DE2460195C2 - Zentrifugalabscheider - Google Patents

Description

50

Die Erfindung betrifft einen Zentrifugalabscheider entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekannte Zentrifugalabscheider dieser Art (Chemical Engineering, Band 74, (1967), H. 21, Seite 142) dienen insbesondere zur Ausscheidung von Aerosolen aus der Luft, um durch industrielle oder sonstige Prozesse verschmutzte Luft zu reinigen. Aerosole bestehen aus sehr kleinen Teilchen von Flüssigkeiten oder Feststoffen.

Bei Verwendung von bekannten Zentrifugalabscheidern dieser Art bestehen jedoch einige Schwierigkeiten, insbesondere ist es schwierig zu vermeiden, daß bereits ausgeschiedene und beispielsweise zu Flüssigkeitströpfchen agglomerierte Verunreinigungen durch gereinigte Luftströmungen mitgerissen werden, so daß die gereinigte Luft zwar frei von Aerosolen ist, aber noch verhältnismäßig große Tröpfchen aus öl oder agglomerierten Feststoffteilchen enthalten kann. Bei anderen bekannten Konstruktionen sind verhältnismäßig dicke Filterschichten (GB-PS 11 58 115) erforderlich, die zur L. zeugung eines ausreichend großen Druckgefälles, das eine wirksame Luftströmung ermöglicht, einen verhältnismäßig großen Energiebedarf füi den Betrieb derartiger Zentrifugalabscheider erfordern. Ferner kann eine verhältnismäßig starke Rezirkulation der Luft auftreten, wodurch der Wirkungsgrad bekannter Zentrifugalabscheider verringert werden kann. Auch die Reinigung derartiger Zentrifugalabscheider ist in vielen Fällen verhältnismäßig schwierig, da sie zur Entfernung verschmutzter Filterschichten einen verhältnismäßig großen Arbeitsaufwand beim Auseinderbau erfordern. In vielen Fällen bedeutet es auch einen erheblichen Nachteil, wenn eine vorgegebene Orientierung bekannter Zentrifugalabscheider eingehalten werden muß, also wenn die Achse der Trommel so angeordnet werden muß, daß beispielsweise agglomerierte öltröpfchen unter Schwerkraftwirkung abfließen können. Dabei ist auch eine Expansion der Luft erforderlich, damit ein ausreichendes Druckgefälle in der Luftströmung erzeugt werden kann, um einen Abzug der Teilchen unter Schwerkraftwirkung zu ermöglichen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Zentrifugalabscheider der eingangs genannten Art unter möglichst weitgehender Vermeidung der genannten Nachteile und Schwierigkeiten derart zu verbessern, daß einerseits ein verbesserter Abzug der durch Zentrifugalkraft agglomerierten Teilchen aus der gereinigten Luftströmung erzielbar ist, und daß andererseits ein möglichst geringer Energiebedarf für den Zentrifugalabscheider erforderlich ist und die Möglichkeit besteht, diesen in einer gewünschten Orientierungslage anordnen zu können.

Diese Aufgabe wird bei einem Zentrifugalabscheider der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Ein besonderer Vorteil eines derartigen Zentrifugalabscheiders ist darin zu sehen, daß ausgeschiedene und agglomerierte Flüssigkeitströpfchen auf der Innenwand des Gehäuses verbleiben, bis sie in die Sammelkammer gelangen, weil durch das sich verjüngende Auslaßende des Gehäuses eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit der Luft oder des betreffenden Gases bewirkt wird, wodurch die ausgeschiedene Flüssigkeit auf der Innenwand gehalten wird, bis sie im Bereich des Schlitzes in die Sammelkammer gelangt.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte perspektivische Ansicht eines Zentrifugalabscheiders gemäß der Erfindung;

Fig.2 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs der mit einer Filterschicht versehenen Trommel bei dem Ausführungsbeispiel in F i g. 1; und

F i g. 3 eine schematische Ansicht des Zentrifugalabscheiders in F i g. 1 bei einer Anordnung in einer vertikalen Lage.

Der in F i g. 1 dargestellte Zentrifugalabscheider enthält eine Trommel 8, in deren Umfangsfläche eng nebeneinander angeordnete Perforationen 9 ausgebildet sind. Die Trommel hat einen ersten kreisförmigen Basisbereich 23, der kegelstumpfförmig nach innen vorgewölbt ist und an dem ein zentraler Befestigungsflansch 21 ausgebildet ist, der bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Mutter 34 und einer Unterlegscheibe 33 an einer in axialer Richtung der Trommel angeordneten Welle 22 befestigt ist, welche die Ab-

triebswelle eines Elektromotors ist, der in einem Motorgehäuse 32 angeordnet ist.

Vorzugsweise sind in der Trommel eine Anzahl von Ventilatorilügeln 13 befestigt, die in gleichmäßigen Abständen entlang dem Innenumfang der Trommel angeordnet sind und in Längsrichtung verlaufen, um den volumetrischen Wirkungsgrad zu verbessern und die Agglomeration von in dem Gasstrom enthaltenen Aerosolteilchen zu fördern. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind am Ende der Ventilatorflügel 13 Abwinklungen ausgebildet, die eine Befestigung ermöglichen. Die von dem vorderen zu dem hinteren Ende der Trommel verlaufenden Ventilatorflügel weisen eine außenliegende Kante auf, die in einem kleinen Abstand von der Innenfläche der Trommel angeordnet ist, so daß eine einstückig ausgebildete Filterschicht 20 vom vorderen Ende der Trommel her eingesetzt werden kann. Die Ventilatorflügel 13 dienen deshalb gleichzeitig zur Halterung einer gegebenenfalls auf der Innenfläche 12 der Trommel angeordneten Filterschicht 20, die entsprechend dem in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eine poröse Membran sein kann.

Am vorderen Ende der Trommel ist eine Einlaßöffnung 16 für eine Aerosolteilchen enthaltende Gasströmung vorgesehen, weiche Einlaßöffnung einen Innendurchmesser hat, der kleiner als der Innendurchmesser der Trommel ist. Die Einlaßöffnung wird durch einen zweiten kreisförmigen Basisbereich 18 der Trommel begrenzt, an dem ein nach innen abgewinkelter Flansch 17 ausgebildet ist.

Die Trommel 8 ist in einem zylindrischen Gehäuse iO angeordnet, dessen Längsachse mit der Längsachse der Trommel zusammenfällt. Das Gehäuse 10 hat einen kreisförmigen Endbereich 15 mit einer zentralen Einlaßöffnung 14 für die Gasströmung. In einem Auslaßbereich 3 ist ein statisches Filter 4 angeordnet, um von der Strömung gegebenenfalls mitgerissene Teilchen aufzufangen. Die Einlaßleitung 14 verläuft koaxial zu der Einlaßöffnung 16. Das Auslaßende 6 des zylindrischen Wandungsbereichs des Gehäuses 10 ist leicht nach innen gekrümmt. Von der Innenwandung einer Abluftkammer 2 erstreckt sich ein ringförmiger Wulstbereich 7 bis in die Nähe des Auslaßendes 6. Der ringförmige Wulstbereich 7 hat einen halbkreisförmigen Querschnitt und ist auf der Innenseite eines Außenwandbereichs 24 der Abluftkammer befestigt.

Der kreisförmige Endbereich 15 ist als Abdeckung ausgebildet und an dem Gehäuse 10 mit Hilfe eines in Umfangsrichtung verlaufenden Halterungselements mit V-förmigem Querschnitt oder durch eine sonstige Halterungseinrichtung befestigt. Zwischen dem Gehäuse 10 und dem Endbereich 15 ist durch das Halterungselement 11 eine Dichtung 19 eingeklemmt.

Der ringförmige Wulstbereich 7 begrenzt zusammen mit dem Auslaßende 6 des zylindrischen Wandungsbereichs einen in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz 31, welcher eine Verbindung mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Sammelkammer 28 herstellt, die um einen Bereich des Gehäuses 10 herum angeordnet ist und einen Abfluß 27 für gesammelte Teilchen aufweist. Zwischen der Sammelkammer 28 und der Abluftkammer 2 ist mindestens ein Abflußkanal 29 für das Gas vorgesehen, der einlaßseitig in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise umgebördelt ist und von der Innenwand der Sammelkammer 28 vorsteht, um einen Druckaufbau in der Sammelkammer zu verhindern. Die Abluftkanäle 29 für das Gas münden also in die Abluftkammer 2, aus der gereinigte Abluft austritt, welche durch die Filtereinrichtung 4 hindurchgeleitet wurde. Der Außenwandbereich 24 der Abluftkammer 2 konvergiert zu der Außenwand des Gehäuses 10 und begrenzt die Sammelkammer 28. Die Abluftkammer 2 ist mit einem Luftauslaß 35 versehen, durch den gereinigte Luft austritt. Angrenzend an die Abluftkammer 2 und den Basisbereich 23 der Trommel ist eine Stützeinrichtung 30 für das Motorgehäuse 32 vorgesehen, in dem der Elektromotor angeordnet ist. Zur Befestigung des Zentrifugalabscheiders 1 ist eine mit einer Fußplatte versehene Trägerstruktur 25,26 vorgesehen.

Im folgenden soll die Arbeitsweise des Zentrifugalabscheiders näher erläutert werden. Die Aerosolteilchen enthaltende Gasströmung wird aufgrund der Ansaugwirkung der rotierenden Trommel 8 durch die Einlaßleitung ϊ4 und die Einlaßöffnung 16 zugeführt. Nach dem Eintritt in die rotierende Trommel 8 wird durch Zentrifugalkräfte eine nach außen gerichtete spiralförmige Bewegung der Luftströmung verursacht. Beim Durchtritt der Aerosolteilchen durch die Perforationen 9 erfolgt eine Agglomeration der Teilchen, so daß größere Tröpfchen gebildet werden. Aufgrund der erhöhten Masse dieser Tröpfchen werden diese durch Zentrifugalkräfte gegen die Innenwand des zylindrischen Gehäuses 10 geschleudert. Die großen Tröpfchen haften an der Innenwand an, vereinigen sich zu abfließenden Tropfen und werden durch die Luftströmung zu dem in Umfangsrichtung verlaufenden Schlitz 31 transportiert, durch welchen ein Eintritt in die Sammelkammer 28 erfolgt. Die in der Sammelkammer 28 angesammelte Flüssigkeit tritt dann durch den Abfluß 27 aus. Ein Wiedereintritt von auf der Innenwand des Gehäuses befindlichen Tröpfchen in die Luftströmung wird durch das nach innen gekrümmte Auslaßende 6 des Gehäuses 10 verhindert. Die Wirkung des leicht nach innen gekrümmten Bereichs 6 besteht darin, daß durch die von der Luftgeschwindigkeit verursachten Kräfte die gebildeten Tropfen gegen die Innenwand gedrückt und entlang dieser weitertransportiert werden, bis sie in dem Schlitz 31 abgestreift werden. Eine nach außen gerichtete Krümmung an dieser Stelle würde dagegen eine Abtrennung der Tröpfchen verursachen, so daß die abgetrennten Tröpfchen wieder in der Luftströmung suspendiert würden.

Da bei dem beschriebenen Zentrifugalabscheider die ausgeschiedenen Tröpfchen entlang der Innenwand durch die Luftströmung weiterbewegt werden, ist der Sammeleffekt für die Tröpfchen nicht von der Schwerkraft abhängig, so daß der Zentrifugalabscheider in jeder beliebigen Orientierungslage angeordnet werden kann, bei der sich beispielsweise die Achse des Zentrifugalabscheiders in einer vertikalen oder horizontalen Lage befindet. Da die Orientierungsiage in gewünschter Weise entsprechend vorliegenden Gegebenheiten gewählt werden kann, ergeben sich dadurch wesentliche Vorteile bei der praktischen Verwendung derartiger Zentrifugalabscheider.

Der Einlaßbereich des Schlitzes 31 sollte so klein wie möglich ausgebildet werden, damit nur eine möglichst geringe Luftmenge durch den Schlitz in die Sammelkammer zusammen mit dem ausgeschiedenen Material hindurchtritt. Wenn zuviel Luft in die Sammelkammer eintritt, könnte ein Überdruck aufgebaut werden, durch den eine Luftströmung in entgegengesetzter Richtung durch den Schlitz verursacht wird, wodurch ein vollständiger Austritt der abgeschiedenen Flüssigkeit in die Sammelkammer verhindert würde. Da jedoch die Querschnittsfläche der Abflußöffnung kleiner als die Ouer-

schnittsfläche des Schlitzbereichs ist, können ein oder mehrere Abflußkanäle 29 für Luft in der Sammelkammer vorgesehen werden, so daß ein nachteiliger Druckaufbau vermieden werden kann. Die durch den Schlitz hindurchtretende zu große Luftmenge wird durch die Abflußkanäle 29 in die Abluftkammer 2 abgeleitet, wo sie mit dem gereinigten Luftstrom vereinigt wird, der durch die stationäre Filtereinrichtung 4 hindurchgeleitet wurde. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt die Breite des Schlitzes etwa 1,6 mm.

Zur Vermeidung eines Durchtritts von Flüssigkeit durch die Abflußkanäle 29 für Luft ist es wichtig, daß die Eintrittsöffnungen dieser Kanäle einen ausreichenden Abstand von der Innenwand der Sammelkammer auf- is weisen. Auch die in F i g. 1 dargestellte umgebördelte Ausbildung der Abflußkanäle 29 trägt dazu bei, daß praktisch nur gereinigte Luft abgeleitet werden kann, die praktisch keine ausgeschiedene Flüssigkeit enthält.

Durch die Verwendung der Filtereinrichtung 4, die hinter dem Schlitz 31 in einer quer verlaufenden Lage angeordnet ist, ergibt sich der Vorteil, daß zusammengeflossene Tröpfchen abgebremst werden, welche gegebenenfalls durch den Schlitz hindurchgelangt sind. Die Tröpfchen setzen sich daher, wenn sie in die Abluftkammer eintreten, an deren Boden ab. Verhältnismäßig kleine in der Abluftkammer angesammelte Flüssigkeitsmengen können in geeigneten Zeitabständen abgezogen werden.

In gewissen Fällen ist es nicht erforderlich, die Trommcl mit einer Filterschicht 20 auszukleiden. Wenn jedoch die Luft Teilchen in der Größenordnung von einem Mikrometer oder weniger enthält, wird die Trommel vorzugsweise mit einer Filterschicht oder einer porösen Membran ausgekleidet. Die Filterschicht hält kleinere Teilchen zurück, bis sie zu Tröpfchen mit einer so großen Masse zusammengeflossen sind, daß eine Abscheidung durch die Filterschicht und die Perforationen der Trommel erfolgen kann. Eine zweischichtige Filterschicht ist vorteilhaft verwendbar, wobei die innenliegende Fiiterschicht dünn im Vergleich zu der Auskleidung der Trommel ist, so daß die innenliegende Filterschicht ohne Beeinträchtigung der Auswuchtung der Trommel entfernt werden kann. Als Filtermaterialien sind Papier, Netze aus korrosionsbeständigem Stahl, Polyesterfilter oder dergleichen Materialien verwendbar. Die Materialauswahl hängt von dem jeweiligen Verwendungszweck ab. Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Zentrifugalabscheiders ist darin zu sehen, daß der Innenraum zur Durchführung eines Filterwechsels oder einer Reinigung der Filterschicht leicht zugänglich ist. Zu diesem Zweck kann der als Abdeckung ausgebildete Endbereich 15 in einfacher Weise dadurch entfernt werden, daß das Halterungselement 11 abgenommen wird.

Die in F i g. 1 dargestellte Ausbildung des Basisbereichs 18 mit dem Flansch 17 ist aus mehreren Gründen vorteilhaft Wenn Ventilatorflügel in Verbindung mit einer Fiiterschicht mit einem hohen Durchtrittswiderstand vorgesehen werden, wird mit dieser Ausbildung verhindert, daß die zu reinigende Luft ohne Durchtritt durch die Filterschicht auf die Außenseite der Trommel gelangt, wodurch keine zufriedenstellende Ausscheidung von Teilchen erfolgen könnte. Ferner können in diesem Bereich Auswuchtkörper befestigt werden, um eine Unwucht der rotierenden Trommel zu vermeiden.

Die eine Fußplatte aufweisende Trägerstruktur 25,26 ist derart ausgebildet, daß damit eine Befestigung des Zentrifugalabscheiders am Boden, an der Decke oder an einer Seitenwand eines Raums möglich ist, so daß insbesondere eine Orientierung der Achse des Zentrifugalabscheiders in einer horizontalen Lage wie in F i g. 1 oder einer vertikalen Lage wie in F i g. 3 möglich ist.

Anstelle des erwähnten Elektromotors kann auch eine andere Antriebseinrichtung verwendet werden, beispielsweise ein Hydraulikmotor, eine Vorlegewelle, ein Riemen- oder Zahnradantrieb.

Wenn Rauch oder andere sehr feine Teilchen in der Gasströmung enthalten sind, kann in der Abluftkammer ein elektrostatischer Abscheider vorgesehen werden. Dabei werden die schwereren Teilchen durch die Rotation der Trommel und die beschriebenen zugeordneten Einrichtungen entfernt, während die Rauchteilchen durch den elektrostatischen Abscheider ausgeschieden werden.

Der beschriebene Zentrifugalabscheider ist deshalb für die Ausscheidung von allen Arten von Aerosolen verwendbar, welche Teilchen beispielsweise aus öl, Rauch, Blütenstaub oder Nebel bestehen können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Zentrifugalabscheider für die Entfernung von Aerosolteilchen aus einer Gasströmung, mit einer rotierenden Trommel mit über deren Umfang verteilten Perforationen, die einen ersten kreisförmigen Basisbereich und einen zweiten, kreisförmigen Basisbereich mit einer Einlaßöffnung aufweist, mit einem Gehäuse für die Trommel mit einem zylindrisehen Wandungsbereich und einem ersten Kreisförmigen Endbereich mit einer Einlaßleitung für die Gasströmung, die konzentrisch zu der Einlaßöffnung der Trommel vorgesehen ist, wobei die Längsachse des Gehäuses koaxial mit der Längsachse der Trommel verläuft, mit einer Abluftkammer mit einem Auslaß, der die zentrifugierte Gasströmung über eine Filtereinrichtung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslaßende (6) des zylindrischen Wandungsbereichs des Gehäuses (10) nach innen gekrümmt ist, daß sich ein ringförmiger Wulstbereich (7) von der Innenwandung der Abluftkammer (2) zu dem Auslaßende (6) des Gehäuses (10) erstreckt und entlang dessen Umfang einen Schlitz (31) begrenzt, der in Verbindung mit einer Sammelkammer (28) steht, daß die Sammelkammer (28) um einen Bereich des Gehäuses (10) herum angeordnet ist und einen Abfluß (27) für gesammelte Teilchen enthält, und daß Abflußkanäle (29) für das Gas zwischen der Sammelkammer (28) und der Abluftkammer (2) vorgesehen sind.

2. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (31) eine Breite von etwa 1,6 mm aufweist.

3. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Trommel (8) zumindest zwei Ventilatorflügel (13) befestigt sind.

4. Zentrifugalabscheider nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß entlang dem Innenumfang der Trommel eine Filterschicht (20) angeordnet ist.

5. Zentrifugalabscheider nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterschicht (20) eine äußere und eine innere Schicht aufweist, und daß die innere Schicht wesentlieh kleinere Poren als die äußere Schicht hat.