DE19620091A1

DE19620091A1 - Staubsauger mit hydraulischem Rotationsparaboloid

Info

Publication number: DE19620091A1
Application number: DE1996120091
Authority: DE
Inventors: Franz Dr Pfleghar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-05-18
Filing date: 1996-05-18
Publication date: 1997-11-20

Description

Stand der Technik

Wer kennt nicht den unangenehmen Geruch, der nach dem Staubsaugen trotz moderner Mikrofiltertechnik in einem "entstaubten" Raum zurückbleibt. Staub in der Luft ist nicht nur eine Frage der Wohnkultur, sondern betrifft auch alle Aspekte des gesunden Wohnens.

Es sind zahlreiche Staubsauggeräte auf dem Markt, die in unterschiedlicher Weise und Qualität Staub absaugen. Neben Staubsaugern, die mit Gewebefiltertechnik arbeiten, sind auch Systeme im Einsatz, die das angesaugte Luft-Staub-Gemisch, im folgenden Rohgas genannt, mit einer Flüssigkeit in Kontakt bringen und so den Staub abscheiden.

Die folgende Aufstellung gibt einen Überblick über bereits patentierte Systeme:
/1/ DE-Patent 2 94 685 Rohgas streicht über Wasseroberfläche und wird mit Wasser besprüht
/2/ US-Patent 2114780 Rohgas streicht über Wasseroberfläche, Wasser wird aufgewirbelt
/3/ EP-Patent 0002402 Rohgas durchläuft Sprühvorrichtung und danach ein Wasserbad, Prallbleche sind für die Abscheidung der Waschflüssigkeit vorgesehen
/4/ DE-Patent 40 24 236 Rohgas wird durch eine Flüssigkeit durchgeführt und vor dem Eintritt ins Wasser durch streifenförmige Austrittsöffnungen in kleinere Luftblasen aufgeteilt, über mögliche Verstopfungsprobleme ist nichts aus gesagt
/5/ DE-Patent 41 07 535 Rohgas durchläuft ein mehrstufiges Flüssigkeits filterungssystem mit einem speziellen Steuerungs mechanismus, aufwendiges Konzept
/6/ G 9105213.0 Rohgas durchläuft zunächst Rohfilter und danach einen Venturi-Wäscher mit Zyklonabscheidung, Aneinanderreihung von verschiedenen Filtersystemen
/7/ DE-Patent 41 01 306 Rohgas gelangt über eine Einlaßdüse in ein Wasser bad, zum Reinigen des Wasserbades muß der gesamte Hauptbehälter abgebaut werden.

Die im folgenden beschriebene Erfindung hat zum Ziel, eine Alternative zu den obengenannten Systemen in Bezug auf Funktion, Einsatzmöglichkeiten und baulichem Aufwand aufzuzeigen und zu realisieren.

Lösungsprinzip

Für die technische Realisierung einer optimalen Entstaubung von Rohgas wird folgende Anforderungsliste zugrunde gelegt:

- gute Abscheidung von Staub, besonders von Feinstaub, durch gezielte Führung und Beeinflussung des Rohgasstromes im Wasserbad
- keine Geruchsbelästigung beim Staubsaugen
- hoher Rohgasdurchsatz
- wenig Energieaufwand beim Staubsaugen
- Verzicht auf Papier- bzw. auf Mikrofilter
- einfaches konstruktives Konzept zur Erzielung minimaler Herstellungskosten
- leichte Bedienung
- einfache Entfernung des Staubes aus dem Wasserbad.

Ziel der Erfindung ist es, ein Staubsauggerät anzugeben, das die genannte Anforderungsliste möglichst effektiv erfüllt.

Drei in der Technik bedeutsame Staubabscheidungsmöglichkeiten sind durch den Filterentstauber, den Zyklonabscheider und den Gaswäscher realisiert.

Der Filterentstauber soll aus den weiteren Überlegungen ausgeklammert werden. Beim Zyklonabscheider werden die Staubkörner aus dem Luftstrom durch Zentrifugalkraft, die durch den Drall der Strömung entsteht, ausgeschieden. Für die Abscheidung von Feinstaub ist der Zyklon nicht ideal, da Staub durch Sekundärströmung über das Tauchrohr ins Freie gelangen kann und dann nicht aus dem Reingas ausgeschieden wird.

Beim Gaswäscher wird dem mit Staubteilchen beladenen Luftstrom fein ver düstes Wasser zugeführt, das die feinen Staubkörner bindet. Grobstaub läßt sich mit diesem Verfahren kaum ausscheiden.

Das Fliehkraftprinzip des Zyklonabscheiders und das Benetzungsprinzip des Gaswäscher lassen sich mit dem hydraulischen Rotationsparaboloid geschickt kombinieren.

Wird ein zylindrisches Gefäß bis einer bestimmten Höhe mit Wasser gefüllt und in Rotation versetzt, so nimmt das Wasser nach einiger Zeit die Winkel geschwindigkeit des Gefäßes an. Auf jedes Fluidteilchens im Bereich des freien Spiegel s wirkt dann die Gewichtskraft dm g und die vom variablen Radius r abhängige Fliehkraft dm ω² r. Diese beiden Kraftkomponenten bestimmen die freie Form der Oberfläche. Die Rotationskurve bzw. die Meridianlinie ergibt eine Parabel, die freie Oberfläche entspricht der Form eines Rotationsparaboloids zweiten Grades.

Das Rotationsparaboloid stellt im Vergleich zur kreisförmigen Wasserober fläche des stillstehenden Gefäßes eine deutlich größere Wasseroberfläche zur Verfügung. Dies ist ein willkommenes Phänomen, wenn die Benetzungsfähigkeit der Wasseroberfläche für Staubkörner und für Wassertröpfchen genutzt werden soll. Gleichzeitig herrscht im Grenzschichtbereich der Wasseroberfläche eine Strömung, die angrenzende Partikel in Rotation versetzt und somit ein Fliehkraftfeld Richtung Wasseroberfläche erzeugt, wodurch Staubkörner und Wassertröpfchen gebunden werden können.

Das Einbringen des Rohgases in die rotierende Flüssigkeit bedarf besonderer Überlegungen. In Bild 1a, Bild 1b und Bild 1c sind verschiedene Prinzip kombinationen dargestellt.

Allen gemeinsam ist das Einströmen eines Rohgasmediums auf bzw. in eine rotierende paraboloidförmige Wasseroberfläche, wodurch das von Staubkörnern zu reinigende Rohgas mit Wasser bzw. mit zerstäubtem Wasser in Berührung gebracht wird. Das Rohgas wird zentral von oben zugeführt und erfährt im Bereich der Austrittsdüse eine Umlenkung und Richtungsumkehr.

Findet der Rohgasaustritt über der Wasseroberkante statt (Bild 1a, Bild 1b und Bild 1c, Fälle 1.1, 1.2 und 1.3), treten Trägheits- bzw. Fliehkräfte auf, die eine Bewegung der Staubkörner in Richtung der Paraboloid-Oberfläche erwarten lassen.

Zwecks besserer Vermischung des Rohgases mit Wasser wird der Rohgasaustritt auf bzw. unter die Wasseroberkante gelegt (Bild 1a, Bild 1b und Bild 1c, Fälle 2.1, 2.2, 2.3, 3.1, 3.2 und 3.3).

Das nach oben entweichende Gemisch aus Restluft, zerstäubtem Wasser und eventuell noch vorhandenen Staubkörnern wird durch die Wirkung des Fliehkraftfeldes an die Wasseroberfläche geführt, wodurch restliche Staub körner und Wasserpartikel gebunden werden.

Durch die Verwendung eines Mündungsschirmes (Bild 3b, 21) oder durch die Verwendung von Mündungsringen (Bild 3c, 22) wird die nach oben entweichen de Restluft noch zusätzlich gezwungen, mit der Paraboloid-Oberfläche in Kon takt zu treten.

Zur Erhöhung der Austrittsgeschwindigkeit des Rohgases ist der Ausströmquer schnitt zu verengen. Diese Aufgabe übernimmt ein Dorn, der gleichzeitig die Strömung im Tauchrohr radial nach außen lenkt.

Konstruktive Ausführung

Den schematischen Aufbau des Staubsauggerätes zeigt Bild 2a. Rohgas wird über eine Saugdüse (1) und einem Sauggebläse (2) durch eine Rohrleitung (3) dem zylindrischen mit Wasser gefülltem rotierenden Gefäß (4), im folgenden Rotor genannt, zugeführt. Ein Grobsieb (5) verhindert, daß zu große Schmutzpartikel (z. B. Steine) den Ventilator beinträchtigen und den Austrittsquerschnitt (6) verstopfen und beschädigen. Der Antrieb des Rotors geschieht über die Drehbewegung des Sauggebläses, die mit einem dazwischengeschaltetem Untersetzungsgetriebe (7) ins Langsame übersetzt wird. Ein Antrieb mit separatem Elektromotor ist ebenfalls möglich. Zur Reinigung bzw. Entleerung des Rotorbehälters (4) wird die mittels Klammern (8) am Gehäuse (9) befestig te Abdeckung (10) abgenommen. Der Rotor kann dann bequem herausgenommen werden. Die Rückfuhrung des Reingases erfolgt über Öffnungen (11) am Gehäuse.

Bei Verwendung des Mündungsschirmes oder der Mündungsringe ist auch mög lich, das Sauggebläse bezüglich der Strömungsrichtung hinter den Rotor zu legen (Bild 2b). In diesem Falle passiert das Reingas das Sauggebläse und wird über die Öffnung (11) an die Umgebung zurückgeführt.

Das "Herz" des Staubsauggeräts ist der Rotor, in dem die wesentlichen Vorgänge der Staubabscheidung stattfinden (Bild 3a). Zur schnellen und sicheren Erzeu gung einer zirkulierenden Wasserströmung, die zur Paraboloid-Oberfläche führt, sind im Rotor (4) radial ausgerichtete Rippen (12) angebracht. Das im Tauch rohr (16) von oben zugeführte Rohgas wird am Dorn (15) radial zerteilt und über den verengten Austrittsquerschnitt (6) dem rotierenden Wasser zugeführt. Durch die erhöhte Ausströmgeschwindigkeit und durch die Relativbewegung zwischen Rohgas und Wasser wird eine intensive Vermischung von Rohgas und Wasser erreicht. Dieser Effekt wird durch radial nach außen laufende Schlitze (21) verstärkt.

Die nach oben entweichende Restluft wird durch die Existenz des im Rotor herrschenden Fliehkraftfeldes an die Wasseroberfläche gelenkt, wodurch noch im Gasstrom verbliebene Staubkörner und Wassertröpfchen gebunden werden. Die Führung des Gasstromes längs der Wasseroberfläche wird durch den Um lenkadapter (13) unterstützt. Die Restluft wird an der Prallwand (17) umgelenkt. Eventuell vorhandene Wassertröpfchen gelangen über die Öffnung (18) zurück ins Wasserbad. Die wendelförmige (entgegen Drehbewegung) Labyrinthdich tung (19) verhindert das Entweichen der Restluft am Tauchrohr.

Die Kegelsitzverbindung (14) dient zur Aufnahme und zur Zentrierung des Rotors. Der Kegelsitz überträgt die Drehbewegung der Antriebswelle (20) auf den Rotor und ermöglicht eine leichte Entnahme des Rotors zwecks Reinigung aus dem Gehäuse.

Bild 3b zeigt eine Variante, bei der ein Mündungsschirm (21) den Restluftstrom zwecks Nachreinigung gezielt an der Wasseroberfläche entlangführt. Statt des Mündungsschirmes können auch Mündungsringe (Bild 3c, 22) die Führung des Restluftstromes übernehmen. Hierbei sind an den Ringaußenkanten Wirbel phänomene zu erwarten, wodurch der Restluftstrom nochmals mit der Wasser oberfläche in Kontakt gebracht wird.

Claims

1. Reinigungsgerät, insbesondere, Staubsauger und/oder Luftreinigungsgerät, wobei das zu reinigende, Gas- und Feststoffe enthaltene Medium einer Waschflüssigkeit innerhalb des Reinigungsgerätes zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (9) ein als rotierendes Gefäß für die Waschflüssigkeit ausgebildeter Rotor (4) mit zentrisch angeordnetem Ansaugrohr (16) mit einer unteren Austrittsöffnung (6) vorgesehen ist, wobei sich im Rotor aufgrund seiner Drehbewegung ein Rotationsparaboloid aus Waschflüssigkeit bildet, welchem das zu reinigende Medium durch das Ansaugrohr (16) zuführbar ist.

2. Reinigungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (9) mit rotierendem Rotor (4) mit Rotationsparaboloid aus Waschflüssigkeit ein Unterdruck oder Überdruck mittels eines Saugventilators (2) einstellbar ist.

3. Reinigungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zentrische Ansaugrohr (16) für das zu reinigende Medium eine untere Austrittsöffnung (6) aufweist, die wahlweise über, auf oder unter der Oberfläche des Waschflüssigkeits-Rotationsparaboloid mündet.

4. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugrohr (16) für das zu reinigende Medium in seinem unteren Mündungsbereich mit einem rotationsparabolischen Leitkörper (21) verbunden ist, der sich vorzugsweise bis etwa zur Höhe h des Rotors (4) erstreckt.

5. Reinigungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkörper (21) in seiner Formgebung derart ausgebildet ist, daß er ganz oder teilweise neben, auf oder unterhalb der Oberfläche des Rotationsparaboloids der Waschflüssigkeit zu liegen kommt.

6. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Mündungsbereich (6) des Ansaugrohres (16) ein Führungsdorn (15) für das zu reinigende Medium angeordnet ist, der vorzugsweise in das Ansaugrohr (16) hineinragt.

7. Reinigungsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugventilator (2) bezüglich der Transportrichtung des zu reinigenden Mediums vor oder nach dem zentrischen Ansaugrohr (16) angeordnet ist.

8. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasführung für das zu reinigende Medium im oberen Bereich des Rotors (4) über eine Gasführungsleitung (13) mit Umlenkadapter erfolgt, der eine Prallwand (17) zur Wassertröpfchenabscheidung umfaßt.

9. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (4) mehrere horizontale Mündungsringe (22) umfaßt, die vorzugsweise am Ansaugrohr (16) befestigt sind und in ihrer radialen Erstreckung bis nahezu zur Oberfläche des Rotationsparaboloids der Waschflüssigkeit reichen.

10. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ansaugrohr (16) befestigten Mündungsringe (22) bezüglich der Oberfläche des Rotationsparaboloids einen Spalt bilden, der nach oben gleich bleibt, enger oder weiter wird (Bild 1c).

11. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kegelsitzverbindung (14) den Rotor (4) zentriert und in Drehbewegung versetzt.

12. Reinigungsgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß radial im Rotor (4) angebrachte Rippen (12) die Wasch flüssigkeit ohne Zeitverlust in Rotation versetzen.