DE102008013485A1

DE102008013485A1 - Vorrichtung zur Reinigung ölhaltiger Abluft

Info

Publication number: DE102008013485A1
Application number: DE200810013485
Authority: DE
Inventors: Georg Gisbert Zibulla; Ferdinand Geiz
Original assignee: Raziol Zibulla & Sohn GmbH
Current assignee: Raziol Zibulla & Sohn GmbH
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2009-11-05

Abstract

Beschrieben und dargestellt ist u. a. eine Vorrichtung (10) zur Reinigung ölhaltiger Abluft, umfassend ein Abluftrohr (12), das die Abluft, von einer Maschine (11) kommend, zu einer Abscheideeinrichtung (13) leitet, wobei die Abscheideeinrichtung gekrümmte, sich trichterartig verjüngende Wandungsbereiche (15, 16) zur Luftleitung aufweist, die die Abluft entlang einer gekrümmten Bahn einer Engstelle (17) zuführen, wobei in Strömungsrichtung vor den Wandungsbereichen ein Einlass (20) zur Beladung der Abluft mit Wasser angeordnet ist und wobei sich in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Engstelle eine Erweiterungsstelle (23) mit einem Reinluftauslass (34) und einem Absetzbecken (24) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung ölhaltiger Abluft.
Die Anmelderin vertreibt seit geraumer Zeit Vorrichtungen zur Reinigung ölhaltiger Abluft. Ölhaltige Abluft fällt an, wenn bei der Bearbeitung insbesondere metallischer Werkstücke eine kontaktlose, insbesondere sprühende oder kontaktgebende, beispielsweise durch Rollenwalzen erfolgende Befettung der Werkstücke erfolgt. Die Werkstücke können spangebend oder spanfrei bearbeitet oder umgeformt werden. Auch eine Schweiß-Bearbeitung oder eine andere Bearbeitung kann in einer solchen herkömmlichen Maschine erfolgen.
Aufgrund von Umweltauflagen wird die mit ölhaltigen Bestandteilen kontaminierte Abluft, die sogenannte Rohluft, von der Maschine abgesaugt. Hierfür ist beispielsweise ein Gebläse vorgesehen.
Beim Stand der Technik wird die ölhaltige Abluft durch einen herkömmlichen mechanischen Filter, insbesondere einen Gewebefilter, hindurchgeführt. In dem Gewebefilter können die Ölpartikel zurückgehalten werden. Nach Erreichen einer Standzeit, wenn sich der Filter zugesetzt hat, ist ein Austausch des Filters erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene, durch offenkundige Vorbenutzung durch die Anmelderin bekannt gewordene Vorrichtung zu verbessern.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Demnach ist eine Vorrichtung zur Reinigung ölhaltiger Abluft vorgesehen, umfassend ein Abluftrohr, das die Abluft von einer Maschine kommend zu einer Abscheideeinrichtung leitet, wobei die Abscheideeinrichtung gekrümmte, sich trichterartig verjüngende Wandungsbereiche zur Luftleitung aufweist, die die Abluft entlang einer gekrümmten Bahn einer Engstelle zuführen, wobei in Strömungsrichtung vor den Wandungsbereichen ein Einlass zur Beladung der Abluft mit Wasser angeordnet ist, und wobei sich in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Engstelle eine Erweiterungsstelle mit einem Reinluftauslass und einem Ablassbecken befindet.
Das Prinzip der Erfindung besteht im Wesentlichen darin, anstelle der vorbekannten, herkömmlichen mechanischen Filter, wie beispielsweise Gewebefilter, Mattenfilter oder Filterfliese, eine Abscheideeinrichtung völlig anderer Bauart zu verwenden. Die Abscheideeinrichtung ist in Strömungsrichtung hinter der Maschine angeordnet. Auf der Saugseite der Abscheideeinrichtung befindet sich demnach die Abluft, die fachmännisch auch als Rohluft bezeichnet wird. Aus dem Reinluftauslass der Abscheideeinrichtung kann gereinigte Reinluft entweichen.
Die Abscheideeinrichtung weist Wandungsbereiche zur Luftleitung auf, die sich trichterartig verjüngen und gekrümmt ausgebildet sind. Die Wandungsbereiche können sich entlang eines Krümmungswinkels von mindestens 90°, vorzugsweise von mindestens 180°, weiter vorzugsweise von mindestens 360° erstrecken.
Die gekrümmten, sich trichterartig verjüngenden Wandungsbereiche bilden auf diese Art eine schneckenhausartige Geometrie. Diese wird im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung auch als Zyklon bezeichnet.
In Strömungsrichtung vor den gekrümmten Wandungsbereichen befindet sich ein Einlass zur Beladung der Abluft mit Wasser.
Die Wandungsbereiche führen die Abluft zu einer Engstelle. Die Engstelle bezeichnet denjenigen Bereich des von Abluft durchströmten Strömungskanals innerhalb der Abscheideeinrichtung, der die geringste lichte Weite, also den geringsten Strömungsquerschnitt aufweist. Der Abstand der Wandungsbereiche voneinander ist hier minimal.
In Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Engstelle befindet sich eine Erweitungsstelle. Diese umfasst einen Reinluftauslass und ein Absatzbecken.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
Die ölhaltigen Bestandteile der Abluft, also beispielsweise ganz kleine, fein verteilte Öltröpfchen in einem Ölnebel werden in der Abluft mitbewegt und treffen teilweise auf die in Krümmungsrichtung jeweils äußere gekrümmte Wand. Aufgrund von Adhäsionseffekten bleiben die Öltröpfchen an der Außenwand haften. Weitere hinzukommende Öltröpfchen vergrößern den gebildeten Tropfen und agglomerieren. Die so gebildeten Ansammlungen werden von dem Luftstrom mitgerissen und gleiten die Außenwand entlang bis zu Engstelle.
Die Beladung mit Wasser führt dazu, dass sich Wassertröpfchen und Öltröpfchen und/oder Öldämpfe, d. h. Öl-Dampf-Moleküle, aneinander binden. Beispielhaft wird angeführt, dass in dem Abluftstrom enthaltene Öltröpfchen einen Durchmesser typischerweise größer als 1 nm und Öldampf- oder Ölgasmoleküle typischerweise einen Durchmesser kleiner als 1 nm aufweist. Während sich unter Normalbedingungen, wie Raumtemperatur und Atmosphärendruck, Öl und Wasser nicht mischen, wird aufgrund der kinetischen Energie (Bewegungsenergie) des Abluftstromes zumindest im Bereich der Engstelle eine zumindest kurzzeitige Verbindung oder Mischung der Ölbestandteile der Abluft und der Wassertröpfchen miteinander unter Bildung einer Art Emulsion erreicht.
Einer Emulsionsbildung unterliegen dabei sowohl die Öl-Agglomerationen, die entlang der Außenwand fließen oder gleiten, als auch die unmittelbar im Abluftstrom mitgeführten Öltropfen und Öl-Gas-Moleküle und Wassertropfen.
Infolge der trichterartigen Verjüngung erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit. Diese erreicht im Bereich der Engstelle ein Maximum.
Im Bereich der Engstelle kommt es zu hohen Verwirbelungen und Vermischungen. Dies führt dazu, dass im Bereich der Engstelle eine Öl-Wasser-Emulsion gebildet wird. Öl- und Wassertröpfchen bleiben aneinander haften, da die Bewegungsenergie, die sich im Bereich der Engstelle in dem System befindet, eine solche Emulsionsbildung fördert.
Unmittelbar hinter der Engstelle befindet sich eine Erweiterungsstelle. Die Erweiterungsstelle weist einen Reinluftauslass und ein Absetzbecken auf.
Die Öl-Wasser-Emulsion haftet zumindest kurzzeitig aneinander und kann sich im Bereich der Erweiterungsstelle aufgrund der Schwerkraft nach unten bewegen und in das Absetzbecken fallen oder fließen. Der Reinluftauslass befindet sich oberhalb des Absetzbeckens. Die von ölhaltigen Bestandteilen und dem zugesetzten Wasser gereinigte Abluft, die nunmehr als Reinluft bezeichnet werden kann, kann nunmehr gereinigt in die Außenluft abgelassen oder gegebenenfalls der Maschine wieder zugeführt werden.
Das zuvor beschriebene Funktionsprinzip lässt sich besser verstehen, wenn man bedenkt, dass es bei dem erfindungsgemäßen Prinzip im Wesentlichen darum geht, fein verteilte Öltröpfchen oder Öl-Gas-Moleküle in der Abluft miteinander in Kontakt zu bringen. Gelingt es, zwei Öltröpfchen miteinander in Kontakt zu bringen, wird aufgrund des Prinzips minimierter Oberflächenspannung ein größerer Öltropfen gebildet. Dieser lässt sich leichter aus der Abluft abscheiden als ein kleineres Öltröpfchen, allein aufgrund der gebildeten größeren Masse, die ein Absenken fördert.
Durch das Einbringen hoher kinetischer Energie in den Abluftstrom und der Anordnung einer trichterartigen Verjüngung wird der Prozess der Bildung großer Agglomerationen von Öltröpfchen unterstützt. Die Beladung mit Wasser führt dazu, dass sich eine Öl-Wasser-Emulsion bildet, wobei gleichermaßen Agglomerationseffekte zu Tage treten.
Je größer die erhaltenen Tröpfchen oder Ansammlungen von Öl und Wasser sind, umso leichter lassen sich diese von der verbleibenden Reinluft trennen.
Die Anordnung gekrümmter Wandungsbereiche in der Abscheideeinrichtung führt schließlich dazu, dass bereits eine gewisse Vor-Abscheidung innerhalb der Abscheideeinrichtung selbst stattfindet. Die auf die äußeren Wandungsbereiche auftreffenden Öltröpfchen werden prallplattenartig von den Wandungsbereichen festgehalten und können dann, agglomeriert als größere Öltröpfchen oder als Ölansammlungen, zu der Engstelle geführt bzw. durch den Abluftstrom mitgerissen werden. Im Bereich der Engstelle kann in Fortführung der beschriebenen Effekte zumindest kurzzeitig eine besonders große Agglomeration von Öl und Wasser gebildet werden.
Im Bereich der Erweiterungsstelle ist zunächst eine besonders einfache Trennung des Öls bzw. Wassers von der Restluft, also der Reinluft möglich. Die schweren Bestandteile können in ein Absetzbecken absinken oder hinabfließen. Eine Entmischung der Öl-Wasser-Emulsion von der Reinluft kann aufgrund der Gravitationskraft ohne weiteres erfolgen. Darüber hinaus ist in dem Absetzbecken eine besonders einfache Trennung von Öl und Wasser möglich, da Öl bekanntlich auf dem Wasser aufschwimmt. Die Trennung kann allerdings auch in Strömungsrichtung hinter dem Absetzbecken stattfinden. Das Absetzbecken kann die Erweiterungsstelle über einen Auslass auch mit einem gesonderten Absetzbecken verbinden.
Absetzbecken im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung bezeichnet jedes Behältnis, welches im Bereich der Erweiterungsstelle angeordnet ist, und welches in der Lage ist, eine hinabfließende oder absinkende oder herabfallende Öl-Wasser-Emulsion aufzunehmen und auf diese Weise von der verbleibenden Reinluft durch Schwerkraftwirkung zu trennen.
Besonders vorteilhaft sind die Wandungsbereiche im Wesentlichen schneckenhausartig ausgebildet. Hierdurch können kompakte Bauformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung bei hoher Effizienz erreicht werden.
Es ist möglich, dass sich das Schneckenhaus entlang einer ersten Ebene erstreckt. Eine zweite Anordnung mit schneckenhausartig gekrümmten Wandungsbereichen kann dem ersten Schneckenhaus in Strömungsrichtung nachgeschaltet sein. Dieses zweite Schneckenhaus kann sich gegebenenfalls auch entlang einer zu der ersten Ebene versetzt angeordneten Ebene angeordnet sein.
Vorteilhafterweise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 90° auf. Dies bedeutet, dass der in Krümmungsrichtung außen liegende Wandungsbereich den Abluftstrom entlang einer gekrümmten Bahn von wenigstens 90° führen kann.
Je länger die gekrümmte Bahn, beziehungsweise je größer der Krümmungswinkel, umso höher ist die erzielbare Abscheidung.
Versuche der Anmelderin haben festgestellt, dass in besonders vorteilhafter Weise die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 120° aufweisen.
Weiter vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 150° auf.
Weiter vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 180° auf.
Weiter vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 210° auf.
Weiter vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 240° auf.
Weiter vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 270° auf.
Weiter vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 300° auf.
Weiter vorteilhafter Weise weisen die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 360° auf.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die lichte Weite der Engstelle änderbar. Hierdurch ist eine Optimierung der Reinigungseffizienz in Anpassung an einen besonderen Abluftstrom möglich. Beispielsweise kann die Größe der Öltröpfchen in dem Ölnebel, also der Abluft, berücksichtigt werden, um eine besonders effiziente Reinigung zu erzielen.
Dabei kann beispielsweise der Grundsatz Anwendung finden, dass, je kleiner die Öltröpfchen sind, die in dem Abluftstrom enthalten sind, umso kleiner die lichte Weite der Engstelle eingestellt werden muss.
Vorteilhaft ist eine Verstelleinrichtung zur Änderung der lichten Weite der Engstelle vorgesehen. Die Verstelleinrichtung kann eine manuelle oder gegebenenfalls auch automatische Justage der lichten Weite der Engstelle ermöglichen.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Verstelleinrichtung ein Leitblech, welches mittels eines Stellgliedes verlagerbar ist. Das Stellglied kann beispielsweise von einer Schraube gebildet sein und mit einem freien Ende des Leitbleches zusammenwirken. Das andere, feste Ende des Leitbleches kann an der Außenwandung der gekrümmten Wandungsbereiche der Abscheideeinrichtung festgelegt sein.
Weiter vorteilhaft kommuniziert das Absetzbecken mit gesonderten Auslässen für Wasser und für Öl. Damit kann eine besonders einfache Trennung von Wasser und Öl erzielt werden.
Weiter vorteilhaft steht der Auslass für Wasser zur Erzielung einer Wasserrückführung mit dem Einlass in kommunikativer Verbindung. Hierdurch kann der Wasserkreislauf geschlossen ausgebildet werden.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Reinigung schweißabgashaltiger oder staubhaltiger Abluft.
Schweißabgase und Stäube entstehen bei der Bearbeitung von Werkstücken. Die schweißabgashaltige Abluft muss, gleichermaßen wie die zuvor beschriebene ölhaltige Abluft, gereinigt werden, bevor sie der Außenluft zugeführt werden kann oder der Maschine rückgeführt werden kann.
Der Anmelderin sind Vorrichtungen zur Reinigung staubhaltiger Abluft bekannt, bei denen die Abluftbestandteile in herkömmlichen mechanischen Filtern, z. B. Gewebefiltern oder Fliesfiltern, zurückgehalten werden.
Hiervon ausgehend besteht die Aufgabe der Erfindung in einer Verbesserung der bekannten Vorrichtung.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 17.
Das Prinzip der Erfindung versteht sich am besten in Würdigung der zuvor beschriebenen Ansprüche. Es bestehen analog die gleichen, oben beschriebenen Vorteile, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen werden kann.
Schweißabgashaltige Abluft kann Bestandteile enthalten, die den ölhaltigen Bestandteilen ölhaltiger Abluft ähneln. Die Beladung der Abluft mit Wasser und die besondere geometrische Ausbildung der Abscheideeinrichtung mit gekrümmten, sich trichterartig verjüngenden Wandungsbereichen sowie mit einer Engstelle ermöglichen, dass die Schweißabgasbestandteile zusammen mit dem Wasser in eine Emulsion überführt werden und sich in dem Absetzbecken absetzen können. Damit wird eine besonders einfache Reinigung schweißgashaltiger Abluft mit einem besonders hohen Wirkungsgrad möglich.
Weiterhin können mit der Einrichtung Stäube abgeschieden werden, die in verschiedenen Industriezweigen, wie z. B. die in der Metallindustrie, Baustoffindustrie, Chemieindustrie etc. entstehen. Typische Stäube sind hierbei z. B. Metallstäube, Baustoffe oder Stäube aus anderen chemischen Partikel.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignete sich zur Abscheidung fast aller Arten von Stäuben, wie beispielsweise Schweißrauch, Schleifstaub, staubhaltiger Abluft, die bei der Metallverarbeitung von Werkstücken oder bei der Bearbeitung von Brennstoffen oder in der pharmazeutischen Industrie oder in der Lebensmittelindustrie entstehen.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Vorrichtung zur Reinigung ölhaltiger oder schweißgashaltiger oder staubhaltiger Abluft. Ausgehend von der eingangs beschriebenen Vorrichtung besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die bekannte Vorrichtung in ihrer Wirkungsweise zu verbessern.
Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 18.
Zur Vermeidung von Wiederholungen wird zur Erklärung des erfinderischen Prinzips auf die obigen, analog geltenden Ausführungen verwiesen. Wesentlicher Unterschied ist bei der Vorrichtung nach Anspruch 18, dass die Abluft nicht oder nicht nur mit Wasser beladen wird, sondern eine Beladung mit Stickstoff oder eine andere Kühlung der Abluft erfolgt. Insbesondere wird kalter Stickstoff, beispielsweise von einer Stickstoffquelle kommend, in der der Stickstoff in flüssiger Form gelagert ist, der Abluft zugeführt. Die Beladung der Abluft mit kaltem Stickstoff kann beispielsweise auch zu einer Kondensation der Öl-Gase in der Abluft oder der Schweißabgase in der Abluft führen. Alternative Mittel zum Kühlen der Rohluft und somit zur Kondensation können installiert werden.
In Versuchen hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung die Abluft in besonders vorteilhafter Weise und mit hoher Effizienz reinigen kann.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nicht zitierten Unteransprüchen, sowie anhand der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in den Zeichnungen.
In den Figuren zeigen:
1 in einer sehr schematischen, blockschaltbildartigen Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 den in 1 gestrichelt umrandeten Bereich in einer vergrößerten Darstellung,
3 in einer perspektivischen schematischen Ansicht ein alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
4 in einer schematischen Darstellung analog zu 3 die Vorrichtung der 3 in einer teilgeschnittenen, schematischen, perspektivischen Ansicht, wobei ein Bereich etwa oberhalb der in 3 mit IV bezeichneten Schnittebene der Übersichtlichkeit halber weggelassen worden ist,
5 die Vorrichtung der 4 in Draufsicht gemäß Ansichtspfeil V,
6 in einer vergrößerten Teildarstellung einen Ausschnitt aus 5, etwa entlang dem Teilkreis VI, und
7 in einer blockschaltbildartigen Funktionsdarstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die in ihrer Gesamtheit in den Fig. mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung ölhaltiger Abluft wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen beschrieben. Der Figurenbeschreibung sei vorausgeschickt, dass der Übersichtlichkeit halber gleiche oder vergleichbare Teile oder Elemente mit gleichen Bezugszeichen, teilweise unter Hinzufügung kleiner Buchstaben, bezeichnet worden sind.
Ausweislich der schematischen Funktionsskizze der 1 dient die Vorrichtung 10 der Reinigung ölhaltiger Abluft, die von einer Maschine 11 kommt. In der Maschine 11 werden Werkstücke bearbeitet, beispielsweise spangebend oder spanlos. Öle oder sonstige Schmierstoffe werden bei der Werkstückbearbeitung eingesetzt. Ein Abluftrohr 12 verbindet die Maschine 11 mit der Vorrichtung 10. Ein nicht dargestelltes Gebläse oder eine sonstige Strömungsmaschine sorgt für die gewünschte Strömung.
Die Vorrichtung 10 umfasst eine Abscheideeinrichtung 13, die schneckenhausartig oder zyklonartig gebildet ist. Die Struktur des Zyklon 14 ist in den 1 und 2 lediglich grob angedeutet, und besser beispielsweise aus den 4 und 5, die ein anderes Ausführungsbeispiel zeigen, ersichtlich.
1 macht aber bereits deutlich, dass das Abluftrohr 12 in einen Zyklon 14 mündet. Der Zyklon 14 umfasst einen äußeren Wandungsbereich 15 oder eine Außenwand 15 und einen inneren Wandungsbereich 16 oder eine Innenwand 16. Die Außenwand 15 und die Innenwand 16 sind gekrümmt ausgebildet. Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 erstreckt sich der Krümmungswinkel um etwa 270°. Bei dem Ausführungsbeispiel der 5 erstreckt sich der Krümmungswinkel α gleichermaßen über etwa 270°.
Als Krümmungswinkel wird derjenige Winkel bezeichnet, der sich bezogen auf die Krümmungsachse 42 (5) zwischen der Einströmrichtung E bei Beginn der trichterartigen Verjüngung und der Ausströmrichtung A hinter der Engstelle 17 ergibt.
Ausweislich 2 ist die Außenwand 15 kontinuierlich gekrümmt. Die Innenwand 16 ist gleichermaßen kontinuierlich gekrümmt, wobei, wie dies beispielsweise 5 zeigt, auch denkbar ist, dass die Innenwand 16 entlang eines Kreisbogens verläuft.
Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform verläuft die Außenwand 15 entlang eines Kreisbogens, wobei die Innenwand 16 eine Spirale bildet.
Entscheidend ist, dass sich der Querschnitt des Strömungskanals innerhalb der Abscheideeinrichtung 13, also die lichte Weite, kontinuierlich verringert. Hierzu muss der Abstand D zwischen der Außenwand 15 und der Innenwand 16 kontinuierlich abnehmen.
2 zeigt deutlich eine Engstelle 17. Im Bereich der Engstelle 17 ist die lichte Weite 19 der Abluftleitung deutlich geringer als die lichte Weite 18 des Abluftrohres 12 im Bereich der Mündung der Abscheideeinrichtung 13. Die Engstelle 17 stellt somit das Trichterende dar.
In Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Engstelle 17 befindet sich eine Erweiterungsstelle 23. Hierzu sei angemerkt, dass der Erweiterungsstelle 23 ein Absetzbecken 34 zugeordnet ist. Die 1 und 2 zeigen die geometrische Situation aber lediglich schematisch. Während die Krümmung des Zyklon 14 um eine Krümmungsachse 42 dargestellt ist, die senkrecht zur Papierebene der 2 steht, ist das Absetzbecken 24 entgegen der Darstellung der 2 in Blickrichtung des Betrachters hinter der Papierebene der 2 angeordnet. Dies wird bei der späteren Beschreibung der 3 bis 7 noch deutlicher werden.
Bereits jetzt sei aber angemerkt, dass die Krümmungsachse bei allen Ausführungsformen vorteilhaft entlang der Wirkungsrichtung W der Schwerkraft ausgerichtet ist, und sich die gekrümmten Wandungsbereiche vorteilhaft entlang einer im Wesentlichen horizontalen Ebene erstrecken. Das Absetzbecken 24 der Erweiterungstelle 23 ist entgegen der Darstellung der 1 und 2 vorzugsweise unterhalb der Engstelle 17 angeordnet, um ein Hinabfliessen oder fallen der Öl-Agglomerationen zu ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 sei angemerkt, dass in Strömungsrichtung vor der Abscheideeinrichtung 13, oder in deren Mündungsbereich, ein Einlass 20 für eine Wasserzufuhr angeordnet ist.
Die Funktionsweise der Vorrichtung der 1 versteht sich gemäß einer ersten Betrachtung wie folgt:
Ausgehend von der Maschine 11 gelangt ölhaltige Abluft durch das Abluftrohr 12 zu der Abscheideeinrichtung 13. Durch einen Einlass 20 wird Wasser zugeführt, welches entlang der Strömungsrichtung des Pfeils 22 in den Abluftstrom (sogenannter Rohgasstrom) eingeführt wird.
Die Abluft, beziehungsweise die mit Wasser beladene Abluft, folgt entlang der Richtung der Strömungspfeile 21a, 21b, 21c dem geometrischen Verlauf der Wandungen 15, 16.
Im Bereich einer Erweiterungsstelle 23 hinter der Engstelle 17 ist ein Absetzbecken 24 angeordnet, in dem sich eine Öl-Wasser-Emulsion ansammelt.
Die gereinigte Abluft, die sogenannte Reinluft, kann durch ein Reinluftrohr 34 in Richtung des Strömungspfeils 21d entweichen. Die Öl-Wasser-Emulsion kann von dem Absetzbecken 24 durch einen Absetzauslass 27 abgeführt werden. Das Absetzbecken 24 kann hierzu regelmäßig oder kontinuierlich entleert werden.
Die physikalische Wirkungsweise zur Reinigung der Abluft ist wie folgt:
2 veranschaulicht beispielhaft mit 28 bezeichnete Öltröpfchen, die fein verteilt in der Abluft, als sogenannter Ölnebel, auftreten können.
Wasserbestandteile, also beispielsweise Wassertröpfchen und/oder Wasserdampfmoleküle sind durch die Kreuzchen 29 angedeutet.
Die mit Wasser beladene Abluft gelangt entlang des Strömungspfeils 21a in den Mündungsbereich der Abscheideeinrichtung 13. Aufgrund der Krümmung der Außenwand 15 wird die Abluft auf eine gekrümmte Bahn gezwungen.
Eine Vielzahl der Öltröpfchen 28 trifft aus Gründen der Massenträgheit auf die Außenwand 15 und kann dort haften bleiben. Dabei kommt es zur Bildung von Agglomerationen. Eine derartige Ansammlung vieler Öltröpfchen ist in 2 mit 30 bezeichnet. Diese großen Öltröpfchen fließen entlang dem Bewegungspfeil 31 an der Innenseite der Außenwand 15 entlang. Sie werden durch den Abgasstrom mitgerissen, beziehungsweise auch durch die Wassertröpfchen 29 mitgespült.
Auch im weiteren Verlauf der Innenseite der Außenwand 15 zwischen dem mit 30 bezeichneten Bereich und der Engstelle 17 kommt es zur Bildung von Agglomerationen von Öltröpfchen an der Außenwand 15. Diese weiteren Agglomerationen sind aus gründen der Übersicht in den Figuren nicht dargestellt.
Im Bereich der Engstelle 17 ist die Strömungsgeschwindigkeit der Abluft aufgrund der Querschnittsverengung deutlich erhöht. Im Bereich der Engstelle 17 befindet sich daher besonders viel Bewegungsenergie oder kinetische Energie in der Abluft. Hierdurch kommt es zur Bildung eines Öl-Wasser-Gemisches, also einer Öl-Wasser-Emulsion. Hier werden insbesondere Partikel emulgiert die sich in der Gasphase befinden.
Die Emulsionsbildung führt zur Bildung großer, klumpenartiger oder tröpfchenartiger Ansammlungen von Öl und Wasser.
Die so gebildeten großen Tröpfchen können sich bei Erreichen der Erweiterungsstelle 23 leicht absetzen. Hier findet aufgrund der Gravitationskraft eine Trennung der leichten Luft und der schweren Tröpfchen statt. Unmittelbar bei Erreichen der Erweiterungsstelle 23 kann die Wasser-Öl-Emulsion nach unten fallen oder entlang von Wandungsbereichen nach unten fließen. Die von den Öltröpfchen und den Wassertröpfchen gereinigte Abluft, die nunmehr als Reinluft bezeichnet werden kann, kann durch das Reinluftrohr 34 entlang der Richtung des Strömungspfeiles 21d entweichen.
Die zuvor beschriebene Wirkungsweise ermöglicht neben der Bildung großer Öl- oder Wassertröpfchen aufgrund des Anhaftens von Tröpfchen aneinander, auch das Reinigen der Abluft von Öl-Gasen oder gegebenenfalls auch von Schweißabgasen beziehungsweise Staubpartikeln. Durch Einbringung hoher kinetischer Energien im Bereich der Engstelle 17 in die Abluft binden sich die Gasmoleküle vorteilhaft an die Flüssigkeitsmoleküle. Hierdurch kann eine effiziente Abgasreinigung erfolgen.
Die 1 und 2 lassen des Weiteren noch erkennen, dass sich die Öl-Wasser-Emulsion 25 in dem Absetzbecken 24 absetzt. Eine Entnahme der Emulsion kann durch die Absetzleitung 27 erfolgen, z. B. regelmäßig oder kontinuierlich. Alternativ können Öl und Wasser, gegebenenfalls nach einer Stillstandszeit, die für einen Entmischung der Öl-Wasser-Emulsion abgewartet werden muss, aber auch getrennt abgeführt werden, was aufgrund der unterschiedlichen Dichten dieser Materialien ohne weiteres möglich ist.
Die 3 bis 6 veranschaulichen bei einem alternativen Ausführungsbeispiel den zyklon- oder schneckenhausartigen Aufbau der Abscheideeinrichtung 13: Hier lässt sich zunächst im Unterschied zu der perspektivischen Darstellung der 1 und 2 deutlich erkennen, dass die zyklonartige Ausbildung der Wände 15 und 16 entlang einer Ebene erfolgt, die senkrecht zur Wirkungsrichtung W der Gravitationskraft steht. Die Wirkungsrichtung der Gravitationskraft stellt insoweit die Krümmungsachse 42 bereit.
5 verdeutlicht, dass die Außenwand 15 des Zyklons 14 entlang einer Spiralbahn und die Innenwand 16 entlang eines Kreisbogens geführt sein kann. Die Verringerung des Abstandes D zwischen Außenwand 15 und Innenwand 16 kann insoweit kontinuierlich erfolgen.
In Strömungsrichtung hinter der Engstelle 17 befindet sich der Erweiterungsraum 23. Dieser kann unter Bezugnahme auf 7 derartig beschaffen sein, dass ein Außenrohr 43 und ein Innenrohr 44 vorgesehen sind.
Der Ringraum 45 zwischen Außenrohr 43 und Innenrohr 44 stellt auf diese Weise die Erweiterungsstelle 23 oder den Erweiterungsraum 23 bereit.
Sobald die Öl-Wasser-Emulsion und die Abluft die in 7 nicht dargestellte Engstelle 17 passiert hat, kann die Öl-Wasser-Emulsion in Wirkungsrichtung W der Gravitationskraft hinabfallen, beziehungsweise an der Innenseite 46 des Außenrohres 43 hinabgleiten oder fließen.
7 deutet an, dass die Öl-Wasser-Emulsion entlang der Bewegungsrichtungen 33 hinabfallen oder die Innenwand 46 hinabfließen kann, um sich an dem unteren Bereich oder Fußbereich des Außenrohres 43, welches das Absetzbecken 24 bereitstellt, bei 25 zu sammeln.
Die gereinigte Abluft, die sogenannte Reinluft, trifft, wie dies durch die Strömungsrichtungspfeile 41 in 7 angedeutet ist, zunächst auf ein Umlenkblech 40 und kann anschließend durch das Innenrohr 44 entgegen der Richtung W der Wirkungsrichtung der Gravitationskraft entweichen. Das Innenrohr 44 stellt schließlich das Reinluftrohr 34 bereit oder geht in dieses über.
Ein optional vorgesehener nachgeschalteter Filter 47 kann im Falle eines Ausfalles als zusätzliche Sicherheitsstufe bei Bedarf eingeschaltet werden.
Aus den 5 und 6 ergibt sich eine an der Engstelle 17 angeordnete Verstelleinrichtung 48, die ein Stellglied in Form einer Schraube 36 aufweist. Die Schraube 36 greift mit ihrem Ende 49 in das freie Ende eines Leitbleches 35 ein. Das Leitblech 35 ist in einem Bereich 37 an die Außenwand 15 fest angebunden.
Durch Betätigung der Schraube 36 kann das Leitblech 35 unterschiedlich weit auf die Innenwandung 16 zu bewegt oder von dieser weg bewegt werden. Mit anderen Worten ist die lichte Weite 19 der kanalartigen Verengung 17 auf diese Weise einstellbar.
Die an der Außenwand entstandenen Agglomerate werden durch das Leitblech erneut in den Luftstrom eingelenkt. Diese Agglomerate binden an der Verengungsstelle durch die hohe kinetische Energie Gaspartikel.
Die Verstelleinrichtung 48 kann zur Einstellung der lichten Weite 19 betätigt werden, um eine Anpassung an unterschiedliche Größen der Öltröpfchen in dem Abluftstrom zu erzielen.
7 zeigt in einem blockschaltbildartigen Funktionsschaltbild, dass die Maschine 11 über das Abluftrohr 12 mit der Abscheideeinrichtung 13 verbunden ist. 7 zeigt des Weiteren, dass das Absetzbecken 24 über eine Wasserleitung 38 mit dem Wassereinlass 20 verbunden sein kann. Außerdem kann das Absetzbecken 24 über einen Ölauslass 39 mit einem Ölsammelbecken 50 verbunden sein.
Da Öl leichter ist als Wasser und auf dem Wasser schwimmt, kann die Wasserleitung 38 über das angedeutete Ventil 51 unterhalb des Ölauslasses 39 an dem Absetzbecken 34 angreifen.
Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung wird die Öl-Wasser-Emulsion 25 über die Leitung 52 einer gesonderten Absetzeinrichtung 53 zugeführt, um dort eine Trennung von Wasser und Öl zu erzielen.
Entscheidend ist allerdings, dass 7 einen geschlossenen Wasserkreislauf andeutet, derart, dass ein Wasserauslass 51 des Absetzbeckens 24 mit einem Wassereinlass 20 verbunden ist.
Weiter sei angemerkt, dass die zuvor beschriebene Funktionsweise der Vorrichtung 10 neben einer Reinigung ölhaltiger Abluft auch eine Reinigung schweißabgashaltiger Abluft zulässt. Schweißabgase oder Staubpartikel können auf gleiche Weise aus der Abluft herausgefiltert werden.
Schließlich sei erwähnt, dass anstelle oder zusätzlich zu einer Beladung der Abluft mit Wasser im Bereich des Einlasses 20 auch kalter Stickstoff, insbesondere von einer Flüssig-Stickstoff-Quelle kommend, der Abluft zugeführt werden kann. Insbesondere kann unter Zuhilfenahme kalten Stickstoffes oder eines anderen geeigneten Kältemittels, erreicht werden, dass die Gas-, Öl- oder Schweiß-Abgas-Bestandteile der Abluft zu einer Kondensation gezwungen, und auf diese Weise erleichtert aus der Abluft herausgefiltert werden können. Weitere alternative Kältemittel können eingesetzt werden.
Schließlich sei ergänzend angemerkt, dass die Zuführung von Wasser im Bereich des Einlasses 20 sowohl die Zuführung von Wasser in flüssiger Form als auch in Form von Wasserdampf umfasst.

Claims

Vorrichtung (10) zur Reinigung ölhaltiger Abluft, umfassend ein Abluftrohr (12), das die Abluft von einer Maschine (11) kommend zu einer Abscheideeinrichtung (13) leitet, wobei die Abscheideeinrichtung gekrümmte, sich trichterartig verjüngende Wandungsbereiche (15, 16) zur Luftleitung aufweist, die die Abluft entlang einer gekrümmten Bahn einer Engstelle (17) zuführen, wobei in Strömungsrichtung vor den Wandungsbereichen ein Einlass (20) zur Beladung der Abluft mit Wasser angeordnet ist, und wobei sich in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Engstelle eine Erweiterungsstelle (23) mit einem Reinluftauslass (34) und einem Absetzbecken (24) befindet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsbereiche schneckenhausartig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 90° aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 120° aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 150° aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 180° aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 210° aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 240° aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 270° aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 300° aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandungsbereiche eine Krümmung von mindestens 360° aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichte Weite (19) der Engstelle (17) änderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verstelleinrichtung (48) zur Einstellung der lichten Weite (19) der Engstelle vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung ein Leitblech (35) umfasst, welches mit einem Stellglied (36) verlagerbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Absetzbecken (24) mit gesonderten Auslässen (38, 39) für Wasser und für Öl kommuniziert.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (38) für Wasser zur Erzielung einer Wasserrückführung in kommunikativer Verbindung mit dem Einlass (20) steht.
Vorrichtung (10) zur Reinigung schweißabgashaltiger oder staubhaliger Abluft, insbesondere nach einem der vorgenannten Ansprüche, umfassend ein Abluftrohr (12), das die Abluft von einer Maschine (11) kommend zu einer Abscheideeinrichtung (13) leitet, wobei die Abscheideeinrichtung gekrümmte, sich trichterartig verjüngende Wandungsbereiche (15, 16) zur Luftleitung aufweist, die die Abluft entlang einer gekrümmten Bahn einer Engstelle (17) zuführen, wobei in Strömungsrichtung vor den Wandungsbereichen ein Einlass (20) zur Beladung der Abluft mit Wasser angeordnet ist, und wobei sich in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Engstelle eine Erweiterungsstelle (23) mit einem Reinluftauslass (34) und einem Absetzbecken (24) befindet.
Vorrichtung (10) zur Reinigung ölhaltiger oder schweißabgashaltiger oder staubhaltiger Abluft, insbesondere nach einem der vorgenannten Ansprüche, umfassend ein Abluftrohr (12), das die Abluft von einer Maschine (11) kommend zu einer Abscheideeinrichtung (13) leitet, wobei die Abscheideeinrichtung gekrümmte, sich trichterartig verjüngende Wandungsbereiche (15, 16) zur Luftleitung aufweist, die die Abluft entlang einer gekrümmten Bahn einer Engstelle (17) zuführen, wobei in Strömungsrichtung vor den Wandungsbereichen eine Kühlung der Abluft erfolgt, und wobei sich in Strömungsrichtung unmittelbar hinter der Engstelle eine Erweiterungsstelle (23) mit einem Reinluftauslass (34) und einem Absetzbecken (24) befindet.
Vorrichtung (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung der Abluft vor den Wandungsbereichen ein Einlass (20) zur Beladung der Abluft mit Stickstoff angeordnet ist.