DE10252148B3

DE10252148B3 - Entwässerung einer Hydraulikflüssigkeit durch Spülgaspervaporation

Info

Publication number: DE10252148B3
Application number: DE10252148A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Ing. Jehle; Jürgen Dipl.-Ing. Laude
Original assignee: DaimlerChrysler AG; Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2002-11-09
Filing date: 2002-11-09
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-11-10
Also published as: WO2004044438A3; WO2004044438A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwässerung eines Hydraulikflüssigkeitsstroms in einem Hydrauliksystem, wobei das Wasser durch Pervaporation an einer für Gas und Wasser durchlässigen und für die Hydraulikflüssigkeit undurchlässigen Membran von der Hydraulikflüssigkeit getrennt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und deren Verwendung in einem Luftfahrzeug. Erfindungsgemäß ist die Membran als U-förmiges Rohr (4) oder als Rohrbündel ausgebildet, das in einem Lüfter (2) mit Spülgas überströmt wird, wobei das Verhältnis der Volumenströme des Spülgases und der Hydraulikflüssigkeit in günstiger Weise 1 : 5 beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entwässerung eines Hydraulikflüssigkeitsstroms in einem Hydrauliksystem, wobei das Wasser durch Pervaporation an einer für Gas und Wasser durchlässigen und für die Hydraulikflüssigkeit undurchlässigen Membran von der Hydraulikflüssigkeit getrennt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und deren Verwendung in einem Luftfahrzeug.
Die in den Hydrauliksystemen in Fahrzeugen, insbesondere auch in Flugzeugen verwendete Hydraulikflüssigkeit ist stark hygroskopisch. Die Folge des durch die Aufnahme des Wassers steigenden Wassergehaltes in der Hydraulikflüssigkeit ist die Bildung von Säure sowie andere unerwünschte chemische Veränderungen. Ab einem bestimmten Wassergehalt können Korrosionsschäden an Ventilen und Pumpen auftreten, was angesichts der besonderen Sicherheitsanforderungen, insbesondere im Luftverkehr, nicht tolerierbar ist.
Eine Möglichkeit zur Vermeidung der mit einem steigenden Wassergehalt verbundenen Probleme ist der komplette Austausch der Hydraulikflüssigkeit. Dies ist aber teuer, führt zu längeren Standzeiten des Fahrzeugs und macht eine gesonderte Entsorgung der ausgetauschten Hydraulikflüssigkeit notwendig.
Des weiteren sind stationäre Entfeuchtungsaggregate bekannt,, bei denen die Hydraulikflüssigkeit in eine offene Kammer verdüst und niedrig siedende Flüssigkeiten mit einer Vakuumpumpe abgezogen werden. Dieses System ist allerdings aufgrund des Umfangs und des Gewichts des Aggregats insbesondere bei Flugzeugen nicht im Betrieb einsetzbar und erfordert deshalb kostenintensive Standzeiten.
Aus der EP 0977950 B1 ist ein im Betrieb des Fahrzeugs kontinuierlich arbeitendes Verfahren bekannt, bei dem bei Pervaporation an einer Membran eines zu entwässernden Hydrauliksystem zur Unterstützung des Partialdruckgefälles im Bereich der Membran ein Unterdruck außerhalb des Hydrauliksystems erzeugt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikflüssigkeit in einer einfachen, platzsparenden und effektiven Weise zu entfeuchten.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren vorgeschlagen, die Membran permeatseitig mit einem Spülgasstrom,zu beaufschlagen, der einen geringeren Wasserdampfpartialdruck als die Hydraulikflüssigkeit aufweist. Die Entfeuchtung wird dabei durch das Partialdruckgefälle befördert, wobei der Abtransport des bei der Pervaporation sich als Permeat bildenden Wasserdampfs durch das Strömen des Spülgases verbessert wird.
Mit Vorteil wird Luft als Spülgas eingesetzt, da diese unbegrenzt zur Verfügung steht und keine weiteren Einrichtung zur Verfügungsstellung notwendig sind.
Es ist weiter günstig, wenn der Spülgasstrom einen deutlich niedrigeren Druck als die Hydraulikflüssigkeit aufweist, da auf diese Weise das Partialdruckgefälle über die Membran ansteigt und die Abgabe von Wasser aus der Hydraulikflüssigkeit befördert wird.
Weiterhin hat es sich als sehr günstig herausgestellt, wenn das Volumenverhältnis des Spülgasstroms zu dem Hydraulikflüssigkeitsstrom 1:5 beträgt.
Des weiteren wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Mittels des Lüfters wird das Spülgas an das die Membran bildende Rohr geführt. Die U-Form des Rohres erhöht die anströmbare Oberfläche der Membran und ermöglicht die Anordnung der Anschlüsse an einer Seite des Lüfters.
In günstiger Weiterbildung besteht das U-förmige Rohr aus einem mit Polyamid beschichteten Sintermetall, um eine für die Entfeuchtung der Hydraulikflüssigkeit mittels Pervaporation geeignete Membran auszubilden.
Dabei ist es aus Platzgründen weiter vorteilhaft, wenn das U-förmige Rohr quer zur Strömungsrichtung des Spülgasstroms angeordnet ist. Auch führt dies dazu, dass keine zunehmende Anreicherung mit Wasser in dem Spülgas während des Umströmvorgangs des Rohres auftritt, die zu einer Verminderung des treibenden Partialdruckgefälles führen könnte.
Um eine Druckverminderung und turbulente Strömung im Bereich des U-förmigen Rohres zu erzielen, ist der Strömungsquerschnitt des Lüfters in diesem Bereich verbreitert.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung zu dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.
In der Zeichnung zeigt die einzige Figur: eine Entfeuchtungsvorrichtung in perspektivischer Seitenansicht.
Die Entfeuchtungsvorrichtung 1, wie sie beispielsweise zur kontinuierlichen Entfeuchtung von Hydraulikflüssigkeit im Betrieb in einem Flugzeug vorgesehen werden kann, besteht aus einem Lüfter 2 zur Führung des Spülgasstroms und einer Moduleinheit 3 zur Führung des Hydraulikflüssigkeitsstroms.
Lüfter 2 und Moduleinheit 3 bilden dabei ein kompaktes Bauteil, das beispielsweise im Fahrwerksschacht des Flugzeugs angeordnet werden kann.
Die Moduleinheit 3 wirkt mit einem exemplarisch dargestellten, U-förmigen Rohr 4 zusammen, in dem die Hydraulikflüssigkeit als kontinuierlicher Strom geführt ist. Das U-förmige Rohr 4 besteht aus einem mit Polyamid beschichteten Sintermetall und bildet eine Membran, die für Wasser und/oder Wasserdampf durchlässig, für Hydraulikflüssigkeit dagegen undurchlässig ist. Das in der Hydraulikflüssigkeit enthaltene Wasser wird überwiegend nach dem Prinzip der Pervaporation durch die Membran nach außen geführt, d.h., dass das Wasser an der Permeatseite der Membran einen Phasenwechsel durchläuft und als Wasserdampf abgeführt werden kann.
Anstatt des exemplarisch dargestellten Einzelrohrs kann auch ein Rohrbündel vorgesehen werden, um den Durchsatz an Hydraulikflüssigkeit bei einer gleichzeitig vergrößerten Membranfläche zu erhöhen.
Um das Abführen des Wasserdampfes von der Oberfläche des als Membran ausgebildeten U-förmigen Rohres 4 möglichst effektiv zu gestalten, ist der Querschnitt des Lüfters 2 im Bereich des Rohres 4 konisch verbreitert. Wichtig ist es dabei, den Druckverlust im Spülgas gering zu halten, um eine möglichst gleichmäßige Umströmung des oder der Rohre zu gewährleisten.
Die turbulente Strömung des Spülgases führt zu einem höheren Stoffübergangskoeffizienten und damit zu einer besseren Abführung des an der Membran entstehenden Wasserdampfes. Durch die Abführung des entstehenden Wasserdampfes ist eine Rekondensation von Wasser auf der Permeatseite der Membran weitgehend unterbunden, die eine Beeinträchtigung des Wasserdurchgangs durch die Membran aufgrund der veränderten Partialdrücke zur Folge haben würde.
Bei einem Flugzeug im Flugbetrieb und damit einer entsprechenden Flughöhe kann durch die Verwendung von trockener Umgebungsluft mit niedrigem Druck, sowohl der Vorgang der Pervaporation wie auch der Abtransport des entstehenden Wasserdampfes gefördert werden.
Die Moduleinheit 3 besteht aus zwei Bauteilen. Einem Modul 3a, das die Anschlüsse für den Zulauf 5 und den Ablauf 6 der Hydraulikflüssigkeit aufweist und einem Modul 3b, in dem die Unlenkeinrichtung für den Verlauf der mit Pfeilen dargestellten Strömung der Hydraulikflüssigkeit in dem U-förmigen Rohr 4 oder einem entsprechenden Rohrbündel angeordnet ist. Zwischen den Modulen 3a, 3b erstreckt sich das vom Spülgas umströmte, als Membran ausgebildete Rohr 4.
Das Modul kann in gleicher Funktionsweise eine Halterung für ein U-förmig ausgebildetes Rohr oder eine Kammer mit zwei angeschlossen Rohren als Zu- und Abführung für die Hydraulikflüssigkeit sein.
Die Druckverhältnisse in den Hydraulikleitungen bleiben von der Entfeuchtung unbeeinflusst.
Die Triebkraft für das Ausscheiden von Wasser aus der Hydraulikflüssigkeit durch Pervaporation durch die Membran nimmt mit steigendem Sättigungsdampfdruck zu. Da der Sättigungsdampfdruck und die Temperatur so in Korrelation stehen, dass der Sättigungsdampfdruck mit steigender Temperatur ebenfalls zunimmt, kann die Triebkraft durch eine Temperatursteigerung erhöht werden. Es ist daher sinnvoll, das Modul an einer Stelle im Hydraulikkreislauf mit möglichst hohen Temperaturen der Hydraulikflüssigkeit anzuordnen.
Das die Bewegung des Wassers durch die Membran fördernde Partialdruckgefälle kann noch gesteigert werden , indem der permeatseitige Druck durch Druckminderung oder im idealen Fall durch Anlegen eines Vakuums reduziert wird.
Bei einem Hydraulikflüssigkeitsstrom von 50 l/h konnte bei Versuchen mit einem Spülgasvolumenstrom von 10 l/h unter Normbedingungen eine deutliche Reduzierung des Wassergehaltes in der Hydraulikflüssigkeit erzielt werden, die einen Austausch der Flüssigkeit oder eine zusätzliche stationäre Entfeuchtung entbehrlich macht.
Damit führen das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung zu einem guten Korrosionsschutz und damit zu einer verlängerten Lebensdauer des Systems. Des weiteren sind Verfahren und Vorrichtung auch zur Nachrüstung bereits bestehender System geeignet.

Claims

Verfahren zur Entwässerung eines Hydraulikflüssigkeitsstroms in einem Hydrauliksystem, wobei das Wasser durch Pervaporation an einer für Gas und Wasser durchlässigen und für die Hydraulikflüssigkeit undurchlässigen Membran von der Hydraulikflüssigkeit getrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran permeatseitig mit einem Spülgasstrom mit geringerem Wasserdampfpartialdruck als in der Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülgas Luft ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran permeatseitig mit einem Spülgasstrom mit einem deutlich geringeren Druck als in dem Hydrauliksystem beaufschlagt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenverhältnis des Spülgasstroms zu dem Hydraulikflüssigkeitsstrom 1 : 5 beträgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, einen Lüfter (2) zur Führung des Spülgasstroms mit zumindest einem Modul (3), das zumindest ein als Membran ausgebildetes Rohr (4) zur Führung des Hydraulikflüssigkeitsstroms aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rohr (4) U-förmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rohr (4) aus einem mit einem Polyamid beschichteten Sintermetall besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Rohr (4) quer zur Strömungsrichtung des Spülgasstroms angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (2) im Bereich des zumindest eines Rohres (4) eine Verbreiterung des Strömungsquerschnitts aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul (3) ein Bündel von als Membranen ausgebildeten Rohren (4) aufweist.
Verwendung der Vorrichtung und des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur kontinuierlichen Entfeuchtung des Hydrauliksystems eines Luftfahrzeugs im Betrieb.