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Querverweis auf verwandte Anmeldung
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Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile und die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/694,804, eingereicht am 30. August 2012, deren Offenbarung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
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Gegenstand
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Die vorliegende Offenbarung betrifft Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider und poröse Sammelsubstrate zur Verwendung in Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheidern.
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Hintergrund
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Das
US-Patent Nr. 6,290,738 , hiermit durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen, offenbart einen Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider, der ein Gehäuse mit einem Einlass zum Empfangen eines Gas-Flüssigkeit-Stroms und einem Auslass zum Austragen eines Gasstroms aufweist. Eine Düsenstruktur in dem Gehäuse weist mehrere Düsen auf, die den Gas-Flüssigkeit-Strom aus dem Einlass empfangen und den Gas-Flüssigkeit-Strom durch die Düsen beschleunigen. Eine Trägheitssammelvorrichtung bzw. ein Trägheitskollektor in dem Gehäuse im Weg des beschleunigten Gas-Flüssigkeit-Stroms bewirkt dessen scharfe Richtungsänderung und weist in einer bevorzugten Form eine raue poröse Sammeloberfäche auf, die eine Flüssigkeitsteilchentrennung aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom von kleineren flüssigen Teilchen als eine glatte, nicht-poröse Prallabscheider-Aufschlagfläche und ohne die scharfe Grenzgröße der letzteren ermöglicht, um einen Gesamtwirkungsgrad auch für kleinere flüssige Teilchen zu verbessern. Es werden verschiedene Gehäusekonfigurationen und -geometrien vorgesehen.
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Das
US-Patent Nr. 8,360,251 , das hiermit in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen ist, offenbart ein Koaleszenzmedium zum Vereinigen einer Mischung aus zwei Phasen, nämlich einer kontinuierlichen Phase und einer dispergierten Phase. Das offenbarte Koaleszenzmedium weist mehrere Schichten mit voneinander verschiedenen Porositäten auf, wobei eine Innenschicht des Koaleszenzmediums eine höhere Porosität aufweist als die Schichten, die unmittelbar an die Innenschicht angrenzen. Das offenbarte Medium kann in Tröpfchenabscheidern, Abscheidungssystemen oder Abscheidungsverfahren verwendet werden, um die dispergierte Phase aus der Mischung zu entfernen.
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Die veröffentlichte US-Patentanmeldung Nr. 2010/0050871, die hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist, offenbart ein Koaleszenzmedium zum Vereinigen einer Mischung aus zwei Phasen, nämlich einer kontinuierlichen Phase und einer dispergierten flüssigen Phase. Das Medium beinhaltet ein polymeres Grundmaterial mit einer Oberfläche mit Unebenheiten, und die Oberfläche ist heterogen in Bezug auf Hydrophilie/Hydrophobie. Das Medium ist dafür ausgelegt, eine dispergierte flüssige Phase in einer kontinuierlichen Phase, wo der in Bezug auf die dispergierte flüssige Phase überwiegende Teil der heterogenen Phase nicht-benetzend ist, zu vereinigen. Das Medium ist dafür ausgelegt, Tröpfchen der dispergierten flüssigen Phase einzufangen, wo eine Luftschicht an der heterogenen Oberfläche eingeschlossen ist und sich Spitzen der Unebenheiten durch die eingeschlossene Schicht erstrecken und mit den Tröpfchen in Berührung kommen.
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Kurzfassung
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Diese Kurzfassung wird gegeben, um eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind. Diese Kurzfassung ist nicht dafür gedacht, alle wichtigen oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu benennen, und sie soll auch nicht als Hilfsmittel verwendet werden, um den Bereich des beanspruchten Gegenstands zu beschränken.
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Die vorliegende Offenbarung ist auf einen Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider gerichtet. Der Gas-Flüssigkeit-Abscheider umfasst ein Gehäuse mit einem Einlass zum Empfangen eines Gas-Flüssigkeit-Stroms und einen Auslass zum Austragen eines Gas-Flüssigkeit-Stroms. Eine Düsenstruktur befindet sich in dem Gehäuse stromabwärts vom Einlass, wobei die Düsenstruktur mehrere Düsen aufweist, die den Gas-Flüssigkeit-Strom empfangen und den durch sie hindurch gehenden Gas-Flüssigkeit-Strom beschleunigen, um mehrere Gas-Flüssigkeit-Strahlen zu erzeugen. Ein Trägheitskollektor ist in dem Gehäuse stromabwärts von den mehreren Düsen angeordnet, wobei der Trägheitskollektor eine scharfe Richtungsänderung der Gas-Flüssigkeit-Strahlen bewirkt, wodurch eine Trennung von flüssigen Teilchen aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom bewirkt wird, so dass der Gasstrom erzeugt wird. Der Trägheitskollektor umfasst ein poröses Sammelsubstrat. Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist zumindest eine der folgenden drei Bedingungen erfüllt: (a) das poröse Sammelsubstrat umfasst Fasern mit kleinem Durchmesser und weist eine geringe Packungsdichte auf; (b) das poröse Sammelsubstrat umfasst oleophobe Fasern; und (c) die Düsenstruktur und der Trägheitskollektor sind so gestaltet, dass sie eine vollständige Ausbreitung der mehreren Gas-Flüssigkeit-Strahlen ermöglichen.
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Die vorliegende Offenbarung ist auch auf ein poröses Sammelsubstrat zur Verwendung in einem Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider gerichtet, der flüssige Teilchen aus einem Gas-Flüssigkeit-Strom abtrennt. Das poröse Sammelsubstrat umfasst Fasern von kleinem Durchmesser und weist eine geringe Packungsdichte auf, um für eine hohe Durchlässigkeit des porösen Sammelsubstrats zu sorgen und zu ermöglichen, dass ein Gas-Flüssigkeit-Strahl, der auf das poröse Sammelsubstrat gerichtet ist, in das poröse Sammelsubstrat eindringt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Beispiele für Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider werden mit Bezug auf die folgenden Darstellungen beschrieben. In allen Darstellungen werden gleiche Nummern verwendet, um gleiche Merkmale und gleiche Komponenten zu bezeichnen.
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1 stellte eine Ausführungsform eines Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheiders gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
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2 stellt eine andere Ausführungsform eines Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheiders gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
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3 stellt eine Ausführungsform eines porösen Sammelsubstrats eines Trägheitskollektors für einen Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
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4 stellt eine andere Ausführungsform eines porösen Sammelsubstrats eines Trägheitskollektors dar.
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5 stellt eine andere Ausführungsform eines porösen Sammelsubstrats eines Trägheitskollektors dar.
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6 stellt eine Ausführungsform einer Düsenstruktur zur Verwendung in einem Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
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7 stellt eine Ausführungsform eines Trägheitskollektors dar, der mit der Düsenstruktur von 6 assoziiert ist.
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8 ist eine Querschnittsdarstellung der Düsenstruktur und des Trägheitskollektors von 7.
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9 ist ein Schema, das einen Strom eines Gas-Flüssigkeit-Stroms durch mehrere Düsen in einer Ausführungsform einer Düsenstruktur gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt.
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10 stellt eine andere Ausführungsform einer Düsenstruktur und eines Trägheitskollektors gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
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11 ist eine Querschnittsdarstellung der Düsenstruktur und des Trägheitskollektors von 10.
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12 stellt eine andere Ausführungsform einer Düsenstruktur und eines Trägheitskollektors gemäß der vorliegenden Offenbarung dar.
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13 ist eine Querschnittsdarstellung der Düsenstruktur und des Trägheitskollektors von 12.
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Detaillierte Beschreibung
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1 stellt einen Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider 10 zum Entfernern und Vereinigen flüssiger Teilchen aus einem Gas-Flüssigkeit-Strom 12 dar. In der dargestellten Ausführungsform wird der Gas-Flüssigkeit-Abscheider 10 in einer Kurbelgehäuse-Belüftungstrennungsanwendung für einen Verbrennungsmotor 14 verwendet. In einer solchen Anwendung werden Verbrennungs-Blowby-Gase aus einem Kurbelgehäuse 16 eines Motors 14 abgelassen. Unbehandelt enthalten die Blowby-Gase teilchenförmiges Material in Form von Ölnebel und Ruß, ebenso wie andere Fremdstoffe. Das Kurbelhäuse-Belüftungssystem steuert die Konzentration der Fremdstoffe, bevor sie in die Atmosphäre entlassen werden oder in das Luftansaugsystem des Motors zurückgeführt werden, beispielsweise am Luftansaugkrümmer 18. Die Ölnebeltröpfchen weisen im Allgemeinen einen Durchmesser von weniger als 5 μm auf und sind somit unter Verwendung herkömmlicher faseriger Filtermedien nur schwer zu entfernen, wenn gleichzeitig ein geringer Strömungswiderstand aufrechterhalten werden soll, während das Medium Öl und Fremdstoffe sammelt und sich damit sättigt.
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Der Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider 10 weist ein Gehäuse 20 auf mit einem Einlass 22 zum Empfangen eines Gas-Flüssigkeit-Stroms 12 aus einem Motorkurbelgehäuse 16 und einem Auslass 24 zum Austragen eines Gasstroms 26, in dem Beispiel dargestellt, zum Luftansaugkrümmer 18. Eine Düsenstruktur 28 ist in dem Gehäuse 20 stromabwärts vom Einlass 22 angeordnet. Die Düsenstruktur 28 weist mehrere Düsen 30 auf, die den Gas-Flüssigkeit-Strom 12 empfangen und den durch sie hindurch gehenden Gas-Flüssigkeit-Strom beschleunigen, um mehrere Gas-Flüssigkeit-Strahlen zu erzeugen. Ein Trägheitskollektor 32 ist in dem Gehäuse im Weg der beschleunigten Trägheits-Gas-Flüssigkeit-Strahlen angeordnet und bewirkt eine scharfe Richtungsänderung, wie bei 36 dargestellt. Die scharfe Richtungsänderung bewirkt eine Trennung der flüssigen Teilchen aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom, um den Gasstrom zu erzeugen, da die flüssigen Teilchen in dem Gas-Flüssigkeit-Strom ihre Richtung nicht so schnell ändern können wie das Gas im Gas-Flüssigkeit-Strom und somit zu Anfang am Trägheitskollektor 32 gesammelt werden.
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Der Trägheitskollektor 32 umfasst eine Aufprallplatte 54, die mit einem porösen Sammelsubstrat 34 verbunden ist, das eine Flüssigkeitsteilchentrennung aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom von kleineren flüssigen Teilchen als eine glatte, nicht-poröse Prallabscheider-Aufschlagfläche, und ohne die scharfe Grenzgröße der letztgenannten bewirkt.
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Das genannte poröse Sammelsubstrat 34 verbessert den Gesamtwirkungsgrad der Trennung auch für flüssige Teilchen, die kleiner sind als die Grenzgröße, beispielsweise die 50%(d50)-Grenzgröße, einer glatten, nicht-porösen Prallabscheider-Aufschlagfläche. Das poröse Sammelsubstrat 34 bewirkt beides: a) eine Trennung flüssiger Teilchen aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom; und b) eine Sammlung der flüssigen Teilchen in dem porösen Sammelsubstrat 34. Das poröse Sammelsubstrat 34 weist eine Grenzgröße für eine Teilchentrennung auf, die nicht so scharf ist wie die einer glatten, nicht-porösen Abscheider-Aufschlagfläche, sondern die den Wirkungsgrad des Sammelns von Teilchen, die kleiner sind als die Grenzgröße, verbessert sowie eine Reduzierung der Grenzgröße bewirkt. Das poröse Sammelsubstrat 34 stellt ein Koaleszenzmedium bereit, so dass sich flüssige Teilchen, nachdem sie in dem porösen Sammelsubstrat 34 eingefangen worden sind, mit anderen flüssigen Teilchen in dem porösen Sammelsubstrat 34 vereinigen, und so, dass die beschleunigten Gas-Flüssigkeit-Strahlen und die resultierende hohe Geschwindigkeit des Gases an und im porösen Sammelsubstrat 34 Widerstandskräfte erzeugen, die ausreichen, dass sich eingefangene Flüssigkeit zu den äußeren Rändern des porösen Sammelsubstrats 34 bewegt und den Trägheitskollektor 32 abschüttelt.
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Nach der genannten scharfen Richtungsänderung bei 36 empfängt der Auslass 24 den Gasstrom, wie bei 38 dargestellt ist, ohne die abgetrennten flüssigen Teilchen. Das poröse Sammelsubstrat 34 und die Düsen 30 sind durch eine Lücke 40 getrennt, die ausreicht, um eine übermäßige Beschränkung zu vermeiden, die aber klein genug ist, damit die Gas-Flüssigkeit-Strahlen nicht schon diffundieren, bevor sie auf das poröse Sammelsubstrat 34 treffen. Durch das Gehäuse 20 verläuft ein Strömungsweg, der einen ersten Strömungswegabschnitt 42 für den Gas-Flüssigkeit-Strom zwischen dem Einlass 22 und der Lücke 40 und einen zweiten Strömungswegabschnitt 44 für den Gasstrom zwischen der Lücke 40 und dem Auslass 24 aufweist. Der Strömungweg durch das Gehäuse 20 weist eine Richtungsänderung in der Lücke 40 am porösen Sammelsubstrat 34 und eine andere Richtungsänderung in dem genannten zweiten Strömungswegabschnitt 44 auf, wie bei 46 dargestellt ist.
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Ein Durchlauffilter 48, 1, im genannten zweiten Strömungswegabschnitt 44 stellt ein unterstützendes Sicherungsfilter bereit, das flüssige Teilchen einfängt, die nach der Trennung am Trägheitskollektor 32 wieder im Gasstrom mitgerissen worden sind. Ein Ablauf 50 im Gehäuse lässt abgetrenntes Fluid aus dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider 10 abströmen. In 1 lässt der Ablauf 50 das abgetrennte Fluid außerhalb des Gehäuses 20 zurück in das Kurbelgehäuse 16 ablaufen, wie bei 52 dargestellt, 1. Der Ablauf 50 befindet sich schwerkraftmäßig unterhalb und auf der dem Durchlauffilter 48 entgegengesetzten Seite des Trägheitskollektors 32. In 1 strömt der Gasstrom 26 entlang einer vertikalen Achsenrichtung. Das Durchlauffilter 48 erstreckt sich entlang einer radialen horizontalen Spanne von links nach rechts und senkrecht zu der genannten vertikalen Achsenrichtung. Die genannte radiale horizontale Spanne des Durchlauffilters 48 erstreckt sich über das gesamte Gehäuse 20 und ist parallel zum porösen Sammelsubstrat 34. Der Gasstrom strömt nach der Trennung bei 36 radial entlang des porösen Sammelsubstrats 34 und parallel zu diesem und biegt dann um mindestens 90° ab, wie bei 46 dargestellt, und strömt durch das Durchlauffilter 48 zum Auslass 24, wie bei 38 dargestellt.
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2 verwendet gegebenenfalls gleiche Bezugszahlen wie oben, um das Verständnis zu erleichtern. In 2 ist der axiale Weg des Gasstroms 26 durch das Gehäuse 20 horizontal. Der Ablauf 58 im Gehäuse 20 lässt abgetrenntes Fluid aus dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider 10 außerhalb des Gehäuses 20 zurück zum Kurbelgehäuse 16 ablaufen. Der Ablauf 58 liegt im genannten zweiten Strömungswegabschnitt 44 und lässt abgetrenntes Fluid aus dem Trägheitskollektor 32 durch das Durchlauffilter 48 ablaufen, so dass das Durchlauffilter 48 sowohl den Gasstrom 26 als auch das abgetrennte Fluid filtert. Der Ablauf 58 liegt zwischen dem Durchlauffilter 48 und dem Auslass 24 und liegt schwerkraftmäßig unterhalb des Trägheitskollektors 32, des Auslasses 24 und des Durchlauffilters 48.
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Gemäß dem hier offenbarten Gas-Flüssigkeit-Abscheider 10 ist mindestens eine der folgenden Bedingungen erfüllt: (a) das poröse Sammelsubstrat 34 umfasst Fasern mit kleinem Durchmesser und weist eine geringe Packungsdichte auf; (b) das poröse Sammelsubstrat 34 umfasst oleophobe Fasern; und (c) die Düsenstruktur 28 und der Trägheitskollektor 32 sind so gestaltet, dass sie eine vollständige Ausbreitung der mehreren Gas-Flüssigkeit-Strahlen ermöglichen Nun wird unter Bezugnahme auf 3 eine Ausführungsform eines Trägheitskollektors 32 beschrieben. Man beachte, dass die Ausrichtung der Düsenstruktur 28 und des Trägheitskollektors 32 im Vergleich zu der Ausrichtung, die in 1 dargestellt ist, umgekehrt ist. Wie in 3 dargestellt ist, wird der Gas-Flüssigkeit-Stromdurch eine Düse 30 in der Düsenstruktur 28 beschleunigt. Der Gas-Flüssigkeit-Strom wird in Richtung auf das poröse Sammelsubstrat 34, das mit der Aufprallplatte 54 verbunden ist, beschleunigt. Das poröse Sammelsubstrat 34 ist hoch durchlässig, wodurch es den Gas-Flüssigkeit-Strahlen möglich ist, in das poröse Sammelsubstrat 34 einzudringen. In einer Ausführungsform beträgt die Durchlässigkeit des porösen Sammelsubstrats 34 mindestens 3,0 e–10 m2. In einer anderen Ausführungsform beträgt die Durchlässigkeit mindestens 4,5 e–10 m2. Wie von den Pfeilen 64 dargestellt ist, ermöglicht die hohe Durchlässigkeit des porösen Sammelsubstrats 34 ein Eindringen der Gas-Flüssigkeit-Strahlen in das Medium des porösen Sammelsubstrats 34. Das poröse Sammelsubstrat 34 wirkt als Filter mit eigenen Trennungseigenschaften. Anders ausgedrückt findet im porösen Sammelsubstrat 34 ein Trägheitsaufprall statt, und flüssige Teilchen prallen auf die Fasern des porösen Sammelsubstrats 34. Ein Abfangen und eine Diffusion finden auch innerhalb des Mediums des porösen Sammelsubstrats 34 statt. Die flüssigen Teilchen vereinigen sich dann in dem Medium des porösen Sammelsubstrats 34. Die hohe Durchlässigkeit des porösen Sammelsubstrats 34 bewirkt daher eine weitere Trennung der Flüssigkeit vom Gas-Flüssigkeit-Strom über die Trennung hinaus, die durch die scharfe Richtungsänderung bewirkt wird, die bei 36 dargestellt und oben beschrieben ist (1), und erhöht den Wirkungsgrad des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 10.
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Mehrere Eigenschaften des Mediums des porösen Substrats 34 tragen zum Trennungswirkungsgrad des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 10 bei. Im Allgemeinen korreliert eine höhere Durchlässigkeit des Mediums mit einem höheren Trennungswirkungsgrad für einen gegebenen Druckabfall über der Düsenstruktur 28. Um die Durchlässigkeit zu ändern, können der Faserdurchmesser und die Packungsdichte des Mediums des porösen Sammelsubstrats 34 geändert werden. Im Allgemeinen führen ein kleinerer Packungsdurchmesser und eine geringere Packungsdichte zu einem höheren Trennungswirkungsgrad für einen gegebenen Druckabfall, wie hierin nachstehend beschrieben wird. Außerdem ist ein Trägheitsaufprall innerhalb des Mediums des porösen Sammelsubstrats 34 eine Funktion von sowohl Faserdurchmesser als auch Geschwindigkeitsverteilung des Gas-Flüssigkeits-Strahls im Medium. Eine höhere Geschwindigkeit im Medium korreliert mit einem höheren Trennungswirkungsgrad. Die höchste Geschwindigkeit der Gas-Flüssigkeitsstrahlen tritt am nächsten an der Oberfläche des porösen Sammelsubstrats 34 auf. Daher kann ein erhöhter Trennungswirkungsgrad durch Modifizieren der Eigenschaften des Mediums des porösen Sammelsubstrats 34 in der Nähe von dessen Oberfläche erreicht werden, wo die Geschwindigkeit am höchsten ist und der Trägheitsaufprall am stärksten ist.
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Mit Bezug auf 4 wird nun eine Ausführungsform des Trägheitskollektors beschrieben, in dem das poröse Sammelsubstrat Fasern mit kleinem Durchmesser umfasst und eine geringe Packungsdichte aufweist. In einer solchen Ausführungsform werden der Durchmesser der Fasern und die Packungsdichte des Mediums so gewählt, dass eine hohe Durchlässigkeit des porösen Sammelsubstrats 34 aufrechterhalten wird. Im Allgemeinen können die Fasern, um die Ziele der vorliegenden Offenbarung zu erreichen, einen Durchmesser zwischen 10 Mikrometern und 70 Mikrometern aufweisen, und die Packungsdichte des Mediums kann bei unter 0,2 liegen. In einem Beispiel beträgt der Durchmesser der Fasern 18,6 Mikrometer, und die Packungsdichte beträgt 0,05. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das poröse Sammelsubstrat 34 mindestens eine Schicht aus Fasern mit einer geringen Packungsdichte stromaufwärts von mindestens einer Schicht aus Fasern mit einer hohen Durchlässigkeit. In der dargestellten Ausführungsform umfasst das poröse Sammelsubstrat 34 eine Beschichtung aus einer wenig dicht gepackten Nanofaser 60, die von einem Verstärkungsmedium 62 mit hoher Durchlässigkeit verstärkt wird. Die Nanofaserbeschichtung 60 umfasst Fasern mit noch kleinerem Durchmesser, genauer einem tausendfach kleineren Durchmesser, als die oben beschriebenen Fasern in Mikrometergröße. Das Verstärkungsmedium 62 sorgt für eine Stützung der Nanofaserbeschichtung 60. Diese Ausführungsform ändert die Oberflächeneigenschaften des porösen Sammelsubstrats 34, ohne die Durchlässigkeit des porösen Sammelsubstrats 34 im Ganzen zu ändern. Durch Aufbringen der Nanofaserbeschichtung 60 kann der Wirkungsgrad der Trennung von flüssigen Teilchen aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom gegenüber der in 3 dargestellten Ausführungsform verbessert werden. In einer Ausführungsform, wo die Nanofaserbeschichtung 60 fast die gleiche Durchlässigkeit aufweist wie das Verstärkungsmedium 62, bleibt die Geschwindigkeitsverteilung des Gas-Flüssigkeit-Strahls als Ganzes unverändert, aber der Wirkungsgrad der Trennung von flüssigen Teilchen aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom ist wegen der geringen Packungsdichte und des geringen Faserdurchmessers der Nanofaserbeschichtung 60 verbessert.
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Nun wird unter Bezugnahme auf 5 eine andere Ausführungsform des Trägheitskollektors 32 beschrieben. In dieser Ausführungsform ist die Aufprallplatte 54 mit mehreren Schichten aus Fasern 66 beschichtet. Der Faserdurchmesser und die Packungsdichte jeder aufeinanderfolgenden Schicht aus Fasern in den mehreren Faserschichten 66 nimmt von einer am weitesten stromaufwärts gelegenen Faserschicht 66 zu einer am weitesten stromabwärts gelegenen Faserschicht 66d zu. In der dargestellten Ausführungsform wird die am weitesten stromabwärts angeordnete Faserschicht 66 von einem hoch-durchlässigen Medium 62 verstärkt. Da es nicht möglich ist, die Packungsdichte des Mediums auf null zu reduzieren, da ein solches Medium nicht in Lage wäre, sich selbst zu tragen, sorgt ein mehrschichtiges Medium mit aufeinanderfolgenden Schichten 66a–66d mit zunehmender Packungsdichte für eine Stützung jeder aufeinanderfolgenden Mediumschicht. Schichten mit aufeinanderfolgend zunehmendem Faserdurchmesser und zunehmender Packungsdichte von stromaufwärts nach stromabwärts (d. h. in der Richtung des Pfeils 68) sorgen für einen erhöhten Wirkungsgrad der Trennung der Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeit-Strom.
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Nun werden mit Bezug auf 6–13 Ausführungsformen des Gas-Flüssigkeit-Abscheiders 10 beschrieben, in denen die Düsenstruktur 28 und der Trägheitskollektor 32 so gestaltet sind, dass sie eine vollständige Ausbreitung der mehreren Gas-Flüssigkeit-Strahlen ermöglichen.
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6 zeigt eine Ausführungsform einer Düsenstruktur 28a. Die Düsenstruktur 28a umfasst einen konischen Abschnitt 72 stromabwärts von einem zylindrischen Abschnitt 70. Der konische Abschnitt 72 verläuft schräg und konvex stromaufwärts von einem Durchmesser (Außenrand) des zylindrischen Abschnitts 70 in Richtung auf eine Mittelachse A. Mehrere Düsen 30 sind durch die Düsenstruktur 28a hindurch bereitgestellt. In der dargestellten Ausführungsform sind mehrere Düsen 30 bereitgestellt, die entlang Linien, die von der Mittelachse A der Düsenstruktur 28a ausgehen, durch den konischen Abschnitt 72 hindurch verlaufen. Entlang jeder Linie, die von der Mittelachse A aus radial verläuft, sind die Düsen 30 ähnlich voneinander beabstandet, so dass sie in konzentrischen Kreisen um die Mittelachse A der Düsenstruktur 28a herum bereitgestellt sind. Mehrere Düsen 30 sind auch durch den zylindrischen Abschnitt 70 der Düsenstruktur 28a hindurch bereitgestellt und liegen radial auf einer Linie mit den Düsen 30, die im konischen Abschnitt 72 bereitgestellt sind, und sind außerdem in einem konzentrischen Kreis um die Mittelachse A herum bereitgestellt. Durch die Ausrichten der Düsen 30 am konischen Abschnitt 72 wie in dieser Ausführungsform dargestellt wird der Zwischendüsenabstand bei einem gegebenen Druckabfall über dem Gas-Flüssigkeit-Abscheider 10 im Vergleich zu einer Düsenstruktur 28 mit einem zylindrischen Abschnitt mit einem stromabwärtigen planen Abschnitt (siehe 1 und 2) des gleichen Durchmessers und mit der gleichen Größe und Anzahl von Düsen 30 wie der hierin dargestellte konische Abschnitt 72 größer. In der in 6 dargestellten Ausführungsform sind die Gas-Flüssigkeit-Strahlen aufgrund des vergrößerten Zwischendüsenabstands, der von der konischen Form der Düsenstruktur 28a bereitgestellt wird, im Vergleich zu denen von 1 und 2 in der Lage, sich nach einer Ablenkung durch den Trägheitskollektor 32 stärker auszubreiten. Ein vergrößerter Zwischendüsenabstand vermindert gegenseitige Störungen der Strahlen, wenn sie auf das poröse Sammelsubstrat 34a treffen, eine Wirkung, die weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
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Wie in 7 dargestellt ist, kann ein Trägheitskollektor 32a auch so konstruiert sein, dass er eine vollständigere Ausbreitung der Gas-Flüssigkeit-Stahlen ermöglicht. Der Trägheitskollektor 32 umfasst ein poröses Sammelsubstrat 34a, das mit einer Aufprallplatte 54a verbunden ist. Der Trägheitskollektor 32a weist mehrere Speichen 74 auf, die radial von seinem mittleren Abschnitt 76 ausgehen. Die mehreren Düsen 30 durch die Düsenstruktur 28a sind an den mehreren Speichen 74 des Trägheitskollektors 32a ausgerichtet. Die radial verlaufenden Speichen 74 erzeugen mehrere Spalten 78 durch den Trägheitskollektor 32, wobei diese Spalten 78 eine vollständigere Ausbreitung der Gas-Flüssigkeit-Strahlen ermöglichen, wenn die Gas-Flüssigkeit-Strahlen den Trägheitskollektor 32a treffen. Der mittlere Abschnitt 76 des Trägheitskollektors 32a umfasst eine kreisförmige Platte, die ebenfalls mehrere Speichen 80 aufweist, die von ihr ausgehen. Diese Speichen 80 erzeugen Spalten 82, wobei diese Spalten 82 ebenfalls eine vollständigere Ausbreitung der Gas-Flüssigkeit-Strahlen ermöglichen, wenn die Gas-Flüssigkeit-Strahlen den Trägheitskollektor 32a treffen. Die Gas-Flüssigkeit-Strahlen breiten sich über der vollen Breite jeder Speiche 74, 80 des Trägheitskollektors 32a aus. Dadurch ist eine Filterung der flüssigen Teilchen aus den Gas-Flüssigkeit-Strahlen durch Trägheitsaufprall und Koaleszenz möglich, die in dem Medium des porösen Sammelsubstrats 34 selbst stattfinden, wie oben beschrieben, da die Strahlen nicht durch gegenseitige Behinderung beschränkt werden, während sie sich über dem Medium ausbreiten.
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Die Spalten 78, 72 bewirken auch eine scharfe Richtungsänderung der Gas-Flüssigkeit-Strahlen, wie von Pfeilen 84, 8, dargestellt ist, über die scharfe Richtungsänderung der Gas-Flüssigkeit-Strahlen hinaus, die beim Aufprall auf dem Trägheitskollektor 32a stattfindet, wie vom Pfeil 36 in 1 dargestellt ist, wodurch eine sekundäre Filterung der Gas-Flüssigkeit-Strahlen bereitstellt wird. Durch die Schaffung der Spalten 78, 82 ist es möglich, die Filterung in dem Medium des porösen Sammelsubstrats 34 aufgrund der scharfen Richtungsänderung der Gas-Flüssigkeit-Strahlen, die durch die Spalten 78, 82 erzwungen wird, zu verstärken.
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Nun wird mit Bezug auf 9 die Wirkung der scharfen Richtungsänderung bei 84, 8, näher beschrieben. Wie von den Pfeilen 86, 9, dargestellt ist, nimmt ein gegebener Gas-Flüssigkeit-Strahl nicht nur eine (erste) scharfe Richtungsänderung vor, nachdem er auf den Trägheitskollektor 32 getroffen ist, wie bei 36 dargestellt und wie oben unter Bezugnahme auf den Pfeil 36 in 1 beschrieben ist, sondern erfährt auch eine zusätzliche (scharfe) Richtungsänderung, wie bei 86 dargestellt ist, um durch die Spalten 78, 82 auszutreten. Dies bewirkt, dass mehr von dem Weg des Gas-Flüssigkeit-Strahls durch das Medium des porösen Sammelsubstrats 34 verläuft, wie bei 88 dargestellt, wodurch der Trägheitsaufprall und schließlich die Koaleszenz in dem Medium des porösen Sammelsubstrats 34 verstärkt wird, wie oben beschrieben. Die scharte Richtungsänderung bei 86, 9, entspricht der scharfen Richtungsänderung bei 84, 8.
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Mit Bezug auf 10 und 11 wird nun eine andere Ausführungsform einer Düsenstruktur 28b und eines Trägheitskollektors 32b mit einer Aufprallplatte 54b und einem porösen Sammelsubstrat 34b beschrieben. Die Düsenstruktur 28b umfasst in einer Ausführungsform eine abgestufte Gestaltung, so dass mehrere Düsen 30 auf verschiedenen Ebenen vorgesehen sind. In einer Ausführungsform sind die verschiedenen Ebenen der abgestuften Gestaltung parallel zueinander. Zum Beispiel umfasst die Düsenstruktur 28b eine erste Platte 90, die auf einer ersten Ebene liegt, und zweite und dritte Platten 92, 94, die zu beiden Seiten der ersten Platte 90 liegen. Die erste Platte 90 ist durch vierte und fünfte Platten 96, 98, die sich jeweils senkrecht zu den ersten, zweiten und dritten Platten 90, 9, 94 erstrecken, mit den zweiten und dritten Platten 92, 94 verbunden. In einer Ausführungsform liegen die zweiten und dritten Platten auf einer zweiten Ebene In der dargestellten Ausführungsform liegen die zweiten und dritten Platten 92, 94 auf der gleichen Ebene, die von der Ebene der ersten Platte 90 verschieden ist. Die zweiten und dritten Platten 92, 94 erstrecken sich weg von der ersten Platte 90 mit Bezug auf eine Längsachse L der Düsenstruktur 28b nach außen.
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Die mehreren Düsen 30 können in Reihen vorgesehen sein, die parallel zur Längsachse L der Düsenstruktur 28b sind. Zum Beispiel können zwei Reihen der Düsen auf der ersten Platte 90 vorgesehen sein, eine Reihe von Düsen 30 ist auf der zweiten Platte 92 vorgesehen, und eine Reihe von Düsen 30 ist auf der dritten Platte 94 vorgesehen. Alternative Plattengestaltungen, Düsengestaltungen und weniger oder mehr Reihen von Düsen können abgesehen von hierin gezeigten vorgesehen sein.
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Der Trägheitskollektor 32b umfasst eine abgestufte Gestaltung, die zur abgestuften Gestaltung der Düsenstruktur 28b versetzt ist und dieser entspricht. Zum Beispiel ist der Trägheitskollektor 32b über einen Abstand D zur der Düsenstruktur 28b versetzt. Dieser Abstand D entspricht der Lücke 40, die oben mit Bezug auf 1 beschrieben wurde. Der Trägheitskollektor 32b umfasst erste, zweite und dritte Platten 91, 93, 95, die jeweils über einen Abstand D zu den ersten, zweiten und dritten Platten 90, 92, 94 der Düsenstruktur 28b versetzt sind. In der dargestellten Ausführungsform sind die zweiten und dritten Platten 93, 95 zu beiden Seiten der ersten Platte 91 angeordnet. Das poröse Sammelsubstrat 34b ist auf jeder der Platten 91, 93, 95 vorgesehen. Mindestens ein Spalt 100, 102 ist zwischen der ersten Platte 91 und der zweiten Platte 93 und zwischen der ersten Platte 91 und der dritten Platte 95 vorgesehen. Ein erster Spalt 100 ist zwischen der ersten Platte 91 und der zweiten Platte 93 vorgesehen. Ein zweiter Spalt 102 ist zwischen der ersten Platte 91 und der dritten Platte 95 vorgesehen. Der Spalt 100 ist oberhalb der vierten Platte 96 der Düsenstruktur 28b angeordnet. Der Spalt 102 ist oberhalb der fünften Platte 98 der Düsenstruktur 28b angeordnet.
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Die Düsenstruktur 28b umfasst außerdem eine oder mehrere Ständer 104, 106, die sich von der Düsenstruktur 28b zum Trägheitskollektor 32b erstrecken. Ein erster Ständer 104 erstreckt sich senkrecht zur ersten Platte 90 und parallel zur vierten Platte 96. Der erste Ständer 104 ist lateral zur vierten Platte 96 versetzt und geht von einer entgegengesetzten Seite der zweiten Platte aus wie die vierte Platte 96. Ein zweiter Ständer 106 erstreckt sich senkrecht zur ersten Platte 90 und parallel zur fünften Platte 98. Der fünfte Ständer 106 ist lateral zur fünften Platte 98 versetzt und geht von einer entgegengesetzten Seite der dritten Platte aus wie die fünfte Platte 98. Ständer 104, 106 erstrecken sich jeweils angrenzend an die Spalten 100, 102 und bewirken eine zusätzliche (zweite) scharfe Richtungsänderung in dem Gas-Flüssigkeit-Strom, bevor der Gas-Flüssigkeit-Strom aus den Spalten 100, 102 tritt. Zum Beispiel bewirkt der erste Ständer 104 eine scharfe Richtungsänderung des Gas-Flüssigkeit-Stroms, wie beim Pfeil 108, 11, dargestellt, bevor der Gas-Flüssigkeit-Strom aus dem Spalt 100 tritt. Der zweite Ständer 106 bewirkt eine scharfe Richtungsänderung, wie beim Pfeil 110 dargestellt ist, bevor der Gas-Flüssigkeit-Strom aus dem Spalt 102 tritt. Diese scharfen Richtungsänderungen bei 108 und 110 kommen zu der scharfen Richtungsänderung bei 36 hinzu, die oben mit Bezug auf 1 und 9 beschrieben worden ist. Diese zweiten scharfen Richtungsänderungen, die bei 108 und 150 gezeigt sind, sorgen für eine sekundäre Filterung, die oben mit Bezug auf 9 beschrieben worden ist.
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Mit Bezug auf 12 und 13 wird nun eine andere Ausführungsform einer Düsenstruktur 28c und eines entsprechenden Trägheitskollektors 32c beschrieben. Wie in 13 dargestellt ist, umfasst die Düsenstruktur 28c eine erste Platte 112, die auf einer ersten Ebene liegt, und eine zweite Platte 114, die auf einer zweiten Ebene und radial außerhalb der ersten Platte 112 liegt. In der gezeigten Ausführungsform umfasst die erste Platte 112 eine kreisförmige Platte, und die zweite Platte 114 umfasst einen Ring mit einem Innendurchmesser D1, der einem Außendurchmesser der ersten Platte 112 entspricht. Die erste Platte 112 ist durch eine dritte Platte 116, die sich senkrecht zu jeder von den ersten und zweiten Platten 112, 114 erstreckt, mit der zweiten Platte 114 verbunden ist. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die dritte Platte 116 eine zylindrische Struktur mit einem Außendurchmesser, welcher der gleiche Durchmesser D1 ist wie der Innendurchmesser der zweiten Platte 114 und der Außendurchmesser der ersten Platte 112. Ferner ist in der dargestellten Ausführungsform eine vierte Platte 118 vorgesehen. Die vierte Platte 118 umfasst einen Ring mit einem Innendurchmesser D2, der einem Außendurchmesser der zweiten Platte 114 entspricht. Die vierte Platte 118 ist durch eine fünfte Platte 120, die senkrecht ist zu jeder von den zweiten und vierten Platten 114, 118, mit der zweiten Platte 114 verbunden und umfasst eine zylindrische Struktur mit einem Außendurchmesser, welcher der gleiche ist wie der Durchmesser D2. Durch jede von den ersten, zweiten und vierten Platten 112, 114, 118 verlaufen mehrere Düsen 30. In der dargestellten Ausführungsform sind die Düsen 30 koaxial zu einer Mittelachse A' der Düsenstruktur 28d ausgerichtet.
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In den Ausführungsformen von 12 und 13 umfasst der Trägheitskollektor 32c eine gestufte Gestaltung, die zur gestuften Gestaltung der Düsenstruktur 28c versetzt ist und dieser entspricht. Der Trägheitskollektor 32c ist zur Düsenstruktur 28c durch den Abstand D versetzt, welcher der Lücke 40 entspricht, siehe 1. Der Trägheitskollektor 32c umfasst eine erste Platte 122, die auf einer ersten Ebene liegt. Der Trägheitskollektor 32c umfasst eine zweite Platte 124, die auf einer zweiten Ebene und radial auswärts von der ersten Platte 122 liegt. Mindestens ein Spalt 126 ist zwischen der ersten Platte 122 und der zweiten Platte 124 vorgesehen. Der mindestens eine Spalt 126 ist zwischen Ständern 128 vorgesehen, welche die erste Platte 122 mit der zweiten Platte 124 verbinden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst die erste Platte 122 eine kreisförmige Struktur stromabwärts von der kreisförmigen Struktur der ersten Platte 112 der Düsenstruktur 28c. Die erste Platte 122 des Trägheitskollektors 32a weist einen Durchmesser D3 auf, der kleiner ist als der Durchmesser D1 der zweiten Platte 114 der Düsenstruktur 28c. Dieser Unterschied im Durchmesser erzeugt eine Lücke 125 zwischen der ersten Platte 122 des Trägheitskollektors 32a und der zweiten Platte 114 der Düsenstruktur 28c. Die Lücke 125 lässt den Gasstrom hindurch, nachdem die Gas-Flüssigkeit-Strahlen auf die erste Platte 122 des Trägheitskollektors 32c getroffen sind. Der Gasstrom strömt von der Lücke 125 durch die Spalten 126 und schließlich entlang des genannten zweiten Strömungswegabschnitts 44, 1.
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Die zweite Platte 124 umfasst einen Ring mit einem Innendurchmesser D4, der größer ist als der Außendurchmesser D3 der kreisförmigen ersten Platte 122. Der Ring der zweiten Platte 124 weist einen Außendurchmesser D5 auf. Der Unterschied der Durchmesser D3 und D4 sorgt für die oben genannten Spalten 126. Die Ständer 128 verbinden die ersten und zweiten Platten 122, 124 vom Außendurchmesser D3 der ersten Platte 122 mit dem Innendurchmesser D4 der zweiten Platte 124. Eine dritte Platte 130 ist radial außerhalb der zweiten Platte 124 vorgesehen und umfasst einen Ring mit einem Innendurchmesser D6, der größer ist als der Außendurchmesser D5 der zweiten Platte 124. Mindestens ein Spalt 132 ist zwischen der zweiten Platte 124 und der dritten Platte 130 vorgesehen. Der mindestens eine Spalt 132 ist zwischen Ständern 134 vorgesehen, welche die dritte Platte 130 mit der zweiten Platte 124 am Außendurchmesser D4 der zweiten Platte 124 verbinden. Der mindestens eine Spalt 132 wird durch den Unterschied zwischen dem Außendurchmesser D5 der zweiten Platte 124 und dem Innendurchmesser D6 der dritten Platte 130 bereitgestellt. Die Ständer 134 verbinden die zweiten und dritten Platten 124, 130 vom Außendurchmesser D5 der zweiten Platte 124 mit dem Innendurchmesser D6 der dritten Platte. Der Außendurchmesser D5 der zweiten Platte 124 des Trägheitskollektors 32c ist kleiner als der Außendurchmesser D2 der zweiten Platte 114 der Düsenstruktur 28c. Dies erzeugt eine Lücke 127, die den Gasstroms durchlässt, nachdem die Gas-Flüssigkeit-Strahlen die zweite Platte des Trägheitskollektors 32c getroffen haben. Der Gasstrom strömt aus der Lücke 127 durch die Spalten 132 und schließlich entlang des genannten zweiten Strömungswegabschnitts 44, 1.
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Ein poröses Sammelsubstrat 34c ist auf dem Trägheitskollektor 32c vorgesehen und empfängt den Gas-Flüssigkeit-Strom aus den mehreren Düsen 30 in jeder Platte 112, 114, 118 der Düsenstruktur 28c. Die Düsenstruktur 28c umfasst außerdem eine oder mehrere Wände 136, 138, die sich von der Düsenstruktur 28c zum Trägheitskollektor 32c erstrecken. In der hierin gezeigten Ausführungsform umfassen die Wände 136, 138 zylindrische Strukturen mit ungefähr dem Durchmesser der Platte, von der sie ausgehen Zum Beispiel weist die Wand 136 ungefähr den Durchmesser D1 der ersten Platte 112 auf, und die Wand 138 weist ungefähr den Außendurchmesser D2 der zweiten Platte 114 auf. Die Wände 136, 138 erstrecken sich angrenzend an die Spalten 126, 132 und bewirken eine zusätzliche scharfe Richtungsänderung in dem Gas-Flüssigkeit-Strom, bevor der Gas-Flüssigkeit-Strom aus den Spalten 126, 132 austritt, wie von den Pfeilen 140 dargestellt. Diese scharfe Richtungsänderung bei 140 kommt zu der scharfen Richtungsänderung bei 36 hinzu, die oben mit Bezug auf 1 und 9 beschrieben, worden ist. Diese zusätzliche (zweite) scharfe Richtungsänderung bei 140 bewirkt die oben mit Bezug auf 9 beschriebene sekundäre Filterung.
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Die Bereitstellung eines Trägheitskollektors 32b, 32c mit Platten auf mehreren Ebenen ermöglicht außerdem eine vollständigere Ausbreitung der mehreren Gas-Flüssigkeit-Strahlen. Jeder Gas-Flüssigkeit-Strahl wird als Folge davon, dass er weniger benachbarte Gas-Flüssigkeit-Strahlen hat als in alternativen Gestaltungen, weniger behindert und kann sich über einem größeren Oberflächenbereich des poröse Sammelsubstrats 34b, 34c ausbreiten als in alternativen Ausführungsformen. Zum Beispiel kann sich ein Gas-Flüssigkeit-Strahl in der Ausführungsform von 10 und 11 lateral über der gesamten Breite W der zweite Platte 93 ausbreiten. Obwohl benachbarte Stahlen in der Längsrichtung L eine vollständige Ausbreitung in der Längsrichtung L verhindern können, könnte der Abstand der Düsen 30 so ausgelegt werden, dass eine solche Ausbreitung möglich ist, je nach einem gewünschten Druckabfall und räumlichen Beschränkungen. Die Breite W könnte so gestaltet sein, dass der Gas-Flüssigkeit-Strahl die bei 108 gezeigte scharfe Richtungsänderung gerade dann erfährt, wenn die (aufgrund einer Behinderung in dem Medium des porösen Sammelsubstrats 34b) abnehmende Geschwindigkeit des Gas-Flüssigkeit-Strahls sich nicht mehr so stark auf einen Trägheitsaufprall in dem porösen Sammelsubstrat 34b auswirkt. Ebenso können sich die Gas-Flüssigkeit-Strahlen in der Ausführungsform von 12 und 13 aufgrund einer geringeren Behinderung durch benachbarte Gas-Flüssigkeit-Strahlen vollständig ausbreiten. Zum Beispiel kann sich ein Gas-Flüssigkeits-Strahl radial (in Bezug auf die Achse A') über der gesamten Breite (von D4 bis D5) der zweiten Platte 124 ausbreiten. Ein Gas-Flüssigkeit-Strahl kann sich auch radial über der gesamten Breite der dritten Platte 130 ausbreiten. Die Düsen 30 könnten in dieser Ausführungsform auch beabstandet sein, um eine vollständige Ausdehnung in der Umfangsrichtung zu ermöglichen. Dadurch, dass eine vollständige Ausdehnung der Gas-Flüssigkeit-Strahlen möglich ist, wird der Wirkungsgrad erhöht, da die Gas-Flüssigkeit-Strahlen eine höhere Geschwindigkeit über einen größeren Abschnitt des Mediums aufrechterhalten können. Dadurch, dass eine volle Ausbreitung möglich ist, wird auch der Wirkungsgrad erhöht, da der Gas-Flüssigkeit-Strahl länger durch das Medium hindurch geht, wodurch eine Trennung durch Trägheitsaufprallunterbrechung und die Diffusion in dem Medium verstärkt werden, was alles zur einer weiteren Entfernung von flüssigen Teilchen aus dem Gas-Flüssigkeit-Strahl über die hinaus beiträgt, die durch den anfänglichen Trägheitsaufprall auf dem Trägheitskollektor 32 bereitgestellt wird.
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Jede der oben in 1–13 dargestellten Ausführungsformen kann ein poröses Sammelsubstrat 34 mit Fasern umfassen, die so behandelt sind, dass sie oleophob sind und einer Verklebung durch Öl widerstehen. Ein mit Flüssigkeit gesättigtes Medium erhöht die Packungsdichte des Mediums, senkt die Durchlässigkeit und verändert die Geschwindigkeitsverteilung der Gas-Flüssigkeit-Strahlen, was alles dazu beiträgt, den Wirkungsgrad der Trennung zu senken. Oleophobe Fasern können die Sättigung des Mediums des porösen Sammelsubstrats 34 mit flüssigen Teilchen durch Senken der Affinität der Faseroberflächen für das eingefangene flüssige Öl verhindern. Oleophobe Fasern können die Eigenschaften eines neuen Mediums wirksam aufrechterhalten, so dass die Packungsdichte und die Durchlässigkeit des Mediums über der gesamten Standzeit des Mediums relativ unverändert bleiben. In einer Ausführungsform umfassen die oleophoben Fasern ein von Natur aus oleophobes Polymer. Das von Natur aus oleophobe Polymer kann ein Fluorkohlenstoffpolymer, einen hydrophoben Polyester oder ein Polysulfon umfassen. Zum Beispiel kann das von Natur aus oleophobe Polymer Polytetrafluorethylen oder Polybutylenterephthalat umfassen. Alternativ dazu können die oleophoben Fasern ein Basispolymer umfassen, das mit einer oleophoben Beschichtung behandelt worden ist. In anderen Ausführungsformen können Glas-, Metall-, Keramik- oder Kohlefasermedien mit einer oleophoben Beschichtung behandelt worden sein. Die oleophobe Beschichtung kann ein Fluorkohlenstoffharz, ein Silikonharz oder ein Tensid umfassen. Das Tensid kann ein Polysiloxan, beispielsweise ein Polydimethyisiloxan mit Hydroxy-Endgruppen umfassen. In einer anderen Ausführungsform umfassen die oleophoben Fasern plasmabehandelte Fasern, wie beispielsweise in der veröffentlichten US-Patentanmeldung Nr. 2010/0050871 offenbart, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
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Man beachte, dass jede von den oben beschriebenen Ausführungsformen, die schon eine der Bedingungen (a), (b), und/oder (c) erfüllt, in Kombination mit jeder von den anderen Bedingungen bereitgestellt werden kann. Es kann eine Bedingung bereitgestellt sein, es können zwei Bedingungen bereitgestellt sein, es können alle Bedingungen bereitgestellt sein.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft daher auch ein poröses Sammelsubstrat 34 zur Verwendung in einem Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider 10, der flüssige Teilchen aus einem Gas-Flüssigkeit-Strom abtrennt. Das poröse Sammelsubstrat 34 umfasst Fasern von kleinem Durchmesser und weist eine geringe Packungsdichte auf, um für eine hohe Durchlässigkeit des porösen Sammelsubstrats 34 zu sorgen und zu ermöglichen, dass ein Gas-Flüssigkeit-Strahl, der auf das poröse Sammelsubstrat 34 gerichtet ist, in das poröse Sammelsubstrat 34 eindringt. Zum Beispiel kann das poröse Sammelsubstrat 34, wie in 4 dargestellt, mindestens eine Schicht aus Fasern mit einer geringen Packungsdichte stromaufwärts von mindestens einer Schicht aus Fasern mit einer hohen Durchlässigkeit aufweisen. In einer Ausführungsform weisen die Fasern einen Durchmesser zwischen 10 Mikrometern und 70 Mikrometern auf. In einer Ausführungsform beträgt die Packungsdichte des porösen Sammelsubstrat weniger als 0,2. In einer Ausführungsform beträgt die Durchlässigkeit des porösen Sammelsubstrats mindestens 3,0 e–10 m2. In einer anderen Ausführungsform kann die Schicht aus Fasern mit einer niedrigen Packungsdichte eine Nanofaserbeschichtung 60 umfassen, und die Schicht aus Fasern mit der hohen Durchlässigkeit kann ein hoch-durchlässiges Verstärkungsmedium 62 umfassen.
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In einer anderen Ausführungsform kann das poröse Sammelsubstrat 34, wie in 5 dargestellt, ferner mehrere Faserschichten 66 umfassen, wobei der Faserdurchmesser und die Packungsdichte jeder aufeinanderfolgenden Faserschicht in den mehreren Faserschichten 66 von einer am weitesten stromaufwärts gelegenen Faserschicht 66a zu einer am weitesten stromabwärts gelegenen Faserschicht 66d durch ein hoch-durchlässiges Verstärkungsmedium 62 verstärkt wird.
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Das poröse Sammelsubstrat 34 kann ferner oleophobe Fasern umfassen, die eine Sättigung des porösen Sammelsubstrats 34 mit flüssigen Teilchen verhindern, wie hierin oben beschrieben.
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In der obigen Beschreibung wurden bestimmte Begriffe der Kürze, der Deutlichkeit und des leichteren Verständnisses halber verwendet. Es dürfen über die Anforderungen des Standes der Technik hinaus keine unnötigen Beschränkungen daraus abgeleitet werden, da diese Begriffe für die Zwecke der Umschreibung verwendet werden und breit ausgelegt werden sollen. Die hierin beschriebenen verschiedenen Systeme und Verfahrensschritte können allein oder in Kombination mit anderen Systemen und Verfahren verwendet werden. Es wird erwartet, dass verschiedene Äquivalente, Alternativen und Modifikationen im Bereich der angehängten Ansprüche möglich sind. Jede Beschränkung in den angehängten Ansprüchen soll eine Auslegung gemäß 35 U.S.C. §112(f) nur dann bewirken, wenn die Begriffe „Mittel zum” oder „Schritt zum” ausdrücklich in der entsprechenden Beschränkung genannt sind.
