DE19844441A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid. Die Vorrichtung umfaßt einen selbstreinigenden Filter, welcher Teilchen und Fluid voneinander trennt. Gereinigtes Fluid und abgetrennte Teilchen werden durch gesonderte Auslasse aus der Vorrichtung abgezogen. Erfindungsgemäß ist der Auslaß für die abgetrennten Teilchen so ausgebildet, daß bei Betrieb der Vorrichtung in seinem Bereich ein Unterdruck erzeugt und die abgetrennten Teilchen in den Raum zurückgeführt werden, aus welchem das zu reinigende Fluid der Vorrichtung zugeführt wurde. In einer bevorzugten Variante wird die Erfindung zum Reinigen der Belüftungsluft für ein Fahrzeug verwendet, wobei der Unterdruck im Bereich des Teilchenauslasses durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche über einen sehr langen Zeitraum ohne Unterbrechung oder ohne Phasen reduzierter Effektivität betrieben werden können.

Ein gängiges Verfahren, Teilchen aus einem Fluid, d. h. ei­ nem Gas oder einer Flüssigkeit, abzutrennen, ist die Fil­ tration. Hierbei wird das teilchenbeladene Fluid über einen Filter geleitet, und die Teilchen bleiben an dem Filter hängen, während das Fluid durch das Filter hindurchgeht. Mit zunehmender Dauer des Filtrationsvorgangs setzen die Teilchen den Filter jedoch immer mehr zu, bis der Filter verstopft. Um das Filtrationsverfahren fortsetzen zu kön­ nen, muß der Filter entweder ausgewechselt oder gereinigt werden. Derartige Filtrationsvorgänge, bei denen sich Teil­ chen auf dem Filter ablagern, sind also nicht kontinuier­ lich oder ohne Phasen verminderter Effektivität durchführ­ bar.

Ein alternatives Verfahren, Teilchen aus einem Fluid ab­ zutrennen, bedient sich des Prinzips einer Zentrifuge. Dieses Trennverfahren eignet sich vor allem zum Abtrennen von Teilchen aus einem Gasstrom. Eine nach diesem Trenn­ prinzip arbeitende Vorrichtung besteht üblicherweise aus einem hohlzylindrischen Gehäuse, welches in seinem unteren Bereich trichterförmig zuläuft. Im zylindrischen Teil des Gehäuses ist ein Rotor angeordnet, der üblicherweise eine Vielzahl von radial von der Rotationsachse nach außen wei­ senden Rotorblättern aufweist, die bis dicht an die Gehäu­ seinnenwand reichen. Der Rotor wird in Bewegung versetzt und erzeugt ein künstliches Gravitationskraftfeld. Der der Zentrifugenvorrichtung zugeführte teilchenbeladene Gasstrom wird in Rotationsrichtung entlang der Gehäusewand stark be­ schleunigt. Die Teilchen, welche schwerer sind als das Gas, werden durch das Gravitationskraftfeld gegen die Gehäuse­ wand gedrückt, dort abgebremst und sinken an der Gehäuse­ wand nach unten in den trichterförmigen Bereich der Vor­ richtung, von wo sie abgezogen werden. Das gereinigte Gas wird dagegen im Bereich der Rotationsachse oberhalb des Ro­ tors entnommen.

Die nach dem Prinzip einer Zentrifuge arbeitenden Trennvor­ richtungen eignen sich zwar relativ gut zum Abtrennen von großen Teilchen, nicht jedoch für kleine Teilchen im Sub- Millimeter-Durchmesserbereich. Um solch kleine Teilchen überhaupt abtrennen zu können, ist eine sehr hohe Gravi­ tationskraft erforderlich, die Separationszeit ist extrem lang, und bereits kleine Störungen der Strömungsverhältnis­ se der Zentrifuge machen eine Abtrennung dieser Teilchen praktisch unmöglich.

Eine Vorrichtung, die sich auch zum Abtrennen sehr kleiner Teilchen aus einem Fluid eignet, ist in der DE 195 21 963 C1 beschrieben. In ihrem Aufbau ist diese Vorrichtung den Zentrifugen-Filtrationsvorrichtungen ähnlich, jedoch be­ ruht der Trennvorgang auf einem grundsätzlich anderen Prin­ zip. Auch hier wird ein rotierender Filter verwendet, des­ sen Trennwirkung aber nicht darauf beruht, daß ein Gravita­ tionskraftfeld künstlich erzeugt wird, sondern darauf, daß Teilchen, die in den Bereich des Filters gelangen, mit der Filteroberfläche kollidieren und vom Filter weggeschlagen werden. Dagegen tritt das von den Teilchen befreite Fluid durch die Filteroberfläche hindurch und wird aus dem Inne­ ren des Filters abgezogen. Da es im Falle der in der DE 195 21 963 C1 beschriebenen Vorrichtungen nicht darauf ankommt, eine sehr hohe Beschleunigung des teilchenbeladenen Fluid­ stroms entlang der Gehäuseinnenwand zu erreichen, kann der Abstand zwischen Filteroberfläche und Gehäuseinnenwand sehr viel größer sein als der Abstand von Rotorblättern und Ge­ häuseinnenwand der Zentrifugenvorrichtungen.

Weil bei den Vorrichtungen gemäß DE '936 die Umlaufge­ schwindigkeit des Fluids entlang der Gehäusewand ver­ gleichsweise gering sein kann, unterscheiden sich die dort verwendeten Filter auch hinsichtlich ihrer Oberflächen­ struktur von den üblicherweise in Zentrifugenvorrichtungen verwendeten Rotoren. Im allgemeinen werden die Außen­ oberflächen der Filter in sich geschlossener sein. In der DE '963 bevorzugte Filter sind solche mit hohlzylindrischer Form, in denen der Zylindermantel beispielsweise durch ei­ nen porösen Körper, ein Gitternetz oder durch parallel zur Längsachse des Filters verlaufende Stäbe gebildet wird. Die Öffnungen in den Filteroberflächen dieser Filter sind in der Regel wesentlich größer als die abzutrennenden Teil­ chen. Dennoch ist es möglich, auch sehr kleine Teilchen ab­ zutrennen, wenn die Filter genügend schnell rotiert werden. Es hat sich allerdings gezeigt, daß sehr kleine Teilchen mit einem Teilchendurchmesser von weniger als etwa 2 µm gemäß der DE '963 nur bei Verwendung sehr aufwendiger, kom­ plexer Gehäusegeometrien zufriedenstellend abgetrennt wer­ den können. Die Trennung wird dadurch entsprechend teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid anzugeben, welche über einen sehr langen Zeitraum kontinu­ ierlich und ohne Phasen verringerter Effektivität betrieben werden können. Auch sehr kleine Teilchen, insbesondere sol­ che mit einem Teilchendurchmesser von unter 2 µm, soll­ ten dabei praktisch vollständig vom Fluid abtrennbar sein. Ausserdem sollte die Vorrichtung über einen sehr langen Zeitraum praktisch ohne Wartung betrieben werden können. Insbesondere sollte ein Auswechseln oder Reinigen des Fil­ ters nicht notwendig werden. Verfahren und Vorrichtung sollten zudem speziell für die Belüftung von Innenräumen, hier insbesondere Innenräumen von Fahrzeugen, mit gereinig­ ter Luft geeignet sein. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, die Entsorgung der aus dem Fluid abgetrenn­ ten Teilchen zu erleichtern.

Die Lösung dieser Aufgaben gelingt mit der Vorrichtung ge­ mäß Anspruch 1 sowie dem Verfahren gemäß Anspruch 13. Wei­ tere Ausführungsformen sowie bevorzugte oder zweckmäßige Verfahrensvarianten ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung also eine Vorrichtung zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid. Die Vorrichtung umfaßt ein Gehäuse mit einem Einlaß für das teilchenbeladene Fluid, welches der Vorrichtung aus einem ersten Raum zugeführt wird. In der Vorrichtung ist ein selbstreinigender Filter angeordnet, der Fluid und Teil­ chen voneinander trennt. Unter einem selbstreinigenden Fil­ ter ist hier ein solcher Filter zu verstehen, der im Ver­ lauf des Trennvorgangs nicht gereinigt werden muß. Der Fil­ ter ist also so ausgebildet, daß der nicht durch sich ab­ lagernde Teilchen verstopft und in seiner Funktion behin­ dert wird. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen Filter, auf dem sich während des Betriebs praktisch keine Teilchen ablagern, oder er ist zumindest so ausgebildet, daß abgelagerte Teilchen nach sehr kurzer Zeit vom Filter wieder abgeworfen werden und so die Trennwirkung des Fil­ ters praktisch nicht beeinträchtigen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt weiterhin einen Auslaß für das von den Teilchen im wesentlichen befreite Fluid, welcher von der Vorrichtung in einen zweiten Raum mündet, der von dem er­ sten Raum getrennt ist. Zudem ist ein weiterer Auslaß für abgetrennte Teilchen vorhanden. Dieser Auslaß ist erfin­ dungsgemäß so ausgebildet, daß bei Betrieb der Vorrichtung in seinem Bereich ein Unterdruck erzeugt und die abgetrenn­ ten Teilchen in den ersten Raum zurückgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann sich zum Trennen von Teilchen und Fluid entweder des Prinzips einer Zentrifuge bedienen oder des in der DE 195 21 963 C1 beschriebenen Prinzips, bei welchem die Teilchen mit der Oberfläche des Filters kollidieren, vom Filter weggestoßen und so am Durchtritt in das Innere des Filters gehindert werden. In ersterem Fall kann die erfindungsgemäße Vorrichtung grund­ sätzlich entsprechend den bekannten Zentrifugen-Trennvor­ richtungen aufgebaut sein. Der selbstreinigende Filter ist dann ein geeigneter Rotor einer Zentrifuge.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist es jedoch, das aus der DE 195 21 963 C1 bekannte Trennprinzip zu verwenden. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung entspricht dann im wesentlichen den in der DE '963 beschriebenen Vorrichtungen. Als selbstrei­ nigender Filter wird entsprechend einer der in dieser Druckschrift beschriebenen rotierenden Filter verwendet.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist gegenüber den be­ kannten Vorrichtungen den Vorteil auf, daß auch sehr kleine Teilchen, also auch Teilchen mit einem Durchmesser von deutlich unter 2 µm und bis hin zu einer Teilchengröße von 0,1 µm praktisch vollständig vom Fluid getrennt wer­ den können. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Auslaß für abgetrennte Teilchen so ausgebildet ist, daß bei Betrieb der Vorrichtung in seinem Bereich ein Unter­ druck erzeugt wird. Dieser Unterdruck verhindert, daß die sehr kleinen Teilchen, welche bereits vom selbstreinigenden Filter abgetrennt und in Richtung auf den Teilchenauslaß in Bewegung gesetzt waren, durch Strömungen innerhalb der Vor­ richtung wieder in Richtung auf den Filter zurückgezogen werden.

Bei ihren umfangreichen Untersuchungen auf dem Gebiet des Abtrennens von Teilchen aus einem Fluid hat die Anmelderin festgestellt, daß der letztgenannte Punkt ein Hauptproblem bei den Vorrichtungen des Standes der Technik ist. Viele der bekannten Vorrichtungen sind zwar grundsätzlich zu­ nächst geeignet, den Durchtritt auch sehr kleiner Teilchen durch den Filter zu verhindern. Im Unterschied zu schwere­ ren Teilchen sinken die sehr kleinen und leichten Teilchen jedoch nur sehr langsam in dem Gehäuse der Vorrichtung nach unten in Richtung auf den Teilchenauslaß. Außerdem werden sie bereits durch leichteste Strömungen innerhalb des Ge­ häuses wieder aufgewirbelt und bewegen sich in Richtung auf den Filter zurück. Dies führt dazu, daß die leichten Teil­ chen sich sehr viel schlechter aus der Vorrichtung entneh­ men lassen als schwerere Teilchen und sich innerhalb der Vorrichtung immer mehr anreichern. Die Konzentration an leichten Teilchen in der Vorrichtung nimmt immer mehr zu, bis es schließlich nicht mehr gelingt, die kleinen Teilchen am Durchtritt durch den Filter zu hindern und sie schließ­ lich ins "gereinigte" Fluid gelangen.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, am Auslaß für abge­ trennte Teilchen einen Unterdruck zu erzeugen, daß heißt, den Druck im Bereich des Teilchenauslasses so zu verrin­ gern, daß er niedriger ist als in der Vorrichtung und dem ersten Raum, dem die Teilchen zugeführt werden, wird dies wirkungsvoll verhindert. Auch kleine Teilchen können prak­ tisch vollständig aus dem Fluid und der Trennvorrichtung entfernt werden.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß der Auslaß für abgetrennte Teilchen so ausgebildet ist, daß die Teil­ chen in den ersten Raum, aus welchem der Vorrichtung das teilchenbeladene Fluid zugeführt wurde, zurückgeführt wer­ den. Durch diese Maßnahme kann die Entsorgungsproblematik die sich für die abgetrennten Teilchen üblicherweise stellt, vermieden werden.

Bei den Vorrichtungen des Standes der Technik war es all­ gemein üblich, die abgetrennten Teilchen in einem Vorrats­ behälter zu sammeln. Dieser Vorratsbehälter mußte von Zeit zu Zeit entleert werden. Die gesammelten Teilchen wurden üblicherweise deponiert.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung entfallen diese Schritte, da die abgetrennten Teilchen unmittelbar in den Versorgungsraum zurückgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenn diese zur Versorgung von Innenräumen mit gereinigter Luft eingesetzt wird. Anstatt die abgetrennten Teilchen- beispielsweise Pollen, Staub- und Rußpartikel - im Innen­ raum zu sammeln und von Zeit zu Zeit zu entsorgen, werden die Teilchen unmittelbar dahin zurückgeführt, wo sie her­ kommen - nämlich in die Umgebungsluft.

In einer Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist im Bereich des Teilchenauslasses eine Drossel angeord­ net, mit welcher der Unterdruck gezielt gesteuert werden kann. Die Drossel kann grundsätzlich an einer beliebigen Stelle des Teilchenauslasses zwischen Gehäuse und Unter­ druckquelle angeordnet sein. Die Drossel kann einerseits so eingestellt werden, daß über den gesamten Zeitraum des Trennverfahrens ein konstanter Unterdruck eingehalten wird. Andererseits ist es ebenfalls möglich, den Unterdruck so zu regeln, daß er sich periodisch im Verlauf der Trennung än­ dert und die abgetrennten Teilchen in bestimmten Zeitinter­ vallen durch den Teilchenauslaß abgesaugt und nach außen befördert werden. Die Stärke des Unterdrucks richtet sich zweckmäßig nach der Konstruktion und Größe der Vorrichtung sowie nach Art und Größe der Teilchen, die aus dem Fluid abgetrennt werden sollen. Optimale Druckverhältnisse, die die Effektivität der Trennung innerhalb der Vorrichtung nicht beeinträchtigen und das Eindringen von Teilchen in das gereinigte Fluid verhindern, können durch einfache Ver­ suche leicht herausgefunden werden.

In einer Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der Unterdruck im Bereich des Teilchenauslasses mit einer Pumpe erzeugt. Diese Variante eignet sich besonders dann, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Belüften des In­ nenraums eines Gebäudes verwendet wird. Die zu reinigende Luft wird in diesem Fall von der Gebäudeaußenseite ange­ saugt, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Schmutz­ teilchen befreit und als Reinluft in den Innenraum gelei­ tet. Die abgetrennten Teilchen werden durch den von der Pumpe unter Unterdruck gesetzten Teilchenauslaß wieder in die Umgebungsluft an der Gebäudeaußenseite zurückgegeben. Die spezielle Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung erlaubt es sogar, kleinste Teilchen bis hinunter zu einem Teilchendurchmesser von etwa 0,1 µm abzutrennen und damit selbst das Eindringen von Pollen in den Innen­ raum zu verhindern.

In einer besonders bevorzugten Variante wird die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung von Luft eingesetzt, mit welcher ein Fahrzeug belüftet wird. Die erfindungsge­ mäße Vorrichtung kann grundsätzlich in jeder Art von Fahr­ zeug verwendet werden, besonders bevorzugt ist jedoch die Anwendung in Automobilen und Eisenbahnwaggons. Die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung ist dabei in das Lüftungssystems des Fahrzeugs integriert. Die zu reinigende Luft wird aus der Fahrzeugumgebung über das Lüftungssystem in die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung geleitet, dort von dem selbstreini­ genden Filter in Reinluft und Schmutzteilchen getrennt, und die gereinigte Luft wird in den Innenraum des Fahrzeugs ge­ leitet. Der Teilchenauslaß, durch welchen die abgetrennten Teilchen nach außen in die Fahrzeugumgebung zurückgeführt werden, ist besonders bevorzugt so ausgebildet, daß der Un­ terdruck durch die Bewegung des Fahrzeugs erzeugt wird. Zweckmäßig wird der Teilchenauslaß also so zum Fahrzeug­ äußeren geführt, daß bei Bewegung des Fahrzeugs der Fahrt­ wind am Ende des Auslasses vorbeistreicht. Dadurch entsteht im Teilchenauslaß ein Unterdruck, mit welchem die abge­ trennten Teilchen nach außen gesaugt und der Fahrzeugumge­ bung zugeführt werden. Die Regelung des Druckes kann auch hier, wie bereits erwähnt, mit Hilfe einer Drossel erfol­ gen.

Für die Trennung von Teilchen und Fluid bedient sich die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders bevorzugt des in der DE 195 21 963 C1 beschriebenen Prinzips. Der selbstreini­ gende Filter der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dann also ein drehbar gelagerter Filter, dessen Trennwirkung darauf beruht, daß in den Bereich des Filters gelangende Teilchen von der Filteroberfläche des Filters getroffen und von dort weggeschlagen werden, ohne sich auf der Filter­ oberfläche abzulagern. Das von den Teilchen im wesentlichen befreite Fluid tritt dagegen durch den Filter hindurch und wird aus dem Inneren des Filters abgezogen.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung können grundsätzlich alle in der DE '963 beschriebenen rotierenden Filter eben­ falls verwendet werden. Bevorzugt besitzt der Filter eine im wesentlichen hohlzylindrische Form. Wegen ihres einfa­ chen Aufbaus und der guten Trennwirkung sind solche Filter bevorzugt, deren Filteroberfläche durch ein Gitter, durch eine mit Perforationen versehene Zylindermantelfläche oder durch im wesentlichen parallel zueinander und parallel zur Rotationsachse des Filters verlaufende Stäbe gebildet wird.

Der rotierende Filter wird mit Hilfe eines geeigneten An­ triebs, beispielsweise eines Motors, in Bewegung versetzt. Von besonderer Bedeutung für die Erfindung ist dabei die Geschwindigkeit, mit welcher sich die Filteroberfläche, an welcher die Teilchen abprallen, bewegt. Besonders gute Trennwirkungen können erreicht werden, wenn die Umfangsge­ schwindigkeit der Filteroberfläche bei wenigstens 60 Meter pro Sekunde liegt. Die Umfangsgeschwindigkeit hängt dabei einerseits von der Art der abzutrennenden Teilchen und an­ dereseits von der Ausgestaltung des Filters selbst ab. Grundsätzlich gilt, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Filteroberfläche umso höher sein sollte, desto größer die Öffnungen in der Filteroberfläche und je kleiner die abzu­ trennenden Teilchen sind.

Während der Filter grundsätzlich mit einem eigenen Rota­ tionsantrieb versehen sein kann, ist es bei der Verwen­ dung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Fahrzeug besonders bevorzugt, den Lüfterantrieb (den Antrieb für den Ventilator des Fahrzeug-Lüftungssystems) als Rotationsan­ trieb für den Filter zu verwenden.

In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, die erfindungs­ gemäße Vorrichtung nicht nur mit einem, sondern mit mehre­ ren Teilchenauslässen auszustatten. Beispielsweise kann ein Auslaß für schwerere Teilchen und ein anderer Auslaß für leichtere Teilchen vorgesehen sein. Der weitere Teilchen­ auslaß muß dabei nicht unbedingt mit Unterdruck beauf­ schlagt sein.

Wird nur an einem Teilchenauslaß Unterdruck angelegt, ist dies zweckmäßig derjenige Auslaß, der zur Entnahme leich­ terer Teilchen dient. Dieser Auslaß befindet sich dann vor­ zugsweise näher am Filter als der Auslaß für die schwere­ ren Teilchen. Letzterer Auslaß für schwerere Teilchen wird dann zweckmäßig im unteren Bereich der Vorrichtung angeord­ net. Oft besteht bei diesen schwereren Teilchen nicht das Problem, daß sie durch die Strömungen innerhalb des Gehäu­ ses wieder aufgewirbelt und in Richtung auf den Filter zu­ rückbefördert werden. Dann ist das Anlegen von Unterdruck in diesen Bereich nicht unbedingt notwendig, kann jedoch die Entnahme der schwereren Teilchen aus der Vorrichtung ebenfalls fördern.

Die Erfindung soll nachfolgend am Beispiel von Zeichnungen näher erläutert werden. Darin zeigen schematisch

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Längs­ schnitt;

Fig. 2 eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt;

Fig. 3 einen Querschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Linie A-A und

Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. 3.

Fig. 1 zeigt in Schnittansicht ein Beispiel einer erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung 1. In einem im wesentlichen zylin­ drischen Gehäuse 2, welches im unteren Bereich trichter­ förmig zusammenläuft, ist im Bereich der Zylinderlängsachse ein Filter 9 angeordnet. An Ober- und Unterseite ist der Filter 9 mit Dichtungen 11 abgedichtet. Der Filter ist drehbar gelagert, und unterhalb des Filters befindet sich die Antriebsvorrichtung mit einem Motor 12, welcher den Filter entgegen dem Uhrzeigersinn, entsprechend dem Pfeil R, in Rotation versetzt. Von der Oberseite des Filters führt ein Auslaß 5 aus dem Gehäuse 2 heraus. Gegen das um­ liegende Gehäuseinnere ist der Auslaß 5 hermetisch abge­ schlossen. Ein weiterer Auslaß 7 ist im unteren Bereich, am spitz zulaufenden Ende des Gehäuses 2, angeordnet und von dem Gehäuseinneren durch eine Drossel 13 getrennt. Im obe­ ren Bereich der Vorrichtung 1 befindet sich ein Einlaß 3, durch welchen das mit Teilchen beladene Fluid, wie mit dem schraffierten und mit 4 bezeichneten Pfeil angedeutet, ins Innere der Vorrichtung eingeleitet wird.

In der gezeigten Anordnung, die hier zum Abtrennen fester Teilchen aus einem Luftstrom verwendet wird, wird die teil­ chenbeladene Luft 4 durch den Einlaß 3 tangential und in Rotationsrichtung R entlang der Gehäusewand in die Vor­ richtung 1 eingeblasen. Einige der schwereren Teilchen sin­ ken aus dem zirkulierenden Luftstrom unmittelbar in den trichterförmigen Bereich des Gehäuses 2 und in Richtung auf die Drossel 13 und Auslaß 7 nach unten (Pfeil b). Der rest­ liche Teil der Teilchen und insbesondere die leichteren Teilchen werden mit dem Luftstrom in Richtung auf den Fil­ ter 9 geführt, der mit sehr hoher Geschwindigkeit rotiert. Die Umfangsgeschwindigkeit der Filteroberfläche 10 liegt dabei üblicherweise bei 60 m/s oder darüber. Sobald die Teilchen in den Bereich des Filters 9 gelangen, kollidieren sie mit der Oberfläche 10 des Filters und werden vom Filter weg nach außen geschlagen. Dies ist durch den mit b' be­ zeichneten Pfeil angedeutet. Die von der Filteroberfläche abgeprallten Teilchen sinken ebenfalls im Gehäuse nach un­ ten in Richtung auf den Auslaß 7. Die von den Teilchen be­ freite Luft 6 tritt dagegen durch die Öffnungen in der Filteroberfläche 10 hindurch (Pfeil a) und wird aus dem In­ neren des Filters 9 durch den Auslaß 5 abgezogen.

Wird die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung 1 zum Reinigen von Luft verwendet, die zur Belüftung des Innenraums eines Fahrzeugs dient, führt der Auslaß 5 für die gereinigte Luft in den Innenraum des Fahrzeugs, während der Einlaß 3 mit dem Äußeren des Fahrzeugs, der Fahrzeugumgebung, in Verbin­ dung steht. Dann führt der Auslaß 7, mit welchem die aus der Luft abgetrennten Teilchen 8 aus der Vorrichtung 1 ent­ fernt werden, ebenfalls zum Äußeren des Fahrzeugs. Im ge­ zeigten Fall ist im Bereich des Auslasses 7 keine Pumpe vorgesehen, mit welcher Unterdruck erzeugt wird. Der Unter­ druck entsteht hier dadurch, daß das von der Vorrichtung abgewandte Ende des Auslasses 7 so mit dem Fahrzeugäußeren in Verbindung gesetzt wird, daß der Fahrtwind, welcher an dem Ende des Auslasses 7 vorbeistreicht, einen Unterdruck im Auslaß erzeugt und so die abgetrennten Teilchen 8 aus der Vorrichtung 1 absaugt. Die Stärke des Unterdrucks und die Ausströmmenge werden mit der Drossel 13 geregelt. Steht das Fahrzeug und wird dabei die Lüftung betrieben, sammeln sich die abgetrennten Teilchen zunächst im unteren Bereich des Gehäuses 2 oberhalb der Drossel. Sobald das Fahrzeug in Bewegung gesetzt wird, werden die Teilchen durch den dann aufgrund der Fahrzeugbewegung erzeugten Unterdruck nach außen gesaugt und in die Fahrzeugumgebung abgegeben.

Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, bei welcher gleiche Bezugszeichen gleiche Teile wie in Fig. 1 bezeichnen. Im Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung besitzt diese Vorrichtung zwei Auslässe 7 und 7'. An beiden Auslässen wird ein Unterdruck erzeugt hier mit Hilfe von Pumpen 14. In beiden Auslässen sind, im Un­ terschied zu der Vorrichtung gemäß Fig. 1, keine Drosseln vorhanden, jedoch können Drosseln in einer alternativen Ausführungsform zusätzlich zu den Pumpen verwendet werden. Die Verwendung von Pumpen zur Erzeugung des Unterdrucks im Bereich der Auslässe für die abgetrennten Teilchen bietet sich vor allem dann an, wenn nichtbewegliche Räume belüf­ tet werden sollen, also beispielsweise Innenräume von Ge­ bäuden.

In der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung 1 werden im un­ teren Auslaß 7' überwiegend schwerere Teilchen abgezogen, die aufgrund ihrer höheren Masse schneller in den unteren Bereich der Filtrationsvorrichtung absinken. Der seitliche Auslaß 7, der sich näher am Filter 9 befindet als der un­ tere Auslaß 7', dient überwiegend dazu, leichtere Teilchen aus der Vorrichtung abzuziehen, die weniger gut in den trichterförmigen Bereich der Vorrichtung nach unten sinken.

In Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 gezeigt. Diese Figur verdeutlicht den Aufbau des rotie­ renden Filters 9. Der Filter besitzt eine im wesentlichen hohlzylindrische Form mit verschlossenen Stirnseiten, wobei aus der oberen Stirnseite der Auslaß 5 für die gereinigte Luft herausgeführt ist. Die Filteroberfläche, der Zylinder­ mantel, wird von einer Vielzahl von Stäben 15 gebildet, die parallel zueinander und parallel zur Rotationsachse des Filters angeordnet sind.

Mit einem derartigen rotierenden Filter lassen sich beson­ ders gute Trennergebnisse erzielen, was anhand der in Fig. 4 gezeigten Ausschnittvergrößerung verdeutlicht werden soll. Wenn der Filter 9 mit sehr hoher Geschwindigkeit ro­ tiert wird, bilden sich quasi im Windschatten hinter den Stäben 15 Wirbel, was durch den schraffierten und mit W be­ zeichneten Bereich hinter dem Stab im linken Bereich der Figur angezeigt werden soll. Die Trennung des teilchenbe­ ladenen Luftstroms 4 in gereinigte Luft und Teilchen 8 be­ ruht nun darauf, daß die Teilchen, welche in den Bereich des Filters 9 gelangen, mit den rasch rotierenden Stäben 15 des Filters kollidieren und von den Stäben nach außen weg­ geschlagen werden. Von den Teilchen 8 befreite Luft dringt dagegen durch die Zwischenräume zwischen den Stäben 15 in das Innere des Filters 9 vor und wird von hier abgezogen. Die Trennwirkung wird weiterhin dadurch verbessert, daß sehr kleine Teilchen in den Bereichen hinter den Stäben, in denen sich die Verwirbelungen W bilden, miteinander kolli­ dieren, agglomerieren und so größere Teilchenverbände bil­ den. Auf diese Teilchenverbände wirkt aufgrund ihrer erhöh­ ten Masse nun eine höhere Fliehkraft, die dazu führt, daß diese Teilchenagglomerate sich besser vom Filter weg nach außen bewegen. Selbst kleinste Teilchen bis hinunter zu Teilchengrößen von etwa 0,1 µm können deshalb äußerst effektiv vom zu reinigenden Fluid getrennt werden.

Claims (18)

1. Vorrichtung (1) zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid, in welcher in einem Gehäuse (2) mit einem Ein­ laß (3) für das teilchenbeladene Fluid (4), das der Vorrichtung aus einem ersten Raum zugeführt wird, einem Auslaß (5), durch welchen das von den Teilchen im wesentlichen befreite Fluid (6) einem zweiten Raum zugeführt wird, der von dem ersten Raum getrennt ist, und einem Auslaß (7) für die abgetrennten Teilchen (8) ein selbstreinigender Filter (9) zum Trennen von Fluid und Teilchen angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß (7) für abgetrennte Teilchen so ausge­ bildet ist, daß bei Betrieb der Vorrichtung in seinem Bereich ein Unterdruck erzeugt und die abgetrennten Teilchen (8) in den ersten Raum zurückgeführt werden.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Teilchenauslasses (7) eine Drossel (13) angeordnet ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck mit einer Pumpe (14) erzeugt wird.

4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie in das Lüftungssystem eines Fahrzeuges und insbesondere eines Automobils oder Eisenbahnwaggons integriert ist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid Luft, der zweite Raum der Innenraum des Fahrzeugs, der erste Raum die Fahrzeugumgebung und der Teilchenauslaß (7) so ausgebildet ist, daß er mit der Fahrzeugumgebung in Verbindung steht und durch die Bewegung des Fahrzeugs ein Unterdruck im Bereich des Teilchenauslasses erzeugt wird.

6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der selbstreinigende Filter (9) ein drehbar gela­ gerter Filter ist, dessen Trennwirkung darauf beruht, das in den Bereich des Filters gelangende Teilchen (8) von der Filteroberfläche (10) des rotierenden Filters getroffen und vom Filter weggeschlagen werden (b'), ohne sich auf der Filteroberfläche abzulagern, während das von den Teilchen (8) im wesentlichen befreite Fluid (6) durch den Filter hindurchtritt (a).

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (9) eine im wesentliche hohlzylindri­ sche Form aufweist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Filteroberfläche (10) durch ein Gitter, durch eine mit Perforationen versehene Zylindermantelfläche oder durch im wesentlichen parallel zueinander und parallel zur Rotationsachse des Filters verlaufende Stäbe (15) gebildet wird.

9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfterantrieb des Fahrzeuglüftersystems als Rotationsantrieb (12) für den Filter (9) dient.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen weiteren Auslaß (7') für abgetrennte Teilchen umfaßt.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste, mit Unterdruck beaufschlagte Teilchen­ auslaß (7) näher an dem Filter (9) angeordnet ist als der weitere Auslaß (7') und im wesentlichen zur Ent­ nahme leichterer Teilchen dient.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Auslaß (7') im unteren Bereich der Vorrichtung angeordnet ist und im wesentlichen zur Entnahme schwererer Teilchen dient.

13. Verfahren zum Abtrennen von Teilchen aus einem Fluid, bei welchem in einer Vorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 ein durch einen Einlaß (3) zuge­ führter teilchenbeladener Fluidstrom (4) mit Hilfe eines selbstreinigenden Filters (9) in ein von den Teilchen im wesentlichen befreites Fluid (6) und die Teilchen (8) getrennt wird und Teilchen und Fluid durch unterschiedliche Auslässe (5, 7, 7') aus der Vorrichtung abgezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Auslaß (7) oder wenigstens einem der Aus­ lässe (7, 7') für abgetrennte Teilchen ein Unterdruck erzeugt wird.

14. Verfahren gemäß Anspruch 13 zum Reinigen von Luft, die dem Innenraum eines Fahrzeugs aus der Fahrzeugumgebung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Luft abgetrennten Teilchen durch einen mit der Fahrzeugumgebung in Verbindung stehenden Aus­ laß in die Fahrzeugumgebung zurückgeführt werden und der Unterdruck durch die Bewegung des Fahrzeugs er­ zeugt wird.

15. Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterdruck mit einer Drossel (13) geregelt wird.

16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß Teilchen und Fluid mit Hilfe eines rotierenden Filters (9) getrennt werden, von dessen Oberfläche (10) die Teilchen weggeschlagen (b') werden, ohne sich auf der Filteroberfläche abzulagern.

17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (9) derart rotiert wird, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Filteroberfläche (10) bei wenigstens 6 m/s liegt.

18. Verfahren gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter mit Hilfe des Lüftungsantriebs des Fahrzeugs angetrieben wird.