Staukörper, Staukörperanordnung und Gleichstromzyklonabscheider

Die Erfindung betrifft einen Staukörper für einen Gleichstromzyklonabscheider, eine Staukörperanordnung, die mindestens zwei der Staukörper aufweist, und den Gleichstromzyklonabscheider mit dem Staukörper oder der Staukörperanordnung.

Der Gleichstromzyklonabscheider dient zur Abscheidung von Partikeln aus einer die Partikel und ein Fluid aufweisenden Dispersion. Als Dispersion wird insbesondere eine Suspension herangezogen.

Zum Abscheiden von Partikeln aus einer Dispersion, welches die Partikel und ein Fluid, wie ein Gas oder eine Flüssigkeit aufweist, werden beispielsweise Filter herangezogen, bei denen die Dispersion durch eine Membran geführt wird. Hierbei lagern sich die Partikel an der Membran ab, welche nach einer bestimmten Zeit ausgetauscht werden muss, um ein Verstopfen zu vermeiden. Eine Alternative hierzu sind Zyklonabscheider, auch als Fliehkraftabscheider bezeichnet. Die Zyklonabscheider sind entweder als Gegenstromzyklonabscheider, auch als Tangentialzyklonabscheider bezeichnet, oder als Gleichstromzyklonabscheider, auch als Axialabscheider bezeichnet, ausgeführt.

In Dispersionsströmen sind Partikel der Einwirkung von Volumenkräften und Fluid- kräften ausgesetzt. Volumenkräfte in einer Drallströmung sind z.B. Zentrifugalkräfte, Magnetismus und die Erdbeschleunigung. Fluidkräfte in einer Drallströmung sind beispielsweise aerodynamische Kräfte, die aufgrund eines radialen Geschwindigkeitsgradienten hervorgerufen werden. Hierbei wirkt auf Partikel eine Auftriebskraft aufgrund eines Gradienten des dynamischen Drucks. Die Partikel erhalten somit einen Auftrieb in Richtung der schnelleren Strömungsanteile.

Bei Gleichstromzyklonabscheidern wird die Dispersion in eine Rotationsbewegung um eine Achse längs der Bewegungsrichtung der Dispersion versetzt. Die Erzeugung dieser Bewegung erfolgt meist mittels Leitschaufeln, die innerhalb eines Rohrabschnitts des Gleichstromzyklonabscheiders angeordnet sind, oder mittels eines tangential eingeleiteten Sekundärstromes. Mittels der Leitschaufeln oder des Sekundärstroms wird der Dispersion zusätzlich eine Geschwindigkeit in Tangentialrichtung aufgeprägt, wobei die maximale Geschwindigkeit der Dispersion, also deren Absolutbetrag, sich im Wesentlichen mittig zwischen einer Rohrwand und dem Mittelpunkt des Rohres befindet. Somit werden die Partikel radial nach außen bewegt, wohingegen das Fluid im Wesentlichen in der Mitte des Gleichstromzyklonabscheiders bewegt wird. Da sich die maximale Geschwindigkeit nicht am Rand des Rohrabschnitts befindet, ist eine auf Partikel in radialer Richtung wirkende Kraft verringert, je weiter sich diese von dem Bereich der maximalen Geschwindigkeit wegbewegen, weswegen sich im Randbereich lediglich wenige Partikel ansammeln.

Die Rotation der Dispersion führt zur Ausbildung eines Hamel-Oseen-Wirbels, der im Wesentlichen einem Starrkörperwirbel im Kernbereich und daran radial außenseitig anschließend einem Potentialwirbel in Richtung der Rohrwand entspricht. Abhängig von dieser Wirbelstruktur ergibt sich ein Bereich mit maximaler Absolutgeschwindigkeit, welcher hinsichtlich der Partikel als Senke betrachtet werden kann, und zu der die Partikel, insb. Schwebstoffpartikel oder Schwebstoffe, also Partikel, die eine ähnliche Dichte wie Wasser haben, bewegt werden.

Aufgrund der Konstruktion kann der Gleichstromzyklonabscheider auch nachträglich in bestehende Systeme integriert werden. Auch sind Herstellungskosten eines derartigen Gleichstromzyklonabscheiders reduziert. Zudem tritt lediglich ein vergleichsweise geringer Druckverlust auf, da es nicht erforderlich ist, die Dispersion senkrecht zur Bewegungsrichtung umzulenken. Jedoch ist im Vergleich zum Gegenstromzyklonabscheider ein Wirkungsgrad des Gleichstromzyklonabscheiders und eine Trennschärfe zwischen den Partikeln und dem Fluid verringert. Insbesondere bei der Ausführung als Gleichstrom- Hydrozyklon ist aufgrund der im Wesentlichen gleichen Dichte der Partikel und des Fluids die Abscheiderate weiter reduziert.

WO 2019/025617 A1 beschreibt einen Gleichstromzyklonabscheider, der zumindest teilweise diese Probleme löst. Der Gleichstromzyklonabscheider dient der Abscheidung von Partikeln aus einer Dispersion, die die Partikel und ein Fluid aufweist. Beispielsweise besteht die Dispersion aus den Partikeln und dem Fluid. Der Gleichstromzyklonabscheider ist ein Axialabscheider. Mit anderen Worten ist der Gleichstromzyklonabscheider ein Fliehkraftabscheider, der axial/unidirektional ausgestaltet ist. Die Dispersion wird durch den Gleichstromzyklonabscheider in einer Leitrichtung geleitet, wobei zur Abscheidung insbesondere die Leitrichtung nicht geändert wird. Geeigneterweise ist die Leitrichtung konstant. Mit anderen Worten wird die Richtung, in der die Dispersion oder zumindest das Fluid geleitet wird, nicht verändert.

Der Gleichstromzyklonabscheider umfasst mindestens einen Rohrabschnitt, der hohlzylindrisch ausgestaltet ist und dem Leiten der Dispersion in die Leitrichtung dient. Hierbei wird bei Betrieb die Dispersion durch den hohlzylindrischen Rohrabschnitt hindurch geleitet. Die Leitrichtung ist zweckmäßigerweise zumindest abschnittsweise parallel zur Achse des hohlzylindrischen Rohrabschnitts. Der Rohrabschnitt weist eine Innenwand auf, entlang derer somit die Dispersion bei Betrieb geleitet wird. Vorzugsweise weist der hohlzylindrische Rohrabschnitt einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Beispielsweise kann mindestens ein Teilabschnitt des hohlzylindrischen Rohrabschnitts frei von weiteren Bestandteilen des Gleichstromzyklonabscheiders sein, sodass dieser vergleichsweise frei mittels der Dispersion durchströmt werden kann. Mit anderen Worten befindet sich in dem Teilabschnitt innerhalb der Innenwand kein weiteres Bauteil und mittels der Innenwand ist somit ein Hohlraum gebildet. Der Teilabschnitt befindet sich in Leitrichtung am Anfang des Rohrabschnitts. Der Teilabschnitt, der frei von weiteren Bestandteilen ist, kann auch als erster Rohrabschnitt bezeichnet werden.

Die Innenwand des Rohrabschnitts weist eine Einkerbung auf, die beispielsweise in Form eines Innengewindes ausgebildet ist. Mit anderen Worten verläuft die Einkerbung wendelartig entlang der Leitrichtung. Insbesondere ist mittels der Einkerbung eine Helix gebildet, also vorzugsweise eine Kurve, die sich mit einer Steigung um den Mantel eines Zylinders windet, wobei der Zylinder insbesondere mittels der Innenwand bereitgestellt ist. Mit anderen Worten windet sich die Einkerbung um eine Achse des hohlzylindrischen Rohrabschnitts. Insbesondere weist zumindest der erste Rohrabschnitt über seine vollständige Länge in Leitrichtung die Einkerbung auf.

Die Einkerbung dient der Drallerzeugung der Dispersion, so dass diese nach Passieren der Einkerbung eine Geschwindigkeitskomponente tangential, also senkrecht zur Leitrichtung aufweist. Somit ist die Einkerbung die Drallerzeugerin. Mit anderen Worten wird aufgrund der Einkerbung die Dispersion in eine Rotationsbewegung zusätzlich zur Translationsbewegung entlang der Leitrichtung versetzt, wobei die Rotationsbewegung senkrecht zur Leitrichtung ist. Hierbei wird die tangentiale Geschwindigkeitskomponente mittels der Einkerbung auf die an der Innenwand entlang bewegten Schichten der Dispersion aufgebracht, welche aufgrund von Viskosität oder dergleichen auf die weiteren, sich innen befindenden Bereiche der Dispersion übertragen wird. Infolgedessen weist die Dispersion ein Geschwindigkeitsprofil auf, welches nicht konstant ist.

Zusammenfassend weisen die außen liegenden Bereiche der Dispersion, also diejenigen, die sich nah an der Innenwand befinden, insbesondere im Bereich der Einkerbung, aufgrund der Einkerbung die größte Geschwindigkeit auf. Diese Geschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit, die aufgrund des Leitens der Dispersion entlang der Leitrichtung vorherrscht, zuzüglich der Geschwindigkeit, die aufgrund der Einkerbung aufgebracht wird. Der sich im Wesentlichen mittig befindende Teil der Dispersion weist hierbei lediglich die Geschwindigkeitskomponente in Leitrichtung auf. Aufgrund der Viskosität der Dispersion nimmt die Umfangsgeschwindigkeit von der Mitte des Rohrabschnitts bis zur Innenwand im Wesentlichen linear zu, sodass die Rotationsbewegung der Dispersion im Wesentlichen der eines Festkörpers entspricht.

Infolgedessen werden die Partikel aufgrund der Fliehkraft, insbesondere in Verbindung mit der Fluidkraft, vergleichsweise effizient radial nach außen zur Innenwand des Rohrabschnitts bewegt, wobei die auf die Partikel wirkende Kraft in radialer Richtung mit abnehmendem Abstand zur Innenwand zunimmt. Somit werden die Partikel stärker nach außen bewegt, je weiter sie sich bereits außerhalb befinden, was zu einer scharfen Trennung zwischen den Partikeln und dem Fluid in der Dispersion führt. Die Partikel selbst bewegen sich insbesondere entlang der Helixbahn, die aufgrund der Steigung der Einkerbung vorgegeben ist. Zur Abscheidung der Partikel aus der Dispersion sind keine beweglichen Teile erforderlich, was Baukosten reduziert und eine Fehleranfälligkeit verringert. Zudem ist ein Wirkungsgrad erhöht. Die Partikel selbst werden in einem äußeren Fluidanteil angereichert und gelangen mit diesem in eine geeignete Abscheidekammer, die zweckmäßigerweise dem Rohrabschnitt fluidtechnisch nachgeschaltet ist. Die Partikel werden somit in Form eines partikelhaltigen Fluidanteils vollständig, zumindest näherungsweise vollständig oder weitgehend aus der Dispersion entfernt. Die Einkerbung entspricht einem Gang eines Innengewindes, der mittels der Einkerbung realisiert ist. Mit anderen Worten entspricht der Gang der Einkerbung, und der Gang ist helixförmig entlang der Leitrichtung ausgestaltet und die Innenwand zur Ausbildung des Ganges somit eingekerbt. Besonders bevorzugt weist der Rohrabschnitt eine Anzahl von Einkerbung und entsprechend derartiger Gänge auf. Das entsprechende Innengewinde weist dann eine entsprechende Anzahl von Gängen, also Einkerbungen, auf. Auf diese Weise ist eine Drallerzeugung in der Dispersion verbessert.

Zudem sind bei einer derartigen Anzahl an Gängen Herstellungskosten vergleichsweise gering. Die Gänge sind mittels der Einkerbungen bereitgestellt, welche zum Beispiel einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Alternativ sind die Einkerbungen abgerundet ausgestaltet, und der Querschnitt jeder Einkerbung kann henkelförmig und/oder ohrmuschelförmig ausgestaltet sein. Folglich weist der hohlzylindrische Rohrabschnitt im Wesentlichen einen Querschnitt auf, der zahnrad- oder sägeblattförmig ausgestaltet sein kann. Der Querschnitt kann nach Art des Querschnitts eines Freilaufs ausgestaltet sein. Aufgrund der Rundungen kann eine Ausbildung von ungewünschten Wirbeln weiter verringert werden, die anderweitig einen Wirkungsgrad herabsetzen würden.

Der Steigungswinkel der Einkerbung kann konstant sein. Der Steigungswinkel kann aber auch in der Leitrichtung zunehmen. Beispielsweise beginnt der Steigungswinkel bei 0° und nimmt kontinuierlich zu, sodass eine Ausbildung von Wirbeln weiter vermieden ist. Infolgedessen nimmt die Rotationsgeschwindigkeit der Dispersion um eine Achse längs der Leitrichtung kontinuierlich zu, was den Wirkungsgrad weiter erhöht. Der Steigungswinkel ist insbesondere der Winkel, den die Einkerbung, insbesondere der entsprechende Gang, mit der Leitrichtung einschließt. Vorzugsweise beträgt der Steigungswinkel zwischen 15° und 60° und nimmt beispielsweise zwischen 15° und 60° zu, geeigneterweise kontinuierlich oder exponentiell. Infolgedessen weist die Dispersion nach Passieren des Rohrabschnitts im Bereich der Innenwand im Wesentlichen die gleiche Geschwindigkeitskomponente in Leitrichtung wie in Tangentialrichtung im Bereich der Innenwand auf.

In dem Rohrabschnitt ist ein Staukörper angeordnet. Dieser ist mittig innerhalb des Rohrabschnitts, also zentral innerhalb des Rohrabschnitts und vorzugsweise auf der Achse des Rohrabschnitts positioniert. Ein Teilabschnitt des Rohrabschnitts, in dem der Staukörper angeordnet ist, kann auch als zweiter Rohrabschnitt bezeichnet werden. Der erste und der zweite Rohrabschnitt sind zueinander koaxial angeordnet. Insbesondere grenzt der zweite Rohrabschnitt direkt an den ersten Rohrabschnitt, und der erste Rohrabschnitt geht direkt in den zweiten Rohrabschnitt über. Insbesondere ist der erste Rohrabschnitt an den zweiten Rohrabschnitt angeformt und somit einstückig, insbesondere monolithisch, mit diesem. Somit kann der Rohrabschnitt insgesamt einstückig ausgebildet sein, wobei sich der erste und der zweite Rohrabschnitt dadurch unterscheiden, dass der erste Rohrabschnitt frei von dem Staukörper ist und dass in dem zweiten Rohrabschnitt der Staukörper angeordnet ist.

Der zweite Rohrabschnitt weist vorzugsweise einen im Wesentlichen runden Querschnitt auf. Der zweite Rohrabschnitt weist auf der dem ersten Rohrabschnitt zugewandten Seite den gleichen Innendurchmesser wie der erste Rohrabschnitt auf, wodurch eine Verwirbelung der Dispersion oder des Fluids beim Übergang von dem ersten Rohrabschnitt zu dem zweiten Rohrabschnitt vermieden wird. Die Dispersion oder zumindest das Fluid und die hieraus abgeschiedenen Partikel werden während eines Betriebs des Gleichstromzyklonabscheiders in Leitrichtung von dem ersten Rohrabschnitt kommend durch den zweiten Rohrabschnitt hindurchgeführt.

Die Innenwand des zweiten Rohrabschnitts kann, beispielsweise abschnittsweise oder vollständig, ebenfalls eine helixförmige Einkerbung aufweisen, wobei die Einkerbung des ersten Rohrabschnitts direkt in die Einkerbung des zweiten Rohrabschnitts übergeht. Mit anderen Worten fluchten die Einkerbungen, bzw. die Gänge des Innengewindes, miteinander. Vorzugsweise ist der Steigungswinkel der Einkerbung des ersten Rohrabschnitts beim Übergang gleich dem Steigungswinkel der Einkerbung des zweiten Rohrabschnitts. Alternativ oder in Kombination hierzu kann die Innenwand des zweiten Rohrabschnitts zumindest abschnittsweise eben, also ohne Einkerbung, ausgestaltet sein.

Der Staukörper ist dreh- und/oder rotationssymmetrisch bezüglich der Achse des zweiten Rohrabschnitts ausgebildet. Der Staukörper ist strömungsoptimiert. Auf diese Weise ist ein fluidtechnischer Widerstand des Staukörpers verringert, und Turbulenzen werden vermieden. An dem Staukörper sind radial nach außen verlaufende Leitschaufeln angebunden. Mit anderen Worten weist der Verlauf der Leitschaufeln zumindest eine Komponente in radialer Richtung auf. Die Leitschaufeln verlaufen zwischen dem Staukörper und der Innenwand des Rohrabschnitts, also zumindest abschnittsweise radial und nach außen bezüglich des Staukörpers. Die Leitschaufeln verlaufen zumindest teilweise tangential und sind spiralförmig gebogen ausgestaltet. Die Leitschaufeln sind von der Innenwand des Rohrabschnitts beabstandet.

Aufgrund des Abstands der Leitschaufeln von der Innenwand wird der radial außen liegende Teil der Dispersion nur geringfügig von den Leitschaufeln beeinflusst. Wegen des Abstands der Leitschaufeln von der Innenwand des zweiten Rohrabschnitts bleibt die Rotationsbewegung der Dispersion erhalten, sodass diese nach Passieren des Staukörpers sowie der Leitschaufeln ebenfalls weiterhin die Rotationsbewegung aufweist. Die Leitschaufeln bewirken insbesondere eine Aufrechterhaltung des Dralls. Der Abstand der Leitschaufeln von der Außenwand hat insbesondere den Effekt, dass die Absolutgeschwindigkeit der Drallströmung an der Außenwand erhalten bleibt.

Der Staukörper mit den angebrachten Leitschaufeln bewirkt insgesamt eine Verstärkung/Erhöhung des radialen Geschwindigkeitsgradienten. Dadurch erhalten die Partikel einen radial nach außen gerichteten Auftrieb und werden in Richtung der Innenwand des Rohrabschnitts beschleunigt. Auf die sich radial nach außen bewegenden Partikel wirkt somit die erhöhte Fliehkraft und/oder die Fluidkraft, weswegen auch noch sich nach dem Rohrabschnitt in dem Fluid befindliche Partikel zur Innenwand des zweiten Rohrabschnitts abgeschieden werden. Nach Passieren des Staukörpers weisen vornehmlich die Außenbereiche der Dispersion die Partikel auf. Die inneren Bereiche der Dispersion hingegen weisen vornehmlich das Fluid auf. Somit weist der Gleichstromzyklonabscheider aufgrund des Staukörpers sowie der Leitschaufeln einen relativ hohen Wirkungsgrad auf.

Der im vorstehenden erläuterte aus dem Stand der Technik bekannte Gleichstromzyklonabscheider liefert bereits sehr gute Ergebnisse bezüglich des Trennens der Partikel von dem Fluid der Dispersion. Jedoch gibt es Anwendungsbereiche, in denen ein noch höherer Wirkungsgrad beim Abtrennen der Partikel erforderlich oder zumindest wünschenswert ist. Daher besteht Bedarf an einem noch effizienter arbeitenden Gleichstromzyklonabscheider.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Staukörper für einen Gleichstromzyklonabscheider bereitzustellen, der zu einem besonders hohen Wirkungsgrad des Gleichstromzyklonabscheiders beiträgt.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Staukörperanordnung für einen Gleichstromzyklonabscheider bereitzustellen, die mindestens zwei Staukörper aufweist und die zu einem besonders hohen Wirkungsgrad des Gleichstromzyklonabscheiders beiträgt.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstromzyklonabscheider bereitzustellen, der einen besonders hohen Wirkungsgrad hat.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch einen Staukörper für einen Gleichstromzyklonabscheider. Der Staukörper weist auf: einen Grundkörper zur Anordnung in einem hohlzylindrischen Rohrabschnitt des Gleichstromzyklonabscheiders, so dass eine Achse des Grundkörpers auf einer Achse des Rohrabschnitts liegt; und mindestens eine Leitschaufel, die sich von dem Grundkörper radial nach außen erstreckt und die so ausgebildet ist, dass sie einen sich radial und axial erstreckenden Teilabschnitt einer imaginären helixförmigen Fläche, deren Achse der Achse des Grundkörpers entspricht, aufweist.

Der Gleichstromzyklonabscheider dient zur Abscheidung von Partikeln aus einer die Partikel und ein Fluid aufweisenden Dispersion. Der Rohrabschnitt, insbesondere ein erster Teilabschnitt des Rohrabschnitts, der als erster Rohrabschnitt bezeichnet werden kann und der vorzugsweise frei von weiteren Bauteilen des Gleichstromzyklonabscheiders, beispielsweise dem Staukörper, ist, dient dazu, die Dispersion in Rotation zu versetzen, so dass die Dispersion einen Drall aufweist, der im Wesentlichen einer Festkörperrotation entsprechen kann, wenn sie auf den Staukörper trifft. Zu diesem Zweck kann der Rohrabschnitt, insbesondere der erste Rohrabschnitt, eine Innenwand mit einer, zwei oder mehr helixförmigen Einkerbungen aufweisen.

Der Staukörper kann in einem in Leitrichtung an den ersten Rohrabschnitt angrenzenden Rohrabschnitt, beispielsweise bezeichnet als zweiter Rohrabschnitt, angeordnet sein. Der zweite Rohrabschnitt kann ebenfalls eine Innenwand mit einer, zwei oder mehr helixförmigen Einkerbungen aufweisen, die vorzugsweise bündig und/oder fluchtend in die entsprechenden helixförmigen Einkerbungen des ersten Rohrabschnitts übergehen.

Der Staukörper dient dazu, einen besonders hohen Geschwindigkeitsgradienten in radialer Richtung in der Dispersion zu erzeugen und dabei möglichst geringe Störungen und/oder Verwirbelungen in die Dispersion einzubringen. Der Staukörper bewirkt insbesondere, dass die Dispersion an dem Grundkörper stark abgebremst wird, wobei diese Bremswirkung radial nach außen abnimmt, so dass der hohe Geschwindigkeitsgradient in radialer Richtung der Dispersion aufgeprägt wird. Aufgrund des besonders hohen Geschwindigkeitsgradienten in radialer Richtung werden die einleitend mit Bezug zu dem bekannten Staukörper beschriebenen Effekte weiter verstärkt, wodurch mittels des Gleichstromzyklonabscheiders ein noch höherer Anteil von Partikeln, insbesondere Schwebstoffpartikeln oder in anderen Worten Schwebstoffen, von dem Fluid getrennt werden kann als bei dem bekannten Gleichstromzyklonabscheider.

Der Grundkörper kann beispielsweise zylinderförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein. Der Grundkörper kann beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein, wobei die Achse des Grundkörpers die entsprechende Symmetrieachse sein kann. Der Staukörper und/oder die Leitschaufeln können beispielsweise Kunststoff aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Staukörper weist vorzugsweise zwei, drei oder mehr der Leitschaufeln auf. Beispielsweise kann der Staukörper zwischen 3 Leitschaufeln und 20 Leitschaufeln, beispielsweise zwischen 4 Leitschaufeln und 8 Leitschaufeln aufweisen. Der Staukörper kann beispielsweise so viele Leitschaufeln aufweisen, dass eine Anzahl der Leitschaufeln gleich oder größer als die Anzahl von Einkerbungen in dem Rohrabschnitt ist. Die mehreren Leitschaufeln können beispielsweise äquidistant zueinander angeordnet sein. Jeder der Leitschaufeln kann dann einen Teilabschnitt einer entsprechenden helixförmigen Fläche aufweisen. Der Staukörper kann beispielsweise ortsfest, insbesondere drehfest, bezüglich des Rohrabschnitts in dem Rohrabschnitt angeordnet sein. Der Staukörper und die Leitschaufeln können einstückig (monolithisch) ausgebildet sein.

Die imaginäre helixförmige Fläche kann beispielsweise eine helixförmige Außenkante aufweisen, wobei sich die helixförmige Fläche von der helixförmigen Außenkante zur Achse des Grundkörpers, zu einer Mantelfläche des Grundkörpers oder zu einer helixförmigen Innenkante der helixförmigen Fläche erstreckt. Die helixförmige Innenkante kann beispielsweise auf der Mantelfläche des Grundkörpers liegen. Die helixförmige Fläche, insbesondere deren Teilabschnitt, dient zum Konstruieren und technisch akkuraten Beschreiben der Leitschaufel, insbesondere der Form der Leitschaufel.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Leitschaufel so ausgebildet, dass eine Seite der Leitschaufel dem Teilabschnitt der imaginären helixförmigen Fläche entspricht. In anderen Worten kann die Leitschaufel beispielsweise auf der imaginären helixförmigen Fläche liegen, insbesondere vollständig.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Seite der Leitschaufel, die dem Teilabschnitt der imaginären helixförmigen Fläche entspricht, konkav. Da die Leitschaufel auf der helixförmigen Fläche liegt und die helixförmige Fläche naturgemäß eine konkave und eine konvexe Seite hat, hat auch die Leitschaufel eine konkave und eine konvexe Seite.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Leitschaufel so ausgebildet, dass bei bestimmungsgemäß angeordnetem Staukörper ein Steigungswinkel zumindest einer Außenkante der helixförmigen Fläche in einer Leitrichtung des Gleichstromzyklonabscheiders zunimmt. Beispielsweise kann ein Steigungswinkel der helixförmigen Fläche in der Leitrichtung zunehmen. Da die Leitschaufel auf der helixförmigen Fläche liegt, kann auch ein Steigungswinkel der Leitschaufel in der Leitrichtung zunehmen. Die Leitrichtung entspricht der Richtung, in der während eines Betriebs des Gleichstromzyklonabscheiders ein zu filterndes Fluid durch den Rohrabschnitt strömt. Die Außenkante der helixförmigen Fläche kann auch helixförmig sein. Die Innenkante der helixförmigen Fläche kann auch helixförmig sein. Somit können die helixförmige Innenkante und die helixförmige Außenkante die helixförmige Fläche zwischen ihnen aufspannen. Der Staukörper ist bestimmungsgemäß angeordnet, wenn er in dem Rohrabschnitt, insbesondere in einem zweiten Rohrabschnitt, des Gleichstromzyklonabscheiders angeordnet ist.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Leitschaufel so ausgebildet, dass bei bestimmungsgemäß angeordnetem Staukörper ein hinteres Ende der Leitschaufel in Leitrichtung hinter einer hinteren Grundfläche des Grundkörpers liegt. In anderen Worten können die Leitschaufeln zumindest teilweise in Leitrichtung über den Grundkörper hinausstehen.

Gemäß einer Weiterbildung hat eine Anströmkante der Leitschaufel, die sich von dem Grundkörper nach außen erstreckt und die bei bestimmungsgemäßem Einsatz des Staukörpers als erstes Teil der Leitschaufel von dem Fluid angeströmt wird, einen Anströmwinkel zwischen 10° und 60°. Beispielsweise beträgt der Anströmwinkel zwischen 20° und 50°, beispielsweise ca. 45°. Dies bewirkt, dass sich keine Partikel aus der Dispersion an der Anström kante ablagern.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Leitschaufel so ausgebildet, dass eine axiale Länge der Leitschaufel in radialer Richtung stetig abnimmt. Somit wird eine von dem Fluid in Leitrichtung überströmte Fläche der Leitschaufel mit zunehmendem Abstand zur Achse kleiner. Infolgedessen behält die Dispersion an der Innenwand die ursprüngliche Geschwindigkeit, die beim Austritt aus dem ersten Rohrabschnitt vorherrscht, im Wesentlichen bei, und die Dispersion weist auch weiterhin im Wesentlichen eine Rotationsbewegung auf, die der eines Festkörpers entspricht. Auf diese Weise ist ein Abtrennen der Partikel aus dem Fluid weiter verbessert. Die axiale Länge der Leitschaufel ist parallel zu der Achse des Staukörpers. Die axiale Länge des gesamten Staukörpers kann beispielsweise zwischen einem Viertel des Durchmessers und dem zehnfachen Durchmesser des Rohrabschnitts, beispielsweise zwischen einem Halben und dem fünffachen Durchmesser des Rohrabschnitts, insbesondere des zweiten Rohrabschnitts des Gleichstromzyklonabscheiders entsprechen.

Gemäß einer Weiterbildung ist die Leitschaufel so ausgebildet, dass bei gleichem radialen Abstand zur Achse des Staukörpers eine axiale Länge einer konvexen Seite der Leitschaufel länger ist als eine axiale Länge einer konkaven Seite der Leitschaufel. D.h., dass der Weg für die Dispersion in der Leitrichtung, also in axialer Richtung, entlang der konvexen Seite der Leitschaufel länger ist als entlang der konkaven Seite der Leitschaufel. Dies bewirkt, dass die Leitschaufeln strömungsoptimiert und Verwirbelungen hinter einer Leitschaufel verringert sind. Zudem wird der Drall besser aufrechterhalten und die Geschwindigkeitsgradienten können besser genutzt werden.

Gemäß einer Weiterbildung die Leitschaufel so ausgebildet ist, dass ein sich axial erstreckendes Profil der Leitschaufel tragflächenförmig oder tropfenförmig ausgebildet ist. Dies bewirkt, dass sich die Partikel schneller über die konvexe Seite bewegen müssen als über die konkave Seite. Dies bewirkt, dass die Leitschaufeln strömungsoptimiert und Verwirbelungen hinter einer Leitschaufel verringert sind. Zudem wird der Drall besser aufrechterhalten und die Geschwindigkeitsgradienten können besser genutzt werden.

Gemäß einer Weiterbildung weist der Staukörper einen kegelförmigen Anströmkörper auf, der an einer vorderen Grundfläche des Grundkörpers, die bei bestimmungsgemäßem Einsatz des Staukörpers entgegen der Leitrichtung gerichtet ist, bündig an dem Grundkörper angeordnet ist und dessen Kegelspitze entgegen der Leitrichtung gerichtet ist.

Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Staukörperanordnung, aufweisend mindestens zwei der vorstehend erläuterten Staukörper, wobei die Staukörper in axialer Richtung hintereinander aneinander angeordnet sind und ihre Achsen aufeinander liegen.

Die im Vorhergehenden erläuterten Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen des Staukörpers können ohne Weiteres auf die Staukörperanordnung übertragen werden. Daher wird im Folgenden bezüglich dieser Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen lediglich auf die vorstehenden Erläuterungen verwiesen, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.

Gemäß einer Weiterbildung wird bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Staukörper ein maximaler Außendurchmesser der Staukörper in Leitrichtung kleiner. D.h. beispielsweise, dass ein von dem Fluid als erstes angeströmter Staukörper einen größeren Durchmesser haben kann, als ein danach angeströmter Staukörper. Eine Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch den Gleichstromzyklonabscheider zur Abscheidung von Partikeln aus der die Partikel und das Fluid aufweisenden Dispersion, aufweisend mindestens den hohlzylindrischen Rohrabschnitt zum Leiten der Dispersion in die Leitrichtung; und mindestens einen der im Vorstehenden erläuterten Staukörper oder die im Vorstehenden erläuterte Staukörperanordnung. Der Rohrabschnitt kann den ersten und den zweiten Rohrabschnitt aufweisen. Der Staukörper bzw. die Staukörperanordnung kann in dem zweiten Rohrabschnitt angeordnet sein.

Die im Vorhergehenden erläuterten Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen des Staukörpers und/oder der Staukörperanordnung können ohne Weiteres auf den Gleichstromzyklonabscheider übertragen werden. Daher wird im Folgenden bezüglich dieser Merkmale, Vorteile und Weiterbildungen lediglich auf die vorstehenden Erläuterungen verwiesen, um unnötige Wiederholungen zu vermeiden.

Gemäß einer Weiterbildung weist die Innenwand des Rohrabschnitts die helixförmige Einkerbung auf, die sich um die Innenwand windet. Der Staukörper ist so ausgebildet und so in dem Rohrabschnitt angeordnet, dass eine Außenkante der imaginären helixförmigen Fläche parallel zu der mittels der Einkerbung gebildeten Helix verläuft. In anderen Worten kann die Helix, die durch die Einkerbung gebildet ist, auf der imaginären helixförmigen Fläche liegen, sofern die imaginäre helixförmige Fläche in radialer Richtung bis zu der Einkerbung vergrößert, beispielsweise extrapoliert, wird. Aufgrund der helixförmigen Einkerbung wird die Dispersion beim Durchströmen des Rohrabschnitts in Rotation versetzt. Die Partikel bewegen sich dann in Leitrichtung entlang helixförmiger Bahnen, die zumindest am Ende des ersten Rohrabschnitts im Wesentlichen parallel zu der helixförmigen Einkerbung verlaufen. Wenn nun der Staukörper so ausgebildet und so in dem Rohrabschnitt angeordnet ist, dass die Außenkante der imaginären helixförmigen Fläche parallel zu der mittels der Einkerbung gebildeten Helix verläuft. So hält der Staukörper unter vorzugsweise minimaler Wirbelbildung die Rotation aufrecht und verstärkt gleichzeitig den radialen Geschwindigkeitsgradienten. Falls der Gleichstromzyklonabscheider die Staukörperanordnung, also zwei oder mehr der Staukörper aufweist, so können alle der Staukörper entsprechend angeordnet und ausgebildet sein. Gemäß einer Weiterbildung ist die Einkerbung in dem Rohrabschnitt so ausgebildet, dass sich die entsprechende Helix mit einer Steigung um die Innenwand windet und dass ein Steigungswinkel der Helix in der Leitrichtung zunimmt, und der Staukörper ist so ausgebildet, dass eine Steigung der Außenkante der helixförmigen Fläche in gleichem Maße zunimmt wie die Steigung der durch die Einkerbung gebildeten Helix. Die zunehmende Steigung der Einkerbung bewirkt eine Zunahme der Rotationsgeschwindigkeit der Dispersion. Die zunehmende Steigung der Außenkante der helixförmigen Fläche unterstützt diese Zunahme der Rotationsgeschwindigkeit und da die Steigungswinkel und dementsprechend die Geschwindigkeitszunahmen in gleichem Maße, in anderen Worten korrespondierend, erfolgen, treten dabei keine oder nur vernachlässigbare Verwirbelungen in der Dispersion auf.

Gemäß einer Weiterbildung weist der Rohrabschnitt zwei oder mehr der Einkerbungen auf, wobei die Einkerbungen parallel zueinander verlaufen, und der Staukörper weist so viele Leitschaufeln auf, dass eine Anzahl der Leitschaufeln einer Anzahl der Einkerbungen entspricht. Die mehreren Einkerbungen gemeinsam können auch als eine Art Innengewinde mit entsprechend mehreren Gängen verstanden werden, wobei jeder Gang des Innengewindes einer der Einkerbungen entspricht.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Gleichstromzyklonabscheiders mit einem Staukörper;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Staukörpers aus Figur 1 und einer imaginären helixförmigen Fläche;

Fig. 3 eine detaillierte Seitenansicht des Staukörpers aus Figur 1 ;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Staukörpers und einer imaginären helixförmigen Fläche;

Fig. 5 eine perspektivische, teilweise geschnittene Detailansicht des Staukörpers aus Figur 4.

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Staukörpers und einer imaginären helixförmigen Fläche;

Fig. 7 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Staukörperanordnung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines Gleichstromzyklonabscheiders 4 mit einem Staukörper 44. Insbesondere zeigt Figur 1 schematisch vereinfacht in einem Schnitt entlang einer Achse 2 den Gleichstromzyklonabscheider 4. Die Achse 2 kann beispielsweise eine Längsachse oder eine Symmetrieachse des Gleichstromzyklonabscheiders 4 sein. Der Gleichstromzyklonabscheider 4 dient dazu, Partikel 10 aus einer Dispersion 6 zu entfernen, insbesondere diese abzuscheiden. Dazu wird die Dispersion in einer Leitrichtung 34 durch den Gleichstromzyklonabscheider 4 geleitet.

Die Dispersion 6 weist beispielsweise ein Fluid 8 und die Partikel 10 auf. Das Fluid kann beispielsweise ein kompressibles Fluid, beispielsweise Gas, oder ein inkompressibles Fluid, beispielsweise eine Flüssigkeit, sein. Mit anderen Worten kann es sich bei der Dispersion 6 um eine Suspension handeln. Das Fluid 8 kann beispielsweise Wasser sein. Das Wasser kann beispielsweise einem fließenden Gewässer oder einem Meer entnommen sein. Das Fluid 8 kann beispielsweise als Kühlwasser bei einer Industrieanlage oder als Prozesswasser im Bergbau herangezogen werden. Alternativ kann das Fluid 8 einer Entsalzungsanlage zugeführt werden, und die Dispersion 6 kann Meerwasser sein, in dem die Partikel 10 vorhanden sind. Der Gleichstromzyklonabscheider 4 kann beispielsweise einer Meerwasserentsalzungsanlage vorgeschaltet sein, und die Dispersion 6 kann dem Meer entnommen werden, wobei dann das Fluid 8 das Salzwasser aus dem Meer ist.

Die Partikel 10 können beispielsweise Sandkörner oder andere Kleinstpartikel, wie beispielsweise Microplastik, aufweisen oder sein. Eine Dichte der Partikel 10 und eine Dichte des Fluids 8 können beispielsweise im Wesentlichen gleich sein. Ein Verhältnis der Dichten kann beispielsweise gleich 1 oder zumindest zwischen 0,95 und 1 ,05 oder zwischen 0,99 und 1 ,01 oder zwischen 0,995 und 1 ,005 sein. Die Partikel 10 können beispielsweise eine Größe von 1 nm bis 1 pm oder größer als 1 pm aufweisen. Beispielsweise weisen die Partikel 10 eine Teilchengröße zwischen 0, 1 mm und 1 mm oder größer auf. Die Partikel 10 können beispielsweise aus einem einzigen Stoff oder aus unterschiedlichen Stoffen oder Elementen bestehen. Beispielsweise sind die Partikel heterogen. Beispielsweise kann Sand zumindest einen Teil der Partikel 10 bilden.

Der Gleichstromzyklonabscheider 4 weist einen hohlzylindrischen Rohrabschnitt auf. Der Rohrabschnitt kann beispielsweise einen ersten Rohrabschnitt 12 und einen fluidtechnisch nachgeschalteten zweiten Rohrabschnitt 14 aufweisen. Gegebenenfalls ist der zweite Rohrabschnitt 14 an dem ersten Rohrabschnitt 12 angeformt und koaxial zu dem Rohrabschnitt 12 angeordnet. Ein Innendurchmesser des ersten Rohrabschnitts 12 kann beispielsweise konstant sein und/oder gleich einem Innendurchmesser des zweiten Rohrabschnitts 14 auf der dem ersten Rohrabschnitt 12 zugewandten Seite sein. Auf der dem ersten Rohrabschnitt gegenüberliegenden Seite kann der zweite Rohrabschnitt 14 aufgeweitet sein, sodass dessen Innendurchmesser in der Leitrichtung 34 zunimmt.

Fluidtechnisch kann dem zweiten Rohrabschnitt 14 eine Abscheidekammer 16 nachgeschaltet sein, die somit ebenfalls dem ersten Rohrabschnitt 12 fluidtechnisch nachgeschaltet ist. Die Abscheidekammer 16 kann eine Auffangkammer 18 mit einem Leitrohr 20 aufweisen, welches an den zweiten Rohrabschnitt 14 auf der dem ersten Rohrabschnitt 12 gegenüberliegenden Seite angeformt ist. Der zweite Rohrabschnitt 14 kann mit zunehmendem Abstand zu dem ersten Rohrabschnitt 12 zunehmend aufgeweitet sein. Optional kann auch das Leitrohr 20 mit zunehmendem Abstand zu dem ersten Rohrabschnitt 12 zunehmend aufgeweitet sein. Hierbei kann ein Innendurchmesser des Leitrohrs 20 auf der dem zweiten Rohrabschnitt 14 zugewandten Seite gleich dem Innendurchmesser des zweiten Rohrabschnitts 14 sein. Das Leitrohr 20 kann koaxial zu dem zweiten Rohrabschnitt 14 angeordnet sein, sodass eine Achse des Leitrohrs 20 der Achse 2 entspricht.

Innerhalb des Leitrohrs 20 kann koaxial mit diesem und somit auch koaxial mit dem Rohrabschnitt 12, 14 ein Tauchrohr 22 angeordnet sein, dessen Innendurchmesser auf Seiten des Rohrabschnitts 12, 14 kleiner als der Innendurchmesser des ersten Rohrabschnitts 12 und somit auch kleiner als der Innendurchmesser des zweiten Rohrabschnitts 14 ist. Der Innendurchmesser des Tauchrohrs 22 kann mit zunehmendem Abstand zu dem ersten Rohrabschnitt 12 zunehmend aufgeweitet sein. Eine Länge des Tauchrohrs 22, über die dieses aufgeweitet ist, kann einer Länge des Leitrohrs 20 entsprechen. Beispielsweise kann das Tauchrohr 22 in einem Bereich aufgeweitet sein, innerhalb dessen es sich in dem Leitrohr 20 befindet. Dadurch kann zwischen dem Leitrohr 20 und dem Tauchrohr 22 ein umlaufender Spalt 24 gebildet sein, dessen Querschnittsfläche stetig/exponentiell in Richtung von dem Rohrabschnitt 12 weg zunimmt. Eine Gesamtlänge des Tauchrohrs 22 kann größer als die Länge des Leitrohrs 20 sein. An dem Leitrohr 20 kann eine Trennwand 26 zur Begrenzung der Auffangkammer 18 in einem Abstand zu dem Leitrohr 20 angeordnet, beispielsweise angeformt, sein. Somit kann das Tauchrohr 22 zumindest abschnittsweise von der Auffangkammer 18 umgeben sein. In das Tauchrohr 22 kann von der dem ersten Rohrabschnitt 12 abgewandten Seite ein kegelförmig ausgestalteter Staudruckkörper 28 mit dessen Spitze hineinragen. Der Staudruckkörper 28 kann ebenfalls koaxial zu der Längsachse 2 angeordnet sein. Hierbei kann zwischen dem Staudruckkörper 28 und dem Tauchrohr 22 ein umlaufender Schlitz 30 gebildet sein.

Der Rohrabschnitt 12, 14 weist eine Innenwand auf, die eine Begrenzung des Rohrabschnitts 12, 14 in radialer Richtung bildet. Insbesondere weist der erste Rohrabschnitt 12, eine erste Innenwand 32 auf. Der Rohrabschnitt 12, 14 kann im Bereich des ersten Rohrabschnitts 12 frei von weiteren Bestandteilen des Gleichstromzyklonabscheiders 4 sein, sodass der erste Rohrabschnitt 12 bei Betrieb von der Dispersion 6 in der Leitrichtung 34, die parallel zur Längsachse 2 und von dem ersten Rohrabschnitt 12 in Richtung der Abscheidekammer 16 gerichtet ist, im Wesentlichen frei durchflossen werden kann. Ein Verhältnis einer Länge L des ersten Rohrabschnitts 12 zu einem Durchmesser D des ersten Rohrabschnitts 12 in Leitrichtung 34 kann in einem Bereich liegen beispielsweise von L/D = 10 bis L/D = 1000, beispielsweise von L/D = 50 bis L/D = 500, beispielsweise ungefähr L/D = 100.

Die erste Innenwand 32 weist mindestens eine, vorzugsweise zwei oder mehr helixförmige Einkerbungen 36 auf. In anderen Worten bilden die Einkerbungen 36 jeweils eine Helix, die sich um die Achse 2 windet. Jede der Einkerbungen 36 kann in Form eines Innengewindes, insbesondere eines Gangs des Innengewindes, in der ersten Innenwand 32 ausgebildet sein. In anderen Worten können die Einkerbungen 36 ein mehrgängiges Innengewinde bilden, wobei die Gänge des Innengewindes den Einkerbungen 32 entsprechen.

Zwischen den Einkerbungen 36 und der Leitrichtung 34 ist jeweils ein Steigungswinkel 40 gebildet. Die Steigungswinkel 40 der Einkerbungen 36 können an einem beliebigen Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung 2 gleich sein. Mit anderen Worten können die Einkerbungen 36 in konstantem tangentialem Abstand und/oder parallel zueinander verlaufen. Die Steigungswinkel 40 können in der Leitrichtung 34 zunehmen. So können die Einkerbungen 36 in Leitrichtung 34 bei Beginn des ersten Rohrabschnitts12 beispielsweise einen Winkel von 15° aufweisen. Bei dem Übergang von dem ersten Rohrabschnitt 12 zu dem zweiten Rohrabschnitt 14 können die Einkerbungen 36 hingegen einen Steigungswinkel 40 von 45° aufweisen. Innerhalb des zweiten Rohrabschnitts 14 kann der Steigungswinkel 40 weiter zunehmen. Die Zunahme des Steigungswinkels 40 kann beispielsweise linear oder exponentiell erfolgen. Infolgedessen ist der Verlauf der Einkerbungen helixartig um die Längsachse 2 herum, wobei der Abstand der Einkerbungen 36 zueinander aufgrund des zunehmenden Steigungswinkels in Leitrichtung 34 abnimmt. Mit anderen Worten kann jede der Einkerbungen 36 eine gestauchte Helix, in anderen Worten 'Wendel", bilden.

Der zweite Rohrabschnitt 14 weist eine zweite Innenwand 41 auf. In dem zweiten Rohrabschnitt 14 ist ein Staukörper 46 angeordnet. Somit kennzeichnet den ersten Rohrabschnitt 12, dass er zumindest im Wesentlichen frei von dem Staukörper 46 ist, und den zweiten Rohrabschnitt 14 kennzeichnet, dass er den Staukörper 46 aufweist. Somit können sich die beiden Rohrabschnitte 12, 14 lediglich dadurch unterscheiden, dass in dem zweiten Rohrabschnitt 14 der Staukörper 46 angeordnet ist und in dem ersten Rohrabschnitt 12 nicht. Dementsprechend kann der zweite Rohrabschnitt 14 die Einkerbung(en) 36 aufweisen, die sich gegebenenfalls kontinuierlich und/oder stetig von dem ersten Rohrabschnitt 12 zu dem zweiten Rohrabschnitt 14 fortsetzen können. Der Steigungswinkel 40 der Einkerbung(en) 46 in dem zweiten Rohrabschnitt 14 kann konstant sein oder weiter zunehmen.

Der Staukörper 44 kann beispielsweise mittig innerhalb des zweiten Rohrabschnitts 14 angeordnet sein. Der Staukörper 44 kann beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Eine Achse des Staukörpers 44 kann beispielsweise der Achse 2 des Gleichstromzyklonabscheiders 4 entsprechen. Somit kann der Staukörper 44 rotationssymmetrisch bezüglich der Achse 2 ausgebildet und/oder angeordnet sein.

Der Staukörper 44 weist mindestens eine, bevorzugt zwei oder mehr, beispielsweise zwölf, sich radial nach außen erstreckende Leitschaufeln 46 auf, wobei in Figur 1 lediglich zwei davon gezeigt sind.

Während eines Betriebs des Gleichstromzyklonabscheiders 4 wird die Dispersion 6 durch eine Eintrittsöffnung 48, die sich auf einer von dem zweiten Rohrabschnitt 14 abgewandten Seite des ersten Rohrabschnitts 12 befindet, in Leitrichtung 34 in den Rohrabschnitt 12 eingeleitet. Hierbei weist die Dispersion 6 im Wesentlichen lediglich eine Geschwindigkeitskomponente in Leitrichtung 34 auf. Aufgrund der Einkerbung(en) 36 wird die Dispersion im Bereich des ersten Rohrabschnitts 12 in eine Rotationsbewegung um die Achse 2 versetzt. Diese Geschwindigkeitskomponente wird aufgrund der Viskosität der Dispersion 6 auch zu Bereichen der Dispersion 6 übertragen, die von der ersten Innenwand 32 des ersten Rohrabschnitts 12 beabstandet sind. Infolgedessen ist eine Geschwindigkeitskomponente der Dispersion 6 senkrecht zur Leitrichtung 34 umso größer, je näher sich die Dispersion 6 an der ersten Innenwand 32 befindet. Der Betrag der Geschwindigkeit ist proportional zum Abstand von der Achse 2, weswegen die Dispersion 6 zusätzlich zur translatorischen Bewegung in der Leitrichtung 34 auch eine Rotationsbewegung aufweist, die um die Achse 2 gerichtet ist. Mit anderen Worten ist in radialer Richtung ein Geschwindigkeitsgradient in der Dispersion 6 gebildet. Eine Rotationsachse der Dispersion 6 kann der Achse 2 entsprechen. Folglich kann sich die Dispersion 6 wie ein Festkörper verhalten, bei dem bei einer Rotationsbewegung die Geschwindigkeitskomponente in Tangentialrichtung linear mit dem Abstand zur Rotationsachse zunimmt.

Falls der Steigungswinkel 40 in Leitrichtung zunimmt, so kann aufgrund des zunehmenden Steigungswinkels 40 die Rotationsgeschwindigkeit der Dispersion 6 mit zunehmendem Eindringen in den ersten Rohrabschnitt 12 zunehmen. Aufgrund der von der Rotation hervorgerufenen Fliehkraft (Volumenkraft), welche durch den Geschwindigkeitsgradienten hervorgerufen wird, werden die Partikel 10 radial nach außen bewegt. Die Dispersion 10 trifft im Anschluss an das Passieren des ersten Rohrabschnitts 12 auf den Staukörper 44 in dem zweiten Rohrabschnitt 14, wobei die Dispersion 6 aufgrund des Staukörpers 44 mittig abgebremst wird und in radialer Richtung nach außen verdrängt wird. Hierbei kann die Rotationsbewegung der Dispersion 6 mittels der Leitschaufeln 46 und optional mittels der Einkerbung(en) 36 in der zweiten Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14 aufrechterhalten werden.

Während der helikalen Umströmung des Staukörpers 44 erhalten die Partikel 10 einen radial nach außen gerichteten Auftrieb und reichem sich nahe der Innenwand 41 des Rohrabschnitts 12 an. Ein Abstand des Großteils der Partikel 10 zur Achse 2 ist daher größer als ein Radius der Öffnung des Tauchrohrs 22, weswegen die Partikel 10 in den Spalt 24 und somit in die Auffangkammer 18 gelangen. Dort treffen sie auf die Trennwand 26 und werden an einer Bewegung weiter in Leitrichtung 34 gehindert. Das von den Partikeln 10 entfrachtete und partikelarme Fluid 8 befindet sich bezüglich der Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14 weiter innen in Richtung der Achse 2 und tritt in das Tauchrohr 22 ein. Dort trifft dieses auf den Staudruckkörper 18 und wird über den Schlitz 30 aus dem Gleichstromzyklonabscheider 4 ausgeleitet. Mittels Wahl des Innendurchmessers des Tauchrohres 22 auf Seiten des zweiten Rohrabschnitts 14, sowie der axialen Position des Staudruckkörpers 18 ist es möglich, eine Reinheit oder eine Menge des Fluids 8 einzustellen.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Staukörpers 44 aus Figur 1 und einer imaginären helixförmigen Fläche 60. Der Staukörper 44 weist einen Grundkörper 54 zur Anordnung in dem Rohrabschnitt 12, 14, insbesondere dem zweiten Rohrabschnitt 12, des Gleichstromzyklonabscheiders 4 auf, und zwar so, dass eine Achse des Grundkörpers 54 auf einer Achse des zweiten Rohrabschnitts 12 liegt. Der Grundkörper 54 kann beispielsweise zylinderförmig oder kegelstumpfförmig ausgebildet sein. Der Grundkörper 54 kann beispielsweise rotationssymmetrisch ausgebildet sein, wobei die Achse des Grundkörpers 54 die entsprechende Symmetrieachse sein kann.

Der Staukörper 44 weist weiter mindestens eine, vorzugsweise zwei oder mehr, beispielsweise sechs oder zwölf Leitschaufeln 46 auf, die sich jeweils von dem Grundkörper 54 radial nach außen erstrecken. Der Staukörper 44 kann beispielsweise so viele Leitschaufeln 46 aufweisen, dass eine Anzahl der Leitschaufeln 46 einer Anzahl von Einkerbungen 36 in dem Rohrabschnitt 12, 14 entspricht. Alternativ dazu kann die Anzahl der Leitschaufeln 46 größer als die Anzahl der Einkerbungen 36 sein. Die Leitschaufeln 46 können dann beispielsweise so ausgebildet und angeordnet sein, dass helixförmige Außenkanten 66 der Leitschaufeln 46 parallel zu den entsprechenden Einkerbungen 36 verlaufen und/oder dass die Einkerbungen 36 auf radialen Verlängerungen der helixförmigen Flächen 60 der entsprechenden Leitschaufeln 46 liegen. Der Staukörper 44 und/oder die Leitschaufeln 46 können beispielsweise Kunststoff aufweisen oder daraus gebildet sein. Der Staukörper 44 und/oder die Leitschaufeln 46 können beispielsweise einstückig (monolithisch) ausgebildet sein.

Die Leitschaufeln 46 sind so ausgebildet, dass sie jeweils einen sich radial und axial erstreckenden Teilabschnitt 88 (siehe Figur 5) der imaginären helixförmigen Fläche 60, deren Achse der Achse des Grundkörpers 54 und der Achse 2 des Gleichstromzyklonabscheiders 4 entspricht, aufweisen.

Ferner kann der Staukörper 44 einen kegelförmigen Anströmkörper 56 aufweisen, der an einer vorderen Grundfläche 90 (siehe Figur 6) des Grundkörpers 54, die bei bestimmungsgemäßem Einsatz des Staukörpers 44 entgegen der Leitrichtung 34 gerichtet ist, bündig an dem Grundkörper 54 angeordnet ist und dessen Kegelspitze entgegen der Leitrichtung 34 gerichtet ist.

Die mehreren Leitschaufeln 46 können beispielsweise äquidistant zueinander an dem Grundkörper 54 angeordnet sein. Jede der Leitschaufeln 46 kann mittels einer entsprechenden helixförmigen Fläche 60 konstruiert werden. Jede der Leitschaufeln 46 kann einen Teilabschnitt 88 (siehe Figur 5) einer entsprechenden helixförmigen Fläche 60 aufweisen. Der Staukörper 44 kann beispielsweise ortsfest, insbesondere drehfest, bezüglich des Rohrabschnitts 12, 14 in dem zweiten Rohrabschnitt 14 angeordnet sein. Der Staukörper 44 und die Leitschaufeln 46 können einstückig (monolithisch) ausgebildet sein.

Die imaginäre helixförmige Fläche 60 kann beispielsweise die helixförmige Außenkante 66 aufweisen, wobei sich die helixförmige Fläche 60 von der helixförmigen Außenkante 66 zur Achse des Grundkörpers 54, zu einer Mantelfläche des Grundkörpers 54 oder zu einer helixförmigen Innenkante 68 der helixförmigen Fläche 60 erstrecken kann. Die helixförmige Innenkante 68 kann beispielsweise auf der Mantelfläche des Grundkörpers 54 liegen. Die helixförmige Fläche 60, insbesondere deren Teilabschnitt 88, dient zum Konstruieren und technisch akkuraten Beschreiben der Leitschaufel 46, insbesondere der Form der Leitschaufel 46. Sobald die Leitschaufel 46 konstruiert ist, wird die imaginäre helixförmige Fläche 60 nicht mehr benötigt und die Leitschaufel 46 kann entsprechend hergestellt werden.

Die Leitschaufel 46 kann so ausgebildet sein, dass bei bestimmungsgemäß angeordnetem Staukörper 44 ein Steigungswinkel zumindest der helixförmigen Außenkante 66 der helixförmigen Fläche 60 in der Leitrichtung 34 des Gleichstromzyklonabscheiders 4 zunimmt. Beispielsweise kann ein Steigungswinkel der helixförmigen Fläche 60 in der Leitrichtung 34 zunehmen. Da die Leitschaufel 46 auf der helixförmigen Fläche 60 liegt, kann auch ein Steigungswinkel der Leitschaufel 46 in der Leitrichtung 34 zunehmen. Der Staukörper 44 ist bestimmungsgemäß angeordnet, wenn er in dem Rohrabschnitt 12, 14, insbesondere in dem zweiten Rohrabschnitt 14, des

Gleichstromzyklonabscheiders 4 angeordnet ist, beispielsweise wie in Figur 1 gezeigt.

Die Innenwand 32, 41 des Rohrabschnitts 12, 14 des

Gleichstromzyklonabscheiders 4 weist die helixförmige Einkerbung 36 auf, die sich um die Innenwand 32, 41 windet. Der Staukörper 44 kann so ausgebildet und so in dem zweiten Rohrabschnitt 14 angeordnet sein, dass die helixförmige Außenkante 66 der imaginären helixförmigen Fläche 60 parallel zu der mittels der Einkerbung 36 gebildeten Helix verläuft. In anderen Worten kann die Helix, die durch die Einkerbung 36 gebildet ist, auf der imaginären helixförmigen Fläche 60 liegen, sofern die imaginäre helixförmige Fläche 60 in radialer Richtung bis zu der Einkerbung 36 vergrößert, beispielsweise extrapoliert, wird. Falls der Gleichstromzyklonabscheider 4 eine Staukörperanordnung mit mehreren Staukörpern 44, also zwei oder mehr der Staukörper 44, aufweist, so können alle der Staukörper 44 entsprechend angeordnet und ausgebildet sein.

Falls die Einkerbung 36 in dem Rohrabschnitt 12, 14 so ausgebildet ist, dass sich die entsprechende Helix mit einer Steigung um die Innenwand 32, 41 windet und dass der Steigungswinkel 40 der Helix in der Leitrichtung 34 zunimmt, kann der Staukörper 44 so ausgebildet sein, dass eine Steigung der helixförmigen Außenkante 66 der helixförmigen Fläche 60 in gleichem Maße zunimmt wie die Steigung der durch die Einkerbung 36 gebildeten Helix.

Falls der Rohrabschnitt 12, 14 zwei oder mehr der Einkerbungen 36 aufweist, die beispielsweise parallel zueinander verlaufen, so kann der Staukörper 44 so viele Leitschaufeln 46 aufweisen, dass eine Anzahl der Leitschaufeln 46 einer Anzahl der Einkerbungen 36 entspricht. Alternativ dazu kann die Anzahl der Leitschaufeln 46 größer als die Anzahl der Einkerbungen 36 sein. Die mehren Einkerbungen 36 gemeinsam können auch als eine Art Innengewinde mit entsprechend mehreren Gängen verstanden werden, wobei jeder Gang des Innengewindes einer der Einkerbungen 36 entspricht.

Fig. 3 zeigt eine detaillierte Seitenansicht des Staukörpers 44 aus Figur 1 . Aus Figur 3 geht hervor, dass der Staukörper 44, insbesondere die Leitschaufel 46, eine Anströmkante 76 an der Leitschaufel 46 hat. Die Anströmkante 76 erstreckt sich von dem Grundkörper 54 nach außen. Die Anströmkante 76 wird bei bestimmungsgemäßem Einsatz, also bei bestimmungsgemäß angeordnetem Staukörper 44 während des Betriebs des Gleichstromzyklonabscheiders 4, als erstes Teil der Leitschaufel 46 von dem Fluid 8 angeströmt. Die Anströmkante 76 kann mit der Achse 2 einen Anströmwinkel 78 einschließen beispielsweise zwischen 10° und 60°, beispielsweise zwischen 20° und 50°, beispielsweise von ca. 45°.

Die Leitschaufel 46 kann so ausgebildet sein, dass eine axiale Länge L1 , L2 der Leitschaufel 46 in radialer Richtung stetig abnimmt. Beispielsweise kann eine erste Länge L1 immer länger als eine zweite Länge L2 sein, wenn die Längen L1 , L2 parallel zur Achse 2 gemessen werden und die erste Länge L1 näher an der Achse 2 gemessen wird als die zweite Länge L2. Somit wird eine von dem Fluid 8 in der Leitrichtung 34 überströmte Fläche der Leitschaufel 46 mit zunehmendem Abstand zur Achse 2 kleiner. Eine axiale Länge des gesamten Staukörpers 44 kann beispielsweise zwischen einem Halben eines Durchmessers und einem zehnfachen Durchmesser des Rohrabschnitts 12, 14, beispielsweise zwischen einem Viertel des Durchmessers und einem fünffachen Durchmesser des Rohrabschnitts 12, 14, insbesondere des ersten Rohrabschnitts 12, entsprechen.

Die Leitschaufel kann so ausgebildet sein, dass bei bestimmungsgemäß angeordnetem Staukörper 44 ein hinteres Ende 58 der Leitschaufel 46 in der Leitrichtung 34 hinter einer hinteren Grundfläche 84 des Grundkörpers 54 liegt. In anderen Worten können die Leitschaufeln 46 in Leitrichtung 34 zumindest teilweise über den Grundkörper 54 hinausstehen.

Die Leitschaufeln 46 können in Richtung weg vom Grundkörper 54 an die Anströmkante 76 anschließend einen äußeren Kugelsegmentabschnitt 80 aufweisen. Der äußere Kugelsegmentabschnitt 80 ist in Form eines Kugelsegments gebildet. In anderen Worten kann eine Kante der Leitschaufeln 46 in dem äußeren Kugelsegmentabschnitt 80 entlang einer imaginären Kugeloberfläche verlaufen. Die Leitschaufeln 46 können in Richtung weg vom Grundkörper 54 an einer von der Anströmkante 76 abgewandten Kante einen inneren Kugelsegmentabschnitt 82 aufweisen. Der innere Kugelsegmentabschnitt 82 ist in Form eines Kugelsegments gebildet. In anderen Worten kann eine Kante der Leitschaufeln 46 in dem inneren Kugelsegmentabschnitt 82 entlang einer imaginären Kugeloberfläche verlaufen. Optional können die inneren Kugelsegmentabschnitte 82 aller Leitschaufeln 46 eine Schüssel bilden und/oder auf der Oberfläche derselben imaginären Kugel liegen.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Staukörpers 44 für den Gleichstromzyklonabscheider 4 und einer imaginären helixförmigen Fläche 60.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische, teilweise geschnittene Detailansicht des Staukörpers aus Figur 4.

Der in den Figuren 4 und 5 gezeigte Staukörper 44 kann beispielsweise weitgehend dem im Vorhergehenden erläuterten Staukörper 44 entsprechen. Daher werden im Folgenden nur die Merkmale des Staukörpers 44 erläutert, bezüglich derer sich der in den Figur 4 und 5 gezeigte Staukörper 44 von dem im Vorhergehenden erläuterten Staukörper 44 unterscheidet.

Die Leitschaufeln 46 können so ausgebildet sein, dass ein sich axial erstreckendes Profil der Leitschaufeln 46 tragflächenförmig oder tropfenförmig ausgebildet ist (siehe Schnittfläche der Leitschaufel 46 in Figur 5). Beispielsweise können die Leitschaufeln 46 so ausgebildet sein, dass bei gleichem radialen Abstand zur Achse des Staukörpers 44 eine axiale Länge einer konvexen Seite 74 der Leitschaufel 46 länger ist als eine axiale Länge einer konkaven Seite 72 der Leitschaufel. D.h., dass der Weg für die Dispersion in der Leitrichtung 34, also in axialer Richtung, entlang der konvexen Seite 74 der Leitschaufel 46 länger ist als entlang der konkaven Seite 72 der Leitschaufel 46. Die Leitschaufeln 46 können so ausgebildet sein, dass eine Seite der Leitschaufeln 46 dem Teilabschnitt 88 der imaginären helixförmigen Fläche 60 entspricht. In anderen Worten kann die Leitschaufel 46 beispielsweise auf der imaginären helixförmigen Fläche 60 liegen, insbesondere vollständig. Beispielsweise können die konkaven Seiten 72 der Leitschaufeln 46 den entsprechenden Teilabschnitten 88 entsprechen.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Staukörpers 44 und einer imaginären helixförmigen Fläche 60. Der in Figur 6 gezeigte Staukörper 44 kann beispielsweise weitgehend dem mit Bezug zu Figur 5 erläuterten Staukörper 44 entsprechen. In Figur 6 ist der Staukörper 44 ohne den Anströmkörper 56 dargestellt, sodass die vordere Grundfläche 90 des Grundkörpers 54, an der der Anströmkörper 56 angeordnet sein kann, freiliegt und sichtbar ist.

Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Staukörperanordnung. Die Staukörperanordnung weist mindestens zwei, optional drei oder mehr der vorstehend erläuterten Staukörper 44 auf. Die Staukörper 44 sind in axialer Richtung hintereinander aneinander angeordnet und ihre Achsen liegen aufeinander. Lediglich der in der Leitrichtung 34 als erstes angeordnete Staukörper 44 weist den Anströmkörper 56 auf. Die Staukörper 44 können gleich viele Leitschaufeln 46 oder unterschiedlich viele Leitschaufeln 46 aufweisen. Beispielsweise kann der in Leitrichtung 34 erste Staukörper 44 sechs Leitschaufeln 46 aufweisen und alle folgenden Staukörper 44 können zwölf Leitschaufeln 46 aufweisen, wobei auch anderen Kombinationen unterschiedlicher Anzahlen von Leitschaufeln 46 verwendet werden können.

Bei dem in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die maximalen Außendurchmesser der beiden Staukörper 44 gleichgroß, also entlang der Staukörperanordnung konstant. Alternativ dazu können die Staukörper 44 so ausgebildet sein, dass bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Staukörper 44 in dem Gleichstromzyklonabscheider 4 der maximale Außendurchmesser der Staukörper 44 in der Leitrichtung 34 größer wird. D.h. beispielsweise, dass der von dem Fluid 8 als erstes angeströmter Staukörper 44, in Figur 7 der obere Staukörper 44, einen kleineren Durchmesser haben kann, als der danach angeströmte Staukörper 44, in Figur 7 der untere Staukörper 44.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

2 Achse

4 Gleichstromzyklonabscheider

6 Dispersion

8 Fluid

10 Partikel

12 erster Rohrabschnitt

14 zweiter Rohrabschnitt

16 Abscheidekammer

18 Auffangkammer

20 Leitrohr

22 Tauchrohr

24 Spalt

26 Trennwand

28 Staudruckkörper

30 Schlitz

32 erste Innenwand

34 Leitrichtung

36 Einkerbung

40 Steigungswinkel

41 zweite Innenwand

44 Staukörper

46 Leitschaufel

48 Eintrittsöffnung

50 dritter Rohrabschnitt

52 Trennkörper

54 Grundkörper

56 Anström körper

58 hinteres Ende Leitschaufel

60 helixförmige Fläche

62 konkave Seite helixförmige Fläche

64 konvexe Seite helixförmige Fläche

66 helixförmige Außenkante

68 helixförmige Innenkante

72 konkave Seite Leitschaufel 74 konvexe Seite Leitschaufel

76 Anström kante

78 Anströmwinkel

80 äußerer Kugelsegmentabschnitt

82 innerer Kugelsegmentabschnitt

84 hintere Grundfläche

86 Tragflächenprofil

88 Teilabschnitt helixförmige Fläche

90 vordere Grundfläche

L1 erste axiale Länge

L2 zweite axiale Länge