Filteranordnung 1 weist ein Filtergehäuse 2 auf, das vorzugsweise einstückig ausgebildet ist und einen oberen Drallraum 3 sowie einen sich nach unten unmittelbar anschließenden, sich konisch verjüngenden Separationskanal 4 einschließt. Das Filtergehäuse 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch um die Längsachse 5 ausgebildet und weist im Bereich des Drallraumes 3 einen im Wesentlichen quer zur Längsachse 5 und außermittig zur Längsachse 5 in den Drallraum 3 einmündenden Strömungszulauf 6 auf. Durch den Strömungszulauf 6 erfolgt die Zuströmung eines gasförmigen oder flüssigen zu filtrierenden Fluids F.
Das den Drallraum 3 umfassende Filtergehäuse 2 ist in diesem Bereich vorzugsweise zylinderförmig gestaltet. Der Drallraum 3 ist einseitig nach oben zur Längsachse 5 fluiddicht abgeschlossen und mündet längs der Längsachse 5 unmittelbar in den konisch ausgeformten Separationskanal 4. Zentrisch zur Längsachse 5 durchragt ein zylinderförmig ausgebildetes Filterrohr 7 den Drallraum 3 sowie den Separationskanal 4. Auf diese Weise kann sich innerhalb des Drallraumes 3 eine wirkungsvolle Drallströmung D mit hoher Drallzahl ausbilden, bevor die Drallströmung D in den Separationskanal 4 unter Ausbildung einer Helikalströmung H übertritt.
Je nach Ausbildung und Betriebsweise der Filteranordnung kann die Strömungsinitierung für die Ausbildung der Drall- und Helikalströmung über- oder unterdruckgetrieben erfolgen.
In dem in 1 a dargestellten Fall ist zur Erzeugung einer sich innerhalb des Filtergehäuses 1 ausbildenden Drall- sowie Helikalströmung, längs eines mit dem Separationskanal 4 fluidisch verbundenen Strömungsablaufes 8 eine Sogeinheit 9, vorzugsweise in Form einer Saugpumpe integriert. Vermittels der Sogeinheit 9 wird das zu filtrierendes Fluid F über den Strömungszulauf 6 in das Innere des Filtergehäuses 1 gesaugt, wodurch das in den Drallraum 3 eintretende, zu filtrierende Fluid F durch die zylinderförmig vorgegebene Kontur in eine Drallströmung D gezwungen wird, die im Bereich des Drallraumes 3 und die Längsachse 5 sowie dem zentrisch zur Längsachse 5 angeordneten rohrförmigen Filterelement 7 rotiert. Aufgrund der Sogwirkung der Sogeinheit 9 geht die in Form eines Rotationswirbels innerhalb des Drallraumes 3 ausgebildete Drallströmung D in eine helikal um das rohrförmige Filterelement umströmende Helikalströmung H über, bevor sie über den Strömungsablauf 8 aus dem Filtergehäuse 2 austritt.
Das geradhohlzylinderförmig ausgebildete Filterelement 7 weist an seinem den Drallraum 3 abgewandten Endbereich einen Filtratablauf 10 auf, längs dem eine zweite Sogeinheit 11 angeordnet ist. Je nach Beschaffenheit des zu filtrierenden Fluids F sowie der Art und Größe der in dem zu filtrierenden Fluid F enthaltenen Teilchen fester Stoffe kann die Filterwirkung vermittels der zweiten Sogeinheit 11 individuell angepasst werden. Überdies lässt sich der Mengendurchsatz des zu filtrierenden Fluids F, der die gesamte Filteranordnung längs des Drallraumes 3 sowie des Separationskanals 4 passiert, vermittels der ersten Sogeinheit 9 vorgebbar einstellen.
Alternativ zu der vorstehend erläuterten Unterdruck-getriebenen Ausbildung und Betriebsweise einer Zyklonfilteranordnung gemäß 1a kann anstelle einer drucklosen Fluidzuführung die Fluidzuführung druckbeaufschlagt erfolgen. Hierzu ist im Strömungszulauf 6 eine Fluidförderpumpe 12 angeordnet, die das Fluid F druckgetrieben in den Drallraum 3 und den sich anschließenden Separationskanal 4 unter Ausbildung der Drall- und Helikalströmung D, H einspeist, siehe 1b. Das geradhohlzylinderförmig ausgebildete Filterelement 7 ist mit einem Filtratablauf 10 fluidisch verbunden, über den das gereinigte Filtrat aus der Filteranordnung austritt.
Das vorzugsweise geradhohlzylinderförmig ausgebildete Filterelement 7 verfügt über eine Filterwand, die vorzugsweise aus einem perforierten, weitgehend mechanisch abriebfesten Blech besteht. Alternativ ist es möglich, die Filterwand aus einem Verbund aus wenigstens zwei Gitter oder Drahtgeflechtslagen auszubilden, die jeweils über Gitteröffnungen verfügen, deren Gitteröffnungen sich lageweise voneinander unterscheiden dergestalt, so dass die Gitterstruktur- oder Drahtgeflechtslage mit den jeweils kleineren Gitteröffnungen radial außenliegend zum geradhohlzylinderförmig ausgebildeten Filterelement angeordnet ist. Zudem ist es vorteilhaft, die wenigstens radial außenliegend angeordnete Gitterstruktur - oder Drahtgeflechtslage, die vorzugsweise über längliche Gitter- oder Drahtsegmente verfügt, derart anzuordnen, so dass die Längserstreckung der Gitter- oder Drahtsegmente möglichst parallel zur Längsachse 5 der Filteranordnung orientiert ist. Auf diese Weise bilden sich oberflächennah über jede einzelne Gitteröffnung Strömungsturbulenzen aus, die ein Festsetzen von Teilchen fester Stoffe innerhalb und auf der Filterwand vermeiden bzw. erschweren.
Um die Ausbildung der Strömungsturbulenzen signifikant zu unterstützen und ein Festsetzen von Teilchen fester Stoffe innerhalb aber vor allem auf oder an der Filterwand zu vermeiden zeichnet sich die Filteranordnung 1 dadurch aus, dass in zirkularer, vorzugswiese gleichverteilter Anordnung um das geradzylinderförmig ausgebildete Filterelement 7 eine Anzahl stabartig ausgebildeter Turbulenzkörper 13, bspw. in Form von im Querschnitt Rund- Oval- oder N-eckigen Stäben oder -Stiften, s. 2a, angebracht ist, deren Längserstreckungen jeweils parallel zur Längsachse 5 des geradhohlzylinderförmig ausgebildeten Filterelementes 7 orientiert sind. Die stabartigen Turbulenzkörper 13 können unmittelbar, s. 2a, oder beabstandet zur Filterwandoberfläche des Filterelementes angeordnet sein, s. 2b. Die stabartigen Turbulenzkörper 13 werden von der Helikalströmung H schräg oder orthogonal zu deren Längserstreckung überströmt, wodurch sich jeweils in Überströmungsrichtung unmittelbar nach jedem Turbulenzkörper 13 Strömungswirbel, sogenannte Lee-Wirbel 14 ausbilden, die ein unerwünschtes Festsetzen von Teilchen innerhalb der und auf den Filterwandöffnungen verhindern bzw. zumindest erschweren.
Die unmittelbare Anbringung der stangen- oder stabförmigen Turbulenzkörper 13 an der Außenwand des hohlzylinderförmigen Filterelementes 7, siehe Querschnittsdarstellung in 2a, erfolgt mit an sich bekannten Fügetechniken. Da die Turbulenzkörper 13 aus abriebfestem Material, vorzugsweise Metall bestehen, bieten sich Löt-, Schweiß- oder Klebverbindungen an.
Im Falle der radial zur Filteraußenwand beabstandeten Anbringung der Turbulenzkörper 13 gilt es diese kopf- und bodenseitig mittel- oder unmittelbar am Filter fest zu fügen, bspw. unter Verwendung jeweils eines am Filterelement fest angebrachten Befestigungsringes- oder -kranzes. Das Abstandsmaß a zwischen Turbulenzkörper 13 und Filteraußenwand beträgt vorzugsweise wenigstens der Hälfte des größten Turbulenzkörperdurchmessers und maximal dem drei-fachen des jeweils größten Turbulenzkörperdurchmessers.
Aufgrund der Beabstandung zwischen den Turbulenzkörpern 13 und der Außenwand des Filterelementes 7 bilden sich wand-nahe Fluidströmungen 15 aus, die durch die lokale Strömungskanalverengung aufgrund des Bernoulli-Effektes eine Strömungsgeschwindigkeitserhöhung und Druckreduzierung erfahren, wodurch der durch die Lee-Wirbelbildung entstehende, auf die Filterwand wirkende Reinigungseffekt nochmals unterstützt wird.
Bezugszeichenliste

1: Filteranordnung
2: Filtergehäuse
3: Drallraum
4: Separationskanal
5: Längsachse
6: Strömungszulauf
7: Filterelement
8: Strömungsablauf
9: Sogeinheit
10: Filterablauf
11: Zweite Sogeinheit
12: Fluidpumpe
13: Turbulenzkörper
14: Lee-Wirbel
15: wand-nahe Fluidströmungen
D: Drallströmung
F: Fluidströmung, Fluid
H: Helikalströmung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2049222 B1 [0003]

Claims

Filteranordnung nach Art eines Fliehkraftabscheiders bzw. Zyklonfilters mit einem um eine Längsachse rotationssymmetrischen Filtergehäuse, das ein zentrisch zur Längsachse angeordnetes sowie hohlzylinderförmig ausgebildetes, einen inneren, zylinderförmigen Filtratraum umschließendes Filterelement radial umfasst und mit diesem einen im Querschnitt ringförmigen Strömungskanal begrenzt, der einen Drallraum, in den außermittig und quer zur Längsachse ein Strömungszulauf mündet, sowie einen sich längs der Längsachse mittel- oder unmittelbar stromab zum Drallraum, anschließenden, sich im Strömungsquerschnitt verjüngenden Separationskanal aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass um das Filterelement eine Anzahl stabartig ausgebildeter Turbulenzkörper in zirkularer Anordnung vorgesehen ist, die in Form von im Querschnitt Rund- Oval- oder N-eckigen Stäben oder -Stiften ausgebildet und deren Längserstreckungen jeweils parallel zur Längsachse des geradhohlzylinderförmig ausgebildeten Filterelementes orientiert sind.
Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzkörper jeweils mit einem äquidistanten zirkularen Abstand um das Filterelement angeordnet sind.
Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzkörper direkt an der Mantelaußenfläche des geradhohlzylinderförmig ausgebildeten Filterelementes nahtlos angebracht sind.
Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbulenzkörper zur Mantelaußenfläche des geradhohlzylinderförmig ausgebildeten Filterelementes mit einem Abstandsmaß oder mit unterschiedlichen Abstandsmaßen angebracht sind.
Filteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Abstandsmaß wenigstens der Hälfte eines dem Querschnitt des Turbulenzkörpers zuordenbaren größten Durchmessers und maximal dem dreifachen des größten Durchmessers entspricht.
Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement eine Filterwand aufweist, die ein perforiertes Blech oder einen Verbund aus wenigstens zwei Gitterstruktur- oder Drahtgeflechtlsagen, jeweils mit Gitteröffnungen aufweist, deren Gitteröffnungen sich zumindest in der Öffnungsgröße unterscheiden, und dass die Gitterstruktur- oder Drahtgeflechtlage mit den jeweils kleineren Gitteröffnungen radial aussenliegend angeordnet ist.
Filteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die radial außenliegend angeordnete Gitterstruktur- oder Drahtgeflechtslage, längliche Gitter- oder Drahtsegmente besitzt, deren Längserstreckung parallel zur Längsachse orientiert sind.
Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem, dem Drallraum axial zur Längsachse gegenüberliegenden Bereich des Strömungskanals ein Strömungsablauf außermittig und quer zur Längsachse aus dem Separationskanal austritt, der mit einer ersten, einen Strömungssog erzeugenden Sogeinheit fluidisch verbunden ist, dass der Strömungszulauf drucklos mit einem zu filtrierenden Fluid beaufschlagt ist, und dass eine sich innerhalb des Strömungskanals ausbildende und um die Längsachse orientierte Helikalströmung mit einer durch den Drallraum vorgegebenen Strömungsrichtung und einer ausschließlich durch die erste Sogeinheit bestimmte Strömungsgeschwindigkeit erzeugbar ist, die die Turbulenzkörper quer oder schräg zu deren Längserstreckungen überströmt, und dass der Filtratraum mit einer zweiten, einen Strömungssog erzeugenden Sogeinheit fluidisch verbunden ist.
Filteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement an seinem dem Drallraum abgewandten Endbereich mit einem Filtratablauf verbunden ist, der mit der zweiten Sogeinheit fluidisch verbunden ist.
Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass längs des Strömungszulauf eine Druckquelle angeordnet ist, durch die ein zu filtrierendes Fluid druckbeaufschlagt in den Drallraum gelangt, dass eine sich innerhalb des Strömungskanals ausbildende und um die Längsachse orientierte Helikalströmung mit einer durch den Drallraum vorgegebenen Strömungsrichtung und einer durch die Druckquelle bestimmte Strömungsgeschwindigkeit erzeugbar ist, die die Turbulenzkörper quer oder schräg zu deren Längserstreckungen überströmt, und dass der Filtratraum mit einem Filtratablauf fluidisch verbunden ist.
Verwendung der Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Filtration von Fluiden in Form von Aerosolen oder Suspensionen, bei der ein zu filtrierendes Fluid drucklos der Filteranordnung durch den Strömungszulauf bereitgestellt wird.