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Abscheider Die Erfindung betrifft einen Abscheider zum Entfernen von
Feststoff- und/oder Flüssigkeitspartikeln aus einem Gas, mit einer Führung für das
Gas und mit einem aurch-einerl Antrieb drehbaren Abscheideteil mit quer zur Axialrichtung
verlaufenden durchlässigen Seiten, welche mindestens teilweise derart in der Führung
angeordnet sind, daPJ das durch die Führung strömende Gas in einer im wesentlichen
parallel zur Drehachse liegenden Richtung durch das Abscheideteil strömt.
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Ein Vorteil eines solchen Abscheiders besteht darin, daß er selbstreinigend
ausgebildet sein bzw. arbeiten kann.
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In Fällen, in denen Flüssigkeitspartikel aus dem Gas zu entfernen
sind, vereinigen sich diese und haben die Bestrebung, sich radial nach außen über
das Abscheideteil
zu bewegen. In Fällen, in denen nur Feststoffteilchen
aus dem Gas abzuscheiden sind, kann dem Abscheideteil nahe der Drehachse eine Flüssigkeit
zugeführt werden, wobei dann diese Flüssigkeit radial auswärts über das Abscheideteil
fließt und die ausgeschiedenen Feststoffteilchen zum Umfang des Abscheideteils transportiert.
Ein solcher Abscheider ist in der GB-PS 754 262 beschrieben. Bei dem Abscheideteil
dieses bekannten Abscheiders handelt es sich um eine scheibenföririge Bürste, deren
Borsten sich radial erstrecken.
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Die jüngere GB-PS 1 144 872 beschreibt einen Abscheider der eingangs
beschriebenen Art zum Abscheiden sehr kleiner Partikel, beispielsweise von Partikeln
mit einem Durchmesser im Bereich von 50 bis 5 , aus einem Luftstrom.
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Bei diesem Abscheider besteht das drehbare Abscheideteil aus einer
mittigen Scheibe und einer Anzahl sich radial erstreckender Fäden, welche in einer
einzigen Ebene liegen.
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Dieses bekannte Abscheideteil bietet der Gasströmung einen verhältnismäßig
niedrigen Widerstand und wird mit hoher Geschwindigkeit, beispielsweise 1700 U/m;
angetrieben, wobei auf diese Weise sichergestellt werden soll, daß alle in der Gasströmung
enthaltenen Partikel auf einen Faden aufprallen.
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Der Wirkungsgrad des in der GB-PS 1 144 872 beschriebenen Abscheiders
bezüglich einer Entfernung von Partikeln einer gegebenen Größe aus einer Gasströmung
hängt weitgehend von dem Durchmesser der Fäden und der Drehgeschwindigkeit des Abscheideteils
ab. Wenn der bei einer Partikelgröße erreichte Abscheidewirkungsgrad bei einer kleineren
Partikelgröße erreicht werden soll, so ist es notwendig, den Durchmesser der Fäden
zu vermindern oder die Drehgeschwindigkeit des Abscheideteils zu erhöhen oder aber
beide Maßnahmen vorzusehen. Demgemäß besteht
in praxi eine untere
Grenze bezüglich der Größe der Partikel, die durch den in der GB-PS 1 144 872 beschriebenen
Abscheider aus einem Gas herausgefiltert werden können.
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Versuche, den Wirkungsgrad für kleinere Partikel zu vergrößern, indem
das Abscheideteil mit noch höherer Geschwindigkeit angetrieben wird, erfordern einen
Energieaufwand von nicht mehr akzeptabler Größe. Außerdem ergeben sich Schwierigkeiten
bei der Konstruktion eines drehbaren Abscheideteils, welches eine hinreichend große
mechanische Festigkeit aufweist, um den sehr großen Drehgeschwindigkeiten zu widerstehen.
Versuche bezüglich einer Verbesserung des Wirkungsgrades durch Verminderung der
Fadendurchmesser führen zu einer extrem empfindlichen bzw. zerbrechlichen Konstruktion,
die daher nicht für eine industrielle Anwendung geeignet ist.
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Ein weiterer Nachteil von Konstruktionen, bei denen das Abscheideteil
eine Anzahl sich radial erstreckender Fäden aufweist, liegt darin, daß bei Fäden
mit gleichmäßigem Durchmesser ein optimaler Abstand zwischen benachbarten Fäden
nur über einen gewissen Abstand von der Drehachse zu erzielen ist, da die Fäden
notwendigerweise zueinander divergieren, so daß der optimale Abstand nicht über
die ganze Länge eines jeden Fadens zu erzielen ist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten
Abscheider der eingangs beschriebenen Gattung unter Vermeidung ihrer Nachteile zu
verbessern, und einen derartigen Abscheider zu schaffen, mit dem aus einer Gasströmung
Partikel zu entfernen sind, die eine Größe aufweisen, welche den kleineren Größen
am Ende des Bereiches von Partikelgrößen entspricht, die mit den vorstehend beschriebenen
bekannten Abscheidern zu entfernen sind, wobei ein größerer Abscheidewirkungsgrad
erreicht
werden soll als dieses bei den bekannten Geräten der Fall ist. Außerdem sollen auch
noch kleinere Partikel aus einer Gasströmung entfernbar sein als díeses mit den
bekannten Vorrichtungen möglich ist.
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Als Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das
Abscheideteil einen sich radial zu der Drehachse erstreckenden Körper aus durchlässigem
Material aufweist, welches Poren besitzt, deren Abmessungen in allen Richzungen
klein sind im Verhältnis zu der Abmessung des Körpers,und daß benachbart zum Umfang
des Abscheideteils eine Konstruktion mit einem Aufnahmemittel zum Aufnehmen von
aus dem Abscheideteil durch Zentrifugalwirkung ausgeworfenem Material und zum Fernhalten
dieses Materials von dem Strömungspfad des Gases vorhanden ist.
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Wenn weiter oben ausgeführt ist, daß die quer zur#Axialrichtung verlaufenden
Seiten des Abscheideteils durchlässig ausgebildet sein sollen, so ist hiermit gemeint,
daß diese Seiten nicht vollständig von einem nichtdurchlässigen Teil bzw. von nichtdurchlässigem
Material abgedeckt sind. Diese Seiten können von einem gelochten Teil, beispielsweise
einem Drahtgeflecht, bedeckt sein, welches mit mindestens einer quer zur Axialrichtung
verlaufenden Fläche des Teils in Berührung stehen kann.
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Der Körper aus durchlässigem Material kann aus einer einzigen Lage
eines mit Durchbrechungen versehenen blattförmigen bzw. plattenförmigen Materials
bestehen. Wenn dadurch ein größerer Wirkungsgrad zu erzielen ist als mit einem Abscheideteil,
welches aus einer einzigen Schicht aus mit Durchlässen versehenen blattförmigem
Material besteht, so kann das Abscheideteil eine Mehrzahl von aneinander angrenzenden
Schichten bzw. Lagen eines derartigen Materials aufweisen oder es kann ein
Körper
aus Zellenmaterial mit einer offenen Zellenstruktur und einer Dicke in axialer Richtung
vorgesehen sein, so daß eine Mehrzahl von Zellagen bzw. Zellschichten innerhalb
dieser Dicke vorhanden ist.
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illit dem Hinweis, daß die Zellularstruktur offen ist, ist gemeint,
daß benachbarte Zellen im wesentlichen miteinander in Verbindung stehen; also im
Gegensatz zu einer Struktur mit geschlossenen Zellen, bei der'die Zellen im wesentlichen
gegeneinander abgeschlossen sind.
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Die Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindungsind nachstehend
an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert.
Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen
Abscheide#r, wobei der Querschnitt durch die Drehachse des Abscheideteils verläuft.
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Der in der Zeichnung dargestellte Abscheider weist ein im wesentlichen
zylindrisch ausgebildetes Gehäuse 1 mit einer krei#förmigen Einlaßöffnung 2 und
einer kreisförmigen Auslaßöffnung 3 auf. Die Öffnungen 2, 3 liegen beide zentrisch
zu einer Achse 4. Der Durchmesser der Auslaßöffnung ist nahezu genauso groß wie
derjenige des Gehäuses 1 selbst. Der Durchmesser der Einlaßöffnung ist kleiner als
der Radius des Gehäuses, und zwar vorzugsweise kleiner als der halbe Radius des
Gehäuses.
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Das Gehäuse 1 enthält eine untenliegende Abschlußplatte 5, in welcher
die Einlaßöffnung 2 ausgebildet'ist~ und einen obenliegenden Abschlußring 6, der
die Auslaßöffnung 3 begrenzt. Außerdem enthält es einen zylindrischen Außenmantel
7, der sich zwischen der Abschlußplatte 5 und dem Abschlußring 6 erstreckt. Eine
Scheibe 8 aus
Drahtgaze, die an dem Abschlußring 6 befestigt ist,
erstreckt sich über die Auslaßöffnung 3. Das Gehäuse 1 weist weiterhin einen in
zwei Teile, nämlich einen oberen Teil 9 und einen unteren Teil 10, unterteilten
Innenmantel auf. Der untere Teil 10 des Innenzylinders ist an der Abschlußplatte
5 befestigt und im Verhältnis zum oberen Teil 9 kurz ausgebildet. Der obere Teil
9 steht etwa im Abstand von 18 mm zum unteren Teil 10 und erstreckt sicn bis zun
Abschlußring 6. Der obere Teil 9 wird durch radiale Abstandsplatten 11, von denen
in der Zeichnung eine dargestellt ist, vom Außenmantel 7 gehalten. Das obere Teil
9 und das untere Teil 10 des Innenmantels haben denselben Durchmesser. Dieser Durchmesser
ist kleiner als ~derjenige des Außenmantels 7, so daß sich zwischen dem Innenmantel
9, 10 und dem Außenmantel 7 ein Ringraum 12 ergibt.
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Inncrhalb des Gehäuses 1 ist ein Elektromotor 13 angeordnet, und zwar
liegt der Motor 13 zwischen einem vom oberen Teil 9 und vom unteren Teil 10 des
Innenmantels gebildeten Spalt 14 und der Scheibe 8 aus Drahtgaze.
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Die Anordnung des Motors erfolgt derart, daß die Achse seiner Abtriebswelle
15 in der Achse 4 liegt. Der Motor 13 wird von einer Mehrzahl radialer Stützplatten
16 gehalten, von denen beispielsweise vier Stück vorhanden sein können. Der radial
außenliegende Rand jeder Stützplatte 16 ist an dem oberen Teil 9 des Innenmantels
befestigt und die radial innenliegende Kante jeder Stützplatte 16 ist mit dem Motor
13 verbunden.
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Die Abtriebswelle 15 steht an beiden Enden des Motors 13 vor. An einem
Endabschnitt der Abtriebswelle 15 ist benachbart zur Auslaßöffnung 3 ein Gebläserad
17 angeordnet, mit dem muft von der Einlaßöffnung 2 anzusaugen und durch eine von
den Teilen 10, 9 des Innenmantels gebildete
Führung zur Auslaßöffnung
3 zu bringen ist, aus der sie aus dem Abscheider austritt.
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An dem gegenüberliegenden Endabschnitt der Abtriebswelle 15 ist eine
Abscheiderscheibe angeordnet, die aus einem massiven Mittelteil 19 und einem Ring
20 aus durchlässigem Material besteht. Der Ring 20 ist an seinem inneren Umfang
mit dem Mittelteil 19 vereinigt und erstreckt sich von dort aus radial durch den
Spalt 14 in den Ringraum 12. Die Dicke der Scheibe 19, 20 beträgt etwa 12 mm.
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Ein geringer Abstand von 3 mm oder weniger ist zwischen der Oberseite
des Ringes 20 und dem oberen Rand des unteren Teils 10 des Innenmantels vorgesehen.
Ein ähnlicher Abstandsspalt befindet sich zwischen der Unterseite des Ringes 20
und dem unteren Rand des oberen Teils,9 des Innenmantels.
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Der Ring 20 besteht aus Metall und besitzt eine offene Zellenstruktur.
Je linearem Zentimeter sind beim Ring 20 mindestens 4 Zellen, vorzugsweise mindestens
8 Zellen vorhanden. Es sei darauf hingewiesen, daß bei diesen Abmessunger mindestens
5 Zellagen über die Dicke bzw.
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die Höhe des Ringes 20 vorgesehen sind. Die Dicke des Ringes 20 kann
zwischen 3 und 25 mm variieren, wobei die Größe des Spaltes 14 sich in entsprechender
Weise verändert.
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Der aus Metal bestehende Ring 20 kann hergestellt werden, indem zunächst
ein Körper aus offene Zellen aufweisendem Kunststoffschaum hergestellt wird, der
einen Aufbau und Dimensionen aufweist, welche identisch zu denjenigen des herzustellenden
Metallringes sind. Darauf können die Zellen des Kunststoffschaums mit einem festen
Material gefüllt werden, um eine Form zu bilden. Das Kunststoffmaterial kann sodann
durch Schmelzen oder
durch Verwendung eines Lösungsmittels von der
Form entfernt werden. Schließlich kann dann geschmolzenes Metall in die Form gegossen
werden, so daß abschließend nur noch die Form von dem auf diese Weise gebildeten
Metallkörper mit offener Zellenstruktur zu entfernen ist.
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Alternativ hierzu kann der Ring 20 auch aus geschäumtem Kunststoff
bestehen. Ein geeignetes Material hierfür ist beispielsweise geschäumtes Polyurethan.
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Der untere Teil des von dem Außenmantel 7, der Abschlußplatte 5 und
dem unteren Teil 10 des Innenmantels gebildeten Ringraumes 12 stellt ein Aufnahmemittel
zur Aufnahme von Material dar, welches am Umfang des Abscheideringes 20 während
des Betriebes des Abscheiders ausgeschieden wird. Eine in der Abschlußplatte 5 ausgebildete
Abflußleitung 21 steht mit dem Aufnahmemittel in Verbindung, so daß dort die gesammelte
Flüssigkeit abfließen kann.
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Während des Betriebes des Abscheiders wird ein Aerosol, beispielsweise
ein Ölnebel, von dem die Teilchen der dispersen Phase abzuscheiden sind, durch die
Einlaßöffnung 2 des Abscheiders geleitet. Die Luft bzw. die aus einem anderen gasförmigen
Bestandteil bestehende Komponente des Aerosols streicht dann durch den durchlässigen
Ring 20 und tritt an der Auslaßöffnung 3 wieder aus dem Abscheider aus. Dabei wird
zumindest der überwiegende Teil der dispersen Phase durch den durchlässigen Ring
20 von der Luft; getrennt bzw. aus dieser ausgeschieden und von der Ruft an das
von dem unteren Teil des Ringraumes 12 gebildete Aufnahmemittel 22 abgegeben.
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Es ist ersichtlich, daß die offene Zellenstruktur des Ringes 20 für
eine große Anzahl von Pfaden sorgt, die
sich von der Unterseite
zur Oberseite des Ringes erstrecken, und damit für eine Anzahl von Abzweigungen,
an denen die Strömung geteilt wird und an jeder Seite einer Zellwandung entlangströmt.
Das durch die Zellen str~imende Gas neigt dazu, die in ihm enthaltenen Partikel
ehenfalls durch die Zellen hindurchzuführen. Demgemäß ist die Chance, daß ein von
dem Gasstrom mitgeführter Partikel eine Zellwandung beaufschlagt umso größer, je
größer die Anzahl von Verzweigungen ist, an denen der Gasstrom geteilt wird, um
sodann an jeder Seite der betreffenden Zellwandung vorbeizuströmen.
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Die Chance bzw. Wahrscheinlichkeit, daß ein in der Gasströmung enthaltener
Partikel auf eine Zellwandung trifft, wird auch vergrößert, wenn die Relativgeschwindigkeit
des Partikels zur Zellwandung ansteigt. Die Relativgeschwindigkeit, die sich aufgrund
der Gasströmung in axialer Richtung durch den Ring 20 ergibt, ist nicht sehr hoch.
Eine Vergrößerung der Axialgeschwindigkeit des Gases würde einen verhältnismäßig
großen zusätzlichen Energie aufwand verursachen. Die Geschwindigkeit der Partikel
relativ zu den Zellwandungen, die sich aufgrund der Drehung des Ringes 20 ergibt,
kann durch einen verhältnismäßig kleinen zusätzlichen Energieaufwand vergrößert
werden, indem die Drehgeschwindigkeit des Abscheideteils 18 vergrößert wird.
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Der Motor 13 ist so ausgelegt, daß er'das Abscheideteil 18 mit einer
Drehgeschwindigkeit von mehre#ren tausend Drehungen je Minute drehen kann. Eine
typische Drehzahl, für ein Abscheideteil 18 mit einem Durchmesser von 425 mm liegt
bei 2.850 U/min. Ein derartiger Abscheider entfernt etwa 78 O/o von Partikeln mit
einem Durchmesser von 0,5 P aus dem Gasstrom. Wenn für sehr kleine Partikel ein-höherer
Wirkungsgrad erforderlich ist, wird das Abscheideteil 18
mit einer
höheren Geschwindigkeit angetrieben.- So ist beispielsweise bei einer Drehzahl von
5.700 U/min der Abscheidewirkungsgrad von Partikeln mit einem Durchmesser von 0,5
P 92 %. Das Abscheideteil 18 wird vorzugsweise mit einer derartigen Geschwindigkeit
angetrieben, daß die Geschwindigkeit an jedem Piinkt des Ringes 20, auf den ein
Partikel treffen kann, mindestens 30 m/sec. beträgt.
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Bei hoher Geschwindigkeit ist es wichtig, zu verhindern, daß der durch
die vom unteren Teil 10 des Innenmantels gebildete Führung strömende Gasstrom sich
in derselben Richtung dreht wie das Abscheideteil 18. Wenn zwischen dem Abscheideteil
18 und dem Gasstrom keine Relativgeschwindigkeit vorhanden ist, würden nämlich kleine
Teil chen, d.h. also Teilchen mit einem Durchmesser von nur wenigen ,von dem Gas
ohne Aufschlagen durch das Abscheideteil 18 hindurchgetragen bzw. -geführt. Die
Geschwindigkeit der Zellwandungen relativ zu den Partikeln, die sich aufgrund der
Axialströmung des Gases ergibt, ist nicht hinreichend groß, um ein Beaufschlagen
derartig kleiner Partikel zu bewirken. Wenn dem Gasstrom und den vom Gasstrom getragenen
Partikeln keine wesentliche Drehung erteilt wird und das Abscheideteil 18 mit Geschwindigkeiten
gedreht wird, wie sie oben erwähnt sind, ist die Geschwindigkeit der Partikel relativ
zu den Zellwandung hinreichend groß, um auf ein Aufschlagen kleiner Partikel mit
Durchmessern um 0,5 P zu bewirken.
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Wenn das Gebläserad 17 zwischen dem Abscheideteil 18 und der Auslaßöffnung
3 angeordnet ist, erteilt es dem Gasstrom keine Drehung, bevor dieser das Abscheideteil
18 erreicht. Alternativ könnte das Gebläserad 17 in einer solchen Richtung angetrieben
werden, daß Luft in die durch den oberen Teil 9 des Innenmantels begrenzte Führung
durch die Öffnung 3 angesaugt und durch die Öffnung
2 abgegeben
wird, wobei die Öffnung 3 dann die Einlaßöffnung und die Öffnung 2 die Auslaßöffnung
darstellen würde. In diesem Fall würde das Gebläserad# 17 den Gasstrom vor Erreichen
des Abscheideteils 18 in Drehung versetzen.
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Um in einem solchen Falle eine hinreichende Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Abscheideteil 18 und den Partikeln zu erzeugen, wird das" Abscheideteil
18 in diesem Fall in entgegengesetzter Richtung gedreht wie das- Gebläserad 17.
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Statt eines Ringes 20 aus festem geschäumtem Material kann das Abscheideteil
18 auch aus einer Matte von miteinander verbundenen bzw. verschweißten Partikeln
mit poröser Struktur, beispielsweise aus gesintertem Metall oder Keramik bestehen.
Bei einer weiteren Variante kann das Abscheideteil eine Mehrzahl von Lagen aus durchlöchertem
flächigen Material aufweisen, welches beispielsweise aus gewobenen Fäden oder Drähten
oder aus gelochtem Material bestehen kann. Gelochtes Material kann dabei gewellt
oder gerippt ausgebildet oder mit radial verlaufenden Nuten, Rinnen o.dgl. versehen
sein, und es kann weiterhin in einem unregelmäßigen bzw. zufallsverteilten Muster
gelocht sein.
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In weiterer Ausgestaltung kann das Abscheideteil eine einzige Lage
eines durchlochten blattförmigen Materials aufweisen. Bei einem Beispiel für ein
solches Material kann es sich um mit feiner Perforierung versehenes Blech aus rostfreiem
Stahl handeln; wobei beispielsweise etwa.
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16 derartiger Perforationen je Zentimeter vorgesehen sind.
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Die Dicke des Stahlbleches kann dabei etwa 0,150 mm betragen. Ein
Vorteil eines solchen verhältnismäßig dünnen Abscheideteils besteht darin, daß beim
Betrieb des Abscheiders dem Gasstrom und den darin befindlichen Partikeln nur eine
geringe bzw. keine Bewegung in einer
Richtung quer zur Drehachse
erteilt wird.
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In Fällen, in denen Flüssigkeitspartikel aus dem Aerosol abzuscheiden
sind, arbeitet der Abscheider selbstreinigend, da die koagulierte Flüssigkeit sich
durch den durchlässigen Ring 20 unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft radial auswärts
bewegt und am Rand' ~des Ringes 20 in das Aufnahmemittel 22 ausgeworfen wird. Das
Aufnahmemittel 22 kann mit einer festen Masse aus offenzelligem Material ausgekleidet
sein, welche die Flüssigkeit absorbiert und hierdurch die Gefahr vermindert, daß
die Flüssigkeit wieder in den Gasstrom gelangt.
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Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Ringraum 12 mit Ausnahme des
Spaltes 14 und der Abflußleitung 21 geschlossen ausgebildet ist, wobei die Abflußleitung
21 nicht ständig geöffnet zu sein braucht. Durch den Ringraum 12 erfolgt keine beachtliche
Gasströmung. Demgemäß wird die am Umfang des Ringkörpers 20 in das Aufnahmemittel
22 abgegebene Flüssigkeit außer Berührung mit dem durch den Abscheider strömenden
Gasstrom gehalten.
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In Fällen, in denen der Abscheider benutzt wird, um feste Partikel
aus einem Aerosol zu entfernen, kann es notwendig sein, den Ringkörper 20 aus durchlässigem
Material eine Flüssigkeit zuzuführen, um in ihm angesammelte feste Teilchen radial
auswärts in das Aufnahmemittel 22 zu transportieren. Eine derartige Flüssigkeit
kann dem Abscheideteil 18 durch eine geeignete Leitung an oder benachbart der Achse
4 zugeführt werden.