DE102006039647B4

DE102006039647B4 - Partikelabscheider

Info

Publication number: DE102006039647B4
Application number: DE102006039647.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kraft
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2026-08-25
Also published as: DE102006039647A1

Abstract

Partikelabscheider (1) zur Luftreinigung, umfassend ein Einführrohr (2) zum Einführen von ungereinigter Luft, und ein Reinluftrohr (3) zum Ausgeben gereinigter Luft, wobei zwischen dem Einführrohr (2) und dem Reinluftrohr (3) eine Strömungsumlenkzone (4) angeordnet ist, welche die Richtung der Luftströmung aus dem Einführrohr (2) S-förmig umlenkt, und eine Abscheideöffnung (6) vorgesehen ist, aus der die abgeschiedenen Partikel aus dem Abscheider (1) austreten können, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Umlenkung die in der ungereinigten Luft mitgeführten Partikel trägheitsbedingt aus der Luftströmung austreten und derart auf eine Prallfläche (5a, 5b) auftreffen, dass sie schwerkraftbedingt in einen unterhalb der Strömungsumlenkzone (4) vorgesehenen strömungsberuhigten Bereich (7) absinken, wobei die abgeschiedenen Partikel aus dem strömungsberuhigten Bereich (7) nicht mehr in die Luftströmung zurückkehren können.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Partikelabscheider zur Luftreinigung zur Verwendung insbesondere in Kraftfahrzeugen.
Die Reinigung von mit Partikeln belasteter Luft stellt einen der wichtigsten Aspekte bei der Belüftung bzw. Klimatisierung von Kraftfahrzeugen sowie der Vorbehandlung der Motoransaugluft dar. Partikel, die in der Außenluft vorhanden sind, müssen aus dem für das Fahrzeuginnere vorgesehenen Luftstrom herausgefiltert werden, einerseits um die Fahrzeuginsassen keiner Belastung durch verunreinigte Luft zu unterwerfen und andererseits um Beeinträchtigungen der Belüftungs- und Klimatisierungssysteme, z. B. durch Schmutzablagerungen oder Blockieren von Ansaugöffnungen, zu vermeiden. Bei für den Ansaugtrakt des Motors bestimmter Luft ist es nötig, den feinmaschigen Luftfilter zur Verlängerung seiner Lebensdauer weitestgehend von Grobpartikeln frei zu halten. Als Partikel werden hier sowohl Feststoffe wie Staub- oder Schmutzteilchen als auch Flüssigkeiten wie Wasser oder Öl sowie deren Kombinationen bezeichnet.
Stand der Technik
Herkömmlich werden zu Luftreinigungszwecken Filter oder Zyklonabscheider verwendet, die jedoch einen sehr hohen Druckverlust erzeugen. Bei Filtern müssen zudem in regelmäßigen Abständen die Filterelemente gewechselt werden, so dass solche Filter in unzugänglichen Bauräumen nicht eingesetzt werden können. Zyklonabscheider hingegen benötigen aufgrund der nötigen Rotationsbewegung der Luft sehr viel Platz und sind daher nur bedingt in Kraftfahrzeugen einsetzbar, zumeist als vorgeschalteter Luftfilter bei Landwirtschafts- und Baufahrzeugen, bei denen der benötigte Bauraum keine Rolle spielt.
Als bekannter Stand der Technik offenbart die DE 100 50 651 A1 eine Filteranordnung mit einem Vorfilterelement, welches eine Austragsöffnung mit nach oben gerundeter Zunge aufweist, so dass Partikel aufgrund ihrer Schwerkraft in einen Behälter hineinfallen.
Ferner ist die DE 279 641 C zu nennen, die eine Flugaschekammer mit mehreren hintereinandergeschalteten Partikelabscheidern betrifft. Dabei sondern sich die von den Partikelabscheidern abgeschiedenen Stoffe im Boden in hierfür vorgesehene Kanäle ab.
Die US 4,257,793 A1 zeigt einen Abscheider, durch den Tropfen und feste Gegenstände in einer Gasströmung abgeschieden werden können. In diesem Zusammenhang ist eine Platte stromabwärts einer Verzweigung zwischen einer Hauptleitung und einer Querleitung vorgesehen.
Darstellung der Erfindung
Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Partikelabscheider zur Luftreinigung zu entwickeln, der einerseits ohne hohen Druckverlust arbeitet und nur geringen Bauraum benötigt, und der andererseits wartungsfrei ist, um auch in nicht zugänglichen Bauräumen eingesetzt werden zu können. Diese Aufgabe wird durch einen Partikelabscheider mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Ansprüchen.
Ein erfindungsgemäßer Partikelabscheider zur Luftreinigung umfasst die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1.
Die im Wesentlichen S-förmige Umlenkung in der Strömungsumlenkzone bewirkt, dass aufgrund der starken lateralen Beschleunigung des schnellen partikelbelasteten Luftstroms die im Vergleich zur Luft schwereren Partikel wegen ihrer Trägheit dem Luftstrom nicht mehr folgen können und aufgrund der durch die Umlenkung erzeugten Fliehkraft die Luftströmungsbahnen verlassen. Auf diese Weise können Partikel aus dem Luftstrom entfernt werden, ohne dass es zu einem nennenswerten Druckverlust oder zu erhöhter Geräuschbildung im Abscheider kommt. Die Prallfläche entfernt die abgeschiedenen Partikel vom Luftstrom und lässt sie schwerkraftbedingt absinken. Somit wird eine effiziente Partikelabscheidung ermöglicht. Die Abscheideöffnung bewirkt schließlich, dass die Partikel aus dem Abscheider austreten und somit keine mit Kosten verbundene Reinigung und Wartung am Abscheider notwendig wird. Der Abscheider kann also auch in nicht zugänglichen Bauräumen verbaut werden.
Weiterhin ist im Vergleich zu Filtersystemen oder Zyklonabscheidern die Herstellung einfacher und damit kostengünstiger und beschränkt sich beispielsweise auf zwei Halbschalen, die in Spritzgusstechnik hergestellt und zusammengesetzt werden können.
Bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Abscheider der Eintrittsquerschnitt des Einführrohrs in die Strömungsumlenkzone zum Austrittsquerschnitt des Reinluftrohrs aus der Strömungsumlenkzone parallelversetzt und/oder unter einem Winkel angeordnet. Auf diese Weise wird die Luftströmung besonders effektiv umgelenkt und es können hohe laterale Beschleunigungen des Luftstrom erzeugt werden, welche die auf die Partikel wirkende Fliehkraft erhöhen.
In der Strömungsumlenkzone und/oder im strömungsberuhigten Bereich des erfindungsgemäßen Abscheiders sind vorteilhafterweise mehrere nacheinander angeordnete Prallflächen angeordnet, auf die die in der ungereinigten Luft mitgeführten Partikel auftreffen und von welchen sie allmählich zur Abscheideöffnung gelenkt werden. Durch Vorsehen mehrerer Prallflächen können auch schnelle, mit hohen kinetischen Energien versehene Partikel schnell abgebremst werden, so dass sie nicht mehr in die Luftströmung geraten können.
Hierzu kann die strömungsberuhigte Zone bevorzugt dreiecksförmig oder konisch aufgebaut sein, so dass sie den Partikeln mehrere Prallflächen entgegenstellt.
Die Prallflächen bestehen bevorzugt aus kinetische Energie absorbierendem Material, insbesondere PUR oder Harzen. Dadurch können die Partikel noch effektiver abgebremst werden.
Die Prallfläche(n) ist bzw. sind bevorzugt unter einem Winkel zwischen 5° und 80° zur Partikelflugbahn angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Abscheiders der Erfindung ist die Abscheideöffnung am tiefsten Punkt des strömungsberuhigten Bereichs vorgesehen und so bemessen, dass die abgeschiedenen Partikel hindurchtreten können. Es können sich somit keine Partikel ablagern und die Abscheideöffnung versperren.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abscheiders ist im Einführrohr ein Grobgitter vorgesehen, dessen Maschenweite der im Abscheider maximal verarbeitbaren Partikelgröße entspricht. Somit fallen Partikel, die aufgrund ihrer Größe die nachgeschalteten Rohre oder die Abscheideöffnung verstopfen würden, bereits vor Eintritt in den Abscheider aus.
Das Grobgitter des erfindungsgemäßen Abscheiders weist bevorzugt Strömungsrichtflächen auf. Dadurch kann die Luft vorkonditioniert und zur Bildung einer laminaren Strömung gleichgerichtet werden, so dass sich nach Passieren des Gitters keine Wirbel mehr bilden. Dies wirkt sich zudem auch günstig auf die folgende Strömungsumlenkung aus.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung sind beim erfindungsgemäßen Abscheider im Reinluftrohr Strömungsstörstege angeordnet sind, um in der gereinigten Luft verbleibende Feinpartikel zu entfernen.
Schließlich ist bevorzugt nach jedem Strömungsstörsteg eine Öffnung vorgesehen, aus der die abgeschiedenen Feinpartikel austreten können. Somit wird auf diese Weise auch hier vermieden, Reinigungs- und Wartungsarbeiten vornehmen zu müssen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 stellt eine seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform des Partikelabscheiders gemäß der vorliegenden Erfindung dar.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In 1 ist eine Ausführungsform des Partikelabscheiders 1 in seitlichem Längsschnitt gezeigt. Durch ein Einführrohr 2 wird die ungereinigte Luft angesaugt oder beispielsweise durch den an der Fahrzeugvorderseite herrschenden Staudruck in den Partikelabscheider 1 gedrückt. An einem Grobgitter 8 mit Strömungsrichtflächen werden für den Abscheider zu große Partikel festgehalten und entfernt. Die als Strömungsrichtflächen ausgebildeten Gitterstäbe haben einerseits eine Richtfunktion und bewirken andererseits, dass sich nach dem Gitter eine laminare Strömung ohne Verwirbelungen ausbildet.
Die so vom Gitter vorkonditionierte Luft wird im Einführrohr 2 durch Verjüngung beschleunigt und strömt in eine Strömungsumlenkzone 4, die sich idealerweise am höchsten Punkt des Abscheiders befindet. Dort bewirkt die im Wesentlichen S-förmige Umlenkung eine starke laterale Beschleunigung des schnellen partikelbelasteten Luftstroms, wodurch die im Vergleich zur Luft schweren Partikel wegen ihrer Trägheit dem Luftstrom nicht mehr folgen können und aufgrund der durch die Umlenkung erzeugten Fliehkraft die Luftströmungsbahnen verlassen. Sobald die Partikel ohne Einfluss der Luftströmung sind, wird ihre Bewegung nur noch durch ihren eigenen, von dem Einführrohr 2 bestimmten Bahnimpuls und die Schwerkraft bestimmt. Die Partikel treffen dann auf nacheinander angeordnete Prallflächen 5a, 5b, auf denen die kinetische Energie der Partikel durch das Material der Prallflächen abgebaut wird. Die Prallflächen sind im Ausführungsbeispiel unter einem Winkel von ungefähr 50° zur Partikelflugbahn angeordnet. Von den Prallflächen gelangen die Partikel in einen strömungsberuhigten Bereich 7, wo sie nicht mehr von der durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten der Luft verursachten Sogwirkung mitgerissen werden können und absinken.
Am tiefsten Punkt der strömungsberuhigten Zone 7 befindet sich eine Abscheideöffnung 6, deren Größe so bemessen ist, dass sie den problemlosen Durchtritt der Partikel erlaubt. Die Partikel gelangen nach und nach zu diesem tiefsten Punkt und treten durch die Abscheideöffnung 6 aus dem Abscheider 1 aus.
Die gereinigte Luft verlässt die Strömungsumlenkzone 4 über ein Reinluftrohr 3, dessen Öffnungsquerschnitt an der Strömungsumlenkzone zu jenem des Einführrohrs 2 unter einem Winkel angeordnet ist.
Es ist weiterhin möglich, die ungereinigte sowie die gereinigte Luft aus anderen als den dargestellten Richtungen in die Strömungsumlenkzone 4 zu führen, unabhängig von der Bauform des Abscheiders.

Claims

Partikelabscheider (1) zur Luftreinigung, umfassend ein Einführrohr (2) zum Einführen von ungereinigter Luft, und ein Reinluftrohr (3) zum Ausgeben gereinigter Luft, wobei zwischen dem Einführrohr (2) und dem Reinluftrohr (3) eine Strömungsumlenkzone (4) angeordnet ist, welche die Richtung der Luftströmung aus dem Einführrohr (2) S-förmig umlenkt, und eine Abscheideöffnung (6) vorgesehen ist, aus der die abgeschiedenen Partikel aus dem Abscheider (1) austreten können, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Umlenkung die in der ungereinigten Luft mitgeführten Partikel trägheitsbedingt aus der Luftströmung austreten und derart auf eine Prallfläche (5a, 5b) auftreffen, dass sie schwerkraftbedingt in einen unterhalb der Strömungsumlenkzone (4) vorgesehenen strömungsberuhigten Bereich (7) absinken, wobei die abgeschiedenen Partikel aus dem strömungsberuhigten Bereich (7) nicht mehr in die Luftströmung zurückkehren können.
Abscheider nach Anspruch 1, wobei der Eintrittsquerschnitt des Einführrohrs (2) in die Strömungsumlenkzone (4) zum Austrittsquerschnitt des Reinluftrohrs aus der Strömungsumlenkzone parallelversetzt und/oder unter einem Winkel angeordnet ist.
Abscheider nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der Strömungsumlenkzone (4) und/oder im strömungsberuhigten Bereich (7) mehrere nacheinander angeordnete Prallflächen (5a, 5b) angeordnet sind, auf die die in der ungereinigten Luft mitgeführten Partikel auftreffen und von welchen sie allmählich zur Abscheideöffnung (6) gelenkt werden.
Abscheider nach Anspruch 3, wobei die Prallflächen (5a, 5b) aus kinetische Energie absorbierendem Material, insbesondere PUR, bestehen.
Abscheider nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Prallfläche(n) (5a, 5b) unter einem Winkel zwischen 5° und 80° zur Partikelflugbahn angeordnet ist bzw. sind.
Abscheider nach Anspruch 2, wobei die Abscheideöffnung (6) am tiefsten Punkt des strömungsberuhigten Bereichs (7) vorgesehen ist und so bemessen ist, dass die abgeschiedenen Partikel hindurchtreten können.
Abscheider nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Einführrohr (2) ein Grobgitter (8) vorgesehen ist, dessen Maschenweite der im Abscheider (1) maximal verarbeitbaren Partikelgröße entspricht.
Abscheider nach Anspruch 7, wobei das Grobgitter (8) Strömungsrichtflächen aufweist.
Abscheider nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Reinluftrohr (2) Strömungsstörstege angeordnet sind, um in der gereinigten Luft verbleibende Feinpartikel zu entfernen.
Abscheider nach Anspruch 9, wobei nach jedem Strömungsstörsteg eine Öffnung vorgesehen ist, aus der die abgeschiedenen Feinpartikel austreten können.