CN109268171A - 冷凝物分离器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷凝物分离器(1)，用于通过壳体(2)从气流中分离冷凝物，该冷凝物分离器在底端处具有冷凝物排放口(7)，‑具有壳体(2)，在该壳体的入口端处设置涡流发生器(5)，该涡流发生器使气流转向，‑具有冲击元件(6)，该冲击元件位于涡流发生器(5)的下游。本发明的关键在于，冷凝物分离器(1)在废气再循环路径中的集成通过连接凸缘(4)直接在废气热交换器处发生，而不必通过通流的转向进行分离。

Description

冷凝物分离器
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的冷凝物分离器。本发明还涉及一种具有这种冷凝物分离器的热交换器。
背景技术
从DE102005050133A1已知一种装置，尤其是一种机动车辆的涡轮增压器装置，具有内燃机和废气再循环，其中该装置具有废气冷却器和用于冷却再循环的废气和/或增压空气的增压空气冷却器以及用于压缩增压空气的压缩机和至少一个冷凝物分离器。
从US6,748,741B2已知一种用于具有涡轮增压器的发动机，特别是用于具有废气再循环的发动机的增压空气冷凝分离系统，其中增压空气冷凝分离系统具有带有压缩机的涡轮增压器，其利用增压冷却器冷却增压空气。增压空气供应管道与增压空气冷却器的出口连接，其中具有环形入口的环状捕集器布置在增压空气供应管道中，其中用于收集冷凝物的贮槽集成在环形捕集器中。用于从贮槽中带走冷凝物并将冷凝物喷射到大气中的排放线路与环状捕集器连接，并且在某些实施方案中使用用于克服排放线路中的压力差的泵或另一装置。
从US3,817,221A已知一种用于在将内燃机的一部分废气再循环至内燃机之前从这些废气中排出冷凝液的装置。在废气线路的合适位置处布置有至少一个装置，利用该装置，在来自废气的水分的冷凝期间形成的液体被吸收并且被引导通过管路到达内燃机的进气口。该液体在燃烧室中再循环，并且通过部分真空的空气吸入到燃烧室内。
从US4,696,279A已知一种用于具有废气再循环线路的内燃机的燃烧控制系统的系统，其中在废气再循环线路中布置有沉降式离心机(decanter centrifuge)，其将冷凝物和小颗粒从废气流中分离。
从WO2016/020162A1已知一种用于利用冷却器模块冷却气流的冷却器，具有承载气流的一个气体通道和承载冷却剂流的一个冷却剂通道。两个通道在介质方面是分开的，但是热耦接在一起，并且液体分离器在冷却器壳体中相对于气流的方向位于冷却器模块的下游。与液体分离器一样，冷凝物排放口(在液体分离器处分离的冷凝物可以通过该冷凝物排放口从冷却器壳体中排出)位于距冷却器模块一定距离处。
在内燃机中，生成废气冷凝物，这在操作期间是不可避免的。在进气流中位于热交换器之后的部件中的废气冷凝物可能在内燃机中导致腐蚀和失火。这可以通过减少废气携带的并进入进气线路的冷凝物来避免。
根据WO2016/020162A1的现有技术的缺点特别是分离原理具有相对低的效率。如果通过格栅在废气再循环路径中进行冷凝物的分离，则还会出现格栅的结垢和烟灰，对废气再循环系统中的压力损失具有负面影响。
US4,696,279A的缺点在于，这仅对于小废气量的冷凝物分离是有效的，并且在所需成本和设计空间方面是不利的，因为用作分离器的沉降式离心机是附加部件，并未集成在热交换器中。
发明内容
本发明提出要解决的一个问题是指出冷凝物分离器从气流中分离冷凝物的新方法。
根据本发明，该问题是通过独立权利要求的主题来解决的。有利的实施方案是从属权利要求的主题。
本发明基于以下总体思想：实现空间优化的设计并且同时改善冷凝物分离，其中负载冷凝物的气流首先经历涡流加速，然后被引导到冲击元件上，为此目的，在冷凝物分离器的壳体的入口端处布置有涡流发生器，并且在涡流发生器的下游布置有冲击元件。始终在一个方向上以线性方式引导气体。由于冷凝物分离器在废气回流线路中直接集成在热交换器上，因此可以在不需要附加组件的情况下分离冷凝物，这在成本方面是有利的。冷凝物分离器的壳体在此具有在废气流进入冷凝物分离器的点处的连接凸缘，用于将冷凝物分离器附接至热交换器。此外，有利的是，不使用附加的轴用于废气流从线性方向的转向，使得冷凝物分离器可以具有空间优化的设计。此外，通过不使废气流转向，在废气流中仅产生轻微的压力损失。
在一个优选的实施方案中，冷凝物分离器的壳体在入口端处具有指向壳体内的漏斗元件，其中涡流发生器位于漏斗元件的下游。在这种情况下，漏斗元件用作一种喷嘴并且加速气流。通过增加漏斗元件处的流速，还改善了后续的冷凝物分离。
分离的冷凝物可以通过冷凝物分离器的壳体底部中的至少一个冷凝物排放口排出。出口管位于热交换器的连接凸缘的相对侧处，并且可以突出到冷凝物分离器的壳体中。出口管的长度和从该管到冲击元件的距离可以用作冷凝物分离速率和废气流中的压力损失的设定点。通过在涡流发生器上安装锥形转向元件，可以在冷凝物在冷凝物分离器的壳体的壁的方向上从主流的转向方面实现分离速率的改进和优化。
在另一优选的实施方案中，涡流发生器被构造为插入元件。涡流发生器可以与位于涡流发生器下游的冲击元件组合，使得在具有短结构的部件中进行来自气流的冷凝物的转向和分离。此外，该装置可以具有涡流套筒。涡流套筒应当防止已经分离的冷凝物再次被进入的废气流夹带，从而可以提高分离速率。涡流套筒可以通过凸缘优选地通过夹紧在热交换器的连接凸缘与冷凝物分离器的壳体之间紧固。此外，可以省去漏斗元件，具有组合的冲击元件的涡流发生器因为漏斗元件而具有更大的直径。
可以在涡流发生器与热交换器的连接凸缘之间设置旁路开口，该旁路开口优选地被构造为狭槽。旁路开口用于输送出由涡流发生器分离的冷凝物。旁路开口可以改善冷凝物通过冷凝物分离器的流动，从而提高冷凝物分离器的效率。也可以仅使用一个没有集成冲击元件的大型涡流发生器，在这种情况下，可以完全消除冲击元件。此外，冲击元件可以布置在涡流发生器的下游。
将锥形转向元件直接集成在涡流发生器中可以改善来自废气流的冷凝物在冷凝物分离器的壳体的壁的方向上的转向，因此优化冷凝物分离器的分离速率。在设计空间中所需的空间和制造成本方面，将两个部件集成在单个部件中是有利的。
在另一优选的实施方案中，涡流发生器被构造为布置在热交换器的连接凸缘上的腹板形支架，在其锥形尖端处保持锥形转向元件。腹板形支架将锥形转向元件保持在废气流的中间，转向元件的锥形尖端指向废气流的流动方向。与其它更复杂的几何形状相比，锥形转向元件的简单几何形状实现了有利的生产。
在根据本发明的解决方案的一个有利改进中，在气流的流动方向上，在冷凝物排放口的上游布置流量控制轮廓件，诸如扰流板、坡道或翼，其使气流转向穿过冷凝物排放口。当然，流量控制元件也可以采用其它形式，例如，被构造为部分包围冷凝物排放口的环形凸起。由于这种流量控制轮廓件，冷凝物的分离量可以增加四倍。
本发明的其它重要特征和优点将从从属权利要求、附图以及基于附图的相应附图描述中获得。
当然，上述特征以及下面仍然将讨论的特征不仅可以在各个指出的组合中使用，而且还可以在其它组合中或者单独使用，而不脱离本发明的范围。
附图说明
本发明的优选示例性实施方案在附图中示出，并且将在以下描述中更详细地解释，其中相同的附图标记指示相同或相似或功能相同的部件。
在各种情况下，示意性地示出：
图1是根据本发明的具有漏斗元件的冷凝物分离器的视图，
图2是根据本发明的冷凝物分离器的另一实施方案的视图，
图3是根据本发明的具有涡流套筒的冷凝物分离器的视图，其中出口管突出到壳体中，
图4是根据本发明的冷凝物分离器的视图，其中锥形转向元件紧固至支架，
图5是根据本发明的冷凝物分离器的分解图，
图6是图5中示出的冷凝物分离器处于安装状态中的示图，
图7是根据图5和图6的冷凝物分离器的横截面图，
图8是具有流量控制轮廓件的冷凝物分离器的局部剖视图。
具体实施方式
图1以及图5至图8示出了根据本发明的冷凝物分离器1的一种可能的布局，其中指向冷凝物分离器1的壳体2内的漏斗元件3布置在用于附接至热交换器17的连接凸缘4与涡流发生器5之间。这种冷凝物分离器1可以例如与内燃机11的热交换器17一起使用。参见图1以及图5至图8，废气流总是在箭头的方向上流过冷凝物分离器1。涡流发生器5位于漏斗元件3的出口处，其中漏斗元件3在其流入端处与连接凸缘4连接。在连接凸缘4处流入冷凝物分离器1内的废气流通过用作一种喷嘴的漏斗元件3加速，并且通过涡流发生器5处于涡流运动中。这加强了来自废气流的冷凝物在壳体2的方向上的转向，来自废气流的冷凝物撞击壳体2并分离。冷凝物撞击壳体2的壁并且从废气流中分离，其中冷凝物分离器1的壳体2用作冲击元件6(参见图1至图8)。分离的冷凝物通过作用在冷凝物上的重力通过冷凝物排放口7中的至少一个冷凝物排放口从冷凝物分离器1排出(也参见图2至图4)。当然，在根据本发明的冷凝物分离器1的所有实施方案中，可以设置比图1至图7中示出的冷凝物排放口更多或更少的冷凝物排放口7。废气流在连接凸缘4处进入冷凝物分离器1并且流过冷凝物分离器1的壳体2，在在壳体2的壁上的冷凝物分离之后通过出口管8从冷凝物分离器1涌出，出口管8位于冷凝物分离器1的相对端处(参见图1至图7)。
图2示出了根据本发明的替代实施方案的冷凝物分离器1，其中没有使用漏斗元件3来加速废气流。考虑图2中的冷凝物分离器1，可以注意到冲击元件6直接集成在涡流发生器5中，使得减小了从热交换器17的连接凸缘4到出口管8的距离。这使得最佳地利用可用的设计空间。该实施方案中的冲击元件6和涡流发生器5具有比图1中描述的实施方案中更大的直径。当然，冲击元件6也可以由壳体2形成。在这种情况下，只有涡流发生器5布置在连接凸缘4上。在涡流发生器5上形成旁路开口9(参见图2和图3)，优选地设计为狭槽。此外，可以将冲击元件6布置在涡流发生器5的下游。旁路开口9改善了冷凝物的流动，使得也可以提高冷凝物分离器1的效率，因为在该实施方案中已经分离的冷凝物通过这些旁路开口9到达冷凝物分离器1中，然后可以从冷凝物分离器1中排出，而不撞击冲击元件6。在该实施方案中，冷凝物分离器1的壳体2用作第二或替代的冲击元件6(参见图2和图3)。在冷凝物分离器1的相对端处，从热交换器17的连接凸缘4看，存在用于不含冷凝物的废气流的出口管8(参见图1至图7)。通过冲击元件6或旁路开口9从废气流中分离的冷凝物通过重力通过图2中示出的四个冷凝物排放口7中的至少一个冷凝物排放口从冷凝物分离器1中排出(参见图3和图4)。
图3示出了根据本发明的冷凝物分离器1的另一可能的布局，其中冲击元件6直接集成在涡流发生器5中，冲击元件6和涡流发生器5布置在热交换器的连接凸缘4上。涡流发生器5具有旁路开口9(参见图2至图3)，该旁路开口优选地设计为狭槽。在热交换器17的连接凸缘4上布置有涡流套筒10。涡流套筒10提高了冷凝物分离器1的效率，因为其防止已经被旁路开口9分离的冷凝物再次被废气流夹带，而不是通过至少一个冷凝物排放口7(参见图1至图7)从冷凝物分离器1中排出。涡流套筒10在此也用作冲击元件6。
在冷凝物分离器1的相对端处，从连接凸缘4看，存在用于不含冷凝物的废气流的出口管8(参见图1至图7)，在该实施方案中，该出口管突出到壳体2(参见图3至图4)中，冷凝物分离器1的壳体2用作冲击元件6(参见图1至图4)。出口管8突出到冷凝物分离器1的壳体2中的出口管8的长度用作冷凝物分离器1的冷凝物分离速率和/或废气流中的压力损失大小的设定值。出口管8在连接凸缘4的方向上突出到壳体2中越多，废气流中的压力损失越低，但冷凝物分离器1的效率也越低。换言之：突出到壳体2中的出口管8的端部与连接凸缘4之间的距离越小，冷凝物分离器1的分离速率越低，并且废气流中的压力损失越低(参见图3和图4)。
根据图4至图7，根据本发明的冷凝物分离器1具有锥形转向元件12，其通过在该实施方案中被设计为腹板形支架13的涡流发生器5保持。用作涡流发生器5的腹板形支架13将锥形转向元件12保持在废气流的中间，这确保了来自废气流的冷凝物在壳体2(用作冲击元件6)的壁的方向上的最佳转向，为了冷凝物分离器1的冷凝物分离速率。进一步考虑图4至图7，可以注意到锥形转向元件12以这种方式通过腹板形支架13保持，使得锥形转向元件12的锥形尖端在涡流发生器5的方向上指向。锥形转向元件12的尖端因此指向废气流的流动方向。冷凝物在冷凝物分离器1的壳体2的壁处从废气流中分离，分离的冷凝物通过重力在壳体2的底部上聚集并且通过至少一个冷凝物排放口7从冷凝物分离器中排出。例如，在此构造为支架13的涡流发生器5比图3中示出的涡流发生器更经济。
由于锥形转向元件12具有简单的几何形状，因此锥形转向元件12的制造成本可以保持较低。在冷凝物分离器1的相对端处，从热交换器17的连接凸缘4看，存在用于废气流的出口管8，该出口管在该实施方案中也在连接凸缘4的方向上突出到壳体2中，出口管8突出到壳体2中的出口管8的长度用作冷凝物分离器1的冷凝物分离速率和废气流中的压力损失的设定值(参见图3和图4)。出口管8在此可以通过另一漏斗元件3’和另外的冲击元件6保持。
在图5至图8中示出的实施方案中，漏斗元件3具有用作旁路开口9的切口18，通过该旁路开口，穿过旁路开口的旁路流辅助冷凝物到冷凝物排放口7中的排放。在图8中，在气流的流动方向15上，在冷凝物排放口7上游布置流量控制轮廓件14，其引导气流穿过冷凝物排放口7。流量控制轮廓件14被构造为扰流板、坡道或翼。流量控制轮廓件14的高度h优选地在3.0mm与20.0mm之间，特别是在4.5mm与6.0mm之间。流量控制轮廓件14与冷凝物排放口7之间的距离在0mm与55mm之间。由于这种流量控制轮廓件14，冷凝物的分离量可以增加四倍。流量控制元件14在此当然也可以采用其它形式，诸如环形凸起，其部分地包围冷凝物排放口7，尤其是甚至是切向地靠在其上的冷凝物排放口。

Claims (11)

1.冷凝物分离器(1)，用于通过壳体(2)从气流中分离冷凝物，所述冷凝物分离器在底端处具有冷凝物排放口(7)，
其特征在于，
-在所述壳体(2)的入口端处设置涡流发生器(5)，所述涡流发生器使所述气流处于旋转运动中，
-冲击元件(6)位于所述涡流发生器(5)的下游。
2.根据权利要求1所述的冷凝物分离器，
其特征在于，
-所述壳体(2)在所述入口端处具有被引导到所述壳体(2)中的漏斗元件(3)，其中，所述涡流发生器(5)位于所述漏斗元件(3)的下游，和/或
-所述壳体(2)在所述入口端处具有被引导到所述壳体(2)中的漏斗元件(3)，所述漏斗元件具有用作旁路开口(9)的切口(18)。
3.根据权利要求1所述的冷凝物分离器，
其特征在于，
所述壳体(2)在所述入口端处具有用于附接至热交换器的连接凸缘(4)，其中，所述涡流发生器(5)位于或保持在所述连接凸缘(4)中并且被构造为插入元件。
4.根据权利要求3所述的冷凝物分离器，
其特征在于，
在所述涡流发生器(5)与所述连接凸缘(4)之间设置旁路开口(9)。
5.根据权利要求3或4所述的冷凝物分离器，
其特征在于，
被构造为涡流套筒(10)的涡流/冲击元件(6)位于所述涡流发生器(5)的下游。
6.根据权利要求1所述的冷凝物分离器，
其特征在于，
所述壳体(2)在所述入口端处具有用于附接至热交换器(17)的连接凸缘(4)，其中，所述涡流发生器(5)被构造成支架(13)，所述支架在其锥形尖端处保持锥形转向元件(12)，并且其中，所述支架(13)布置在所述连接凸缘(4)中。
7.根据权利要求6所述的冷凝物分离器，
其特征在于，
所述转向元件(12)的所述锥形尖端指向所述气流的流动方向(15)。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的冷凝物分离器，
其特征在于，
在所述壳体(2)的出口端处设置出口管(8)，所述出口管突出到所述壳体(2)中，其中，所述冷凝物分离器(1)的所述壳体(2)形成所述冲击元件(6)。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的冷凝物分离器，
其特征在于，
在所述气流的所述流动方向(15)上，在所述冷凝物排放口(7)的上游布置流量控制轮廓件(14)，所述流量控制轮廓件使所述气流转向穿过所述冷凝物排放口(7)。
10.根据权利要求9所述的冷凝物分离器，
其特征在于，
所述流量控制轮廓件(14)被设计为扰流板或翼。
11.热交换器(17)，尤其是废气热交换器，具有根据前述权利要求中的任一项所述的冷凝物分离器(1)。
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