DE19953227A1 - Zyklonartiges Luftfilter mit einem elektrostatischen Abscheider - Google Patents
Zyklonartiges Luftfilter mit einem elektrostatischen AbscheiderInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein zyklonartiges Luftfilter, insbesondere Ansaug-Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, mit einem elektrostatischen Abscheider in Form einer Hochspannungs-Elektrode und einer Niederschlags-Elektrode, zwischen denen der zu reinigende Luftstrom hindurchgeführt wird, wobei dieser Luftstrom im wesentlichen tangential in das einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Luftfilter-Gehäuse eingeleitet wird und dieses im wesentlichen zentral verläßt. Erfindungsgemäß ist eine der beiden Elektroden als eine sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Luftfilter-Gehäuses erstreckende und im Querschnitt als Spirale geformte Leitwand ausgebildet, die den zu reinigenden Luftstrom in das Zentrum des Luftfilter-Gehäuses führt. Dabei kann die Leitwand abschnittsweise einen Kanal bilden, in dem die andere Elektrode sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse des Luftfilter-Gehäuses erstreckend im wesentlichen zentral angeordnet ist.
Description
Die Erfindung betrifft ein zyklonartiges Luftfilter, insbesondere Ansaug-
Luftfilter für eine Brennkraftmaschine, mit einem elektrostatischen Abschei
der in Form einer Hochspannungs-Elektrode und einer Niederschlags-Elek
trode, zwischen denen der zu reinigende Luftstrom hindurchgeführt wird,
wobei dieser Luftstrom im wesentlichen tangential in das einen im wesentli
chen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Luftfilter-Gehäuse eingeleitet
wird und dieses im wesentlichen zentral verläßt. Ein derartiges Luftfilter ist
aus der DE 30 19 174 A1 bekannt.
Übliche Ansaugluftfilter für Brennkraftmaschinen sind als Papierfilter ausge
bildet, d. h. der Ansaugluftstrom der Brennkraftmaschine wird durch einen
ziehharmonikabalgartig gefalteten Papierfilterstreifen hindurchgeführt, der
einen nicht unerheblichen Strömungswiderstand bildet und sich somit auf
den Gesamtwirkungsgrad der Brennkraftmaschine negativ auswirkt. Insbe
sondere wenn die Brennkraftmaschine in einer besonders staubigen Umge
bung, d. h. mit stark staubhaltiger Ansaugluft betrieben werden soll, kann
diesem Papierfilter noch ein sog. Zyklonabscheider vorgeschaltet sein, in
welchem der Ansaug-Luftstrom quasi spiralfömig in ein Zentrum geleitet wird
und wobei durch Fliehkraftwirkung Staubpartikel nach außen hin und somit
vom Zentrum weg abgeschieden werden.
Ein derartiger Zyklonabscheider ist auch im eingangs genannten elektrosta
tischen Luftfilter nach der DE 30 19 174 A1 enthalten. Insbesondere jedoch
weist dieser bekannte Luftfilter anstelle der üblichen Papierfilterelemente
eine sog. Hochspannungs-Elektrode sowie eine sog. Niederschlags-
Elektrode auf, zwischen denen der zu reinigende Luftstrom hindurchgeführt
wird. An der Hochspannungs-Elektrode liegt eine geeignet hohe elektrische
Spannung (bspw. in der Größenordnung von 16000 Volt) an, so daß sich
zwischen der Hochspannungs-Elektrode und der (auf Masse gelegten) Nie
derschlags-Elektrode eine Corona bildet, in der die Staubpartikel des hin
durchgeführten Luftstromes ionisiert bzw. aufgeladen werden, so daß sich
diese an der Niederschlags-Elektrode absetzen. Letztere muß dann gele
gentlich auf geeignete Weise gereinigt werden.
Ein solcher elektrostatischer Abscheider setzt dem hindurchgeführten Luft
strom nahezu keinen Widerstand entgegen und ist somit im Hinblick auf
Strömungsverluste erheblich günstiger als die üblichen Papierfilter. Bei dem
aus der bereits mehrfach genannten DE 30 19 174 A1 bekannten zyklonarti
gen Luftfilter mit elektrostatischem Abscheider läßt jedoch der Abscheide-
Wirkungsgrad zu wünschen übrig, d. h. die Staubabscheidung erfolgt nicht so
umfassend bzw. ausgeprägt wie bei den üblichen Papierfiltern. Dies mag
zum einen daran liegen, daß der zu reinigende Luftstrom nicht in ausrei
chendem Maße zyklonartig bzw. spiralfömig durch das dort gezeigte Luftfil
ter-Gehäuse hindurchgeführt wird, zum anderen aber auch daran, daß ein
nicht unerheblicher Teil des Luftstromes an dem genannten Corona-Feld
vorbei gelangen kann ohne dieses zu durchdringen bzw. zu passieren, so
daß ein Teil der im durch das Luftfilter hindurchgeführten Luftstrom enthalte
nen Staubpartikel überhaupt nicht ionisiert wird und somit auch nicht abge
schieden werden kann.
An einem zyklonartigen Luftfilter nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1
Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer sich ein verbesserter Abscheide-
Wirkungsgrad ergibt, ist Aufgabe der vorliegenden Endung.
Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden
Elektroden als eine sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse des
Luftfilter-Gehäuses erstreckende und im Querschnitt als Spirale geformte
Leitwand ausgebildet ist, die den zu reinigenden Luftstrom in das Zentrum
des Luftfilter-Gehäuses führt. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind
Inhalt der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist innerhalb des Luftfilter-Gehäuses eine spezielle Leit
wand vorgesehen, die den zu reinigenden Luftstrom wie gewünscht führt,
d. h. der im wesentlichen tangential in das im Querschnitt im wesentlichen
kreisförmige Luftfilter-Gehäuse eintretende Luftstrom wird durch die im
Querschnitt als Spirale geformte Leitwand gezielt spiralförmig in das Zentrum
des Luftfiltergehäuses geführt, von wo dieser Luftstrom dann wie üblich -
insbesondere durch ein sich im Zentrum in Richtung der Längsachse des
Luftfilter-Gehäuses erstreckendes Rohr - aus dem Luftfilter-Gehäuse heraus
geführt wird bzw. werden kann. Aufgrund dieser gezielten zyklonartigen Füh
rung des zu reinigenden Luftstromes kann offensichtlich der Fliehkrafteffekt
zur Abscheidung von Staubpartikeln verbessert wirken.
Im Sinne einer besonders vorteilhaften Funktionsvereinigung bildet diese
genannte Leitwand gleichzeitig eine der beiden Elektroden des elektrostati
schen Abscheiders, wodurch sichergestellt ist, daß der vollständige durch
das Luftfilter-Gehäuse geführte Luftstrom dem besagten Corona-Feld, wel
ches zwischen den beiden Elektroden und somit zwischen der Leitwand und
der anderen Elektrode vorliegt, ausgesetzt ist.
Bevorzugt kann die sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse des
Luftfilter-Gehäuses erstreckende und im Querschnitt (d. h. in einer Ebene
senkrecht zur besagten Längsachse) zu einer Spirale geformte Leitwand
abschnittsweise einen Kanal bilden, durch den hindurch der zu reinigende
Luftstrom geführt wird. Hierfür muß die Leitwand lediglich so weit zu einer
Spirale "aufgewickelt" sein, daß ein weiter innen liegender Leitwand-
Abschnitt zusammen mit einem weiter außen liegenden Leitwand-Abschnitt
die den besagten Kanal begrenzenden Wände darstellen. Eine derartige
Ausbildung hat den Vorteil, daß der in diesem Kanal geführte Luftstrom in
besonders intensiven Kontakt mit der Leitwand und somit auch mit der
(einen) Elektrode des elektrostatischen Abscheiders kommt. Bevorzugt ist
bei einer derartigen Ausbildung die andere Elektrode zentral in diesem Kanal
derart angeordnet, daß sie sich analog zur Leitwand im wesentlichen in
Richtung der Längsachse des Luftfilter-Gehäuses erstreckt.
Bevorzugt fungiert die Leitwand als sog. Niederschlags-Elektrode, insbeson
dere wenn deren Fläche größer ist als diejenige der bspw. zentral im ge
nannten Kanal angeordneten Hochspannungs-Elektrode, da sich dann auf
der Niederschlags-Elektrode eine größere (abgeschiedene) Staubpartikel
menge absetzen kann und somit diese Niederschlags-Elektrode seltener
gereinigt werden muß. Zur Verstärkung des Corona-Feldes zur (lokalen) Er
höhung der Feldliniendichte im Corona-Feld können ferner auf der Oberflä
che der Hochspannungs-Elektrode punktförmige oder im wesentlichen in
Strömungsrichtung des Luftstromes verlaufende linienförmige Erhebungen
vorgesehen sein.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbei
spieles weiter erläutert, wobei die beigefügte Fig. 1 den Querschnitt
(Schnitt I-I aus Fig. 2) eines erfindungsgemäßen Luftfilters und Fig. 2 den
zentralen Längsschnitt (Schnitt II-II aus Fig. 1) zeigt. Erfindungswesentlich
können dabei sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein.
Mit der Bezugsziffer 1 ist das Gehäuse des Luftfilters bezeichnet, das wie
ersichtlich einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt besitzt und sich
senkrecht hierzu in Richtung einer zentralen sog. Längsachse 2 erstreckt.
Über einen im wesentlichen tangential zum besagten Querschnitt münden
den Ansaugtrichter 3 wird ein zu reinigender, d. h. insbesondere von Staub
partikeln oder dgl. zu befreiender Luftstrom (dieser ist durch Pfeile 4 darge
stellt und wird im weiteren mit der Bezugsziffer 4 bezeichnet) in das Luftfilter-
Gehäuse 1 eingeleitet. Zentral in diesem und sich dabei im wesentlichen in
Richtung der Längsachse 2 erstreckend ist ein Abführrohr 5 angeordnet,
durch welches der dann gereinigte Luftstrom 4 wieder aus dem Luftfilter-
Gehäuse 1 herausgeführt wird. Dabei kann der Luftstrom 4 über Durchbrü
che 6, die in der innerhalb des Gehäuses 1 liegenden Wand des Abführroh
res 5 vorgesehen sind, in den Innenraum dieses Abführrohres 5 gelangen.
Dieses Abführrohr 5 quasi umhüllend, dabei jedoch von diesem beabstan
det, ist im Gehäuse 1 eine sog. Leitwand 7 angeordnet, die sich im wesentli
chen in Richtung der Längsachse 2 erstreckt und die im Querschnitt (vgl.
Fig. 1) zu einer Spirale geformt ist. Diese Leitwand 7 ist dabei derart ange
ordnet, daß sie den über den Ansaugtrichter 3 in das Gehäuse 1 eintreten
den Luftstrom 4 in das Zentrum des Luftfilter-Gehäuses 1 und somit zum
Abführrohr 5 hin führt. Dabei ist die Leitwand 7 soweit zu einer Spirale
"gewickelt", d. h. bezüglich der Längsachse 2 über ein Winkelsegment, das
360° (und somit einen Vollkreis) erheblich überschreitet, spiralförmig ausge
bildet, daß diese Leitwand 7 abschnittsweise einen Kanal 8 bildet, der innen
seitig sowie außenseitig jeweils von der Leitwand 7 begrenzt wird. Innerhalb
dieses Kanales 8 bzw. zumindest innerhalb einer Teilstrecke dieses Kanales
8 ist zentral zwischen den Kanalwänden bzw. den beiden Abschnitten der
Leitwand 7 ein der Kanalform angepaßtes Zwischenblech 9 angeordnet, das
sich ebenfalls in Richtung der Längsachse 2 erstreckt.
Dieses Zwischenblech 9 bildet zusammen mit der Leitwand 7 einen elektro
statischen Abscheider für die im Luftstrom 4 enthaltenen Staubpartikel oder
dgl. Hierfür ist an das Zwischenblech 9 eine hohe elektrische Spannung an
gelegt (bspw. in der Größenordnung von 30 kV), so daß dieses Zwischen
blech 9 als Hochspannungs-Elektrode fungiert, für die im weiteren ebenfalls
die Bezugsziffer 9 verwendet wird. Die Leitwand 7 hingegen ist elektrisch auf
Masse gelegt und bildet somit die entsprechende Gegen-Elektrode, für die
im weiteren der Begriff "Niederschlags-Elektrode" sowie (ebenfalls) die Be
zugsziffer 7 verwendet wird.
Zwischen der Hochspannungs-Elektrode 9 und der Niederschlags-Elektrode
7 bildet sich aufgrund der angelegten elektrischen Hochspannung im Kanal 8
ein Corona-Feld 10 aus, welches durch Graufärbung verdeutlicht ist. Durch
dieses Corona-Feld 10 hindurch wird der im Luftfilter zu reinigende Luftstrom
4 vollständig hindurchgeführt, und zwar von der Leitwand 7. Im Luftstrom 4
enthaltene Staubpartikel oder dgl. werden in diesem Corona-Feld 10 ionisiert
und werden daher von der Niederschlags-Elektrode 7 elektrisch angezogen
und lagern sich demzufolge an dieser, d. h. an der Leitwand 7 ab. Größere
Staubpartikel hingegen werden aus dem Luftstrom 4 bereits abgeschieden,
noch ehe dieser in den Kanal 8 gelangt. Dies erfolgt aufgrund des Zyklonef
fektes bzw. unter Zentrifugalkraft-Einfluß, und zwar in dem mit der Bezugs
ziffer 11 bezeichneten sog. Zyklon-Kanal, der innenseitig von einem Ab
schnitt der Leitwand 7 und außenseitig von der Wand des Luftfilter-
Gehäuses 1 begrenzt wird. Die im Bereich des Zyklon-Kanals 11 durch Zen
trifugalkraft abgeschiedenen, d. h. nach außen vom Zentrum bzw. von der
Längsachse 2 weggeschleuderten Staubpartikel sind dabei figürlich durch
Pfeile 12 verdeutlicht. Unter Schwerkrafteinfluß gelangen diese zum Boden
des Gehäuses 1 und werden über eine dort vorgesehene Austrittsöffnung 13
abgeführt.
Zusammengefaßt befindet sich somit im Luftfilter-Gehäuse 1 zunächst ein
Zyklon-Staubabscheider, und zwar im Bereich des sog. Zyklon-Kanales 11,
und (in Luft-Strömungsrichtung betrachtet) dahinter ein elektrostatischer Ab
scheider, und zwar im Bereich des Corona-Feldes 10. Beide Abscheider
muß ein zu reinigender, über den Ansaugtrichter 3 in das Gehäuse 1 eintre
tender Luftstrom 4 vollständig passieren, ehe er das Gehäuse 1 über das
Abführrohr 5 wieder verlassen kann. Ein bestmöglicher Abscheide-Wirkungs
grad ist somit gewährleistet, nennenswerte Strömungshindernisse hingegen
werden dem Luftstrom 4 nicht entgegengesetzt. Im übrigen kann die an die
Hochspannungs-Elektrode 9 angelegte elektrische Spannung derart geregelt
werden, daß sie nur geringfügig unterhalb der sog. Durchschlagsspannung
liegt, um einen maximalen Abscheidegrad im elektrostatischen Abscheider
zu gewährleisten. Zur Erhöhung der Feldliniendichte im Corona-Feld 10 sind
weiterhin auf der Oberfläche der Hochspannungs-Elektrode 9 punktförmige
Erhebungen 14 vorgesehen, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer
Details insbesondere konstruktiver Art durchaus abweichend vom gezeigten
Ausführungsbeispiel gestaltet sein, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu
verlassen.
1
Luftfilter-Gehäuse
2
Längsachse
3
Ansaugtrichter
4
Luftstrom (Pfeile)
5
Abführrohr
6
Durchbruch (in der Wand von
5
)
7
Leitwand = Niederschlags-Elektrode
8
Kanal
9
Zwischenblech = Hochspannungs-Elektrode
10
Corona-Feld
11
Zyklon-Kanal
12
Staubpartikel (Pfeile)
13
Austrittsöffnung (für
12
)
14
Erhebung
Claims (3)
1. Zyklonartiges Luftfilter, insbesondere Ansaug-Luftfilter für eine Brenn
kraftmaschine, mit einem elektrostatischen Abscheider in Form einer
Hochspannungs-Elektrode (9) und einer Niederschlags-Elektrode (7),
zwischen denen der zu reinigende Luftstrom (4) hindurchgeführt wird,
wobei dieser Luftstrom (4) im wesentlichen tangential in das einen im
wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisende Luftfilter-
Gehäuse (1) eingeleitet wird und dieses im wesentlichen zentral ver
läßt,
dadurch gekennzeichnet, daß eine der beiden Elektroden (7, 9) als
eine sich im wesentlichen in Richtung der Längsachse (2) des Luftfil
ter-Gehäuses (1) erstreckende und im Querschnitt als Spirale ge
formte Leitwand (7) ausgebildet ist, die den zu reinigenden Luftstrom
(4) in das Zentrum des Luftfilter-Gehäuses (1) führt.
2. Luftfilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwand (7) abschnittsweise einen
Kanal (8) bildet, in dem die andere Elektrode (9) sich im wesentlichen
in Richtung der Längsachse (2) des Luftfilter-Gehäuses (1) erstrec
kend im wesentlichen zentral angeordnet ist.
3. Luftfilter nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der Hochspan
nungs-Elektrode (9) punktförmige oder im wesentlichen in Strömungs
richtung des Luftstromes (4) verlaufende linienförmige Erhebungen
(14) vorgesehen sind.
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DE1999153227 DE19953227A1 (de) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | Zyklonartiges Luftfilter mit einem elektrostatischen Abscheider |
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ID=7927990
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