[发明专利]具有非平行分离通道的转动粒子分离器和一种分离设备

说明书

本发明涉及一种可以使其转动用于分离流体中微米级或亚微米级的固体或液体粒子的分离装置，该分离装置包括许多分离通道，该分离通道具有经过轴向长度主要部分的单独连接壁。本发明还涉及由上述分离装置构成的分离器，在上游和下游可以将叶轮固定在该分离器上，其中分离装置在一个外壳中，该外壳上形成流体入口和流体出口，可选择地形成用于排出已分离微粒物质的分离出口。

当使流体转动时，该流体中的液体或固体微粒将沿径向方向移动，微粒离转轴的距离增加。微粒在径向方向移动的速度依赖于由于转动作用在微粒上的离心力的大小和流体作用于相对于流体运动的微粒上的阻力的大小。基于这些力的作用可以计算出，在气体以300弧度/s角速度转动的情况下，对于平均直径1μm，平均密度约1000kg/m³和位于0.1m半径处的微粒将以约0.03m/S的速度径向移动。对于平均直径约5μm和约0.05μm的粒子在转动的实际的条件下将分别以约0.1m/s和约0.001m/s的速度径向移动。如果假定气体和微粒保持转动的时间约0.2s，则意味着，如果径向配置位于沿微粒开始移动的径向平面分别移动约20mm和约0.2mm的径向距离处，则上述微粒将达到该径向配置的壁。采用大量的彼此间径向距离很短的并且沿转轴方向轴向延伸的壁可以形成这样的结构，采用这种结构便可利用离心分离法分离出大量气体中的极小微粒。气体平行于径向配置壁和转动轴运动，同时微粒在离心力作用下径向移动并沉积在分离通道的外壁上，该分离通道由径向垂直壁形成。同样的原理也可以用于液体。

从欧洲专利说明0286160和美国专利说明4994097与5073177中可以了解上述微粒分离器。已知微粒分离器的缺点是，分离通道平行于转轴。本发明基于这样一种新见解，在确定的范围内，使分离通道不平行于转轴配置将进一步增强分离过程。

转动的并沿不平行于转轴方向流动的流体将受到复合向心力作用。结果，在垂直于转轴的平面内发生对流流动。这种对流流动可以增强基本上由离心力引起的微粒向分离通道壁的传输。在通道相对于转轴仅有很小的倾斜角时，例如该通道壁的切面与转轴形成仅百分之一度的角度时，对流微粒向分离壁的传输便对分离过程产生了显著的极积的贡献。

图1用例示的方法示出在包括转轴2的平面中分离通道壁1的截面。在各个位置示出壁与转轴所形成的角度3。

图2例示出圆形通道4的截面图，该通道4形成本发明一束通道的一部分。当该通道的壁如图1所示不平行于转轴时，由于复合向心力的作用形成环流5。该流图由图2所示的两个小室构成，该流图是复合向心力6作用的结果，该复合向心力6沿转轴的垂直方向和通过通道的流体轴向速度的垂直方向作用。由于环流的作用，微粒被载带到更靠近分离壁的距离。由此增强了利用离心力径向传送微粒子的作用。

但是须要限制分离通道的倾斜角度。如果倾斜角太大，由于复合向心力的作用，流体的对流流动将开始占优势。在这种情况下，由于复合向心力的作用，微粒将基本上沿一个封闭的环形流流动。在这种情况下，作用在微粒上并对将微粒移动到径向设置壁上起主要作用的离心力则变得很小。因而在很显著的程度上，微粒不再到达壁，而被流体带走。

重要的是要理解，这些环形流的强度必需要限制到一个对应于微粒在离心力作用下形成的径向迁移速度的值。这意味着，不平行通道与转轴形成的角度、转速、通道的径向宽度和长度以及通过通道流动的流体的运动粘滞性必需要进行折衷的选择，以使这些参数必须在一定值以内。

本发明因此涉及一种可以使其转动从而分离出流体中微米或亚微米级的固体微粒或液体微粒的分离装置，该分离装置由许多分离通道组成，该通道在轴向长度的主要部分上具有单独连接的壁，其特征在于，至少一个分离通道的壁不平行转轴；分离通道的切面和转轴之间角度的正切tana、分离通道的径向宽度d、分离通道的长度L以及分离装置的转动速度Ω应当相互依赖地选择，使得无量纲数(ΩLd tana)/v在分离通道的主要部分上位于高达192的范围，在式中的v是流体的运动粘滞系数。

在分离装置中，在径向的分离通道数目—一般大于10，例如15～1000，最好约为20～500。非平行分离通道的数目一般大于20％～30％，例如大于60％或90％。实际上，所有的分离通道最好以上述方式不平行。

为了最好地增强分离过程，我们推荐，使无量纲数在1～192的范围内，1～140比较好，最好为1～96。该数一般低于192，最好低于140，下限一般是0.1，例如1～5或2～10。