DE202020102554U1 - Filtervorrichtung für eine dynamische Reinigung eines Fluidstroms - Google Patents

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D45/00Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/16Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by the winding course of the gas stream, the centrifugal forces being generated solely or partly by mechanical means, e.g. fixed swirl vanes

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  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

Abstract

Filtervorrichtung zur dynamischen Reinigung eines Schwebepartikel enthaltenden Fluidstroms, umfassend
wenigstens einen Strömungskanal (1), der wenigstens an einem Abschnitt gekrümmt mit einem vorgegebenen festen oder änderbaren Krümmungsradius ausgebildet ist,
eine Vorrichtung (6, 8) zur Erzeugung eines Fluidstroms in dem Strömungskanal (1),
eine Niederdruckkammer (2), in der wenigstens teilweise der gekrümmte Abschnitt des Strömungskanals angeordnet ist und die so ausgebildet ist, dass ein im Verhältnis zu dem Druck des Stroms in dem Strömungskanal (1) reduzierter Druck erzeugt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass
die Vorrichtung (6, 8) zur Erzeugung des Fluidstroms so ausgebildet ist, dass an dem gekrümmten Abschnitt des Strömungskanals (1) Dean-Wirbel entstehen können, und
an dem äußeren und dem inneren Teil des gekrümmten Abschnitts des Strömungskanals (1) äußere (10) bzw. innere (20) Öffnungen zum Abführen der Schwebepartikel aus dem Strömungskanal (1) in die Niederdruckkammer (2) ausgebildet sind, wobei der Durchmesser der äußeren Öffnungen (10) im Vergleich zu dem Durchmesser der inneren Öffnungen (20) größer ausgebildet ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Das Gebrauchsmuster betrifft Vorrichtungen zum Filtern eines Fluids. Insbesondere findet die beanspruchte Vorrichtung bei der dynamischen Reinigung eines Luftstroms von darin enthaltenen Schwebepartikeln wie Stäuben, Rußen, Pollen, Bakterien und Viren Anwendung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es sind Systeme bekannt, die einen Luftstrom von darin enthaltenen Schwebepartikeln reinigen. Solche Systeme werden üblicherweise in Kraftfahrzeug-Filtern, Personen-Atemschutzgeräten und anderen Luftfiltersystemen für Personen verwendet. Es sind Zyklotron-Anlagen zur Luftreinigung bekannt, die die Bewegung der zu reinigenden Luft entlang einer schraubenförmigen Linie verwenden, wodurch unter Einwirkung von Zentrifugalkräften die in der Luft enthaltenen Partikel zu der Außenwand des zylindrischen Filters verschoben werden, entlang der sich der Luftstrom bewegt, und anschließend auf eine oder andere Weise aus den an die seitliche Außenwand angrenzenden Bereichen abgeführt werden, wodurch sich die Konzentration der Schwebepartikel in dem restlichen Luftstrom verringert. Als ein Beispiel für die Verwendung einer solchen Reinigung eines Luftstroms, der sich entlang einer schraubenförmigen Linie im Inneren eines zylindrischen Gehäuses bewegt, dient ein Luftfilter, der aus der US 4 491460 bekannt ist. Ein Nachteil der Systeme dieser Art ist die Möglichkeit einer Lokalisierung an der zylindrischen Oberfläche lediglich der größten Partikel, wobei die zylindrische Oberfläche die Richtung der Bewegung des zu reinigenden Luftstroms ablenkt, sodass die größten Partikel den bei der schraubenförmigen Bewegung auftretenden Zentrifugalkräften unterworfen sind. Die kleinen Schwebepartikel bleiben dabei in dem Luftstrom, was dessen weitere Reinigung erfordert.
  • Das erfindungsgemäße Gebrauchsmuster ermöglicht es, aus dem gekrümmten Fluidstrom nicht nur die größten Schwebepartikel auszuleiten, sondern auch kleinere Partikel, die praktisch nicht dem Einfluss der Zentrifugalkräfte unterworfen sind, ohne Verwendung zusätzlicher Filter, durch die der gesamte Strom hindurchgehen müsste.
  • OFFENBARUNG DES GEBRAUCHSMUSTERS
  • Aufgabe des Gebrauchsmusters ist es, einen Filter für eine dynamische Reinigung eines Fluidstroms zur Verfügung zu stellen, bei dem die Reinigung des Fluidstroms von Schwebepartikeln bei einer Bewegung des Fluids entlang einer gekrümmten Trajektorie sowohl für verhältnismäßig große als auch für verhältnismäßig kleine Schwebepartikel erfolgt.
  • Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 des Gebrauchsmusters gelöst. Besonders bevorzugte Ausführungsformen des Gebrauchsmusters sind in den Unteransprüchen des Gebrauchsmusters dargestellt.
  • Das Prinzip der Reinigung des Fluids von darin schwebenden Partikeln beruht auf der Verwendung von Dean-Wirbeln, die in gekrümmten Rohren entstehen und die nach dem britischen Gelehrten genannt werden, der sie als erster theoretisch erforschte. In 1a ist schematisch ein Teil eines gekrümmten Rohrs unter Angabe der Richtung der Bewegung des Fluidstroms darin dargestellt. In 1b sind zwei Bereiche im Inneren des Strahls des Stroms dargestellt, die auch zwei gegenläufig rotierende Dean-Wirbel darstellen, die im Inneren des gekrümmten Kanals gebildet werden, der in 1a dargestellt ist. Aus dem Artikel von D. Greenspan, „Secondary flow in a curved tube", J. Fluid Mech., 1973, Bd. 57. S. 167-176, ist bekannt, dass Dean-Wirbel im Inneren eines gekrümmten Kanals in einem Dean-Zahlenbereich von 10 bis 5000 gebildet werden. Die Dean-Zahl Dn kann über die Reynolds-Zahl Re, die charakteristische Querschnittsgröße des Kanals L, das ist üblicherweise der Durchmesser des Rohrs und der Krümmungsradius des Kanals r, durch den die Flüssigkeit fließt, wie folgt ausgedrückt werden: Dn = Re L r
    Figure DE202020102554U1_0001
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Gebrauchsmusters wurde als Ergebnis der durchgeführten theoretischen Berechnungen und Experimente festgestellt, dass die in dem Strom enthaltenen großen Partikel, auf die die Zentrifugalkraft einwirkt, am stärksten an dem äußeren Teil des gekrümmten Kanals konzentriert sind, der in 1a mit dem Buchstaben B bezeichnet ist. Die kleinen Schwebepartikel des Stroms sind stärker der Wirkung der Dean-Wirbel unterworfen, die sie zu dem inneren Teil des gekrümmten Kanals befördern, der in 1a mit dem Buchstaben C bezeichnet ist. Auf diese Weise konzentrieren sich die verhältnismäßig großen Schwebepartikel des Stroms im Wesentlichen am äußeren Teil des gekrümmten Kanals, während die verhältnismäßig kleinen Schwebepartikel des Stroms sich am inneren Teil des gekrümmten Kanals konzentrieren. Gemäß dem erfindungsgemäßen Gebrauchsmuster ist der gekrümmte Kanal in einer Niederdruck-Fluidkammer mit einem Druck, der im Verhältnis zu dem Druck des Stroms in dem Strömungskanal reduziert ist, angeordnet, aufgrund dessen die verhältnismäßig großen Schwebepartikel aus dem Strom durch äußere Öffnungen im äußeren Teil des gekrümmten Kanals (Bezugszeichen 10 in 1a) ausgeleitet werden, während die verhältnismäßig kleinen Schwebepartikel aus dem Strom durch innere Öffnungen in dem inneren Teil des gekrümmten Kanals (Bezugszeichen 20 in 1a) in eine Niederdruckkammer ausgeleitet werden.
  • Das Wesen des Gebrauchsmusters ist ausführlich in der angeführten Beschreibung dargelegt und durch die Zeichnungen erläutert. Jedoch dienen sowohl die Beschreibung als auch die Zeichnungen lediglich der Illustration des Gebrauchsmusters und schränken seine Ausführungsformen im Bereich der Schutzansprüche des Gebrauchsmusters nicht ein.
  • Figurenliste
  • In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 schematisch die Entstehung von Dean-Wirbeln in dem gekrümmten Kanal
    • 2 eine der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gebrauchsmusters
    • 3 schematisch drei mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gebrauchsmusters.
  • VERWIRKLICHUNG DES GEBRAUCHSMUSTERS
  • Das Gebrauchsmuster beschreibt eine Vorrichtung zur erzwungenen Reinigung eines Fluids von darin schwebenden Partikeln. Das Fluid kann Luft mit darin enthaltenen verschmutzenden Substanzen und Partikeln oder ein beliebiges anderes Fluid sein. Zu den Schwebepartikeln gehören Partikel von Staub, Ruß, Pollen, Bakterien, Viren sowie beliebige andere kleine Partikel, die sich in schwebendem Zustand in dem Fluidstrom befinden. Der Filter wird entweder als stationäre Vorrichtung in einem Transportmittel zur Reinigung von Gasen, die in den Verbrennungsmotor gelangen, in einem Ventilationssystem zur Reinigung der Luft, die in das Gehäuse gelangt, oder als tragbare mobile Benutzervorrichtung verwendet, beispielsweise als Atemschutzgerät, das in einen Motorradhelm eingebaut ist, oder Ähnliches.
  • Die beanspruchte Filtervorrichtung mit gekrümmtem Strömungskanal ermöglicht die Schaffung eines kompakteren Fluid-Reinigungssystems im Vergleich zu einem geraden Strömungskanal, mit einer qualitativ besseren Reinigung des Fluids von darin schwebenden Partikeln. Ein solches kompaktes System ist bequemer für den Benutzer und ermöglicht gleichzeitig eine Verbesserung des Ergebnisses der Reinigung des Fluids im Vergleich zu bekannten Strömungsfiltern.
  • Wie bereits oben angegeben zeigt 1b schematisch die Entstehung von Dean-Wirbeln in dem gekrümmten Kanal, der in 1a dargestellt ist, in der Niederdruckkammer (in 1a nicht gezeigt). Der Luftfluidstrom, der in dem Kanal von links nach rechts gerichtet ist, führt in dem gekrümmten Kanal zur Bildung von Dean-Wirbeln, die in 1b dargestellt sind. Das Verhältnis des Krümmungsradius des Strömungskanals und des Durchmessers des Strömungskanals ist so gewählt, dass in dem gekrümmten Kanal Dean-Wirbel für ein konkretes Fluid in einem Dean-Zahlenbereich von 10 bis 5000 entsprechend der oben genannten Formel (1) gebildet werden können. Der Krümmungsradius der Achse des gekrümmten Kanals sowie der Radius des Strömungskanals selbst können für den gesamten Strömungskanal konstant sein oder sich von der Eingangsöffnung des Strömungskanals zu seiner Ausgangsöffnung ändern, wobei die Bedingungen für die Bildung von Dean-Wirbeln in dem Strömungskanal erhalten bleiben. Bei der am stärksten bevorzugten Ausführungsform des Strömungskanals ist dieser mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet. Jedoch kann der Querschnitt auch elliptisch oder rechteckig sein. Auch die Form des Kanals selbst kann schraubenförmig, spiralförmig oder wenigstens teilweise mäanderförmig ausgebildet sein.
  • Wie oben angegeben richten sich in dem gekrümmten Strömungskanal die größten Schwebepartikel unter Einwirkung der Zentrifugalkraft zu der Außenwand des Kanals, die einen größeren Krümmungsradius im Vergleich zu der Achse des Kanals hat, während die verhältnismäßig kleinen Schwebepartikel von der sekundären Strömung, d.h. den Dean-Wirbeln, zu der Innenwand des Kanals mitgerissen werden, die einen kleineren Krümmungsradius im Vergleich zu dem Krümmungsradius der Achse des Strömungskanals hat.
  • Der gekrümmte Strömungskanal ist in einer Niederdruckkammer angeordnet, in der der Druck niedriger als der Druck des Fluids in dem Strömungskanal ist. An der Außenwand des Strömungskanals sind Öffnungen 10 angeordnet, durch die die verhältnismäßig großen Schwebepartikel aufgrund des unterschiedlichen Drucks in dem Strömungskanal und in der Niederdruckkammer aus dem Strömungskanal ausgeleitet werden. An der Innenwand des Strömungskanals sind Öffnungen 20 angeordnet, durch die die verhältnismäßig kleinen Schwebepartikel aufgrund des unterschiedlichen Drucks in dem Strömungskanal und in der Niederdruckkammer aus dem Strömungskanal ausgeleitet werden. Der Durchmesser der äußeren Öffnungen 10 ist bevorzugt im Vergleich zu dem Durchmesser der inneren Öffnungen 20 größer ausgebildet.
  • In 2 ist eine der Ausführungsformen der Filtervorrichtung gemäß dem Gebrauchsmuster dargestellt. Der Strömungskanal 1 ist als gekrümmtes Rohr mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, das entlang einer schraubenförmigen Linie mit drei Windungen gekrümmt ist. Die drei Windungen des Strömungskanals 1 sind lediglich der Anschaulichkeit halber dargestellt, es können sowohl mehr als auch weniger als drei sein. Der Strömungskanal kann auch spiralförmig, wenigstens teilweise mäanderförmig oder als Kombination dieser drei Formen ausgebildet sein. Der Strömungskanal 1 weist eine Eingangsöffnung 12 und eine Ausgangsöffnung 14 auf. Der gekrümmte Strömungskanal 1 ist in einem dichten Gehäuse eingeschlossen, das für das Fluid undurchlässig ist und die Niederdruckkammer 2 bildet. Die Niederdruckkammer 2 liegt an der Seite der Ausgangsöffnung 14 des Strömungskanals 1 dicht an dem Strömungskanal 1 an. Die Niederdruckkammer 2 ist an der Seite der Eingangsöffnung 12 des Strömungskanals 1 offen ausgebildet, wodurch die Ausgangsöffnung 8 der Niederdruckkammer 2 gebildet wird. Vor der Eingangsöffnung 12 des Strömungskanals 1 ist eine Einspritzpumpe 6 angeordnet, die dicht an der Eingangsöffnung 12 des Strömungskanals 1 anliegt. Die Einspritzpumpe 6 dient der Erzeugung des Fluidstroms in dem Strömungskanal 1, wobei das Fluid in die Einspritzpumpe 6 gelangt, wie durch den Pfeil 3 gezeigt, den Kanal 1 durchläuft, wobei es von Schwebepartikeln gereinigt wird, und durch die Ausgangsöffnung 14 aus dem Strömungskanal 1 austritt, wie durch den Pfeil 4 gezeigt. Durch die Einspritzung des Fluids in den Strömungskanal 1 durch die erste Einspritzpumpe 6 entsteht ein Druckunterschied mit erhöhtem Druck des Fluids in dem Strömungskanal 1 im Verhältnis zu dem Druck in der Niederdruckkammer 2, in der die Windungen des Strömungskanals 1 angeordnet sind.
  • Durch den oben genannten Druckunterschied in dem Strömungskanal 1 und in der Niederdruckkammer 2 werden die verhältnismäßig großen Schwebepartikel, die an dem äußeren Teil des Kanals 1 konzentriert sind, durch die Öffnungen 10 aus dem Kanal 1 in die Niederdruckkammer 2 abgeführt. Durch das Entstehen der Dean-Wirbel in dem Strömungskanal 1 werden die verhältnismäßig kleinen Schwebepartikel zu der Seite des inneren Teils des Kanals 1 transportiert und an dem inneren Teil des Kanals 1 konzentriert bzw. werden durch die inneren Öffnungen 20 aus dem Kanal 1 in die Niederdruckkammer 2 ausgeleitet. Das durch die äußeren Öffnungen 10 und die inneren Öffnungen 20 abgeführte Fluid mit den Schwebepartikeln wird durch die Ausgangsöffnung 8 der Niederdruckkammer 2 nach außen ausgeleitet, wie durch die Pfeile 30 gezeigt. In 2 ist die Ausgangsöffnung 8 der Niederdruckkammer 2 in unmittelbarer Nähe der ersten Einspritzpumpe 6 angeordnet. Bevorzugt ist jedoch eine Ausrichtung des abzuführenden Stroms 30 aus der Niederdruckkammer 2 in Richtung weg von dem Eingangsstrom 3, d.h. mit einer räumlichen Trennung von dem Eingangsstrom 3 zur Vermeidung einer Vermischung des aus der Niederdruckkammer 2 abzuführenden Stroms 30 mit dem Eingangsstrom 3. Die Ausgangsöffnung 8 der Niederdruckkammer 2 kann an einer beliebigen Stelle der Niederdruckkammer 2 angeordnet sein, beispielsweise in ihrem seitlichen Teil (nicht gezeigt).
  • Der Durchmesser der äußeren Öffnungen 10, die an dem äußeren Teil des gekrümmten Abschnitts des Strömungskanals 1, d.h. in maximalem Abstand vom Krümmungsmittelpunkt des gekrümmten Abschnitts angeordnet sind, ist größer als der Durchmesser der inneren Öffnungen 20, die an dem inneren Teil des gekrümmten Abschnitts des Strömungskanals 1, d.h. in minimalem Abstand vom Krümmungsmittelpunkt des gekrümmten Abschnitts ausgebildet sind. Der Durchmesser der äußeren und der inneren Öffnungen 10, 20 ist in Abhängigkeit von der Größe der Schwebepartikel ausgebildet, die sich in dem konkreten zu filternden Fluid befinden. Bei Experimenten wurde festgestellt, dass in dem Kanal 1 an seiner äußeren Oberfläche lokale Bereiche erhöhten Drucks entstehen können, die von der Geometrie des gekrümmten Abschnitts des Kanals 1 und den Strömungsparametern des Fluids abhängen, wo die Konzentration der verhältnismäßig großen Partikel erhöht ist. Bei einer der Anordnungsvarianten der äußeren Öffnungen 10 ist eine Anordnung dieser Öffnungen genau in diesen Bereichen erhöhten Drucks vorgesehen, was ein wirksameres Abführen der verhältnismäßig großen Partikel aus dem Fluidstrom ermöglicht. Außerdem wurde festgestellt, dass die Anordnung der Dean-Wirbel auch von der lokalen Krümmungsstärke des Strömungskanals 1 und von den Strömungsparametern abhängt, wobei die Dean-Wirbel an dem inneren Teil des gekrümmten Abschnitts des Strömungskanals 1 einen Bereich reduzierten Drucks mit erhöhter Konzentration der verhältnismäßig kleinen Schwebepartikel bilden. Bei einer der Ausführungsformen des Filters ist eine Anordnung der inneren Öffnungen an dem inneren Teil des gekrümmten Abschnitts des Strömungskanals 1 genau in diesen Bereichen reduzierten Drucks vorgesehen, was ein wirksameres Abführen der verhältnismäßig kleinen Schwebepartikel aus dem Strom ermöglicht. Die Bildung von lokalen Bereichen erhöhten Drucks an dem äußeren Teil des gekrümmten Abschnitts des Strömungskanals bzw. von Bereichen reduzierten Drucks an dem inneren Teil des gekrümmten Abschnitts des Strömungskanals wird auch durch lokale Änderungen des Krümmungsradius des Strömungskanals 1 (nicht gezeigt) oder durch eine Ausbildung der inneren Oberfläche des Kanals 1 mit lokalen Verengungen oder Hindernissen (nicht gezeigt) erzielt, die die Wirkung der Erzeugung der Bereiche erhöhten Drucks und der Bildung der Dean-Wirbel in dem Fluidstrom verstärken, wodurch ein Bereich der Ansammlung der auszuleitenden Schwebepartikel gebildet wird. In diesem Fall sind die äußeren Öffnungen 10 und die inneren Öffnungen 20 in entsprechenden Bereichen erhöhten Drucks bzw. Bereichen reduzierten Drucks angeordnet, oder die Konzentration dieser Öffnungen in diesen Bereichen übersteigt die Konzentration dieser Öffnungen in den übrigen Bereichen des Kanals 1.
  • Bei einer der Ausführungsformen des Gebrauchsmusters ist vorgesehen, dass an der inneren Oberfläche der Niederdruckkammer Verengungen oder Hindernisse ausgebildet sind, die einen Bereich der Ansammlung und/oder Ausfällung der aus dem Strömungskanal 1 ausgeleiteten Schwebepartikel bilden (nicht gezeigt). Diese Ausführungsform des Gebrauchsmusters ermöglicht, dass die Schwebepartikel nicht mit dem Strom 30 ausgestoßen werden, der aus der Niederdruckkammer 2 austritt, oder dass nicht alle Schwebepartikel ausgestoßen werden, sondern an den Innenwänden der Niederdruckkammer 2 gesammelt werden, um nachfolgend regelmäßig entfernt zu werden.
  • Bei einer der Ausführungsformen des Gebrauchsmusters ist die Ausbildung äußerer und innerer Öffnungen 10, 20 mit der Möglichkeit ihrer kontrollierten Abdeckung vorgesehen, was es ermöglicht, nur die Öffnungen offen zu lassen, die sich in den oben beschriebenen Bereichen erhöhten oder reduzierten Drucks in dem Strömungskanal 1 mit maximaler Konzentration der Schwebepartikel befinden.
  • Bevorzugt ist der Strömungskanal 1 abnehmbar ausgebildet, d.h. mit der Möglichkeit, ihn aus der Niederdruckkammer 2 zu entnehmen, was es ermöglicht, den Strömungskanal 1 regelmäßig zu reinigen.
  • Zusätzlich kann an der inneren Oberfläche des Strömungskanals 1 und/oder der Niederdruckkammer 2 eine Zusammensetzung aufgebracht werden, die adhäsive und/oder desinfizierende Eigenschaften aufweist, auf der sich die Schwebepartikel und/oder Viren und Bakterien absetzen und/oder neutralisiert werden. Das ermöglicht eine wirksamere Durchführung der Reinigung des Fluids von darin schwebenden Partikeln (nicht gezeigt). Als eine Variante kann eine Eiweißzusammensetzung aufgebracht werden, an der Viren oder Bakterien bei Berührung damit durch ionisch-kationische Bindungen anhaften. Die Imprägnierung kann andere Substanzen in ihrer Zusammensetzung aufweisen, die Eigenschaften zum Verbinden der Schwebepartikel haben, einschließlich Desinfektions- oder Klebesubstanzen.
  • Gemäß einer der Ausführungsformen des Gebrauchsmusters weist der Filter mehrere Strömungskanäle auf (nicht gezeigt), die eine gemeinsame Eingangsöffnung zur Aufnahme des Fluids und eine gemeinsame Ausgangsöffnung zum Auslassen des gereinigten Fluids aus den Strömungskanälen aufweisen. Das ermöglicht eine Steigerung der Produktivität des Filters durch eine Erhöhung des Volumens des verarbeiteten Fluids.
  • In 3 sind unter den Buchstaben a, b und c drei mögliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gebrauchsmusters gezeigt. In 3a ist schematisch die Ausführungsform gezeigt, die in 2 dargestellt ist. Die Bezugszeichen entsprechen dabei den Bezugszeichen in 2. 3 ist nur ein allgemeines grundsätzliches Schema der Anschlussfolge der verschiedenen Elemente des Filters im Verhältnis zueinander. Der schematisch dargestellte Strömungskanal 1 ist in der Niederdruckkammer 2 eingeschlossen, die eine Ausgangsöffnung 8 aufweist. Am Eingang des Strömungskanals 1 ist die Einspritzpumpe 6 angeordnet, durch die das Fluid 3 aus der Umgebung aufgenommen und in den Strömungskanal 1 eingespritzt wird, aus dem das gereinigte Fluid 4 abgeführt wird. Durch die Einspritzpumpe 6 wird in dem Strömungskanal 1 ein im Vergleich zu der Niederdruckkammer 2 erhöhter Druck erzeugt. Die gefilterten Schwebepartikel treten aus dem Strömungskanal 1 in die Niederdruckkammer 2 ein und werden durch die Ausgangsöffnung 8 der Niederdruckkammer 2 in Richtung des Pfeils 30 in die Umgebungsatmosphäre abgeführt.
  • 3b zeigt eine alternative Ausführungsform der Filtervorrichtung, die sich von der in 3a gezeigten Ausführungsform nur dadurch unterscheidet, dass an die Ausgangsöffnung 8 der Niederdruckkammer 2 eine erste Absaugpumpe 7 angeschlossen ist, die eine Reduzierung des Drucks in der Niederdruckkammer 2 ermöglicht und damit den Fluidstrom aus dem Strömungskanal 1 durch die äußeren und inneren Öffnungen in die Niederdruckkammer 2 verstärkt, wobei dieser Strom die herausgefilterten Schwebepartikel abführt. Diese Konstruktion der Filtervorrichtung ermöglicht eine Erhöhung der Wirksamkeit des Filterungsprozesses.
  • 3c zeigt eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gebrauchsmusters, die sich von der in 3b gezeigten Ausführungsform nur dadurch unterscheidet, dass anstelle der Einspritzpumpe 6, die an die Eingangsöffnung des Strömungskanals 1 angeschlossen ist, eine zweite Absaugpumpe 8 vorgesehen ist, die an die Ausgangsöffnung des Strömungskanals 1 angeschlossen ist. In diesem Fall wird der Fluidstrom in dem Strömungskanal 1 durch die zweite Absaugpumpe 8 erzeugt, die das Fluid in die Eingangsöffnung des Strömungskanals 1 in der durch den Pfeil 3 bezeichneten Richtung ansaugt, und nach dem Passieren des Strömungskanals 1 wird der von Schwebepartikeln gereinigte Fluidstrom durch die zweite Absaugpumpe 8 gepumpt und in die durch den Pfeil 4 bezeichnete Richtung geleitet. Bei dieser Ausführungsform ist es wichtig, dass die erste Absaugpumpe 7 weniger Druck in der Niederdruckkammer erzeugt als die zweite Absaugpumpe 8 in dem Strömungskanal 1.
  • Bei jeder der oben genannten Ausführungsformen der Filtervorrichtung ist die Möglichkeit einer Reinigung des Strömungskanals 1 und/oder der Niederdruckkammer 2 durch ein Verfahren des Durchblasens, Durchspülens oder Eintauchens in eine Reinigungslösung vorgesehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 4491460 [0002]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • D. Greenspan, „Secondary flow in a curved tube“, J. Fluid Mech., 1973, Bd. 57. S. 167-176 [0006]

Claims (11)

  1. Filtervorrichtung zur dynamischen Reinigung eines Schwebepartikel enthaltenden Fluidstroms, umfassend wenigstens einen Strömungskanal (1), der wenigstens an einem Abschnitt gekrümmt mit einem vorgegebenen festen oder änderbaren Krümmungsradius ausgebildet ist, eine Vorrichtung (6, 8) zur Erzeugung eines Fluidstroms in dem Strömungskanal (1), eine Niederdruckkammer (2), in der wenigstens teilweise der gekrümmte Abschnitt des Strömungskanals angeordnet ist und die so ausgebildet ist, dass ein im Verhältnis zu dem Druck des Stroms in dem Strömungskanal (1) reduzierter Druck erzeugt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (6, 8) zur Erzeugung des Fluidstroms so ausgebildet ist, dass an dem gekrümmten Abschnitt des Strömungskanals (1) Dean-Wirbel entstehen können, und an dem äußeren und dem inneren Teil des gekrümmten Abschnitts des Strömungskanals (1) äußere (10) bzw. innere (20) Öffnungen zum Abführen der Schwebepartikel aus dem Strömungskanal (1) in die Niederdruckkammer (2) ausgebildet sind, wobei der Durchmesser der äußeren Öffnungen (10) im Vergleich zu dem Durchmesser der inneren Öffnungen (20) größer ausgebildet ist.
  2. Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Erzeugung des Fluidstroms in dem Strömungskanal entweder als eine Abpumpvorrichtung (8), die mit der Ausgangsöffnung (14) des Strömungskanals (1) verbunden ist, oder als Fluid-Einspritzpumpe (6) ausgebildet ist, die mit der Eingangsöffnung (12) des Strömungskanals (1) verbunden ist.
  3. Filtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gekrümmte Abschnitt des Strömungskanals (1) als Rohr ausgebildet ist, das spiralförmig oder schraubenförmig gekrümmt ist.
  4. Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Strömungskanals (1) kreisförmig, elliptisch oder rechteckig ausgebildet ist, wobei die Fläche des Querschnitts über die gesamte Länge des Kanals gleich oder änderbar ist.
  5. Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strömungskanal (1) in den durch die Bewegung des Stroms gebildeten Bereichen erhöhten Drucks mit erhöhter Konzentration der verhältnismäßig großen Partikel äußere Öffnungen (10) angeordnet sind und in den durch die Dean-Wirbel gebildeten Bereichen reduzierten Drucks mit erhöhter Konzentration der verhältnismäßig kleinen Partikel innere Öffnungen (20) angeordnet sind.
  6. Filtervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der inneren Oberfläche des Strömungskanals (1) Verengungen oder Hindernisse vorhanden sind, die die Wirkung der Entstehung der Dean-Wirbel in dem Fluidstrom verstärken und Bereiche der Ansammlung von Partikeln bilden.
  7. Filtervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der inneren Oberfläche der Niederdruckkammer (2) Verengungen oder Hindernisse vorhanden sind, die Bereiche der Ansammlung und/oder Ausfällung der Partikel an den Wänden der Kammer (2) bilden.
  8. Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren und die inneren Öffnungen (10, 20) so ausgebildet sind, dass sie kontrolliert abgedeckt werden können.
  9. Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere Strömungskanäle (1) umfasst, die eine gemeinsame Eingangsöffnung zur Aufnahme des Fluids, das die Schwebepartikel enthält, sowie eine gemeinsame Ausgangsöffnung zum Auslass des gereinigten Fluids aufweisen.
  10. Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der inneren Oberfläche des Strömungskanals (1) und/oder der Niederdruckkammer (2) eine Zusammensetzung aufgebracht ist, die adhäsive und/oder desinfizierende Eigenschaften hat, auf der sich die Schwebepartikel und/oder Viren und Bakterien absetzen und/oder neutralisiert werden.
  11. Filtervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (1) zum Zweck seiner Reinigung abnehmbar ausgebildet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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