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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung ölhaltiger
Abluft.
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Die
Anmelderin vertreibt seit geraumer Zeit Vorrichtungen zur Reinigung ölhaltiger
Abluft. Ölhaltige
Abluft fällt
an, wenn bei der Bearbeitung insbesondere metallischer Werkstücke eine
kontaktlose, insbesondere sprühende
oder kontaktgebende, beispielsweise durch Rollenwalzen erfolgende
Befettung der Werkstücke
erfolgt. Die Werkstücke
können spangebend
oder spanfrei bearbeitet oder umgeformt werden. Auch eine Schweiß-Bearbeitung oder eine
andere Bearbeitung kann in einer solchen herkömmlichen Maschine erfolgen.
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Aufgrund
von Umweltauflagen wird die mit ölhaltigen
Bestandteilen kontaminierte Abluft, die sogenannte Rohluft, von
der Maschine abgesaugt. Hierfür
ist beispielsweise ein Gebläse
vorgesehen.
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Beim
Stand der Technik wird die ölhaltige
Abluft durch einen herkömmlichen
mechanischen Filter, insbesondere einen Gewebefilter, hindurchgeführt. In dem
Gewebefilter können
die Ölpartikel
zurückgehalten
werden. Nach Erreichen einer Standzeit, wenn sich der Filter zugesetzt
hat, ist ein Austausch des Filters erforderlich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene,
durch offenkundige Vorbenutzung durch die Anmelderin bekannt gewordene Vorrichtung
zu verbessern.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Demnach ist eine
Vorrichtung zur Reinigung ölhaltiger
Abluft vorgesehen, umfassend ein Abluftrohr, das die Abluft von
einer Maschine kommend zu einer Abscheideeinrichtung leitet, wobei
die Abscheideeinrichtung gekrümmte, sich
trichterartig verjüngende
Wandungsbereiche zur Luftleitung aufweist, die die Abluft entlang
einer gekrümmten
Bahn einer Engstelle zuführen,
wobei in Strömungsrichtung
vor den Wandungsbereichen ein Einlass zur Beladung der Abluft mit
Wasser angeordnet ist, und wobei sich in Strömungsrichtung unmittelbar hinter
der Engstelle eine Erweiterungsstelle mit einem Reinluftauslass
und einem Ablassbecken befindet.
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Das
Prinzip der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, anstelle der
vorbekannten, herkömmlichen
mechanischen Filter, wie beispielsweise Gewebefilter, Mattenfilter
oder Filterfliese, eine Abscheideeinrichtung völlig anderer Bauart zu verwenden.
Die Abscheideeinrichtung ist in Strömungsrichtung hinter der Maschine
angeordnet. Auf der Saugseite der Abscheideeinrichtung befindet
sich demnach die Abluft, die fachmännisch auch als Rohluft bezeichnet
wird. Aus dem Reinluftauslass der Abscheideeinrichtung kann gereinigte
Reinluft entweichen.
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Die
Abscheideeinrichtung weist Wandungsbereiche zur Luftleitung auf,
die sich trichterartig verjüngen
und gekrümmt
ausgebildet sind. Die Wandungsbereiche können sich entlang eines Krümmungswinkels
von mindestens 90°,
vorzugsweise von mindestens 180°,
weiter vorzugsweise von mindestens 360° erstrecken.
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Die
gekrümmten,
sich trichterartig verjüngenden
Wandungsbereiche bilden auf diese Art eine schneckenhausartige Geometrie.
Diese wird im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung auch als Zyklon
bezeichnet.
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In
Strömungsrichtung
vor den gekrümmten Wandungsbereichen
befindet sich ein Einlass zur Beladung der Abluft mit Wasser.
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Die
Wandungsbereiche führen
die Abluft zu einer Engstelle. Die Engstelle bezeichnet denjenigen Bereich
des von Abluft durchströmten
Strömungskanals
innerhalb der Abscheideeinrichtung, der die geringste lichte Weite,
also den geringsten Strömungsquerschnitt
aufweist. Der Abstand der Wandungsbereiche voneinander ist hier
minimal.
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In
Strömungsrichtung
unmittelbar hinter der Engstelle befindet sich eine Erweitungsstelle.
Diese umfasst einen Reinluftauslass und ein Absatzbecken.
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Die
Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
Die ölhaltigen
Bestandteile der Abluft, also beispielsweise ganz kleine, fein verteilte Öltröpfchen in
einem Ölnebel
werden in der Abluft mitbewegt und treffen teilweise auf die in
Krümmungsrichtung
jeweils äußere gekrümmte Wand.
Aufgrund von Adhäsionseffekten
bleiben die Öltröpfchen an
der Außenwand
haften. Weitere hinzukommende Öltröpfchen vergrößern den
gebildeten Tropfen und agglomerieren. Die so gebildeten Ansammlungen
werden von dem Luftstrom mitgerissen und gleiten die Außenwand
entlang bis zu Engstelle.
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Die
Beladung mit Wasser führt
dazu, dass sich Wassertröpfchen
und Öltröpfchen und/oder Öldämpfe, d.
h. Öl-Dampf-Moleküle, aneinander
binden. Beispielhaft wird angeführt,
dass in dem Abluftstrom enthaltene Öltröpfchen einen Durchmesser typischerweise
größer als
1 nm und Öldampf-
oder Ölgasmoleküle typischerweise
einen Durchmesser kleiner als 1 nm aufweist. Während sich unter Normalbedingungen,
wie Raumtemperatur und Atmosphärendruck, Öl und Wasser
nicht mischen, wird aufgrund der kinetischen Energie (Bewegungsenergie)
des Abluftstromes zumindest im Bereich der Engstelle eine zumindest
kurzzeitige Verbindung oder Mischung der Ölbestandteile der Abluft und
der Wassertröpfchen
miteinander unter Bildung einer Art Emulsion erreicht.
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Einer
Emulsionsbildung unterliegen dabei sowohl die Öl-Agglomerationen, die entlang der Außenwand
fließen
oder gleiten, als auch die unmittelbar im Abluftstrom mitgeführten Öltropfen
und Öl-Gas-Moleküle und Wassertropfen.
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Infolge
der trichterartigen Verjüngung
erhöht sich
die Strömungsgeschwindigkeit.
Diese erreicht im Bereich der Engstelle ein Maximum.
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Im
Bereich der Engstelle kommt es zu hohen Verwirbelungen und Vermischungen.
Dies führt
dazu, dass im Bereich der Engstelle eine Öl-Wasser-Emulsion gebildet
wird. Öl-
und Wassertröpfchen
bleiben aneinander haften, da die Bewegungsenergie, die sich im
Bereich der Engstelle in dem System befindet, eine solche Emulsionsbildung
fördert.
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Unmittelbar
hinter der Engstelle befindet sich eine Erweiterungsstelle. Die
Erweiterungsstelle weist einen Reinluftauslass und ein Absetzbecken
auf.
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Die Öl-Wasser-Emulsion
haftet zumindest kurzzeitig aneinander und kann sich im Bereich
der Erweiterungsstelle aufgrund der Schwerkraft nach unten bewegen
und in das Absetzbecken fallen oder fließen. Der Reinluftauslass befindet
sich oberhalb des Absetzbeckens. Die von ölhaltigen Bestandteilen und
dem zugesetzten Wasser gereinigte Abluft, die nunmehr als Reinluft
bezeichnet werden kann, kann nunmehr gereinigt in die Außenluft
abgelassen oder gegebenenfalls der Maschine wieder zugeführt werden.
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Das
zuvor beschriebene Funktionsprinzip lässt sich besser verstehen,
wenn man bedenkt, dass es bei dem erfindungsgemäßen Prinzip im Wesentlichen
darum geht, fein verteilte Öltröpfchen oder Öl-Gas-Moleküle in der
Abluft miteinander in Kontakt zu bringen. Gelingt es, zwei Öltröpfchen miteinander in
Kontakt zu bringen, wird aufgrund des Prinzips minimierter Oberflächenspannung
ein größerer Öltropfen
gebildet. Dieser lässt
sich leichter aus der Abluft abscheiden als ein kleineres Öltröpfchen,
allein aufgrund der gebildeten größeren Masse, die ein Absenken
fördert.
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Durch
das Einbringen hoher kinetischer Energie in den Abluftstrom und
der Anordnung einer trichterartigen Verjüngung wird der Prozess der
Bildung großer
Agglomerationen von Öltröpfchen unterstützt. Die
Beladung mit Wasser führt
dazu, dass sich eine Öl-Wasser-Emulsion
bildet, wobei gleichermaßen
Agglomerationseffekte zu Tage treten.
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Je
größer die
erhaltenen Tröpfchen
oder Ansammlungen von Öl
und Wasser sind, umso leichter lassen sich diese von der verbleibenden
Reinluft trennen.
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Die
Anordnung gekrümmter
Wandungsbereiche in der Abscheideeinrichtung führt schließlich dazu, dass bereits eine
gewisse Vor-Abscheidung innerhalb der Abscheideeinrichtung selbst
stattfindet. Die auf die äußeren Wandungsbereiche
auftreffenden Öltröpfchen werden
prallplattenartig von den Wandungsbereichen festgehalten und können dann, agglomeriert
als größere Öltröpfchen oder
als Ölansammlungen,
zu der Engstelle geführt
bzw. durch den Abluftstrom mitgerissen werden. Im Bereich der Engstelle
kann in Fortführung
der beschriebenen Effekte zumindest kurzzeitig eine besonders große Agglomeration
von Öl
und Wasser gebildet werden.
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Im
Bereich der Erweiterungsstelle ist zunächst eine besonders einfache
Trennung des Öls bzw.
Wassers von der Restluft, also der Reinluft möglich. Die schweren Bestandteile
können
in ein Absetzbecken absinken oder hinabfließen. Eine Entmischung der Öl-Wasser-Emulsion
von der Reinluft kann aufgrund der Gravitationskraft ohne weiteres erfolgen.
Darüber
hinaus ist in dem Absetzbecken eine besonders einfache Trennung
von Öl
und Wasser möglich,
da Öl bekanntlich
auf dem Wasser aufschwimmt. Die Trennung kann allerdings auch in Strömungsrichtung
hinter dem Absetzbecken stattfinden. Das Absetzbecken kann die Erweiterungsstelle über einen
Auslass auch mit einem gesonderten Absetzbecken verbinden.
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Absetzbecken
im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung bezeichnet jedes Behältnis, welches
im Bereich der Erweiterungsstelle angeordnet ist, und welches in
der Lage ist, eine hinabfließende oder
absinkende oder herabfallende Öl-Wasser-Emulsion aufzunehmen
und auf diese Weise von der verbleibenden Reinluft durch Schwerkraftwirkung zu
trennen.
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Besonders
vorteilhaft sind die Wandungsbereiche im Wesentlichen schneckenhausartig
ausgebildet. Hierdurch können
kompakte Bauformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei hoher Effizienz erreicht
werden.
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Es
ist möglich,
dass sich das Schneckenhaus entlang einer ersten Ebene erstreckt.
Eine zweite Anordnung mit schneckenhausartig gekrümmten Wandungsbereichen
kann dem ersten Schneckenhaus in Strömungsrichtung nachgeschaltet
sein. Dieses zweite Schneckenhaus kann sich gegebenenfalls auch
entlang einer zu der ersten Ebene versetzt angeordneten Ebene angeordnet
sein.
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Vorteilhafterweise
weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 90° auf. Dies bedeutet,
dass der in Krümmungsrichtung
außen
liegende Wandungsbereich den Abluftstrom entlang einer gekrümmten Bahn
von wenigstens 90° führen kann.
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Je
länger
die gekrümmte
Bahn, beziehungsweise je größer der
Krümmungswinkel,
umso höher ist
die erzielbare Abscheidung.
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Versuche
der Anmelderin haben festgestellt, dass in besonders vorteilhafter
Weise die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 120° aufweisen.
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Weiter
vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von
mindestens 150° auf.
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Weiter
vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von
mindestens 180° auf.
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Weiter
vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von
mindestens 210° auf.
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Weiter
vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von
mindestens 240° auf.
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Weiter
vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von
mindestens 270° auf.
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Weiter
vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von
mindestens 300° auf.
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Weiter
vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von
mindestens 360° auf.
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Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die
lichte Weite der Engstelle änderbar.
Hierdurch ist eine Optimierung der Reinigungseffizienz in Anpassung
an einen besonderen Abluftstrom möglich. Beispielsweise kann
die Größe der Öltröpfchen in
dem Ölnebel,
also der Abluft, berücksichtigt
werden, um eine besonders effiziente Reinigung zu erzielen.
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Dabei
kann beispielsweise der Grundsatz Anwendung finden, dass, je kleiner
die Öltröpfchen sind,
die in dem Abluftstrom enthalten sind, umso kleiner die lichte Weite
der Engstelle eingestellt werden muss.
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Vorteilhaft
ist eine Versteileinrichtung zur Änderung der lichten Weite der
Engstelle vorgesehen. Die Verstelleinrichtung kann eine manuelle
oder gegebenenfalls auch automatische Justage der lichten Weite
der Engstelle ermöglichen.
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Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die
Verstelleinrichtung ein Leitblech, welches mittels eines Stellgliedes verlagerbar
ist. Das Stellglied kann beispielsweise von einer Schraube gebildet
sein und mit einem freien Ende des Leitbleches zusammenwirken. Das
andere, feste Ende des Leitbleches kann an der Außenwandung
der gekrümmten
Wandungsbereiche der Abscheideeinrichtung festgelegt sein.
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Weiter
vorteilhaft kommuniziert das Absetzbecken mit gesonderten Auslässen für Wasser
und für Öl. Damit
kann eine besonders einfache Trennung von Wasser und Öl erzielt
werden.
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Weiter
vorteilhaft steht der Auslass für
Wasser zur Erzielung einer Wasserrückführung mit dem Einlass in kommunikativer
Verbindung. Hierdurch kann der Wasserkreislauf geschlossen ausgebildet werden.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine Vorrichtung zur Reinigung schweißabgashaltiger oder staubhaltiger
Abluft.
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Schweißabgase
und Stäube
entstehen bei der Bearbeitung von Werkstücken. Die schweißabgashaltige
Abluft muss, gleichermaßen
wie die zuvor beschriebene ölhaltige
Abluft, gereinigt werden, bevor sie der Außenluft zugeführt werden
kann oder der Maschine rückgeführt werden
kann.
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Der
Anmelderin sind Vorrichtungen zur Reinigung staubhaltiger Abluft
bekannt, bei denen die Abluftbestandteile in herkömmlichen
mechanischen Filtern, z. B. Gewebefiltern oder Fliesfiltern, zurückgehalten
werden.
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Hiervon
ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung in einer Verbesserung
der bekannten Vorrichtung.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 17.
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Das
Prinzip der Erfindung versteht sich am besten in Würdigung
der zuvor beschriebenen Ansprüche.
Es bestehen analog die gleichen, oben beschriebenen Vorteile, so
dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen
verwiesen werden kann.
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Schweißabgashaltige
Abluft kann Bestandteile enthalten, die den ölhaltigen Bestandteilen ölhaltiger
Abluft ähneln.
Die Beladung der Abluft mit Wasser und die besondere geometrische
Ausbildung der Abscheideeinrichtung mit gekrümmten, sich trichterartig verjüngenden
Wandungsbereichen sowie mit einer Engstelle ermöglichen, dass die Schweißabgasbestandteile
zusammen mit dem Wasser in eine Emulsion überführt werden und sich in dem
Absetzbecken absetzen können.
Damit wird eine besonders einfache Reinigung schweißgashaltiger
Abluft mit einem besonders hohen Wirkungsgrad möglich.
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Weiterhin
können
mit der Einrichtung Stäube abgeschieden
werden, die in verschiedenen Industriezweigen, wie z. B. die in
der Metallindustrie, Baustoffindustrie, Chemieindustrie etc. entstehen.
Typische Stäube
sind hierbei z. B. Metallstäube,
Baustoffe oder Stäube
aus anderen chemischen Partikel.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
eignete sich zur Abscheidung fast aller Arten von Stäuben, wie
beispielsweise Schweißrauch,
Schleifstaub, staubhaltiger Abluft, die bei der Metallverarbeitung von
Werkstücken
oder bei der Bearbeitung von Brennstoffen oder in der pharmazeutischen
Industrie oder in der Lebensmittelindustrie entstehen.
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Die
Erfindung betrifft darüber
hinaus eine Vorrichtung zur Reinigung ölhaltiger oder schweißgashaltiger
oder staubhaltiger Abluft. Ausgehend von der eingangs beschriebenen
Vorrichtung besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die bekannte
Vorrichtung in ihrer Wirkungsweise zu verbessern.
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Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 18.
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Zur
Vermeidung von Wiederholungen wird zur Erklärung des erfinderischen Prinzips
auf die obigen, analog geltenden Ausführungen verwiesen. Wesentlicher
Unterschied ist bei der Vorrichtung nach Anspruch 18, dass die Abluft
nicht oder nicht nur mit Wasser beladen wird, sondern eine Beladung
mit Stickstoff oder eine andere Kühlung der Abluft erfolgt. Insbesondere
wird kalter Stickstoff, beispielsweise von einer Stickstoffquelle
kommend, in der der Stickstoff in flüssiger Form gelagert ist, der
Abluft zugeführt.
Die Beladung der Abluft mit kaltem Stickstoff kann beispielsweise
auch zu einer Kondensation der Öl-Gase
in der Abluft oder der Schweißabgase
in der Abluft führen.
Alternative Mittel zum Kühlen
der Rohluft und somit zur Kondensation können installiert werden.
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In
Versuchen hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
die Abluft in besonders vorteilhafter Weise und mit hoher Effizienz reinigen
kann.
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Weitere
Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen, sowie
anhand der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen.
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In
den Figuren zeigen:
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1 in
einer sehr schematischen, blockschaltbildartigen Ansicht ein erstes
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 den
in 1 gestrichelt umrandeten Bereich in einer vergrößerten Darstellung,
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3 in
einer perspektivischen schematischen Ansicht ein alternatives Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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4 in
einer schematischen Darstellung analog zu 3 die Vorrichtung
der 3 in einer teilgeschnittenen, schematischen, perspektivischen Ansicht,
wobei ein Bereich etwa oberhalb der in 3 mit IV
bezeichneten Schnittebene der Übersichtlichkeit
halber weggelassen worden ist,
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5 die
Vorrichtung der 4 in Draufsicht gemäß Ansichtspfeil
V,
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6 in
einer vergrößerten Teildarstellung einen
Ausschnitt aus 5, etwa entlang dem Teilkreis
VI, und
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7 in
einer blockschaltbildartigen Funktionsdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Die
in ihrer Gesamtheit in den Fig. mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Reinigung ölhaltiger
Abluft wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen
beschrieben. Der Figurenbeschreibung sei vorausgeschickt, dass der Übersichtlichkeit
halber gleiche oder vergleichbare Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen,
teilweise unter Hinzufügung
kleiner Buchstaben, bezeichnet worden sind.
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Ausweislich
der schematischen Funktionsskizze der 1 dient
die Vorrichtung 10 der Reinigung ölhaltiger Abluft, die von einer
Maschine 11 kommt. In der Maschine 11 werden Werkstücke bearbeitet,
beispielsweise spangebend oder spanlos. Öle oder sonstige Schmierstoffe
werden bei der Werkstückbearbeitung
eingesetzt. Ein Abluftrohr 12 verbindet die Maschine 11 mit
der Vorrichtung 10. Ein nicht dargestelltes Gebläse oder
eine sonstige Strömungsmaschine
sorgt für
die gewünschte
Strömung.
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Die
Vorrichtung 10 umfasst eine Abscheideeinrichtung 13,
die schneckenhausartig oder zyklonartig gebildet ist. Die Struktur
des Zyklon 14 ist in den 1 und 2 lediglich
grob angedeutet, und besser beispielsweise aus den 4 und 5,
die ein anderes Ausführungsbeispiel
zeigen, ersichtlich.
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1 macht
aber bereits deutlich, dass das Abluftrohr 12 in einen
Zyklon 14 mündet.
Der Zyklon 14 umfasst einen äußeren Wandungsbereich 15 oder eine
Außenwand 15 und
einen inneren Wandungsbereich 16 oder eine Innenwand 16.
Die Außenwand 15 und
die Innenwand 16 sind gekrümmt ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel
der 1 und 2 erstreckt sich der Krümmungswinkel
um etwa 270°. Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 5 erstreckt sich der Krümmungswinkel α gleichermaßen über etwa
270°.
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Als
Krümmungswinkel
wird derjenige Winkel bezeichnet, der sich bezogen auf die Krümmungsachse 42 (5)
zwischen der Einströmrichtung
E bei Beginn der trichterartigen Verjüngung und der Ausströmrichtung
A hinter der Engstelle 17 ergibt.
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Ausweislich 2 ist
die Außenwand 15 kontinuierlich
gekrümmt.
Die Innenwand 16 ist gleichermaßen kontinuierlich gekrümmt, wobei,
wie dies beispielsweise 5 zeigt, auch denkbar ist, dass die
Innenwand 16 entlang eines Kreisbogens verläuft.
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Bei
einer nicht dargestellten Ausführungsform
verläuft
die Außenwand 15 entlang
eines Kreisbogens, wobei die Innenwand 16 eine Spirale
bildet.
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Entscheidend
ist, dass sich der Querschnitt des Strömungskanals innerhalb der Abscheideeinrichtung 13,
also die lichte Weite, kontinuierlich verringert. Hierzu muss der
Abstand D zwischen der Außenwand 15 und
der Innenwand 16 kontinuierlich abnehmen.
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2 zeigt
deutlich eine Engstelle 17. Im Bereich der Engstelle 17 ist
die lichte Weite 19 der Abluftleitung deutlich geringer
als die lichte Weite 18 des Abluftrohres 12 im
Bereich der Mündung
der Abscheideeinrichtung 13. Die Engstelle 17 stellt
somit das Trichterende dar.
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In
Strömungsrichtung
unmittelbar hinter der Engstelle 17 befindet sich eine
Erweiterungsstelle 23. Hierzu sei angemerkt, dass der Erweiterungsstelle 23 ein
Absetzbecken 34 zugeordnet ist. Die 1 und 2 zeigen
die geometrische Situation aber lediglich schematisch. Während die
Krümmung
des Zyklon 14 um eine Krümmungsachse 42 dargestellt ist,
die senkrecht zur Papierebene der 2 steht,
ist das Absetzbecken 24 entgegen der Darstellung der 2 in
Blickrichtung des Betrachters hinter der Papierebene der 2 angeordnet.
Dies wird bei der späteren
Beschreibung der 3 bis 7 noch deutlicher
werden.
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Bereits
jetzt sei aber angemerkt, dass die Krümmungsachse bei allen Ausführungsformen
vorteilhaft entlang der Wirkungsrichtung W der Schwerkraft ausgerichtet
ist, und sich die gekrümmten
Wandungsbereiche vorteilhaft entlang einer im Wesentlichen horizontalen
Ebene erstrecken. Das Absetzbecken 24 der Erweiterungstelle 23 ist
entgegen der Darstellung der 1 und 2 vorzugsweise
unterhalb der Engstelle 17 angeordnet, um ein Hinabfliessen
oder fallen der Öl-Agglomerationen
zu ermöglichen.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 sei angemerkt,
dass in Strömungsrichtung
vor der Abscheideeinrichtung 13, oder in deren Mündungsbereich,
ein Einlass 20 für
eine Wasserzufuhr angeordnet ist.
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Die
Funktionsweise der Vorrichtung der 1 versteht
sich gemäß einer
ersten Betrachtung wie folgt:
Ausgehend von der Maschine 11 gelangt ölhaltige Abluft
durch das Abluftrohr 12 zu der Abscheideeinrichtung 13.
Durch einen Einlass 20 wird Wasser zugeführt, welches
entlang der Strömungsrichtung
des Pfeils 22 in den Abluftstrom (sogenannter Rohgasstrom)
eingeführt
wird.
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Die
Abluft, beziehungsweise die mit Wasser beladene Abluft, folgt entlang
der Richtung der Strömungspfeile 21a, 21b, 21c dem
geometrischen Verlauf der Wandungen 15, 16.
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Im
Bereich einer Erweiterungsstelle 23 hinter der Engstelle 17 ist
ein Absetzbecken 24 angeordnet, in dem sich eine Öl-Wasser-Emulsion ansammelt.
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Die
gereinigte Abluft, die sogenannte Reinluft, kann durch ein Reinluftrohr 34 in
Richtung des Strömungspfeils 21d entweichen.
Die Öl-Wasser-Emulsion
kann von dem Absetzbecken 24 durch einen Absetzauslass 27 abgeführt werden.
Das Absetzbecken 24 kann hierzu regelmäßig oder kontinuierlich entleert
werden.
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Die
physikalische Wirkungsweise zur Reinigung der Abluft ist wie folgt:
2 veranschaulicht
beispielhaft mit 28 bezeichnete Öltröpfchen, die fein verteilt in
der Abluft, als sogenannter Ölnebel,
auftreten können.
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Wasserbestandteile,
also beispielsweise Wassertröpfchen
und/oder Wasserdampfmoleküle sind
durch die Kreuzchen 29 angedeutet.
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Die
mit Wasser beladene Abluft gelangt entlang des Strömungspfeils 21a in
den Mündungsbereich
der Abscheideeinrichtung 13. Aufgrund der Krümmung der
Außenwand 15 wird
die Abluft auf eine gekrümmte
Bahn gezwungen.
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Eine
Vielzahl der Öltröpfchen 28 trifft
aus Gründen
der Massenträgheit
auf die Außenwand 15 und
kann dort haften bleiben. Dabei kommt es zur Bildung von Agglomerationen.
Eine derartige Ansammlung vieler Öltröpfchen ist in 2 mit 30 bezeichnet. Diese
großen Öltröpfchen fließen entlang
dem Bewegungspfeil 31 an der Innenseite der Außenwand 15 entlang.
Sie werden durch den Abgasstrom mitgerissen, beziehungsweise auch
durch die Wassertröpfchen 29 mitgespült.
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Auch
im weiteren Verlauf der Innenseite der Außenwand 15 zwischen
dem mit 30 bezeichneten Bereich und der Engstelle 17 kommt
es zur Bildung von Agglomerationen von Öltröpfchen an der Außenwand 15.
Diese weiteren Agglomerationen sind aus gründen der Übersicht in den Figuren nicht
dargestellt.
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Im
Bereich der Engstelle 17 ist die Strömungsgeschwindigkeit der Abluft
aufgrund der Querschnittsverengung deutlich erhöht. Im Bereich der Engstelle 17 befindet
sich daher besonders viel Bewegungsenergie oder kinetische Energie
in der Abluft. Hierdurch kommt es zur Bildung eines Öl-Wasser-Gemisches,
also einer Öl-Wasser-Emulsion.
Hier werden insbesondere Partikel emulgiert die sich in der Gasphase
befinden.
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Die
Emulsionsbildung führt
zur Bildung großer,
klumpenartiger oder tröpfchenartiger
Ansammlungen von Öl
und Wasser.
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Die
so gebildeten großen
Tröpfchen
können sich
bei Erreichen der Erweiterungsstelle 23 leicht absetzen.
Hier findet aufgrund der Gravitationskraft eine Trennung der leichten
Luft und der schweren Tröpfchen
statt. Unmittelbar bei Erreichen der Erweiterungsstelle 23 kann
die Wasser-Öl-Emulsion
nach unten fallen oder entlang von Wandungsbereichen nach unten
fließen.
Die von den Öltröpfchen und
den Wassertröpfchen
gereinigte Abluft, die nunmehr als Reinluft bezeichnet werden kann,
kann durch das Reinluftrohr 34 entlang der Richtung des
Strömungspfeiles 21d entweichen.
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Die
zuvor beschriebene Wirkungsweise ermöglicht neben der Bildung großer Öl- oder
Wassertröpfchen
aufgrund des Anhaftens von Tröpfchen
aneinander, auch das Reinigen der Abluft von Öl-Gasen oder gegebenenfalls auch von Schweißabgasen
beziehungsweise Staubpartikeln. Durch Einbringung hoher kinetischer
Energien im Bereich der Engstelle 17 in die Abluft binden
sich die Gasmoleküle
vorteilhaft an die Flüssigkeitsmoleküle. Hierdurch
kann eine effiziente Abgasreinigung erfolgen.
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Die 1 und 2 lassen
des Weiteren noch erkennen, dass sich die Öl-Wasser-Emulsion 25 in
dem Absetzbecken 24 absetzt. Eine Entnahme der Emulsion
kann durch die Absetzleitung 27 erfolgen, z. B. regelmäßig oder
kontinuierlich. Alternativ können Öl und Wasser,
gegebenenfalls nach einer Stillstandszeit, die für einen Entmischung der Öl-Wasser-Emulsion
abgewartet werden muss, aber auch getrennt abgeführt werden, was aufgrund der unterschiedlichen
Dichten dieser Materialien ohne weiteres möglich ist.
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Die 3 bis 6 veranschaulichen
bei einem alternativen Ausführungsbeispiel
den zyklon- oder schneckenhausartigen Aufbau der Abscheideeinrichtung 13:
Hier lässt
sich zunächst
im Unterschied zu der perspektivischen Darstellung der 1 und 2 deutlich
erkennen, dass die zyklonartige Ausbildung der Wände 15 und 16 entlang
einer Ebene erfolgt, die senkrecht zur Wirkungsrichtung W der Gravitationskraft
steht. Die Wirkungsrichtung der Gravitationskraft stellt insoweit
die Krümmungsachse 42 bereit.
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5 verdeutlicht,
dass die Außenwand 15 des
Zyklons 14 entlang einer Spiralbahn und die Innenwand 16 entlang
eines Kreisbogens geführt
sein kann. Die Verringerung des Abstandes D zwischen Außenwand 15 und
Innenwand 16 kann insoweit kontinuierlich erfolgen.
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In
Strömungsrichtung
hinter der Engstelle 17 befindet sich der Erweiterungsraum 23.
Dieser kann unter Bezugnahme auf 7 derartig
beschaffen sein, dass ein Außenrohr 43 und
ein Innenrohr 44 vorgesehen sind.
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Der
Ringraum 45 zwischen Außenrohr 43 und Innenrohr 44 stellt
auf diese Weise die Erweiterungsstelle 23 oder den Erweiterungsraum 23 bereit.
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Sobald
die Öl-Wasser-Emulsion
und die Abluft die in 7 nicht dargestellte Engstelle 17 passiert
hat, kann die Öl-Wasser-Emulsion in Wirkungsrichtung
W der Gravitationskraft hinabfallen, beziehungsweise an der Innenseite 46 des
Außenrohres 43 hinabgleiten
oder fließen.
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7 deutet
an, dass die Öl-Wasser-Emulsion
entlang der Bewegungsrichtungen 33 hinabfallen oder die
Innenwand 46 hinabfließen
kann, um sich an dem unteren Bereich oder Fußbereich des Außenrohres 43,
welches das Absetzbecken 24 bereitstellt, bei 25 zu
sammeln.
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Die
gereinigte Abluft, die sogenannte Reinluft, trifft, wie dies durch
die Strömungsrichtungspfeile 41 in 7 angedeutet
ist, zunächst
auf ein Umlenkblech 40 und kann anschließend durch
das Innenrohr 44 entgegen der Richtung W der Wirkungsrichtung der
Gravitationskraft entweichen. Das Innenrohr 44 stellt schließlich das
Reinluftrohr 34 bereit oder geht in dieses über.
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Ein
optional vorgesehener nachgeschalteter Filter 47 kann im
Falle eines Ausfalles als zusätzliche Sicherheitsstufe
bei Bedarf eingeschaltet werden.
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Aus
den 5 und 6 ergibt sich eine an der Engstelle 17 angeordnete
Verstelleinrichtung 48, die ein Stellglied in Form einer
Schraube 36 aufweist. Die Schraube 36 greift mit
ihrem Ende 49 in das freie Ende eines Leitbleches 35 ein.
Das Leitblech 35 ist in einem Bereich 37 an die
Außenwand 15 fest
angebunden.
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Durch
Betätigung
der Schraube 36 kann das Leitblech 35 unterschiedlich
weit auf die Innenwandung 16 zu bewegt oder von dieser
weg bewegt werden. Mit anderen Worten ist die lichte Weite 19 der kanalartigen
Verengung 17 auf diese Weise einstellbar.
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Die
an der Außenwand
entstandenen Agglomerate werden durch das Leitblech erneut in den Luftstrom
eingelenkt. Diese Agglomerate binden an der Verengungsstelle durch
die hohe kinetische Energie Gaspartikel.
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Die
Verstelleinrichtung 48 kann zur Einstellung der lichten
Weite 19 betätigt
werden, um eine Anpassung an unterschiedliche Größen der Öltröpfchen in dem Abluftstrom zu
erzielen.
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7 zeigt
in einem blockschaltbildartigen Funktionsschaltbild, dass die Maschine 11 über das Abluftrohr 12 mit
der Abscheideeinrichtung 13 verbunden ist. 7 zeigt
des Weiteren, dass das Absetzbecken 24 über eine Wasserleitung 38 mit
dem Wassereinlass 20 verbunden sein kann. Außerdem kann
das Absetzbecken 24 über
einen Ölauslass 39 mit
einem Ölsammelbecken 50 verbunden
sein.
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Da Öl leichter
ist als Wasser und auf dem Wasser schwimmt, kann die Wasserleitung 38 über das
angedeutete Ventil 51 unterhalb des Ölauslasses 39 an dem
Absetzbecken 34 angreifen.
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Bei
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird die Öl-Wasser-Emulsion 25 über die
Leitung 52 einer gesonderten Absetzeinrichtung 53 zugeführt, um
dort eine Trennung von Wasser und Öl zu erzielen.
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Entscheidend
ist allerdings, dass 7 einen geschlossenen Wasserkreislauf
andeutet, derart, dass ein Wasserauslass 51 des Absetzbeckens 24 mit
einem Wassereinlass 20 verbunden ist.
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Weiter
sei angemerkt, dass die zuvor beschriebene Funktionsweise der Vorrichtung 10 neben einer
Reinigung ölhaltiger
Abluft auch eine Reinigung schweißabgashaltiger Abluft zulässt. Schweißabgase
oder Staubpartikel können
auf gleiche Weise aus der Abluft herausgefiltert werden.
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Schließlich sei
erwähnt,
dass anstelle oder zusätzlich
zu einer Beladung der Abluft mit Wasser im Bereich des Einlasses 20 auch
kalter Stickstoff, insbesondere von einer Flüssig-Stickstoff-Quelle kommend,
der Abluft zugeführt
werden kann. Insbesondere kann unter Zuhilfenahme kalten Stickstoffes oder
eines anderen geeigneten Kältemittels,
erreicht werden, dass die Gas-, Öl-
oder Schweiß-Abgas-Bestandteile
der Abluft zu einer Kondensation gezwungen, und auf diese Weise
erleichtert aus der Abluft herausgefiltert werden können. Weitere
alternative Kältemittel
können
eingesetzt werden.
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Schließlich sei
ergänzend
angemerkt, dass die Zuführung
von Wasser im Bereich des Einlasses 20 sowohl die Zuführung von
Wasser in flüssiger Form
als auch in Form von Wasserdampf umfasst.