DE69932051T2

DE69932051T2 - Verfahren und anlage zum reinigen von gasen einer verbrennungsmaschine

Info

Publication number: DE69932051T2
Application number: DE69932051T
Authority: DE
Inventors: Leonard Borgström; Göran Claes CARLSSON; Peter Franz N; Claes Inge; Torgny Lagerstedt; Hans Moberg; Stefan Szepessy; Tommy Myrvang
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 1998-05-04
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2019-04-29
Also published as: EP1085945B1; NO20005536D0; WO1999056883A1; US6536211B1; JP2002513879A; CN1096889C; EP1085945A1; BR9910188A; KR20010052300A; US6751951B2; NO321477B1; AU4402299A; CN1300240A; NO20005536L; US20030097835A1; PL344361A1; SE9801567D0; DE69932051D1; KR100577664B1; PL195398B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Reinigen von Gasen, die durch einen Verbrennungsmotor erzeugt wurden, von festen und/oder flüssigen darin befindlichen Schwebeteilchen. Bei solchen Gasen handelt es sich sowohl um Verbrennungsgase, die den Motor durch sein normales Abgasrohr verlassen, als auch z.B. um so genannte Kurbelgehäusegase, das heißt Verbrennungsgase, die durch das Kurbelgehäuse des Motors freigegeben werden, in das sie von den Motorenzylindern über die Kolbenringe der Motorenkolben gepresst worden sind. Kurbelgehäusegase müssen freigegeben werden, damit sie nicht einen zu hohen Gasdruck im Kurbelgehäuse verursachen, und sie enthalten zusätzlich zu Verbrennungsprodukten wie etwa Rußteilchen einen Anteil von Öltropfen, die vom Ölstaub mitgeführt wurden, der während des Betriebs des Verbrennungsmotors gebildet wurde und deshalb im Kurbelgehäuse vorhanden ist.
Zum Reinigen von Gasen dieser Art sind schon verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden, mit denen die Gase in eine Drehbewegung versetzt werden, sodass die darin befindlichen Schwebeteilchen durch Zentrifugalkraft abgetrennt werden können. So ist etwa vorgeschlagen worden, dass die Gase durch einen Zyklonenabscheider strömen sollten, der einen oder mehrere tangentiale Einlässe für die Gase hat, oder durch eine Kammer eines stationären Gehäuses, wo sie mittels eines zentralen Antriebsrades, das mit Flügeln oder anderen Mitreißelementen versehen ist, in eine Rotation versetzt werden, wie es z.B. aus der US-A-1,950,586 oder der DE 43 11 906 A1 entnehmbar ist. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, dass die Gase durch Kanäle oder durch eine Trennkammer mit einem Drehelement strömen sollten, das auf die eine oder andere Weise über den Verbrennungsmotor angetrieben wird. Gemäß einem dieser Vorschläge würde ein Drehelement dieser Art über ein rotierendes Teil des Verbrennungsmotors angetrieben werden, wie es z.B. in der EP 0 736 673 A1 , der DE 196 07 919 A1 und der US 4,329,968 gezeigt ist. Gemäß einem anderen Vorschlag würde das Drehelement über die kinetische Energie der Gase betrieben werden, die vom Verbrennungsmotor produziert worden sind und die gereinigt werden sollen, wie z.B. in der GB 1 465 820 und der DE 35 41 204 A1 gezeigt.
In der DE 4311 906 A1 , auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 basiert, werden Kurbelgehäusegase in einem Raum in Rotation versetzt, der zwischen einem Gehäuse und dem Äußeren eines Rotors eingeschlossen wird, der eine Ölzentrifuge bildet und durch den Motoröldruck betrieben wird. Diese Konstruktion liefert jedoch nur eine geringe Trennausbeute, was die Kurbelgehäusegase anbelangt.
Die oben erwähnten Vorschläge zum Reinigen von Gasen, die von einem Verbrennungsmotor produziert worden sind, haben alle Nachteile im Hinblick auf ihre Effizienz bei der Reinigung der Gase und/oder ihre Brauchbarkeit, da es oft wünschenswert wäre, die Ausrüstung zum Reinigen von Gasen an einem vom Verbrennungsmotor beabstandeten Ort vorzusehen.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen von Gasen vorgeschlagen, die durch einen Verbrennungsmotor erzeugt wurden, von festen und/oder flüssigen darin befindlichen Schwebeteilchen, wobei die Gase durch einen Abtrennraum geleitet werden, wo die Gase durch ein Rotationselement in Rotation versetzt werden, sodass die Teilchen von den Gasen durch Zentrifugalkraft getrennt werden, wobei der Verbrennungsmotor zum Erzeugen eines Druckfluidums verwendet wird, das ein anderes ist als dasjenige, das von in der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors komprimierten Abgasen erzeugt wird, wobei das Druckfluidum zum Antreiben des Rotationselementes verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationselement eine im allgemeinen hohle Konfiguration mit einem Stapel von kegelstumpfförmigen Scheiben aufweist, die im Rotationselement befestigt sind und sich durch den Trennraum von radial inneren zu radial äußeren Rändern erstrecken, und dass die Gase in eine Strömung durch die Zwischenräume zwischen den Scheiben nach außen in eine Richtung von den Innenkanten der Scheiben zu den Außenkanten der Scheiben versetzt werden.
Durch das Verfahren nach der Erfindung wird erstens erreicht, dass eine effektive Form eines Zentrifugenrotors verwendet wird, wobei ein Zentrifugenrotor über ein Druckfluidum angetrieben wird, was eine sehr hohe Drehgeschwindigkeit und die Anordnung der Vorrichtung am bestmöglichen Ort innerhalb oder in der Nähe des Verbrennungsmotors erlaubt.
Normalerweise komprimiert ein Verbrennungsmotor Fluide unterschiedlicher Art für seinen eigenen Bedarf. So werden z.B. Treibstoff, Schmieröl und Kühlwasser komprimiert. Dies wird mit Pumpen erreicht, die auf die eine oder andere Weise über die Energie des Verbrennungsmotors betrieben werden. Weiterhin wird in gewissen Fällen die Luft, die der Verbrennungskammer des Motors zugeführt worden ist, mittels eines Kompressors komprimiert. Normalerweise erfolgt der Antrieb dabei durch die Abgase, die den Verbrennungsmotor verlassen.
Entsprechend verschiedener Modifikationen der Erfindung können Fluide, die auf diese Weise komprimiert worden sind, für den Betrieb des Rotationselements in der oben erwähnten Zentrifuge verwendet werden. Der Betrieb des Rotationselementes kann erreicht werden mittels eines Turbinenrades oder eines ähnlichen Elementes, das – direkt oder über ein Getriebe – mit dem Rotationselement der Zentrifuge verbunden ist. Ein Betrieb dieser Art kann unabhängig davon erreicht werden, ob das komprimierte Fluidum aus einer Flüssigkeit oder aus einem Gas besteht. Der Antrieb kann alternativ über einen hydraulischen oder pneumatischen Motor der einen oder anderen Art erreicht werden.
Eine Art, das Rotationselement anzutreiben, besteht darin, das gesamte oder einen Teil des komprimierten Fluidums in ein drehbares Gehäuse zu leiten, das direkt – oder indirekt über ein Getriebe – mit dem Rotationselement verbunden ist, wobei mindestens ein Teil des Fluidums durch einen Auslass aus dem Gehäuse getrieben wird, der so in Bezug auf eine Drehachse platziert und gerichtet ist, um die sich das Gehäuse dreht, dass das den Auslass verlassende Fluidum das Gehäuse und das Rotationselement in eine Drehbewegung versetzt. Diese Antriebsmethode kann unabhängig davon benutzt werden, ob das Druckfluidum aus einem Gas oder einer Flüssigkeit besteht.
Insbesondere im Zusammenhang mit Dieselmotoren ist es gebräuchlich, dass das Schmieröl dadurch gereinigt wird, dass eine Teilströmung des Schmieröles, das durch die relevanten Schmierorte im Motor gepumpt wird, durch eine so genannte reaktionsbetriebene Zentrifuge betrieben wird. Eine Zentrifuge dieser Art hat einen Rotor, in den das druckbeaufschlagte Schmieröl eingeführt wird, einen oder mehrere Auslässe für das Schmieröl, das den Rotor verlässt, die so angeordnet und gerichtet sind, dass der Rotor als Konsequenz des Herausströmens des Schmieröles in eine Rotation versetzt und in ihr gehalten wird. Nach einer besonderen Anwendung der Erfindung kann eine Zentrifuge dieser Art für Schmieröl zum Antreiben des Rotationselementes in der oben erwähnten Zentrifuge zum Reinigen von Gasen vom Verbrennungsmotor verwendet werden. Das Rotationselement kann somit in geeigneter Weise vom Rotor in der Zentrifuge für das Schmieröl getragen oder durch ihn angetrieben werden.
Es ist natürlich möglich, innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung den Verbrennungsmotor zum Komprimieren eines Fluidums zu verwenden, das ausschließlich für den Betrieb des Rotationselementes gedacht ist, oder zumindest nicht für irgendeinen anderen Bedarf des Motors verwendet wird. Der Verbrennungsmotor kann daher an den Betrieb eines Elektrogenerators angepasst werden, wobei die von diesem Elektrogenerator herrührende Elektrizität zur Kompression eines Fluidums verwendet wird. Z.B. kann ein elektrisch betriebener Kompressor zur Komprimierung von Luft, die zum Betrieb des Rotationselementes vorgesehen ist, mit einem Elektrogenerator dieser Art gekoppelt sein.
Die Erfindung sieht auch eine Vorrichtung zum Reinigen von Gasen vor, die von einem Verbrennungsmotor produziert werden, von darin befindlichen festen und/oder flüssigen Schwebeteilchen, umfassend eine Zentrifuge mit einem Rotor, der um eine Rotationsachse drehbar ist, sowie ein Gasleitelement zum Leiten der Gase vom Verbrennungsmotor in einen Trennraum, wo die Gase durch die Rotation des Rotors in eine Rotation versetzt werden, eine Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Rotors in einer Rotation mittels eines Druckfluidums, das durch eine vom Verbrennungsmotor betriebene Druckvorrichtung zum Erzeugen eines anderen Druckfluidums erzeugt wurde als dasjenige, das durch Abgase erzeugt wird, die in einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors komprimiert worden sind, wobei Leitelemente zum Leiten des Druckfluidums vorgesehen sind, um das Druckfluidum von der Komprimiervorrichtung an die Antriebsvorrichtung zur Rotation des Rotors zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor eine im allgemeinen hohle Kon figuration mit einem Stapel von kegelstumpfförmigen Scheiben aufweist, die im Rotor befestigt sind, und dass Trennzwischenräume zwischen den Scheiben definiert sind, so dass die Gase durch die Zwischenräume in Richtung von den Innenkanten zu den Außenkanten der Scheiben strömen.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. 1 bis 4 zeigen schematisch einen Verbrennungsmotor und eine Zentrifuge zum Reinigen von so genannten Kurbelgehäusegasen, die den Verbrennungsmotor verlassen, und zeigen verschiedene Antriebsquellen zum Antreiben eines Rotors in der Zentrifuge nach der Erfindung.
5 zeigt eine besondere Vorrichtung einer Zentrifuge zum Reinigen von Gasen, die von einem Verbrennungsmotor herrühren, in Kombination mit einer reaktionsbetriebenen Zentrifuge zum Reinigen von Schmieröl.
Die 6 und 7 zeigen schematisch unterschiedliche weitere Arten von Zentrifugen zur Gasreinigung in Übereinstimmung mit der Erfindung.
Jede der 1 bis 4 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor 1 und eine Zentrifuge 2 zum Reinigen von Gasen, die vom Verbrennungsmotor 1 erzeugt worden sind. Der Motor 1 hat vier Zylinder 3, die durch eine Leitung 4 mit Luft beliefert werden und Verbrennungsabgase durch eine Abgasleitung 5 abgeben. Die Zufuhr von Treibstoff an die Zylinder 3 ist nicht in 1 bis 3 gezeigt, ist aber schematisch in 4 dargestellt. Der Motor 1 weist weiterhin ein Kurbelgehäuse 6 auf, das teilweise mit Schmieröl gefüllt ist. In dieses Kurbelgehäuse 6 treten gewisse Verbrennungsgase ein, die die Kolbenringe der Motorzylinder 3 passieren und die aus dem Kurbelgehäuse entfernt werden müssen. Diese so genannten Kurbelgehäusegase werden durch eine Leitung 7 abgeleitet, die sich in die Zentrifuge 2 öffnet.
Die Abgase, die die Zylinder 3 durch die Leitung 5 verlassen, werden weiter durch eine so genannte Turboeinheit 8 durchgeleitet, in der sie einen Kompressor 9 antreiben, der zur Kompression von Luft dient. Diese Luft tritt in den Kompressor durch eine Einlassleitung 10 ein und wird aus dem Kompressor durch eine Auslassleitung 11 in die oben erwähnte Leitung 4 gepresst, die die komprimierte Luft an die Zylinder 3 leitet. Ein Filter 12 ist in der Einlassleitung 10 zur Reinigung der einströmenden Luft vorgesehen. Kurbelgehäusegase, die in der Zentrifuge 2 von Teilchen gereinigt worden sind, treten in die Einlassleitung 10 für Luft durch eine Leitung 13 ein, die stromabwärts des Filters 12 verbunden ist.
1 zeigt eine Anlage, in der die Zentrifuge 2 durch einen Teil der komprimierten Luft angetrieben wird, die vom Kompressor 9 erzeugt wurde. Somit beginnt eine Antriebsluftleitung 14, die sich in die Zentrifuge 2 öffnet, bei der Kompressorauslassleitung 11.
2 zeigt eine Anlage, in der die Zentrifuge 2 mit komprimiertem Schmieröl betrieben wird. Es ist somit eine Schmierölpumpe 16 gezeigt, die vom Kurbelgehäuse 6 durch eine Leitung 17 mit Schmieröl versorgt wird und die dieses Schmieröl sowohl durch eine Leitung 18 an verschiedene Schmierorte im Verbrennungsmotor 1 als auch durch eine Leitung 19 an die Zentrifuge 2 für deren Betrieb geleitet wird. Durch eine Leitung 20 wird das Öl aus der Zentrifuge 2 wieder dem Kurbelgehäuse 6 zugeführt.
3 zeigt eine Anlage, in der die Zentrifuge 2 über komprimiertes Kühlwasser betrieben wird. Es ist daher eine Kühleinheit 21, die von Kühlwasser zu deren Kühlung durchströmt wird, schematisch gezeigt. Eine Wasserpumpe 22 wird von der Kühleinheit 21 über eine Leitung 23 mit gekühltem Wasser versorgt und pumpt dieses Wasser durch eine Leitung 24 an verschiedene Kühlor te innerhalb des Motors 1. Durch nicht gezeigte Kanäle im Motor 1 wird das Kühlwasser dann an die Kühleinheit 21 zurückgeführt. Durch eine Leitung 25, die an der Leitung 24 beginnt, wird ein Teil des Kühlwassers auch in die Zentrifuge 2 zum Betrieb der letzteren gepumpt. Dieses Kühlwasser wird durch eine Leitung 26 an die Ansaugseite der Pumpe 22 zurückgeführt.
4 zeigt eine Anlage, in der die Zentrifuge über komprimierten Treibstoff, z.B. Heizöl, angetrieben wird, der für den Betrieb des Motors vorgesehen ist. Es ist somit schematisch ein Treibstofftank 27 gezeigt, aus dem eine Treibstoffpumpe 28 durch eine Leitung 29 mit Treibstoff versorgt wird und diesen weiter durch eine Leitung 30 an den Motor 1 pumpt. Durch eine Zweigleitung 31 der Leitung 30 wird ein Teil des Treibstoffs an die Zentrifuge 2 für deren Betrieb gepumpt. Dieser Treibstoff wird über eine Leitung 32 an den Treibstofftank 27 zurückgeführt.
In jeder der Anlagen nach 1 bis 4 wird die Zentrifuge durch ein Druckfluidum betrieben, dessen Druck mittels des Verbrennungsmotors 1 erzeugt wurde. Die Pumpen 16, 22 und 28 dienen somit zum Antrieb des Verbrennungsmotors 1 auf die eine oder andere Weise. Die Antriebsvorrichtung, die dann für den Betrieb der Zentrifuge verwendet wird, kann von irgendeiner geeigneten Art sein. Z.B. kann eine Art eines hydraulischen oder pneumatischen Drehmotors verwendet werden. Alternativ kann ein Turbinenrad durch das Druckfluidum in eine Drehbewegung versetzt und mit dem Rotor der Zentrifuge verbunden oder über ein Getriebe gekoppelt sein. Alternativ kann der Rotor von einer Reaktionskraft angetrieben werden, die erzeugt wird, wenn das Druckfluidum einen drehbaren Körper durch geeignet gestaltete Auslassdüsen verlässt. In den 1 bis 4 wird der Rotor der Zentrifuge mit R bezeichnet und die Antriebsvorrichtung oder der Motor wird mit M bezeichnet.
5 zeigt eine besondere Ausführungsform einer Zentrifuge und ebenso eine besondere Antriebsvorrichtung für den Rotor der Zentrifuge.
Die Vorrichtung in 5 umfasst ein stationäres Gehäuse, das aus einem unteren Gehäuseteil 39 und einem oberen Gehäuseteil 40 besteht. Innerhalb des Gehäuses wird eine Kammer 41 begrenzt, in der ein Rotor 42 angeordnet ist. Der Rotor wird bei 43 im unteren Gehäuseteil 39 gelagert, sodass er um eine vertikale Drehachse drehbar ist.
Der Rotor 42 dient sowohl zum Reinigen von Schmieröl, das zum Schmieren des Verbrennungsmotors 1 nach 2 dient, als auch zum Reinigen von Kurbelgehäusegasen, die vom selben Verbrennungsmotor 1 nach 2 herrühren. Der Rotor 42 wird über den Druck des Schmieröles betrieben, das von der Schmierölpumpe 16 durch die Leitung 19 in 2 zugeführt wird. Die Leitung 19 öffnet sich in einen Einlasskanal 44 im unteren Gehäuseteil 39 in 5. Weiterhin empfängt der untere Gehäuseteil 39 in 5 durch einen Gaseinlass 45 Kurbelgehäusegase, die der Zentrifuge durch die Leitung 7 in 2 zugeführt werden.
Der Rotor 42 in 5 umfasst eine untere Bodenplatte 46 und eine darauf befindliche Abdeckung 47. Die Bodenplatte 46 und die Abdeckung 47 umgeben einen Raum, der mit zu reinigendem Schmieröl gefüllt und von diesem durchströmt wird. Ein Einlassrohr 48, das sowohl die Bodenplatte 46 als auch die Abdeckung 47 trägt und das drehbar im unteren Gehäuseteil 39 gelagert ist, erstreckt sich mittig durch die Bodenplatte 46 und die Abdeckung 47.
Innerhalb des Rotors 42 trägt die Bodenplatte 46 eine kegelstumpfförmige Unterteilung 49, die den eben erwähnten Raum in eine Trennkammer 50 und eine Auslasskammer 51 unterteilt. Das Einlassrohr 48 trägt eine zylindrische Hülse 54, die zwischen sich und dem Einlassrohr 48 eine Einlasskammer 53 begrenzt.
Die Einlasskammer 53 steht an ihrem unteren Teil über eine Anzahl von Öffnungen 54 mit dem Inneren des Einlassrohres 48 in Verbindung und an ihrem oberen Teil mit dem oberen Teil der Trennkammer 50. Das Innere des Einlassrohres 48 steht über eine Zufuhrkammer 55 im unteren Gehäuseteil 39 mit dem Einlasskanal 44 für das zu reinigende Schmieröl in Verbindung.
Die Bodenplatte 46 hat an ihrer Unterseite zwei Vorsprünge 56, deren hohler Innenraum mit der Auslasskammer 51 in Verbindung steht. In jedem Vorsprung 56 befindet sich eine Auslassdüse 57, die beabstandet von der Drehachse des Rotors 52 angeordnet ist und in Umfangsrichtung des Rotors gerichtet ist.
Ein zylindrischer Filter 58 umgibt das Einlassrohr 48 und erstreckt sich innerhalb der Trennkammer 50 von der kegelstumpfförmigen Unterteilung 49 zur zylindrischen Hülse 52.
Der Teil der Zentrifuge in 5, der zum Reinigen des Schmieröls dient, arbeitet auf die folgende Weise.
Durch einen Überdruck durch den Kanal 44 zugeführtes Schmieröl wird durch die Zufuhrkammer 55 und das Innere des Einlassrohres 48 in die Einlasskammer 53 geführt. Von dort wird es weiter durch die Trennkammer 50, durch den Filter 58 zur Auslasskammer 51 und von dort durch die Auslassdüsen 57 aus dem Rotor 42 heraus geleitet.
Beim Verlassen des Rotors 42 versetzt das Schmieröl den Rotor über eine Reaktionskraft in eine Drehbewegung. Dies bedeutet, dass das Schmieröl, das durch die Trennkammer 50 strömt, der Zentrifugalkraft ausgesetzt wird, sodass die im Schmieröl befindlichen Schwebeteilchen, die schwerer sind als dieses, abgetrennt und an der Innenseite der Abdeckung 47 gesammelt werden. Das gereinigte Schmieröl verlässt, wie bereits gesagt, den Rotor 42 durch die Düsen 57 und tritt in die Kammer 41 ein. Von dort läuft das Schmieröl durch den Gaseinlass 45 zurück in das Kurbelgehäuse des Verbrennungsmotors durch die Leitung 20 (siehe 2).
Wie weiter der 5 zu entnehmen ist, trägt die Abdeckung 47 an ihrer Oberseite eine weitere Abtrennvorrichtung. Diese Abtrennvorrichtung steht nicht in Übereinstimmung mit der Erfindung, wie sie in den folgenden Ansprüchen beschrieben ist. Sie umfasst eine zylindrische Umgebungswand 59 und mehrere kegelstumpfförmige Unterteilungen 60, die durch die Umgebungswand 59 getragen werden und räumlich voneinander beabstandet koaxial mit dem Rotor 42 verlaufen. Die Umgebungswand 59 und die Unterteilungen 60 sind somit zusammen mit der Abdeckung 47 drehbar und bilden einen Teil des Rotors 42.
Ein mittleres Rohr 61, das vom stationären oberen Gehäuseteil 40 getragen wird, erstreckt sich abwärts mittig in die zylindrische Umgebungswand 59. Das Rohr 61 trägt axial beabstandete kegelförmige Unterteilungen 62, die sich vom Rohr 61 aus in die Zwischenräume zwischen den kegelstumpfförmigen Unterteilungen 60 erstrecken, die von der Umgebungswand 59 getragen werden. Dabei wird zwischen der drehbaren Umgebungswand 59 und deren Unterteilungen 60 auf einer Seite und dem stationären mittleren Rohr 61 und seinen Unterteilungen 62 auf der anderen Seite ein Labyrinthweg durch die eben beschriebene Trennvorrichtung von ihrem oberen zu ihrem unteren Teil gebildet.
Das mittlere Rohr 61 endet an seinem unteren Teil in einer trichterförmigen Unterteilung 63, die in einem gewissen Abstand von der Unterseite der Abdeckung 47 angeordnet ist. Mittels Pfeilen in 5 ist somit gezeigt, dass es möglich ist, dass die Kurbelgehäusegase, die in die Kammer 41 durch den Gaseinlass 45 einströmen, in die obere Abtrennvorrichtung strömen und durch einen Labyrinthweg zum Inneren des Zentralrohres 61 und dort hinaus strömen. Während sie durch den Labyrinthweg strömen, werden die Kurbelgehäusegase in folge der Rotation der Umgebungswand 59 und deren Unterteilungen 60 in eine Drehbewegung versetzt. Dabei werden feste Teilchen und Öltropfen durch die Zentrifugalkraft von den Kurbelgehäusegasen getrennt, wobei die Teilchen und die flüssigen Tropfen sich an der Umgebungswand 59 absetzen. Durch Löcher 64 in dem radial äußersten Teil der Unterteilung 60 und Löcher 65 im untersten Teil der Umgebungswand 59 verlassen abgetrennte Flüssigkeit und mitgeführte abgetrennte Teilchen den Rotor 42 und strömen, zusammen mit dem durch die Düsen 47 vom Rotor 42 in die Kammer 41 ausgegebenen Öl, zurück durch den Gaseinlass 45 und die Rückführleitung 20 in das Kurbelgehäuse 6 des Verbrennungsmotors (siehe 2).
Die gereinigten Kurbelgehäusegase strömen durch das mittlere Rohr 61 hinaus und werden durch die Leitung 13 (siehe 2) zurück zum Verbrennungsmotoreinlass für Luft geführt. Alternativ können diese Gase an die Umgebung abgegeben werden.
Wie bereits erläutert, wird komprimiertes Schmieröl zum Antreiben der Gaszentrifuge in 5 verwendet. Natürlich kann ein Rotor, der als oberer Teil des Rotors 42 gebildet ist, das heißt umfassend die Umgebungswand 59, die Unterteilungen 60 und eine Bodenwand ähnlich dem obersten Teil der Abdeckung 47, in irgendeiner anderen Weise angetrieben werden, wie es den 1 bis 4 zu entnehmen ist.
6 zeigt eine Zentrifuge einer anderen Art, die ebenfalls nicht in Übereinstimmung mit der beanspruchten Erfindung steht. Ein stationäres Gehäuse 66, das aus zwei Teilen besteht, umgibt einen Rotor 67 und ist drehbar um eine Drehachse 68. Der Rotor 67 definiert eine ringförmige Trennkammer 69, in der ein ebenfalls ringförmiger Trenneinsatz 70 vorgesehen ist. Dieser Trenneinsatz umfasst eine ringförmige Platte 71, die an der Innenseite der Umgebungswand des Rotors am oberen Teil getragen wird. Die Platte 71 hat eine Anzahl von Durchgangslöchern 72, die um die Drehachse 68 herum verteilt sind.
An der Unterseite der Platte 71 hängt radial innerhalb der Löcher 72 eine zylindrische Halterung 73 herab, an deren Außenseite viele Borsten befestigt sind, die anhand vieler paralleler Linien angedeutet sind. Die Borsten erstrecken sich von der Halterung 73 bis zur Umgebungswand 67 oder bis kurz davor, im wesentlichen senkrecht zur Drehachse 68.
Mittig in den Rotor 67 erstreckt sich von oben ein Einlassrohr 74, das vom stationären Gehäuse 66 getragen wird. In der oberen Begrenzungswand des Gehäuses befinden sich mehrere Auslassöffnungen 75, die um das Einlassrohr 74 herum verteilt sind.
Der Rotor kann auf irgendeine geeignete Weise gedreht werden, z.B. auf eine der oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschriebenen.
Ein Gas (oder Gase), das von darin befindlichen Schwebeteilchen gereinigt werden soll, die schwerer sind als das Gas, wird in den Rotor durch das Einlassrohr 74 eingeführt und kann in den unteren Teil der Trennkammer 69 einströmen. Von dort wird das Gas, unter Bezugnahme auf 6, vertikal nach oben durch den Teil der Trennkammer 69 geleitet, in dem sich die Borsten befinden. Durch die Borsten wird das Gas in deren Rotation mitgerissen, wobei die schweren Teilchen vom Gas getrennt werden, das weiter nach oben und durch den Rotor 67 durch die Löcher 72 herausströmt und weiter aus dem Gehäuse 66 durch die Auslassöffnungen 75.
Die von den Gasen abgetrennten Teilchen, bei denen es sich um Feststoffe oder Flüssigkeitstropfen handeln kann, bewegen sich zur Umgebungswand des Rotors 67 zwischen den Borsten. Gewisse Teilchen, wahrscheinlich die meisten von ihnen, kommen dann in Kontakt mit den Borsten und gleiten an ihnen entlang durch die Zentrifugalkraft zur Umgebungswand. Wie die Umgebungswand 59 des Rotors in 5 kann die Umgebungswand des Rotors in 6 mit kleinen Auslasslöchern für die kontinuierliche Ausgabe von abgetrennten Teilchen an den Raum zwischen dem Rotor 67 und dem Gehäuse 66 versehen sein. Insbesondere wenn die Teilchen die Form von Flüssigkeitstropfen haben, ist eine solche kontinuierliche Ausgabe der abgetrennten Produkte geeignet.
Als Alternative zu einem oder mehreren Löchern durch die Umgebungswand des Rotors 67 kann für die kontinuierliche Ausgabe abgetrennter Flüssigkeit aus dem Rotor eine stationäre Auslassvorrichtung dienen, die die Flüssigkeit während der Rotation des Rotors in einem gewissen Abstand von der Drehachse 68 ausgibt. Eine stationäre Auslassvorrichtung dieser Art kann ein so genanntes Schälrohr umfassen, dass sich von oben in den oberen Teil des Rotors erstreckt und sich bei 76 in der Nähe der Rotorumgebungswand axial zwischen den Auslasslöchern 72 und einem Innenflansch 77 der Umgebungswand öffnet. Sind weder Auslasslöcher durch die Umgebungswand des Rotors vorgesehen noch eine andere Anordnung zur Ausgabe eines von den Gasen getrennten Materials, muss der Rotor 67 gestoppt und in bestimmten Zeitintervallen gereinigt werden.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Zentrifuge zum Reinigen eines Gases von darin befindlichen Schwebeteilchen, die schwerer sind als das Gas. Die Zentrifuge in 7 gleicht der Zentrifuge in 6 und entsprechende Teile dieser Zentrifugen sind deshalb mit den gleichen Bezugszeichen 66 bis 72 und 74 bis 77 versehen.
Der Trenneinsatz 70 in 7 umfasst mehrere kegelstumpfförmige Trennscheiben, die in der Trennkammer 69 koaxial zueinander und in einem gewissen axialen Abstand voneinander angeordnet sind. Dabei werden dünne Strö mungswege zwischen den Trennscheiben von den radial inneren Kanten zu den radial äußeren Kanten gebildet. Wie 7 zu entnehmen, werden die Trennscheiben radial beabstandet von der Umgebungswand des Rotors 67 durch eine axiale Rippe 68 gehalten. Mehrere Rippen dieser Art sind voneinander beabstandet um den Trenneinsatz 70 herum angeordnet. Deren Zweck besteht sowohl darin, die kegelförmigen Trennscheiben an den korrekten Positionen in der Kammer 69 zu halten, als auch zwischen den Trennscheiben und der Umgebungswand des Rotors axiale Strömungswege für das gereinigte Gas oder das Gas, das von Teilchen gereinigt werden soll, zu erzeugen.
Auch der Rotor in 7 kann auf irgendeine geeignete Weise gedreht werden, z.B. auf eine der vorher unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschriebenen.
Gas (oder Gase), das von darin befindlichen Schwebeteilchen gereinigt werden soll, die schwerer sind als das Gas, wird in den Rotor 67 durch das Einlassrohr 74 eingeführt. Vom mittleren Teil des Rotors wird das Gas verteilt und strömt weiter zur Umgebungswand des Rotors durch die dünnen Zwischenräume zwischen den kegelförmigen Trennscheiben. In diesen Zwischenräumen wird das Gas durch die Trennscheiben und eventuell dazwischen angeordnete Abstandselemente in eine Rotation versetzt, wobei die vom Gas abgetrennten Teilchen durch die Zentrifugalkraft zu den Unterseiten der kegelförmigen Trennscheiben geschleudert werden. An diesen Unterseiten gleiten die abgetrennten Teilchen oder eine Flüssigkeit, die von den abgetrennten Flüssigkeitsteilchen gebildet wird, weiter zur Umgebungswand des Rotors. An der Innenseite der Umgebungswand des Rotors wird somit das abgetrennte Material gesammelt, von wo aus es entweder zwischenzeitlich, das heißt von Hand, wenn der Rotor gestoppt worden ist, oder kontinuierlich entfernt wird, indem die Rotorumgebungswand mit Öffnungen versehen ist, die den Öffnungen 65 der Umgebungswand 59 in 5 gleichen. Alternativ kann die Zentrifuge in 7 mit einer stationären Auslassvorrichtung für die abgetrennte Flüssigkeit der oben im Zusammenhang mit der Zentrifuge in 6 beschriebenen Art versehen sein. Wird ein Schälrohr verwendet, ist es wichtig, dass dieses so angepasst ist, dass eine freie Flüssigkeitsfläche im Rotor radial außerhalb der Außenkanten der kegelförmigen Trennscheiben gebildet wird, sodass die gereinigten Gase axial hinter diese Außenkanten strömen und den Rotor durch die Löcher 72 verlassen können. Sonst müssten separate Löcher in den Trennscheiben gebildet werden, was jedoch zu einem unnötigen Strömungswiderstand für die gereinigten Gase führt.
Bei den Zentrifugen nach 6 und 7 ist angenommen worden, dass das zu reinigende Gas durch das Rohr 74 eingeführt wird und das gereinigte Gas durch die Öffnungen 75 abgeleitet wird, die sich in einem wesentlich größeren Abstand von der Rotordrehachse befinden als das Einlassrohr 74. Dadurch wird erreicht, dass der Rotor wie ein Ventilator arbeitet, der einen gewissen Unterdruck im Einlassrohr 74 erzeugt. Das zu reinigende Gas muss dann nicht komprimiert werden, um durch den Rotor strömen zu können.
Es ist oben vorgeschlagen worden, dass die Zentrifuge in 7 zum Reinigen von Gas oder Gasen verwendet wird, die von einem Verbrennungsmotor erzeugt wurden. Diese Art von Zentrifuge kann jedoch auch zum Reinigen irgendeines Gases oder irgendwelcher Gase von festen oder flüssigen darin befindlichen Schwebeteilchen verwendet werden, die schwerer als das Gas bzw. die Gase sind.
Wie bei der Verwendung im Zusammenhang mit der Reinigung von Flüssigkeiten, können die kegelförmigen Trennscheiben in der Zentrifuge mit unterschiedlich gestalteten Abstandselementen in den Zwischenräumen zwischen den Trennscheiben versehen sein. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Abstandselemente dieser Art ist in der WO 90/05028 gezeigt, deren Ausgestaltung vorzugsweise auch Verwendung mit der hier zum Reinigen von Gasen beschriebenen Zentrifuge finden kann. Ein Effekt der auf diese Weise gebildeten Abstandselemente besteht darin, dass die abgetrennten Teilchen und/oder die Flüssigkeit entlang der Abstandselemente an den Unterseiten der Trennscheiben gesammelt werden und dann die Räume zwischen den Trennscheiben nur in begrenzten Sektoren verlassen, die um den Umfang der Trennscheiben herum angeordnet sind. Das macht es möglich, durch die oben beschriebenen Rippen 78 oder andere Mittel, bestimmte Teile des Raumes zwischen den Trennscheiben und der Umgebungswand des Rotors zur Strömung im wesentlichen nur von Gas zu begrenzen, wohingegen andere Teile angepasst sind, um im wesentlichen nur Teilchen oder Flüssigkeit von den Zwischenräumen zwischen den Trennscheiben aufzunehmen. Auf diese Weise kann das Risiko verringert oder sogar vermieden werden, dass das Gas, das axial zwischen den Trennscheiben und der Umgebungswand des Rotors aus dem Rotor strömt, Teilchen mitreißt, die vorher vom Gas in den Räumen zwischen den Trennscheiben getrennt wurden.

Claims

Verfahren zum Reinigen von Gasen, die durch einen Verbrennungsmotor (1) erzeugt wurden, von festen und/oder flüssigen darin befindlichen Schwebeteilchen, wobei die Gase durch einen Abtrennraum geleitet werden, wo die Gase durch ein Rotationselement (R) in Rotation versetzt werden, sodass die Teilchen durch Zentrifugalkraft von den Gasen getrennt werden, wobei der Verbrennungsmotor (1) zum Erzeugen eines Druckfluidums verwendet wird, das ein anderes ist als dasjenige, das von in der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors komprimierten Abgasen erzeugt wird, wobei das Druckfluidum zum Antreiben des Rotationselementes (R) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationselement eine im allgemeinen hohle Konfiguration mit einem Stapel von kegelstumpfförmigen Scheiben (70) aufweist, die im Rotationselement befestigt sind und sich durch den Trennraum von radial inneren zu radial äußeren Rändern erstrecken, und dass die Gase in eine Strömung durch die Zwischenräume zwischen den Scheiben (70) nach außen in eine Richtung von den Innenkanten der Scheiben zu den Außenkanten der Scheiben versetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor (1) zum Komprimieren von Luft verwendet wird, die dann als Druckfluidum verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Verbrennungsmotor (1) Luft komprimiert, die an die Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors geführt wird, wobei ein Teil dieser komprimierten Luft als Druckfluidum verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Abgase des Verbrennungsmotors zum Antreiben eines Kompressors (9) verwendet werden, der zum Komprimieren der Luft dient.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine komprimierte Flüssigkeit als Druckfluidum verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Verbrennungsmotor (1) eine Pumpe (16; 22; 28) zum Komprimieren der Flüssigkeit antreibt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei mit dieser Pumpe (28) flüssiger Treibstoff in die Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors gepumpt wird und wobei mindestens ein Teil des gepumpten Treibstoffes zum Antreiben des Rotationselementes (R) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei mit der Pumpe (16) Schmieröl zum Schmieren des Verbrennungsmotors (1) gepumpt wird und wobei mindestens ein Teil des gepumpten Schmieröls zum Antreiben des Rotationselementes (R) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei mit der Pumpe (22) Kühlwasser für den Verbrennungsmotor (1) gepumpt wird und wobei mindestens ein Teil des gepumpten Kühlwassers zum Antreiben des Rotationselementes (R) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Druckfluidum an eine Kammer (50) in einem drehbaren Gehäuse (47) geführt wird, das mit dem Rotationselement (59) verbunden ist, wobei mindestens ein Teil des Druckfluidums in ein Herausströmen aus dem Gehäuse (47) durch einen Auslass (57) versetzt wird, der in Bezug auf eine Drehachse, um die das Gehäuse (47) drehbar ist, so gerichtet und angeordnet ist, dass das durch den Auslass herausströmende Fluidum das Gehäuse (47) und das Rotationselement (59) in Rotation hält.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Schmieröl für den Verbrennungsmotor (1) als Druckfluidum verwendet wird und wobei dieses Schmieröl im drehbaren Gehäuse (47) durch Zentrifugalkraft als Resultat der Rotation des Gehäuses von darin befindlichen Schwebeteilchen gereinigt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die zu reinigenden Gase aus einem Kurbelgehäuse (6) durch den Trennraum in den Verbrennungsmotor (1) geleitet werden.
Vorrichtung zum Reinigen von Gasen, die von einem Verbrennungsmotor (1) erzeugt werden, von festen und/oder flüssigen darin befindlichen Schwebeteilchen, umfassend eine Zentrifuge (2) mit einem Rotor (R), der um eine Rotationsachse (68) drehbar ist, sowie ein Gasleitelement (7) zum Leiten der Gase vom Verbrennungsmotor (1) in einen Trennraum, wo die Gase durch die Rotation des Rotors (R) in eine Rotation versetzt werden, eine Antriebsvorrichtung (M) zum Antreiben des Rotors (R) in einer Rotation mittels eines Druckfluidums, das durch eine vom Verbrennungsmotor betriebene Druckvorrichtung (9, 16, 22, 28) zum Erzeugen eines anderen Druckfluidums erzeugt wurde als dasjenige, das durch Abgase erzeugt wird, die in einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors komprimiert worden sind, wobei Leitelemente (14, 19, 25, 31) zum Leiten des Druckfluidums vorgesehen sind, um das Druckfluidum von der Komprimiervorrichtung (9, 16, 22, 28) an die Antriebsvorrichtung (M) zur Rotation des Rotors (R) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (R) eine im allgemeinen hohle Konfiguration mit einem Stapel von kegelstumpfförmigen Scheiben (70) aufweist, die im Rotor befestigt sind, und dass Trennzwischenräume zwischen den Scheiben (70) definiert sind, so dass die Gase durch die Zwischenräume in Richtung von den Innenkanten zu den Außenkanten der Scheiben (70) strömen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Gasleitelemente (7) zum Leiten der Gase von einem Kurbelgehäuse (6) des Verbrennungsmotors (1) zum Trennraum dienen.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Komprimiervorrichtung einen Kompressor (9) zum Komprimieren von Luft umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Komprimiervorrichtung eine Pumpe (16; 22; 28) zum Komprimieren von Flüssigkeit umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Antriebsvorrichtung (M) ein Gehäuse (47) umfasst, das um eine Drehachse drehbar ist und einen Einlass (54) für das Druckfluidum sowie mindestens einen Auslass hat, der sich beabstandet von der Drehachse befindet und auf eine solche Weise gerichtet ist, dass das dadurch herausgeströmte Fluidum das Gehäuse (47) in eine Rotation versetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Rotor (R) vom drehbaren Gehäuse (47) getragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Pumpe (16) dazu dient, Schmieröl zum Schmieren des Verbrennungsmotors (1) in das drehbare Gehäuse (47) zu pumpen, um das Schmieröl zu reinigen und gleichzeitig den Rotor (R) der Zentrifuge (2) anzutreiben, die zum Reinigen der Gase vorgesehen ist.