DE102015224223A1

DE102015224223A1 - Pumpvorrichtung

Info

Publication number: DE102015224223A1
Application number: DE102015224223.4A
Authority: DE
Inventors: René Maguin; Thomas Riemay; Stefan Ruppel; Armando Coelho; Edwin Hartmann; Volker Kirschner; Alfred Elsässer
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2015-12-03
Filing date: 2015-12-03
Publication date: 2017-06-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pumpvorrichtung, insbesondere Seitenkanalverdichter, für eine Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung (21), zum Antreiben eines Gasstroms (19), der mit einem Flüssigkeitsnebel belastet ist, mit einem Gehäuse (30), das einen Förderraum (32) umschließt, mit einem in dem Gehäuse (30) um eine Drehachse (36) drehbar gelagerten Laufrad (34). Um eine Pumpvorrichtung bereitzustellen, die einen mit Flüssigkeitsnebel belasteten Gasstrom pumpen kann, wird vorgeschlagen, dass in und/oder an dem Gehäuse (30) poröses Material und/oder Fasermaterial (58) angeordnet ist, das dem Förderraum (32) ausgesetzt ist.

Description

Pumpvorrichtung, insbesondere Seitenkanalverdichter, für eine Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung, zum Antreiben eines Gasstroms, der mit einem Flüssigkeitsnebel belastet ist, mit einem Gehäuse, das einen Förderraum umschließt, mit einem in dem Gehäuse um eine Drehachse drehbar gelagerten Laufrad, insbesondere nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung mit einer solchen Pumpvorrichtung.
Die meisten Kraftfahrzeuge sind mit einer Brennkraftmaschine ausgestattet, die in der Regel für den Antrieb des Fahrzeugs sorgt. Eine derartige Brennkraftmaschine, vorzugsweise wenn sie als Kolbenmotor ausgestaltet ist, weist ein Kurbelgehäuse auf. Im Kurbelgehäuse befindet sich eine Kurbelwelle, die über Pleuel mit Kolben der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine verbunden ist. Leckagen zwischen den Kolben und den zugehörigen Zylinderwänden führen zu einem Blow-by-Gas-Strom, durch den Blow-by-Gas von den Brennräumen in das Kurbelgehäuse gelangt. Zur Vermeidung eines unzulässigen Überdrucks im Kurbelgehäuse sind moderne Brennkraftmaschinen mit einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung ausgestattet, um die Blow-by-Gase aus dem Kurbelgehäuse abzuführen.
Zur Reduzierung von Schadstoffemissionen wird mit Hilfe der Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung das Blow-by-Gas nicht einer Umgebung, sondern üblicherweise einer Frischluftanlage der Brennkraftmaschine zugeführt, welche die Brennräume der Brennkraftmaschine mit Frischluft versorgt.
Im Kurbelgehäuse herrscht ein Ölnebel, so dass das Blow-by-Gas Öl mit sich führt. Dieses Öl kann als Öltröpfchen Elemente in dem Ansaugtrakt, wie beispielsweise einen Turbolader, beschädigen. Um diese Elemente zu schützen und zur Reduzierung des Ölverbrauchs, besitzt die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung üblicherweise eine Ölabscheideeinrichtung und vorzugsweise einen Ölrücklauf, der das abgeschiedene Öl zum Kurbelgehäuse zurückführt.
Bei Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtungen lassen sich grundsätzlich passive Systeme von aktiven Systemen unterscheiden. Passive Systeme nutzen zum Antreiben des Blow-by-Gases die Druckdifferenz zwischen dem Kurbelgehäuse und dem Unterdruck der Frischluftanlage. Aktive Systeme erzeugen zusätzlich einen Unterdruck zur Absaugung des Blow-by-Gases aus dem Kurbelgehäuse. Dadurch kann eine höhere Druckdifferenz bei der Ölabscheidung eingesetzt werden, so dass die Abscheidung verbessert ist. Die auf diese Weise erzielbaren Druckdifferenzen sind dennoch begrenzt, da der maximal erzeugbare Unterdruck begrenzt ist.
Wenn allerdings eine Pumpvorrichtung stromauf des Flüssigkeitsnebelabscheiders angeordnet ist, so dass der durch die Pumpvorrichtung erzeugte Überdruck für die Abscheidung genutzt werden kann, muss die Pumpvorrichtung mit Ölnebel belastetes Gas pumpen. Dadurch erfolgt eine Vorabscheidung von Öl in der Pumpvorrichtung, die den Betrieb der Pumpvorrichtung stört.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Pumpvorrichtung der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch Eignung auszeichnet, einen öl- oder flüssigkeitsbeladenen Gasstrom pumpen zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Pumpvorrichtung bzw. das Gehäuse im Bereich des Förderraums mit porösem Material und/oder Fasermaterial auszustatten, so dass Flüssigkeit, die in dem Förderraum abgeschieden wurde, aufgenommen bzw. abgeführt werden kann. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass in und/oder an dem Gehäuse poröses Material und/oder Fasermaterial angeordnet ist, das dem Förderraum ausgesetzt ist. Dadurch, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial dem Förderraum ausgesetzt ist, kann die Flüssigkeit, die aus dem Gasstrom abgeschieden wird, durch das poröse Material und/oder Fasermaterial aufgenommen werden. Somit bildet die in dem Förderraum abgeschiedene Flüssigkeit keinen Flüssigkeitsfilm an einer Gehäusewand. Somit stört diese Flüssigkeit nicht den Betrieb der Pumpvorrichtung.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter einem Gasstrom ein Strom bzw. eine Strömung aus einem Gasgemisch, wie beispielsweise Luft, vorzugsweise Blow-by-Gas, das insbesondere Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Stickoxide, Stickstoff und/oder Sauerstoff enthalten kann, verstanden.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter einem porösen Material insbesondere ein Material verstanden, das Poren, vorzugsweise offene Poren, aufweist, wie beispielsweise gesinterte Werkstoffe, wie gesinterte Keramiken oder Metalle, und geschäumte Werkstoffe, wie Kunststoffschäume und Metallschäume.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen wird unter einem Fasermaterial, insbesondere ein Material verstanden, das Fasern aufweist und dadurch Poren bildet, wie beispielsweise Filtermaterial, Vlies und Gewebe.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial gegenüber dem Gehäuse ausschließlich stationär angeordnet ist. Dadurch ist das poröse Material und/oder Fasermaterial an keinen beweglichen Teilen angeordnet. Somit muss das poröse Material und/oder Fasermaterial keinen hohen Belastungen standhalten.
Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass das Gehäuse eine den Förderraum begrenzende Wand aufweist, und dass an einer Innenseite der den Förderraum begrenzenden Wand poröses Material und/oder Fasermaterial angeordnet ist und dass die Innenseite zumindest teilweise durch das poröse Material und/oder Fasermaterial bedeckt ist. Somit kommt das poröse Material und/oder Fasermaterial mit dem in dem Förderraum angetriebenen Gasstrom in Kontakt und kann dadurch die Flüssigkeit, die in dem Vorderraum abgeschieden wird, aufnehmen. Dadurch kann das poröse Material und/oder Fasermaterial verhindern, dass sich ein Flüssigkeitsfilm an dem Gehäuse bildet.
Eine besonders günstige Möglichkeit sieht vor, dass die den Förderraum begrenzende Wand zumindest teilweise poröses Material und/oder Fasermaterial aufweist. Auch auf diese Weise ist das poröse Material und/oder Fasermaterial dem Förderraum, insbesondere dem Gasstrom der in dem Förderraum angetrieben wird ausgesetzt. Somit kann das poröse Material und/oder Fasermaterial die Flüssigkeit, die in dem Förderraum aus dem Gasstrom abgeschieden wird, aufnehmen und ableiten.
Eine vorteilhafte Lösung sieht vor, dass die Innenseite der den Förderraum begrenzenden Wand zumindest annähernd vollständig mit porösem Material und/oder Fasermaterial bedeckt ist. Durch das zumindest annähernd vollständige Abdecken mit porösem Material und/oder Fasermaterial kann die in dem Förderraum abgeschiedene Flüssigkeit noch besser durch das poröse Material und/oder Fasermaterial aufgenommen werden. Das bilden eines Flüssigkeitsfilms oder ansammeln von Flüssigkeit in dem Förderraum kann somit effektiv unterbunden werden.
Eine weitere vorteilhafte Lösung sieht vor, dass eine den Förderraum begrenzende Oberfläche zumindest annähernd vollständig durch ein poröses Material und/oder Fasermaterial gebildet ist. Dadurch kann das poröse Material und/oder Fasermaterial besonders effektiv Flüssigkeit, die in dem Förderraum abgeschieden wurde aufnehmen und ableiten. Die Bildung eines Flüssigkeitsfilms oder von Ansammlungen von Flüssigkeit in dem Förderraum bzw. an dem Gehäuse können somit effektiv verhindert werden.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen heißt "zumindest annähernd vollständig", bezogen auf die Förderraum begrenzende Wand, das insbesondere die Teile des Gehäuses, die einen Einlass, einen Auslass und einen Flüssigkeitsablauf bilden, nicht umfasst sind. Bezogen auf die den Förderraum begrenzenden Wand heißt "zumindest annähernd vollständig", also mindestens 80%, vorzugsweise 90% und besonders bevorzugt mindestens 95% der Fläche der Wand, die im Kontakt mit der Gasströmung steht, abzüglich der Fläche des Einlasses, des Auslasses und des Flüssigkeitsablaufs.
Vorteilhaft ist es, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial den Förderraum zumindest annähernd vollständig ausfüllt. Dadurch wird der Gasstrom durch das poröse Material und/oder Fasermaterial gezwungen, so dass Flüssigkeit aus dem Gasstrom in dem porösem Material und/oder Fasermaterial abgeschieden wird. Gleichzeitig kann das Volumen für die Abscheidung der Flüssigkeit auf annähernd das Volumen des Förderraums ausgedehnt werden, so dass eine Überladung des porösen Materials und/oder Fasermaterials verhindert werden kann.
Eine günstige Variante sieht vor, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial derart angeordnet ist, dass der Gasstrom durch das poröse Material und/oder Fasermaterial strömt. Wenn der Gasstrom durch das poröse Material und/oder Fasermaterial strömt wird Flüssigkeitsnebel, der durch den Gasstrom mitgeführt wird, an dem porösen Material und/oder Fasermaterial abgeschieden. Auf diese Weise kann die Pumpvorrichtung zur gezielten Abscheidung von Flüssigkeit aus dem Gasstrom verwendet werden.
Eine besonders günstige Variante sieht vor, dass die Pumpvorrichtung einen Auslass für den Gasstrom aufweist, durch welchen der Gasstrom aus dem Förderraum austreten kann, und dass der Auslass für den Gasstrom durch das poröse Material und/oder Fasermaterial von dem Förderraum getrennt ist. Somit wird der gesamte Gasstrom, der durch die Pumpvorrichtung strömt durch das poröse Material und/oder Fasermaterial gezwungen. Somit kann eine effektive Vorabscheidung von Flüssigkeit aus dem Gasstrom in der Pumpvorrichtung folgen.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial derart angeordnet ist, dass abgeschiedene Flüssigkeit durch das poröse Material und/oder Fasermaterial hindurch aus dem Förderraum geleitet wird. Auf diese Weise kann das poröse Material und/oder Fasermaterial genutzt werden, um die Flüssigkeit, die in dem Förderraum abgeschieden wurde, gezielt zu lenken und zu leiten und somit aus dem Förderraum abzuführen.
Eine besonders vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass die Pumpvorrichtung einen Flüssigkeitsablauf aufweist, durch welchen Flüssigkeit aus dem Förderraum ablaufen kann, und dass der Förderraum und der Flüssigkeitsablauf durch das poröse Material und/oder Fasermaterial voneinander getrennt sind. Dadurch bewirkt das poröse Material und/oder Fasermaterial, dass der Gasstrom nicht durch den Flüssigkeitsablauf aus dem Förderraum gestört wird. Dadurch bleibt die Pumpwirkung der Pumpvorrichtung im Wesentlichen unangetastet oder zumindest nur schwach gestört.
Zweckmäßig ist es, wenn das poröse Material und/oder Fasermaterial eine Durchlässigkeit von mindestens 1000 l/m²s aufweist, bei den in der Pumpvorrichtung erzielbaren Druckdifferenzen.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn das Fasermaterial Fasern aus Polyacrylnitril, Polyester, Aramid und/oder meta-Aramid aufweist. Solche Fasern weisen eine ausgezeichnete Festigkeit und Beständigkeit auf.
Günstig ist es, wenn das Fasermaterial Fasern aufweist, die einen Faserdurchmesser zwischen 15 und 60 µm aufweisen. Bei einem solchen Faserdurchmesser kann die abgeschiedene Flüssigkeit optimal aufgenommen werden. Vorteilhafter Weise ist vorgesehen, dass das Fasermaterial ein Gewebe und/oder ein Netz aufweist. Solche Fasermaterialien sind leicht herzustellen und bieten eine regelmäßige Struktur, so dass die Durchlässigkeit genau eingestellt werden kann.
Eine weitere besonders günstige Lösung sieht vor, dass die Pumpvorrichtung als Seitenkanalverdichter ausgebildet ist. Seitenkanalverdichter können auf kleinem Bauraum relativ hohe Druckdifferenzen erzeugen. Somit ist ein Seitenkanalverdichter sehr gut geeignet, um im begrenzten Bauraum innerhalb eines Motorraums eines Kraftfahrzeugs die Blowby-Gase anzutreiben, um die Ölnebelabscheidung zu verbessern.
In günstiger Weise ist vorgesehen, dass in dem Förderraum wenigstens eine Rippe angeordnet ist, welche sich zumindest abschnittsweise schräg zu einer Umfangsrichtung erstreckt. Dadurch werden Verwirbelungen in dem Förderraum gezielt erzeugt, so dass die Abscheidung der Flüssigkeit in dem Förderraum gezielt erhöht wird. Dadurch kann unter Umständen auf einen separaten Flüssigkeitsnebelabscheider verzichtet werden.
Ferner wird die obengenannte Aufgabe durch eine Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung mit einem Flüssigkeitsnebelabscheider und einer Pumpvorrichtung gemäß der vorstehenden Beschreibung gelöst, wobei der Flüssigkeitsnebelabscheider stromab der Pumpvorrichtung angeordnet ist. Dadurch erzeugt die Pumpvorrichtung einen Überdruck, der zur Flüssigkeitsnebelabscheidung genutzt werden kann. Die erzielbaren Druckdifferenzen sind somit höher, als bei Erzeugung eines Unterdruckes. Allerdings muss die Pumpvorrichtung einen Gasstrom antreiben, der noch mit Flüssigkeitsnebel belastet ist. Dabei können die Vorteile der Pumpvorrichtung optimal für die Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung ausgenutzt werden, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine vorteilhafte Variante sieht vor, dass die Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung zum Abscheiden von Ölnebel ausgebildet ist. Dadurch kann die Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung in einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung eingesetzt werden.
Eine besonders vorteilhafte Variante sieht vor, dass der Flüssigkeitsnebelabscheider ein Impaktor ist. Ein Impaktor ist ein trägheitsbasierter Flüssigkeitsnebelabscheider, der von höheren Druckdifferenzen profitieren kann, somit kann durch den Impaktor die Vorteile der Pumpvorrichtung optimal ausgenutzt werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 eine Prinzipskizze einer Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung,
2 eine Schnittdarstellung durch eine Pumpvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 eine Schnittdarstellung durch eine Pumpvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
4 eine Schnittdarstellung durch eine Pumpvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, und
5 eine Prinzipskizze einer Aufsicht auf ein Gehäuseteil des Seitenkanalverdichters,
6 ein Ausschnitt einer Schnittdarstellung durch eine Pumpvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform,
7 ein Ausschnitt einer Schnittdarstellung durch eine Pumpvorrichtung gemäß einer Variante der vierten Ausführungsform,
8 ein Ausschnitt einer Schnittdarstellung durch eine Pumpvorrichtung gemäß einer weiteren Variante der vierten Ausführungsform,
9 ein Ausschnitt einer Schnittdarstellung durch eine Pumpvorrichtung gemäß einer weiteren Variante der vierten Ausführungsform, und
10 eine Schnittdarstellung durch eine Pumpvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.
Eine in 1 dargestellte Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 wird zur Entlüftung von Kurbelgehäusen 12 von Brennkraftmaschinen 14 verwendet, insbesondere aufgeladenen Brennkraftmaschinen 14, beispielsweise mit einem Turbolader 16.
Die Kurbelgehäuseentlüftungseinrichtung 10 weist eine Saugleitung 18, welche von dem Kurbelgehäuse 12 bis zu einem Ansaugtrakt 20 der Brennkraftmaschine 14 verläuft. Eine Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung 21 ist in der Saugleitung 18 angeordnet und scheidet Flüssigkeit aus einem Gasstrom 19 ab, der durch die Flüssigkeitsabscheideeinrichtung 21 geleitet ist. Die Flüssigkeitsabscheideeinrichtung 21 weist einen Flüssigkeitsnebelabscheider 22, der vorzugsweise als Impaktor ausgebildet ist, und eine Pumpvorrichtung 24 auf, die vorzugsweise als Seitenkanalverdichter ausgebildet ist. Durch die Pumpvorrichtung 24 kann das aus dem Kurbelgehäuse 12 entlüftete Blow-by-Gas angetrieben werden, so dass an dem Flüssigkeitsnebelabscheider 22 eine höhere Druckdifferenz für die Flüssigkeitsnebelabscheidung bereitsteht, so dass die Flüssigkeitsnebelabscheidung verbessert ist.
Der Gasstrom 19 kann insbesondere ein Strom bzw. eine Strömung aus einem Gasgemisch, wie beispielsweise Luft und/oder Blow-By-Gas sein, das insbesondere Kohlenstoffdioxid, Wasserdampf, Stickoxide, Stickstoff und/oder Sauerstoff aufweist.
Ein Antrieb 26 der Pumpvorrichtung 24 ist vorzugsweise als hydraulischer Antrieb 28, besonders bevorzugt als Freistrahlantrieb ausgebildet. Die Verwendung eines hydraulischen Antriebs 28 ist vorteilhaft, da in der Peripherie der meisten Brennkraftmaschinen 14 bereits ein Hydrauliksystem vorhanden ist.
Eine in 2 dargestellte erste Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 ist zum Antreiben des Gasstroms 19 ausgebildet, der mit einem Flüssigkeitsnebel belastet ist. Die Pumpvorrichtung 24 weist ein Gehäuse 30 auf, das einen Förderraum 32 umschließt. In dem Gehäuse 30 ist ein Laufrad 34, um eine Drehachse 36 drehbar angeordnet.
Das Gehäuse 30 der Pumpvorrichtung 24 weist einen Einlass 38 und einen Auslass 40 für den Gasstrom 19 auf, welche jeweils eine fluidische Verbindung zu dem Förderraum 32 aufweisen. Ferner weist das Laufrad 34 eine Nabe 42 und radial außenliegende Schaufeln 44 aufweist. Ein Ringabschnitt 46 des Laufrades 34 verbindet die Nabe 42 mit den Schaufeln 44. Das Laufrad 34 ist dabei derart angeordnet, dass die Schaufeln 44 in dem Förderraum 32 liegen. Ferner ist das Laufrad 34 drehfest an einer Welle 48 gehalten, welche wiederum um die Drehachse 36 drehbar gelagert ist. Folglich ist auch das Laufrad 34 um die Drehachse 36 drehbar.
Der Förderraum 32 weist mindestens einen Seitenkanal 50, beispielsweise einen oberen Seitenkanal 52 und einen unteren Seitenkanal 54 auf. Die Seitenkanäle 50 erstrecken sich axial neben den Schaufeln 44 des Laufrads 34. In Umfangsrichtung gesehen erstrecken sich die Seitenkanäle 50 zwischen dem Einlass 38 und dem Auslass 40.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen beziehen sich die Begriffe axial, radial, tangential und Umfangsrichtung auf das Laufrad.
Der Einlass 38 und der Auslass 40 sind dabei derart angeordnet, dass in einem Winkel von weniger als 90°, besonders bevorzugt weniger als 60°, voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Winkelangaben beziehen sich auf die Drehachse 36. Folglich gibt es zwischen dem Einlass 38 und dem Auslass 40 eine kurze Verbindungsmöglichkeit in Umfangsrichtung und eine lange Verbindungsmöglichkeit.
Die Seitenkanäle 50 verbinden den Einlass 38 und den Auslass 40 über den langen Weg. In einem Zwischenbereich, der auf dem kurzen Weg zwischen dem Einlass 38 und dem Auslass 40 liegt, erstreckt sich keiner der Seitenkanäle 50. Insbesondere ist in dem Zwischenbereich der Abstand der Schaufeln 44 in axialer Richtung zu der nächsten Wand sehr gering, so dass in diesem Bereich keine oder nur geringe Fluidströmungen auftreten.
Im Betrieb wird das Laufrad 34 um die Drehachse 36 gedreht, so dass die Schaufeln den Gasstrom 19, beispielsweise Blow-by-Gas, von dem Einlass 38 aus über den langen Weg zu dem Auslass 40 transportieren. Durch die Drehung des Laufrads 34 wird der Gasstrom 19 aufgrund der Zentrifugalkraft radial nach außen komprimiert. Da die Schaufeln 44 des Laufrads 34 nach außen hin offen sind, kann der Gasstrom 19 dort aus Zwischenräumen zwischen den Schaufeln 44 in die Seitenkanäle 50 strömen. In den Seitenkanälen 50 wird der Gasstrom 19 in Umfangsrichtung abgebremst und kann somit radial nach innen strömen ohne nennenswert Druck zu verlieren. Radial innen strömt der Gasstrom 19 wieder in Bereiche zwischen den Schaufeln 44 des Laufrads 34 und wird wieder in Umfangsrichtung mitgenommen, so dass er erneut komprimiert werden kann. Durch diesen Zyklus kann sich eine Druckdifferenz zwischen dem Auslass 40 und dem Einlass 38 aufbauen.
Die Kompression des Gasstroms 19 in der Pumpvorrichtung 24 erfolgt dabei ohne, dass Dichtflächen aufeinander gleiten müssen, folglich ist die Reibung einer solchen als Seitenkanalverdichters ausgebildeten Pumpvorrichtung 24 äußerst gering, so dass sowohl die Effizienz besonders hoch als auch die Lebensdauer besonders hoch sind.
Bei der Verwendung der Pumpvorrichtung 24 in einer Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung 21 ist es günstig, wenn die Pumpvorrichtung 24 stromauf des Flüssigkeitsnebelabscheiders 22 angeordnet ist. Dadurch kann eine hohe Druckdifferenz zur Flüssigkeitsabscheidung genutzt werden. Allerdings ist dann der Gasstrom 19 in der Pumpvorrichtung 24 noch mit Flüssigkeitsnebel belastet. Dadurch kann in der Pumpvorrichtung 24 eine Vorabscheidung von Flüssigkeit erfolgen. Die Flüssigkeit kann an einer den Förderraum 32 begrenzenden Wand 56 einen Flüssigkeitsfilm bilden und dadurch den Pumpmechanismus der Pumpvorrichtung 24 stören.
Um die Bildung eines Flüssigkeitsfilms zu verhindern, kann vorgesehen sein, dass in und/oder an dem Gehäuse poröses Material und/oder Fasermaterial 58 angeordnet ist, das dem Förderraum ausgesetzt ist. Das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 kann dadurch die Flüssigkeit, die in der Pumpvorrichtung 24 abgeschieden wurde aufnehmen und ableiten.
Poröses Material 58 ist Material, das Poren aufweist, insbesondere gesinterte Werkstoffe, wie gesinterte Keramiken, Metalle oder geschäumte Werkstoffe. Fasermaterial 58 ist ein Material, das Fasern aufweist und dadurch Poren aufweist, insbesondere Filtermaterial, Flies, Gewebe.
Die abgeschiedene Flüssigkeit kann durch die Poren in das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 eindringen. Entlang der Poren kann sich die Flüssigkeit innerhalb des porösen Materials und/oder Fasermaterials 58 ausbreiten. Somit kann die abgeschiedene Flüssigkeit durch das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 geleitet werden, beispielsweise zu einem Flüssigkeitsablauf 60, durch welchen die abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Förderraum 32 ablaufen kann. Vorzugsweise ist das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 gegenüber dem Gehäuse 30 ausschließlich stationär angeordnet ist.
Wie beispielsweise in 2 dargestellt ist, ist das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 derart angeordnet, dass die abgeschiedene Flüssigkeit durch das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 hindurch aus dem Förderraum 32 geleitet wird. Der Förderraum 32 und der Flüssigkeitsablauf 60 sind durch das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 voneinander getrennt. Dadurch wird der Gasstrom 19 weitgehend davon abgehalten, durch den Flüssigkeitsablauf 60 aus dem Förderraum 32 auszuströmen. Somit wird durch den Flüssigkeitsablauf 60 die Funktion der Pumpvorrichtung 24 nicht oder nur wenig gestört.
Das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 ist an der den Förderraum 32 begrenzenden Wand 56 angeordnet, vorzugsweise an einer Innenseite 66 der den Förderraum begrenzenden Wand 56. Beispielsweise weist die den Förderraum 32 begrenzende Wand 56 weist eine in Schwerkraftrichtung unten liegende Nut 62 auf, in welcher das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 angeordnet ist.
Dadurch ist das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 dem Förderraum 32 und damit dem Gasstrom 19 ausgesetzt. Ferner bildet das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 zumindest teilweise eine den Förderraum 32 begrenzende Oberfläche 64.
Darüber hinaus erstreckt sich das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 über den Flüssigkeitsablauf 60 und deckt diesen dadurch ab. Die in dem Förderraum 32 abgeschiedene Flüssigkeit kann an der den Förderraum 32 begrenzenden Wand 56 ablaufen und von dem porösen Material und/oder Fasermaterial 58 aufgenommen werden. Innerhalb des porösen Materials und/oder Fasermaterial 58 kann die abgeschiedene Flüssigkeit bis zu dem Flüssigkeitsablauf 60 strömen.
Es versteht sich, dass an weiteren Positionen in oder an dem Gehäuse und/oder in oder an der Pumpvorrichtung 24 poröses Material und/oder Fasermaterial 58 angeordnet sein kann. Dadurch kann der Flüssigkeitsablauf aus dem Förderraum 32 weiter verbessert werden.
Eine in 3 dargestellte zweite Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 dadurch, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 nicht in der Nut 62 angeordnet ist, sondern eine Innenseite 66 der den Förderraum 32 begrenzenden Wand 56 zumindest annähernd vollständig bedeckt. Somit ist auch eine den Förderraum 32 begrenzende Oberfläche 64 zumindest annähernd vollständig durch das poröses Material und/oder Fasermaterial 58 gebildet. Dadurch kann die in dem Förderraum 32 abgeschiedene Flüssigkeit sehr günstig von dem porösen Material und/oder Fasermaterial 58 aufgenommen und abgeleitet werden.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen zumindest heißt "zumindest annähernd vollständig" bezogen auf die den Förderraum begrenzende Wand, dass insbesondere die Teile des Gehäuses, die einen Einlass, einen Auslass und einen Flüssigkeitsablauf bilden nicht umfasst sind. Bezogen auf die den Förderraum begrenzende Wand heißt "zumindest annähernd vollständig" also, mindestens 80%, vorzugsweise mindestens 90% und besonders bevorzugt mindestens 95% der Fläche der Wand, die im Kontakt mit der Gasströmung steht, abzüglich der Fläche des Einlasses, des Auslasses und des Flüssigkeitsablaufs.
Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte zweite Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 4 dargestellte dritte Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 dadurch, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 derart angeordnet ist, dass der Luftstrom durch das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 strömt. Dadurch kann eine gezielte Abscheidung von der Flüssigkeit an dem porösen Material und/oder Fasermaterial 58 erfolgen.
Das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 ist derart in dem Gehäuse 30 angeordnet, dass der Auslass 40 für den Gasstrom 19 durch das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 von dem Förderraum 32 getrennt ist. Dadurch muss der Gasstrom 19, wenn der Gasstrom 19 den Förderraum 32 verlässt, durch das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 strömen. Dabei wird die Flüssigkeit, insbesondere der Flüssigkeitsnebel, der von dem Gasstrom 19 mitgeführt wird, aus dem Gasstrom 19 abgeschieden. Die abgeschiedene Flüssigkeit kann innerhalb des porösen Materials und/oder Fasermaterial 58 abgeleitet werden, beispielsweise zu dem Flüssigkeitsablauf 60.
Folglich kann auf diese Weise eine gezielte Vorabscheidung in der Pumpvorrichtung 24 erfolgen, so dass der Flüssigkeitsnebelabscheider 22 entlastet wird.
Die den Förderraum 32 begrenzende Wand 56 weist teilweise das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 auf. Insbesondere ist die den Förderraum 32 begrenzende Wand 56 zumindest teilweise durch das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 gebildet.
Das Gehäuse 30 weist einen Freiraum 68 auf, der an dem porösen Material und/oder Fasermaterial 58 angrenzt und durch das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 von dem Förderraum 32 getrennt ist. Dadurch kann der Gasstrom 19 aus dem Förderraum 32 durch das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 in den Freiraum 68 strömen und dadurch Flüssigkeit in dem porösen Material und/oder Fasermaterial 58 abscheiden. Auf diese Weise kann die von dem Gasstrom durchströmte Fläche des porösen Materials und/oder Fasermaterials 58 vergrößert werden, wodurch der Strömungswiderstand verringert wird.
Der Freiraum 68 ist fluidisch mit dem Auslass 40 verbunden, so dass der Gasstrom 19 aus dem Freiraum 68 über den Auslass 40 aus der Pumpvorrichtung 24 strömen kann.
Es versteht sich, dass poröse Materialien und/oder Fasermaterialien 58 mit unterschiedlichen Porengrößen verwendet werden können, insbesondere wenn die Ausführungsformen kombiniert werden.
Im Übrigen stimmt die in 4 dargestellte dritte Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in den 5 bis 9 dargestellte vierte Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 unterscheidet sich von den in den 1 bis 4 dargestellten ersten drei Ausführungsformen der Pumpvorrichtung 24 dadurch, dass wenigstens eine Rippe 80, vorzugsweise mindestens zwei Rippen 80, vorgesehen ist, welche in dem Förderraum 32, insbesondere in den Seitenkanälen 50, 52, 54 angeordnet sind und sich zumindest abschnittsweise schräg zur Umfangsrichtung erstrecken. Dadurch bremsen die Rippen 80 die Bewegung des Gasstroms 19 in Umfangsrichtung ab, so dass die Rotation des Gasstroms 19 in den Seitenkanälen 50 zusätzlich unterstützt wird und dadurch die Druckerhöhung durch den Seitenkanal 50 verbessert wird. Die Rippen 80 verbessern die Effizienz bei bestimmten Lastbereichen. Darüber hinaus bewirken die Rippen eine verbesserte Abscheidung der Flüssigkeit in dem Förderraum 32.
Verschiedene Verläufe und Anordnungen der Rippen 80 sind denkbar. Bei einer in 5 beispielhaft dargestellten Variante weisen die Seitenkanäle 50 acht Rippen 80 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu zur Umfangsrichtung verlaufen. Alternativ können die Rippen auch dazu gekippt verlaufen.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Rippen 80 nicht gerade sondern gebogen verlaufen. Beispielsweise können die Rippen 80 S-förmig verlaufen. Des Weiteren können die Rippen 80 einen Knick aufweisen. Alternativ oder ergänzend hierzu kann auch vorgesehen sein, dass die Rippen 80 Unterbrechungen aufweisen. Durch die verschieden geformten Rippen 80 kann Abscheidewirkung über einen breiteren Arbeitsbereich verbessert werden.
Des Weiteren sind unterschiedliche Querschnittsanordnungen der Rippen 80 in dem Förderraum 32 möglich. Bei einer in 6 beispielhaft dargestellten Variante erstrecken sich die Rippen 80 nur axial seitlich des Laufrades 36. Somit können die Rippen zwischen oberen Rippen 81, die sich im oberen Seitenkanal 52 erstrecken, und unteren Rippen 83, die sich im unteren Seitenkanal 54 erstrecken, unterschieden werden.
Ferner kann vorgesehen sein, dass im oberen Seitenkanal 52 mehr oder weniger obere Rippen 81 angeordnet sind als im unteren Seitenkanal 54 untere Rippen 83 angeordnet sind.
Schließlich kann auch vorgesehen sein, dass die oberen Rippen 81 im oberen Seitenkanal 52 und die unteren Rippen 83 im unteren Seitenkanal 54 in Umfangsrichtung um einen Winkel versetzt angeordnet sind. Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, dass die oberen Rippen 81 im oberen Seitenkanal 52 anders geformt oder größer oder kleiner sind als die unteren Rippen 83 im unteren Seitenkanal 54.
Eine weitere Variante, wie sie beispielhaft in 7 dargestellt ist, weist Rippen 80 auf, die sich radial außen neben dem Laufrad 34 erstrecken. Diese Rippen 80 erstrecken sich also sowohl im oberen Seitenkanal 52 als auch im unteren Seitenkanal 54. Noch eine weitere beispielshaft in 8 dargestellte Variante weist Rippen 80 auf, die sich radial außen neben dem Laufrad 34 erstrecken, sich aber nicht in die Seitenkanäle 50 hinein erstrecken.
Die in 9 beispielshaft dargestellte Variante der Pumpvorrichtung 24 weist Rippen 80 auf, die den Querschnitt des Förderraums 32 im Wesentlichen vollständig abdecken. Lediglich ein Sicherheitsabstand zu dem Laufrad 34 ist vorgesehen.
Bei allen Varianten können die Rippen 80 können sowohl aus massivem Material als auch aus porösem Material und/oder Fasermaterial 58 hergestellt sein.
Die Anordnung der Rippen 80 in dem Förderraum 32 gemäß der vierten Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 kann beliebig mit den Ausgestaltungen der Pumpvorrichtung 24 gemäß der ersten drei Ausführungsformen der Pumpvorrichtung 24 kombiniert werden.
Im Übrigen stimmt die in den 5 bis 9 dargestellte vierte Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit den in den 1 bis 4 dargestellten ersten drei Ausführungsformen überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in 10 dargestellte fünfte Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 unterscheidet sich von der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 dadurch, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 den Förderraum 32 zumindest annähernd vollständig ausfüllt. Dadurch wird der Gasstrom 19 durch das poröse Material und/oder Fasermaterial 58 gezwungen, so dass Flüssigkeit aus dem Gasstrom 19 in dem porösem Material und/oder Fasermaterial 58 abgeschieden wird. Gleichzeitig kann das Volumen für die Abscheidung der Flüssigkeit auf annähernd das Volumen des Förderraums 32 ausgedehnt werden, so dass eine Überladung des porösen Materials und/oder Fasermaterials 58 verhindert werden kann.
Im Übrigen stimmt die in der 10 dargestellte fünfte Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform der Pumpvorrichtung 24 überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.

Claims

Pumpvorrichtung, insbesondere Seitenkanalverdichter, für eine Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung (21), zum Antreiben eines Gasstroms (19), der mit einem Flüssigkeitsnebel belastet ist, – mit einem Gehäuse (30), das einen Förderraum (32) umschließt, – mit einem in dem Gehäuse (30) um eine Drehachse (36) drehbar gelagerten Laufrad (34), dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder an dem Gehäuse (30) poröses Material und/oder Fasermaterial (58) angeordnet ist, das dem Förderraum (32) ausgesetzt ist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass das Gehäuse (30) eine den Förderraum (32) begrenzenden Wand (56) aufweist, und – dass an einer Innenseite (66) der den Förderraum (32) begrenzenden Wand (56) poröses Material und/oder Fasermaterial (58) angeordnet ist und dass die Innenseite zumindest teilweise durch das poröse Material und/oder Fasermaterial (58) bedeckt ist und/oder – dass die den Förderraum (32) begrenzende Wand (56) zumindest teilweise poröses Material und/oder Fasermaterial (58) aufweist.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, – dass die Innenseite (66) der den Förderraum (32) begrenzenden Wand (56) zumindest annähernd vollständig mit porösem Material und/oder Fasermaterial (58) bedeckt ist und/oder – dass eine den Förderraum (32) begrenzende Oberfläche (64) zumindest annähernd vollständig durch ein poröses Material und/oder Fasermaterial (58) gebildet ist.
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial (58) den Förderraum (32) zumindest annähernd vollständig ausfüllt.
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial (58) derart angeordnet ist, dass der Gasstrom (19) durch das poröse Material und/oder Fasermaterial (58) strömt.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, – dass die Pumpvorrichtung (24) einen Auslass (40) für den Gasstrom (19) aufweist, durch welchen der Gasstrom (19) aus dem Förderraum (32) austreten kann, und – dass der Auslass (40) für den Gasstrom (19) durch das poröse Material und/oder Fasermaterial (58) von dem Förderraum (32) getrennt ist.
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material und/oder Fasermaterial (58) derart angeordnet ist, dass abgeschiedene Flüssigkeit durch das poröse Material und/oder Fasermaterial (58) hindurch aus dem Förderraum (32) geleitet wird.
Pumpvorrichtung nach Anspruch 7, – dass die Pumpvorrichtung (24) einen Flüssigkeitsablauf (60) aufweist, durch welchen Flüssigkeit aus dem Förderraum (32) ablaufen kann, und – dass der Förderraum (32) und der Flüssigkeitsablauf (60) durch das poröse Material und/oder Fasermaterial (58) voneinander getrennt sind.
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpvorrichtung (24) als Seitenkanalverdichter ausgebildet ist.
Pumpvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Förderraum (32) wenigstens eine Rippe (80) angeordnet ist, welche sich zumindest abschnittsweise schräg zu einer Umfangsrichtung erstreckt.
Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung mit einem Flüssigkeitsnebelabscheider (22) und einer Pumpvorrichtung (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsnebelabscheider (22) stromab der Pumpvorrichtung (24) angeordnet ist. – Dass Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung zum Abscheiden von Ölnebel ausgebildet ist.
Flüssigkeitsnebelabscheideeinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitsnebelabscheider (22) ein Impaktor ist.