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CN1961139A - 用于气体清洁的装置和方法 - Google Patents

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CN1961139A CNA2005800179881A CN200580017988A CN1961139A CN 1961139 A CN1961139 A CN 1961139A CN A2005800179881 A CNA2005800179881 A CN A2005800179881A CN 200580017988 A CN200580017988 A CN 200580017988A CN 1961139 A CN1961139 A CN 1961139A
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Abstract

本发明涉及用于清洁包含有微粒杂质的气体的装置和方法。该装置包括主分离器(1)，其具有气体入口(3)，气体出口(4)和提供在入口和出口之间的旋转部件(7)。该旋转部件适合于使气体旋转以借助于离心力从气体中分离微粒杂质的主要量，其中微粒杂质的剩余量仍然在气体中。该装置还包括附加分离器(2)，其适于分离大体上所有的剩余量。该附加分离器包括静电过滤器。

Description

用于气体清洁的装置和方法
技术领域
本发明通常涉及通过从气体中分离微粒杂质进行的气体的清洁。更具体地说，本发明涉及从气体中对液滴或者雾形式的油颗粒和/或固体颗粒的分离。特别的，本发明涉及对来自内燃机中的曲轴箱中的气体的清洁，和在机床工业范围内的不同应用中的空气的清洁，例如，围绕不同类型的机床的空气的清洁。这样的气体和这样的空气包含不同尺寸的微粒杂质。但是，本发明还涉及其它的应用，其中气体需要清除不同类型和不同尺寸的微粒杂质。
本发明尤其涉及用于清洁包含微粒杂质的气体的装置，其中该装置包括主分离器，其具有气体入口，气体出口和旋转部件，该旋转部件设置在入口和出口之间并且包括转子轴和固定到转子轴上的多个旋转分离盘，其中旋转部件适合于将气体旋转，以通过离心力将微粒杂质的主要量从气体中分离，其中微粒杂质的剩余量仍然在气体中。本发明还涉及用于清洁包含微粒杂质的气体的方法，其包括下面步骤：供给气体到主分离器的入口处，通过主分离器的旋转部件旋转气体，主分离器包括转子轴和固定到转子轴上的多个旋转分离盘，其中旋转部件借助于离心力从气体中分离微粒杂质的主要量，其中微粒杂质的剩余量仍然在气体中，并且通过出口从主分离器中排出气体。
背景技术
包含在内燃机的曲轴箱中的气体包括许多不同的微粒杂质。由于曲轴箱通风并且因此于周围的大气相接触，如果曲轴箱气体没有清洁的话，这些微粒杂质将排出到周围的大气中。在许多国家中，在此领域来自官方的要求现在逐渐增强，以防止未清洁的曲轴箱气体以未控制的方式排出。提供这种清洁和作为最初定义类型的装置在EP-A-1273335中公开。借助于旋转部件，气体将被给予动能，这确保了微粒杂质从气体中的有效分离。旋转部件对曲轴箱气体提供一定的泵吸效果，并且因此将使曲轴箱气体从曲轴箱中出来。因此，这种已知的装置不取决于曲轴箱中压力的产生来用于曲轴箱气体的排出和清洁。借助于简单的压力调节器，将在曲轴箱中占优势并且在不同内燃机中变化的该压力将以容易的方式进行调整。但是，不能排除借助于这种旋转部件的气体将包含与主要量相关的少量剩余量的微粒杂质。
相类似类型的装置在WO 2004/001201和W0 2004/022239中公开。
EP-A-685635公开了用于内燃机的曲轴箱通风的另外类型的装置。该装置包括用于清洁离开曲轴箱的曲轴箱气体，和更精确地说用于从曲轴箱气体中分离油的分离器。EP-A-685635提出了油分离器设计为电过滤器。油分离器的目的在于从在曲轴箱气体中包含的该油中分离主要部分。油分离器的电过滤器可包括多个阶段的一个。而且，在EP-A-685635中定义进一步的分离器可提供在油分离器的上游。该进一步的分离器是用于从在曲轴箱气体中包含的油分离一部分的粗分离器。该粗分离器可包括不同类型的分离器，并且EP-A-685635提出了纤维分离器的气旋回弹分离器。所有这些类型的分离器是被动的，在某种意义上，它们要求气体具有使用来分离的一定的压力或者一定的动能。但是，足够的动能不是在所有的应用中可行的，例如在发动机应用中，意味着曲轴箱气体不得不借助于泵或者类似装置被给予动能。
在许多应用中，还强烈要求分离设备应该是重量轻和需要占有最小的空间。这些要求，尤其在机动车辆中需要的，使得更难提供微粒杂质的有效和完全的分离。
发明内容
本发明的目的在于提供用于从气体中有效分离微粒杂质的装置。更具体的，其目的在于有效的分离不同尺寸和不同类型的大体上所有的微粒杂质。
这些目的借助于初始定义的装置来实现，其特征在于其包括附加的分离器，该附加的分离器适合于分离大体上所有的剩余量，其中附加的分离器包括静电过滤器。
因此，本发明借助于旋转部件和静电过滤器的结合来实现。借助于这种结合，可实现很高程度的清洁。旋转部件作为离心机，其本身具有非常高的分离程度，其中仅仅是较少的剩余量需要通过静电过滤器来处理。因此，实际上，不同类型和尺寸的所有微粒杂质，例如固体微粒，油液滴或者油雾形式的油微粒从被清洁的气体中移去。该清洁还不需要安装任何附加压力产生器进行提供。使被清洁气体通过该装置所需的能量由旋转部件提供。定义的附加的分离器还可提供于或者在该装置中而不会引起该装置的重量和尺寸的任意显著增加。
根据本发明的一个实施例，静电过滤器包括第一电极件，第二电极件和电压单元，其在第一电极件和第二电极件之间提供电势差，使得第一电极件对气体中的微粒杂质充电以相对于第二电极件具有电势，并且第二电极件吸引充电的微粒杂质以从气体中分离它们。通过这样一种附加的分离器，大体上所有的剩余量以容易和有效的方式从气体中移去。
根据本发明的进一步的实施例，第二电极件提供在第一电极件的下游。以这样的方式，流过该装置的微粒杂质将首先获得电荷，然后在它们连续通过该装置期间被吸引到第二电极件上。
根据本发明的进一步的实施例，第二电极件提供在入口的下游。于是，第一电极件可有利的提供在入口的上游或者入口中。例如，第二电极件可提供在旋转部件中。还可能至少一个电极件提供在旋转部件中。
根据本发明的进一步的实施例，旋转部件包括多个旋转分离盘，它们形成第一电极件和第二电极件中的一个。例如，旋转分离盘可形成第二电极件，因此，它们以相对于第一部件显示所述的电势差的方式被提供。
根据本发明的进一步的实施例，旋转分离盘形成第一电极件，因此它们以相对于第二电极件显示所述的电势差的方式被提供。根据本实施例，因此旋转分离盘可具有正电势并且在微粒杂质通过旋转部件期间传送电荷到微粒杂质上。
根据本发明的进一步的实施例，第二电极件提供在旋转部件的下游。同时，第一电极件可提供在旋转部件的下游。而且，第二电极件可提供在出口的下游。
根据本发明的进一步的实施例，第一电极件提供在出口的下游。
根据本发明的进一步的实施例，装置包括固定外壳，其定义了旋转部件提供在其中的室，其中固定外壳具有内壁，内壁设置来捕捉借助于旋转部件分离的主要量，并且将主要量传送到排出通道中。有利的，然后内壁可形成第二电极件并且还被设置来捕捉和传送剩余量到排出通道中。
根据本发明的进一步的实施例，附加的离合器以整体方式提供在固定外壳中。
根据本发明的进一步实施例，装置包括用于控制气体的压力的压力调节器。该压力调节器有利的以整体方式提供在固定外壳中。而且，第二电极件可设置连接到压力调节器中。同时第一电极件可设置连接到压力调节器中。
根据本发明的进一步的实施例，电传导板可提供在紧接压力调节器上游的空间中，其中所述板形成第一和第二电极件中的一个。更具体的，第一电传导板和第二电传导板可有利的在紧接压力调节器上游的空间中以相互之间存在间隔和相互平行地被提供，其中第一板形成第一电极件和第二板形成第二电极件。
根据本发明的进一步的实施例，装置被设置安装到内燃机上以用于从内燃机的曲轴箱中接收和清洁气体。
根据本发明的进一步的实施例，装置被设置安装到机床上以用于从邻近机床的区域中接收和清洁气体。
该目的还借助于初始定义的方法来实现，其特征在于气体传送通过附加的分离器，该附加的分离器适合于分离大体上所有的剩余量，其中附加的分离器包括静电过滤器。
在该方法的有利的应用中，气体由来自内燃机的曲轴箱的曲轴箱气体所组成。
在该方法的另外有利的应用中，气体由来自邻近机床的区域中的气体组成。
主分离器可有利的设置来移除下至2μm，1.5μm，1μm或者甚至0.8μm的微粒尺寸的大体上所有微粒杂质，其中静电过滤器可去除具有0.05μm到1μm微粒尺寸的大体上所有剩余的微粒杂质。而且，主分离器可设置来去除气体中所有微粒杂质的至少98％。
附图说明
本发明现在通过不同实施例的描述和参见附图得到更确切的说明。
图1示意的公开了根据本发明的第一实施例的装置的剖面图。
图2示意的公开了根据本发明的第二实施例的装置的剖面图。
图3示意的公开了根据本发明的第三实施例的装置的剖面图。
图4示意的公开了具有根据本发明的装置的内燃机的视图。
图5示意的公开了具有根据本发明的装置的机床的视图。
具体实施方式
图1-3公开了清洁包含微粒杂质的气体的装置的不同实施例。该装置包括主分离器1和以静电过滤器形式的附加分离器2，其将在下面更详细的描述。主分离器1包括被清洁气体的入口3和气体的出口4。该装置具有固定外壳5，其定义了内室6。入口3贯穿固定外壳5进入室6中。出口4通过固定外壳5从室6中延伸出。主分离器1还包括旋转部件7，其提供在入口3和出4之间的室6中。旋转部件7可围绕旋转轴x旋转并且设计作为开口离心机转子，其适于使入口3来的气体旋转，以用于借助于离心力从气体中分离主要量的微粒杂质。固定外壳5具有内壁8，该内壁8被设置来捕捉借助于旋转部件7分离的主要量。然后，分离的微粒杂质沿着内壁8向下流动到收集通道9中，该收集通道9在内壁8内侧围绕室6延伸并且具有通到排出通道11的出11。
旋转部件7包括多个旋转分离盘12，其固定到转子轴13上。在公开的实施例中，分离盘12为圆锥形的并且同心地设置在转子轴13上。因此，分离盘12从转子轴13向外延伸。应当注意的是，分离盘12可倾斜向上(如在公开的实施例中的)、大体上径向向外或者倾斜向下延伸。还可能让旋转部件7包括在轴向上延伸的轴向分离盘，并且每个具有连接到转子轴13上的轴向内边缘。这种轴向分离盘还可从转子轴13径向延伸，或者例如沿着曲线延伸。
旋转部件7在公开实施例中包括多个圆锥形分离盘12，在它们自身之间形成薄通道14，以用于被清洁的气体的通流。分离盘12借助于间隔部件(未公开)相互之间保持一定间距。例如，该间距可约为1mm。最高的和最低的分离盘12′和12″分别比剩余的盘12略厚，并且保持分离盘12叠加在一起，例如借助于贯穿所有分离盘12的轴向杆(未公开)。
除了最低分离盘12′的所有的分离盘12具有多个通孔15，它们围绕转子轴13分布。这些孔15和在分离盘12之间的通道14在旋转部件7中形成中心空间。该中心空间与入口4和室6连通。因此该中心空间形成用于被清洁气体的通过旋转部件7的通道。
转子轴13支承在固定安装在外壳5中的上轴承18中，和通过底壁20也固定安装在外壳5中的下轴承19中。该装置还包括用于驱动旋转部件7的驱动部件21，22。该驱动部件21，22可以多个不同的方式进行构造。在图2中公开的第二实施例中，驱动部件21被设计为电动机，其直接连接到转子轴13上并且提供在下轴承19的下面。在图1和3公开的实施例中，驱动部件被设计为转子，其通过流体喷射驱动，例如从内燃机的润滑系统中喷射的油。这种驱动部件的例子在初始提到的W0 2004/022239中更确切的公开。
该装置还包括用于控制气体压力的压力调节器25。在公开的实施例中，压力调节器大体上提供在出4的紧接下游处。更具体的，压力调节器25提供在空间26中，该空间26紧接着出口4的外部设置并且由固定外壳5和外壁27限定。外壁27有利的以这样的方式固定连接到固定外壳5上，即压力调节器25形成该装置和固定外壳5的整体部分。但是应该注意的是在本发明的范围内，还可能将压力调节器25提供在除了三个实施例中公开的另外的位置处，例如离固定外壳5一段距离。压力调节器25包括可移动的膜片28，其提供在气体出口通道29的紧接上游处，并且可在气体出口通道29打开的位置和气体出口通道29关闭的位置之间的空间中移动。
如上所述，该装置还包括附加分离器2，其适合于分离仍然在气体中的微粒杂质的剩余量。附加分离器2的静电过滤器包括第一电极件41和第二电极件42。而且，存在提供高电压的电压单元43，也就是提供在第一电极件41和第二电极件42之间的电势差。电极件41和42以它们将与流过该装置的气体相接触的方式被提供。由于在第一电极件41和第二电极件42之间的电势差，第一电极件41将对气体中的微粒杂质进行充电以相对于第二电极件42具有电势。第二电极件42将吸引充电微粒杂质，以用于从气体中分离所述剩余量。在公开的实施例中，第二电极件42大体提供在第一电极件41的下游处。
电极件41和42可提供在装置中的许多不同位置处。该三个实施例公开了电极件41和42可能位置的三个不同例子。参见图1-3，该三个实施例现在将针对电极件41，42的位置和功能更确切的进行描述。在三个实施例中具有相同功能的部件给予相同的附图标记。
图1公开了第一部件41，其提供在入口中和第二电极件42的上游处。在此实施例中的第一电极件41设计为导电材料的网，例如导电塑料或者包括铝，铜和/或铁的金属。这种线形材料的网提供了用于对流过入口3的微粒杂质的充电的适当的可能性。第一电极件41还可能设计作为导电材料的细线，诸如导电塑料或者金属。这样的线还可以任意适当的路线在入口3中延伸。而且，第一电极件41可设计作为伸到入口3中的导电材料的一个或多个尖端。第一电极件41连接电压单元43上，在该实施例中公开的电压单元43提供正电压。但是，应当注意电压单元43还可提供负电压，以便于给微粒杂质负电荷。第二电极件42首先在第一实施例中通过固定外壳5的内壁8形成。第二电极件42由固定外壳5通过接地导线管48接地的事实提供。在图1中公开的实施例中，在固定外壳5和旋转部件7之间没有电绝缘。这意味着旋转部件7和分离盘12(只要这些部件是导电的)将接地并且因此提供第二电极件42的一部分。分离盘12有利的由任意轻质材料制造，例如塑料。如果希望旋转部件7将形成第二电极件42或者第二电极件42的一部分，分离盘有利的以导电塑料进行制造。在这种情况下，分离盘12当然可以采用任何适当的金属进行制造。如上出现的，分离盘12可以采用不导电材料进行制造，例如塑料，其中第二电极件42大体上设置在旋转部件7的下游处。还可能将旋转部件7与固定外壳5电隔离，其中第二电极件42可完全提供在旋转部件7的下游处。这种旋转部件7的隔离的例子在图2中的第二实施例中被表示。在第一实施例中，内壁8，和可能还有分离盘12，将吸引从第一电极件41在入口3中已经给予电荷的微粒杂质。用这样的方式，确保可能剩余的微粒杂质将从它们可能与主要量一起充电的位置处吸引到内壁8上。借助于静电的分离对于具有低重量或小尺寸的微粒是非常有效的，例如具有从0.05μm到1μm的微粒尺寸的微粒杂质。具有下至0.8μm微粒尺寸的较大的或者较重的微粒杂质将通过主分离器以有效的方式进行分离，即借助于旋转部件7。
图2公开本发明的第二实施例。在第二实施例中，第一电极件41由旋转部件7形成，其通过电压单元43被给予正电势。于是，旋转部件7通过电连接件49连接到电压单元43上。例如，电连接件49可包括滑动触头。第二电极件42在第二实施例中也通过固定外壳5被形成，特别是内壁8。
在图3中公开的第三实施例中，第一电极件41和第二电极件42两者都提供在旋转部件7的下游和出4的下游处。在该实施例中，电极件41和42两者都提供连接到压力调节器中，更精确的设置在紧接膜片28上游的空间26中。第一电极件41包括至少一个电传导板51，并且在该公开的例子中为两个电传导板51，它们相互之间相隔较小距离并且相互平行，即板51具有大体上平行的延伸部分。第二电极件42也包括至少一个电传导板52，并且在该公开例子中为两个电传导板52。而且，这两个板52相互之间相隔较小的间隔被提供并且具有大体上平行的延伸部分。而且，板51相对于板52大体上平行。因此，流过此附加分离器2的气体被迫通过空间26以往复路线进行流动，如图3中清晰的看出。然后，气体首先在空间26的一个内壁和第一板51之间流动，其后气体转向并且在两个第一板51之间向下流动，随后气体再次向上转向并且在一个第一板51和首个第二板52之间流动。其后，气体再次在两个第二板52之间向下流动。其后，气体在第二板52和膜片28之间分布在空间26之中，并且通过膜片28流动并且通过气体出口通道29流出。在第三实施例中的静电过滤器还包括电压源43，其提供高电压并且通过电连接件53连接到两个第一板51上。
图3示出了电压源43的低电压供给。两个第二板52都通过接地连接件48接地。
应当注意的是外壳5和/或外壁27可包括导电材料，塑料或者金属，其中通过第一电极件41施加的高压电屏蔽在室6或者空间26中。
图4示出了根据本发明的装置的有利的应用。在此，该装置试图清洁从示意公开的内燃机61的曲轴箱中排出的曲轴箱气体。然后，入口3连接到内燃机61的曲轴箱62上。曲轴箱气体传送通过主分离器1和附加分离器2，并且通过气体出口通道29排出。在图1-3中公开的装置还安装到内燃机61上，其中排出通道11被设置再循环分离的油到内燃机61的曲轴箱62中。
图5公开了在示意的公开的机床71中本发明的另外的有利的应用，该机床71包围在壳体中。在壳体中的气体从壳体中传送出并且进入该装置的入口3中。从那里，将被清洁的空气传送通过主分离器1和附加分离器2，并且其后通过气体出口通道29排出。
本发明不限于公开的实施例，而可以为在下面权利要求范围内的变化和修改。

Claims (29)

1.一种用于清洁包含微粒杂质的气体的装置，其中所述装置包括主分离器(1)，主分离器具有气体入口(3)，气体出口(4)和旋转部件(7)，所述旋转部件(7)设置在入口(3)和出口(4)之间并且包括转子轴(13)和固定到转子轴(13)上的多个旋转分离盘(12)，其中旋转部件(7)适合将气体旋转以用于通过离心力从气体中分离微粒杂质的主要量，其中微粒杂质的剩余量保留在气体中，其特征在于，所述装置包括附加分离器(2)，其适于基本上分离整个所述剩余量，其中附加分离器(2)包括静电过滤器。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述静电过滤器包括第一电极件(41)，第二电极件(42)和电压单元(43)，所述电压单元(43)在第一电极件(41)和第二电极件(42)之间提供电势差，使得第一电极件(41)对所述气体中的微粒杂质充电而具有相对于第二电极件(42)的电势，并且第二电极件吸引充电的微粒杂质以用于将它们从气体中分离。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于第二电极件(42)提供在第一电极件(41)的下游。
4.如权利要求2和3中任一项所述的装置，其特征在于第二电极件(42)提供在入口(3)的下游。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于第二电极件(42)提供在旋转部件(7)中。
6.如权利要求2-4中任一项所述的装置，其特征在于至少一个电极件(41，42)提供在旋转部件(7)中。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于旋转部件(7)包括多个旋转分离盘(12)，它们形成第一电极件(41)和第二电极件(42)中的一个。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于旋转分离盘(12)形成第二电极件(42)，并且因此以相对于第一部件(41)显示所述电势差的方式被提供。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于旋转分离盘(12)形成第一电极件(41)，并且因此以相对于第二电极件(42)显示所述电势差的方式被提供。
10.如权利要求2，3和9中任一项所述的装置，其特征在于第二电极件(42)提供在旋转部件(7)的下游。
11.如权利要求2和3中任一项所述的装置，其特征在于第一电极件(41)提供在旋转部件(7)的下游。
12.如权利要求2，3，10和11中任一项所述的装置，其特征在于第二电极件(42)提供在出口(4)的下游。
13.如权利要求2，3和12中任一项所述的装置，其特征在于第一电极件(41)提供在出口(4)的下游。
14.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述装置包括固定外壳(5)，其定义了旋转部件设置在其中的室(6)，其中固定外壳(5)具有内壁(8)，内壁设置来捕捉借助于旋转部件(7)分离的所述主要量，并且将所述主要量传送到排出通道(11)中。
15.如权利要求10和14所述的装置，其特征在于内壁(8)形成第二电极件并且还设置来捕捉和传送所述剩余量到排出通道(11)中。
16.如权利要求14和15中任一项所述的装置，其特征在于附加分离器以整体方式提供在固定外壳(5)中。
17.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述装置包括用于控制所述气体压力的压力调节器(25)。
18.如权利要求14和17所述的装置，其特征在于压力调节器(25)以整体方式提供在固定外壳(5)中。
19.如权利要求17和18中任一项所述的装置，其特征在于第二电极件(42)被设置连接到压力调节器(25)。
20.如权利要求17到19中任一项所述的装置，其特征在于第一电极件(41)被设置连接到压力调节器(25)。
21.如权利要求17到20中任一项所述的装置，其特征在于电传导板(51)提供在紧接压力调节器(25)上游的空间(26)中，其中所述板(51)形成第一和第二电极件(41，42)中的一个。
22.如权利要求17到20中任一项所述的装置，其特征在于第一电传导板(51)和第二电传导板(52)相互间隔和相互平行地提供在紧接压力调节器(25)上游的空间(26)中，其中第一板(51)形成第一电极件和第二板(52)形成第二电极件(41，42)。
23.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于所述装置被设置为安装到内燃机(61)上，以用于接收和清洁来自内燃机(61)的曲轴箱(62)中的气体。
24.如权利要求1到22中任一项所述的装置，其特征在于所述装置被设置为安装到机床(71)上，以接收和清洁来自邻近所述机床的区域的空气。
25.一种用于清洁包含微粒杂质的气体的方法，其包括下面步骤：
供给所述气体到主分离器的入口处，
通过主分离器的旋转部件旋转气体，旋转部件包括转子轴和固定到转子轴上的多个旋转分离盘，其中旋转部件借助于离心力从气体中分离微粒杂质的主要量，其中微粒杂质的剩余量保留在气体中，和
通过出口从主分离器中排出气体，
其特征在于所述气体传送通过附加的分离器，该附加的分离器适合于基本上分离所有的剩余量，其中附加的分离器包括静电过滤器。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述气体由来自内燃机的曲轴箱的曲轴箱气体组成。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于所述气体由来自邻近机床的区域的空气组成。
28.如权利要求25到27中任一项所述的方法，其特征在于所述主分离器被设置为除去下至2μm的微粒尺寸的大体上所有的微粒杂质。
29.如权利要求25到28中任一项所述的方法，其特征在于所述主分离器被设置来从气体中除去所有微粒杂质的至少98％。
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