DE2649215A1

DE2649215A1 - Abscheidevorrichtung

Info

Publication number: DE2649215A1
Application number: DE19762649215
Authority: DE
Inventors: Yutaka Kakeihi; Toshiharu Matsuda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-10-29
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1977-05-12
Also published as: DE2649215C2; FR2347082B1; FR2347082A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von Partikeln, Wassertröpfchen u. dgl. aus einer Gasströmung durch die Wirkung einer Zentrifugalkraft, und zwar insbesondere auf ein Aggregat zum Abscheiden von Schneeflocken und Wassertröpfchen aus einem Kühlluftstrom für elektrische Aggregate von in Schneegebieten betriebenen Eisenbahnen .

Eine Vorrichtung zum Abscheiden von Peststoffpartikeln aus einem Gasstrom unter der Wirkung einer Zentrifugalkraft ist in der amerik. Zeitschrift "Machine Design" vom 14.6.1973, Seite 63, als Zyklonfilter zum Abtrennen von Staubkörnchen aus Luft beschrieben.. Dieser bekannte Zyklonabscheider weist

81-(A 1847-0I)-SdE

709819/0948

einen halbkreisförmig gebogenen Kanal, eine Luftansaugleitung, einen Staubkanal, in den der gebogene Kanal an seinem Abströmende abzweigt, und eine am Einströmende des Staubkanales angeordnete Jalousie auf. Beim Durchströmen des bogenförmigen Kanals wird der in dem Luftstrom enthaltene Staub gegen die Innenfläche des äußeren Randteiles dieses Kanals durch die Zentrifugalkraft gedrückt und bildet eine Staubschicht, die durch die Jalousie abgestreift und in den Staubkanal gefördert wird. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß der Staub nur schwierig und unvollständig abgeschieden und ein Teil der Staubkörner durch die Luftströmungsleitung mit ausgetragen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Abscheider von einfacherer Konstruktion zu schaffen, bei dem diese Nachteile nicht auftreten, und bei dem eine wirksame Abscheidung nicht nur von Feststoffpartikeln, sondern auch von Wassertröpfchen enthaltendem Nebel erreicht wird. Ferner soll ein Schneeabscheider geschaffen werden, mit dem saubere, als Kühlluft für elektrische Aggregate von Eisenbahnen geeignete Luft durch Entfernen von Schneeflocken und Regentröpfchen erzeugt werden kann.

Der erfindungsgemäße Abscheider enthält einen gebogenen Saugkanal, in dem die im Gasstrom enthaltenen Feststoffpartikel und Nebeltröpfchen durch die Zentrifugalkräfte an eine Seitenwand gepreßt werden, einen mit dem Abströmende des gebogenen Saugkanals verbundenen Hauptsaugkanal, einen von diesem am Abströmende des gebogenen Saugkanals abzweigenden Partikelsaugkanal, einen Ejektor zum Austragen der durch die Saugwirkung im Partikelsaugkanal abgeschiedenen und geförderten Partikel od. dgl., sowie eine Vorrichtung zum Speisen eines Teiles des von den Partikeln u. dgl. gereinigten Gases zum Ejektor und Fördern zum Hauptsaugkanal, so daß dieser Gasteil als Antriebsstrom für den Ejektor verwendet werden kann.

70981 9/0946

Der erfindungsgemäße Abscheider besitzt eine Anzahl von vorteilhaften Merkmalen, durch die die einzelnen Partikel mit besserem Erfolg aus einem Gasstrom abgeschieden werden können und erlaubt ferner eine Verringerung der Anzahl der zur Durchführung einer Abscheidung notwendigen Gebläse.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführung des Abscheiders,

Fig. 2 eine andere Ausführung des Abscheiders im Schnitt,

Fig. 3 die wesentlichen Teile des Abscheiders nach Fig. 2 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Schnittlinie V-V in Fig. 3,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Schnittlinie VI-VI in Fig. 3.

Der in Fig. 1 dargestellte Schneeabscheider 10 ist an der Seitenwand eines Fahrzeuges 11 befestigt und enthält einen halbkreisförmig gebogenen Saugkanal 13 > der an einem Lufteinlaßgitter 12 der Seitenwand 11 beginnt und stromab in einen Hauptsaugkanal 14 übergeht. In diesem Hauptsaugkanal 14 ist ein von einem Motor 15 angetriebenes Gebläse 16 angeordnet, welches Luft durch das Einströmgitter 12, den bogenförmigen Saugkanal 13 und den Hauptsaugkanal 14 ansaugt und durch einen Abströmstutzen 17 an seinem Abströmende zu einem - nicht dargestellten - an der Unterseite des Fahrzeugbodens montier-

709819/0946

ten elektrischen Aggregat fördert.

Der gebogene Saugkanal 13 weist einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und-enthält eine Außenwand 18 von größerem Krümmungsradius, eine Innenwand 19 von kleinerem Krümmungsradius sowie die Außen- und Innenwände 18 und 19 verbindende Seitenwände 20. Eine Schnee-Saugleitung 21 zweigt am Abströmende des gebogenen Saugkanals 13 im Bereich seiner Außenwand ab. Am Abströmende dieses Schnee-Saugkanals 21 befindet sich ein Ejektor 22, an den sich ein nach außen führender Diffusor 23 annähernd geradlinig anschließt.

Der Ejektor 22 enthält einen als Auslaßstutzen ausgebildeten inneren zylindrischen Teil 24, der mit der Schnee-Saugleitung 21 in Verbindung steht, sowie einen äußeren zylindrischen Teil 26, der eine den Auslaßstutzen 24 umgebende Kammer 25 bildet und unter Ausbildung einer Ejektordüse 28 in einen Hals 27 des Diffusors 23 unmittelbar stromab des Endteils des Abströmstutzens 24 übergeht.

Der mit dem Abströmende des Sauggebläses 16 verbundene Auslaßkanal 17 steht mit dem äußeren zylindrischen Teil des Ejektors durch eine Leitung 29 in Verbindung, so daß ein Teil der den Auslaßstutzen 17 durchströmenden Luft in die Kammer 25 gelangen kann. In dieser Verbindungsieitung 29 ist eine Drossel 30 eingeschaltet, durch die eine Einstellung der vom Auslaßstutzen 17 zur Kammer 25 des Ejektors 22 über die Verbindungsleitung 29 abgezweigten Luftmenge vorgenommen werden kann.

Bei dem in dieser Weise ausgebildeten Schneeabscheider 10 wird die Schneeflocken und Regentröpfchen enthaltende Luft durch das Gitter 12 in den gebogenen Saugkanal 13 durch die Wirkung des Gebläses 16 eingesaugt. Beim Durchströmen des ge-

709819/0946

bogenen Saugkanals 13 wirkt auf die Schneeflocken und Regentröpfchen eine Zentrifugalkraft, so daß sie gegen die äußere Wand 18 dieses gebogenen Kanals 13 fliegen. Die Schneeflocken und Regentröpfchen werden in Richtung des Pfeiles A in den Schnee-Saugkanal 21 zusammen mit einer geringen Menge an Luft eingesaugt. Die von Schneeflocken und Regentröpfchen gereinigte Luft strömt in Richtung des Pfeiles B durch den Hauptsaugkanal 14 in das Gebläse 16. Aus dem Gebläse wird die gereinigte Luft in Richtung des Pfeiles C durch den Auslaßkanal 17 zu dem an der Unterseite des Fahrzeuges montierten elektrischen Aggregat gefördert.

Die in den Schneesaugkanal 21 zusammen mit einer geringen Luftmenge eingesaugten Schneeflocken und Regentröpfchen strömen durch den Ejektor 22 und den zur Atmosphäre entlüfteten Diffusor 23.

Ein Teil der im Auslaßkanal 17 strömenden Luft gelangt über die von diesem abzweigenden Verbindungsleitung 29 in Richtung des Pfeiles D in die Kammer 25 des Ejektors 22 und dient zum Erzeugen von Saugstrahlen. Nachdem sich allmählich in der Kammer 25 ein statischer Druck aufgebaut hat, wird die Luft mit hoher Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles E in Form von Saugstrahlen mit gleichmäßiger Geschwindigkeitsverteilung vom Außenumfang des Endstutzens 24 durch die Düse 28 in den Diffusor 23 gefördert. Der mit hoher Geschwindigkeit durch die Düse 28 strömende antreibende Luftanteil erzeugt durch Ausbildung von im wesentlichen parallelen Luftströmen im Endbereich des Stutzens 24 ein Vakuum. Dieses wirkt auf die Schneeflocken und Regentröpfchen in dem Austragstutzen 24, die in Richtung des Pfeiles F längs der Mittellinie dieses Stutzens 24 in den Diffusor 23 eingesaugt und von den in der Kammer 25 gebildeten Antriebs-Saugstrahlen"umhüllt werden. Diese von den Antriebs-Saugstrahlen umgebenen Schneeflöckchen

709819/0946

und Regentropfen werden durch den Diffusor 23 in die Atmosphäre des Fahrzeuges ausgetragen. Dies hat den Vorteil, daß ein Anfrieren der Schneeflocken und Regentropfen an den Innenwänden des Diffusors 23 oder anderer Teile vermieden wird.

Die Wirkung des Ejektors 22 zum Abführen der Schneeflocken · und Regentropfen hängt von der durch die Verbindungsleitung in die Kammer 25 eingeführten Luftmenge ab, welche die Antriebs-Saugstrahlen ausbildet. Je größer die\Energie&ieser Antriebs-Saugstrahlen ist, umso besser ist die Wirkung des Ejektors 22 zum Abführen der Schneeflocken und Regentropfen. Eine Vergrößerung der in die Kammer 25 durch die Verbindungleitung 29 geführten Luftmenge führt jedoch zu einer Verringerung der Kühlluftmenge für das elektrische Aggregat, solange die Gebläseleistung gleich bleibt. Dadurch kann das elektrische Aggregat u. U. zur Vermeidung eines Überhitzens nicht ausreichend gekühlt werden. Die Menge der durch die Verbindungsleitung 29 zur Kammer 25 strömenden Luft kann in Abhängigkeit von dem Strömungswiderstand im elektrischen Aggregat geändert bzw. eingestellt werden. Durch vorherbestimmtes öffnen oder Schließen der Drossel 30 in Abstimmung mit dem Strömungswiderstand des spezifischen elektrischen Aggregates, für den der Schneeabscheider 10 ausgelegt wird, kann die durch die Verbindungsleitung 29 abgezweigte Luftmenge auf einen optimalen Wert eingestellt werden.

Bei der Darstellung der weiteren Ausführung in den Fig. 2 bis 6 wurden gleiche Bezugszeichen für die der Ausführung

nach Fig. 1 entsprechenden Teile verwendet, die im folgenden nicht nochmals im einzelnen erläutert werden.

Der Schneeabscheider ^O weist eine an der Innenwand 19 des gebogenen Saugkanals 13 befestigte Führungsplatte kl auf, um die in den gebogenen Saugkanal 13 eingezogenen Schneeflocken und Regentröpfchen gegen die Außenwand 18 zu führen. An den Seitenwänden 20 des Saugkanals 30 sind Leitorgane 41 montiert. Vom Hauptsaugkanal 14 zweigt in seinem einströmsei-

709819/0948

tigen Bereich ein Leitkanal 43 ab, der zu dem Schnee-Saugkanal 21 führt. Ein Ablenkorgan ist am Boden des Hauptsaugkanals 14 unmittelbar stromab der Abzweigung des Kanals 43 fest angeordnet. Stromab dieses Ablenkorganes 44 befindet sich ein Filter 45 im Hauptsaugkanal 14.

Die an ihrem einen Ende an der Innenwand 19 befestigte Leitplatte 41 ist annähernd in der Mitte des gebogenen Saugkanals 13 angeordnet und erstreckt sich quer in den hohlen Innenraum dieses Kanals 13 unter einem bestimmten Winkel zur Innenwand 19 in Abströmrichtung, so daß ihr anderes Ende in etwa bis zum mittleren Teil des Innenraumes des Kanals 13 reicht. Durch diese Anordnung können die in den gebogenen Seitenkanal 13 eingesaugten Schneeflocken und Regentröpfchen gegen seine Außenwand 18 gedrückt und die an der Innenwand 19 fließenden Regentröpfchen abgestreift werden. Wie insbesondere aus den Fig. 2, 3 und 5 ersichtlich, sind die Leitorgane 42 relativ schmal und an den Seitenwänden 20 des gebogenen Saugkanals 13 an einer Stelle angeordnet, die stromab der Leitplatte 41 und unmittelbar stromauf von der Abzweigung des Schnee-Saugkanals 21 von dem gebogenen Saugkanal 13 liegt. Die Leitorgane 42 an den Seitenwänden 20 erstrecken sich nach unten, wobei ihre unteren Endkanten in einem geringen Abstand von der Außenwand 18 des Saugkanals 13 enden, so daß die an den Seitenwänden 20 fließenden Regentröpfchen in Richtung auf die Einströmöffnung des Schnee-Saugkanals 21 geführt werden.

Der zum Boden des Hauptsaugkanals 14 offene Leitkanal 43 ist mit seiner Öffnung stromab der Einmündung des Schnee-Saugkanals 21 angeordnet, wodurch am Boden des Hauptsaugkanals 14 fließende Wasserströme, die nicht in den Schnee-Saugkanal 21 gelenkt werden, durch den Leitkanal 43 doch noch in den Schnee-Saugkanal 21 gelangen.

709819/0948

Das einen Damm bildende, relativ niedrige Leitorgan (vgl. Pig. 6) ist am Boden des Hauptsaugkanals 14 befestigt und erstreckt sich quer zum Hauptsaugkanal 14 in einer unmittelbar stromab der Mündung des Führungskanals 43 vorgesehenen Position. Dieser Damm 44 stellt ein Hindernis für die aus Regentröpfchen gebildeten und am Boden des Hauptsaugkanals 14 fließenden Wasserströme dar, die auf diese Weise in den Führungskanal 43 gelenkt werden.

Der im Hauptsaugkanal quer stromab des Dammes 44 angeordnete Filter 45 dient zum Sammeln von Staubpartikeln od. dgl., die durch den Hauptsaugkanal 14 gesaugt werden, ohne daß sie die in den Schnee-Saugkanal 21 umgelenkt worden sind.

Bei diesem vorstehend beschriebenen Schneeabscheider wird die Schneeflocken und Regentröpfchen enthaltende Luft durch das an der Seitenwand 11 des Fahrzeuges angeordnete Gitter 12 angesaugt, wobei die Schneeflocken von der Luft durch die Zentrifugalkräfte beim Durchströmen des bogenförmigen Saugkanals 13 abgeschieden und in den Schnee-Saugkanal durch die Wirkung des Ejektors 22 eingesaugt und über den Diffusor 23 aus dem Fahrzeuginneren abgeführt werden. Die auf diese Weise von dem Schnee weitgehend getrennte Luft gelangt durch den Hauptsaugkanal 14 und den Auslaßkanal 17 zu dem an der Unterseite des Fahrzeugbodens montierten elektrischen Aggregat.

Die durch das Gitter 12 in den Abscheider 40 eingesaugten Regentröpfchen können in zwei Gruppen eingeteilt werden: Die eine Gruppe dieser Regentröpfchen fließt in Strömen an den Wänden 18, 19, 20 des gebogenen Saugkanals und die andere Gruppe strömt in Form von Partikeln durch den hohlen Innenraum dieses gebogenen Saugkanals 13. Die zweite Gruppe wird von der Luft in gleicher Weise wie die Schneeflocken beim Durchströmen des gebogenen Saugkanals 13 getrennt und ge-

709819/0946

langt in den Schnee-Saugkanal 21.

Ein Teil der an den Innenwänden des gebogenen Saugkanals 13 haftenden Tröpfchen fließt in einem Strom an der Außenwand 18 und der Innenwand 19 entlang. Der an der Außenwand 18 fließende Tröpfchenstrom kann auf einfache Weise in den Schnee-Saugkanal 21 abgelenkt werden. Der an der Innenwand 19 fließende Strom wird von dieser Innenwand 19 durch die Leitplatte 41 abgelöst und durch Zentrifugalkräfte gegen die Außenwand l8 geführt. Dadurch vereinigt sich der Strom der an der Innenwand fließenden Regentröpfchen mit demjenigen der an der Außenwand 18 fließenden Tröpfchen, wobei beide vereinigten Ströme in den Schnee-Saugkanal 21 gelangen.

Außer der Leitfunktion für den Strom der Regentröpfchen von der Innenwand 19 zur Außenwand 18 bewirkt die Führungsplatte 4l ferner ein Andrücken der in der Luftströmung schwebenden Schneeflocken und Regentröpfchen gegen die Außenwand 18, die den hohlen Innenraum des gebogenen Saugkanals 13 durchströmen. Die Führungsplatte 4l ermöglicht daher eine Verringerung der Menge an Schneeflocken und· Regentröpfchen im Hauptsaugkanal 14 j die nicht in den Schnee-Saugkanal 21 aufgrund einer zu geringen Sinkgeschwindigkeit eingesaugt werden, auf ein Fünftel der in einem Abscheider ohne diese Führungsplatte enthaltenen Menge, solange die Menge der dem Ejektor 22 über die Verbindungsleitung 29 zugeführten Luftströme konstant bleibt. Die Führungsorgane 42 leiten die an den Seitenwänden 20 entlangfließenden Regentröpfchenströme in den Schnee-Absaugkanal 21, die durch die Führungsplatte 41 allein nicht in diesen Kanal abgelenkt würden.

Durch die Wirkung der Führungsplatte 41 und der Leitorgane 42 an den Wänden des gebogenen Saugkanals 13 werden annähernd alle Schneeflocken und Regentröpfchen aus dem gebogenen Saugkanal 13 in den Schnee-Saugkanäl 21 abgeleitet.

709819/0946

Es kann mitunter vorkommen, daß die von der Innenwand 19 und den Seitenwänden 20 des bogenförmigen Saugkanals 13 abgelösten Regentröpfchen an die Außenwand 18 prallen und von dieser in den Hauptsaugkanal 14 zurückspritzen. Da der Schneeabscheider 40 jedoch mit dem Damm 44 und dem Leitkanal 43 versehen ist, wird der durch die von der Außenwand 18 abspritzenden Regentröpfchen auf den Boden des Hauptsaugkanals 14 sich ausbildende Flüssigkeitsstrom durch den Damm 44 gestaut und wirksam in den Leitkanal 43 umgelenkt. Diese Regentröpfchen können durch den Diffusor 23 mittels des Ejektors 22 zusammen mit den Schneeflocken und den direkt in den Schnee-Saugkanal 21 aus dem gebogenen Saugkanal 13 gelangten Regentröpfchen ausgetragen werden.

Der Filter 45 sammelt diejenigen Feststoffpartikel, die durch die vorstehend beschriebenen Mittel nicht am Eindringen in den Hauptsaugkanal 14 gehindert werden, so daß die zum Gebläse l6 gelangende Luft weiter gereinigt wird.

Bei den beschriebenen Ausführungen des Abscheiders hat der bogenförmige Saugkanal 13 einen annähernd rechteckigen Querschnitt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Form begrenzt, sondern es können auch bogenförmige Saugkanäle von einem beliebigen Querschnitt, z. B. einem runden u. dgl., verwendet werden. Darüber hinaus kann die Erfindung nicht nur zum Abscheiden von Schneeflocken und Wassertröpfchen, sondern ebenso von Feststoffpartikeln allein angewandt werden.

7098 19/0948

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Abscheiden von Partikeln, Tröpfchen od. dgl. aus einem Luftstrom mit einem bogenförmigen Strömungskanal, in dem die in der Luft enthaltenen Partikel in einer vorbestimmten Richtung durch Zentrifugalkräfte beschleunigt werden, einem mit dem gebogenen Saugkanal verbundenen Hauptsaugkanal und mit einem am Ende des gebogenen Saugkanales abzweigenden Partikel-Saugkanal, in den die Partikel geleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des Partikel-Saugkanales (21) ein Strahlsauger (22) zum Abführen der Partikel, Tröpfchen od. dgl. angeordnet und über eine Leitung (29) zum Zuführen eines Teiles der in der Hauptleitung (14) strömenden Luft in Form von Saugstrahlen mit der Hauptleitung (14) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugstrahler (22) eine an seinem Ende ausgebildete Strahldüse (28) zum Ausbilden der Saugstrahlen aus der am Außenumfang des Saugstrahlers zugeführten Luft aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugstrahler (22) eine stromauf der Strahldüse (28) angeordnete Kammer (25) zum kurzzeitigen Ändern der aus der Verbindungsleitung (29) zuströmenden Saugstrahlen in einen statischen Druck vor dem Ausdüsen der Saugstrahlen aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (29) eine Drossel (30) zum Einstellen der Gasströmung in dieser Leitung vorgesehen ist.

709819/0946 OBIG₁NALINSCBCTED

- 42 -

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Leitorgane (4l) zum Beschleunigen der die gebogene Saugleitung (13) durchströmenden Partikel, Tröpfchen od. dgl. gegen die Außenwand dieser Leitung (13) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Seitenwänden (20) des gebogenen Saugkanals (13) stromab der Ausmündung des Partikel-Saugkanals (21) weitere Leitelemente (42) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungskanal (43) mit einer am Boden des Hauptsaugkanals (14) stromab der Einmündung des Partikel-Saugkanals (21) angeordneten Einströmöffnung vorgesehen ist, der den Hauptsaugkanal (14) mit dem Partikel-Saugkanal (21) verbindet, und daß ein Strömungshindernis (44) am Boden des Hauptsaugkanals (14) stromab der Einmündung des Führungskanals (43) zum Ableiten von Flüssigkeit in diesen Strömungskanal (43) vorgesehen ist.

70981 9/0946