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Statischer Abscheider
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Die Erfindung bezieht sich auf einen statischen Abscheider zum Entfernen
von Feuchtigkeit oder Flüssigkeitsteilchen aus strömenden Gasen und Dämpfen.
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Solche statischen Abscheider, die zum Beispiel in Klimaanlagen zwischen
dem Luftwäscher bzw. Luftbefeuchter und Nachwärmer oder in Kühlanlagen im Saugrohr
vor dem Kompressor benötigt werden, sind in den verschiedensten Formen bekannt.
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Die einfachste Form, die vor allem als Tropfenabscheider im Luftwäscher
Anwendung findet, besteht aus kulissenartig in der Ausströmöffnung angeordneten
Prallflächen, die eine
mehrmalige Strdmbngsunlenkung der Luft und
der mitgeführten Wassertröpfchen erzwingen. Die Wassertröpfchen setzen sich dabei
auf die Pr#II#lächen ab und sinken unter Wirkung der Schwerkraft zu Boden in einen
Sammelbehälter.
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Nachteile eines derartigen Abscheiders bestehen vor allem in einer
Vergrößerung des Strömungswiderstandes bzw. in einer sperrigen Bauweise der im allgemeinen
kulissenartig zu einer großen Einheit angeordneten Praliflächenelemente und in einer
nur unzure#chenden Abscheidung. Die Abscheidung ist vor allem insofern unzureichend,
als die sich absetzende Flüssigkeit nicht sofort der Einwirkung der vorbeiströmenden
Luft entzogen wird, sondern diese leicht während des Ablaufens an den Prallflächen
wieder von der Luftströmung aufgeno#inen werden kann. Insofern läßt sich bei Verwendung
von Prallflächen die Luft nur bis auf eine relativ große Restfeuchte trocknen.
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Als Trockner werden in dem zu einem Kompressor führenden Saugrohr
einer Kühlanlage auch statische Abscheider in Form von sogenannten Hydrozyklonen
verwendet.
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Diese auch als Fliehkraftabscheider oder Wirbel bezeichneten Abscheider
dienen vor allem zur Trennung von Feststoffen aus gasförmigen oder flüssigen Tragmedien
und bestehen aus einem zylindrischen Teil, das am unteren Ende trichterförmig zuläuft.
Das Gemisch wird tangential mit großer Geschwindigkeit eingeführt, so daß unter
der Wirkung der Zentrifugalkraft sich die spezifisch schweren Teilchen an der Wandung
absetzen und die leichteren Teilchen durch einen im trichterförmigen
Teil
sich bildenden Wirbel und ein dorthin nach unten ragendes Tauchrohr nach oben ausgetragen
werden.
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Hydrozyklone lassen sich nur dann erfolgreich zur Trennung eines Gemisches
verwenden, wenn die Teilchen des Gemisches sich bedeutend im Gewicht untersche#den#
so daß die einen unter de»lrkung der Schwerkraft nach unten ausgetragen werden,
während die anderen nach oben in Richtung der Tauchrohröffnung gewirbelt werden
können. Insofern ist die Trennung von Feuchtigkeit oder D!mpfen aus Gasen nicht
möglich und die Abscheidung von Flüssigkeit aus diesen problematisch.
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Aus diesem Grunde haben sich insbesondere vor Kompressoren einer Kühlanlage
geschaltete Hydrozyklone als unzureichend erwiesen. Da de4Kompressor nämlich nur
für gasförmige Medien ausgelegt ist,wirkt sich eine unzureichende Entfeuchtung und
Abscheidung von flüssigen kühlmitteln bzw. Öl sehr störend aus. So kommt es zu Flüssi@k@itsschlägen
und dringt Kühlmittel in das Kurbelgehäuse des Kompressors ein.
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Weitere Nachteile bestehen in einem größeren Druckabfall, der insbesondere
vor dem Kompressor in der Saugleitung ser störend ist, und in einer deutlichen hrabsetzung
der Strömungsgeschwindigkeit . Weiterhin bedarf ein Hydrozyklon einer genau senkrechten
Anordnung zum Erdboden.
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Es besteht daher die Aufgabe, einen statischen Abscheider der eingangs
genannten Art zu schaffen, der zuverl#ssig eine grö#tmögliche Entfeuchtung und Abscheidung
von Flvssiskeitsteilchen aus Gasen und Dämpfen erlaubt, und dabei möglichst im Aufbau
einfach ist, einen
geringen Leitungswidarstand darstellt wnd fast
keinen Druckabfall verursacht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgesehen,
die aus einem rohrförmigen, ar. Anfang und Ende offenen Leitkörper, in dessen Eintrittsöffnung
das Strörnungsmedium umlenkende und zur Innenrohrwandung des Leitkörpers führende
Strörnungskanäle ausgebildet sind, aus auf dem Außenmantel des Leitkörpers umlaufenden,
in sich geschlossenen Kammern, die miteinander nicht unmittelbar in Verbindung stehen
und die jeweils mit dem Strömungskanal des Leitkörpers über ihre ganze wandung ganz
oder teilweise durchbrechende Öffnungen verbunden sind, und aus an der Unterseite
des Abscheiders in jeder Kammer angelegten Öffnungen zum Anschluß an einem Tropfensammier
besteht.
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Ein derartig aufgebauter statischer Abscheider trennt die Flüsslgkeitsteilchen
bzw. die in den Gasen und Dämpfen enthaltene Feuchtigkeit allein aufgrund der sich
in dem rohrförmigen Abscheider einstellenden Zentrifugalkräfte.
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Aufgrund der in der Eintrittsöffnung des Leitkörpers angeordneten
Strömungskanäle, die das Strömungsmedium in Rotationsbewegung versetzen, zur Innenrohrwandung
führen und in dessen Höhe einlassen, wird die Ausbildung einer laminaren Strömung
in dem Innenrohr des Leitkörpers ermöglicht, die es gestattet, daß sich die aufgrund
der wirkenden Zentrifugalkrafte einstellenden Strömungsschichten unterschiedlicher
Bestandteile des Strömungsmediums ohne Wirbelbildung aneinander vorbeischieben können.
Die schwereren Flüssigkeitsteilchen
sowie die sich an der Innenrohrwandung
kondensierende Luftfeuchtigkeit strömt dabei hauptsächlich an der Innenrohrwandung
vorbei, läuft an dieser ab und gelangt schließlich durch die die Innenrohrwandung
durchbrechenden Öffnungen in die äußeren, den Leitkörper umschließenden, in sich
geschlossenen Kammern. In diesen Kammern#ließt die Flüssigkeit auf dem Außenmantel
des Leitkörpers bzw. auf den Wandungen der Kammer selbst nach unten zur Unterseite
des Abscheiders, wo sie durch Öffnungen zu einem von dem Strömungsmedium nicht zu
erreichenden Tropfensammler abgeführt wird. Jede einzelne deren Außenmantel des
Leitkörpers umgebenden in sich geschlossenen Kammern wirkt dabei als eine Trennstufe.
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Durch Hintereinanderschaltung mehrerer Trennstufen läßt sich dabei
der jeweils gewünschte Entfeuchtungsgrad des Gases oder Dampfes erreichen. Bei Kompressoren
mit einer Leistung von 600 000 kcal hat sich dabei gemäß der in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsform die Anlage von neun Trennstufen als zur Erreichung
einer optimalen Trocknung voll ausreichend erwiesen.
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Damit such in dem Innenrohr des Leitkörpers eine laminare Rotationsströmung
ausbildet und sich keine Wirbel oder turbulente Strömung einstellt, die die Abscheidung
der Flüssigkeitsteilchen oder der Feuchtigkeit von den Gasen und Dämpfen beeinträchtigen
würden, muß der Strömungsquerschnitt des Leitkörpers jeweils der Strömungsgeschwindigkeit
des Strömungsmediums angepaßt sein. Wie bekannt tritt nämlich die Bildung einer
turbulenten Strömung und damit eine statisch ungeordnete
Bewegung
der Bestandteile des Strömungsmediuns ein, sobald ie Strö@ung in der Nähe der Wand
instabil wird.
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Insofern muß auch besonoere Sorgfalt auf die Wahl er die Innenrohrwandung
ganz oder teilweise durchbrechenden Öffnungen -eleg werden, da diese leicht zur
Entstehu#g von Instabilitäten en der Innenroh.-wandung führen könnten.
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Vorteile des erfindungsgemäßen statischen Abscheiders bestehen vor
allem neben der durch Wahl mehrerer hintereinanderßngeordne.er Trennstufen hochgradigen,
mittels Prallwänden und Hydrozyklonen bisher unerreichten Entfeuchtung in einem
aufgrund des großen Strömungsquerschnitts geringem Leistungswiderstand und einem
geringen Druckabfall. Insbesondere können sich auch bei Nachschaltung eines Kompressors
bei diesem keine Flüssigkeitss-hlAge einstellen. Desweiteren ist dieses Gerät leicht
zu handhaben und äußerst montagefreundlich, indem es sich z.B. aufgrund seines geringen
Gewichtes und seiner keine Schwerkräfte voraussetzenden Wirkung leicht zwischen
zwei Schläuchen montieren läßt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform werden die auf dem Außenmantel
des Leitkörpers umlaufenden in sich jeweils geschlossenen Kammern als den Zylindermantel
konzentrisch in Umfangsrichtung umschließende angelegt. Es hat sich nämlich herausgestellt,
daß bei einem derartigen Verlauf der Öffnungen in der Innenrohrwandung des Leitkörpers
die Ausbildung von Instabllltaten sich weitgehend unterdrücken läßt. Desweiteren
ist es möglich, die auf der Innenrohrwandung entlang strömende Flüssigkeit gleichmäßig
über den ganzen Rohrumfang abzufUhren.
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Dies gilt auch für den Fall, daß die die Innenrohrwandung durchbrechen
den Öffnungen als ringförmige durchgehende Ausnehirungon ausgebildet sind. In diesem
Fall ist lediglich auf die relative Dimensionierung der Länge des zwischen zwei
Ausnonungen befindlichen Mantelabschnittes zu der Breite der ringförmigen Ausnehmung
zu achten. Es haben sich dabei Verhältnisse von 1 : 6 bis 1 : lo als günstig erwiesen.
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Sofern die Schwerkraft zum Abfließen der von den Gasen oder Dämpfen
getrennten Flüssigkeit in de auf dem Außenmantel des Leitkörpers umlaufenden Kammern
benutzt werden soll, bietet sich die Anlage eines Tropfensammlers als nach außen
geschlossene Rinne direkt unmittelbar quer zu der Kammer an, wobei diese einen Abfluß
aufweist, der beispielsweise mit einem Siphon verbunden wird.
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Die an der Eintrittsöffnung das Strömungsmedium umlenkenden und in
Richtung Innenrohrwandung führenden Strömungskanäle lassen sich leicht durch Anordnung
eines Umströmkerns in der Mitte der Eintrittsöffnung selbst erzeugen.
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Zur Führung des Strönungsmediums . in oder auf dem Umströmkern hat
sich besonders vorteilhaft die Anlage einer Ans.römzhaube und einer Abströmhaube
am Anfang bzw. Ende des Umströmkerns erwiesen.
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Das Strömungsmedium umläuft in diesem Fall den Umströmungskern zwischen
diesem und der Innenrohrwandung, indem es zunächst in einen sich düsenförmig verengenden
Raum eingeführt wird und schließlich übereinensich erweiternden diffusorartigen
Raum in das Innenrohr des Leitkörpers strömt.
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Aufgrund der düsenartigen Wirkung der Einströmhaube und der nachgeschalteten
Abströmhaube erhöht sich die Strömung geehwindigkeit des Strömungsmediums und der
Druck hinter dem UmstrOmkern. Die Umlenkung des strömenden Mediums zur Erzeugung
einer Rotationsströmung in dem Innenrohr des Leitkörpers läßt sich leicht durch
auf der Mantelfläche
des Umströmkerns angelegte,bis unmittelbar
an die Inrenrohrwandung reichende Leitschaufeln erreichen.
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Die Leitschaufeln müssen dabei unter einer besti-.:ten winkel zur
Leitkörpcr#ittellinie ver>zt angeordnet sein, so daß das Strömungsmedium in Rotation
versetzt wird. Es hat sich dabei ein Winkel von ca. 30 - 450 zwischen der Leitschaufel
und der LeitkörpermittellinI" als vorteilhaft erwiesen, wenn die Länge des die Leitsch2tfeln
tragenden Mittelteils des Umströmungskerns etwa dessen Durchmesser entspricht.
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Zur Erreichung einer laminaren RotationsstrÖmung rat sich desweiteren
eine VerdriLlung der Leitschaufeln in die ~#eabsichtigte Rotationsrichtung und eine
Hinterschneidung der Anströmkanten der Leitschaufeln von ca.
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150 als vorteilhaft erwiesen.
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Desweiteren hat sich gezeigt, daß dann/eine besonders hohe Vergrößerung
der Strömungsgeschwindigkeit und eine günstige Ausbildung der Strömung in dem Innenrohr
des Leitkörpers zu erreichen ist, wenn die Anströmhaube mit der Innenrohrwandung
einen Verjüngungswinkel von ca. 300 und die Abströmhaube mit der Innenrohrwandung
einen Erweiterungswinkel von ca. 450 bildet.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in
Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert.
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In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen
statischen Abscheider mit ringförmig in sich geschlossenen hintereinandergeschalteten
Kammern.
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Fig. 2 eine Draufsicht auf die Einströmöffnung des Abscheiders, wobei
der Umströmungskern, dessen Halterung und die Versetzung der Leitschaufeln gegenüber
der Leitkörpermittellinie zu erkennen sind.
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In dem in Fig. 1 dargestellten Querschnitt durch eine Ausführungsform
des erfindungsgemäßen statischen Abscheiders 1 für Feuch'igelt und Flüssigkeitstropfen
aus strömenden Gasen oder Dämpfen erkennt an den zylindrischen 'UeitkiBrper 2, durch
den das strömende zu trennende Medium flieht und der jeweils mittels eines Flansches
19, 20 an seiner Eintrittsöffnung 3 bzw.
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seiner Au#trittsöffnung z.B. in die Saugleitung des Kompressors einer
Kühlanlage oder zwischen einen Luftwäscher und Nachwärmer einer Klimaanlage schaltbar
ist.
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Der Außenmantel 6 des Leitkörpers 2 wird von einem zu diesem konzentrisch
angeordneten Zylindermantel 7 umgeben, der einzelne, von einander getrennte, den
Leitkörper 2 in seiner Umfangsrichtung umgebende Ringkammern 8 bildet, die jeweils
über eine über dem Umfang des Außenmantels 6 sich ringförmig erstreckende schlitzförmige
Ausnehmung 10 mit dem Innenrohr 9 des Leitkörpers 2 verbunden sind.
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In jeder Kammer ist an der Unterseite des Abscheiders 1 im Zylindermantel
7 eine Öffnung 11 angelegt, die gegenüber der in der Innenrohrwandung 4 angelegten
schlitzförmigen Ausnehmung 10 seitlich verschoben ist.
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Insofern besteht kein ungehinderter Durchgang für Flüssigkeit oder
Gase von der Innenrohrwandung 4 zu dem unterhalb der Öffnung 11 angeordneten Tropfensammler
12.
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Dies ist wichtig, damit nicht in einem umgekehrten Weg die im Tropfensammler
12 angesammelte Flüssigkeit von Gasen überstrichen wird und dies zu einer ungewollten
Befeuchtung des strömenden Mediums führt. Außerdem fließt so die Flüssigkeit über
die Wandung der Oingkammern 10 besser ab ohne daß sich/#?Ebtel bilden könten oder
die Strömung in dem Innenrohr 9 des Leitkörpers 2 nachteilig
beeinflußt
würde. Diesbezüglich sind auch die Wandungen zwischen den einzelnen Ringkammern
8 bedeutsam, da damit die in einer bestirr:rten Ringkrmmer geführte Flüssigkeit
nicht ilber die Ausnehmung 10 einer benachbarten Ringkammer in das durchströmte
Innenrohr 9 zurückgelangen kann.
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Damit in dem strömenden Medium enthaltener Dampf zu der Innenrohrwandung
4 geführt wird und dort kondensiert, bzw.
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die Wassertropfen gegen diese Wandung geschleudert werden, wird das
den Leitkörper 2 durchströmende Medium durch eine in der Eintrittsöffnung 3 mittig
und starr angeordneten Smströmkern 15 nach außen zur Innenrohrwandung 4 gelenkt
und derart gedreht, daß es das Innenrohr 9 als laninare Rotationsströmung durchfließt.
Da auch die ringförmigen Ausnehmungen 10 derart bemessen sind, daß an den Wandungen
keine Wirbel entstehen können, und der Innenrohrdurchmesser der Strömungsgeschwindigkeit
des Mediums angepaßt ist, bilden sich aufgrund der Zentrifugalkraft und der insbesondere
im Gewicht unterschiedlichen Bestandteile des strömenden Mediums nebeneinanderliegende,
sich durch das Rohr schiebende Strömungsschichten aus.
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Die gegenüber Gas und Dampf schwerere Flüssigkeitsschicht läuft dabei
an der Innenrohrwandung 4 entlang und fließt über die ringförmigen Ausnehmungen
10 des Außenmantels 6 in die Ringkammern 8 ab.
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Durch Anordnung mehrerer Trennstufen - in dieser Ausführungsform 9
-, bestehend aus den Ausnehmungen 10, zwischen diesen angeordneten zylinderförmigen
Mantelabschnitten 13 und entsprechenden Ringkammern 8, läßt sich die Ertfeuchtung
bzw. Abscheidung von Tropfen fast beleibig steigern.
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Zur Erreichung einer höheren Strömungsgeschwindigkeit sowie zur Vermeidung
des Abreißens der Strömung und damit des Ausbildens von Wirbeln, die der Entstehung
einer laminaren
Rotationsströmung entgegen wirken könnten, ist
der Umströmungskern 15 mit einer abgerundeten Anströmhaube 16 und Abströmhaube 17
versehen. Auf diese Weise läßt sich insbesondere mittels eines Düsen- und Diffusoreffekts
trotz starr befestigtem Umströmkern 15 eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit
und damit auch eine höhere Zenttifugalkraft und bessere Abscheidung der Feuchtigkeit
bzw. Flüssigkeitstropfen erzielen.
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Die Leitschaufeln 18 sind im dargestellten Beispiel um 300 gegenüber
der Mittellinie des Umströmkerns versetzt, um das strömende Medium geeignet durch
zwischen ihnen gelegenen Strömungkanälen 5 umzulenken. Die Leitschaufeln 18 sind
dabei zueinander im gleichen Abstand angeordnet, wobei sie und die von ihnen gebildeten
Strömung kanäle 5 verdrillt sind.