WO1997048473A1 - Vorrichtung zum abscheiden von partikeln, insbesondere feuchtigkeit, aus einer gasströmung - Google Patents

Vorrichtung zum abscheiden von partikeln, insbesondere feuchtigkeit, aus einer gasströmung Download PDF

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WO1997048473A1
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Inventor
Hans-Joachim Kleinert
Gotthard Will
Heiko HÄNEL
Reinhard Pauer
Karl-Heinz Funke
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Funke Wärmeaustauscher Apparatebau Gmbh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/04—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia
    • B01D45/06—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by utilising inertia by reversal of direction of flow

Definitions

  • the invention relates to a device for separating particles, in particular moisture, from a gas flow.
  • gases for example air
  • particles for example moisture
  • Cyclone separators, impact separators or demisters are used, for example, to separate particles, in particular moisture, from a gas flow.
  • the object of the present invention is to provide a device of the type mentioned in the preamble of claim 1, in which the separation of particles, in particular moisture, is improved.
  • the basic idea of the teaching according to the invention is to use the Coanda effect for the separation of parti- no use.
  • the surface of the flow control element is curved in the flow direction behind the nozzle in such a way that the Coanda effect is formed in the flow direction behind the nozzle, so that the gas flow after the nozzle first exits the curved one
  • the inlet opening of the second flow channel is spaced from and directed towards the flow guide element in such a way that the gas flow enters the second flow channel, but the particles to be separated separate the flow path of the gas flow along the curved surface of the flow guide element and into the do not follow the second flow channel, but strike an outer surface of the separating element and are separated. In this way, an effective separation of particles from the gas flow is achieved.
  • the device according to the invention is simple and inexpensive to manufacture.
  • the device according to the invention can be adapted to different requirements by suitable design and dimensioning of the flow guide element and the separating element and suitable dimensioning of the distance of the separating element from the flow guide element. It is therefore very versatile.
  • a particularly advantageous development of the teaching according to the invention provides that a baffle separating surface is arranged in the flow path of the gas flow, which has openings, in particular slots, for the
  • This embodiment combines the separation using the Goanda effect with an impact separation, so that overall a particularly effective separation of particles from the gas flow is achieved.
  • the impingement separating surface can be arranged at any point in the flow path of the gas flow. Purpose- however, the impact separating surface is formed on the upstream side on the flow guide element. In this embodiment, an impact separation is carried out first and then a separation using the Coanda effect. Because the baffle separating surface is formed on the flow guiding element, a separate element for the baffle separating surface is not necessary. In this way, the manufacture of the device according to the invention is simplified and made more cost-effective.
  • Fig. 1 shows a horizontal section through a first embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 2 in the same representation as Fig. 1 shows a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a device 2 which has a first flow channel 4 which is delimited by an inner wall 6 which is rectangular in cross section in this exemplary embodiment.
  • a flow guide element 8 is arranged centrally between opposite inner wall regions of the first flow channel 4, which is formed by a hollow cylinder with a circular cross-section, the longitudinal axis 10 of the longitudinal axis 12 of the longitudinal axis 12 in FIG of the first flow channel 4 is essentially vertical.
  • the flow guide element 8 is arranged centrally between opposite wall areas of the inner wall 6 of the first flow channel 4, such that on both sides of the longitudinal center plane 14 of the first flow channel 4, which in FIG.
  • a nozzle 18 is formed in the form of a narrow slot.
  • the outer surface 16 of the flow guiding element 8 forms continuously curved surfaces on the inflow and outflow sides.
  • a baffle separation surface 20 is formed on the flow guide element 8, which is provided with slots 22 for the passage of separated particles into the interior of the flow guide element 8.
  • a separating element 24 is arranged in the flow direction behind the flow guide element 8 in which a second flow channel 26 is formed.
  • the second flow channel 26 has the same longitudinal axis 12 as the first flow channel 4. Its inlet opening 30 is spaced from and directed towards the flow guide element 8 such that the gas flow flowing through the nozzles 18 and flowing around the flow guide element 8 on its outer surface 16 enters the second flow channel 26, while particles to be separated enter an outer surface 32 of the separating element 24.
  • the functioning of the device 2 shown in FIG. 1 is as follows:
  • the first flow channel 4 is flowed through in a flow direction symbolized by an arrow 34 from an air flow laden with moisture particles, which is symbolized in FIG. 1 by lines 36.
  • the air flow meets the
  • Impact separating surface 20 of the flow guiding element 8 so that, using the impact effect, damp activity particles are separated from the gas flow and the flow guiding element 8 acts as a separating element.
  • the separated moisture particles pass through the slots 22 into the interior of the flow control element 8 and are discharged inside the flow control element 8.
  • the gas flow flows to the nozzles 18 and exits through the nozzles 18 on both sides of the longitudinal center plane 14 of the flow guiding element 8.
  • the Goanda effect forms in the flow direction behind the nozzles 18, so that the gas flow when flowing around the flow guide element 8 follows in the circumferential direction of the flow guide element 8 up to a region 38 of the outer surface 16 of the flow guide element 8, but then from the outer surface 16 away through the inlet opening 30 into the second flow channel 26, as is symbolized in the upper half of FIG. 1 by the lines 36.
  • moisture particles to be separated do not follow the gas flow of the outer surface 16 of the flow guiding element 8 as far as the area 38, but instead strike the outer surface 32 of the separating element 24, as shown in the lower half of FIG. 1 by a dashed line 40 is indicated, and are derived along the outer surface 32.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the device according to the invention, which differs from the exemplary embodiment according to FIG. 1 in that the flow guide element 8 has an oval cross section.
  • This embodiment is based on the knowledge that the radius of the flow guide element should not exceed a certain order of magnitude in order to effectively form the Coanda effect.
  • the embodiment shown in FIG. 2 enables effective separation even with larger gas quantities.
  • the shape and size of the flow guide element 8 can be selected within wide limits.
  • the flow guide element can also be designed as a ball.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separating Particles In Gases By Inertia (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Partikeln, insbesondere Feuchtigkeit, aus einer Gasströmung mit einem ersten Strömungskanal (4), der in wenigstens eine Düse (18) mündet, die zwischen einem in dem ersten Strömungskanal (4) angeordneten Strömungsleitelement (8) und der Innenwandung (6) des ersten Strömungskanals (4) gebildet ist, wobei das Strömungsleitelement (8) wenigstens im Bereich der Düse abströmseitig eine gekrümmte Oberfläche (16) aufweist. In Strömungsrichtung hinter dem Strömungsleitelement (8) ist ein Abscheideelement (24) angeordnet, in dem ein zweiter Strömungskanal (26) gebildet ist, dessen Eintrittsöffnung (30) derart zu dem Strömungsleitelement (8) beabstandet und auf das Strömungsleitelement (8) gerichtet ist, daß die die Düse (18) durchströmende und das Strömungsleitelement (8) umströmende Gasströmung in den zweiten Strömungskanal (26) eintritt, während abzuscheidende Partikel auf eine Außenfläche des Abscheideelementes (24) auftreffen. Im Strömungsweg der Gasströmung ist eine Prallabscheidefläche (20) angeordnet, die mit Öffnungen, insbesondere Schlitzen (22), für den Durchtritt abgeschiedener Partikel versehen ist.

Description

Vorrichtung zum Abscheiden von Partikeln, insbesondere Feuchtigkeit, aus einer Gasströmung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abschei¬ den von Partikeln, insbesondere Feuchtigkeit, aus einer Gasströmung.
Bei mit Partikeln, beispielsweise Feuchtigkeit, be- aufschlagten Gasen, beispielsweise Luft, ist es häufig erforderlich, das Gas wenigstens teilweise von den Par¬ tikeln zu befreien. So ist es beispielsweise bei der Abkühlung von komprimierten Gasen, die im Ansaugzustand feuchtigkeitsbeladen sind, nach dem Abkühlen erforder- lieh, die Feuchtigkeit aus dem Gas abzuscheiden, damit die Feuchtigkeit nicht in die nächste Kompressionsstufe bzw. in einen nachfolgenden Prozeß gelangt.
Zur Abscheidung von Partikeln, insbesondere Feuch¬ tigkeit, aus einer Gasströmung werden beispielsweise Zyklonabscheider, Prallabscheider oder Demister einge¬ setzt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dar¬ in, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, bei der die Abscheidung von Partikeln, insbesondere Feuchtigkeit, verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebe¬ ne Lehre gelöst.
Der Grundgedanke der erfindungsgemäßen Lehre besteht darin, den Coanda-Effekt für die Abscheidung von Parti- kein zu nutzen. Die Oberfläche des Strömungsleitelemen¬ tes ist in Strömungsrichtung hinter der Düse derart gekrümmt, daß sich in Strömungsrichtung hinter der Düse der Coanda-Effekt ausbildet, so daß die Gasströmung nach Austritt aus der Düse zunächst der gekrümmten
Oberfläche des Strömungsleitelementes folgt, dann aber von dem Strömungsleitelement weg in den zweiten Strö¬ mungskanal eintritt. Die Eintrittsöffnung des zweiten Strömungskanals ist derart zu dem Strömungsleitelement beabstandet und auf dieses gerichtet, daß die Gasströ¬ mung zwar in den zweiten Strömungskanal eintritt, ab¬ zuscheidende Partikel jedoch dem Strömungsweg der Gass¬ trömung entlang der gekrümmten Oberfläche des Strö¬ mungsleitelementes und in den zweiten Strömungskanal nicht folgen, sondern auf eine Außenfläche des Abschei¬ deelementes auftreffen und abgeschieden werden. Auf diese Weise ist eine wirkungsvolle Abscheidung von Par¬ tikeln aus der Gasströmung erzielt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach und kostengünstig herstellbar.
Durch geeignete Ausbildung und Dimensionierung des Strömungsleitelementes und des Abscheideelementes sowie geeignete Dimensionierung des Abstandes des Abscheidee¬ lementes von dem Strömungsleitelement ist die erfin- dungsgemäße Vorrichtung an unterschiedliche Anforderun¬ gen anpaßbar. Sie ist somit vielseitig einsetzbar.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der erfin¬ dungsgemäßen Lehre sieht vor, daß im Strömungsweg der Gasströmung eine Prallabscheidefläche angeordnet ist, die mit Öffnungen, insbesondere Schlitzen, für den
Durchtritt abgeschiedener Partikel versehen ist. Diese Ausführungsform kombiniert die Abscheidung unter Aus¬ nutzung des Goanda-Effektes mit einer Prallabscheidung, so daß insgesamt eine besonders wirksame Abscheidung von Partikeln aus der Gasströmung erzielt ist.
Die Prallabscheidefläche kann an beliebiger Stelle im Strömungsweg der Gasströmung angeordnet sein. Zweck- mäßigerweise ist die Prallabscheidefläche jedoch an- strömseitig an dem Strömungsleitelement gebildet. Bei dieser Ausführungsform erfolgt zunächst eine Prallab- scheidung und anschließend eine Abscheidung unter Aus- nutzung des Coanda-Effektes . Dadurch, daß die Prall¬ abscheidefläche an dem Strömungsleitelement gebildet ist, ist ein separates Element für die Prallabscheide¬ fläche nicht erforderlich. Auf diese Weise ist die Her¬ stellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vereinfacht und kostengünstiger gestaltet.
Weitere vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre sind in den übrigen Unter¬ ansprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefüg- ten Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt :
Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
Fig. 2 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 ein zweites Ausführungsbeispiel.
In den Figuren der Zeichnung sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 2 dargestellt, die einen ersten Strömungskanal 4 aufweist, der durch eine bei diesem Ausführungsbeispiel im Querschnitt recht¬ eckige Innenwandung 6 begrenzt ist. In dem ersten Strömungskanal 4 ist zentrisch zwi¬ schen gegenüberliegenden Innenwandungsbereichen des ersten Strömungskanals 4 ein Strömungsleitelement 8 angeordnet, das durch einen Hohlzylinder mit kreisför¬ migem Querschnitt gebildet ist, dessen in Fig. 1 senk- recht zur Zeichenebene verlaufende Längsachse 10 zu der Längsachse 12 des ersten Strömungskanales 4 im wesent¬ lichen senkrecht ist. Das Strömungsleitelement 8 ist zentrisch zwischen gegenüberliegenden Wandungsbereichen der Innenwandung 6 des ersten Strömungskanals 4 ange¬ ordnet, derart, daß beiderseits der Längsmittelebene 14 des ersten Strömungskanales 4, die in Fig. 1 durch die Längsachse 12 und senkrecht zur Zeichenebene verläuft, jeweils zwischen der Außenfläche 16 des Strömungsleit¬ elementes 8 und der Innenwandung 6 des ersten Strö¬ mungskanales 4 eine Düse 18 in Form eines schmalen Schlitzes gebildet ist. Die Außenfläche 16 des Strö- mungsleitelementes 8 bildet an- und abströmseitig kon¬ tinuierlich gekrümmte Oberflächen.
Anströmseitig ist an dem Strömungsleitelement 8 eine Prallabscheidefläche 20 gebildet, die mit Schlitzen 22 für den Durchtritt abgeschiedener Partikel in das Inne- re des Strömungsleitelementes 8 versehen ist. In Strö¬ mungsrichtung hinter dem Strömungsleitelement 8 ist ein bei diesem Ausführungsbeispiel als Diffusor ausgebilde¬ tes Abscheideelement 24 angeordnet, in dem ein zweiter Strömungskanal 26 gebildet ist. Der zweite Strömungs- kanal 26 weist dieselbe Längsachse 12 wie der erste Strömungskanal 4 auf. Seine Eintrittsöffnung 30 ist derart zu dem Strömungsleitelement 8 beabstandet und auf dieses gerichtet, daß die die Düsen 18 durchströ¬ mende und das Strömungsleitelement 8 an seiner Außen- fläche 16 umströmende Gasströmung in den zweiten Strö¬ mungskanal 26 eintritt, während abzuscheidende Partikel auf eine Außenfläche 32 des Abscheideelementes 24 auf¬ treffen.
Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Vor- richtung 2 ist wie folgt:
Bei Betrieb ist der erste Strömungskanal 4 in einer durch einen Pfeil 34 symbolisierten Strömungsrichtung von einer mit Feuchtigkeitspartikeln beladenen Luft¬ strömung, die in Fig. 1 durch Linien 36 symbolisiert ist, durchströmt. Die Luftströmung trifft auf die
Prallabscheidefläche 20 des Strömungsleitelementes 8 auf, so daß unter Ausnutzung des Pralleffektes Feuch- tigkeitspartikel aus der Gasströmung abgeschieden wer¬ den und das Strömungsleitelement 8 als Abscheideelement wirkt. Die abgeschiedenen Feuchtigkeitspartikel treten durch die Schlitze 22 hindurch in das Innere des Strö- mungsleitelementes 8 und werden im Inneren des Strö¬ mungsleitelementes 8 abgeleitet. In Strömungsrichtung hinter den Schlitzen 22 strömt die Gasströmung zu den Düsen 18 und tritt beiderseits der Längsmittelebene 14 des Strömungsleitelementes 8 durch die Düsen 18 aus. In Strömungsrichtung hinter den Düsen 18 bildet sich der Goanda-Effekt aus, so daß die Gasströmung beim Umströ¬ men des Strömungsleitelementes 8 jeweils in Umfangs¬ richtung des Strömungsleitelementes 8 bis zu einem Be¬ reich 38 der Außenfläche 16 des Strömungsleitelementes 8 folgt, dann aber von der Außenfläche 16 weg durch die Eintrittsöffnung 30 in den zweiten Strömungskanal 26 eintritt, wie dies in der oberen Hälfte von Fig. 1 durch die Linien 36 symbolisiert ist. Demgegenüber fol¬ gen abzuscheidende Feuchtigkeitspartikel der Gasströ- mung der Außenfläche 16 des Strömungsleitelementes 8 nicht bis zu dem Bereich 38, sondern treffen auf die Außenfläche 32 des Abscheideelementes 24 auf, wie dies in der unteren Hälfte von Fig. 1 durch eine gestrichel¬ te Linie 40 angedeutet ist, und werden entlang der Au- ßenflache 32 abgeleitet. Durch Kombination der Abschei¬ dung unter Ausnutzung des Pralleffektes mit der Ab¬ scheidung unter Ausnutzung des Coanda-Effektes ist eine besonders wirksame Abscheidung von Feuchtigkeitsparti¬ keln erzielt. In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, das sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dadurch unter¬ scheidet, daß das Strömungsleitelement 8 einen ovalen Querschnitt aufweist. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, daß zur wirksamen Ausbildung des Coanda-Effektes der Radius des Strömungsleitelementes eine gewisse Größenordnung nicht überschreiten sollte. Durch die Ausbildung des Strömungsleitelementes 8 mit ovalem Querschnitt ermöglicht die in Fig. 2 dargestell¬ te Ausführungsform auch bei größeren Gasmengen eine wirksame Abscheidung.
Form und Größe des Strömungsleitelementes 8 sind in weiten Grenzen wählbar. Beispielsweise kann das Strö¬ mungsleitelement auch als Kugel ausgebildet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Abscheiden von Partikeln, insbeson¬ dere Feuchtigkeit, aus einer Gasströmung,
gekennzeichnet durch
einen ersten Strömungskanal (4), der in wenigstens eine Düse (18) mündet, die zwischen einem in dem ersten Strömungskanal (4) angeordneten Strömungsleitelement (8) und der Innenwandung (6) des ersten Strömungskanals (4) gebildet ist, wobei das Strömungsleitelement (8) wenigstens im Bereich der Düse abströmseitig eine ge¬ krümmte Oberfläche (16) aufweist, und
einen in Strömungsrichtung hinter dem Strömungsleit- element (8) angeordneten Abscheideelement (24), in dem ein zweiter Strömungskanal (26) gebildet ist, dessen Eintrittsöffnung (30) derart zu dem Strömungsleitele¬ ment (8) beabstandet und auf das Strömungsleitelement (8) gerichtet ist, daß die die Düse (18) durchströmende und das Strömungsleitelement (8) umströmende Gasströ¬ mung in den zweiten Strömungskanal (26) eintritt, wäh¬ rend abzuscheidende Partikel auf eine Außenfläche des Abscheideelementes (24) auftreffen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungsweg der Gasströmung eine Prallabschei¬ defläche (20) angeordnet ist, die mit Öffnungen, ins¬ besondere Schlitzen (22), für den Durchtritt abgeschie¬ dener Partikel versehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallabscheidefläche (20) anströmseitig an dem Strömungsleitelement (8) gebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Prallabscheidefläche (20) gekrümmt ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement (8) zentrisch zwischen gegenüberliegenden Innenwandun- gen (6) des ersten Strömungskanales (4) angeordnet ist, derart, daß beiderseits der Längsmittelebene des ersten Strömungskanales (4) jeweils zwischen der Außenwandung des Strömungsleitelementes (8) und der zugeordneten Innenwandung (6) des ersten Strömungskanales (4) eine Düse (18) gebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement (8) zur Längsmittelebene (14) des ersten Strömungskana- les (4) symmetrisch ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement (8) einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da¬ durch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement (8) einen ovalen Querschnitt aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement (8) wenigstens teilweise als Hohlkörper, insbesondere als Hohlzylinder, ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (10) des Strömungsleitelementes (8) zu der Längsachse (12) des ersten Strömungskanales (4) im wesentlichen senk¬ recht ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsleitelement (8) durch eine Kugel gebildet ist.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strömungs- kanal (4) und der zweite Strömungskanal (26) dieselbe Längsachse (12) aufweisen.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß die anströmseitigen und/oder abströmseitigen Oberflächen des Strömungsleit¬ elementes (8) wenigstens abschnittsweise kontinuierlich gekrümmt ausgebildet sind.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, daß das Abscheideelement
(24) durch einen Diffusor gebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Strömungs- kanal (4) durch eine im Querschnitt rechteckige Innen¬ wandung (6) begrenzt ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Abscheideelement (24) relativ zu dem Strömungsleitelement (8) verstell¬ bar ist .
17. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Ein- trittsöffnung (30) des zweiten Strömungskanales (26) zu dem Strömungsleitelement (8) einstellbar ist.
PCT/EP1997/003184 1996-06-20 1997-06-18 Vorrichtung zum abscheiden von partikeln, insbesondere feuchtigkeit, aus einer gasströmung WO1997048473A1 (de)

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