184588. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés közeg különböző sűrűségű összetevőkre való szétválasztására
1 184 588 2 A találmány tárgya eljárás közeg különböző sűrűségű összetevőkre való szétválasztására, amihez centrifugális erőt és szabályozatlan örvényáramlást alkalmazunk és a nagyobb sűrűségű részecskéket az elválasztó örvény külső részén koncentráljuk, a kisebb sűrűségű részecskéket pedig az örvény forgástengelyének körzetében koncentráljuk. A találmány tárgya továbbá berendezés közeg különböző sűrűségű összetevőkre való szétválasztására. Ismeretesek különböző típusú örvényszétválasztók, mint például a ciklonok, amelyek örvénykorlátozó hengeres, illetve kúpos kialakításúak. Az örvény- vagy pergetőkamra általában síma felületű és a kamra fala folyamatos kialakítású az örvényáramlás irányában. Ilyen független működésű örvényszétválasztók párhuzamos egymásmellé helyezésével alakíthatók ki például a multiciklonok. Ilyen megoldást mutat be a 3 747 306 sz. USA szabadalom. Továbbá néhány szabadalmi közlemény olyan örvényszétválasztókat ismertet, amelyekben két szétválasztóörvény érintőlegesen össze van kapcsolva egymással, lehetővé téve bizonyos méretű részecskék áthaladását egyik szétválasztóörvényből a másikba. Ismeretes továbbá olyan örvényrendszer, amelyben az összetevőire szétválasztandó közeget érintőlegesen táplálják két szétválasztóörvény közé. Erre hoz példát a 4 248 699 sz. USA szabadalom. Ismert örvényszétválasztók hátránya, hogy a centrifugális erő a szétválasztandó közegörvényt a külső határoló felülethez nyomja. Ezáltal a súrlódás a szétválasztóörvény sebességét csökkenti és a falak közelében turbulenciát eredményez. A súrlódás és az ennek nyomában fellépő turbulencia jelentős energiaveszteséget okoz. Az alacsonyabb kerületi sebesség következtében a centrifugális erő és a szétválasztó erő csökken. Továbbá a tubrulencia a már szétválasztott közegrészeket újra összekeveri. A korábbi műszaki szinthez tartozó multiciklonok nagyméretűek és súlyosak. A súrlódás következtében fellépő energiaveszteségek miatt a forgalomban lévő örvényszétválasztókkal nehéz olyan nagy örvénysebességet elérni, amely például gázoknak gázkeverékekből történő szétválasztásához szükséges. A súrlódás a sebesség növekedésével számottevően nő. A súrlódás fékező hatása miatt az összetevőire szétválasztandó közeg nem marad forgásban és ezáltal a szétválasztás periódusa hosszú. A közeg kifejezés alatt ömlesztett porszerű és rostos szilárd anyagokat, folyadékokat, folyadékoséppeket és gázokat, továbbá ezek keverékét értjük. Ugyanúgy a „részecske” szó alatt szilárd anyagrészeket, folyadékcseppeket, folyadékmolekulákat vagy gáz atomokat értünk. A szétválasztó kamra jelentése a különböző örvénykamrákon túl kiterjed az áramlási csövekre, valamint az áramlási kamrákra, ahol a centrifugális erő révén a szétválasztás lezajlik. A találmány feladata a fenti hiányosságok kiküszöbölése, azaz, a közegrészecskék szétválasztásának tökéletesítése, amelyet jobb hatásfok jellemez, mint az ismert megoldásokat. A találmány feladata továbbá az adott közeget különböző sűrűségű összetevőkre bontó berendezés továbbfejlesztése, amely az ismert megoldásoknál lényegesen jobb hatásfokkal működik. A találmány alapja az a felismerés,hogy a kitűzött feladat megoldódik, ha a szétválasztó örvény és a külső határolófelületei között a súrlódást csökkentjük, továbbá a szétválasztó örvényben hullámmozgást hozunk létre. A találmány alapja továbbá az a felismerés, hogy a szétválasztó örvények, örvénykamrák és áramláselosztók meghatározott elrendezésével a kitűzött feladat megoldódik. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy érintőlegesen kettő vagy több szétválasztó örvényt helyezünk el párosával egymás mellett, a szomszédos örvényeket ellentétes forgásiránnyal alakítjuk ki és 0-90°-os szög alatt ütköztetjük. Célszerű az olyan foganatosítási mód az egyszerű megvalósíthatóság miatt, amelynél a szétválasztó örvények forgásközéppontjaiból tengelyirányból nézve szabályos négyzethálót alkotunk és így az egymás melletti szétválasztó örvényekből örvényrendszert építünk fel. A technológia egyszerűsítése szempontjából előnyös az olyan kiviteli alak, amelynél az egymás melletti szétválasztó örvényekből álló örvénylési rendszert úgy alakítjuk ki, hogy a szétválasztó örvény körül kerülete mentén további szétválasztó örvényeket helyezünk el. A technológia továbbfejlesztése szempontjából előnyös az olyan foganatosítási mód, hogy az egymás melletti szétválasztó örvényekből álló örvényrendszert úgy alakítjuk ki, hogy a szétválasztó örvények forgásközéppontjait szimmetrikusan helyezzük el az egyik forgásközépponthoz képest. Továbbá a kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy párhuzamos örvény szétválasztok örvénykamrái párosával, részben egymással érintkezőén ütközőterületekkel vannak kialakítva, ahol a párhuzamos szétválasztó örvények forgásiránya ellenkező. A találmány szerinti eljárást a továbbiakban foganatosítási példa segítségével ismertetjük. Az eljárással a szétválasztó örvény és az azt határoló külső felület közötti érintkezést csökkentjük és azon hátrányokat küszöböljük ki, amelyek ezen kontaktusból adódnak. Ezért a szétválasztó örvény külső határoló felületét vagy egy részét eltávolítjuk. A külső határoló felület támasztó funkcióját, amely a szétválasztó örvényt befelé tereli, az egymás mellett működő két szétválasztó örvény helyettesíti, amelyek forgás közben egymást belső részük irányába terelik. A kis szöget bezárva egymásba futó szétválasztó örvények nem hoznak létre turbulenciát és közöttük súrlódás gyakorlatilag nincs, feltéve, hogy forgásuk kerületi sebessége azonos. Az eljárással megoldjuk továbbá, hogy a szétválasztandó közegben az örvény sugárirányában hullámmozgást keltsünk az örvények ütközésénél. A sugárirányú hullámmozgás elősegíti a különböző sűrűségű közegrészecskék szétválasztását. Az ütközési pontokat egymástól azonos távolságra kialakítva, az örvényben szabályos hullámmozgás hozható létre, amely gyakorlatilag a forgás sugárirányában terjed, és a szétválasztandó közegrészecskéket váltakozva hozza egymáshoz közelebb, illetve távolabb a forgási sugárirányában. A külső kerületről sugárirányban befelé irányuló impulzus nagyobb sebességet adhat a könnyebb részecskéknek, mint a nehezebbeknek, amelyeknek tehetetlensége, illetve a rájuk ható centrifugális erő egyaránt nagyobb. A találmány szerinti berendezést az alábbiakban rajzon, kiviteli példák segítségével ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti örvényrendszer, egymás mellett párosával elhelyezett szétválasztó örvényekkel, egymás oldalával érintkezőleg, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
