DE69423624T2 - Verfahren und vorrichtung zum filtern eines luftstroms - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung zum Filtrieren und zur Befeuchtung eines Luftstromes, ein Vorrichtungen, das gleichzeitig die Rückhaltefunktion von im Strom schwebenden Partikeln, die Sammel- und des Transportfunktion dieser Partikel nach aussen und die Befeuchtungsfunktion des Luftstromes durchführt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Bei den bekannten Vorrichtungen werden die Filtrier- und Befeuchtungsfunktionen separat mit unterschiedlichen Vorrichtungen durchgeführt, die eine periodische Wartung verlangen.
• Bei den Lufifiltriervorrichtungen besteht das Verfahren zur Rückhaltung der Partikel durch den Einsatz von Filterstoff in die Strömung des Luftstromes, der aus einem Netz von geeigneten Fasern gebildet wird, die so angeordnet sind, dass sie eine geringere Porosität als die Abmessung der Partikel haben, die man zurückhalten möchte.
• Die Wirksamkeit dieses Verfahrens ist jedoch ärmlich, denn die Partikel mit einer geringeren Abmessung als die Porosität des Materials werden nicht zurückgehalten. Ausserdem verschlechtert sich die Wirksamkeit auf Grund der Ansammlung von Partikeln, die die Netze verschliessen und die Fördermenge des Luftstromes verringern, so dass die Auswechselung des Filterstoffes notwendig ist.
• Bei den Luftbefeuchtungsgeräten besteht ein bisher angewendetes Verfahren daraus, dass das Wasser einer durch elektromagnetische Aktion erzielten Hochfrequenzvibrationsbewegung ausgesetzt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Gemäss der Erfindung werden alle erwähnten Schwierigkeiten der Filtrierprobleme gelöst, indem das statische Verfahren des Einsatzes eines porösen Materials durch ein dynamisches Verfahren ersetzt wird, das daraus besteht, dass gleichzeitig mit demselben Vorrichtung die Funktion der Rückhaltung der im Strom schwebenden Partikel, die Funktion ihrer Sammlung und ihres Transports und die Funktion der Luftstrombefeuchtung verwirklicht werden, unter Verwendung der Bewegungswirkung des Stromes selbst der Wirkung von Wasserstrahlen und rotativen Strukturen.
• Die Funktion der Rückhaltung der Partikel wird mit einer Reihe von engen Gängen erzielt, deren Wände Unebenheiten aufweisen und die den Umlauf des Luftstromes empfangen und verteilen. Jeder einzelne Gang ist so geformt, dass mindestens ein Umspringen des Umlaufes des Stromes mit einem akzentuierten Winkel und einem sehr kleinen Radius hervorgerufen wird. Das verursacht den Aufprall der Partikel an den Wänden der Umlaufgänge, denn der Trägheitswert der Partikel ist grösser als der der Trägheit der Luft, und daher können die Partikel in dem gleichen Winkel und in dem gleichen Radius die Richtung nicht ändern.
• Diese Wirkung wird ergänzt durch die Befeuchtung der besagten Umlaufgänge, was eine attraktive Wirkung auf die Partikel produziert, die der Oberflächenspannung des Wassers entspricht.
• Die Bewegungstätigkeit, die sich durch die Abgabe von gegen die Netzstruktur gerichteten Wasserstrahlen ergibt, mit einem zerstreuenden Effekt in den Umlauf-gängen des Stromes, unterstützt die Rückhaltung der Partikel und verwirklicht die Funktion ihrer Sammlung und ihres Transports.
• Die Funktion der Befeuchtung des Luftstromes ergibt sich auf Grund der hohen Dispersion des Wassers an den Oberflächen der engen Gänge, die zu einem engeren Kontakt zwischen dem Wasser und dem Strom beiträgt.
• Nachstehend wird die Verwendung der erwähnten Wirkungen und Tätigkeiten erklärt und begründet, mit Hilfe der ausführlichen Beschreibung von zwei anschaulichen Beispielen und ohne beschränkenden Charakter des Entwurfs von Vorrichtungen, die diese in beiliegenden Zeichnungen dargestellte Erfindung bevorzugt verwirklichen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Abb. 1 ist ein Abschnitt im Schnitt der ersten Eingliederung.
• Abb. 2 ist eine Draufsicht der ersten Eingliederung.
• Abb. 3 ist ein Abschnitt im Schnitt der zweiten Eingliederung.
• Abb. 4 ist eine Seitenansicht der zweiten Eingliederung.
• Abb. 1 zeigt eine erste Eingliederung der Erfindung im Längsschnitt an der Umdrehungsachse und stellt eine bevorzugte Modellierung der Netzstruktur (3) und des Wasserdispersionsprojektors dar; sie stellt ebenfalls die Positionierung der Mittel dar, die die Rotation der Netzstruktur und des Kastens, der diese Komponenten umgibt, möglich machen. Dieser Kasten hat einen Einlass (6) und einen Auslass (7) für den Umlauf des Stromes und einen Auslass (8) für das Entfernen der Partikel. Sie gibt die Richtung und die Umlauflenkung des Luftstromes (9) und die Richtung und Projektionslenkung des Wassers (10) an.
• Abb. 2 zeigt die erste Eingliederung im Querschnitt zur Umdrehungsachse und stellt eine bevorzugte Modellierung der Netzstruktur (11 und 12), der zentralen Positionierung des Wasserdispersionsprojektors (4) und der Angabe der entgegengesetzten Richtungen dar, denen der Umlauf des Stromes (9) sowie der Umlauf und die Dispersion des Wassers (10) beim Durchströmen der besagten Struktur folgen.
• Abb. 3 zeigt die zweite Eingliederung der Erfindung im axialen Schnitt zur Umdrehungsachse und stellt eine bevorzugte Modellierung der Netzstruktur, einen Wasserdispersionsprojektor (18), bevorzugte Modellierungen von Zylindern mit gelöcherten Rillen (16), einen diese Komponenten umgebenden Kasten, mit Einlass (20) und Auslass (21) für den Luftstrom und einen Auslass für das Entfernen der Partikel (22) dar. Sie gibt die Richtung und den Wechsel des Umlaufes des Luftstromes (15) und die Umdrehungsmittel der Struktur (23) an.
• Abb. 4 zeigt die zweite Eingliederung, im Querschnitt zur Umdrehungsachse und stellt die bevorzugte Modellierung der Netzstruktur, einen Wasserdispersionsprojektor (18), bevorzugte Modellierungen von Zylindern mit gelöcherten Rillen (17) und die Angabe des Wechsels der Umlaufrichtung des Luftstromes in den gelöcherten Zylindern (19) dar.
• Die Netzstruktur (3) der ersten Eingliederung wird aus einem resistenten Material mit einer Netztextur gebildet, vorzugsweise mit einer Ausdehnung eines Metallnetzes. Die Fläche jedes einzelnen Netzes ist proportional zur durchschnittlichen Abmessung der im Strom schwebenden Partikel.
• Eine bevorzugte Modellierung der Struktur ist die, die sich aus einer Anzahl von in strahlenförmigen Richtungen gemachten Falten ergibt. Die Scheitel der Falten, sowohl die inneren (11) als auch die äusseren (12), haben untereinander den gleichen Abstand und besitzen eine gemeinsame Umdrehungsachse.
• Die Struktur ist auf beiden Seiten mit Deckeln ausgerüstet, von denen einer mit einer Öffnung versehen ist, die die Position der inneren Scheitel begleitet, um den Umlauf des Luftstromes zu ermöglichen.
• Der Wasserdispersionsprojektor (4) hat eine Position, die parallel zur Umdrehungsachse der Netzstruktur ist; er wird aus einem Rohr gebildet das Serien von schmalen Rissen aufweist, die an der Peripherie gemacht und in einer stufenweisen Position, gemäss ihrer Länge, verteilt sind. Diese durch Wasser mit einem geeigneten Druck gespeisten Risse bewirken Wasserstrahlen, die auf die Innenfläche der Netzstruktur (10) gerichtet sind. Der Luftstrom mit schwebenden Partikeln wird durch die Einlässe (6) des Kastens des Gerätes aufgenommen, umgibt die Aussenfläche der Netzstruktur, läuft zwischen den Seiten der Falten und nimmt eine Mittelrichtung, die einen hohen Winkel im Verhältnis zur Seite der Netze hat. Um durch diese Netze zu strömen und in den inneren Auffang zu gelangen, muss er plötzlich die Richtung in diesem ausgeprägten Winkel und in einem äusserst kleinen Radius wechseln; d. h. der Strom wechselt schnell von einer radialen Richtung in eine tangentiale Richtung und bewegt sich gleichzeitig zwischen zwei Scheiteln der Struktur.
• Die Luft hat eine viel geringere Masse als die Partikel, somit eine geringere Trägheit, und wechselt leichter die Richtung. Die Partikel haben eine viel grössere Masse und folglich einen grösseren Trägheitswert und können daher nicht die Richtung in demselben Winkel und Radius wechseln; sie prallen an die befeuchteten Oberflächen der Netze, wo sie durch die attraktive Aktion des Wassers zurückgehalten werden; auf Grund der Wirkung seiner Oberflächenspannung.
• Diese Aktion wird durch die Zentrifugalwirkung ergänzt, die auf die Partikel übertragen wird infolge der Rotationsbewegung der Netzstruktur, ein Effekt, der eine Wirkung in entgegengesetzter Richtung zu der des Umlaufes der Partikel hat.
• Die Dispersionswirkung des Wassers, die sich aus dem Impakt der Strahlen auf die Netzstruktur ergibt und die eine entgegengesetzte Richtung (10) zu dem des Stromumlaufes (9) hat, ergänzt auch die Rückhaltewirkung der Partikel und besorgt gleichzeitig ihr Sammeln und ihren Transport nach aussen (8).
• In Bezug auf die Abb. 3 ergibt sich eine bevorzugte Modellierung der Netzstruktur für die zweite Eingliederung aus der Gruppierung einer Anzahl von Elementen, wobei jedes von ihnen die Figur eines kontinuierlichen, zirkularen Bandes hat. Jedes Band hat an jeder Seite Serien von Vertiefungen (13) und Serien von Erhebungen (14), die konzentrisch untereinander und mit dem Band sind. Eine Vielheit von Bändern ist axial in der Weise verschoben, dass Räume zwischen zwei benachbarten Element vorgesehen werden.
• Jeder dieser Räume, die schmal und mit fortlaufenden Wechseln in der Umlaufrichtung sind, macht eine Anzahl von Netzen aus. Der Trägheitseffekt wird mit hoher Intensität erhalten, weil die dem Richtungswechsel des Luftstromes entsprechendem Winkel sehr akzentuiert sind.
• Ein bedeutender Vorteil dieser Art von Modellierung einer Netzstruktur ist, dass man eine grössere Anzahl der Netzfläche in den gleichen Raum einschliessen kann und dass somit Vorrichtungen mit geringerem Volumen für eine gleiche Filtrierkapazität erlangt werden.
• Die bevorzugten Modellierungen von Zylindern mit gelöcherten Rillen sind die, die die Abbildungen darstellen und zeigen, dass die relative Position der Rillen von Zylinder zu Zylinder gewechselt wird, sowohl in ihrer axialen Position (16) als auch in ihrer radialen Position (17).
• Der Wasserdispersionsprojektor hat dieselben Eigenschaften wie sie für die erste Eingliederung beschrieben sind, er weicht lediglich bei seiner Positionierung in Bezug auf die Netzstruktur ab, denn diese ist an seiner Aussenseite (18) positioniert und parallel zu seiner Umdrehungsachse.
• Der Luftstrom mit den schwebenden Partikeln wird durch den Einlass (20) des Kastens des Vorrichtung aufgenommen, umgibt die Netzstruktur und fliesst durch die Zwischenräume (15).
• Die im Strom schwebenden Partikel können auf Grund ihrer grösseren Trägheit die aufeinander folgenden engen Wendungswinkel während des Umlaufes in jedem einzelnen der Räume nicht durchführen und prallen an die Wände derselben, die, da sie kontinuierlich befeuchtet sind, die Rückhaltung vornehmen.
• Die Dispersion des Wasser der Strahlen übernimmt wie bei der ersten Eingliederung die Funktion der Befeuchtung der Zwischenräume und der Oberflächen der Zylinder mit gelöcherten Rillen.
• Die Funktion der besagten Zylinder ist, die Wassertropfen zurückzuhalten, die von den Strahlen stammen, die die Netzstruktur durchströmen, und für eine Hinzufügung von Oberflächen für die Verdunstung des Wassers zu sorgen.
• Auf Grund der Zeichnung der Rillen und ihrer relativen Position, axial verschoben von Zylinder zu Zylinder, können die Wassertropfen wegen ihrer Trägheit die Kurve nicht beschreiben, die ihnen durch den schnellen Wechsel ihrer Umlaufrichtung (19) aufgezwungen wird; sie schlagen sofort an die Oberfläche des ersten Zylinders und bilden dort einen feinen Wasserfilm. Ein Teil dieses Filmes wird verdunstet, ein anderer erreicht die Kanten der Rillen, wird durch den Strom abgelenkt und schlägt an die Oberfläche des benachbarten Zylinders. Der Überschuss sammelt sich am unteren Teil des Zylinders, kehrt auf Grund seines Gewichtes zum Netz zurück und schliesst sich dem Sammelwasser und Transport der Partikel an (22).
• Die durch den Strom zum zweiten Zylinder abgelenkten Tropfen haben - da sie von einem sehr viel feineren Wasserfilm stammen - bereits eine sehr kleine Abmessung, aber ihre Trägheit reicht aus, damit sie an die Oberfläche des besagten zweiten Zylinders schlagen und einen neuen Verdunstungsvorgang bilden. Dieses Vorgehen wiederholt sich beim dritten Zylinder und könnte sich fortlaufend wiederholen. Es hängt lediglich vom gewünschten Feuchtigkeitsgrad ab.
• Wie man aus der Beschreibung dieser Beispiele von Vorrichtungen ersehen kann, wird das der ersten Eingliederung vorzugsweise für die Rückhaltung von Partikeln mit grösserer Abmessung und für einen kleinen Feuchtigkeitsgrad der Luft angewendet. Das Vorrichtung der zweiten Eingliederung wird mit Vorzug bei der Rückhaltung von feineren Partikeln und für einen höheren Feuchtigkeitsgrad eingesetzt.
• Vorrichtungen gemäss der ersten Eingliederung können mit grosser Wirkung bei der Rückhaltung und beim Sammeln von Staub und anderen Rückständen industriellen Ursprungs angewendet werden, die durch die Schornsteine einer Vielzahl von Industrieanlagen in die Atmosphäre abgegeben werden. Deshalb wird mit dem Einsatz dieser Vorrichtungen eine bemerkenswerte Verringerung der Luftverschmutzung erreicht.
• Vorrichtungen gemäss der zweiten Eingliederung können mit grossem Vorteil bei Klimaan-lagekreisen und für industrielle Applikationen, die staub- und feuchtigkeitsfreie Luft benötigen, eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Ein Vorrichtung zum Filtrieren und zur Befeuchtung der Luft, bestehend aus:

einem äusseren Kasten, der einen Lufteinlass und einen Luftauslass hat;

einem Wasserprojektor, der im äusseren Kasten liegt;

einem filtrierenden Netzelement, das rotativ ist, im Innern des äusseren Kastens;

das filtrierende Element bestehend aus einem ersten Zylinder, der erste Zylinder soll aus einer Folge von zirkularen, kontinuierlichen Bändern gemacht sein, die axial mit Abständen angeordnet sind; jedes Band wird aus konzentrischen, fortlaufend verbundenen Elementen gebildet,

wobei jedes Element eine innere und äussere Oberfläche hat, die radial so im Innern liegt, dass benachbarte Elemente radial eine unterschiedliche axiale Richtung haben.

2. Das Vorrichtung der Forderung 1, bei dem:

das filtrierende Element einen zweiten Zylinder hat, der mit dem ersten Zylinder konzentrisch ist, wobei der zweite Zylinder Risse hat.

3. Das Vorrichtung der Forderung 2, bei dem:

das filtrierende Element einen dritten Zylinder hat, der mit dem ersten Zylinder konzentrisch ist, wobei der dritte Zylinder Risse hat, die in Positionen sind, die axial von den Positionen der Risse des zweiten Zylinders verschoben sind.

4. Das Vorrichtung der Forderung 1, bei dem:

der Wasserprojektor Wasser in die Richtung der äusseren Oberfläche des filtrierenden Elements spritzt.

5. Das Vorrichtung der Forderung 1, bei dem:

der äussere Kasten ein Ablassrohr für den Ausstoss der Partikel hat.

6. Das Vorrichtung der Forderung 1, bei dem das gespritzte Wasser parallel zur Umdrehungsachse des filtrierenden Elements ist.