BRPI0508503B1

BRPI0508503B1 - Dispositivo de separação de fluido e método para sua fabricação

Info

Publication number: BRPI0508503B1
Application number: BRPI0508503-9A
Authority: BR
Inventors: Wagner Jürgen; Grafl Dieter; Praska Armin; Lemke Kai-Uwe
Original assignee: Reinz-Dichtungs-Gmbh
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2015-01-13
Also published as: BRPI0508511A; EP1747054A1; BRPI0508511B1; CN1925902B; WO2005084780A1; CN1925902A; BRPI0508503A; US20070272176A1; ATE399584T1; US7743742B2; KR20060132913A; BRPI0508494B1; DE602005007884D1; BRPI0508494A; JP4646971B2; ES2307151T3; WO2005084779A1; WO2005085606A1; WO2005084779A8; EP1747054B1

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE SEPARAÇÃO DE FLUIDO E MÉTODO PARA SUA FABRICAÇÃO". [001] A presente invenção refere-se a um dispositivo de separar fluido, para separar fluido e/ou pulverizado de fluido de um gás. Tais separadores são, por exemplo, aplicados para separar óleo ou pulverizado de óleo de gases de escapamento (gases de alojamento de ma-nivela, gases de sopro/diretos) de motores de combustão. Um escopo de aplicação de separadores de fluido se posiciona no campo de células eletroquímicas, em particular células de combustível PEM, em particular aquelas que operam em uma faixa de temperatura adequada para H20, em particular entre 20Ό e 160*0. [002] Tais células de combustível tipicamente têm potências entre um pouco de watts e diversos quilowatts. Tais células de combustível PEM (células de combustível de membrana eletrolítica de polímero) têm uma membrana de polímero permeável a prótons. Essa membrana necessita ter certo conteúdo de umidade a fim de não secar e, por conseguinte, não perder sua habilidade de funcionamento por causa disso. Por essa razão, os gases de reação supridos são previamente umidificados. Por isso, de acordo com o estado da técnica, a água tratada em um umidificador é usada para os correspondentes gases de reação supridos no lado de anodo e de catodo. Por outro lado, no lado do catodo das células de combustível surge água pura como um produto de reação de modo que na lateral de saída um enorme excesso de água está presente nos gases que são guiados para longe, os quais condensam diretamente depois de deixarem a célula de combustível. A fim de separar essa água dos gases que são guiados para longe, igualmente se aplicam dispositivos de separação de fluido a fim de guiar de volta essa água para umidificação. [003] De acordo com o estado da técnica, labirintos comuns ou panos entrelaçados de metal ou em ciclones particulares são usados para separar fluido. [004] Para separar partículas de poeira de gases, separadores tubulares são conhecidos os quais compreendem um tubo de fluxo direto através do que o gás é guiado. Serpentinas são dispostas no tubo de fluxo direto as quais forçam o gás sobre um percurso circular (órbita) ao longo da periferia interna dos tubos e dessa maneira separa as partículas na parede interna dos tubos. [005] Um separador de fluido na forma de um separador de óleo ou separador de pulverizado de óleo é conhecido de DE 101 27 820 A1. Aí, um separador tubular é usado o qual tem um diâmetro maior do que 5cm. Por conseguinte, somente uma separação grosseira do óleo dos gases de escapamento é efetuada nesse percurso em espiral do fluxo. Por essa razão um dispositivo adicional de separação fina segue esse dispositivo de separação. [006] Separadores de fluido adicionalmente conhecidos, na forma de separadores tubulares, como por exemplo, são descritos nos pedidos de patente do mesmo requerente com um número de depósito DE 102004011176.6 e DE 102004011177.4 bem como pedidos internacionais correspondentes depositados no mesmo dia como o presente pedido pelo mesmo requerente, que reivindica a prioridade desses pedidos, consistem em um corpo de base através do que os tubos de fluxo direto passam, e para cada tubo individual de fluxo direto, de um segmento similar à serpentina (encaixe espiral) colocado no tubo de fluxo direto respectivo. [007] Ao mesmo tempo, como é usual na linguagem técnica, uma hélice (ou rosca sem fim) é definida como uma rosca helicoidal ou também espiral guiado em torno de um eixo médio. [008] O comprimento dos segmentos introduzidos ao mesmo tempo é direcionado às condições de instalação e à performance de separação demandada e é muitas vezes um múltiplo do passo do segmento. Uma fabricação de uma peça de tais segmentos longos junto com os tubos de fluxo direto, no entanto vem face a face com grandes dificuldades com respeito à tecnologia de fabricação e é até mesmo impossível para certos materiais e métodos de fabricação. [009] O corpo de base, os tubos de fluxo direto e os segmentos similares à serpentina dos tubos de fluxo direto individuais são, por conseguinte, partes separadas ou separadamente fabricadas. Isso necessita que as partes individuais tenham que ser seguramente conectadas umas as outras. Dessa maneira, em particular, os segmentos individuais similares à serpentina necessitam ser segurados nos respectivos tubos de fluxo direto. [0010] Já que diversos elementos pequenos separadores de fluido em um corpo de base têm uma melhor eficiência do que um elemento grande separador de fluido, e já que diversos elementos pequenos separadores de fluido podem ser mais bem adaptados à respectiva tarefa (por exemplo, para uma quantidade de óleo ser separada em um motor ou para uma quantidade de água ser separada em uma célula de combustível, para as condições de instalação e igualmente), a tendência em direção a um grande número de elementos separadores de fluido individuais por corpo de base ou por dispositivo de separação de fluido continua. [0011] É o objeto da presente invenção fornecer um dispositivo de separação de fluido com o qual o número de partes seja significante-mente reduzido, em que o dispositivo de separação de fluido a despeito disso possa ser fabricado de uma maneira econômica e com uma baixa taxa de falha. [0012] O elemento de separação de fluido de acordo com a invenção (e, por conseguinte, também o dispositivo de separação de fluido) pertence à classe de separadores tubulares já que ele é fornecido com um tubo de fluxo direto com uma entrada e com uma saída para o gás. [0013] A base do dispositivo de separação de fluido de acordo com a invenção como um resultado é um elemento separador de fluido com um tubo de fluxo direto e um segmento similar à serpentina dispostos nesse lugar. De acordo com a invenção, ela é caracterizada em que o tubo de fluxo direto e o segmento similar à serpentina foram fabricados como uma peça como um elemento separador de fluido comum. [0014] Esses elementos separadores de fluido são integrados em um corpo de base como uma placa, em que sua direção de fluxo direto é com vantagem essencialmente perpendicular ao plano da placa do veículo de base. Os elementos separadores de fluido individuais, bem como o veículo de base associado (corpo de base), são desenhados como uma peça como um componente comum. [0015] Os segmentos individuais ao mesmo tempo têm um comprimento (na direção axial) de menos do que 0,5 passo. O próprio fluxo direto incluindo, no entanto, uma região de entrada e/ou de saída pode ter um comprimento maior. O passo que ao mesmo tempo é definido como o comprimento do segmento similar à serpentina na direção axial da passagem que o segmento tinha que ter com uma revolução completa das superfícies de rosca (= superfícies de parafuso) por 360°. [0016] Já que os segmentos similares à serpentina têm um comprimento de no máximo até a metade de um passo, cada veículo de base pode ser fabricado como uma peça como uma parte fundida, em particular como uma fusão em matriz ou uma parte moldada por injeção. Por meio disso torna-se possível fabricar o tubo de fluxo direto e o segmento similar à serpentina de um elemento de separação de fluido, ou todos os elementos de separação de fluido e seus veículos de base no mesmo ciclo de fabricação. Por conseguinte, muitos tubos de fluxo direto podem ser fabricados em uma passagem com um segmento similar à serpentina, integrado no mesmo objeto. Diâmetros internos muito pequenos para os tubos de fluxo direto, por exemplo, de 3 mm são possíveis por conta disso. [0017] Em uma modalidade vantajosa, pelo menos dois veículos de base fabricados de tal modo são dispostos contíguos um ao outro de modo que os elementos separadores de fluido individuais (ou seus tubos de fluxo direto) dos veículos de base individuais são distribuídos uns aos outros de modo que em cada caso um elemento separador de fluido ou tubo de fluxo direto de um veículo de base, com o elemento separador de fluido ou tubo de fluxo direto do pelo menos um veículo de base adjacente, forma um percurso de fluxo comum para o gás, o dito percurso de fluxo perfazendo através dos veículos de base dispostos um ao outro. [0018] É particularmente vantajoso quando ao mesmo tempo a direção giratória (no sentido horário ou anti-horário) do gás que é produzido pelos segmentos similares à serpentina muda entre dois veículos de base, dispostos adjacentes um ao outro: se um primeiro segmento tem uma direção giratória anti-horária das superfícies de rosca do segmento similar à serpentina na direção de fluxo de gás, então o segmento similar à serpentina subseqüentemente disposto tem uma direção giratória no sentido horário das superfícies de rosca ou do percurso ou percursos de fluxo associados. [0019] Tem sido surpreendentemente verificado que com tal arranjo em série (de modo que um percurso de fluxo comum para o gás seja formado dos tubos de fluxo direto e segmentos similares à serpentina de elementos separadores de fluido individuais de veículos de base dispostos um depois do outro) de pelo menos dois dos tais segmentos separadores de fluido, em que os segmentos individuais têm vantajosamente no máximo um comprimento correspondente a 0,5 vezes seu passo, a separação pode ser realizada de uma maneira extremamente eficiente, também e na verdade quando a direção giratória de segmentos sucessivos está em direções opostas uma a outra, de modo que o gás deve ser desviado de uma direção giratória para a outra direção giratória dentro dos tubos de fluxo direto conectados em série de dois elementos separadores de fluido. [0020] Por meio desses segmentos similares à serpentina conectados em série com uma direção giratória oposta, superfícies incidentes surgem nas quais o fluido ou o pulverizado de fluido é separado de uma maneira excelente. As superfícies rosqueadas dos segmentos similares à serpentina podem ao mesmo tempo ser dispostas, de modo que as superfícies rosqueadas do segmento subseqüente projetem-se no percurso de fluxo formado por uma superfície rosqueada do segmento precedente. Ao mesmo tempo é particularmente vantajoso se a superfície rosqueada do primeiro segmento se projeta aproximadamente até o meio* no percurso de fluxo formado pela superfície rosqueada do segundo segmento adjacente. [0021] No entanto, veículos de base com segmentos que estão alinhados na mesma direção podem ser dispostos contíguos uns aos outros. [0022] A borda de lateral de saída de um primeiro segmento e a borda da lateral de entrada do segundo segmento subseqüentemente dispostos, as ditas bordas sendo dispostas adjacentes uma a outra, podem vantajosamente ser dispostas giradas (torcidas) com relação uma a outra em torno do eixo central do percurso de fluxo comum por um ângulo, em particular por um ângulo entre 45° e 135°, particularmente preferido por cerca de 90°. [0023] Por conseguinte, com o primeiro dispositivo de separação de fluido mencionado, a direção giratória dos segmentos (espirais) muda em cada caso entre veículos de base adjacentes. Por conse- guinte, para a unidade separadora completa somente dois veículos de base invertidos em direção giratória necessitam ser montados em série, a fim de obter uma alta performance de separação para o fluxo de gás por conta da mudança em direção giratória ou das superfícies incidentes que eles vinculam respectivamente. Independente do número de veículos de base dispostos um depois do outro, por conseguinte, todo o dispositivo de separação de fluido pode ser construído meramente de dois tipos diferentes de veículo de base. Com demandas reduzidas com respeito à performance de separação, ou para a aplicação como um separador grosseiro, igualmente se pode também usar somente um veículo de base como placa. [0024] Vantajosamente, cada um dos elementos separadores tem pelo menos dois lances ou percursos de fluxo. Para isso, o tubo de fluxo direto é subdividido perpendicularmente ao eixo longitudinal de uma maneira tal que dois ou mais lances que são separados um do outro surjam. Para isso, uma superfície rosqueada de um segmento é suficiente. No entanto também o arranjo de diversas superfícies ros-queadas entrelaçadas é possível. [0025] Em uma modalidade adicionalmente vantajosa pelo menos um dos percursos de fluxo tem uma menor seção transversal entre 1 mm2 e 800 mm2. É particularmente vantajoso se tal percurso de fluxo tem uma menor seção transversal de > 2 mm2 e/ou < 400 mm2, preferivelmente > 4 mm2 e/ou < 200 mm2. [0026] Vantajosamente pelo menos um percurso de fluxo corre em um ângulo de cerca de 45° para a direção axial. Vantajosamente pelo menos dois dos sucessivos segmentos similares à serpentina de dispositivos de separação de fluido adjacentes um ao outro são dispostos diretamente conectando um ao outro ou com um ajuste positivo na direção axial. Os segmentos podem, no entanto, não serem dispostos por todo o tubo de fluxo direto, mas no começo, no meio e no fim de um tubo de fluxo direto. No último caso, por conseguinte, também segmentos adjacentes podem ser dispostos um pouco separados uns dos outros na direção axial. [0027] O fluxo pode entrar no tubo de fluxo direto axialmente ou sob certas circunstâncias também tangencialmente, e podem sair disso axial e/ou tangencialmente. Uma entrada e saída em um ângulo limitado com respeito à direção axial e/ou direção tangencial é possível. No entanto uma entrada axial e/ou saída dos gases é tecnicamente vantajosa. [0028] Vantajosamente a entrada do tubo de fluxo direto é disposta de uma maneira tal que o tubo de fluxo direto tem um influxo em um ângulo de < 45° para a direção axial ou em um ângulo de < 45° para a tangente na periferia do tubo de fluxo direto. Vantajosamente a saída está disposta de uma maneira tal que o gás flui fora do tubo de fluxo em um ângulo de < 45° para a direção axial ou em um ângulo de < 45° para a tangente na periferia do tubo de fluxo direto. [0029] Os tubos de fluxo direto e/ou percursos de fluxo dispostos próximos um ao outro têm vantajosamente o mesmo diâmetro e, por conseguinte, a mesma queda de pressão sobre os comprimentos do tubo de fluxo direto ou o percurso de fluxo. [0030] Vantajosamente pelo menos um dos tubos de fluxo direto em seu local mais delgado tem um diâmetro interno de < 30 mm, preferivelmente < 25 mm, preferivelmente <12 mm, preferivelmente < 7 mm. Vantajosamente um tubo de fluxo direto e/ou um tubo de fluxo formado de diversos tubos de fluxo direto dispostos em série, no seu local mais delgado ou no seu comprimento inteiro tem um diâmetro interno de > 1 mm, preferivelmente > 2 mm e preferivelmente <10 mm. [0031] Em uma modalidade adicionalmente vantajosa a espessura da parede da superfície rosqueada de um segmento em seu local mais delgado ou no seu comprimento inteiro é mais do que 1/20 e/ou menos do que metade, vantajosamente mais do que 1/10 e/ou menos do que 1/3 do diâmetro de um tubo de fluxo direto ou tubo de fluxo. [0032] Em uma modalidade adicionalmente vantajosa, o passo de um segmento é > 1/8-vezes e/ou < 10-vezes, vantajosamente > 1/4 e ou 5-vezes, vantajosamente >1/2 e/ou duas vezes, o diâmetro do tubo de fluxo direto associado. [0033] Os tubos de fluxo direto podem vantajosa e adicionalmente ser ampliados de maneira cônica no começo e/ou no seu fim, a fim de minimizar a perda de pressão no tubo de fluxo direto. Um alargamento no fim de um tubo de fluxo direto, além do mais, reduz a velocidade do gás de modo que em bordas possíveis das superfícies rosqueadas no fim do último segmento, nenhum cisalhamento de gotícula e, por conseguinte, atomização do fluido já separado é efetuado. [0034] Um ou mais segmentos sucessivos e/ou o tubo de fluxo comum formado por todo o comprimento por meio desse arranjo pode ser reduzido em seções ou por todo o comprimento com respeito ao diâmetro. [0035] Em uma outra modalidade um segmento de um elemento de separação de fluido (ou também diversos ou todos os segmentos dispostos em série dos elementos separadores de fluido associados uns com os outros, dos corpos de base dispostos em série) na direção axial, no início e/ou no fim tem um núcleo axial espessado do segmento ou segmentos ou segmentos de extremidade, o dito núcleo sendo espessado de uma maneira cônica em direção ao início ou fim. [0036] Em uma modalidade adicional para pelo menos um dos segmentos ou para diversos ou todos os segmentos dispostos em série de um tubo de fluxo comum, o raio do núcleo do segmento similar à serpentina ou dos segmentos similares à serpentina e/ou o diâmetro do tubo de fluxo direto ou do tubo de fluxo comum reduz na direção axial. [0037] Em uma modalidade adicional para pelo menos um dos segmentos ou para diversos ou todos os segmentos dispostos em série de um tubo de fluxo comum, a distância entre o núcleo do segmento similar à serpentina ou dos segmentos similares à serpentina e a parede do tubo de fluxo reduz na direção axial. [0038] Em uma modalidade para pelo menos um segmento ou para diversos ou todos os segmentos dispostos em série de um tubo de fluxo comum, o passo dentro do segmento ou dos segmentos pelo menos em seções aumenta ou reduz na direção axial. [0039] Em uma modalidade adicionalmente vantajosa também pelo menos o tubo de fluxo direto de um elemento separador de fluido, ou um tubo de fluxo comum de elementos separadores de fluido dispostos em série, como uma região de entrada, pode compreender uma seção de início e/ou como uma região de saída uma seção de fim, em que segmentos similares à serpentina não estão dispostos. [0040] Tal seção de início ou de fim vantajosamente tem um comprimento maior do que o dobro do diâmetro do tubo de fluxo direto. [0041] Os veículos de base individuais podem vantajosamente ser desenhados com uma placa chata (por exemplo, de uma maneira conformada em cilindro). Basicamente sua conformação é deduzida da situação de instalação com suas condições espaciais e pode ser selecionada de uma maneira infinita. A altura da placa (na direção da direção axial dos tubos de fluxo direto dos elementos separadores de fluido individuais) é então vantajosamente menos do que cerca de 1,5 vezes, preferivelmente menos do que uma vezes e muito particularmente preferida menos do que 0,5 vezes o passo dos segmentos similares à serpentina dos segmentos separadores de fluido individuais. [0042] Se diversos veículos de base forem dispostos em série então é vantajoso se isso for efetuado de uma maneira de ajuste positivo um ao outro. Para isso, os veículos de base podem ser conectados uns aos outros, por exemplo, colados, parafusados e/ou travados. A fim de fixar a posição relativa dos veículos de base uns aos outros, é vantajoso desenhar os veículos de base de uma maneira tal que eles compreendam dispositivos com os quais a posição relativa de dois veículos de base dispostos adjacentes um ao outro seja definida com relação um ao outro. Isso pode, por exemplo, ser efetuado por meio dos elementos de língua e ranhura e igualmente, que sejam fornecidos de lados de veículos de base sucessivos, os ditos lados faceando um ao outro. É também possível fornecer o veículo de base com um orifício que passa por todos os veículos de base, dentro dos quais um eixo pode ser introduzido. O orifício do eixo pode, por exemplo, igualmente ter línguas e ranhuras que então determinam a posição dos veículos de base individuais. [0043] Os veículos de base por sua parte podem ser fixados através de trilhos no componente que os circundam, por exemplo, em um separador de água, em uma célula de combustível ou uma cobertura de válvula para um motor de combustão, em que o tamanho e a disposição dos trilhos sejam selecionados de modo que em cada caso um trilho receba um veículo de base com uma das suas bordas, por intermédio da disposição dos trilhos individuais, o número dos veículos de base bem como sua posição relativa pode do mesmo modo ser fixado. Tal sistema de trilho contribui adicionalmente à capacidade de modulação da presente invenção. [0044] A fim de guiar para longe o fluido separado na parede dos tubos de fluxo direto conectados em série, sua parede, vantajosamente na direção axial pode compreender ranhuras e canais. É também possível na direção axial atacar redes para guiar o fluido separado para a saída do tubo de fluxo direto. As superfícies rosqueadas também podem compreender fendas e/ou canais que guiam para longe o fluido separado. É particularmente favorável se as ranhuras correm nas bor- das externas das superfícies rosqueadas. [0045] O dispositivo de separação de fluido de acordo com a invenção tem uma série de vantagens: [0046] - o número das partes individuais requeridas para o dispositivo de separação de fluido (segmentos similares à serpentina, tubos de fluxo direto ou elementos separadores de fluido) pode ser significante-mente reduzido. [0047] - isso guia uma economia considerável de custo e simplificação da montagem. [0048] - além do mais a segurança dos elementos individuais é posta de lado. [0049] - a intensidade da separação é maximizada em comparação a outros separadores similares a um ciclone. Isso resulta particularmente quando um grande número de canais separadores de fluido (formado por pelo menos um ou por uma pluralidade de elementos separadores de fluido dispostos em série e alocados uns aos outros) o-pera de uma maneira paralela uns aos outros. [0050] - por conseguinte, um dispositivo de separação de fluido integrado com uma baixa perda de pressão, uma alta capacidade e fluxos de gás estáveis é possível. [0051] - o número dos tubos de fluxo direto individuais ou percursos de fluxo de gás comuns podem ser selecionados dependendo de, por exemplo, as condições dentro da célula de combustível, se ocorre mais água no lado do catodo do que no lado do anodo, nas características de escapamento de um motor, na queda máxima de pressão e/ou na transferência de fluido máxima permissível. [0052] Se os tubos de fluxo direto têm um diâmetro < 30 mm então esses podem também ser instalados dentro de chapéus de válvula planos (coberturas de válvula). Com as células de combustível existe significantemente mais possibilidades de incorporação de modo que nenhuma das tais limitações extremas com respeito ao dimensiona-mento seja exigida. [0053] O núcleo (coração) do segmento similar à serpentina pode, além disso, ser removido na região de entrada e/ou na região de saída, em particular com o (visto na direção de fluxo de gás) primeiro e/ou último tubo de fluxo direto de um percurso de fluxo. Uma adicional redução das perdas de pressão de fluxo é efetuada por meio disso. Uma remoção similar ao cone do núcleo é particularmente favorável de modo que uma região de fluxo livre está presente no eixo médio do segmento ou dos segmentos conectados em série. [0054] Alguns exemplos da presente invenção são descritos no seguinte. Aqui, como no seguinte, as mesmas ou similares referências numéricas são usadas para os mesmos ou similares elementos de modo que a descrição para alguma extensão não seja repetida. [0055] Eles são mostrados: [0056] Na Figura 1 - uma cobertura de cabeçote de cilindro com separadores de óleo instalados; [0057] Na Figura 2 - uma seção através de uma cobertura de cabeçote de cilindro; [0058] Na Figura 3 - um separador de óleo com 2 veículos de base; [0059] Na Figura 4 - dois veículos de base juntos com elementos separadores de fluido integrados para formar um dispositivo de óleo de acordo com a invenção; [0060] Nas Figuras 5 e 6 - a vista plana na direção axial do veículo de base de acordo com a Figura 4; [0061] Na Figura 7 - várias conformações de segmentos similares à serpentina; [0062] Na Figura 8 - um dispositivo de separação de óleo com veículos de base em uma vista em perspectiva e uma vista plana bem como dois segmentos similares à serpentina de dois elementos separadores de óleo, os ditos segmentos sendo contíguos um ao outro e dispostos em série em um tubo de fluxo comum; e [0063] Na Figura 9 - uma célula eletroquímica com um dispositivo de separação de fluido. [0064] A Figura 1 mostra uma cobertura de cabeçote de cilindro 1 que pode ser anexado sobre um cabeçote de cilindro de um motor de combustão. Essa cobertura de cabeçote de cilindro 1 compreende uma cavidade 2 que tem uma entrada 3 e uma saída 4 para gases. Agora os gases de escapamento via a entrada 3 são extraídos do cár-ter do motor de combustão na cavidade 2 e deixam essa cavidade 2 via a saída 4. Os gases do cárter são liberados do óleo aprisionado ou pulverizado de óleo dentro dessa cavidade 2. Esse pulverizado de óleo ou óleo separado é coletado em um sifão 6 e guiado de volta continuamente no depósito de óleo ou é também guiado de volta em porções. [0065] As placas incidentes 5 são dispostas na cavidade 2 da cobertura de cabeçote de cilindro 1 diretamente atrás da entrada 3. Essas placas incidentes têm o efeito de que uma separação grosseira de gotículas de óleo já foi efetuada nelas. As placas incidentes 5 para isso são dispostas em afastamento de modo que um percurso similar a labirinto do gás direto resulta em placas incidentes. [0066] Um dispositivo de separação 10 de acordo com a invenção é disposto no percurso do gás atrás do separador grosseiro de óleo da placa incidente 5 e esse dispositivo consiste em dois elementos individuais 10a e 10b. Cada um dos elementos 10a e 10b compreende um veículo de base similar à placa 21a e à 21b respectivamente, em que em cada caso pelo menos um elemento separador 20a, 20b que pode ser reconhecido em seção transversal está disposto. O veículo de base 21a e o 21b estão fixados em trilhos que são formados no alojamento da cobertura de cabeçote de cilindro 1. Os elementos separado- res 20a e 20b em cada caso compreende um tubo de fluxo direto 22a, e 22b em que em cada caso um segmento similar à serpentina 23a e 23b está respectivamente disposto. Os gases incidentes entram nos tubos de fluxo direto 22a e 22b e são ajustados em um movimento giratório por meio dos segmentos similares à serpentina 23a e 23b. Por meio disso o óleo ou o pulverizado de óleo é prolongado do gás e é separado na parede do tubo de fluxo direto 22a e 22b. O óleo que é separado dessa maneira é transportado ao longo da parede do tubo de fluxo direto 22a e 22b na direção do gás e subseqüentemente corre no sifão 6. Dentro da cobertura de cabeçote de cilindro os tubos de fluxo direto 22a e 22b ao mesmo tempo representam a única (individual) passagem entre a entrada e a saída 4 para os gases de escapa-mento. [0067] Como é para ser reconhecido na Figura 1, o segmento similar à serpentina 23a está instalado e fixado de uma maneira girada de modo que o gás é ajustado em um movimento giratório no sentido horário (para a direita). O segmento 23b disposto depois disso tem uma direção giratória na outra direção de modo que aí a direção giratória do gás é inversa, em uma rotação anti-horária (oposta à direção dos ponteiros do relógio). Em particular, por conta de tal inversão da direção giratória, aí resulta uma taxa de separação particularmente boa do dispositivo de separação 10 representado aqui. Deve ser percebido que os segmentos similares à serpentina não giram eles próprios, mas são fixados dentro dos tubos de fluxo direto. [0068] A Figura 2 mostra uma cobertura de cabeçote de cilindro 1 correspondente em um corte, em que aqui uma cavidade 2 é igualmente disposta na cobertura de válvula 1, e em que o dispositivo de separação 10 está do mesmo modo localizado. Um sifão 6 para coletar o óleo separado é do mesmo modo disposto depois das placas incidentes 5 e do dispositivo de separação 10 na direção do fluxo de gás. [0069] A partir dessa figura é agora para ser facilmente reconhecido como o elemento de separação 10 é construído de dois veículos de base similares à placa 21a e 21b. Os dois veículos de base 21a e 21b são dispostos em portadores similares a trilho 7a, 7a' e 7b, 7b' respectivamente. Cada um dos veículos de base, além disso, compreende três elementos separadores 20a dispostos próximos uns aos outros transversal mente à direção de fluxo de gás, para o veículo de base 21a e 20b, 20b' e 20b" para o veículo de base 21b. A disposição adicional dos tubos de fluxo direto 22a' e 22b, 22b' e 22b" bem como os correspondentemente marcados segmentos similares à serpentina 23a bem como 23b, 23b' e 23b" correspondem àquela da Figura cobertura de cabeçote de cilindro 1. Aqui também uma inversão da direção giratória do fluxo de gás entre os veículos de base 21a e 21b é efetuada. [0070] Os elementos similares à serpentina, explanados aqui com o exemplo do elemento similar à serpentina 23a, tem uma entrada 26a do tubo de fluxo direto 22a, uma borda da lateral de entrada 29a e como explicado com o exemplo do tubo de fluxo 22b, uma borda de lateral de saída 30b em uma saída 27b. As condições nos outros tubos de fluxo correspondem a essas e, por conseguinte, não estão descritas separadamente. [0071] Nessa figura pode ser particularmente bem-reconhecido que a borda de lateral de saída 30a do elemento separador 20a e a borda da lateral de entrada 29b do elemento separador 20b são desviados por 90° um do outro, de modo que a borda da lateral de entrada 29b se projeta no percurso do fluxo de gás do elemento separador 20a. Por meio disso, uma separação particularmente eficiente de óleo e pulverizado de óleo, pode ser efetuada. [0072] A Figura 3 mostra, então, dois veículos de base 21a e 21b de um dispositivo de separação 10 como é por exemplo usado na Figura 2. Aqui como em todas as figuras prévias e subseqüentes, são indicados elementos similares ou correspondentes com referências numéricas similares ou correspondentes (somente modificado pelas adições tais como a, b,",Aqui é para ser reconhecido que os veículos de base 21a e 21b são similares à placa e os tubos de fluxo direto 22a, 22a', 22a'" etc. se projetam dos respectivos veículos de base 21a e 21b respectivamente. Os tubos de fluxo direto contêm segmentos similares à serpentina, por exemplo, 23b, 23b', 23'",.... Com respeito à invenção é particularmente vantajoso que os veículos de base respectivos 21a e 21b com os tubos de fluxo direto 22a, 22a',... e 22b, 22b', ... dispostos neles respectivamente, e os segmentos similares à serpentina dispostos nos respectivos tubos de fluxo direto podem ser fabricados como uma peça para cada veículo de base 21a e 21b, respectivamente. Isso então pode somente ser realizado de uma forma e maneira econômica, por exemplo, por meio de método de moldagem por injeção ou método de fusão em matriz se os segmentos similares à serpentina tiverem um comprimento que seja menor ou igual à metade de um passo do elemento similar à serpentina respectivo. Segmentos similares à serpentina, mais longos com respeito à tecnologia de fabricação seriam somente capazes de serem fabricados com despesa extremamente grande. [0073] A Figura 4 mostra um dispositivo de separação de óleo 10 que compreende dois, em cada caso plano, veículos de base conformados em cilindro 21a e 21b. Os dois veículos de base 21a, 21b para uma representação aperfeiçoada são esboçados em uma distância um do outro na direção do eixo de simetria do cilindro. Nesse dispositivo de separação de óleo 10 de acordo com a invenção, os dois veículos de base similares à placa 21a, 21b, no entanto estão dispostos diretamente contíguos um do outro, de modo que eles formam um cilindro comum com uma altura de cilindro que corresponde à espessura dos dois veículos de base similares à placa na direção do eixo de simetria.

Quatro elementos separadores de óleo (20a, .... 20b, ...) com seus tubos de fluxo direto 22a,..., 22b,... junto com os segmentos associados similares à serpentina 23a, ..., 23b, ... são integrados em cada veículo de base 21a, 21b. Os quatro elementos separadores de óleo 20a, ..., 20b, ... são dispostos em um círculo em torno do eixo do cilindro no plano perpendicular ao eixo do cilindro. Os segmentos similares à serpentina 23a, ..., 23b, ... em cada caso têm um comprimento correspondendo à metade do passo. Cada veículo de base 21a, 21b, seus tubos de fluxo direto 22a, ... associados e seus segmentos similares à serpentina 23a, ... associados, é, em cada caso, fabricado como uma peça como uma parte de fusão em matriz comum. Ambos os veículos de base 21a, 21b por meio disso pode ser integrado em um dispositivo de separação de óleo único 10 em que os dois cilindros 21a, 21b são dispostos diretamente contíguos um ao outro de uma maneira tal que os dois eixos do cilindro coincidem. Ao mesmo tempo então dois tubos de fluxo direto 22a e 22b ou 22a' e 22b', em cada de um do primeiro veículo de base 21a e um do segundo veículo de base 21b, formam um percurso de fluxo comum para o gás. Por conseguinte, os tubos de fluxo direto 22a e 22b junto com os seus segmentos similares à serpentina 23a e 23b de um percurso de fluxo comum. Já que então todos os segmentos similares à serpentina 23a, 23a', ... do um veículo de base 21a têm uma direção giratória anti-horária e já que todos os segmentos similares à serpentina 23b do outro veículo de base 21b têm direção giratória no sentido horário, e já que os segmentos similares à serpentina 23a, 23b e 23a', 23b', ... (dos diferentes veículos de base 21 e 21b) que estão alocados uns aos outros e que formam um percurso de fluxo comum são torcidos uns aos outros por 90° com respeito ao eixo central do respectivo percurso de fluxo 22, no dispositivo de separação de óleo 10 para cada percurso de fluxo comum na altura da transição de um para o outro veículo de base, em cada caso uma superfície incidente é formada a qual aperfeiçoa a separação de óleo. [0074] A fim de obter um alinhamento de ajuste exato dos dois veículos de base 21a, 21b no dispositivo de separação de óleo 10, o veículo de base 21b na superfície que margeia o outro veículo de base 21a é fornecido com um bojo 16 na forma de uma projeção cilíndrica. Essa projeção 16 se engata com um ajuste positivo em um entalhe correspondente (não mostrado) na forma de um recesso conformado em cilindro no corpo de base 21a. O bojo 16 e o entalhe servem para impedir uma rotação mútua dos dois veículos de base 21a, 21b em torno do eixo de cilindro comum na condição montada completa. O bojo 16 e o entalhe, por conseguinte, servem para assegurar os percursos de fluxo comuns através do dispositivo de separação de óleo 10 e fixar o arranjo relativo dos segmentos similares à serpentina 23a, 23b de cada percurso de fluxo comum individual. [0075] No lugar de somente um bojo 16 e entalhe associado, e-xemplos de modalidade com uma pluralidade de possibilidades de prender é possível. Essas, por exemplo, com um arranjo circular de um número par de segmentos similares à serpentina com segmentos similares à serpentina giratórias no sentido horário e sentido anti-horário alternadamente dispostos, oferecem a possibilidade de usar os mesmos módulos básicos para a fabricação de um separador de fluido com uma direção de fluido que é a mesma ou contrária uma a outra, nos segmentos similares à serpentina dispostos em série. [0076] Se, por exemplo, na Figura 4 em cada caso dois elementos separadores 20a, 20a' que estão opostos um ao outro são fornecidos com segmentos similares à serpentina 23a, 23a' que estão na mesma direção, por exemplo, no sentido horário, e os elementos separadores remanescentes 20a" e 20a'" que estão opostos um ao outro são fornecidos com os segmentos similares à serpentina 23a" e 23a'" ambos os quais estão torcidos no sentido anti-horário, então por meio de arranjo em série dois tais veículos de base 21a igualmente podem efetuar qualquer mudança na direção giratória. Isso é porque dois veículos de base podem ser dispostos em série de modo que entre eles nenhuma mudança na direção giratória nos respectivos elementos separadores é efetuada, ou também por meio de instalar um dos veículos de base desviados por 90° de modo que uma mudança na direção giratória entre os segmentos similares à serpentina dispostos em série nos dois veículos de base é efetuada. A capacidade de modulação pode então ser realizada de uma maneira particularmente simples se os trilhos estão dispostos no local de instalação para veículos de base dispostos em série, a fim de acomodar os veículos. Por meio de orientação diferente dos veículos de base em inserção ou introdução nos trilhos correspondentes alguém pode então infinitamente selecionar que tipo de direção giratória e, por conseguinte, mudança na direção giratória entre os veículos de base individuais é para ser efetuada. [0077] À parte de um arranjo de sucessivos segmentos similares à serpentina 23 que se alternam com respeito à direção giratória como no caso introduzido, alguém pode também dispor segmentos similares à serpentina igualmente dirigidos uns aos outros, em que em ambos os casos esses são torcidos com relação um ao outro do corpo de base para corpo de base em cada caso por 90° em torno do eixo central no percurso de fluxo de gás comum 22. Os orifícios 15a, 15b são incorporados centralmente no veículo de base conformado em cilindro 21a, 21b para alinhar os eixos de cilindro do veículo de base. Pinos de guia podem ser introduzidos nesses orifícios 15a, 15b de uma maneira de ajuste exata. [0078] Os orifícios de guia 15a, 15b podem ao mesmo tempo em cada corpo de base 9 ser fornecidos cada com uma aleta (mola) na direção do eixo de cilindro. O pino de guia correspondente pode então ter um entalhe ou ranhura correspondendo a essa aleta de modo que por meio desse pino de guia igualmente pode obter o posicionamento desejado dos dois veículos de base 21a, 21b com relação um ao outro com respeito à posição giratória em torno do eixo do cilindro comum. Uma língua e uma ranhura podem também ser dispostas no respectivo outro componente a fim de obter a fixação giratória desejada. [0079] Nos veículos de base mostrados 21a, 21b, as direções axi-ais dos segmentos separadores de óleo individuais 20 ou tubos de fluxo direto 22 são dirigidas paralelo ao eixo do cilindro do veículo de base 21a, 21b. Para obter uma inclinação dos percursos de fluxo para guiar o fluido para longe também quando o veículo foi posicionado o-bliquamente, o completo dispositivo de separação de óleo 10 pode ser instalado inclinado por um ângulo α > 0 para a horizontal (ângulo α = ângulo entre o eixo central do cilindro do dispositivo de separação de óleo e a horizontal). Alternativamente a isso, os elementos separadores de óleo individuais 20 podem ser integrados no veículo de base 21 de uma maneira tal que as direções axiais dos elementos separadores de óleo 20 formam um ângulo > 0o para o eixo do cilindro do veículo de base 21. [0080] As Figuras 5 e 6 mostram vistas dos dois lados do veículo de base 21b representado na Figura 4. [0081] A Figura 7 em parte as vistas 7A, 7B e 7C em cada caso mostra os segmentos similares à serpentina 23 os quais todos giram no sentido horário (direção dos ponteiros do relógio). Alguém pode reconhecer que esses segmentos similares à serpentina 23 compreendem bordas 30 na lateral de entrada e bordas 29 no lado da saída. Os segmentos similares à serpentina 23 ao mesmo tempo formam duas superfícies rosqueadas ou superfícies rosqueadas 28a e 28b e dividem o percurso de fluxo do gás em dois lances. Nas partes das figuras A, B, C várias variantes são representadas, em que a borda 30 e a 29 da lateral de entrada bem como da lateral de saída respectivamente estão presentes na Figura 7A. A borda da lateral de entrada da Figura 7B é desenhada diferentemente, enquanto na Figura 7C a borda de lateral de saída 29 e a borda da lateral de entrada 30 têm uma conformação diferente. Além do mais, a Figura 7C ao contrário das Figuras 7A e 7B têm um núcleo de estabilização. [0082] A Figura 8 esboça uma vista dos segmentos similares à serpentina 23a e 23b como pode ser aplicado em um percurso de fluxo comum 25 por meio de dois veículos de base de um dispositivo de separação de óleo que estão dispostos um depois do outro. Ambos os segmentos similares à serpentina 23a, 23b têm um comprimento correspondendo à 0,5 vezes seu passo bem como a mesma direção giratória (sentido horário). [0083] A Figura 8, além disso, mostra um dispositivo de separação conformado em cilindro dispositivo de separação de óleo 10 em uma vista lateral em que dois veículos de base estão integrados com um ajuste positivo de modo que eles sejam fixados um ao outro. [0084] A figura além disso esboça uma figura plana do dispositivo de separação 10 com um orifício de guia 15 e em uma distância diferente para esse orifício de guia central, uma pluralidade de elementos separadores de óleo 20a, 20b,.... [0085] A Figura 9 mostra uma célula de combustível PEM 40 que no lado do anodo é suprida através de um conduite 43 com combustível, por exemplo hidrogênio molecular H2. Os produtos de reação do lado do catodo são guiados para longe via um conduite 42. O produto de reação do lado do catodo é essencialmente H20. Com células de combustível, uma umidificação do suprimento de combustível no lado do anodo através do conduite 43 bem como o suprimento de combustível no lado do catodo (02, ar ou igualmente) que aqui não é mostrado, é requerida, de modo que a membrana não seca e perde sua função. Para isso, e mostrado a título de exemplo do conduite 43, esse conduite corre através de um dispositivo para umidificação do gás. Nesse dispositivo, o combustível do lado do anodo é umidificado. [0086] Por outro lado no lado do catodo é produzida água (pura) como produto de reação de modo que um enorme excesso de água está presente no conduite 42 na lateral de saída . Essa água que é guiada para longe com os gases de reação via o conduite 42 pode ser removida desse gás de refugo. Para isso então de acordo com a invenção um dispositivo separador de água 10 é disposto no conduite 42. Três veículos de base 21a, 21b, 21c que são desenhados aqui a título de exemplo contêm elementos separadores de água 20c, 20c' e 20c'" que são da mesma forma desenhados somente de uma maneira esboçada, estão localizados nesse dispositivo de separação. Os elementos separadores nos veículos de base 21a e 21b e que são montados a montante no percurso de fluxo do gás não são igualmente mostrados aqui, mas juntos com os 20c, 20c' e 20c'" em cada caso formam percursos de fluxo comuns. Com tal separador as gotículas de água que condensam indiretamente depois de deixar a célula de combustível no conduite 42 podem ser separadas. [0087] Até agora a água produzida no lado do catodo escapa no ar de saída e a água preparada de maneira dispendiosa deve ser usada a fim de umidificar os gases de reação supridos. [0088] A água pura que dessa maneira é removida do gás de reação pode agora, no entanto, ser guiada ao dispositivo de umidifação 41 via um conduite de retorno de água 44 de modo que nenhuma água necessita ser suprida externamente ao sistema completo a fim de manter a circulação de água.

Claims

1. Dispositivo de separação de fluido (10) para separar fluido ou pulverizado de fluido de um gás com pelo menos um veículo de base similar a placa (21), pelo menos um elemento separador de fluido (20) disposto no veículo de base (21), em que o elemento separador de fluido (20) compreende um tubo de fluxo direto (22) com uma entrada de gás (26) e com uma saída de gás (27) e no tubo de fluxo direto (22) entre a entrada de gás (26) e a saída de gás (27) está disposto um segmento similar à serpentina (23) cujas superfícies rosqueadas com a parede interna do tubo de fluxo direto (22) formam um percurso de fluxo similar à serpentina (25) para o gás, caracterizado pelo fato de que o segmento similar à serpentina (23) tem um comprimento menor ou igual à 0,5 vezes o passo do segmento similar à serpentina (23), e cada veículo de base (21) com todos os tubos de fluxo direto (22) e segmentos similares à serpentina (23), que são dispostos nele, é desenhado como uma peça.

2. Dispositivo de separação de fluido de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um veículo de base (21) compreende dois ou mais elementos separadores (20) que são dispostos próximos uns aos outros no plano da placa.

3. Dispositivo de separação de fluido (10) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que dois ou mais veículos de base (21) com em cada caso o mesmo número e arranjo dos elementos separadores (20), com respeito ao plano da placa são dispostos um depois do outro de uma maneira tal que diversos elementos separadores (20) dispostos em diferentes veículos de base (21) formam um percurso de fluxo coerente comum (25) para o gás.

4. Dispositivo separador de fluido (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a direção giratória em um percurso de fluxo (25) dos segmentos similares à serpentina (23) dispostos em série está na mesma direção.

5. Dispositivo separador de fluido (10) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a direção giratória em um percurso de fluxo (25) de segmentos similares à serpentina (23), dispostos em série está em direções opostas.

6. Dispositivo separador de fluido (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que a borda da lateral da saída (30) das superfícies rosqueadas (28) de um primeiro segmento similar à serpentina (23a) e da borda da lateral de entrada (29) das superfícies rosqueadas (28) de um segundo segmento similar à serpentina (23b) disposta direta e subseqüentemente no mesmo percurso de fluxo são dispostas torcidas com respeito uma a outra, preferivelmente torcidas com respeito uma a outra por 0o, 45°, 90° ou 135°.

7. Dispositivo separador de fluido (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 6, caracterizado pelo fato de que os dois ou mais veículos de base são dispostos um no outro ou conectados um ao outro, com um ajuste positivo.

8. Dispositivo separador de fluido (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo fato de que os dois ou mais veículos de base (21) são colados, parafusados e/ou travados uns aos outros.

9. Dispositivo separador de fluido (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 8, caracterizado pelo fato de que pelo menos dois veículos de base adjacentes (21) compreendem pelo menos um dispositivo (16,17) para fixar a posição relativa dos dois veículos de base (21) uma a outra.

10. Dispositivo separador de fluido (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que como um dispositivo (16, 17) para fixar a posição relativa dos dois veículos (21) uma à outra, em um primeiro veículo de base (21b) pelo menos um bojo (16) e em um segundo veículo de base (21a) o mesmo número de recessos correspondentes (17) são fornecidos, os quais são dispostos de uma maneira tal que com um arranjo de um bojo (16) em um recesso correspondente (17), em cada caso do tubo de fluxo direto (22b) de um elemento separador (20b, 20a) do primeiro veículo de base (21b) e o tubo de fluxo direto (22a) de um elemento separador (20a) do segundo veículo de base (21a) são dispostos um no outro com um ajuste positivo e formam um percurso de fluxo comum (25) para o gás.

11. Dispositivo separador de fluido (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ele consiste em vidro e/ou plástico e/ou metal, ou contêm esses.

12. Dispositivo separador de fluido (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ele consiste em uma resina plástica reforçada, termoplástico e/ou um elastômero, em particular com um Tg > 80°, ou contém isso.

13. Dispositivo separador de fluido (10) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que ele consiste em poliamida ou contém isso.

14. Método para fabricar um dispositivo de separação de fluido (10) como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fabricação de cada veículo de base similar à placa (21) com seu pelo menos um elemento separador (20) é feita como peça única.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que cada veículo de base similar à placa (21) com seu pelo menos um elemento separador (20) é coextrudada em um método de fusão em matriz ou um método de moldagem por injeção.