DE2649215C2

DE2649215C2 - Vorrichtung zum Abscheiden von festen und/oder flüssigen Teilchen aus einem Gasstrom

Info

Publication number: DE2649215C2
Application number: DE19762649215
Authority: DE
Inventors: Yutaka Kudamatsu Kakehi; Toshiharu Matsuda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-10-29
Filing date: 1976-10-28
Publication date: 1982-12-23
Also published as: FR2347082A1; FR2347082B1; DE2649215A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Gattungsbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Gattung.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Gattung (DE-PS 348 198) wird der Gasstrom über einen bogenförmigen Strömungskanal angesaugt, an dessen Ausgang ein Abführkanal mündet, der seinerseits eine Saugvorrichtung aufweist. Es wird hier jedoch von dem Idealfall ausgegangen, daß alle vom Gasstrom mitgeführten Teilchen auch vollständig vor die Mündung des Abführkanals geführt werden. Eine Beeinflussung der Strömungsgeschwindigkeit ist nicht vorgesehen. Um sicher zu gehen, daß eine ausreichende Abscheidung erfolgt, sind mehrere derartiger Strömungskanäle mit den jeweiligen Abführkanälen hintereinander angeordnet, was einen erheblichen Bauaufwand bedingt.

Bei einer Weiterbildung dieser Vorrichtung (DE-PS 93 630) sind mehrere bogenförmige Strömungskanäle übereinander angeordnet zu einem Abscheiderelement zusammengefaßt und in den Ansaugkanal eingebaut. Ein Sauggebläse saugt den Gasstrom durch den Abscheider an, drückt ihn zum Kühlen durch die Maschine. Der Gasstrom wird dann wieder gesammelt und über einen besonderen Abluftkanal abgeführt. In diesen Kanal ist der Strahlsauger eingebaut, der die Teilchen aus den Abführkanälen an den bogenförmigen Strömungskanälen absaugt. Dabei strömt in übiieher Weise das Gas als Treibmittel zentral durch den Strahlsauger und die abzusaugenden Teilchen werden aus einer Sammelkammer peripher zugeführt Der gesamte Kühlgasstrom muß über den Abluftkanal und damit über den Strahlsauger geführt werden, der sich dabei nachteilig auf die Gasströmung bzw. den Kraftbedarf des Sauggebläses, das hier ja noch zusätzlich als Druckgebläse arbeiten muß, auswirkt.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zum Abscheiden von Teilchen aus einem Gasstrom (Machine Design v. 14.6.1973, S. 63) wirkt der bogenförmige Strömungskanal als Zyklonfilter. Beim Durchströmen des bogenförmigen Strömungskanals werden die mitgeführten Teilchen gegen die äußere Kanalwand geführt und durch eine Jalousie abgestreift und in einen Abführkanal geführt. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß die Teilchen nur schwierig und unvollständig abgeschieden werden.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung so weiterzubilden, daß bei einfachem Aufbau und geringem Kraftbedarf eine wirksame Abscheidung sowohl von festen als auch von flüssigen Teilchen erreicht wird, so daß sie z. B. auch als Schneeabscheider als selbständiges Aggregat bei Eisenbahnen verwendbar ist und eine saubere, von Schneeflocken und Regentropfen freie Kühlluft für die elektrischen Aggregate einsetzbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen.

Der Gegenstand der Erfindung stellt ein in sich geschlossenes selbständiges Aggregat dar, das universell einsetzbar und ohne Schwierigkeit auf die jeweils benötigte Gasmenge einstellbar ist. Es wird kein besonders umfangreicher Platz benötigt, so daß auch ein Einbau in Verbindung mit Eisenbahnen, also z. B. bei elektrischen Lokomotiven jederzeit möglich ist, da keine Rückführung des durch die zu kühlende Maschine geströmten Gases benötigt wird.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung anhand der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführung der Vorrichtung,

Fig.2 eine andere Ausführung der Vorrichtung im Schnitt,

F i g. 3 die wesentlichen Teile der Vorrichtung nach F i g. 2 in vergrößerter Darstellung,

Fig.4 einen Schnitt längs der Schnittlinie IV-IV in Fig. 3,

Fig.5 einen Schnitt längs der Schnittlinie V-V in Fig. 3und

Fig. 6 einen Schnitt längs der Schnittlinie VI-VI in Fig. 3.

Die in F i g. 1 dargestellte Vorrichtung in Form eines Schneeabscheiders 10 ist an der Seitenwand eines Fahrzeuges 11 befestigt und enthält einen halbkreisför mig gebogenen Strömungskanal 13, der an einem Lufteiniaßgitter 12 der Seitenwand 11 beginnt und stromab in einen Reingaskanal 14 übergeht. In diesem Reingaskanal 14 ist ein von einem Motor 15 angetriebenes Sauggebläse 16 angeordnet, welches Luft

durch das Einströmgitter 12, den bogenförmigen Strömungskanal 13 und den Reingaskanal 14 ansaugt und durch einen Auslaßkanal 17, an seinem Abströmende zu einem — nicht dargestellten — an der Unterseite des Fahrzeugbodens montierten elektrischen Aggregat fördert.

Der gebogene Strömungskanal 13 weist einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf und enthält eine Außenwand 18 von größerem Krümmungsradius, eine Innenwand 19 von kleinerem Krümmungsradius sowie die Außen- und Innenwände 18 und 19 verbindende Seitenwände 20. Ein Abführkanal 21 zweigt am Abströmende des gebogenen Strömungskanals 13 im Bereich seiner Außenwand ab. Am Abströmende dieses Abführkanals 21 befindet sich ein Strahlsauger 22, an den sich ein nach außen führender Diffusor 23 annähernd geradlinig anschließt.

Der an sich in üblicher Weise ausgebildete, hier aber nach dem Umkehrprinzip geschaltete Strahlsauger 22, aem das Antriebsmittel peripher zugeführt und bei dem die Teilchen zentral abgesaugt werden, enthält einen als Auslaßstutzen ausgebildeten inneren zylindrischen Teil 24, der mit dem Abführkanal 21 in Verbindung steht, sowie einen äußeren zylindrischen Teil 26, der eine den Auslaßstutzen 24 umgebende Kammer 25 bildet und unter Ausbildung einer Strahldüse 28 in einen Hals 27 des Diffusors 23 unmittelbar stromab des Endteils des Abströmstutzens 24 übergeht.

Nach der besonderen Schaltung beim Gegenstand der Erfindung steht der mit dem Abströmende des Sauggebläses 16 verbundene Auslaßkanal 17 mit dem äußeren zylindrischen Teil des Strahlsaugers durch eine Leitung 29 in Verbindung, so daß ein Teil der den Auslaßkanal 17 durchströmenden Luft in die Kammer 25 gelangen kann. In dieser Verbindungsleitung 29 ist eine Drossel 30 eingeschaltet, durch die eine Einstellung der vom Auslaßkanal 17 zur Kammer 25 des Strahlsaugers 22 über die Verbindungsleitung 29 abgezweigten Luftmenge vorgenommen werden kann.

Bei der in dieser Weise ausgebildeten Vorrichtung 10 wird die Schneeflocken und Regentröpfchen enthaltende Luft durch das Gitter 12 in den bogenförmigen Strömungskanal 13 durch das Sauggebläse 16 eingesaugt. Beim Passieren des Strömungskanals 13 wirkt auf die Teilchen bzw. die Schneeflocken und Regentröpfchen eine Zentrifugalkraft, so daß sie gegen die äußere Wand 18 dieses Kanals 13 geführt werden. Die Schneeflocken und Regentröpfchen werden in Richtung des Pfeiles A in den Abführkanal 21 zusammen mit einer geringen Menge an Luft eingesaugt. Die von Schneeflocken und Regentröpfchen gereinigte Luft strömt in Richtung des Pfeiles B durch den Reingaskanal 14 in das Sauggebläse 16. Aus dem Sauggebläse wird die gereinige Luft in Richtung des Pfeiles C durch den Auslaßkanal 17 zu dem an der Unterseite des Fahrzeuges montierten elektrischen Aggregat gefördert.

Die in den Abführkanal 21 zusammen mit einer geringen Luftmenge eingesaugten Teilchen bzw. Schneeflocken und Regentröpfchen strömen durch den Strahlsauger 22 und den zur Atmosphäre entlüfteten Diffusor 23.

Wie vorstehend bereits erwähnt, gelangt ein Teil der im Auslaßkanal 17 strömende Luft über die von diesem abzweigende Verbindungsleitung 29 in Richtung des Pfeiles D in die Kammer 25 des Strahlsaugers 22. Nachdem sich allmählich in der Kammer 25 ein statischer Druck aufgebaut hat, wird die Luft mit hoher Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles £in Form von Saugstrahlen mit gleichmäßiger Geschwindigkeitsverteilung vom Außenumfang des Auslaßstutzens 24 durch die Düse 28 in den Diffusor 23 gefördert. Der mit hoher Geschwindigkeit durch die Düse 28 strömende antreibende Luftanteil erzeugt durch Ausbildung von im wesentlichen parallelen Luftströmen im Endbereich des Stutzens 24 ein Vakuum. Dieses wirkt auf die Schneeflocken und Regentröpfchen in dem Auslaßstut- ^w zen 24, die in Richtung des Pfeilts F längs der Mittellinie dieses Stutzens 24 in den Diffusor 23 eingesaugt und von den in der Kammer 25 gebildeten Antriebs-Saugstrahlen umhüllt werden. Diese von den Antriebs-Saugstrahlen umgebenen Schneeflöckchen und Regentropfen werden durch den Diffusor 23 in die Atmosphäre des Fahrzeuges ausgetragen. Dies hat den Vorteil, daß ein Anfrieren der Schneeflocken und Regentropfen an den Innenwänden des Diffusors 23 oder anderer Teile vermieden wird.

-° Die Wirkung des Strahlsaugers 22 zum Abführen der Schneeflocken und Regentropfen hängt von der durch die Verbindungsleitung 29 in die Kammer 25 eingeführten Luftmenge ab. Je größer die Energie dieser Antriebs-Saugstrahlen ist, um so besser ist die Wirkung -' des Strahlsaugers 22 zum Abführen der Schneeflocken und Regentropfen. Eine Vergrößerung der in die Kammer 25 durch die Verbindungsleitung 29 geführten Luftmenge führt jedoch zu einer Verringerung der Kühlluftmenge für das nachgeschaltete elektrische ⁱⁿ Aggregat, solange die Gebläseleistung gleich bleibt. Dadurch kann dieses Aggregat u. U. zur Vermeidung eines Überhitzens nicht ausreichend gekühlt werden. Die Menge der durch die Verbindungsleitung 29 zur Kammer 25 strömenden Luft kann in Abhängigkeit von ^ij dem Strömungswiderstand im elektrischen Aggregat geändert bzw. eingestellt werden. Durch vorherbestimmtes öffnen oder Schließen der Dros.sel 30 in Abstimmung mit dem Strömungswiderstand des spezifischen elektrischen Aggregats, für den der Schneeab-⁴⁽¹ scheider 10 ausgelegt wird, kann die durch die Verbindungsleitung 29 abgezweigte Luftmenge auf einen optimalen Wert eingestellt werden.

Bei der Darstellung der weiteren Ausführungsform in

den F i g. 2 bis 6 wurden gleiche Bezugszeichen für die der Ausführung nach Fig. 1 entsprechenden Teile verwendet, die im folgenden nicht nochmals im einzelnen erläutert werden.

Der Schneeabscheider 40 weist eine an der

Innenwand 19 des bogenförmigen Strömungskanals 13

">" befestigte Führungsplatte 41 auf, um die in den Strömungskanal 13 eingezogenen Schneeflocken und Regentröpfchen gegen die Außenwand 18 zu führen. An den Seitenwänden 20 des Strömungskanals 13 sind Leitelemente 41 montiert. Vom Reingaskanal 14 zweigt in seinem einströmseitigen Bereich ein Leitkanal 43 ab, der zu dem Abführkanal 21 führt. Ein Ablenkorgan 44 ist am Boden des Reingaskanals 14 unmittelbar stromab der Abzweigung des Leitkanais 43 fest angeordnet.

Stromab dieses Ablenkorgans 44 befindet sich ein Filter

^b0 45 im Reingaskanal 14.

Das an seinem einen Ende an der Innenwand 19 befestigte Leitelement 41 ist annähernd in der Mitte des bogenförmigen Strömungskanals 13 angeordnet und erstreckt sich quer in den hohlen Innenraum dieses "'"' StrCmungskanals 13 unter einem bestimmten Winkel zur Innenwand 19 in Abströmrichtung, insbesondere tangential zur Wand 19, wie in F i g. 3 dargestellt, so daß ihr anderes Ende in etwa bis zum mittleren Teil des

Innenraumes des Kanals 13 reicht. Durch diese Anordnung können die in den bogenförmigen Strömungskanal 13 eingesaugten Schneeflocken und Regentröpfchen gegen seine Außenwand 18 gedrückt und die an der Innenwand 19 fließenden Teilchen abgestreift > werden. Wie insbesondere aus den F i g. 2, 3 und 5 ersichtlich, sind die Leitelemente 42 relativ schmal und an den Seitenwänden 20 des bogenförmigen Strömungskanals 13 an einer Stelle angeordnet, die stromab des Leitelements 41 und unmittelbar stromauf von der i< > Abzweigung des Abführkanals 21 von dem bogenförmigen Strömungskanal 13 liegt. Die Leitelemente 42 an den Seitenwänden 20 erstrecken sich nach unten, wobei ihre unteren Endkanten in einem geringen Abstand von der Außenwand 18 des Strömungskanals 13 enden, so i> daß auch ein sich entlang den Seitenwänden 20 bewegender Wasserfilm in Richtung auf die Einströmöffnung des Abführkanals 21 geführt wird.

Der zum Boden des Reingaskanals 14 offene Leitkanal 43 ist mit seiner öffnung stromab der ?<> Einmündung des Abführkanals 21 angeordnet, wodurch am Boden des Reingaskanals 14 fließende Teilchen, die nicht in den Abführkanal 21 gelenkt wurden, durch den Leitkanal 43 doch noch in den Abführkanal 21 gelangen.

Das einen Damm bildende, relativ niedrige Leitelement 44 (vgl. F i g. 6) ist am Boden des Reingaskanals 14 befestigt und erstreckt sich quer zu ihm in einer unmittelbar stromab der Mündung des Leitkanals 43 vorgesehenen Position. Dieser Damm 44 stellt ein Hindernis für den aus Regentröpfchen gebildeten und am Boden des Reingaskanals 14 fließenden Wasserfilm dar, der auf diese Weise in den Leitkanal 43 gelenkt wird.

Der im Reingaskanal quer stromab des Leitelements 44 angeordnete Filter 45 dient zum Sammein von n Staubpartikeln od. dgl, die noch durch den Reingaskanai 14 gesaugt werden und nicht in den Abführkanal 21 umgelenkt worden sind.

Bei diesem vorstehend beschriebenen Schneeabscheider 40 wird die Schneeflocken und Regentröpfchen <o enthaltende Luft durch das an der Seitenwand 11 des Fahrzeuges angeordnete Gitter 12 angesaugt, wobei die Schneeflocken von der Luft durch die Zentrifugalkräfte beim Durchströmen des bogenförmigen Strömungskanals 13 abgeschieden und in den Abführkanal 21 durch ^ die Wirkung des Strahlsaugers 22 eingesaugt und über den Diffusor 23 aus dem Fahrzeuginneren abgeführt werden. Die auf diese Weise von dem Schnee weitgehend getrennte Luft gelangt durch den Reingaskanal 14 und den Auslaßkanal 17 zu dem an der ⁵" Unterseite des Fahrzeugbodens montierten elektrischen Aggregat

Die durch das Gitter 12 in den Abscheider 40 eingesaugten Regentröpfchen können in zwei Gruppen eingeteilt werden: Die eine Gruppe dieser Regentröpfchen fließt als Wasserfilm entlang den Wänden 18, 19, des bogenförmigen Strömungskanals 13 und die andere Gruppe strömt in Form von Partikeln durch den hohlen Innenraum dieses Strömungskanals 13. Die zweite Gruppe wird von der Luft in gleicher Weise wie ^h" die Schneeflocken beim Durchströmen des Strömungskanals 13 getrennt und gelangt in den Abführkanal 21. Ein Teil der an den Innenwänden des bogenförmigen Strömungskanals 13 haftenden Tröpfchen oder ein Wasserfilm fließt in einem Strom an der Außenwand 18 und der Innenwand 19 entlang. Der an der Außenwand 18 fließende Tröpfchenstrom kann auf einfache Weise in den Abführkanal 21 abgelenkt werden. Der an der Innenwand 19 fließende Strom wird von dieser Innenwand 19 durch das Leitelement 41 abgelöst und durch Zentrifugalkräfte gegen die Außenwand 18 geführt. Dadurch vereinigt sich der Strom der an der Innenwand 19 fließenden Teilchen mit dem an der Außenwand 18 fließenden Strom, wobei beide vereinigten Ströme in den Abführkanal 21 gelangen.

Außer der Leitfunktion für den Strom der Regentröpfchen oder des Wasserfilms von der Innenwand 19 zur Außenwand 18 bewirkt das Leitelement 41 ferner ein Andrücken der in der Luftströmung schwebenden Schneeflocken und Kegentröpfchen gegen die Außenwand 18, die den hohlen Innenraum des bogenförmigen Strömungskanals 13 durchströmen. Das Leitelement 41 ermöglicht daher eine Verringerung der Menge an Schneeflocken und Regentröpfchen im Reingaskanal 14, die nicht in den Abführkanal 21 aufgrund einer zu geringen Sinkgeschwindigkeit eingesaugt werden, auf ein Fünftel der in einem Abscheider ohne diese Führungsplatte enthaltenen Menge, solange die Menge der dem Strahlsauger 22 über die Verbindungsleitung 29 zugeführten Luftströme konstant bleibt. Das Leitelement 42 leitet die an den Seitenwänden 20 entlangfließenden Regentröpfchenströme in den Abführkanal 21, die durch das Leitelement 41 allein nicht in diesen Kanal abgelenkt würden.

Durch die Wirkung des Leitelements 41 und des Leitelements 42 an den Wänden des bogenförmigen Strömungskanals 13 werden annähernd alle Schneeflokken und Regentröpfchen und auch ein sich bewegender Wasserfilm aus dem Strömungskanal 13 in den Abführkanal 21 abgeleitet. Es kann mitunter vorkommen, daß die von der Innenwand 19 und den Seitenwänden 20 des bogenförmigen Strömungskanals 13 abgelösten Regentröpfchen an die Außenwand Ϊ8 prallen und von dieser in den Reingaskanal 14 zurückspritzen. Da der Schneeabscheider 40 jedoch mit dem Damm 44 und dem Leitkanal 43 versehen ist, wird der durch die von der Außenwand 18 abspritzenden Regentröpfchen auf den Boden des Reingaskanals 14 sich ausbildende Flüssigkeitsstrom durch den Damm 44 gestaut und wirksam in den Leitkanal 43 umgelenkt. Diese Regentr.öpfchen können durch den Diffusor 23 mittels des Strahlsaugers 22 zusammen mit den Schneeflocken und den direkt in den Abführkanal 21 aus dem bogenförmigen Strömungskanal 13 gelangten Regentröpfchen ausgetragen werden.

Der Filter 45 sammelt diejenigen Feststoffpartikei, die durch die vorstehend beschriebenen Mittel nicht am Eindringen in den Reingaskanal 14 gehindert werden, so daß die zum Sauggebläse 16 gelangende Luft weiter gereinigt wird.

Bei den beschriebenen Ausführungen des Abscheiders hat der bogenförmige Strömungskanal 13 einen annähernd rechteckigen Querschnitt. Es können aber auch Kanäle von einem beliebigen Querschnitt, z. B. einem runden u. dgl, verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abscheiden von festen und/oder flüssigen Teilchen aus einem Gasstrom unter Einwirkung von Zentrifugalkräften in einem bogenförmigen Strömungskanal, an dessen Abströmende sich ein mit einem Sauggebläse versehener Reingaskanal anschließt und ein mit einem Strahlsauger versehener Abführkanal für die abgeschiedenen Teilchen abzweigt, mit einem Auslaßkanal am Abströmende des Sauggebläses, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlsauger (22) an seinem äußeren Umfang über eine Leitung (29) mit dem Auslaßkanal (17) des Sauggebläses verbunden ist, so daß ein Teil des Reingases Antriebsmittel für den Strahlsauger ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne!, daß in der Leitung (29) eine Drossel (30) zum Einstellen der Gasströmung vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im bogenförmigen Strömungskanal (13) Leitelemente (41) vorgesehen sind, die tangential von der Innenwand (19) des Strömungskanals ausgehen und sich zwischen den Seitenwänden (20) quer in den Innenraum des Strömungskanals erstrecken und Leitelemente (42) vorgesehen sind, die stromauf der Abzweigung des Abführkanals (21) an den Seitenwänden (20) des Strömungskanals angeordnet sind, so daß die an den Seitenwänden

(20) fließende Flüssigkeit in Richtung auf die j< > Einströmöffnung des Abführkanals (21) gelenkt wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungskanal (43) mit einer am Boden des Reingaska- j> nals (14) stromab der Abzweigung des Abführkanals

(21) angeordneten Einströmöffnung vorgesehen ist, der den Reingaskanal (14) mit dem Abführkanal (21) verbindet und daß ein Strömungshindernis (44) am Boden des Reingaskanals (14) stromab der Einström-Öffnungen des Führungskanals (43) vorgesehen ist.