Beschreibung

Gleichstromzyklonabscheider

Die Erfindung betrifft einen Gleichstromzyklonabscheider zur Abscheidung von Partikeln aus einer die Partikel und ein Fluid aufweisenden Dispersion. Als Dispersion wird insbesondere eine Suspension herangezogen. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung eines Gleichstromzyklonabscheiders.

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 somit 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 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 werden somit in Richtung der schnelleren Strömungsanteile gesogen.

Bei dem Gegenstromzyklonabscheider wird die Dispersion in ein Gefäß mit einer abgerundeten Seitenwand, wie eine Tonne oder einen Kegel, geleitet, wobei die Einleitung tangential erfolgt. Die Achse des Behälters ist somit im Wesentlichen vertikal und senkrecht zur ursprünglichen Bewegungsrichtung der Dispersion und folglich senkrecht zur Einleitrichtung der Dispersion in den Behälter. Daher wird die Dispersion auf eine Kreis- oder Spiralform gezwungen, die mittels der Wandung des Behälters vorgegeben ist. Aufgrund des meist erhöhten Gewichts der Partikel werden diese radial nach außen gedrängt sowie von der Wandung abgebremst. Infolgedessen sammeln sich die Partikel am Boden des Gefäßes. Das Fluid wird meist aus einem vertikal oberhalb des Bodens befindlichen Ausgangs abgeleitet, der sich meist oberhalb des Einleitpunkts der Dispersion in den Behälter befindet. Aufgrund der senkrechten Einleitung der Dispersion in den Behälter ist ein Platzbedarf vergrößert und ein Nachrüsten bestehender Anlagen mit einem derartigen Gegenstromzyklonabscheider deshalb meist nicht möglich. Auch entspricht die Richtung, in der das Fluid aus dem Gegenstromzyklonabscheider geleitet wird, nicht der Richtung, in der die Dispersion in den Gegenstromzyklonabscheider geleitet wird, weswegen weitere Umlenkungen der Dispersion erforderlich sind. Zudem tritt ein vergleichsweise hoher Druckverlust für das Fluid und/oder die Partikelabscheidung auf.

Eine Alternative hierzu sind die Gleichstromzyklonabscheider. Bei diesen 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 dieser wird somit der Dispersion auch eine Geschwindigkeit in Tangentialrichtung aufgeprägt, wobei die maximale Geschwindigkeit der Dispersion, also deren Absolutbetrag, im Wesentlichen mittig zwischen einer Rohrwand und dem Mittelpunkt des Rohres sich befindet. Somit werden auch hier die Partikel radial nach außen bewegt, wohingegen das Fluid im Wesentlichen in der Mitte des Gleichstromzyklonabscheiders bewegt wird. Da sich die maximale Geschwindigkeit jedoch 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 weg bewegen, weswegen sich im Randbereich lediglich wenige Partikel ansammeln. Die Rotation der Dispersion führt nämlich 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 Fluidkräfte als Senke betrachtet werden kann, und zu der die Partikel 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 Ge- genstromzyklonabscheider 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen besonders geeigneten Gleichstromzyklonabscheider sowie eine besonders geeignete Verwendung eines Gleichstromzyklonabscheiders anzugeben, wobei vorteilhafterweise ein Wirkungsgrad erhöht ist.

Hinsichtlich des Gleichstromzyklonabscheiders wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Verwendung durch die Merkmale des Anspruchs 11 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Der Gleichstromzyklonabscheider dient der Abscheidung von Partikeln aus einer Dispersion, die die Partikel und ein Fluid aufweist. Insbesondere besteht die Dispersion aus den Partikeln und dem Fluid. Die Dichte der Partikel und die Dichte des Fluids sind beispielsweise im Wesentlichen gleich. Insbesondere ist das Ver- hältnis der Dichten gleich 1 oder zumindest zwischen 0,95 und 1 ,05 oder zwischen 0,99 und 1,01 oder zwischen 0,995 und 1,005. Die Partikel weisen beispielsweise eine Größe von 1 nm bis 1μιτι oder bevorzugt größer als 1 μηι auf. Besonders bevorzugt weisen die Partikel eine Teilchengröße zwischen 0,1 mm und 1 mm oder größer auf. Die Partikel bestehen beispielsweise aus einem einzigen Stoff oder aus unterschiedlichen Stoffen oder Elementen. Insbesondere sind die Partikel heterogen. Zum Beispiel bildet Sand zumindest teilweise die Partikel. Das Fluid ist beispielsweise ein Gas oder besonders bevorzugt eine Flüssigkeit. Insbesondere ist das Fluid inkompressibel und eine Flüssigkeit. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Dispersion um eine Suspension. Das Fluid ist beispielsweise Wasser, welches insbesondere einem fließenden Gewässer oder einem Meer entnommen ist. Insbesondere soll das Fluid beispielsweise als Kühlwasser bei einer Industrieanlage oder als Prozesswasser im Bergbau herangezogen werden. Alternativ soll das Fluid einer Entsalzungsanlage zugeführt werden, und die Dispersion ist Meerwasser, in dem beispielsweise Partikel vorhanden sind, insbesondere Sand.

Der Gleichstromzyklonabscheider ist ein Axialabscheider. Mit anderen Worten ist der Gleichstromzyklonabscheider ein Fliehkraftabscheider, der axiai/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 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. Geeigneterweise ist der hohlzylindrische Rohrab- schnitt frei von weiteren Bestandteilen des Gleichstromzyklonabscheiders, sodass dieser vergleichsweise frei mittels der Dispersion durchströmt werden kann. Mit anderen Worten befindet sich innerhalb der Innenwand kein weiteres Bauteil und mittels der Innenwand ist somit ein Hohlraum gebildet.

Die Innenwand des Rohrabschnitts weist ein Innengewinde auf. Mit anderen Worten weist die Innenwand eine Einkerbung und/oder einen radial nach innen vorspringenden Fortsatz auf, der wendelartig entlang der Leitrichtung verläuft. Insbesondere ist mittels der Einkerbung bzw. des Vorsprungs 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 das Innengewinde um die Achse des hohlzylindrischen Rohrabschnitts. Insbesondere weist die Innenwand über deren vollständige Länge in Leitrichtung das Innengewinde auf. Die Länge des Rohrabschnitts ist beispielsweise gleich dem Durchmesser des Rohrabschnitts oder größer als der Durchmesser des Rohrabschnitts, größer oder gleich dem Doppelten des Durchmessers des Rohrabschnitts oder größer oder gleich dem Dreifachen des Rohrabschnitts. Vorzugsweise ist die Länge des Rohrabschnitts größer oder gleich dem 10-fachen, 20-fachen, 50-fachen, 100-fachen oder 150-fachen des Durchmessers des Rohrabschnitts.

Das Innengewinde dient der Drallerzeugung der Dispersion, so dass dieses nach Passieren des Innengewindes eine Geschwindigkeitskomponente tangential, also senkrecht zur Leitrichtung aufweist. Somit ist der Drallerzeuger das Innengewinde. Mit anderen Worten wird aufgrund des Innengewindes 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 des Innengewindes 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 vergleichsweise nah zu der Innenwand befinden, insbesondere im Bereich des nach innen vorspringenden Fortsatzes, aufgrund des Innengewindes die größte Geschwindigkeit auf. Diese Geschwindigkeit entspricht der Geschwindigkeit, die aufgrund des Leitens der Dispersion entlang der Leitrichtung vorherrscht, zuzüglich der Geschwindigkeit, die aufgrund des Innengewindes aufgebracht wird. Der sich im Wesentlichen lediglich mittig befindende Teil der Dispersion weist hierbei lediglich die Geschwindigkeitskomponente in Leitrichtung auf. Aufgrund der Viskosität der Dispersion nimmt die Geschwindigkeit von der Mitte des Rohrabschnitts bis zur Innenwand im Wesentlichen linear zu, sodass die Rotationsbewegung der Dispersion im Wesentlichen dereines 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 vergleichsweise 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 des Innengewindes 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 mittels einer geeigneten Abscheidekammer von dem Fluid entfernt, die zweckmäßigerweise dem Rohrabschnitt fluidtechnisch nachgeschaltet ist. Mittels des Gleichstromzyklonabscheiders ist insbesondere ein Wirkungsgrad, also dem Verhältnis des aus dem Gleichstromzyklonabscheider heraus geleiteten Fluids zu dem Volumen des In dem Gleichstromzyklonabscheider eingeleiteten Dispersion, von bis zu 80% realisiert, wobei eine Partikelabscheidung (Partikelabscheidegrad) von bis zu 95% bei Betrieb erreicht wird. Das Innengewinde weist insbesondere einen Gang auf, der mittels der Einkerbung (Nut) realisiert ist. Mit anderen Worten entspricht der Gang der Nut, und der Gang ist helixförmig entlang der Leitrichtung ausgestaltet und die Innenwand zur Ausbildung des Ganges somit eingekerbt. Besonders bevorzugt weist das Innengewinde eine Anzahl derartiger Gänge auf. Auf diese Weise ist eine Drallerzeugung in der Dispersion verbessert. Zweckmäßigerweise ist die Anzahl der Gänge zwischen zwei Gängen und 100 Gängen, zwischen 4 Gängen und 20 Gängen und beispielsweise gleich 12 Gängen, was zu einer vergleichsweise effektiven Drallerzeugung führt, wobei insbesondere eine Ausbildung von Wirbeln verringert ist. Zudem sind bei einer derartigen Anzahl an Gängen Herstellungskosten vergleichsweise gering. Die Gänge sind beispielsweise mittels Nuten bereitgestellt, welche zum Beispiel einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweisen. Besonders bevorzugt jedoch sind die Gänge abgerundet ausgestaltet, und der Querschnitt jedes Gangs ist geeigneterweise henkeiförmig und/oder ohrmu- schelförmig ausgestaltet. Somit ist der Querschnitt jedes Gangs zumindest teilweise spiralförmig, insbesondere logarithmisch spiralförmig, ausgestaltet und/oder gebogen ausgeführt. Folglich weist der hohlzylindrische Rohrabschnitt im Wesentlichen einen Querschnitt auf, der zahnrad- oder sägeblattförmig ausgestaltet ist. Insbesondere ist der Querschnitt nach Art des Querschnitts eines Freilaufs ausgestaltet. Aufgrund der Rundungen ist eine Ausbildung von ungewünschten Wirbeln weiter verringert, die anderweitig einen Wirkungsgrad herabsetzen würden.

Der Steigungswinkel des Innengewindes ist beispielsweise konstant. Besonders bevorzugt jedoch nimmt der Steigungswinkel in der Leitrichtung zu. Beispielsweise beginnt der Steigungswinkel bei 0° und nimmt zum Beispiel 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. Insbesondere entspricht der Steigungswinkel des Innengewindes dem Steigungswinkel der etwaig vorhandenen Gänge und der Steigungswinkel der Gänge ist insbesondere gleich, zumindest an der gleichen Position in Leitrichtung. Der Steigungswinkel ist insbesondere der Winkel, den das Innengewinde, insbesondere der 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. Zweckmäßigerweise ist der Steigungswinkel derart gewählt, dass ein subkritischer Drallgrad ausgebildet ist, wobei der Drallgrad insbesondere anhand des Verhältnisses der Geschwindigkeitskomponente in der Tangentialrichtung zu der Geschwindigkeitskomponente in der Leitrichtung ermittelt ist, und diesem beispielsweise entspricht. Infolgedessen ist eine Turbulenzintensität verringert. So bildet sich insbesondere bis zu einem kritischen Drallgrad ein subkritischer Drall (verringerte Turbulenzintensität) aus und ab dem kritischen Drallgrad ein superkritischer Drall (erhöhte Turbulenzintensität). Für die Partikel- abscheidung ist der subkritische Drall insbesondere vorteilhafter. Der Drallgrad ergibt sich insbesondere aus dem Verhältnis des tangentialen- zum axialen Impulsstrom.

Bevorzugt ist dem Rohrabschnitt fluidtechnisch ein zweiter Rohrabschnitt nachgeschaltet, der hohlzylindrisch ausgestaltet ist. Die beiden Rohrabschnitte sind zweckmäßigerweise koaxial angeordnet. Vorzugsweise grenzt der zweite Rohrabschnitt direkt an den Rohrabschnitt, und der Rohrabschnitt geht vorzugsweise direkt in den zweiten Rohrabschnitt über. Insbesondere ist der Rohrabschnitt an den zweiten Rohrabschnitt angeformt und somit einstückig, insbesondere monolithisch, mit diesem. Der zweite Rohrabschnitt weist vorzugsweise einen im Wesentlichen runden Querschnitt auf. Der zweite Rohrabschnitt weist auf der dem Rohrabschnitt zugewandten Seite zweckmäßigerweise den gleichen Innendurchmesser wie der Rohrabschnitt auf, was eine Verwirbelung der Dispersion oder des Fluids beim Übergang von dem Rohrabschnitt zu dem zweiten Rohrabschnitt vermeidet. Der zweite Rohrabschnitt weist somit ebenfalls eine Innenwand auf, und die Dispersion oder zumindest das Fluid und die hieraus abgeschiedenen Partikel werden bei Betrieb ebenfalls in Leitrichtung durch den zweiten Rohrabschnitt hindurch geführt, und zwar von dem Rohrabschnitt her. Die Innenwand des zweiten Rohrabschnitts weist beispielsweise zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, ebenfalls ein Innengewinde auf, wobei das Innengewinde des Rohrabschnitts zweckmäßigerweise direkt in das Innengewinde des zweiten Rohrabschnitts übergeht. Mit anderen Worten fluchten der Gang bzw. die Gänge der Innengewinde miteinander. Vorzugsweise ist der Steigungswinkel des Innengewindes des Rohrabschnitts beim Übergang gleich dem Steigungswinkel des Innengewindes des zweiten Rohrabschnitts. Alternativ oder in Kombination hierzu ist die Innenwand des zweiten Rohrabschnitts zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, glatt ausgestaltet In dem zweiten Rohrabschnitt ist ein Staukörper angeordnet. Dieser ist insbesondere mittig innerhalb des zweiten Rohrabschnitts, also zentral innerhalb des zweiten Rohrabschnitts positioniert und vorzugsweise auf der Achse des zweiten Rohrabschnitts.

Zweckmäßigerweise ist der Staukörper dreh- oder besonders bevorzugt rotationssymmetrisch bezüglich der Achse des zweiten Rohrabschnitts. Der Staukörper ist insbesondere strömungsoptimiert. Der Staukörper ist beispielsweise tropfenförmig ausgestaltet, wobei das verdickte Ende insbesondere in Richtung des Rohrabschnitts gerichtet ist. Auf diese Weise ist ein fluidtechnischer Widerstand des Staukörpers verringert, und Turbulenzen werden vermieden. An dem Staukörper sind radial nach außen verlaufende Leitschaufeln angebunden, insbesondere angeformt 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 zweiten Rohrabschnitts, also zumindest abschnittsweise radial und nach außen bezüglich des Staukörpers. Beispielsweise verlaufen die Leitschaufeln zumindest teilweise tangential und sind vorzugsweise spiralförmig gebogen ausgestaltet. Die Leitschaufeln sind von der Innenwand des zweiten Rohrabschnitts beabstandet.

Aufgrund der Beabstandung der Leitschaufeln von der Innenwand wird der sich radial außen liegende Teil der Dispersion vergleichsweise gering mittels der Leitschaufeln beeinftusst. Wegen der Beabstandung der Leitschaufeln von der Innenwand des zweiten Rohrabschnitts bleibt die Rotationsbewegung der Dispersion erhatten, sodass diese nach Passage des Staukörpers sowie der Leitschaufeln ebenfalls weiterhin die Rotationsbewegung aufweist. Die Leitschaufeln bewirken insbesondere eine Aufrechterhaltung des Dralls. Die Beabstandung der Leitschaufeln von der Außenwand hat insbesondere den Effekt, dass die Absolutgeschwindigkeit der Drallströmung an der Außenwand weiterhin maximal erhalten bleibt. Aufgrund des Staukörpers wird die Dispersion von der Mitte des zweiten Rohrabschnitts radial nach außen gedrängt, wobei die aufgrund des Rohrabschnitts hervorgerufene Rotationsbewegung der Dispersion erhalten bleibt. Infolgedessen werden die Partikel radial nach außen gedrängt und aufgrund der Rotationsbewegung weiter in Richtung der Innenwand des zweiten Rohrabschnitts beschleunigt. Auf die radial nach außen bewegten 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 wird im Wesentlichen lediglich das Fluid erneut in die Mitte des zweiten Rohrabschnitts hinein bewegt, sodass im Wesentlichen lediglich die Außenbereiche der Dispersion noch die Partikel aufweisen. Die inneren Bereiche der Dispersion hingegen weisen im Wesentlichen lediglich das nach dem Staukörper nach innen bewegte Fluid auf. Somit ist aufgrund des Staukörpers sowie der Leitschaufeln ein Wirkungsgrad verbessert.

Die Leitschaufeln sind zweckmäßigerweise bezüglich der Leitrichtung geneigt. Insbesondere sind die Leitschaufeln bezüglich der Achse des hohlzylindrischen zweiten Rohrabschnitts geneigt und somit schräg zu dieser angeordnet. Die Leitschaufeln bilden geeigneterweise ein an dem Staukörper angebundenes Außengewinde. Aufgrund der Neigung wird die Dispersion bei Betrieb mittels der Leitschaufeln ebenfalls weiterhin in die Rotationsbewegung versetzt oder zumindest die Rotationsbewegung der Dispersion aufrecht erhalten.

Geeigneterweise ist der Neigungswinkel der Leitschaufeln gleich dem Steigungswinkel des Innengewindes. Mit anderen Worten weisen die Leitschaufeln den gleichen Steigungswinkel wie das Innengewinde auf. Sofern der Steigungswinkel des Innengewindes variabel ist, ist insbesondere der Steigungswinkel/Neigungswinkel der Leitschaufeln gleich dem Steigungswinkel des Innengewindes beim Übergang von dem Rohrabschnitt zu dem zweiten Rohrabschnitt, sofern der zweite Rohrabschnitt kein Innengewinde aufweist. Sofern der zweite Rohrabschnitt ebenfalls das Innengewinde aufweist, ist der Steigungswinkel der Leitschaufeln gleich dem Steigungswinkel des Innengewindes des zweiten Rohrabschnitts. Wenn der Steigungswinkel des Innengewindes des zweiten Rohrabschnitts variabel ist, ist insbesondere auch der Steigungswinkel der Leitschaufeln variabel und ändert sich zweckmäßigerweise entsprechend dem Steigungswinkel des Innengewindes. Hierbei ist der Steigungswinkel der Leitschaufeln zweckmäßigerweise gleich dem Steigungswinkel des Innengewindes an der gleichen Position in axialer Richtung und/oder in Leitrichtung. Aufgrund der Neigung der Leitschaufeln wird somit die Rotationsbewegung, die mittels des Innengewindes hervorgerufen wird, verstärkt oder zumindest aufrechterhalten. Folglich dienen die Leitschaufeln ebenfalls der Drallerzeugung oder zumindest dem Drallerhalt.

Die Länge der Leitschaufeln in Leitrichtung ist mit abnehmendem Abstand zur Innenwand vorzugsweise verringert. Mit anderen Worten nimmt zur Innenwand hin die von der Dispersion überströmte Länge der Leitschaufeln ab. Infolgedessen behält die Dispersion an der Rohrwand die ursprüngliche Geschwindigkeit, die beim Austritt aus dem Rohrabschnitt vorherrscht, im Wesentlichen bei, und die Dispersion weist auch weiterhin im Wesentlichen eine Rotationsbewegung auf, die dem eines Festkörpers entspricht. Auf diese Weise ist ein Abtrennen der Partikel aus dem Fluid weiter verbessert. Alternativ weist der Querschnitt der Leitschaufeln einen Nachlauf auf. Insbesondere ist der Leitschaufelquerschnitt spiralförmig.

Vorzugsweise ist der Staukörper und/oder die Leitschaufeln aus einem Kunststoff erstellt. Zum Beispiel sind der Staukörper und die Leitschaufeln einstückig (monolithisch). Beispielsweise sind an dem Staukörper zwischen 3 Leitschaufeln oder 20 Leitschaufeln und geeigneterweise 4 Leitschaufeln oder 8 Leitschaufeln angebunden. Somit ist ein Strömungswiderstand vergleichsweise gering, wobei dennoch eine effiziente Aufrechterhaltung oder Einbringung der Rotationsbewegung in die Dispersion gegeben ist. Bevorzugt ist der zweite Rohrabschnitt auf der dem Rohrabschnitt gegenüberliegenden Seite aufgeweitet. Beispielsweise nimmt der Innendurchmesser des zweiten Rohrabschnitts kontinuierlich zu oder zumindest ab einem bestimmten Punkt des zweiten Rohrabschnitts nimmt der Innendurchmesser kontinuierlich zu. Alternativ hierzu ist beispielsweise eine Stufe oder dergleichen vorhanden. Aufgrund der Aufweitung werden Partikel weiter von einer Mitte des zweiten Rohrabschnitts entfernt, sodass ein Rückströmen dieser nach dem Staukörper in die Mitte des zweiten Rohrabschnitts weiter verhindert ist. Zudem ist ein Abscheiden der Partikel auf diese Weise vereinfacht. Aufgrund der Aufweitung nimmt insbesondere die Querschnittsfläche des den Strömungskörper umlaufenden Spaltes ste- tig/exponentiell zu. Auf diese Weise werden insbesondere Strömungsverhältnisse geschaffen, die eine Rückströmung/Rückwirkung der Partikel verhindern. Somit gelangen Partikel, die im Sekundärvolumenstrom enthalten sind, insbesondere nicht mehr in den Primärvolumenstrom.

Beispielsweise ist dem Rohrabschnitt fluidtechnisch ein hohlzylindrischer dritter Rohrabschnitt vorgeschaltet, insbesondere direkt. Mit anderen Worten geht der dritte Rohrabschnitt insbesondere in den Rohrabschnitt über und die Rohrabschnitte sind zweckmäßigerweise einander angeformt, insbesondere miteinander einstückig, beispielsweise monolithisch. Zweckmäßigerweise sind die Achsen der hohlzylindrischen Rohrabschnitte zueinander parallel, vorzugsweise gleich. Besonders bevorzugt ist der dritte Rohrabschnitt koaxial zu dem Rohrabschnitt angeordnet, und/oder der Rohrabschnitt weist den gleichen Innendurchmesser auf wie der dritte Rohrabschnitt. Der Querschnitt des dritten Rohrabschnitts ist zum Beispiel kreisförmig. In dem dritten Rohrabschnitt ist ein weiterer Staukörper angeordnet, insbesondere zentral. Der Staukörper ist beispielsweise mittig auf der Achse des hohlzylindrischen dritten Rohrabschnitts angeordnet und geeigneterweise dreh- oder rotationssymmetrisch bezüglich dieser ausgestaltet.

An dem weiteren Staukörper sind radial nach außen verlaufende Leitschaufeln angeordnet. Mit anderen Worten erstrecken sich die weiteren Leitschaufeln von dem weiteren Staukörper zumindest teilweise radial nach außen. Die Leitschaufeln sind an einer Innenwand des dritten Rohrabschnitts angebunden. Somit wird im Wesentlichen jeder Anteil der Dispersion mittels der Leitschaufeln in dessen Bewegung beeinflusst, wobei die Dispersion aufgrund des Staukörpers radial nach außen gedrängt wird. Mit anderen Worten dienen die weiteren Leitschaufeln dem Leiten der Dispersion. Beispielsweise sind zwischen zwei weitere Leitschaufeln und 20 weitere Leitschaufeln und beispielsweise 10 weitere Leitschaufeln vorhanden. In einer Alternative ist der Staukörper weggelassen und die weiteren Leitschaufeln sind aneinander angeformt. Aufgrund der weiteren Leitschaufeln wird ein Vordrall bereitgestellt, weswegen insbesondere der Rohrabschnitt verkürzt ausgeführt sein kann. Der Rohrabschnitt dient in diesem Fall der„Homogenisierung/Beruhigung" der Drallströmung. Insbesondere ist hierbei die Länge des Rohrabschnitts mindestens gleich dem Zehnfachen des (Innen-)Durchmessers des Rohrabschnitts.

Die weiteren Leitschaufeln sind vorzugsweise bezüglich der Leitrichtung zumindest abschnittsweise geneigt. Mit anderen Worten weisen die weiteren Leitschaufeln mit der Leitrichtung oder zumindest der Achse des dritten Rohrabschnitts einen Steigungswinkel auf. Hierbei ist der Steigungswinkel beispielsweise konstant. Besonders bevorzugt jedoch ist der Steigungswinkel nicht konstant und die Leitschaufeln sind somit gebogen ausgestaltet. Aufgrund der Neigung der Leitschaufeln wird in die Dispersion bereits vor Eintritt in den Rohrabschnitt eine Drallbewegung eingebracht, also eine Rotationsbewegung um die Achse des dritten Rohr- abschnitts. Mit anderen Worten tritt bei Betrieb die Dispersion bereits teilweise rotierend in den Rohrabschnitt ein. Mittels des Innengewindes des Rohrabschnitts werden etwaige Turbulenzen innerhalb der Dispersion verringert und ein Bewegungsbild, insbesondere ein Geschwindigkeitsprofil der Dispersion, homogenisiert, sodass die Dispersion bei Austritt aus dem Rohrabschnitt im Wesentlichen das Geschwindigkeitsprofil eines rotierenden Festkörpers aufweist. Mit anderen Worten nimmt die Geschwindigkeitskomponente in tangentialer Richtung mit zunehmendem radialem Abstand zur Mittelachse des Rohrabschnitts zu, insbesondere linear. Sofern der zweite Rohrabschnitt vorhanden ist, ist insbesondere der Steigungswinkel des Innengewindes auf der dem dritten Rohrabschnitt zugewandten Seite verschieden von 0° und entspricht insbesondere dem Neigungswinkel der Leitschaufeln bezüglich der Leitrichtung auf der dem Rohrabschnitt zugewandten Seite. Infolgedessen wird die Drallströmung insbesondere beruhigt.

Dem Rohrabschnitt ist bevorzugt eine Abscheidekammer fluidtechnisch nachgeschaltet. Sofern der zweite Rohrabschnitt vorhanden ist, ist hierbei die Abscheidekammer dem zweiten Rohrabschnitt fluidtechnisch nachgeschaltet, insbesondere direkt. Sofern der zweite Rohrabschnitt nicht vorhanden ist, ist die Abscheidevorrichtung beispielsweise direkt dem Rohrabschnitt nachgeschaltet. Die Abscheidekammer selbst weist ein Trennrohr auf, welches insbesondere koaxial zu dem Rohrabschnitt, vorzugsweise koaxial zu dem zweiten Rohrabschnitt, sofern dieser vorhanden ist, angeordnet ist. Das Trennrohr (Tauchrohr) selbst weist beispielsweise einen im Wesentlichen runden Querschnitt senkrecht zur Leitrichtung auf. Zweckmäßigerweise ist das Trennrohr im Wesentlichen parallel zur Leitrichtung ausgerichtet. Der Innendurchmesser des Trennrohrs ist kleiner als der Innendurchmesser des Rohrabschnitts. Umfangsseitig wird das Trennrohr von einer Auffangkammer umgeben. Aufgrund der Bewegung der Partikel in Richtung der Innenwand des Rohrabschnitts werden hierbei die Partikel in die Auffangkammer bewegt (Sekundärvolumenstrom), wohingegen das Fluid in das Trennrohr eintritt (Primärvolumenstrom). Somit ist mittels der Abscheidekammer ein von den Partikeln gereinigtes Fluid sowie die Partikel bereitgestellt, wobei bei diesen im Wesentlichen lediglich vergleichsweise geringe Spuren des Fluides vorhanden sind.

Geeigneterweise umgibt die Auffangkammer direkt das Trennrohr, welches beispielsweise eine vergleichsweise dünne Wand aufweist. Somit ist es ermöglicht, mittels der Wahl des Innendurchmessers des Trennrohrs den Reinheitsgrad des Fluids oder den Reinheitsgrad der abgeschiedenen Partikel zu wählen. Beispielsweise ist das Trennrohr auf der dem Rohrabschnitt gegenüberliegenden Seite zumindest teilweise mittels eines Kegels oder dergleichen verschlossen, wobei insbesondere zwischen dem Rand des Trennrohrs und dem Kegel ein umlaufender Schlitz gebildet ist. Bei Betrieb tritt das Fluid durch den Schlitz aus. Vorzugsweise ragt die Spitze des Kegels in das Trennrohr hinein, und der Kegel ist zweckmäßigerweise koaxial zu dem Trennrohr angeordnet. Der Kegel dient insbesondere als Staudruckkörper und/oder zur Regulierung der Druckverhältnis- se/Geschwindigkeitsverhältnisse am Einlauf des Trennrohrs. Alternativ ist das Trennrohr beispielsweise mit einem Anschluss für eine Leitung versehen. Beispielsweise ist der Innendurchmesser des Trennrohrs auf der dem Rohrabschnitt gegenüberliegenden Seite aufgeweitet. Beispielsweise nimmt der Innendurchmesser vom Beginn des Trennrohrs auf Seiten des Rohrabschnitts in Leitrichtung zu. Infolgedessen wird eine Geschwindigkeit des Fluids bei Betrieb verringert

Ein Gleichstromzyklonabscheider mit einem hohlzylindrischen Rohrabschnitt zum Leiten einer Dispersion in eine Leitrichtung, wobei eine Innenwand des Rohrabschnitts ein Innengewinde aufweist, wird zur Abscheidung von Partikeln aus der Dispersion verwendet, die die Partikel und ein inkompressibles Fluid, wie eine Flüssigkeit aufweist. Mit anderen Worten ist die Dispersion eine Suspension. Insbesondere besteht die Dispersion aus den Partikeln und dem inkompressiblen Fluid, wobei das Fluid beispielsweise ein Gemisch unterschiedlicher Flüssigkeiten ist. Das Fluid ist beispielsweise ein Wasser oder umfasst dieses. Die Partikel sind zum Beispiel homogen oder besonders bevorzugt heterogen und weisen geeigneterweise eine Körnung größer 1 pm, größer 0,1mm oder größer als 1 mm auf. Geeigneterweise wird der Gleichstromzyklonabscheider bei einer Industrieanlage verwendet, insbesondere zur Bereitstellung von Kühlwasser. Alternativ wird der Gleichstromzyklonabscheider beim Bergbau verwendet, insbesondere zur Bereitstellung von Prozesswasser. Alternativ hierzu wird der Gleichstromzyklonabscheider zur Vorreinigung bei einer Entsalzungsanlage verwendet, mittels derer insbesondere Meerwasser entsalzt wird.

Die im Zusammenhang mit dem Gleichstromzyklonabscheider ausgeführten Weiterbildungen und Vorteile sind sinngemäß auch auf dessen Verwendung zu Übertragen und umgekehrt.

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

Fig. 1 schematisch einen Gleichstromzyklonabscheider mit einem Rohrabschnitt, dessen Innenwand ein Innengewinde aufweist, und mit ei- nem zweiten Rohrabschnitt, in dem ein Staukörper mit daran angebundenen und radial nach außen verlaufenden Leitschaufeln angeordnet ist

Fig. 2 einen Querschnitt des Rohrabschnitts,

Fig. 3 perspektivisch den Staukörper mit den daran angebundenen und radial nach außen verlaufenden Leitschaufeln,

Fig. 4 schematisch eine Weiterbildung des Gleichstromzyklonabscheiders, und

Fig. 5 einen Querschnitt einer Weiterbildung des zweiten Rohrabschnitts und eines Staukörpers mit daran angebundenen Leitschaufeln.

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

In Fig. 1 ist schematisch vereinfacht in einem Schnitt entlang einer Längsachse 2 ein Gleichstromzyklonabscheider 4 gezeigt. Der Gleichstromzyklonabscheider 4 wird verwendet, um eine Dispersion 6, die aus einem inkompressiblen Fluid 8 in Form von Wasser, und Partikeln 10 in Form von Sand besteht, zu filtern und somit die Partikel 10 aus der Dispersion 6 abzuscheiden, sodass das inkompressible Fluid 8 im Wesentlichen rein vorhanden ist. Die Dispersion 6 ist somit eine Suspension. Der Gleichstromzyklonabscheider 4 ist einer Meerwasserentsalzungsanlage vorgeschaltet, und die Dispersion 6 wird dem Meer entnommen, sodass das Fluid 8 Meerwasser ist. Hierbei würden die in dem Meerwasser vorhandenen Partikel 10 die Meerwasserentsalzungsanlage schädigen oder zumindest deren Wirkungsgrad herabsetzen. Daher ist es erforderlich, dass die Partikel 10, also der Sand, sowie weitere in dem Meerwasser vorhandene feste Bestandteile, aus dem Meerwasser entfernt werden.

Der Gleichstromzyklonabscheider 4 weist einen hohlzylindrischen Rohrabschnitt 12 und einen fluidtechnisch nachgeschalteten zweiten Rohrabschnitt 14 auf, der ebenfalls hohlzylindrisch ausgestaltet ist. Der zweite Rohrabschnitt 14 ist an dem Rohrabschnitt 12 angeformt und koaxial zu dem Rohrabschnitt 12 angeordnet. Der Innendurchmesser des Rohrabschnitts 12 ist konstant und gleich dem Innen- durchmesser des zweiten Rohrabschnitts 14 auf der dem Rohrabschnitt 12 zugewandten Seite. Auf der dem Rohrabschnitt gegenüberliegenden Seite ist der zweite Rohrabschnitt 14 aufgeweitet, sodass dessen Innendurchmesser zunimmt.

Fluidtechnisch ist dem zweiten Rohrabschnitt 14 eine Abscheidekammer 16 nachgeschaltet, die somit ebenfalls dem Rohrabschnitt 12 fluidtechnisch nachgeschaltet ist. Die Abscheidekammer 16 weist eine Auffangkammer 18 mit einem Leitrohr 20 auf, welches an den zweiten Rohrabschnitt 14 auf der dem Rohrabschnitt 12 gegenüberliegenden Seite angeformt ist. Der zweite Rohrabschnitt 14 ist mit kontinuierlichem Abstand zu dem Rohrabschnitt 12 aufgeweitet, und auch das Leitrohr 20 ist mit weiter zunehmendem Abstand zu dem Rohrabschnitt 12 aufgeweitet. Hierbei ist der Innendurchmesser des Leitrohrs 20 auf der dem zweiten Rohrabschnitt 14 zugewandten Seite gleich dem Innendurchmesser des zweiten Rohrabschnitts 14. Auch ist das Leitrohr 20 koaxial zu dem zweiten Rohrabschnitts 14 angeordnet, also zur Längsachse 2, sodass ein vergleichsweise ebener Übergang zwischen diesen vorhanden ist.

Innerhalb des Leitrohrs 20 ist koaxial mit diesem und somit auch koaxial mit dem Rohrabschnitt 12 und dem zweiten Rohrabschnitt 14 ein Trennrohr 22 angeordnet, dessen Innendurchmesser auf Seiten des Rohrabschnitts 12 sowie des weiteren Rohrabschnitts 14 kleiner als der Innendurchmesser des Rohrabschnitts 12 und somit auch kleiner als der Innendurchmesser des zweiten Rohrabschnitts 14 ist. Der Innendurchmesser des Trennrohrs 22 ist mit zunehmendem Abstand zu dem Rohrabschnitt 12 aufgeweitet, wobei die Länge des Trennrohrs 22, über die dieses aufgeweitet ist, der Länge des Leitrohrs 20 entspricht. Mit anderen Worten ist das Trennrohr 22 in dem Bereich aufgeweitet, innerhalb dessen es sich in dem Leitrohr 20 befindet. Somit ist zwischen dem Leitrohr 20 und dem Trennrohr 22 ein umlaufender Spalt 24 gebildet, dessen Querschnittsfläche stetig/exponentiell in Richtung von dem Rohrabschnitt 12 weg zunimmt. Die Länge des Trennrohrs 22 ist größer als die Länge des Leitrohrs 20, und an dem Leitrohr 20 ist eine Trennwand 26 zur Begrenzung der Auffangkammer 18 in einem Abstand zu dem Leitrohr 20 angebunden, insbesondere angeformt. Somit ist das Trennrohr 22 zumindest abschnittsweise von der Auffangkammer 18 umgeben. In das Trenn- rohr 22 ragt von der dem Rohrabschnitt 12 gegenüberliegenden Seite ein kegeiförmig ausgestalteter Staudruckkörper 28 mit dessen Spitze hinein, der ebenfalls koaxial zu der Längsachse 2 ausgestaltet ist. Hierbei ist zwischen dem Staudruckkörper 28 und dem Trennrohr 22 ein umlaufender Schlitz 30 gebildet.

Der hohlzylindrische Rohrabschnitt 12 weist eine Innenwand 32 auf, die die Begrenzung des Rohrabschnitts 32 in radialer Richtung nach innen bildet. Der Bereich innerhalb der Innenwand 32 ist frei von weiteren Bestandteilen des Gleichstromzyklonabscheiders 4, sodass der Rohrabschnitt 12 bei Betrieb von der Dispersion 6 in einer Leitrichtung 34, die parallel zur Längsachse 2 und von dem Rohrabschnitt 12 in Richtung der Abscheidekammer 16 gerichtet ist, im Wesentlichen frei durchflössen werden kann. Die Innenwand 32 weist ein Innengewinde 36 mit zwölf Gängen 38 auf. Die Länge des Rohrabschnitts 12 in Leitrichtung 34 ist beispielsweise gleich 6,5m.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt des Rohrabschnitts 12 senkrecht zur Längsrichtung 2 gezeigt. Die Gänge 38 sind abgerundet ausgestaltet und nach Art von Henkeln oder Ohren ausgestaltet, sodass sich ein kreissägenblattförmiger Querschnitt des Rohrabschnitts 12 ergibt. Zwischen jedem der Gänge 38 und der Leitrichtung 34 ist jeweils ein Steigungswinkel 40 gebildet, wobei sämtliche Steigungswinkel 40 der Gänge 38 bei jedem Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung 2 gleich sind. Mit anderen Worten verlaufen die Gänge 38 in konstantem tangentialem Abstand und folglich parallel zueinander. Die Steigungswinkel 40 nehmen in der Leitrichtung 34 zu. So weisen die Gänge 38 in Leitrichtung bei Beginn des Rohrab- schnitts12 einen Winkel von 15° auf. Beim Übergang des Rohrabschnitts zu dem zweiten Rohrabschnitt 14 weist das Innengewinde 36 und somit sämtliche Gänge 38 hingegen einen Steigungswinkel von 45° auf. Die Zunahme des Steigungswinkels 40 erfolgt linear oder exponentiell. Infolgedessen ist der Verlauf der Gänge 38 helixartig um die Längsachse 2 herum, wobei der Abstand der einzelnen Helix- windungen (Wendel) in Leitrichtung 34 aufgrund der Vergrößerung des Steigungswinkels abnimmt. Mit anderen Worten handelt es sich um eine gestauchte Helix (Wendel). Auch der zweite Rohrabschnitt 14 weist eine Innenwand 41 mit einem Innengewinde 42 auf, das ebenfalls zwölf Gänge aufweist. Die Gänge 38 des Gewindes 36 des Rohrabschnitts 12 gehen direkt in die Gänge des Innengewindes 42 des zweiten Rohrabschnitts 14 über und fluchten mit diesen. Der Steigungswinkel 40 des Gewindes 42 des zweiten Rohrabschnitts 14 ist konstant und beträgt 45°. Innerhalb des zweiten Rohrabschnitts 14 ist ein in Fig. 3 perspektivisch gezeigter Staukörper 44 angeordnet, der tropfenförmig ausgestaltet und aus einem Kunststoff hergestellt ist. Hierbei ist das verdickte Ende dem Rohrabschnitt 12 zugewandt, und das verjüngte Ende weist in Richtung der Abscheidekammer 16. Alternativ weist der Staukörper 44 eine in Richtung der Abscheidekammer 16 spitz auslaufende, linsenförmige Kontur auf. Mit anderen Worten weist der Staukörper 44 eine rotationssymmetrische Form der oberen Tragflächenkontur auf. Der rota- tionssymmetrische Staukörper 44 ist mittig innerhalb des zweiten Rohrabschnitts 14 angeordnet und somit rotationssymmetrisch bezüglich der Längsachse 2. Die maximale Ausdehnung des Staukörpers 44 in radialer Richtung, also senkrecht zur Längsachse 2, ist im Wesentlichen gleich der Hälfte des Durchmessers des Rohrabschnitts 12. Die maximale Ausdehnung ist insbesondere von der Strömungsgeschwindigkeit und der abzuscheidenden Partikel abhängig.

An dem Staukörper 44 sind acht radial nach außen verlaufende Leitschaufeln 46 angebunden, von denen lediglich vier gezeigt sind. Die Leitschaufeln 46 sind von der Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14 beabstandet und bezüglich der Leitrichtung 34 geneigt, sodass diese um den Staukörper 44 herumgeschlungen sind und somit ein Außengewinde bilden. Der Steigungswinkel (Neigungswinkel) der Leitschaufeln 46 bezüglich der Leitrichtung 34 ist gleich dem Steigungswinkel 40 des Innengewindes 36 bei Übergang zu dem zweiten Gewinde 42 und gleich dem Steigungswinkel des Innengewindes 42 des zweiten Rohrabschnitts 41 und folglich gleich 45°. Die Länge der Leitschaufeln 46, also deren Ausdehnung in Leitrichtung 34, ist mit zunehmendem Abstand zur Längsachse 2 verringert. Somit sind die Leitschaufeln 46 in einer seitlichen Draufsicht ebenfalls im Wesentlichen tropfenförmig ausgestaltet. Die Leitschaufeln 46 verlaufen hierbei im Querschnitt (Rohrquerschnitt) radial (gerade auf dem Radius liegend). Alternativ weist der Querschnitt der Leitschaufeln 46 einen Nachlauf auf. D.h. Der Leitschaufelquerschnitt folgt einer spiralförmigen Kontur.

Bei Betrieb wird die Dispersion 6 durch eine Eintrittsöffnung 48, die sich auf der dem zweiten Rohrabschnitt 14 gegenüberliegenden Seite befindet, in Leitrichtung 34 in den Rohrabschnitt 12 eingeleitet. Hierbei weist die Dispersion 6 im Wesentlichen lediglich eine Geschwindigkeitskomponente in Leitrichtung 34 auf. Aufgrund des Innengewindes 36 wird die Dispersion im Bereich der Innenwand 32 in eine Rotationsbewegung um die Längsachse 2 versetzt. Diese Geschwindigkeitskomponente wird aufgrund der Viskosität der Dispersion 6 auch zu Bereichen der Dispersion 6 übertragen, die von der Innenwand 32 beabstandet sind. Infolgedessen ist die Geschwindigkeitskomponente der Dispersion 6 senkrecht zur Leitrichtung 34 größer, je weiter sich die Dispersion 6 an der Innenwand 32 befindet. Der Betrag der Geschwindigkeit ist proportional zum Abstand von der Längsachse 2, weswegen die Dispersion 6 zusätzlich zur translatorischen Bewegung in Längsrichtung 34 auch eine Rotationsbewegung aufweist, die um die Längsachse 2 gerichtet ist. Mit anderen Worten ist die Rotationsachse der Dispersion gleich der Längsachse 2. Folglich verhält sich die Dispersion 6 wie ein Festkörper, bei dem bei einer Rotationsbewegung die Geschwindigkeitskomponente in Tangentialrich- tung linear mit dem Abstand zu Rotationsachse zunimmt. Aufgrund des zunehmenden Steigungswinkels 40 wird die Rotationsgeschwindigkeit der Dispersion 6 mit zunehmendem Eindringen in den Rohrabschnitt 12 erhöht. Aufgrund der von der Rotation hervorgerufenen Fliehkraft (Volumenkraft) und der Auftriebskraft (in Richtung der Innenwand 32 gerichteten Fluidkraft, welche durch den Geschwindigkeitsgradienten hervorgerufen wird) werden die Partikel 10 radial nach außen bewegt.

Die Dispersion 10 trifft im Anschluss an das Passieren des Rohrabschnitts 12 auf den Staukörper 44, sodass die vollständige Dispersion in radialer Richtung nach außen bewegt wird. Hierbei wird aufgrund des Innengewindes 42 des zweiten Rohrabschnitts 14 sowie der Leitschaufeln 46 die Rotationsbewegung der Dispersion 6 beibehalten. Nach Passieren der radial weitesten Ausdehnung des Staukörpers 44 wird aufgrund der Rotationsbewegung lediglich das Fluid 8 erneut in Richtung der Längsachse 2 bewegt, wohingegen die Partikel 10 radial außen verbleiben. Die Partikel 10 weisen daher einen größeren Abstand zur Längsachse 2 auf als die Öffnung des Trennrohrs 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 somit an einer Bewegung weiter in Leitrichtung 34 gehindert. Das Fluid 8 hingegen befindet sich bezüglich der Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14 nach innen in Richtung der Längsachse 2 versetzt und tritt in das Trennrohr 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 Trennrohres 22 auf Seiten des zweiten Rohrabschnitts 14 ist es ermöglicht, eine Reinheit des Fluids 8 bzw. der Partikel 10 einzustellen.

In Fig. 4 ist eine Abwandlung des Gleichstromzyklonabscheiders 4 dargestellt. Hierbei ist der Eintrittsöffnung 48 ein hohlzylindrischer dritter Rohrabschnitt 50 fluidtechnisch vorgeschaltet. Eine weitere Abänderung hingegen ist nicht vorhanden, sodass der Rohrabschnitt 12, der zweite Rohrabschnitt 14, die Abscheidekammer 16, der Staukörper 44 sowie die Leitschaufeln 46 unverändert belassen sind. Alternativ ist die Länge des Rohrabschnitts 12 verkürzt. Der dritte Rohrabschnitt 14 weist den gleichen Innendurchmesser wie der Rohrabschnitt 12 auf und ist konzentrisch zu diesem angeordnet. Ferner ist der dritte Rohrabschnitt 50 an den Rohrabschnitt 12 angeformt und somit einstückig, also monolithisch, mit diesem. Innerhalb des dritten Rohrabschnitts 50 ist ein weiterer Staukörper 52 angeordnet, der zylindrisch oder strömungsoptimiert ausgestaltet und konzentrisch zur Längsachse 2 angeordnet ist. Auf der dem Rohrabschnitt 12 gegenüberliegen-den Seite ist der weitere Staukörper 52 kuppeiförmig ausgestaltet, zusammenfassend befindet sich der Staukörper 52 mittig in dem dritten Rohrabschnitt 50, wobei der weitere Staukörper 52 von einer Innenwand 54 des dritten Rohrabschnitts beabstandet ist.

An dem weiteren Staukörper 52 sind radial nach außen verlaufende weitere Leitschaufeln 56 angebunden. Es sind hierbei zehn weitere Leitschaufeln 56 vorhanden. Die weiteren Leitschaufeln 56 verlaufen radial und sind an dem weiteren Staukörper 52 sowie der Innenwand 54 des dritten Rohrabschnitts 50 angebun- den und an diesen angeformt. Zudem sind die weiteren Leitschaufeln 56 bezüglich der Leitrichtung 34, also bezüglich der Längsachse 2, abschnittsweise geneigt und gebogen ausgebildet. Infolgedessen wird bei Betrieb die Dispersion 6 auf der dem Rohrabschnitt 12 gegenüberliegenden Seite in den dritten Rohrabschnitt 50 eingeleitet und mittels der weiteren Leitschaufeln 56 bereits in die Rotationsbewegung bezüglich der Längsachse 2 versetzt. Hierbei wird die Dispersion 6 zwischen dem Staukörper 52 sowie der Innenwand 54 des dritten Rohrabschnitts 50 und den weiteren Leitschaufeln 56 vorbei gezwängt. Wegen der Biegung der weiteren Leitschaufeln 56 nimmt die Rotationsgeschwindigkeit der Dispersion 6 mit zunehmender Passage in Leitrichtung 34 zu. Alternativ ist der weitere Staukörper 52 weggelassen, und die weiteren Leitschaufeln 56 sind in der Mitte des dritten Rohrabschnitts 50 aneinander angebunden.

Aufgrund von Reibung der Dispersion 6 an den Leitschaufeln 56 der Innenwand 54 des dritten Rohrabschnitts 50 sowie an dem etwaig vorhandenen Staukörper 50 weisen die radial außen liegenden Teile der Dispersion eine verringerte Geschwindigkeit auf. So ist insbesondere das Geschwindigkeitsprofil der Dispersion 6 nach Passage des Staukörpers 52 sowie der weiteren Leitschaufeln 56 derart, dass die maximale Geschwindigkeit der Dispersion im Wesentlichen mittig zwischen der Innenwand 54 des dritten Rohrabschnitts 50 und der Längsachse 2 vorhanden ist. Die auf diese Weise in Rotation versetzte Dispersion 6 wird in den Rohrabschnitt 12 geleitet. Hier erfolgt mittels des Innengewindes 36 des Rohrabschnitts 12 eine Veränderung des Geschwindigkeitsprofiis, sodass die (Absolut- )Geschwindigkeit der Dispersion 6 mit zunehmendem Abstand zur Längsachse 2 erhöht ist. Folglich weist die Dispersion 6 bei Verlassen des Rohrabschnitts 12 ein Geschwindigkeitsprofil wie ein rotierender Festkörper auf. Mit anderen Worten nimmt die Rotationsgeschwindigkeit der Dispersion 6 mit zunehmendem Abstand zur Längsachse 2 linear zu. Auch hier erfolgt aufgrund der Rotationsbewegung, die mittels der weiteren Leitschaufeln 56 in die Dispersion 6 sowie mittels des Gewindes 36 eingebracht wird, eine Separation der Partikel 10 von dem inkomp- ressiblen Fluid 8. Daher werden nach Passage des zweiten Rohrabschnitts 14 die Partikel 10 im Wesentlichen vollständig durch den Spalt 24 und das Fluid 8 durch den Schlitz 30 aus dem Gleichstromzyklonabscheider abgeführt. Mittels des Rohrabschnitts 12, welches nach Art eines Drallrohrs ausgestaltet ist, erfolgt die Drallerzeugung der Dispersion 6. Mit anderen Worten wird die Dispersion 6 in eine Rotationsbewegung versetzt. Somit wird die Dispersion 6 aufgrund eines Druckimpulseintrags, welches aufgrund der Gänge 38 erfolgt, die den Steigungswinkel 40 bezüglich der Längsachse 2 aufweisen, in die Rotationsbewegung versetzt. Ferner sind als Alternative die Gänge 38 nicht abgerundet, sondern beispielsweise eckig ausgestaltet sind. Zumindest jedoch weist der Rohrabschnitt 12 das Innengewinde 32 auf, welches mehrere Gänge 38 umfasst. Die Gewindesteigung, also der Steigungswinkel 40 des Innengewindes 36, nimmt beispielsweise stetig von 5° bis 45° zu.

Sofem die weiteren Leitschaufeln 56 vorhanden sind, erfolgt mittels des Innengewindes 36 eine Vergleichmäßigung der Rotationsbewegung der Dispersion 6, weswegen die Länge des Rohrabschnitts 12, also dessen Ausdehnung in Leitrichtung 34, verringert werden kann. Mittels des Gewindes 36 wird eine Drallstruktur in die Dispersion 6 eingebracht, welche einer reinen Starrkörperrotation (Festkörperrotation) entspricht. Mit anderen Worten nimmt das tangentiale Geschwindigkeitsprofil insbesondere von der Rohrmittelachse aus, also von der Längsachse 2, radial nach außen linear zu. Folglich befindet sich die maximale Absolutgeschwindigkeit der Dispersion 6 im Wesentlichen an der Innenwand 32 des Rohrabschnitts 12 sowie an der Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14. Infolgedessen sind die Partikel 10 einer punktsymmetrisch von der Rohrmittelachse, also der Längsachse 2, nach außen wirkenden Zentrifugalkraft ausgesetzt. Mit anderen Worten werden die Partikel 10 radial nach außen bewegt, wohingegen das Fluid 8 aufgrund der verringerten Dichte und der wirkenden Kräfte in der Mitte der Rohrabschnitte 12,14 verbleibt.

Auch werden die Partikel 10 von schnelleren Strömungsanteilen der Dispersion 6 mitgerissen. Da die vergleichsweise schnellen Strömungsanteile zur Innenwand 32 des Rohrabschnitts 12 sowie zur Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14 hin versetzt sind, werden die Partikel 10 vergleichsweise effizient radial nach außen bewegt. Zur Verbesserung der Bewegung der Partikel 10 aus dem Bereich der Rohrmittelachse, also aus dem Bereich der Längsachse 2, in Richtung der Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14, ist der Staukörper 44 innerhalb des zweiten Rohrabschnitts 14 und fluidtechnisch vor der Abscheidekammer 16 angeordnet. Der Staukörper 44 ist insbesondere strömungsoptimiert ausgebildet. Auf diese Weise werden Ablösungsgebiete und damit einhergehende Turbulenzen im Nachlauf insbesondere vermieden.

Die Leitschaufeln 56 weisen die gleiche Steigung wie das Innengewinde 36 und/oder das Innengewinde 42 des zweiten Rohrabschnitts 14, sofern dieses vorhanden ist, auf. Hierbei nimmt zur Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14 die überströmte Länge der Leitschaufeln 46 ab und ist vorteilhafterweise an der Innenwand 41 vergleichsweise klein. Infolgedessen behält die Drallströmung der Dispersion 6 im Bereich der Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14 ihre Maximalgeschwindigkeit bei. Mit anderen Worten weist die Dispersion 6 im Bereich der Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14 die höchste Geschwindigkeit in tangentialer Richtung und/oder in Leitrichtung 34 auf. Somit wird die Struktur der Starrkörperrotation der Dispersion 6 auch nach Passage und bei Passage des zweiten Rohrabschnitts 14 beibehalten. Daher werden die in der Dispersion 6 enthaltenen Partikel 10 aufgrund der Geometrie des Staukörpers 44 nach außen, in einen Bereich mit vergleichsweise schneller Strömung, insbesondere vergleichsweise hoher Geschwindigkeit in tangentialer Richtung, gedrängt und insbesondere von dieser mit getragen. Infolgedessen gelangen die Partikel 10 nach Passage des Staukörpers 46 nicht erneut in die Rohrmitte, und somit nicht zur Längsachse 2.

Die Abscheidung der Partikel 10 erfolgt mittels der Abscheidekammer 14. Hierbei ist die geometrische Ausgestaltung des Trennrohrs 22 sowie des Leitrohrs 10 und des dazwischen gebildeten Spalts 24 ausschlaggebend für die Trennschärfe, also den Prozentsatz der abgeschiedenen Partikel 10 sowie für den Wirkungsgrad, also dem Verhältnis des aus dem Gleichstromzyklonabscheider 4 heraus geleiteten Fluids 8 zu dem Volumen der in dem Gleichstromzyklonabscheider eingeleiteten Dispersion 6. Aufgrund des Innengewindes 36 ist die Rotation der Dispersion 6 strömungsmechanisch optimiert. Aufgrund des Staukörpers 44 in Verbindung mit dem Innengewinde 36 erfolgt eine optimierte Abscheidung der Partikel 10.

Der Gleichstromzyklonabscheider 4 dient der Abscheidung der Partikel 10 aus einem kompressiblen oder inkompressiblen Fluid 8. Hierbei wird die Dispersion 6 mithilfe des als Drallrohr ausgestalteten Rohrabschnitts 12 in Rotation versetzt. Zur effizienteren Rotationserzeugung weist die Innenwand 32 das Innengewinde 36 mit mehreren Gängen 38 auf, die idealerweise in Leitrichtung 34, die der Strömungsrichtung der Dispersion 6 entspricht, den zunehmenden Steigungswinkel 40 aufweisen. Die auf diese Weise erzeugte Drallstruktur der Dispersionö ähnelt einer reinen Starrkörperrotation (Festkörperrotation) mit einem radial nach außen linear zunehmenden Geschwindigkeitsprofil in tangentialer Richtung. Nach Durchlaufen des Rohrabschnitts 12 wird die rotierende Dispersion 6 um einen Staukörper 44 herum gelenkt, der in der Mitte des zweiten Rohrabschnitts 14 und vor der Abscheidekammer 16 positioniert ist. Aufgrund des Staukörpers 44 ist der Anteil der Partikel 10, die sich nach Durchlaufen des zweiten Rohrabschnitts 14 im Bereich um die Rohrmittelachse, also im Bereich um die Längsachse 2, befinden, verringert, und die Partikel 10 sind in Richtung der Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14 abgelenkt. Der Staukörper 44 und die Leitschaufeln 46 sind strömungsoptimiert ausgelegt und derart geformt, dass die Drailströmung weiterhin an der Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14 die Maximalgeschwindigkeit aufweist, weswegen die in der Dispersion 6 befindlichen Partikel 10 nach außen gedrängt werden. Diese werden mittels der Abscheidekammer 16 von dem Fluid 8 separiert.

Mit nochmals anderen Worten betrifft die Erfindung einen Gleichstromzyklonabscheider 4, auch als unidirektionaler Teilchen-Zyklonabscheider oder axialer Teilchen-Zyklonabscheider (Fliehkraftabscheider) bezeichnet. Dieser ist insbesondere zur Abscheidung von Partikeln 10 aus einer Dispersion 6 vorgesehen und geeignet, wobei die Dispersion 6 das inkompressible Fluid 8 aufweist und vorzugsweise aus dem inkompressiblen Fluid 8 sowie den Partikeln 10 besteht. Der Gleichstromzyklonabscheider 4 weist den Rohrabschnitt 12 mit dem Innengewinde 36 auf. Mit anderen Worten weist der Rohrabschnitt 12 eine zumindest ab- schnittsweise gewindeähnliche Innenrohrwandung auf, wobei das Innengewinde 36 der Drallerzeugung, also der Versetzung der Dispersion 6 in die Rotationsbewegung zusätzlich zur translatorischen Bewegung entlang der Längsrichtung 34 dient. Die Gewindesteigung, also der Steigungswinkel 40 des Innengewindes 36, nimmt entlang der Leitrichtung 34, also entlang der Strömungsrichtung, zu.

Bevorzugt weist der Gleichstromzyklonabscheider 4 den zweiten Rohrabschnitt 14 auf, in dessen Zentrum der strömungsoptimiert ausgestaltete Staukörper 44 angeordnet ist, an dem die schraubenförmig ausgestalteten Leitschaufeln 46 angebunden sind. Die Steigung der schraubenförmigen Leitschaufeln 46 entspricht der größten Gewindesteigung, also dem größten Steigungswinkel 40 des Innengewindes 36. Zudem nimmt zur Innenwand 41 des zweiten Rohrabschnitts 14 die überströmte Länge der Leitschaufeln 46 ab.

Femer ist der zweite Rohrabschnitt 14 auf der dem Rohrabschnitt 12 abgewandten Seite aufgeweitet. Mit anderen Worten ist der Innendurchmesser vergrößert. Zudem weist der Gleichstromzyklonabscheider4 bevorzugt die Abscheidekammer 16 mit dem Trennrohr 22 auf, welches in Gegenstromrichtung, also entgegen der Leitrichtung 34, in das Leitrohr 20 eingeführt ist. An dem stromabwärts gelegenen Ende ist in das Trennrohr 22 der Staudruckkörper 28 eingeführt, wobei zwischen diesen der Schlitz 30 gebildet ist. Das stromabwärts gelegene Ende des Trennrohrs 22 ist dasjenige Ende des Trennrohrs 22, welches dem Rohrabschnitt 12 abgewandt ist. Das Trennrohr 22 ist koaxial zu dem Rohrabschnitt 12, dem zweiten Rohrabschnitt 14 sowie dem Leitrohr 20 angeordnet, und der Innendurchmesser sowie der Außendurchmesser des Trennrohrs 22 ist in Gegenstromrichtung, also auf Seiten des zweiten Rohrabschnitts 14, verringert und somit verengt.

In Fig. 5 ist eine Weiterbildung des zweiten Rohrabschnitts 14 in einem Querschnitt gezeigt. Hierbei sind im Wesentlichen die Leitschaufeln 46 abgeändert. An dem Staukörper 44 sind drehsymmetrisch acht Leitschaufeln 46 angebunden, von denen lediglich eine einzige gezeigt ist, und die spiralförmig ausgestaltet sind. Somit weisen die Leitschaufeln 46 zusätzlich einen Verlauf in tangentialer Richtung auf. Ferner haben die Leitschaufeln 46 bezüglich des Dralls einen Nachlauf.

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 Längsachse

4 Gleichstromzyklonabscheider

6 Dispersion

8 Fluid

10 Partikel

12 Rohrabschnitt

14 zweiter Rohrabschnitt

16 Abscheidekammer

18 Auffangkammer

20 Leitrohr

22 Trennrohr

24 Spalt

26 Trennwand

28 Staudruckkörper

30 Schlitz

32 Innenwand

34 Leitrichtung

36 Innengewinde

38 Gang

40 Steigungswinkel

41 Innenwand des zweiten Rohrabschnitts

42 Innengewinde des zweiten Rohrabschnitts

44 Staukörper

46 Leitschaufel

48 Eintrittsöffnung

50 dritter Rohrabschnitt

52 weiterer Staukörper

54 Innenwand des dritten Rohrabschnitts 56 weitere Leitschaufel