-
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsabscheider zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
-
Flüssigkeitsabscheider sind aus dem Stand der Technik bekannt. Diese können nach unterschiedlichen Funktionsprinzipien arbeiten, bspw. über Kondensation, Fliehkraft (Zyklone), Sorption (Nutzung eines Sorptionsmittels) oder über Prallflächen.
-
Flüssigkeitsabscheider können bspw. bei Brennstoffzellen eingesetzt werden, wo zur Effizienzsteigerung an der Kathodenseite mit einem Flüssigkeitsabscheider Wasser von Sauerstoff (O2) und an der Anodenseite mit einem (weiteren) Flüssigkeitsabscheider Wasser von Wasserstoff (H2) getrennt wird. Auch bei Druckluftanlagen oder Klimaanlagen können Flüssigkeitsabscheider eingesetzt werden.
-
DE 10 2014 013 372 A1 zeigt einen Zentrifugalwasserabscheider für ein Brennstoffzellensystem, bei dem ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch über eine Einlassleitung tangential in den Abscheider eingeführt wird, wobei sich Flüssigkeit durch Zentrifugalkrafteinflüsse an der Innenwand des Abscheiders sammelt und über einen Ablauf nach unten abfließt, wobei das (ggf. restfeuchte) Gas über eine Auslassleitung nach oben abgeführt wird. Dieser Abscheider weist eine geringe Druckdifferenz auf, ist aber hinsichtlich des Abscheidegrades nach oben hin begrenzt, da ein hoher Anteil an Restfeuchte durch die Auslassleitung „mitgerissen“ werden kann.
-
WO 2021/083486 A1 offenbart einen Flüssigkeitsabscheider, bei dem ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch durch einen Einlass in den Abscheider hineingeführt wird, dort einen mit mehreren Gewebeabschnitten ausgestatteten Prallabscheider durchläuft und über einen Austritt abgeführt wird. Mit diesem Abscheider lassen sich bei kompakter Bauweise hohe Abscheidegrade erreichen. Je nach Flüssigkeitsanteil im Gas-Flüssigkeits-Gemisch können ggf. erhöhte Druckdifferenzen auftreten.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Flüssigkeitsabscheider mit einfachen konstruktiven Mitteln und bei kompakter Bauweise eine zuverlässige Abscheidung von Flüssigkeiten zu ermöglichen. Es ist wünschenswert, dass bei vergleichsweise geringen Druckdifferenzen hohe Abscheidegrade erreicht werden können.
-
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Flüssigkeitsabscheider mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
-
Der Flüssigkeitsabscheider dient zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem (strömenden), insbesondere dampfförmigen oder nebelförmigen, Gas-Flüssigkeits-Gemisch (flüssigkeitsbehafteter Gasstrom).
-
Bei dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch handelt es sich insbesondere um ein Gemisch, bei dem Gas als Trägermedium dient und Flüssigkeit in Form fein verteilter Flüssigkeitstropfen vorliegt.
-
Der Flüssigkeitsabscheider weist ein Gehäuse, einen Eintritt in das Gehäuse (Gas-Flüssigkeits-Gemisch-Eintritt), einen Austritt aus dem Gehäuse (Gasaustritt) und einen den Eintritt mit dem Austritt verbindenden Strömungspfad auf (Strömungsverbindung). Im Strömungspfad ist eine Abscheideeinrichtung angeordnet, an der die eigentliche Flüssigkeitsabscheidung aus dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch stattfindet. Bei der abgeschiedenen Flüssigkeit kann es sich um eine reine Flüssigkeit oder um ein Flüssigkeitsgemisch handeln (Gemisch aus zwei oder mehreren verschiedenen Flüssigkeiten).
-
Der Flüssigkeitsabscheider zeichnet sich dadurch aus, dass angrenzend an die Abscheideeinrichtung ein Umlenkelement zur Umlenkung des Strömungspfads angeordnet ist, welches einen Einlassbereich des Gehäuses, in welchen der Einlass einmündet, und einen Auslassbereich des Gehäuses, von welchem der Auslass ausmündet, voneinander trennt (Umlenkelement dient als eine Art Barriere). Dabei passiert der Strömungspfad auf dem Weg vom Einlassbereich in den Auslassbereich einen strömungsberuhigten Bereich. Mit anderen Worten verläuft der Strömungspfad vom Einlass bzw. vom Einlassbereich über einen strömungsberuhigten Bereich in den Auslassbereich bzw. den Auslass.
-
Es ist erkannt worden, dass ein hoher Abscheidegrad von Flüssigkeit bei vergleichsweise geringen Druckdifferenzen erreicht werden kann, wenn der Strömungspfad bzw. das sich entlang des Strömungspfades bewegende Gas-Flüssigkeits-Gemisch derart umgelenkt wird, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des Gas-Flüssigkeits-Gemisches reduziert und somit Flüssigkeitstropfen im Flüssigkeitsabscheider gravitationsbedingt nach unten gelangen, bspw. in einen entsprechenden Auffangbereich. Die reduzierte Strömungsgeschwindigkeit führt auch dazu, dass abgeschiedene Flüssigkeitstropfen durch den Gasstrom nicht wieder mitgerissen werden.
-
Das Umlenkelement blockiert sozusagen den direkten Weg (kürzeste Verbindung) zwischen Einlass und Auslass. Eine hermetisch dichte Abtrennung von Einlassbereich und Auslassbereich durch das Umlenkelement ist nicht zwingend erforderlich. Die Trennung dieser Bereiche durch das Umlenkelement muss lediglich „strömungsführend“ sein, mithin also eine Strömungsrichtung des Gas-Flüssigkeits-Gemischs vorgeben. Hiermit ist gemeint, dass der Strömungspfad bzw. das sich entlang des Strömungspfades bewegende Gas-Flüssigkeits-Gemisch gezwungen wird, einen „Umweg“ durch den strömungsberuhigten Bereich zu nehmen. Im strömungsberuhigten Bereich ist die Strömungsgeschwindigkeit im Flüssigkeitsabscheider am geringsten.
-
Das Gehäuse des Flüssigkeitsabscheiders begrenzt einen Innenraum des Flüssigkeitsabscheiders nach außen. Im Gehäuse können die Komponenten des Flüssigkeitsabscheiders angeordnet sein. Das Gehäuse des Flüssigkeitsabscheiders kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein. Das Gehäuse kann aus Kunststoff ausgebildet sein.
-
Der Einlass des Flüssigkeitsabscheiders kann direkt in die Abscheideeinrichtung einmünden. Der Einlassbereich des Flüssigkeitsabscheiders kann sich von dieser Einmündung bis zum sich in Richtung des strömungsberuhigten Bereichs erstreckenden freien Endes des Umlenkelements erstrecken. Die Abscheideeinrichtung ist vorzugsweise vollständig im Einlassbereich angeordnet.
-
Der Auslassbereich kann sich vom freien Ende des Umlenkelements bis zur Ausmündung des Auslasses aus dem Auslassbereich erstrecken.
-
Der strömungsberuhigte Bereich ist derart eingerichtet, dass die Strömungsgeschwindigkeit entlang des Strömungspfads bzw. die Strömungsgeschwindigkeit des sich entlang des Strömungspfades bewegenden Gas-Flüssigkeits-Gemischs reduziert bzw. vergleichsweise gering ist, vorzugsweise am geringsten im Flüssigkeitsabscheider ist. Der lichte Querschnitt des Gehäuses des Flüssigkeitsabscheiders kann, vorzugsweise quer zur Schwerkraftrichtung bzw. quer zu einer Gehäusehochachse, im strömungsberuhigten Bereich am größten sein. Der strömungsberuhigte Bereich kann entlang der Schwerkraftrichtung unterhalb des Einlassbereichs und des Auslassbereichs angeordnet sein und direkt an diese Bereiche angrenzen. Der strömungsberuhigte Bereich kann im Flüssigkeitsabscheider bzw. dessen Gehäuse zentral angeordnet sein (Zentralbereich).
-
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann sich das Umlenkelement flächig erstrecken und eine Mittellängsebene aufweisen, wobei die Abscheideeinrichtung eine Mittellängsachse (zentrische Achse) aufweist, und wobei sich die Mittellängsachse der Abscheideeinrichtung und die Mittellängsebene des Umlenklements unter einem Winkel von weniger als 90°, insbesondere unter einem Winkel von 30°- 60°, schneiden. Die Winkelangaben beziehen sich auf den kleineren bzw. kleinsten Winkel, den die Mittellängsachse und die Mittellängsebene zwischen sich einschließen. Die Mittellängsachse der Abscheideeinrichtung kann einer Hauptströmungsrichtung in der Abscheideeinrichtung entsprechen. Die Mittellängsachse der Abscheideeinrichtung und eine Mittellängsachse des Einlasses können parallel oder kongruent zueinander orientiert sein.
-
In vorteilhafter Weise kann das Umlenkelement insbesondere über eine mechanische Steckverbindung am Gehäuse befestigt sein. Dies trägt zu einer konstruktiv einfachen und robusten Kopplung von Umlenkelement und Gehäuse bei. Zudem können das Gehäuse bzw. Gehäuseteile und das Umlenkelement separat gefertigt werden. Am Gehäuse bzw. im Inneren des Gehäuses kann ein Aufnahmeabschnitt mit einer Nut angeordnet sein, wobei das Umlenkelement (teilweise bzw. mit einem Teilabschnitt) in die Nut eingesteckt werden kann. Die Steckverbindung kann als Verbindung mit „Nut und Feder“ ausgebildet sein.
-
Alternativ ist denkbar, dass das Umlenkelement einteilig mit dem Gehäuse oder einem Gehäuseteil, bspw. einem Gehäuseoberteil, verbunden ist (integriertes Umlenkelement). Dies reduziert die Anzahl einzelner Komponenten und erleichtert somit eine Montage des Flüssigkeitsabscheiders.
-
In zweckmäßiger Weise kann die Abscheideeinrichtung an ihrem vom Einlass abgewandten Ende einen Befestigungsabschnitt aufweisen, wobei das Umlenkelement einen Halteabschnitt aufweist, der mit dem Befestigungsabschnitt korrespondiert und diesen hält. Dies trägt zu einer einfachen Kopplung von Umlenkelement und Abscheideeinrichtung bei und stabilisiert diese Komponenten gegeneinander. Der Befestigungsabschnitt der Abscheideeinrichtung kann mit einem Gehäuse der Abscheideeinrichtung verbunden oder Teil des Gehäuses der Abscheideeinrichtung sein.
-
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann im Inneren des Gehäuses ein manschettenförmiges, in sich geschlossenes Einlegeelement angeordnet sein, welches in den Einlassbereich hineinragt und zusammen mit einer Wandung des Gehäuses einen Strömungskanal definiert, der den Einlassbereich mit dem oberhalb eines Auffangbereichs angeordneten strömungsberuhigten Bereich verbindet, so dass im Einlassbereich aufgefangene Flüssigkeit durch den Strömungskanal hindurch in den Auffangbereich abfließen kann. Dies begünstigt einen hohen Abscheidegrad, da im Einlassbereich bspw. an Wandflächen aufgefangene Flüssigkeit durch den Strömungskanal („Schattenkanal“) zwischen Einlegeelement und Gehäusewandung des Flüssigkeitsabscheiders geschützt durch den strömungsberuhigten Bereich hindurch in den Auffangbereich abfließen kann. Ein Mitreißen von aufgefangener Flüssigkeit kann somit weitgehend vermieden werden. Der Strömungskanal kann als ein um das Einlegeelement herum verlaufender Spalt ausgebildet sein (umlaufender Spalt zwischen Einlegeelement und Gehäusewandung).
-
Im Konkreten können an mehreren oder allen Seiten des Einlegeelements, die der Wandung des Gehäuses zugewandt sind (Einlegeelementaußenseiten), jeweils mehrere und zueinander beabstandete Rippen zur Beabstandung des Einlegeelements von der Wandung ausgebildet sein. Dadurch ist ein gewisser Mindestquerschnitt des Strömungskanals bzw. Spalts gewährleistet. Die Rippen können an mehreren oder allen Einlegeelementaußenseiten ausgebildet sein. Die Rippen können jeweils durchgehend („durchgehende bzw. durchgezogene Rippe“) oder unterbrochen („unterbrochene Rippe“) ausgebildet sein.
-
In vorteilhafter Weise können an einer von dem Einlassbereich abgewandten Seite des Einlegeelements („Gegenseite“) und/oder an den Seiten des Einlegeelements, welche sich von der dem Einlassbereich abgewandten Seite zum Einlassbereich hin erstrecken (Seitenflächen), jeweils mehrere sich entlang einer Schlitzlängsrichtung erstreckende Schlitze ausgebildet sein, deren Querschnitt sich jeweils zur Wandung des Gehäuses (also nach außen hin) erweitert. Die Schlitze können jeweils einen V-förmigen Querschnitt aufweisen. Dadurch kann Flüssigkeit, welche auf die Gegenseite oder auf die Seitenflächen auftrifft, bspw. in Tropfenform, durch die Schlitze in den Strömungskanal bzw. den Spalt („Schattenkanal“) hindurchtreten. Dies vermeidet ein „Mitreißen“ aufgefangener Flüssigkeit zum Auslass hin, so dass der Abscheidegrad erhöht werden kann. Die Schlitzlängsrichtung (an der Gegenseite) kann sich insbesondere entlang der Querrichtung des Einlegeelements erstrecken. Die (weitere) Schlitzlängsrichtung an den Seitenflächen erstreckt sich bspw. orthogonal zur Schlitzlängsrichtung der Gegenseite.
-
In zweckmäßiger Weise kann sich das Einlegeelement mit einem Abschnitt bis in den Auslassbereich des Gehäuses hinein erstrecken. Dies begünstigt einen hohen Abscheidegrad, da aufgefangene Flüssigkeit durch den Strömungskanal bzw. den Spalt in den Auffangbereich abgeführt werden kann.
-
In vorteilhafter Weise kann sich das Umlenkelement mit einem Abschnitt seines freien Endes in den Innenraum (lichter Querschnitt) des Einlegeelements hineinerstrecken. Dies stellt sicher, dass die Umlenkung des Strömungspfads bzw. des sich entlang des Strömungspfades bewegenden Gas-Flüssigkeits-Gemischs zumindest großenteils in Innenraum des Einlegeelements erfolgt. Dadurch kann Flüssigkeit aufgefangen und abgeführt werden, bspw. durch Hindurchtreten von Flüssigkeit durch die Schlitze in den Strömungskanal bzw. Spalt und durch geschütztes Abfließen im Strömungskanal bzw. Spalt.
-
Im Konkreten kann die Abscheideeinrichtung als Gewebeabscheider mit mindestens einem Gewebeabschnitt zur Flüssigkeitsabscheidung ausgebildet sein. Dies trägt zu einem hohen Abscheidegrad von Flüssigkeit bei. Der Gewebeabscheider kann als Zerstäuber wirken, den flüssigkeitsbehafteten Gasstrom also bspw. in verschiedene Richtungen verteilen und/oder umleiten.
-
Vorzugsweise kann die Abscheideeinrichtung zwei Gewebeabschnitte aufweisen, die relativ zur Mittellängsachse in der Abscheideeinrichtung symmetrisch angeordnet sind, wobei die Gewebeabschnitte miteinander einen Winkel von 2° bis 30° einschließen. Dadurch kann bei kompakter Bauweise eine vergleichsweise große Abscheidefläche geschaffen werden. Entstehende Druckdifferenzen können geringgehalten werden. Zudem kann das strömende Gas-Flüssigkeits-Gemisch umgelenkt werden, so dass Flüssigkeit, bspw. in Tropfenform, auf den Gewebeabschnitten zugewandte Wandflächen trifft. Dort kann eine Abscheidung erreicht werden, bspw. durch Abfließen der Flüssigkeit durch den Strömungskanal bzw. Spalt in einen Auffangbereich.
-
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können im Auffangbereich des Gehäuses ein Flüssigkeitsreservoir und/oder ein Füllstandssensor angeordnet sein. Mit dem Flüssigkeitsreservoir ist ein interner Flüssigkeitssammelbereich (Tank) vorhanden, in dem aufgefangene Flüssigkeit gespeichert werden kann. Mittels des Füllstandssensors kann der Flüssigkeitsfüllstand im Flüssigkeitssammelbereich ermittelt werden. Somit ist ersichtlich, wann der Flüssigkeitssammelbereich voll ist und Flüssigkeit abgelassen werden muss. Der Füllstandssensor kann eine vorzugsweise gelochte Metallkappe als Schutzelement aufweisen. Der Füllstandssensor kann aus Edelstahl ausgebildet sein.
-
Alternativ zum Füllstandssensor kann der Flüssigkeitsabscheider eine Steuerung aufweisen, die derart konfiguriert ist, dass eine intermittierende Entleerung des Flüssigkeitsreservoirs erfolgt, bspw. durch entsprechende (intermittierende) Ventilöffnung eines am Flüssigkeitsauslass vorgesehenen Ablassventils.
-
In zweckmäßiger Weise kann eine Abdeckhülse vorgesehen sein, mittels der der Füllstandssensor ausgehend von seinem freien Ende (dem strömungsberuhigten Bereich zugewandt) über seine überwiegende freie Länge hinweg abgedeckt ist. Die Abdeckhülse kann den Füllstandssensor zusätzlich schützen. Zudem kann die Genauigkeit des Füllstandssensors erhöht werden, da die Auswirkung von „Schwappbewegungen“ (bspw. infolge von auf den Flüssigkeitsabscheider wirkenden Beschleunigungen) auf den Füllstandssensor reduziert sind.
-
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können sich im Auffangbereich des Gehäuses des Flüssigkeitsabscheiders ein oder mehrere Schwallelemente erstrecken. Die Schwallelemente können „Schwappbewegungen“ von Flüssigkeit im Auffangbereich reduzieren und verringern somit das Risiko, dass Flüssigkeit in den strömungsberuhigten Bereich oder den Auslassbereich schwappt. Zudem kann die Genauigkeit des Füllstandssensors erhöht werden. Die Schwallelemente können optional mit der Abdeckhülse des Füllstandssensors verbunden sein. Die Schwallelemente können aus Kunststoff oder Metall ausgebildet sein.
-
Am Gehäuse kann im Auffangbereich ein Flüssigkeitsauslass mit einem ansteuerbaren Ablassventil ausgebildet sein. Dadurch ist ein gezieltes Ablassen von Flüssigkeit möglich. Der Flüssigkeitsauslass kann entlang der Schwerkraftrichtung an der untersten Stelle des Auffangbereichs angeordnet sein.
-
Der Flüssigkeitsabscheider kann ein elektrisch arbeitendes Heizelement aufweisen, mittels dem der Auffangbereich beheizbar ist. Dadurch kann ein Temperieren des Auffangbereichs und/oder von darin enthaltener Flüssigkeit erfolgen. Ein Gefrieren von Flüssigkeit kann somit vermieden werden.
-
Das Heizelement kann als Heizlanze ausgebildet sein („Stand-Alone“-Lösung). Alternativ hierzu kann das Heizelement zusammen mit dem Füllstandssensor als Einheit bzw. Baueinheit ausgebildet sein. Das Heizelement kann derart am Füllstandssensor angebracht sein, dass der Auffangbereich über den Füllstandssensor beheizbar ist.
-
Der Flüssigkeitsabscheider kann ein Auslassventil und/oder ein Spülventil aufweisen, welches jeweils mit dem Auslass strömungsverbunden ist. Über das Auslassventil kann zeitweise oder füllstandsabhängig das Fluid, z.B. Wasser, abgelassen werden. Durch das Spülventil wird zeitweise Gasgemisch aus dem Kreislauf, in der der Flüssigkeitsabscheider eingebunden sein kann, ausgeblasen, um bspw. wie bei Brennstoffzellen den sich aufkonzentrierenden Stickstoff im Wasserstoffkreislauf zu reduzieren.
-
Das Gehäuse kann einen ersten Gehäuseteil und einen zweiten Gehäuseteil aufweisen, die an einer Trennebene aneinander anliegen. Der Einlass und/oder der Auslass können am ersten Gehäuseteil angeordnet sein. Der strömungsberuhigte Bereich und/oder der Auffangbereich können im zweiten Gehäuseteil angeordnet sein. Der erste Gehäuseteil kann einen Deckel und/oder der zweite Gehäuseteil kann einen unteren Gehäuseteil oder einen Gehäusehauptteil bilden.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind, ggf. jedoch lediglich einmal. Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsform eines Flüssigkeitsabscheiders in einer perspektivischen Ansicht;
- 2 einen Schnitt durch den Flüssigkeitsabscheider aus 1 entlang der Schnittachse II-II in 1;
- 3 einen Schnitt durch den Flüssigkeitsabscheider aus 2 entlang der Schnittachse III-III in 2;
- 4 einen vergrößerten Teilausschnitt des Flüssigkeitsabscheiders aus 2;
- 5 einen weiteren vergrößerten Teilausschnitt des Flüssigkeitsabscheiders aus 2;
- 6a,b eine Ausgestaltung des Flüssigkeitsabscheiders aus 1 mit einem Füllstandssensor (6a) oder mit einen Füllstandssensor mit einem Heizelement (6b); und
- 7a,b eine Ausgestaltung des Flüssigkeitsabscheiders aus 1 mit einem Füllstandssensor und Schwallelementen in einem Längsschnitt (7a) und einem Querschnitt gemäß Schnittachse VII-VII (7b).
-
1 zeigt einen Flüssigkeitsabscheider zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch, der insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist.
-
Der Flüssigkeitsabscheider 10 weist ein Gehäuse 12 auf, welches sich entlang einer Gehäusehochachse H erstreckt. Das Gehäuse 12 kann aus Kunststoff ausgebildet sein. Im Beispiel weist das Gehäuse 12 einen ersten Gehäuseteil 12' und einen zweiten Gehäuseteil 12'' auf, die an einer Trennebene TE aneinander anliegen. Grundsätzlich sind auch Ausgestaltungen mit mehr als zwei Gehäuseteilen und anders orientierter Trennebene denkbar.
-
Der Flüssigkeitsabscheider 10 weist einen Einlass 14, einen Auslass 16 und einen den Einlass 14 mit dem Auslass 16 verbindenden Strömungspfad 18 auf (Bz. 18', 18'', 18'''). Der Flüssigkeitsabscheider 10 ist mittels einem sich entlang des Strömungspfades 18 bewegenden Gas-Flüssigkeits-Gemisch durchströmbar (flüssigkeitsbehafteter Gasstrom). Beim Durchlaufen des Flüssigkeitsabscheiders 10 entlang des Strömungspfads 18 kann das Gas-Flüssigkeits-Gemisch entfeuchtet, d.h. es kann Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch abgeschieden werden.
-
Der Flüssigkeitsabscheider 10 weist im Beispiel ein Auslassventil 15 und ein Spülventil 17 auf, die jeweils mit dem Auslass 16 strömungsverbunden sind, wie oben erläutert. Zudem weist der Flüssigkeitsabscheider 10 im Beispiel einen Flüssigkeitsauslass 19 mit einem ansteuerbaren Ablassventil 23 auf, um aufgefangene Flüssigkeit aus einem Auffangbereich 44 abzulassen (vgl. 1 und 2). Zudem weist der Flüssigkeitsabscheider 10 einen Füllstandssensor 47 auf, mittels dem ein Flüssigkeitsfüllstand im Auffangbereich 44 ermittelt werden kann.
-
Die 2 bis 5 zeigen den inneren Aufbau des Flüssigkeitsabscheiders 10.
-
Der Innenraum des Flüssigkeitsabscheiders 10 weist einen Einlassbereich 24, einen Auslassbereich 26, den Auffangbereich 44 und oberhalb von diesem einen strömungsberuhigten Bereich 46 auf. Der Flüssigkeitsabscheider 10 weist in seinem Inneren außerdem eine Abscheideeinrichtung 20, ein Umlenkelement 22 und ein Einlegeelement 40 auf (vgl. 2).
-
Die Abscheideeinrichtung 20 ist im Strömungspfad 18 angeordnet und an dieser findet die eigentliche Flüssigkeitsabscheidung statt. Der Einlass 14 mündet in den Einlassbereich 24 des Gehäuses 12 ein, und zwar direkt in die Abscheideeinrichtung 20. Das Umlenkelement 22 trennt den Einlassbereich 24 und den Auslassbereich 26 voneinander, aus dem der Auslass 16 ausmündet. Der Strömungspfad 18 bzw. das entlang dem Strömungspfad 18 strömende Flüssigkeits-Gas-Gemisch passiert auf dem Weg vom Einlassbereich 24 in den Auslassbereich 26 den strömungsberuhigten Bereich 46.
-
Das Umlenkelement 22 erstreckt sich flächig und weist eine Mittellängsebene 28 auf, wobei die Abscheideeinrichtung 22 eine Mittellängsachse 30 aufweist, und wobei sich die Mittellängsachse 30 der Abscheideeinrichtung 20 und die Mittellängsebene 28 des Umlenkelements 22 unter einem Winkel von weniger als 90°, hier im Beispiel mit ca. 50° schneiden, wie oben erläutert. Im Beispiel ist das Umlenkelement 22 über eine mechanische Steckverbindung 32 am Gehäuse 12 befestigt, wie oben erläutert.
-
Die Abscheideeinrichtung 20 weist an ihrem vom Einlass 14 abgewandten Ende einen Befestigungsabschnitt 34 auf, wobei das Umlenkelement 22 einen Halteabschnitt 36 aufweist, der mit dem Befestigungsabschnitt 34 korrespondiert und diesen hält (vgl. 2 bis 4).
-
Im Inneren des Gehäuses 12 ist das manschettenförmig ausgebildete, in sich geschlossene Einlegeelement 40 angeordnet. Das Einlegeelement 40 ragt in den Einlassbereich 24 hinein und definiert zusammen mit einer Wandung 13 des Gehäuses 12 einen Strömungskanal 42, der den Einlassbereich 24 mit dem oberhalb des Auffangbereichs 44 angeordneten strömungsberuhigten Bereich 46 verbindet, so dass im Einlassbereich 24 aufgefangene Flüssigkeit durch den Strömungskanal 42 („Schattenkanal“) in den Auffangbereich 44 abfließen kann (vgl. 3 und 4). Der Strömungskanal 42 ist im Beispiel als ein um das Einlegeelement 40 herum verlaufender Spalt 43 ausgebildet (umlaufender Spalt 43 zwischen Einlegeelement 40 und Gehäusewandung 13).
-
Im Beispiel sind allen Seiten des Einlegeelements 40, die der Wandung 13 des Gehäuses 12 zugewandt sind, jeweils mehrere und zueinander beabstandete Rippen 41 zur Beabstandung des Einlegeelements 40 von der Wandung 13 ausgebildet.
-
An einer von dem Einlassbereich 24 abgewandten Seite 48 des Einlegeelements 40 (Gegenseite) und optional an den Seiten des Einlegeelements 40, welche sich von der dem Einlassbereich 24 abgewandten Seite zum Einlassbereich 24 hin erstrecken (Seitenflächen), sind jeweils mehrere sich entlang einer Schlitzlängsrichtung erstreckende Schlitze 50 ausgebildet, deren Querschnitt sich jeweils zur Wandung 13 des Gehäuses 12 (also nach außen hin) erweitert (vgl. 2 und 5). Die Schlitze 50 können einen V-förmigen Querschnitt aufweisen, wie oben erläutert.
-
Im Beispiel erstreckt sich das Einlegeelement 40 mit einem Abschnitt bis in den Auslassbereich 26 des Gehäuses 12 hinein (vgl. 2). Das Umlenkelement 22 erstreckt sich mit einem Abschnitt seines freien Endes in den Innenraum des Einlegeelements 40 hinein (vgl. 2).
-
Die Abscheideeinrichtung 20 ist als Gewebeabscheider mit im Beispiel zwei Gewebeabschnitten 21 zur Flüssigkeitsabscheidung ausgebildet. Die Gewebeabschnitte 21 sind relativ zur Mittellängsachse 30 in der Abscheideeinrichtung 20 symmetrisch angeordnet, wobei die Gewebeabschnitte 21 miteinander einen Winkel von 2° bis 30° einschließen (vgl. 3).
-
An der Abscheideeinrichtung 20 ist ein Ablaufschlitz 25 ausgebildet, der den Innenraum der Abscheideeinrichtung 20 mit einem außerhalb des Innenraums der Abscheideeinrichtung 20 befindlichen Raum im Gehäuse 12 des Flüssigkeitsabscheiders 10 verbindet (vgl. 3 und 4). Hierüber kann abgeschiedene Flüssigkeit, bspw. Wassertropfen oder ein Wasserfilm, aus der Abscheideeinrichtung 20 abgeführt werden, bspw. zum Strömungskanal 42 hin.
-
Der eingangs bereits erwähnte Füllstandssensor 47 weist im Beispiel eine als Schutzelement 49 eine gelochte Metallkappe auf (vgl. 1 und 6a). Optional kann der Flüssigkeitsabscheider 10 ein elektrisch arbeitendes Heizelement 51 aufweisen, mittels dem der Auffangbereich 44 bzw. das Flüssigkeitsreservoir 45 beheizbar ist (vgl. 6b). Das Heizelement 51 kann zusammen mit dem Füllstandssensor 47 als Einheit bzw. Baueinheit ausgebildet sein. Das Heizelement 51 kann derart am Füllstandssensor 47 angebracht sein, dass der Auffangbereich 44 über den Füllstandssensor 47 beheizbar ist.
-
Optional kann eine Abdeckhülse 60 vorgesehen sein, mittels der der Füllstandssensor 47 ausgehend von seinem freien Ende (dem strömungsberuhigten Bereich 46 zugewandt) über seine überwiegende freie Länge hinweg abgedeckt ist (vgl. 7a und 7b). Dies erhöht die Genauigkeit des Füllstandssensors 47, da Schwappbewegungen reduziert sind.
-
Ebenfalls optional können sich im Auffangbereich 44 des Gehäuses 12 ein oder mehrere Schwallelemente 66 erstrecken. Die Schwallelemente 66 können mit der Abdeckhülse 60 verbunden sein (vgl. 7a und 7b). Die Schwallelemente 66 reduzieren „Schwappbewegungen“ von Flüssigkeit im Gehäuse 12.
-
Der Flüssigkeitsabscheider 10 arbeitet folgendermaßen:
- Über den Einlass 14 wird dem Flüssigkeitsabscheider 10 ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch zugeführt, aus dem Flüssigkeit abgeschieden werden soll. Flüssigkeit, die sich bereits am Einlass 14 oder in der Abscheideeinrichtung 20 sammelt, bspw. Wassertropfen oder ein Wasserfilm, kann über den Ablaufschlitz 25 dem außerhalb der Abscheideeinrichtung 20 befindlichen Innenraum des Gehäuses 12 zugeführt werden (vgl. 3 und 4). Diese Flüssigkeit kann entlang der Innenseite der Wandung 13 dem Strömungskanal 42 bzw. dem Spalt 43 zufließen.
-
Über den Einlass 14 gelangt das Gas-Flüssigkeits-Gemisch in die Abscheideeinrichtung 20. Dort wird das Gas-Flüssigkeits-Gemisch durch die Gewebeabschnitte 21 hindurchgeführt und dadurch umgelenkt, wodurch das Gas-Flüssigkeits-Gemisch auf die Innenseite des die Abscheideeinrichtung umgebenden Abschnitts 13' der Wandung 13 trifft (vgl. Pfeile P1 in 3; der Übersichtlichkeit halber nur an einem Gewebeabschnitt 21 dargestellt). Dadurch prallt Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch auf die Innenseite des Wandungsabschnitts 13' auf, die dann gravitationsbedingt nach unten zum Strömungskanal 42 bzw. Spalt 43 hin abfließen. Diese Flüssigkeit gelangt über den Strömungskanal 42 bzw. den Spalt 43 und über den strömungsberuhigten Bereich 46 in den Auffangbereich 44 (vgl. 1, 3 und 4).
-
Das bereits teilweise entfeuchtete Gas-Flüssigkeits-Gemisch bzw. der teilweise entfeuchtete Gasstrom strömt dann in Richtung des Umlenkelements 22 (vgl. Pfeile P2 in 3) und erfährt durch dieses eine Umlenkung und gelangt somit in den strömungsberuhigten Bereich 46. Durch das große Volumen 46' des strömungsberuhigten Bereichs 46 ist die Strömungsgeschwindigkeit reduziert (vgl. 5). Durch die Reduktion der Strömungsgeschwindigkeit wird dort abermals Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch ausgeschieden, bspw. in Tropfenform, die dann gravitationsbedingt in den Auffangbereich 44 gelangt (vgl. Tropfen 56 in 2).
-
Im strömungsberuhigten Bereich 46 wird das nun weiter entfeuchtete Gas-Flüssigkeits-Gemisch bzw. der weiter entfeuchtete Gasstrom umgelenkt (vgl. Pfeil 18'' in 2 und Pfeile P3 in 4) und gelangt in den Auslassbereich 26, wo eine Ausmündung über den Auslass 16 erfolgt (vgl. 2 und Pfeile P4 in 5). Wassertropfen 58, die auf das Einlegeelement 40 auftreffen, können durch die Schlitze 50 hindurchtreten und gelangen so in den Strömungskanal 42 bzw. den Spalt 43 und können so zum Auffangbereich 44 hin abfließen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102014013372 A1 [0004]
- WO 2021083486 A1 [0005]
