DE112018001821T5

DE112018001821T5 - Variabler trägheitsabscheider

Info

Publication number: DE112018001821T5
Application number: DE112018001821.0T
Authority: DE
Inventors: Peter K. Herman; Matthew Louison
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2019-12-19
Also published as: US20200376501A1; WO2018208650A1; CN110602972A; CN110602972B; US10888881B2

Abstract

Trägheitsabscheider mit einer axial verschiebbaren oder einer verformbaren Ventilkörperkomponente werden beschrieben. Die Ventilkörper-Komponente verschiebt sich axial, um ein breites Spektrum von Durchflussraten durch den Trägheitsabscheider aufzunehmen. In einigen Anordnungen ist die Ventilkörper-Komponente durch eine Feder in Richtung der geschlossenen Position vorgespannt. Die variable Strömungsrate und die Verengung, die durch den Ventilkörper bereitgestellt werden, halten einen im Wesentlichen konstanten Druckabfall und eine im Wesentlichen konstante Abscheideeffizienz während des Betriebs über einen breiten Bereich von Strömungsraten durch die Abscheider aufrecht.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Prioritätsvorteil der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/503,037 , eingereicht am 8. Mai 2017, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft Trägheitsabscheider.
HINTERGRUND
Verbrennungsmotoren verbrennen im Allgemeinen eine Mischung aus Kraftstoff (z. B. Benzin, Diesel, Erdgas usw.) und Luft. Bevor Ansaugluft in den Motor gelangt, wird sie üblicherweise durch ein Filtrationssystem geleitet, um Verunreinigungen (z. B. Staub, Wasser, Öl usw.) aus der Ansaugluft zu entfernen. Die Filtrationssysteme schließen ein Filterelement mit Filtermedien ein. Wenn die Luft durch das Filtermedium des Filterelements strömt, entfernt das Filtermedium mindestens einen Teil der Verunreinigungen in der Luft, wodurch verhindert wird, dass unerwünschte Verunreinigungen in die Brennkraftmaschine gelangen.
Einige Luftfiltersysteme verwenden vorgelagert des Filterelements eine Vorreinigungseinrichtung, wie etwa einen Zentrifugalabscheider, um vor dem Ansaugen der Luft durch das Filterelement mehr Staub und Schmutz zu entfernen. Durch Entfernen von mindestens einem Teil der Verunreinigungen aus der angesaugten Luft vor dem Filterelement verlängert die Vorreinigungseinrichtung die Lebensdauer des Filterelements. Jedoch ist die Effizienz derartiger Zentrifugalabscheider bei niedrigem Luftstromverbrauch (z. B. bei Leerlauf des Motors) im Wesentlichen verringert. Wenn die Durchflussrate durch den Zentrifugalabscheider abnimmt, nimmt folglich die Trennungseffizienz des Zentrifugalabscheiders ebenfalls ab, manchmal mit einer exponentiellen Rate.
KURZDARSTELLUNG
Verschiedene beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf Anordnungen variabler Trägheitsabscheider. Ein derartiger Trägheitsabscheider umfasst ein Gehäuse, das eine zentrale Kammer definiert. Das Gehäuse umfasst ferner einen Einlass und einen Staubausgang. Der Trägheitsabscheider umfasst ferner einen Innenkörper, der mit dem Gehäuse gekoppelt ist. Der Innenkörper umfasst ein zentrales Rohr mit einem ersten Ende, das sich in die zentrale Kammer erstreckt, und einem zweiten Ende, das einen Auslass definiert. Der Trägheitsabscheider umfasst einen Ventilkörper, das angrenzend an dem ersten Ende des zentralen Rohrs positioniert ist. Der Ventilkörper ist beweglich oder verformbar zwischen einer geschlossenen Position, in welcher das erste Ende blockiert ist, und einer offenen Position, in welcher das erste Ende mindestens teilweise freigegeben ist, wobei der Ventilkörper vorwiegend geschlossen ist.
Verschiedene andere beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf Anordnungen variabler Trägheitsabscheider. Ein derartiger Trägheitsabscheider umfasst ein Gehäuse, das eine zentrale Kammer definiert. Das Gehäuse umfasst ferner einen Einlass und einen Staubausgang. Der Trägheitsabscheider umfasst ferner einen Innenkörper, der mit dem Gehäuse gekoppelt ist. Der Innenkörper umfasst ein zentrales Rohr mit einem ersten Ende, das sich in die zentrale Kammer erstreckt, und einem zweiten Ende, das einen Auslass definiert. Der Trägheitsabscheider umfasst einen Ventilkörper, das angrenzend an das erste Ende des zentralen Rohrs über einer Außenfläche der zentralen Kammer angeordnet ist. Der Ventilkörper ist beweglich oder verformbar zwischen einer geschlossenen Position, in welcher das erste Ende blockiert ist, und einer offenen Position, in welcher das erste Ende mindestens teilweise freigegeben ist, wobei der Ventilkörper vorwiegend geschlossen ist.
Verschiedene andere beispielhafte Ausführungsformen beziehen sich auf Anordnungen variabler Trägheitsabscheider. Ein derartiger Trägheitsabscheider umfasst ein Gehäuse, das eine zentrale Kammer definiert. Das Gehäuse umfasst ferner einen Einlass und einen Staubausgang. Der Trägheitsabscheider umfasst ferner einen Innenkörper, der mit dem Gehäuse gekoppelt ist. Der Innenkörper umfasst ein zentrales Rohr mit einem ersten Ende, das sich in die zentrale Kammer erstreckt, und einem zweiten Ende, das einen Auslass definiert. Der Trägheitsabscheider umfasst einen flexiblen Ventilkörper, der angrenzend an das erste Ende des zentralen Rohrs positioniert ist. Der flexible Ventilkörper ist verformbar zwischen einer geschlossenen Position, in welcher das erste Ende blockiert ist, und einer offenen Position, in welcher das erste Ende mindestens teilweise freigegeben ist, wobei der flexible Ventilkörper in die geschlossene Position vorgespannt ist.
Diese und andere Merkmale sowie die Organisation und Art ihrer Betätigung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, wobei gleiche Elemente in den verschiedenen, nachstehend beschriebenen Zeichnungen durchgehend gleiche Bezugszeichen haben.
Figurenliste

1-16 zeigen verschiedene Ansichten eines Trägheitsabscheiders, sowie Luftstrom-Diagramme durch den Trägheitsabscheider gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Trägheitsabscheiders.
2, 3, 4, 5, 6 und 10 zeigen jeweils unterschiedliche Querschnittsansichten des Trägheitsabscheiders auf. 7, 8, und 9 zeigen jeweils unterschiedliche Ansichten des Ventilkörpers des Trägheitsabscheiders. 11 zeigt eine Seitenansicht durch den Auslass des Trägheitsabscheiders. 12, 13, 14, 15 und 16 zeigen jeweils unterschiedliche Fluidwege, die durch den Trägheitsabscheider strömen.
17A und 17B zeigen verschiedene perspektivische Ansichten eines Ventilkörpers gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
18A bis 18F zeigen verschiedene Ansichten eines Ventilkörpers gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
19A bis 19G zeigen verschiedene Ansichten eines Trägheitsabscheiders gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
20A und 20F zeigen verschiedene Ansichten eines Trägheitsabscheiders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
21A bis 21D zeigen Ansichten eines Trägheitsabscheiders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
22A und 22D zeigen Ansichten eines Trägheitsabscheiders gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.
23A und 23B zeigen Ansichten eines Trägheitsabscheiders gemäß einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform.
24A bis 24G zeigen Ansichten eines Trägheitsabscheiders gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
25A und 25B zeigen Ansichten eines alternativen Ventilkörpers zur Verwendung in dem Trägheitsabscheider, der in den 24A bis 24G gezeigt wird.
26 zeigt eine Querschnittsansicht eines Trägheitsabscheiders gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
27A bis 27D zeigen Ansichten eines modifizierten Gehäuses des Trägheitsabscheiders von 1.
28A bis 28C zeigen Ansichten eines Ventilkörpers und eines Trägheitsabscheiders gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.
29A und 29B zeigen Ansichten eines Ventilkörpers und eines Trägheitsabscheiders gemäß noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren im Allgemeinen sind Trägheitsabscheider mit einer axial verschiebbaren Ventilkörper-Komponente beschrieben. Die Ventilkörper-Komponente verschiebt sich axial, um ein breites Spektrum von Durchflussraten durch den Trägheitsabscheider aufzunehmen. Die Ventilkörper-Komponente ist durch eine Feder oder ein anderes Vorspannelement in Richtung einer geschlossenen oder eingeengten Position vorgespannt. Die variable Strömungsrate und Verengung, die durch den Ventilkörper bereitgestellt wird, hält einen im Wesentlichen konstanten Druckabfall und eine im Wesentlichen konstante Abscheideeffizienz während des Betriebs über ein breites Spektrum von Strömungsraten durch den Abscheider aufrecht.
Unter Bezugnahme auf die 1-16 werden verschiedene Ansichten eines Trägheitsabscheiders 100 und Luftstrom-Diagramme durch den Trägheitsabscheider 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht des Trägheitsabscheiders 100. 2, 3, 4, 5, 6, und 10 zeigen jeweils unterschiedliche Querschnittsansichten des Trägheitsabscheiders 100. 7, 8, und 9 zeigen jeweils verschiedene Ansichten des Ventilkörpers 120 des Trägheitsabscheiders 100. 11 zeigt eine Seitenansicht durch einen Auslass 114 des Trägheitsabscheiders 100. 12, 13, 14, 15 und 16 zeigen jeweils verschiedene Fluidwege, die durch den Trägheitsabscheider 100 strömen.
Wie am besten in 1 und 2 gezeigt, schließt der Trägheitsabscheider 100 ein Gehäuse 102 mit einem Einlass 104 und einem Staubausgang 106 ein. In einigen Anordnungen ist der Staubausgang 106 mit einem Staubabwurfventil, wie etwa einem Gummi-Entenschnabelventil, ausgestattet. Das Gehäuse 102 ist abnehmbar mit dem Innenkörper 108 verbunden. In einigen Anordnungen drückt das Gehäuse 102 ein Dichtungselement 110 gegen eine Oberfläche des Innenkörpers 108. Der Innenkörper 108 umfasst ein zentrales Rohr 112, das einen Auslass 114 einschließt, der sich von dem Gehäuse 102 weg erstreckt, und einen Einlassabschnitt 116, der sich in eine zentrale Kammer erstreckt, die durch das Gehäuse 102 definiert ist. Der Innenkörper 108 weist ferner eine Ventilkörperstütze 118 auf, die innerhalb des zentralen Rohrs 112 positioniert ist. Ein Ventilkörper 120 ist beweglich mit der Ventilkörperstütze 118 gekoppelt. Die Ventilkörperstütze 120 ist zwischen einer geschlossenen Position (wie in 3 gezeigt) und einer offenen Position (wie in 2, 4, 5, 6 und 7 gezeigt) beweglich. Der Ventilkörper 120 ist in Richtung der geschlossenen Position durch eine Feder 122 vorgespannt, die mit dem Ventilkörper 120 und der Ventilkörperstütze 118 gekoppelt ist.
Der Luftstrom durch den Trägheitsabscheider 100 wird im Allgemeinen durch den Strömungspfad 124 bestimmt. Luft tritt im Allgemeinen durch den Einlass 104 in das Gehäuse 102 ein. Die Luft wird durch eine gekrümmte äußere Oberfläche des Ventilkörpers 120 in eine Richtung gedreht, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse 126 ist, die durch das zentrale Rohr 112, dem Einlassabschnitts 116 des zentralen Rohrs 112 vorgelagert, definiert ist. Der Druck der Luft gegen den Ventilkörper 120 bewirkt, dass sich der Ventilkörper 120 von der geschlossenen Position in die offene Position oder eine teilweise geöffnete Position bewegt. In einigen Anordnungen ist das zentrale Rohr 112 über den Auslass 114 mit einer Absaugvorrichtung verbunden, die eine Spülströmung durch das zentrale Rohr 112 leitet, wodurch der Ventilkörper 120 in die offene Position gezogen wird. Bei solchen Anordnungen kann die Spülströmung zwischen 2-10 % des gesamten Luftstrom durch den Trägheitsabscheider betragen. Die Absaugvorrichtung kann zum Beispiel einen Abgaskatalysator, ein Vakuum, einen Verbrennungsmotoreinlass oder eine Kombination davon umfassen. Die Luft nimmt dann eine scharfe Kurve in das zentrale Rohr 112 und aus dem Auslass 114 heraus. Da die in der Luft enthaltenen Partikel 128, dem Ventilkörper 120 vorgelagert (z. B. Schmutz, Staub, Ablagerungen usw.), eine relativ höhere Masse im Vergleich zu der die Partikel 128 tragende Luft aufweisen, kann mindestens ein Teil der Partikel 128 nicht in das zentrale Rohr 112 gelangen und wird vom Luftstrom getrennt. Die abgetrennten Partikel 128 werden in eine radiale Staubauslasszone 130 des Gehäuses 102 und aus dem Staubausgang 106 heraus geleitet. Der Betrieb des Trägheitsabscheiders 100 und die Anordnung der Komponenten wird weiter unten ausführlicher beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 3 und 4 werden Querschnittsansichten des Trägheitsabscheiders 100 gezeigt. 3 zeigt der Ventilkörper 120 des Trägheitsabscheiders 100 in der geschlossenen Position. 4 zeigt der Ventilkörper 120 des Trägheitsabscheiders 100 in der offenen Position. Wie in 3 gezeigt, blockiert der Ventilkörper 120 in der geschlossenen Position den Einlass 104 des Gehäuses 102. In einigen Anordnungen ist ein Abschnitt des Ventilkörpers 120 in Kontakt mit einer Innenfläche des Gehäuses 102, wenn der Ventilkörper 120 in der geschlossenen Position ist. Wie in 4 gezeigt, wird die Feder 122 komprimiert und der Ventilkörper 120 von der Innenfläche des Gehäuses 102 verschoben, wenn sich der Ventilkörper 120 in der offenen Position befindet, wodurch ermöglicht wird, dass Luft durch den Einlass 104 strömt. Der Ventilkörper 120 ist in Abhängigkeit von der Luftmenge, die durch den Trägheitsabscheider 100 strömt, in jede Position zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position (z. B. in eine teilweise offene Position) beweglich.
Unter Bezugnahme auf 5 und 6 werden Querschnittsansichten des Trägheitsabscheiders 100 gezeigt. Wie in den 5 und 6 gezeigt, schließt der Innenkörper 108 äußere Stützrippen 132 und inneren Stützrippen 134 ein. Die äußeren Stützrippen 132 stützen das zentrale Rohr 112 gegen eine Innenfläche des Gehäuses 102. Die äußeren Stützrippen 132 zentrieren auch das zentralen Rohr 112 innerhalb des Gehäuses 102. Die inneren Stützrippen 134 stützen und zentrieren die Ventilkörperstütze 118 innerhalb des zentralen Rohrs 112. In einigen Anordnungen stellen die inneren Stützrippen 134 eine rückseitige Stützfläche für die Feder 122 bereit.
Bezugnehmend auf 7, 8, 9, und 10 werden verschiedene Ansichten des Ventilkörpers 120 gezeigt. Der Ventilkörper umfasst im Allgemeinen einen Zentrierpfosten 136, der mit einer Einfassung 138 und einer konischen Spitze 140 gekoppelt ist. Die konische Spitze 140 wird durch eine abgerundete Spitze 142 und eine gekrümmte Oberfläche 144 gebildet. Die gekrümmte Fläche 144 schließt an eine radial vorstehende Fläche 146 an, die im Allgemeinen senkrecht zur Mittelachse 126 steht. Die radial vorstehende Fläche 146 ist mit der Einfassung 138 verbunden. Die abgerundete Spitze 142, die gekrümmte Oberfläche 144 und die radial vorstehende Fläche 146 drehen eintretende Luft im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse 126. Die Form der konischen Spitze 140 verringert den Wirkgradverlust, der durch große Partikelprelleffekte verursacht wird (d. h. für Partikel größer als 20 Mikrometer im Durchmesser). In einigen Anordnungen hat der Zentrierpfosten 136 einen X-förmigen Querschnitt, so dass der Zentrierpfosten 136 in Schlitzen der Ventilkörperstütze 118 gleitend aufgenommen wird. Wie am besten in 10 gezeigt, kann eine Außenfläche der Einfassung 138 in einem Winkel von 5-10 Grad in Bezug auf eine Innenfläche des zentralen Rohrs 112 angeordnet werden. Dieser Winkel erzeugt einen Diffusorringkanal zwischen dem zentralen Rohr 112 und der Einfassung 138.
Bezugnehmend auf 11, eine untere Ansicht mit Blickrichtung in den Auslass 114 des Trägheitsabscheiders 100. Wie in 11 gezeigt, stützen die inneren Stützrippen 134 die Ventilkörperstütze 118, die den Zentrierpfosten 136 aufnimmt.
12 bis 16 zeigen jeweils verschiedene Fluidwege, die durch den Trägheitsabscheider 100 strömen. 12 zeigt eine Strömungssimulations-Analyse (Computational Fluid Dynamics, CFD), die die hohe Geschwindigkeit an der etwa 90°-Wende, die an der Ventilkörpersitz-Schnittstelle erzeugt wird, und die nachfolgende Diffusion (schrittweise Verlangsamung) der Geschwindigkeit im Ringeinfassungsbereich darstellt, die einen vorteilhaften Druckrückgewinn (niedrigerer dP) bietet. 13 zeigt eine statische Druckkurve, die den größten Teil des dP zeigt, der an dem Ventilkörpersitzspalt auftritt (z. B. in diesem Fall etwa 4 in H2O) und die Rückgewinnung von etwas dynamischem Druck in der Einfassungszone (d. h. des ansteigenden Drucks). 15 zeigt Geschwindigkeitslinien, einschließlich der ungefähr 90°-Wende, die an der Ventilkörpersitz-Schnittstelle erzeugt wird, die die Bedingungen für die Trägheitstrennung erzeugen. 15 zeigt eine Nahansicht der Geschwindigkeitslinien bei der ungefähr 90°-Wende, die an der Ventilkörpersitz-Schnittstelle erzeugt wird. 16 zeigt sechs unterschiedliche Bahnwege der Staubpartikel, die an dem Einlass 104 freigesetzt werden bei steigenden Partikelgrößen von 2, 3, 4, 5, 25, 50 Mikrometern, die zeigen, dass der Trägheitsabscheider 100 bei einem Betriebsdruckabfall von 1 kPa anscheinend über eine Schnittgröße (d. h. 50 % Effizienz) von etwa 3 Mikrometer verfügt. Das Profil des Ventilkörpers 120 ist dafür konstruiert, die Prellpartikel radial zu reflektieren und zu fokussieren.
Bezugnehmend auf 17A und 17B werden Ansichten eines Ventilkörpers 1700 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Der Ventilkörper 1700 kann z. B. anstelle des Ventilkörpers 120 des Trägheitsabscheiders 100 oder anderer ähnlicher Trägheitsabscheider-Systeme verwendet werden. 17A zeigt eine perspektivische Ansicht des Trägheitsabscheiders 1700. 17B zeigt eine Querschnittsansicht des Ventilkörpers 1700, montiert in einem Trägheitsabscheider-System. Der Ventilkörper 1700 ist dem Ventilkörper 120 ähnlich. Der Ventilkörper 1700 umfasst im Allgemeinen einen Hauptkörper 1704 und eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Schenkeln 1702, die sich von einer oberen Fläche des Hauptkörpers 1704 erstrecken. Während sich die Schenkel 1702 von dem Hauptkörper 1704 zum Einlass 104 hin erstrecken, erstrecken sich in einigen Ausführungsformen die Schenkel 1702 vom Hauptkörper 1704 weg vom Einlass 104. In einigen Anordnungen sind die Schenkel 1702 Schnappverschluss-Schenkel. Die Schenkel 1702 sind so ausgelegt, dass sie eine Feder 1706 gegen ein Gehäuse 1708 sichern, wenn der Ventilkörper 1700 in einem Trägheitsabscheidersystem installiert ist (wie z. B. in 17B gezeigt). In einigen Ausführungsformen ist die Feder 1706 innerhalb des zentralen Rohrs 112 angeordnet. Die Schenkel 1702 und die Feder 1706 zentrieren den Ventilkörper 1700 innerhalb des Gehäuses 1708 und stellen die Vorspannkraft gegen den Ventilkörper 1700 in der gleichen Weise bereit, wie oben in Bezug auf den Ventilkörper 120 und die Feder 122 beschrieben.
Bezugnehmend auf 18A bis 18F werden die Ansichten eines Ventilkörpers 1800 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Der Ventilkörper 1800 ist im Wesentlichen das gleiche wie der Ventilkörper 120. Der Ventilkörper 1800 kann in dem Trägheitsabscheider 100 anstelle des Ventilkörpers 120 montiert werden. Eine Differenz zwischen dem Ventilkörper 1800 und dem Ventilkörper 120 ist, dass der Ventilkörper 1800 in axialer Richtung vorstehende Wirbellamellen 1802 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform einschließt. Folglich wird die gleiche Nummerierung verwendet bei der Beschreibung des Ventilkörpers 120 und des Ventilkörpers 1800. 18A und 18B zeigen jeweils eine unterschiedliche perspektivische Ansicht des Ventilkörpers 1800. 18C zeigt den Ventilkörper 1800, montiert im Trägheitsabscheider 100. 18D, 18E und 18F zeigen jeweils ein unterschiedliches Flussdiagramm, das den Fluidstrom durch den Trägheitsabscheider 100 mit dem darin montierten Ventilkörperglied 1800 zeigt. Die axial vorspringenden Wirbellamellen 1802 verleihen dem Luftstrom (und den Partikel), der durch den Trägheitsabscheider 100 strömt, eine an tangentiale Geschwindigkeit (d. h. Verwirbelung), kurz bevor er in eine radiale virtuelle Aufschlagszone eintritt. Die Verwirbelung erzeugt eine zentrifugale Kraftkomponente, die die Partikel in der Nähe der Ventilkörperoberfläche dabei unterstützt, sich radial nach außen in Richtung auf die günstigere „äußeren Spur“ der Krümmung zu bewegen, vor der dem Auslass 114 vorgelagerten scharfen Wende, wodurch die Abscheideeffizienz des Trägheitsabscheiders 100 steigt. Außerdem kann die Verwirbelung einen vorteilhaften sekundären Strom in der radialen Staubauslasszone 130 antreiben, was dabei hilft, eine Partikel-Wiedereinführung aus der radialen Staubauslasszone 130 in das zentrale Rohr 112 zu reduzieren.
Bezugnehmend auf 19A bis 19G werden die Ansichten eines Trägheitsabscheiders 1900 gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Der Trägheitsabscheider 1900 ist im Wesentlichen ähnlich dem Trägheitsabscheider 100. Ein Unterschied zwischen dem Trägheitsabscheider 1900 und dem Trägheitsabscheider 100 besteht darin, dass der Trägheitsabscheider 1900 Vorverwirbelungsschaufeln 1902 einschließt, die integral am Einlass 104 des Gehäuses 102 angebracht oder geformt sind. Folglich wird die gleiche Nummerierung verwendet wie bei der Beschreibung des Trägheitsabscheiders 100 und des Trägheitsabscheiders 1900. 19A und 19B zeigen verschiedene perspektivische Ansichten der Vorverwirbelungsschaufeln 1902. 19C zeigt eine Querschnittsansicht des Trägheitsabscheiders 1900. 19D, 19E, 19F und 19G zeigen unterschiedliche Strömungsdiagramme, die den Strom durch den Trägheitsabscheider 1900 veranschaulichen. Die Vorverwirbelungsschaufeln 1902 sind dem Ventilkörper 1920 vorgelagert im Einlass 104 positioniert. Die Vorverwirbelungsschaufeln 1902 können integral geformt oder an der Innenfläche des Einlasses 104 befestigt sein. Die Vorverwirbelungsschaufeln 1902 verleihen dem Luftstrom (und den Partikeln), der durch den Trägheitsabscheider 100 strömt, eine gewisse tangentiale Geschwindigkeit (d. h. Verwirbelung), kurz bevor er in eine radiale virtuelle Aufschlagszone eintritt. Die Verwirbelung erzeugt eine zentrifugale Kraftkomponente, die die Partikel in der Nähe der Ventilkörperoberfläche 1920 dabei unterstützt, sich radial nach außen in Richtung auf die günstigere „äußeren Spur“ der Krümmung zu bewegen, vor der dem Auslass 114 vorgelagerten scharfen Wende, wodurch die Abscheideeffizienz des Trägheitsabscheiders 100 steigt. Außerdem kann die Verwirbelung einen vorteilhaften sekundären Strom in der radialen Staubauslasszone 130 antreiben, was dabei hilft, eine Partikel-Wiedereinführung aus der radialen Staubauslasszone 130 in das zentrale Rohr 112 zu reduzieren.
Bezugnehmend auf 20A und 20B werden Ansichten eines Trägheitsabscheiders 2000 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. 20A zeigt eine Querschnittsansicht des Trägheitsabscheiders 2000. 20B zeigt eine Explosionsansicht des Trägheitsabscheiders 2000. Der Trägheitsabscheider schließt im Allgemeinen ein Gehäuse 2002 mit einem Einlass 2004 und einem Staubausgang 2006 ein. In einigen Anordnungen ist der Staubausgang 2006 mit einem Staubabwurfventil, wie etwa einem Gummi-Entenschnabelventil, ausgestattet. Das Gehäuse 2002 ist abnehmbar am Innenkörper 2008 befestigt.
In einigen Anordnungen drückt das Gehäuse 2002 ein Dichtungselement gegen eine Oberfläche des Innenkörpers 2008. Der Innenkörper 2008 umfasst ein zentrales Rohr 2012, das einen Auslassabschnitt 2014 einschließt, der sich vom Gehäuse 2002 weg erstreckt, und einen Einlassabschnitt 2016, der sich in eine zentrale Kammer erstreckt, die durch das Gehäuse 2002 definiert ist. Ein Ventilkörper 2020 wird über einer Außenfläche des zentralen Rohrs 2012 angepasst und innerhalb der zentralen Kammer positioniert, die durch das Gehäuse 2002 definiert ist. Der Ventilkörper 2020 ist axial in Bezug auf das zentrale Rohr 2012 entlang einer Achse beweglich, die durch eine Mittelachse des zentralen Rohrs 2012 definiert ist. Der Ventilkörper 2020 ist zwischen einer geschlossenen Position (nicht gezeigt; gegen eine innere Oberfläche des Gehäuses 2002 gedrückt) und einer offenen Position (wie in 20A gezeigt) beweglich. Der Ventilkörper 2020 wird durch eine Feder 2022, die mit dem Ventilkörper 2020 und dem Innenkörper 2008 gekoppelt ist, in Richtung der geschlossenen Position vorgespannt. Der Ventilkörper 2020 umfasst einen gewölbten Abschnitt 2024, einen zylindrischen Abschnitt 2026 mit einer Mehrzahl von umlaufenden Einlässe 2028 und einen abgewinkelten Einfassungsabschnitt 2030 (wie in 20B gezeigt). Der abgewinkelte Einfassungsabschnitt 2030 erstreckt sich von einer Außenfläche des zylindrischen Abschnitts 2026 nach außen. Der abgewinkelte Einfassungsabschnitt 2030 bildet eine Kontaktfläche für die Feder 2022. Der Raum zwischen dem Gehäuse 2002 und dem den Umfangseinlässen 2028 nachgelagerten Innenkörper 2008 definiert einen Staubsammelbereich 2032. Der Raum zwischen der Innenwand des Gehäuses 2002 und der Außenfläche des gewölbten Abschnittes 2024 des Ventilkörpers 2020 definiert eine Düse 2034.
Während des Betriebs ist der Ventilkörper 2020 in Richtung der Innenfläche des Gehäuses 2002 vorgespannt. Wenn der Ventilkörper 2020 gegen die Innenfläche des Gehäuses 2002 gedrückt wird, wird das Öffnen der Düse 2034 auf Null reduziert. Wenn die Luft durch den Trägheitsabscheiders 2000 (z. B. entlang der Durchflussleitung 2036, wie in 20A gezeigt) strömt, wird die Luft gegen den gewölbten Abschnitt 2024 gedrückt, was bewirkt, dass der Ventilkörper 2020 die Feder 2022 komprimiert und sich die Düse 2034 öffnet. Der Luftstrom durchläuft dann eine scharfe Wende durch die umlaufenden Einlässe 2028, was dazu führt, dass mitgerissener Staub in den Staubsammelbereich 2032 fällt. Die Luft strömt dann durch das zentrale Rohr 2012 und aus dem Auslassabschnitt 2014 (z. B. und weiter zu einer Brennkraftmaschine, einem Luftfilter usw.). Die Anordnung des Trägheitsabscheiders 2000 bewirkt, dass die Größe der Düse 2034 und des Eintrags in das Staubsammelvolumen mit erhöhtem Luftstrom durch den Trägheitsabscheider 2000 zunimmt.
Unter Bezugnahme auf die 20C, 20D, 20E, und 20F werden Strömungsdiagramme von Fluid gezeigt, das durch den Trägheitsabscheider 2000 strömt. 20C zeigt eine Partikelstaubbahn der abgewinkelten Außenkörperkonstruktion, die eine Partikelschnittgröße nahe 4 Mikrometer zeigt. In 20C werden größere Partikel im Staubsammelvolumen zurückgehalten, während kleinere Partikel mit größerer Wahrscheinlichkeit dem Strömungspfad folgen. 20D zeigt eine Druckverlaufskurve des Trägheitsabscheiders 2000. Der durchschnittliche Differenzdruck zwischen dem Auslass und dem Einlass des Trägheitsabscheiders beträgt etwa 1 kPa. 20E zeigt eine Geschwindigkeitsverlaufskurve des Trägheitsabscheiders 2000. Wie gezeigt, erreicht die Strömung in der Regel ihre höchste Geschwindigkeit im Düsenbereich und unmittelbar nach der der Düse nachgelagerten scharfen Wende. 20F zeigt Geschwindigkeitsstromlinien des Trägheitsabscheiders 2000. Wie gezeigt, tritt sehr wenig Strömung in das Staubsammelvolumen ein.
Bezugnehmend auf 21A bis 21D werden die Ansichten eines Trägheitsabscheiders 2100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. 21A zeigt eine Querschnittsansicht des Trägheitsabscheiders 2100. 21B zeigt eine Explosionsansicht des Trägheitsabscheiders 2100. 21C zeigt den Ventilkörper 2020 und die Einfassung 2102 zusammenmontiert. 21D zeigt eine Finite-Elemente-Analyse der Baugruppe aus Einfassung 2102 und Ventilkörper 2020 unter 1 kPa Druck, die etwa 2 mm Verschiebung am Ventilkörper 2020 zeigt. Der Trägheitsabscheider 2100 ist im Wesentlichen ähnlich dem Trägheitsabscheider 2000. Der einzige Unterschied zwischen dem Trägheitsabscheider 2100 und dem Trägheitsabscheider 2000 besteht darin, dass der Trägheitsabscheider 2100 anstelle der Feder 2022 eine Einfassung 2102 verwendet. Folglich wird die gleiche Nummerierung verwendet wie bei der Beschreibung des Trägheitsabscheiders 2100 und des Trägheitsabscheiders 2000, wenn gleiche Teile bezeichnet werden. In einigen Anordnungen besteht die Einfassung 2102 aus Gummi. Zusätzlich zur Bereitstellung der Vorspannkraft gegen den Ventilkörper 2020 stellt die Einfassung 2102 auch eine Barriere bereit, um ein mögliches Partikelwiedermitreißen zu verhindern, die zwischen dem Ventilkörper 2020 und dem Staubsammelbereich 2032 vorkommen können.
Bezugnehmend auf 22A bis 22D werden die Ansichten eines Trägheitsabscheiders 2200 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. 22A zeigt eine Querschnittsansicht des Trägheitsabscheiders 2200. 22B zeigt eine Explosionsansicht des Trägheitsabscheiders 2200. 22C zeigt den Ventilkörper 2020 und die Einfassung 2202 zusammenmontiert. 22D zeigt eine Finite-Elemente-Analyse der Einfassungs-2202 und Ventilkörper- 2020 Anordnung unter 1 kPa Druck, die etwa 1,3 mm Verschiebung an dem Ventilkörper 2020 zeigt. Der Trägheitsabscheider 2200 ist im Wesentlichen dem Trägheitsabscheider 2100 ähnlich. Der einzige Unterschied zwischen dem Trägheitsabscheider 2200 und dem Trägheitsabscheider 2100 besteht darin, dass der Trägheitsabscheider 2200 eine Einfassung 2202 mit einer anderen Form als der der Einfassung 2102 verwendet. Folglich wird die gleiche Nummerierung verwendet wie bei der Beschreibung des Trägheitsabscheiders 2200 und des Trägheitsabscheiders 2100, wenn gleiche Teile bezeichnet werden. In einigen Anordnungen besteht die Einfassung 2202 aus Gummi. Die Einfassung 2202 ist konzentrisch tangential in Bezug auf die Außenwand des zentralen Rohrs 2012. Zusätzlich zur Bereitstellung der Vorspannkraft gegen den Ventilkörper 2020 stellt die Einfassung 2202 auch eine Barriere bereit, um eine mögliche Partikelwiederaufnahme in die Strömung (Wiedereinführungsverluste) zu verhindern, die zwischen dem Ventilkörper 2020 und dem Staubsammelbereich 2032 vorkommen können. Im Vergleich zur Einfassung 2102 kann die Ausbuchtung 2204 der Einfassung 2202 als eine zusätzliche Barriere dienen, um mögliche Wiedereinführungsverluste zu verhindern.
Bezugnehmend auf 23A und 23B werden die Ansichten eines Filterelements 2300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. 23A zeigt eine Querschnittsansicht der Trägheitsabscheiders 2300. 23B zeigt eine Explosionsansicht des Trägheitsabscheiders 2300. Der Trägheitsabscheider 2300 ist dem Trägheitsabscheider 2000 ähnlich. Der einzige Unterschied zwischen dem Trägheitsabscheider 2300 und dem Trägheitsabscheider 2000 besteht darin, dass der Trägheitsabscheider 2300 anstelle der Feder 2022 einen Schaumstoffblock 2302 verwendet. Folglich wird die gleiche Nummerierung verwendet wie bei der Beschreibung des Trägheitsabscheiders 2300 und des Trägheitsabscheiders 2000, wenn gleiche Teile bezeichnet werden. Der Schaumstoffblock 2302 ist als eine Scheibe angeordnet, die das zentrale Rohr 2012 umgibt. Der Schaumstoffblock 2302 umfasst einen federartigen Schaumstoff, der die Federvorspannkraft bereitstellt, um den Ventilkörper 2020 in der geschlossenen Position vorzuspannen. In einigen Anordnungen kann der Schaumstoffblock 2302 porös sein, so dass Luft durch den Schaumstoffblock 2302 strömen kann. Bei solchen Anordnungen kann der Schaumstoffblock 2302 eine gewisse Filterkapazität für den Trägheitsabscheider 2300 bereitstellen, wenn Luft durch den Schaumstoffblock 2302 strömt.
Bezugnehmend auf 24A bis 24G werden die Ansichten eines Trägheitsabscheiders 2400 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. 24A zeigt eine Querschnittsansicht der Trägheitsabscheiders 2400. 24B zeigt eine Explosionsansicht des Trägheitsabscheiders 2400. Der Trägheitsabscheider 2400 schließt ein Gehäuse 2402 mit einem Einlass 2404 und einem Staubausgang 2406 ein. In einigen Anordnungen ist der Staubausgang 2406 mit einem Staubabwurfventil, wie etwa einem Gummi-Entenschnabelventil, ausgestattet. Das Gehäuse 2402 ist abnehmbar am Innenkörper 2408 befestigt. In einigen Anordnungen drückt das Gehäuse 2402 ein Dichtungselement gegen eine Oberfläche des Innenkörpers 2408. Der Innenkörper 2408 umfasst ein zentrales Rohr 2412, das einen Auslassabschnitt 2414 einschließt, der sich vom Gehäuse 2402 weg erstreckt, und einen Einlassabschnitt 2416, der sich in eine zentrale Kammer erstreckt, die durch das Gehäuse 2402 definiert ist. Der Innenkörper 2408 umfasst ferner eine Ventilkörperstütze 2418, die teilweise innerhalb des zentralen Rohrs 2412 positioniert ist und sich an dem Auslassabschnitt 2414 vorbei erstreckt. Ein Ventilkörper 2420 wird an der Ventilkörperstütze 2418 gesichert. Der Ventilkörper 2420 ist ein flexibler Ventilkörper. Anders als die oben beschriebenen Ventilkörper (z. B. der Ventilkörper 120) ist der Ventilkörper 2420 in Bezug auf die Ventilkörperstütze 2418 nicht axial verschiebbar. Vielmehr ist der Ventilkörper 2420 radial flexibel zwischen einer geschlossenen Position (wie in 24A gezeigt) und einer gebogenen, offenen Position (wie in 24C-24G gezeigt). In einigen Anordnungen umfasst der Ventilkörper 2420 Silikonkautschuk. Der Ventilkörper 2420 ist so geformt, dass es in Richtung der geschlossenen Position von 24A vorgespannt ist. Da der Ventilkörper 2420 selbst verformbar ist, verwendet der Trägheitsabscheider 2400 keine separate Federkomponente. Diese Konstruktion reduziert daher eine Komponente (im Vergleich zu dem Trägheitsabscheider 100), was die Kosten reduzieren sollte. Da der Ventilkörper 2420 in Bezug auf die Ventilkörperstütze 2418 stationär ist, besteht außerdem ein geringeres Risiko, dass der Ventilkörper 2420 in einer geöffneten oder geschlossenen Position aufgrund von Fremdkörpern, die durch den Trägheitsabscheider 2400 strömen, stecken bleibt.
Im Allgemeinen wird der Luftstrom durch den Trägheitsabscheider 2400 durch den Strömungspfad 2424 bestimmt. Luft tritt im Allgemeinen durch den Einlass 2404 in das Gehäuse 2402 ein. Die Luft wird durch eine gekrümmte Außenfläche des Ventilkörpers 2420 gedreht. Zusätzlich verformt der Druck der Luft gegen den Ventilkörper 2420 den Ventilkörper 2420, um eine Düse zwischen dem Ventilkörper 2420 und einer Innenfläche des Gehäuses 2402 zu schaffen. Die Luft macht dann eine scharfe Wende in das zentrale Rohr 2412 und aus dem Auslassabschnitt 2414 heraus. Mindestens ein Teil der Partikel, die in der dem Ventilkörper 2420 vorgelagerten Luft enthalten sind (z. B. Schmutz, Staub, Ablagerungen usw.), werden durch die scharfe Wende abgetrennt, da die Partikel eine relativ höhere Masse im Vergleich zu der die Partikel tragende Luft aufweisen. Die abgetrennten Partikel werden in eine radiale Staubauslasszone 2430 des Gehäuses 2402 und aus dem Staubausgang 2406 heraus geleitet.
24C zeigt den Ventilkörper 2420 als unter 1 kPa Druck verformt, was zu einer Verschiebung von etwa 2,1 mm in axialer Richtung führt. 24D zeigt Partikelspuren, die eine Partikelschnittgröße von etwa 4 Mikrometern Durchmesser für den Trägheitsabscheider 2400 zeigen. 24E zeigt einen Druckverlauf für den Trägheitsabscheider 2400, der eine Differenzdruck zwischen dem Auslass und dem Einlass von etwa 1 kPa zeigt. 24F zeigt Geschwindigkeitsverläufe für den Trägheitsabscheider 2400, die eine erhöhte Geschwindigkeit im Düsenbereich und diesem unmittelbar nachgelagert mit den Strömungsbiegungen von etwa 90 Grad zeigen. 24G zeigt die Geschwindigkeitsstromlinien für den Trägheitsabscheider 2400, die einen sehr geringen Strom in das Staubsammelvolumen zeigen.
25A und 25B zeigen Ansichten eines alternativen Ventilkörpers 2500 zur Verwendung im Trägheitsabscheider 2400. Der Ventilkörper 2500 ermöglicht eine größere Verformung als der Ventilkörper 2420. Der Ventilkörper 2500 ist ein flexibler Ventilkörper. Der Ventilkörper 2500 ist radial flexibel zwischen einer geschlossenen Position (wie z. B. in 24A gezeigt mit Bezug auf den Ventilkörper 2420) und einer gebogenen, offenen Position (wie z. B. in 24C-24G gezeigt mit Bezug auf Ventilkörper 2420, wie in 25B gezeigt). In einigen Anordnungen umfasst der Ventilkörper 2500 Silikonkautschuk. Der Ventilkörper 2500 ist so geformt, dass es in Richtung der geschlossenen Position vorgespannt ist. Anders als der Ventilkörper 2420 hat der Ventilkörper 2500 Schlitze 2502. Die Schlitze erzeugen örtlich begrenzte Bereiche, in denen sich der Ventilkörper 2500 örtlich in Umfangsrichtung deformieren kann. Dies ermöglicht eine insgesamt größere Verformung des Ventilkörpers 2500 im Vergleich zum Ventilkörper 2420 bei ähnlichen Betriebsbedingungen. Zum Beispiel erfährt, wie in 25B gezeigt, der Ventilkörper 2500 eine Verformung von 7,2 mm beim gleichen Druck von 1 kPa.
Unter Bezugnahme auf 26 wird eine Querschnittsansicht eines Trägheitsabscheiders 2600 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Der Trägheitsabscheider 2600 ist im Wesentlichen der gleiche wie der Trägheitsabscheider 2400. Folglich wird die gleiche Nummerierung verwendet, um gleiche Merkmale zwischen dem Trägheitsabscheider 2400 und dem Trägheitsabscheider 2600 zu bezeichnen. Der einzige Unterschied zu dem Trägheitsabscheider 2600 ist die Form der Ventilkörperstütze 2602. Anders als die Ventilkörperstütze 2418 ist die Ventilkörperstütze 2602 in einer größeren und stärker abgerundeten Form konstruiert, in der Absicht, Kontakt zum Ventilkörper 2420 zu bilden, wenn der Ventilkörper 2420 auslenkt. Die Ventilkörperstütze 2602 ist so ausgelegt, dass sie eine nichtlineare Kraft gegen die Auslenkungsform des Ventilkörpers 2420 bereitstellt, indem sie die Ventilkörperstütze 2602 formt, um allmählich zunehmende Unterstützung für (d. h. mehr und mehr in Kontakt mit) der/den Ventilkörper 2420 zu schaffen, wenn der Ventilkörper 2420 ablenkt. Dies bietet den Vorteil, dass die Auswirkungen einer vollständig geöffneten Seite des Ventilkörpers 2420 begrenzt werden, während die andere Seite geschlossen bleibt und den Vorteil, eine verbesserte Symmetrie der Tellerverschiebung bereitzustellen.
Unter Bezugnahme auf die 27A bis 27D werden Ansichten eines modifizierten Gehäuses 2702 des Trägheitsabscheiders 2700 gezeigt. 27A zeigt eine Querschnittsansicht des Trägheitsabscheiders 2702. 27B bis 27D zeigen Strömungssimulationen durch das Gehäuse 102. Das Gehäuse 2702 wird als einen internen Schritt 2704 einschließend gezeigt (z. B. inneren Flansch), der sich von dem Einlass 104 in die zentrale Kammer erstreckt, die durch das Gehäuse 2702 definiert ist. Bei einem kleinen Spalt (d. h. entsprechend einer niedrigen Luftströmungsrate mit einer nahezu geschlossenen Ventilkörper-Stoßfuge) verband sich der ringförmigen Luftstrahl, der durch das Gehäuse 2702 strömt, mit der benachbarten Gehäusewand. Diese Bindung wird durch den Coanda-Effekt verursacht, der durch den Niederdruckbereich und der mitgerissenen Luft, die den Strahl in Richtung der benachbarten Wand „drückt“, verursacht wird. Der sich ergebenden „Wand-verbundene“ Strahl (im Vergleich zur gewünschten „scharfen Wende“ zum Auslassrohr) streicht durch die Staubsammelkammer, was Wiedereinführungsverluste von abgeschiedenem Staub verursacht. Der Einschluss des internen Schritts 2704 hilft dabei, das Wand-verbundene Strahlverhalten zu eliminieren. Der interne Schritt 2704 behält auch die gewünschte scharfe Wende des Luftströmungspfads in Richtung des Auslasses bei (was die Partikel in die Staubsammelkammer wirft, die im Wesentlichen ruhend bleibt, abgesehen von Niedergeschwindigkeits-Sekundärwirbeln, die in der Kammer zirkulieren). In einigen Anordnungen ist der interne Schritt 2704 definiert durch eine scharfe Ecke mit einem Abgangswinkel (vom Strahltangential) von >30° und einem, Abstand der Wand, der mindestens gleich oder größer ist als die ringförmige Strahldicke in der fast geschlossenen Position, in der die Strahlbindung auftritt. Wie in den Strömungssimulationen in 27B bis 27D gezeigt, entspricht der Abstand etwa dem Siebenfachen der Dicke des Strahls.
Bezugnehmend auf 28A bis 28C werden Ansichten eines Ventilkörpers 2820 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Der Ventilkörper 2820 ist im Wesentlichen das gleiche wie der Ventilkörper 120. Der Ventilkörper 2820 kann anstelle des Ventilkörpers 120 in den Trägheitsabscheider 100 montiert werden. Ein Unterschied zwischen dem Ventilkörper 2820 und dem Ventilkörper 120 besteht darin, dass der Ventilkörper 2820 axial vorstehende Ablenklamellen 2822 einschließt, gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform. Folglich wird die gleiche Nummerierung verwendet bei der Beschreibung des Ventilkörpers 120 und des Ventilkörpers 2820. 28A zeigt eine perspektivische Ansicht des Ventilkörpers 2820 und 28B zeigt eine Querschnittsansicht des Ventilkörpers 2820. 28C zeigt den Ventilkörper 2820 in dem Trägheitsabscheider 2800 montiert. In einigen Ausführungsformen kann der Ventilkörper 2820 ausgelegt sein, um verformbar oder beweglich zu sein zwischen einer geschlossenen Position (nicht gezeigt; gegen eine innere Oberfläche des Gehäuses 2802) und einer offenen Position (wie in 28A-28C gezeigt, mit einem Spalt zwischen den Ablenklamellen 2822 und dem Gehäuse 2802). In solchen Ausführungsformen ist der Ventilkörper 2820 in Richtung der geschlossenen Position durch ein Vorspannelement vorgespannt, das mit dem Ventilkörper 2820 und dem Innenkörper 2808 gekoppelt ist. In anderen Ausführungsformen, und wie in den 28A-28C gezeigt, ist der Ventilkörper 2820 statisch (z. B. bewegt sich nicht zwischen einer geschlossenen und offenen Position).
Der Ventilkörper 2820 umfasst einen flachen Deckel 2840, einen zylindrischen Abschnitt 2844 mit einer Mehrzahl von umlaufenden Einlässen 2826, die mit dem flachen Deckel 2840 verbunden und diesem nachgelagert sind, und eine radial vorstehende Oberfläche 146, die im Allgemeinen senkrecht zur zentralen Achse 126 und um eine Außenfläche des zylindrischen Abschnitts 2844 angeordnet ist. Der Raum zwischen dem Gehäuse 2802 und dem den Umfangseinlässen 2028 nachgelagerten Innenkörper 2808 definiert einen Staubsammelbereich. Die Ablenklamellen 2822 sind um eine Außenfläche auf dem oberen Abschnitt des zylindrischen Abschnitts 2844 angeordnet, der unter der Mehrzahl von Umfangseinlässen 2826 angeordnet ist. Die Ablenklamellen 2822 können in einer Mehrzahl von Winkeln angeordnet werden und in einer breiten Vielfalt von Abmessungen und Anzahlen ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen überlappen die Ablenklamellen 2822 im Wesentlichen (z. B. im Wesentlichen kontinuierlich von einer axialen Ansicht) mit einem kleinen Spalt zwischen jeder Ablenklamelle. Während des Betriebs strömt Luft durch den Einlass 2804 in Richtung des Ventilkörpers 2820. Die Luftströmung macht dann eine scharfe Wende durch die umlaufenden Einlässe 2826, was dazu führt, dass mitgerissener Staub in den Staubsammelbereich fällt. Die Ablenklamellen 2822 unterstützen das Zurückhalten von Staub innerhalb des Staubsammelbereichs, da die großen Staubpartikel von den Wänden des Staubsammelbereichs springen und zum Einlass zurückkehren und/oder in die umlaufenden Einlässe 2028 wandern können. Wie zu erkennen ist, haben die Ablenklamellen 2822 einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Differenzdruck über dem Trägheitsabscheider 2800, da nur ein kleiner Strom in die Kammer hineingeht.
Bezugnehmend auf 29A und 29B werden die Ansichten eines Ventilkörpers 2920 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Der Ventilkörper 2920 ist im Wesentlichen das gleiche wie der Ventilkörper 2820. Der Ventilkörper 2920 kann in den Trägheitsabscheider 2800 anstelle des Ventilkörpers 2820 montiert werden. Ein Unterschied zwischen dem Ventilkörper 2920 und dem Ventilkörper 2820 ist, dass der Ventilkörper 2920 eine Schaumstoffblockscheibe 2862 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform einschließt. Folglich wird die gleiche Nummerierung verwendet bei der Beschreibung des Ventilkörpers 2820 und des Ventilkörpers 2920. 29A zeigt eine perspektivische Ansicht des Ventilkörpers 2920, das in dem Trägheitsabscheider 2900 montiert ist, und 29B zeigt eine Querschnittsansicht des Ventilkörpers 2920. 28C zeigt den Ventilkörper 2920 montiert im Trägheitsabscheider 2800. In einigen Ausführungsformen kann der Ventilkörper 2920 ausgelegt sein, um verformbar oder beweglich zu sein zwischen einer geschlossenen Position (nicht gezeigt; gegen eine innere Oberfläche des Gehäuses 2802) und einer offenen Position (wie in 29A & 29B gezeigt, mit einem Spalt zwischen der Schaumstoffblockscheibe 2862 und dem Gehäuse 2802). In solchen Ausführungsformen ist der Ventilkörper 2920 in Richtung der geschlossenen Position durch ein Vorspannelement vorgespannt, das mit dem Ventilkörper 2920 und dem Innenkörper 2808 gekoppelt ist. In anderen Ausführungsformen ist, wie in 29A & 29B gezeigt, der Ventilkörper 2920 statisch (z. B. es bewegt sich nicht zwischen einer geschlossenen und offenen Position).
Der Ventilkörper 2920 umfasst einen flachen Deckel 2840, einen zylindrischen Abschnitt 2844 mit einer Mehrzahl von umlaufenden Einlässen 2826, die mit dem flachen Deckel 2840 verbunden und diesem nachgelagert sind, und eine radial vorstehende Oberfläche 146, die im Allgemeinen senkrecht zu der zentralen Achse 126 und um eine Außenfläche des zylindrischen Abschnitts 2844 angeordnet ist. Der Raum zwischen dem Gehäuse 2802 und dem den Umfangseinlässen 2028 nachgelagerten Innenkörper 2808 definiert einen Staubsammelbereich. Die Schaumstoffblockscheibe 2862 ist um eine Außenfläche herum auf dem oberen Abschnitt des zylindrischen Abschnitts 2844 angeordnet, der unter der Mehrzahl von umlaufenden Einlässen angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen verfügt die Schaumstoffblockscheibe 2862 über eine Porenweite in einem Bereich von 30 bis 60 Poren pro Zoll. Während des Betriebs strömt Luft durch den Einlass 2804 in Richtung des Ventilkörpers 2920. Die Luftströmung macht dann eine scharfe Wende durch die umlaufenden Einlässe 2826, was dazu führt, dass mitgerissener Staub in den Staubsammelbereich fällt. Die Schaumstoffblockscheibe 2862 unterstützt das Zurückhalten von Staub innerhalb des Staubsammelbereichs, da die großen Staubpartikel von den Wänden des Staubsammelbereichs springen und zum Einlass zurückkehren und/oder in die umlaufenden Einlässe 2028 wandern können. Wie zu erkennen ist, hat die Schaumstoffblockscheibe 2862 einen vernachlässigbaren Einfluss auf den Differenzdruck über dem Trägheitsabscheider 2900, da nur ein kleiner Strom in die Kammer hineingeht.
Es sollte beachtet werden, dass der hierin verwendete Begriff „beispielhaft“ zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen anzeigen soll, dass derartige Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen und/oder Abbildungen möglicher Ausführungsformen sind (und dass ein derartiger Begriff nicht notwendigerweise darauf schließen lassen soll, dass derartige Ausführungsformen außergewöhnliche oder hervorragende Beispiele sind).
Der hierin verwendete Begriff „verbunden“ und dergleichen bedeutet die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen miteinander. Dieses Verbinden kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) geschehen. Diese Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente untereinander einstückig als ein einheitlicher Körper ausgebildet sind, oder dadurch, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente aneinander befestigt sind.
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „im Wesentlichen“ oder „ungefähr“ plus oder minus 10 % des assoziierten Werts oder Wertebereichs.
Bezugnahmen hierin auf die Positionen der Elemente (z. B. „Ober-“, „Unter-“, „oben“, „unten“ usw.) beschreiben lediglich die Ausrichtung der unterschiedlichen Elemente in den Figuren. Es sollte beachtet werden, dass die Ausrichtung verschiedener Elemente je nach anderen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedlich ausfallen kann und die vorliegende Offenbarung derartige Varianten umfasst.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, erkennt die Fachwelt beim Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Dimensionen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Orientierungen usw.), ohne erheblich von den neuen Lehren und Vorteilen des hierin beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einstückig gebildet dargestellt werden, aus mehreren Teilen oder Elementen konstruiert werden, die Position der Elemente kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, und die Art oder Anzahl separater Elemente bzw. Positionen kann geändert oder variiert werden. Die Reihenfolge oder Abfolge von Verfahrens- oder Prozessschritten kann gemäß alternativen Ausführungsformen variiert oder neu geordnet werden. Darüber hinaus können Merkmale aus bestimmten Ausführungsformen mit Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden, was dem Fachmann klar sein dürfte. Weitere Ersetzungen, Abwandlungen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls bezüglich der Konstruktion, der Betriebsbedingungen und der Anordnung der diversen, beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62503037 [0001]

Claims

Trägheitsabscheider, umfassend: ein Gehäuse, das eine zentrale Kammer definiert, wobei das Gehäuse einen Einlass und einen Staubausgang umfasst; einen Innenkörper, der mit dem Gehäuse gekoppelt ist, wobei der Innenkörper ein zentrales Rohr umfasst mit einem ersten Ende, das sich in die zentrale Kammer erstreckt, und einem zweiten Ende, das einen Auslass definiert; und einen Ventilkörper angrenzend an das erste Ende des zentralen Rohrs, wobei der Ventilkörper zwischen einer geschlossenen Position, in welcher das erste Ende blockiert ist, und einer offenen Position, in welcher das erste Ende zumindest teilweise freigegeben ist, beweglich oder verformbar ist, wobei der Ventilkörper in die geschlossene Position vorgespannt ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 1, wobei eine Feder den Ventilkörper in die geschlossene Position vorspannt, wobei die Feder zwischen dem Innenkörper und dem Ventilkörper angeordnet ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 2, wobei der Ventilkörper axial entlang einer Mittelachse, die durch das zentrale Rohr zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position definiert ist, verschiebbar ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 1, wobei der Ventilkörper umfasst: einen konischen Deckel innerhalb des Einlasses; eine radial vorspringende Oberfläche, die mit dem konischen Deckel verbunden und diesem nachgelagert ist, wobei die radial vorstehende Oberfläche im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse des zentralen Rohrs ist, wobei die radial vorstehende Oberfläche veranlasst, dass sich Luft im Wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse bewegt; und eine Einfassung, die mit der radial vorstehenden Oberfläche verbunden ist, wobei sich die Einfassung vom ersten Ende weg in Richtung der zentralen Kammer erstreckt.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 4, wobei der konische Deckel ferner axial hervorstehende Wirbellamellen umfasst, die um eine äußere gekrümmte Fläche angeordnet sind, wobei die axial vorstehenden Wirbellamellen veranlassen, dass Luft, die an dem Ventilkörper vorbeiströmt, in eine Wirbelströmung übergeht.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 4, wobei eine Außenfläche der Einfassung in Bezug auf eine Innenfläche des zentralen Rohrs abgewinkelt ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 4, wobei der Innenkörper ferner ein Ventilkörperstützelement umfasst, das in dem zentralen Rohr positioniert und mit dem Ventilkörper gekoppelt ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 7, wobei der Ventilkörper ferner einen Zentrierpfosten umfasst, der sich von der radial vorstehenden Oberfläche weg in Richtung der zentralen Kammer erstreckt und innerhalb der Einfassung angeordnet ist, wobei der Zentrierpfosten ausgelegt ist, in Schlitzen des Ventilkörperstützelements in einer verschiebbaren Weise aufgenommen zu werden.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 4, ferner einen radialen Staubaustragraum zwischen dem Gehäuse und dem Innenkörper umfassend, wobei der radiale Staubaustragraum Partikel aufnimmt, die aus einem Luftstrom getrennt werden, während sich der Luftstrom entlang der radial vorstehenden Oberfläche in Richtung der Einfassung bewegt, wobei der radiale Staubaustragraum in fluidischer Verbindung mit dem Staubausgang steht.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 4, wobei der konische Deckel ferner eine Mehrzahl an axial vorstehenden Wirbellamellen umfasst, die an einem vorgelagerten Ende des konischen Deckels innerhalb des Einlasses angeordnet sind, wobei die Mehrzahl der axial vorstehenden Wirbellamellen ausgelegt sind, eine tangentiale Geschwindigkeit auf einen Luftstrom durch den Einlass auszuüben, bevor die Luft die radial vorstehende Fläche erreicht.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 4, wobei das Gehäuse ferner einen inneren Flansch umfasst, der sich von dem Einlass in die zentrale Kammer erstreckt, die durch das Gehäuse definiert wird, wobei der innere Flansch ausgelegt ist, ein Wandverbundenes Stömungsverhalten durch einen Luftstrom durch das Gehäuse zu begrenzen.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 1, wobei der Innenkörper ferner ein Ventilkörperstützelement, das in dem zentralen Rohr angeordnet ist und mit dem Ventilkörper gekoppelt ist, eine Mehrzahl an äußeren Stützrippen und eine Mehrzahl an innere Stützrippen umfasst, wobei jede äußere Stützrippe der Mehrzahl von äußeren Stützrippen um eine Außenfläche des Innenkörpers herum angeordnet ist, wobei die Mehrzahl von äußeren Stützrippen das zentrale Rohr gegen eine Innenfläche des Gehäuses stützen, wobei jede innere Stützrippe der Mehrzahl von inneren Stützrippen um eine Innenfläche des Innenkörpers und angrenzend an der Ventilkörperstützelement angeordnet ist, wobei die Mehrzahl von inneren Stützrippen das Ventilkörperstützelement innerhalb des zentralen Rohrs zentrieren und stützen.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 1, ferner eine Saugvorrichtung umfassend, die über den Auslass in fluidischer Verbindung mit der zentralen Kammer ist, wobei die Absaugvorrichtung dazu ausgelegt ist, der Ventilkörper zu veranlassen sich in die offene Position zu bewegen, wenn die Saugvorrichtung aktiv ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 1, wobei sich der Ventilkörper durch einen Druck der Luft, die sich durch den Einlass in Richtung Auslass bewegt, zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position bewegbar oder verformbar ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 1, wobei der Ventilkörper axial vorstehende Wirbellamellen umfasst, die veranlassen, dass am Ventilkörper vorbeiströmende Luft in eine Wirbelströmung übergeht.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 1, wobei der Ventilkörper umfasst: ein Kuppeloberteil angrenzend an das erste Ende des zentralen Rohrs, wobei das Kuppeloberteil eine Mehrzahl in Umfangsrichtung angeordnete Schenkel umfasst, die sich von einer Oberfläche des Kuppeloberteils zum Einlass hin erstrecken; eine radial vorspringende Oberfläche, die mit dem Kuppeloberteil verbunden und diesem nachgelagert ist, wobei die radial vorstehende Oberfläche im Wesentlichen senkrecht zu einer Mittelachse des zentralen Rohrs ist, wobei die radial vorstehenden Oberfläche veranlasst, dass sich Luft im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse bewegt; und eine Einfassung, die mit der radial vorstehenden Oberfläche verbunden ist, wobei sich die Einfassung vom ersten Ende weg in Richtung der zentralen Kammer erstreckt, wobei die Mehrzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Schenkeln ausgelegt ist, eine Feder gegen das Gehäuse innerhalb der Einlasses des Gehäuses zu halten, wobei die Feder der Ventilkörper in die geschlossene Position vorspannt.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 1, wobei der Ventilkörper ein flexibles Material umfasst, so dass der Ventilkörper zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position verformbar ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 1, wobei der Ventilkörper eine Mehrzahl von Ablenklamellen angrenzend an das erste Ende des zentralen Rohrs umfasst, wobei die Mehrzahl der Ablenklamellen zum Zurückhalten von Staub in einem Raum zwischen dem Gehäuse und dem Innenkörper ausgelegt ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 1, wobei der Ventilkörper eine Schaumscheibe angrenzend an das erste Ende des zentralen Rohrs umfasst, wobei die Schaumscheibe zum Zurückhalten von Staub in einem Raum zwischen dem Gehäuse und dem Innenkörper ausgelegt ist.
Trägheitsabscheider, umfassend: ein Gehäuse, das eine zentrale Kammer definiert, wobei das Gehäuse einen Einlass und einen Staubausgang umfasst; einen Innenkörper, der mit dem Gehäuse gekoppelt ist, wobei der Innenkörper ein zentrales Rohr umfasst mit einem ersten Ende, das sich in die zentrale Kammer erstreckt, und einem zweiten Ende, das einen Auslass definiert; und einen Ventilkörper, das über eine Außenfläche der zentralen Kammer und angrenzend an das erste Ende des zentralen Rohrs angeordnet ist, wobei der Ventilkörper zwischen einer geschlossenen Position, in welcher das erste Ende blockiert ist, und einer offenen Position, in welcher das erste Ende mindestens teilweise freigegeben ist, beweglich oder verformbar ist, wobei der Ventilkörper in die geschlossene Position vorgespannt ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 20, wobei der Ventilkörper umfasst: eine Kuppeloberseite angrenzend an das erste Ende des zentralen Rohrs; einen zylindrischen Abschnitt, der mit dem Kuppeloberteil verbunden und diesem nachgelagert ist, wobei der zylindrische Abschnitt mit einer Mehrzahl von umlaufenden Einlässen konfiguriert ist, um Luft von dem Einlass aufzunehmen, wenn der Ventilkörper in der offenen Position ist; und eine abgewinkelte Einfassung, die sich von einer Außenseite des zylindrischen Abschnitts nach außen erstreckt, wobei sich die abgewinkelte Einfassung weg von dem ersten Ende in Richtung der zentralen Kammer erstreckt.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 21, wobei eine Feder den Ventilkörper in die geschlossene Position vorspannt, wobei die Feder zwischen dem Innenkörper und der abgewinkelten Einfassung angeordnet ist, wobei der Ventilkörper axial entlang einer Mittelachse verschiebbar ist, die durch das zentrale Rohr zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position definiert ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 21, wobei eine verformbare Wiedereinführungsverlust-Einfassung den Ventilkörper in die geschlossene Position vorspannt, wobei die verformbare Wiedereinführungsverlust-Einfassung zwischen dem Innenkörper und der abgewinkelten Einfassung angeordnet ist, wobei der Ventilkörper axial entlang einer Mittelachse verschiebbar ist, die durch das zentrale Rohr zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position definiert ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 21, wobei eine verformbare Wiedereinführungsverlust-Einfassung den Ventilkörper in die geschlossene Position vorspannt, wobei die verformbare Wiedereinführungsverlust-Einfassung zwischen dem Innenkörper und der abgewinkelte Einfassung angeordnet ist und die verformbare Wiedereinführungsverlust-Einfassung einen zylindrischen Vorsprung um eine Außenseite der verformbaren Wiedereinführungsverlust-Einfassung herum umfasst, der konzentrisch tangential in Bezug auf das zentrale Rohr ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 21, wobei ein Schaumstoffblock den Ventilkörper zur geschlossenen Position hin vorspannt, wobei der Schaumstoffblock zwischen dem Innenkörper und der abgewinkelten Einfassung angeordnet ist und als eine Scheibe angeordnet ist, die das zentrale Rohr umgibt, wobei der Ventilkörper axial entlang einer Mittelachse durch das zentrale Rohr verschiebbar ist, das zwischen der geschlossenen Position und der offenen Position definiert ist.
Trägheitsabscheider, umfassend: ein Gehäuse, das eine zentrale Kammer definiert, wobei das Gehäuse einen Einlass und einen Staubausgang umfasst; einen Innenkörper, der mit dem Gehäuse gekoppelt ist, wobei der Innenkörper ein zentrales Rohr umfasst mit einem ersten Ende, das sich in die zentrale Kammer erstreckt, und einem zweiten Ende, das einen Auslass definiert; und einen flexiblen Ventilkörper, der über einer Außenfläche der zentralen Kammer und angrenzend an das erste Ende des zentralen Rohrs angebracht ist, wobei der Ventilkörper zwischen einer geschlossenen Position, in welcher das erste Ende blockiert ist, und einer offenen Position, in welcher das erste Ende mindestens teilweise freigegeben ist, verformbar ist, wobei der Ventilkörper in die geschlossene Position vorgespannt ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 26, wobei der Innenkörper ferner eine Ventilkörperstütze umfasst, die teilweise im zentralen Rohr angeordnet ist und sich in Richtung des Auslasses erstreckt, wobei die Ventilkörperstütze ausgelegt ist, um den Ventilkörper zu stützen, wobei der Ventilkörper in Bezug auf die Ventilkörperstütze stationär ist, und wobei der Ventilkörper radial flexibel zwischen einer geschlossenen Position und einer gebogenen, offenen Position ist.
Trägheitsabscheider nach Anspruch 26, wobei der Innenkörper ferner eine Ventilkörperstütze umfasst, die teilweise im zentralen Rohr angeordnet ist und sich in Richtung des Auslasses erstreckt, wobei die Ventilkörperstütze ausgelegt ist, den Ventilkörper zu halten, wobei der Ventilkörper radial flexibel zwischen einer geschlossenen Position und einer gebogenen, offenen Position ist, und wobei die Ventilkörperstütze eine abgerundete Ventilkörperstütze ist, die mit dem Ventilkörper in Kontakt tritt, wenn der Ventilkörper in der gebogenen, offenen Position ist.