DE112016003302T5

DE112016003302T5 - Rotierendes Koaleszerelement mit gerichteter Flüssigkeitsdrainage und gerichtetem Gasauslass

Info

Publication number: DE112016003302T5
Application number: DE112016003302.8T
Authority: DE
Inventors: Brian W. Schwandt; Christopher E. Holm; Chirag D. Parikh; Suryanarayanan Paneerselvam; Peter K. Herman
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2016-08-26
Publication date: 2018-05-24
Also published as: CN107921346A; CN111001225A; WO2017040256A1; US10682601B2; US11964224B2; CN111001225B; CN107921346B; US11504665B2; US20180243677A1; US20230036998A1; US20200276532A1

Abstract

Es wird ein rotierender Koaleszer beschrieben, der eine Abscheidevorrichtung für weggeschleuderte, koaleszierte Flüssigkeit aufweist. Die Abscheidevorrichtung verhindert ein erneutes Mitreißen von Flüssigkeit in einem Strom gefilterten Gases. Der rotierende Koaleszer schließt ein rotierendes Filterelement oder einen Koaleszenzkegelstapel ein, das bzw. der innerhalb eines rotierenden Koaleszergehäuses angeordnet ist. Die Außenfläche des rotierenden Filterelements oder der Auslass des Koaleszenzkegelstapels ist von der Innenfläche des rotierenden Koaleszergehäuses versetzt. Der Spalt zwischen dem rotierenden Filterelement oder dem Koaleszenzkegelstapel und dem rotierenden Koaleszergehäuse ermöglicht ein Ansammeln weggeschleuderter, koaleszierter Flüssigkeit, beispielsweise Öl, an der Innenfläche des rotierenden Koaleszergehäuses, so dass sie abfließen kann, und ermöglicht gefiltertem Gas, beispielsweise Luft, das Entweichen durch einen Reingasauslass des rotierenden Koaleszergehäuses.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/211,538 mit dem Titel „Rotating Coalescing Element with Directed Liquid Drainage and Gas Outlet“, Schwandt et al., eingereicht am 28. August 2015, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme für alle Zwecke hierin aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft rotierende Koaleszerelemente.
HINTERGRUND
Beim Betrieb eines Verbrennungsmotors kann ein Teil der Verbrennungsgase aus dem Verbrennungszylinder und in das Kurbelgehäuse des Motors strömen. Diese Gase werden oft als „Leckgase“ (Blowby) bezeichnet. Die Leckgase schließen eine Mischung von Aerosolen, Ölen und Luft ein. Bei direkter Entlüftung an die Umgebung können die Leckgase die Umwelt schädigen. Dementsprechend werden die Leckgase in der Regel mittels eines Kurbelgehäuseentlüftungssystems aus dem Kurbelgehäuse geleitet. Das Kurbelgehäuseentlüftungssystem kann die Leckgase durch einen Tropfenabscheider bzw. Koaleszer (d. h. ein Koaleszenzfilterelement) leiten, um einen Großteil der Aerosole und Öle, die in den Leckgasen enthalten sind, zu entfernen. Der Koaleszer schließt ein Filtermedium ein. Die gefilterten Leckgase („reine“ Gase) werden dann entweder an die Umgebung entlüftet (in offenen Kurbelgehäuseentlüftungssystemen) oder zur weiteren Verbrennung zum Lufteinlass für den Verbrennungsmotor zurückgeleitet (in geschlossenen Kurbelgehäuseentlüftungssystemen).
Einige Kurbelgehäuseentlüftungssysteme nutzen rotierende Koaleszer, die die Filtereffizienz der Koaleszenzfilterelemente durch Drehen des Filtermediums während des Filterns erhöhen. In rotierenden Filterpatronen werden die Verunreinigungen (z. B. Öltröpfchen, die in Leckgasen suspendiert und transportiert werden) innerhalb des Filtermediums der Filterpatrone durch die Teilchenfangmechanismen Trägheitsaufprall, Abfangen, Diffusion und Schwerkräfte auf den Fasern abgeschieden bzw. abgetrennt. Durch Drehen des Filtermediums werden Trägheitsaufprall und Schwerkräfte durch zusätzliche Fliehkraft verstärkt. Außerdem kann die Drehung der Filterpatrone einen Pumpeffekt erzeugen, was den Druckabfall durch das Filtrationssystem reduziert. Rotierende Filterpatronen können faserige Filter sowie Zentrifugalabscheidevorrichtungen einschließen.
Die Flieh- bzw. Zentrifugalkräfte, die durch die Rotation verursacht werden, haben die Tendenz, koaleszierte Flüssigkeitströpfchen entlang der gesamten axialen Höhe des Filtermediums wegzuschleudern. Abhängig von der Schleuderstelle und der Rotationsgeschwindigkeit können die abgeschiedenen Flüssigkeitströpfchen wieder im Strom der gefilterten Luft mitgerissen werden. Ferner können die weggeschleuderten Flüssigkeitströpfchen auf einer stationären Oberfläche des Koaleszergehäuses in einem unerwünschten Bereich gesammelt werden. Diese erhöhte Flüssigkeitsmitnahme des rotierenden Koaleszers kann den Wirkungsgrad des Filtersystems herabsetzen. Ferner kann die erhöhte Flüssigkeitsmitnahme eine Positionierung eines Gasstromauslasses für das Koaleszergehäuse direkt gegenüber dem Außendurchmesser des rotierenden Koaleszers wegen eines direkten Wegschleuderns der koaleszierten Tröpfchen in Richtung auf den Auslass erschweren.
KURZDARSTELLUNG
Eine beispielhafte Ausführungsform betrifft ein Filtersystem. Das Filtersystem schließt ein Filtersystemgehäuse mit einem Einlass und einem Auslass ein. Ein rotierendes Koaleszerelement ist innerhalb des Filtersystemgehäuses und in Fluidverbindung mit dem Einlass und dem Auslass angeordnet. Das rotierende Koaleszerelement ist dafür ausgelegt, eine suspendierte Flüssigkeit von einem Fluid abzuscheiden, das durch den Einlass empfangen wird. Das rotierende Koaleszerelement schließt eine erste Endplatte, eine zweite Endplatte und eine Koaleszenzvorrichtung ein, die zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet ist. Das rotierende Koaleszerelement schließt ferner ein rotierendes Koaleszergehäuse ein, das sich zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte erstreckt und mit diesen gekoppelt ist. Das rotierende Koaleszergehäuse ist radial von einer Außenfläche der Koaleszenzvorrichtung versetzt, so dass ein Spalt zwischen einer Innenwand des Koaleszergehäuses und der Außenfläche der Koaleszenzvorrichtung vorhanden ist. Das rotierende Koaleszergehäuse schließt einen Reingasauslass angrenzend an die erste Endplatte und einen Flüssigkeitsauslass angrenzend an die zweite Endplatte ein. Das rotierende Koaleszergehäuse schließt einen umlaufenden Ring ein, der in der Nähe des Gasauslasses angeordnet ist und der verhindert, dass eine abgeschiedene, an der Innenwand angesammelte Flüssigkeit durch den Reingasauslass hindurch gelangt.
Eine andere beispielhafte Ausführungsform betrifft ein rotierendes Koaleszerelement. Das rotierende Koaleszerelement ist dafür ausgelegt, eine suspendierte Flüssigkeit von einem Fluid abzuscheiden, das durch den Einlass empfangen wird. Das rotierende Koaleszerelement schließt eine erste Endplatte, eine zweite Endplatte und eine Koaleszenzvorrichtung ein, die zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnet ist. Das rotierende Koaleszerelement schließt ferner ein rotierendes Koaleszergehäuse ein, das sich zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte erstreckt und mit diesen gekoppelt ist. Das rotierende Koaleszergehäuse ist radial von einer Außenfläche der Koaleszenzvorrichtung versetzt, so dass ein Spalt zwischen einer Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses und der Außenfläche der Koaleszenzvorrichtung vorhanden ist. Das rotierende Koaleszergehäuse schließt einen Reingasauslass angrenzend an die erste Endplatte und einen Flüssigkeitsauslass angrenzend an die zweite Endplatte ein. Das rotierende Koaleszergehäuse schließt einen umlaufenden Ring ein, der in der Nähe des Gasauslasses angeordnet ist und der verhindert, dass eine abgeschiedene, an der Innenwand angesammelte Flüssigkeit durch den Reingasauslass hindurch gelangt.
Diese und andere Merkmale sowie die Organisation und Art ihrer Betätigung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, wobei gleiche Elemente in den verschiedenen, nachstehend beschriebenen Zeichnungen durchgehend gleiche Bezugszeichen haben.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Filtersystems gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 ist eine Querschnittsansicht des rotierenden Filterelements des Filtersystems von 1.
3 ist eine perspektivische Ansicht des rotierenden Filterelements des Filtersystems von 1.
4 ist eine andere perspektivische Ansicht des rotierenden Filterelements des Filtersystems von 1.
5 ist eine andere Querschnittsansicht des rotierenden Filterelements des Filtersystems von 1.
6 ist eine Querschnittsansicht eines rotierenden Koaleszerelement s gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
7 ist eine Querschnittsansicht eines rotierenden Filterelements gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Figuren im Allgemeinen wird ein rotierender Koaleszer mit einer Vorrichtung zum Abscheiden einer weggeschleuderten koaleszierten Flüssigkeit beschrieben. Die Abscheidungsvorrichtung verhindert ein erneutes Mitreißen von Flüssigkeit in einem Strom gefilterten Gases. Der rotierende Koaleszer schließt ein rotierendes Filterelement oder einen Koaleszenzkegelstapel ein, das bzw. der innerhalb eines rotierenden Koaleszergehäuses angeordnet ist. Die Außenfläche (d. h. die saubere Seite) des rotierenden Filterelements oder der Auslass des Koaleszenzkegelstapels ist zur Innenfläche des rotierenden Koaleszergehäuses versetzt. Der Spalt zwischen dem rotierenden Filterelement oder dem Koaleszenzkegelstapel und dem rotierenden Koaleszergehäuse ermöglicht ein Ansammeln weggeschleuderter, koaleszierter Flüssigkeit, beispielsweise Öl, an der Innenfläche des rotierenden Koaleszergehäuses, so dass sie abfließen kann, und ermöglicht das Entweichen von gefiltertem Gas, beispielsweise Luft, durch einen Reingasauslass des rotierenden Koaleszergehäuses. In manchen Anordnungen schließt das rotierende Koaleszergehäuse eine Rippe ein, die verhindert, dass angesammelte Flüssigkeit durch den Reingasauslass fließt. In weiteren Anordnungen ist die Innenfläche des rotierenden Koaleszergehäuses schräg, so dass sie das Abfließen der angesammelten Flüssigkeit unterstützt.
In 1 ist eine Querschnittsansicht eines Filtersystems 100 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform dargestellt. Das Filtersystem 100 schließt ein Filtersystemgehäuse 102 mit einem Einlass 104 und einem Auslass 106 ein. Das Filtersystemgehäuse 102 ist ein stationäres Gehäuse. Der Einlass 104 nimmt Fluid auf, das gefiltert werden soll, beispielsweise Leckgase aus dem Kurbelgehäuse, und der Auslass 106 gibt gefiltertes Fluid an ein System, beispielsweise einen Verbrennungsmotor (z. B. einen Dieselverbrennungsmotor) aus. Das Filtersystem 100 schließt ein rotierendes Filterelement 108 ein. Das rotierende Filterelement 108 ist ein rotierendes Koaleszerelement. Das rotierende Filterelement 108 schließt ein Filtermedium 110 ein. Das in 1 gezeigte Filtermedium 110 ist in zylindrischer Form angeordnet. Das Filtermedium 110 ist ein koaleszierendes faseriges Filterelement. Das rotierende Filterelement 108 schließt eine erste Endplatte 112 und eine zweite Endplatte 114 ein. Das Filtermedium 110 ist zwischen der ersten Endplatte 112 und der zweiten Endplatte 114 angeordnet. In manchen Anordnungen ist das Filtermedium 110 an die erste Endplatte 112 und die zweite Endplatte 114 geschweißt. Das rotierende Filterelement 108 schließt ferner ein rotierendes Koaleszergehäuse 116 ein. Das rotierende Koaleszergehäuse 116 erstreckt sich zwischen der ersten Endplatte 112 und der zweiten Endplatte 114 und ist mit diesen gekoppelt. Das rotierende Koaleszergehäuse 116 ist radial von einer Außenfläche des Filtermediums 110 versetzt. Allgemein scheidet das rotierende Filterelement 108 eine suspendierte Flüssigkeit in dem Fluid ab. In Anordnungen, in denen das Filtersystem 100 ein Kurbelgehäuseentlüftungssystem ist, scheidet das rotierende Filterelement 108 Öle und Aerosole ab, die in den Leckgasen des Kurbelgehäuses suspendiert sind. Das rotierende Filterelement 108 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 bis 7 ausführlicher beschrieben.
In 2 bis 5 sind verschiedene Ansichten des rotierenden Filterelements 108 gezeigt. Wie am besten aus 2 und 5 ersichtlich ist, schließt das rotierende Filterelement 108 eine Mittelachse 118 ein. Im Betrieb rotiert das rotierende Filterelement 108 um eine Mittelachse. Fluid, das gefiltert werden soll, tritt durch den Einlass 104 in das Filtersystemgehäuse 102 ein. Das Fluid strömt durch das Filtermedium 110, wie von Strömungspfeilen 120 in 5 gezeigt ist. Während das Fluid durch das Filtermedium 110 strömt, werden Flüssigkeitströpfchen, die im Fluid dispergiert sind, koalesziert und von dem Filtermedium 110 aus dem Fluid abgeschieden. Aufgrund der Rotation des rotierenden Filterelements 108 und der Zentrifugalkraft, die auf die abgeschiedene Flüssigkeit ausgeübt wird, kann die abgeschiedene Flüssigkeit von der Auslassfläche des Filtermediums 110 weggeschleudert werden. Wie oben angegeben ist, ist die Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses 116 von der Auslassfläche des Filtermediums 110 getrennt (z. B. über einen Abstand D). Der Trennungsabstand D lässt zu, dass sich die weggeschleuderte Flüssigkeit entlang der Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses 116 sammelt, während trotzdem Platz bleibt, damit das gefilterte Fluid aus dem rotierenden Filterelement 108 hinausströmen kann. Wenn sich die abgeschiedene Flüssigkeit an der Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses 16 sammelt, kann die abgeschiedene Flüssigkeit einen Flüssigkeitsfilm entlang der Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses 116 bilden. Die abgeschiedene Flüssigkeit strömt zu einem Ablauf (bezeichnet durch den Ablaufpfeil 122). Das gefilterte Fluid verlässt das rotierende Filterelement 108 durch mehrere Gasauslässe 124, die zwischen der ersten Endplatte 112 und dem rotierenden Koaleszergehäuse 116 ausgebildet sind. Die entlang der Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses angesammelte Flüssigkeit 116 verlässt das rotierende Filterelement 108 durch mehrere Flüssigkeitsauslässe 126, die im rotierenden Koaleszergehäuse 116 ausgebildet sind, und mehrere Abläufe 128, die in der zweiten Endplatte 114 ausgebildet sind. Wie am besten aus 3 ersichtlich ist, sind die Flüssigkeitsauslässe 126 in der Nähe des Endes des rotierenden Koaleszergehäuses 116 ausgebildet, das den Gasauslässen 124 entgegengesetzt ist. Wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, schließt das rotierende Koaleszergehäuse 116 Merkmale ein, die dabei helfen, die angesammelte Flüssigkeit daran zu hindern, aus den Gasauslässen 124 auszuströmen. In manchen Anordnungen sind das rotierende Koaleszergehäuse 116 und die erste Endplatte 112 oder zumindest ein Abschnitt davon in einem Stück aus spritzgegossenem Thermoplast ausgebildet.
In manchen Anordnungen schließt die Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses 116 einen umlaufenden Ring 130 ein, der in der Nähe des Gasauslasses 124 des rotierenden Filterelements 108 angeordnet ist. Der umlaufende Ring 130 verhindert, dass die abgeschiedene Flüssigkeit durch die Gasauslässe 124 strömt. Aufgrund der Rotation des rotierenden Filterelements 108 kann der Film aus angesammelter Flüssigkeit, der sich entlang der Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses 116 bildet, nur eine bestimmte Dicke erreichen. Die Höhe des umlaufenden Rings 130 in Bezug auf die Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses 116 ist größer als die maximale Dicke des Films aus angesammelter Flüssigkeit, wodurch verhindert wird, dass die Flüssigkeit das rotierende Filterelement durch die Gasauslässe 124 verlässt.
In weiteren Anordnungen kann das rotierende Koaleszergehäuse 116 einen von den Gasauslässen 124 wegführenden Ablaufwinkel α aufweisen. Bei solchen Anordnungen ist das rotierende Koaleszergehäuse an dem Ende, das an die Gasauslässe 124 angrenzt (d. h. an der ersten Endplatte 112), schmaler und an dem Ende, das an die Flüssigkeitsauslässe 126 angrenzt (d. h. an der zweiten Endplatte 114), breiter. Somit kann das rotierende Koaleszergehäuse 116 etwas konisch, konvex oder konkav geformt sein. Während der Rotation bewegen die Zentrifugalkräfte auf der angesammelten Flüssigkeit die angesammelte entlang der schrägen Wand des rotierenden Koaleszergehäuses 116 in einer axialen Richtung zu den Flüssigkeitsauslässen 126 hin und weg von den Gasauslässen 124. Bei manchen Anordnungen sind die Zentrifugalkräfte auf der angesammelten Flüssigkeit in der axialen Richtung größer als die Erdbeschleunigung. Bei solchen Anordnungen können der Gasauslass 124 und der Flüssigkeitsauslass in der Richtung der Erdbeschleunigung bzw. Schwerkraft umgekehrt sein (z. B. wie in 7 gezeigt).
Vernachlässigt man Reibungswiderstands- und/oder Scherkräfte aus dem Strom des Gases zwischen dem Filtermedium 110 und dem rotierenden Koaleszergehäuse 116, so bildet die angesammelte Flüssigkeit auf der Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses 116 einen „fast vertikalen“ Flüssigkeitsfilm, wo der Gleichgewichtsoberflächenwinkel in Bezug auf eine Achse = α (wenn kein Abfluss stattfindet und die angesammelte Flüssigkeit innerhalb des rotierenden Filterelements 108 eingeschlossen ist) ungefähr tan^-1(1/Gradial) sein würde, wobei Gradial durch die nachstehende Gleichung (1) definiert wird. $ω^{2} * R=Gradial \geq \sim 1000$
In der Gleichung 1 ist ω die Drehzahl des rotierenden Filterelements 108 während des Betriebs, und R ist der Abstand zwischen der Mittelachse 118 und dem Inneren des rotierenden Koaleszergehäuses 116. Somit erzeugt die Höhe des umlaufenden Rings 130, der Ablaufwinkel α oder eine Kombination davon einen effektiven Winkel, der größer ist als tan^-1(1/Gradial), um ein Abfließen in der gewünschten Richtung zu erreichen (d. h. weg von den Gasauslässen 124 und hin zu den Flüssigkeitsauslässen 126. Zum Beispiel beträgt der Ablaufwinkel 132 für ein Gradial von ungefähr 1000 ungefähr 0,06 Grad.
Wie ebenfalls in 1 bis 5 gezeigt ist, schließt in manchen Anordnungen das rotierende Koaleszergehäuse 116 mehrere Stützrippen 132 ein, die von der Innenfläche des rotierenden Koaleszergehäuses 116 zur Auslassfläche des Filtermediums 110 vorstehen. Die Stützrippen 132 stellen eine Stütze für das flexible faserige Medium 110 während der Rotation des Filterelements 108 bereit, um eine übermäßige Verformung des Filtermediums 110 während einer Hochgeschwindigkeitsrotation zu vermeiden. Um zu ermöglichen, dass das gefilterte Fluid durch die Gasauslässe 124 gelangt, können die Stützrippen 132 eine Anzahl erster Durchgangslöcher einschließen, die dem gefilterten Fluid einen Durchgang zwischen den Stützrippen 132 ermöglichen. Alternativ dazu können Gasauslässe 124 zwischen angrenzenden Sätzen von Stützrippen 132 und zwischen den äußersten Stützrippen 132 und der ersten und der zweiten Endplatte 112 und 114 angeordnet sein. Um ein Abfließen der angesammelten Flüssigkeit zu ermöglichen, schließen die Stützrippen 132 eine Anzahl zweiter Durchgangslöcher ein, die der angesammelten Flüssigkeit erlauben, zwischen den Stützrippen 132 hindurchzufließen. Alternativ dazu können Flüssigkeitsauslässe 126 zwischen angrenzenden Sätzen von Stützrippen 132 und zwischen den äußersten Stützrippen 132 und der ersten und der zweiten Endplatte 112 und 114 angeordnet sein.
In manchen Anordnungen erstreckt sich ein axialer Rippenring 134 vom Gasauslassende des rotierenden Koaleszergehäuses 116 angrenzend an das Filtermedium 110. Der axiale Rippenring 134 erstreckt sich in das rotierende Koaleszergehäuse 116 und über die axiale Position des umlaufenden Rings 130 hinaus, wodurch verhindert wird, dass angesammelte Flüssigkeit zu den Gasauslässen 124 wandert. Der axiale Rippenring 134 wirkt als Wehr, das verhindert, dass angesammelte Flüssigkeit, die aus dem Filtermedium 110 tritt, direkt auf die Gasauslässe 124 geschleudert wird.
6 ist eine Querschnittsdarstellung eines rotierenden Koaleszerelement s 600 nach einer beispielhaften Ausführungsform. Das rotierende Koaleszerelement 600 ähnelt dem rotierenden Koaleszerelement 108 des Filtersystems 100. Daher werden gleiche Nummerierungen zwischen dem rotierenden Koaleszerelement 600 von 6 und dem rotierenden Filterelement von 1 bis 5 verwendet. Der einzige Unterschied zwischen dem rotierenden Koaleszerelement 600 und dem rotierenden Filterelement 108 ist, dass das rotierende Koaleszerelement 600 kein Filtermedium verwendet, um eine Flüssigkeit abzuscheiden, in dem Fluid, das durch das rotierende Koaleszerelement 600 strömt, suspendiert ist. Stattdessen verwendet das rotierende Koaleszerelement 600 einen gestapelten Zentrifugenkegel 602. Der gestapelte Zentrifugenkegel 602 schließt mehrere axial beabstandete Zentrifugenkegel 604 ein. Jeder der Kegel ist in Bezug auf die radiale Richtung abgewinkelt bzw. schräg. Wenn das Gas durch den Raum zwischen den einzelnen, axial beabstandeten Zentrifugenkegeln 604 hindurchströmt, bewirkt die Schräge der einzelnen axial beabstandeten Zentrifugenkegel 604 eine abrupte Richtungsänderung des Gases. Die abrupte Richtungsänderung scheidet die suspendierte Flüssigkeit wegen der höheren Trägheit der Flüssigkeit im Vergleich zum Gas ab.
7 ist eine Querschnittsansicht eines rotierenden Filterelements 700 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Das rotierende Filterelement 700 ähnelt dem rotierenden Filterelement 108 des Filtersystems 100. Daher werden gleiche Nummerierungen zwischen dem rotierenden Koaleszerelement 700 von 7 und dem rotierenden Filterelement von 1 bis 5 verwendet. Wie in 7 gezeigt ist, ist das rotierende Filterelement 700 in Bezug auf die Schwerkraft 702 in einer zum rotierenden Filterelement 108 entgegengesetzten Richtung ausgerichtet. Somit wird die angesammelte Flüssigkeit gegen die Schwerkraft aus dem rotierenden Filterelement 700 abgelassen. Das Ablaufen wird dadurch erreicht, dass die Zentrifugalkraft auf der angesammelten Flüssigkeit hoch genug ist, um die Schwerkraft zu überwinden. Die Ausrichtung des Filterelements 700 erlaubt einen Einlass der Gas-Flüssigkeit-Mischung von der Oberseite der Vorrichtung her und einen Auslass von reinem Gas an der Unterseite. Eine solche Anordnung kann für bestimmte Kurbelgehäuseentlüftungsanwendungen, bei denen die Quelle des aerosolbeladenen Leckgases, das gereinigt werden soll, oberhalb der Stelle der rotierenden koaleszierenden Vorrichtung liegt, bevorzugt sein.
Der oben beschriebene rotierende Koaleszer und die oben beschriebenen Filterelemente können in Kurbelgehäuseentlüftungssystemen verwendet werden. In manchen Anordnungen werden der oben beschriebene rotierende Koaleszer und die oben beschriebenen Filterelemente in schnell rotierenden Koaleszeranordnungen verwendet, in denen die radiale Beschleunigungskraft am Innendurchmesser des rotierenden Koaleszergehäuses 116 mindestens 1000 Mal so hoch ist wie die Schwerkraft.
Der oben beschriebene rotierende Koaleszer und die oben beschriebenen Filterelemente bieten eine Reihe von Vorteilen gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Durch Ändern der Form des rotierenden Koaleszergehäuses (z. B. des rotierenden Koaleszergehäuses 116) kann abgeschiedene Flüssigkeit durch Nutzen axialer und radialer Komponenten der Zentrifugalkraft, die durch die Drehung erzeugt wird, an eine gewünschte Stelle gelenkt werden. Dadurch kann angesammelte Flüssigkeit an einer unbegrenzten Anzahl von Stellen aus dem rotierenden Koaleszergehäuse geschleudert werden. Dadurch wird das Risiko dafür, dass angesammelte Flüssigkeit über den Gasauslass wieder in das gefilterte Fluid mitgerissen wird, minimiert oder eliminiert. Ebenso könnte das Koaleszerelement unter Ausnutzung der Zentrifugalkräfte, um die angesammelte Flüssigkeit zu bewegen, in jedem Winkel betrieben werden, vorausgesetzt, dass die ausgelassene Flüssigkeit, die aus dem rotierenden Körper geschleudert wird, in einem Bereich des stationären Gehäuses aufgefangen wird, der die ausgeschleuderte Flüssigkeit weglenkt und nicht zulässt, dass sie sich wieder mit dem Reingasauslass vereinigt.
Es sollte beachtet werden, dass der hierin verwendete Begriff „beispielhaft“ zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen anzeigen soll, dass derartige Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen und/oder Abbildungen möglicher Ausführungsformen sind (und dass ein derartiger Begriff nicht notwendigerweise darauf schließen lassen soll, dass derartige Ausführungsformen außergewöhnliche oder hervorragende Beispiele sind).
Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „etwa“ oder „ungefähr“ in Verbindung mit einer Zahl oder einem Bereich plus oder minus fünf Prozent der modifizierten Zahl oder des modifizierten Bereichs. Bei Beschreibung eines Bereichs als zwischen zwei Zahlen liegend, soll der Bereich die zwei Zahlen, die den Bereich definieren, einschließen.
Der hierin verwendete Begriff „verbunden“ und Ähnliches bedeutet die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen miteinander. Diese Verbindung kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) geschehen. Diese Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente untereinander integral als ein einheitlicher Körper ausgebildet sind, oder dadurch, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente aneinander befestigt sind.
Bezugnahmen hierin auf die Positionen der Elemente (z. B. „Ober-“, „Unter-“, „oben“, „unten“ usw.) beschreiben lediglich die Ausrichtung der unterschiedlichen Elemente in den Figuren. Es sollte beachtet werden, dass die Ausrichtung verschiedener Elemente je nach anderen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedlich ausfallen kann und die vorliegende Offenbarung derartige Varianten umfasst.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, erkennt die Fachwelt beim Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Dimensionen, Strukturen, Formen und Abschnitten der verschiedenen Elemente, Werte von Parametern, Montageanordnungen, Verwendung von Materialien, Farben, Orientierungen usw.), ohne erheblich von den neuen Lehren und Vorteilen des hierin beschriebenen Gegenstands abzuweichen. Beispielsweise können Elemente, die als einstückig geformt dargestellt werden, aus mehreren Teilen oder Elementen konstruiert werden, die Position der Elemente kann umgekehrt oder anderweitig variiert werden, und die Art oder Anzahl separater Elemente bzw. Positionen kann geändert oder variiert werden. Die Reihenfolge oder Abfolge von Verfahrens- oder Prozessschritten kann gemäß alternativen Ausführungsformen variiert oder neu geordnet werden. Darüber hinaus können Merkmale aus bestimmten Ausführungsformen mit Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden, was dem Fachmann klar sein dürfte. Weitere Ersetzungen, Abwandlungen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls bezüglich der Konstruktion, der Betriebsbedingungen und der Anordnung der diversen, beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/211538 [0001]

Claims

Filtersystem, umfassend: - ein Filtersystemgehäuse mit einem Einlass und einem Auslass, - ein rotierendes Koaleszerelement, das innerhalb des Filtersystemgehäuses angeordnet ist und mit dem Einlass und dem Auslass in Fluidverbindung steht, wobei das rotierende Koaleszerelement dafür ausgelegt ist, eine suspendierte Flüssigkeit aus einem Fluid abzuscheiden, das durch den Einlass empfangen wird, wobei das rotierende Koaleszerelement Folgendes einschließt: - eine erste Endplatte, - eine zweite Endplatte, - eine zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnete Koaleszenzvorrichtung; und - ein rotierendes Koaleszergehäuse, das sich zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte erstreckt und mit diesen gekoppelt ist, wobei das rotierende Koaleszergehäuse radial zu einer Außenfläche der Koaleszenzvorrichtung versetzt ist, so dass ein Spalt zwischen einer Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses und der Außenfläche der Koaleszenzvorrichtung vorhanden ist, wobei das rotierende Koaleszergehäuse einen Reingasauslass angrenzend an die erste Endplatte und einen Flüssigkeitsauslass angrenzend an die zweite Endplatte einschließt, wobei das rotierende Koaleszergehäuse einen umlaufenden Ring einschließt, der in der Nähe des Gasauslasses angeordnet ist und der verhindert, dass abgeschiedene, auf der Innenwand angesammelte Flüssigkeit durch den Reingasauslass gelangt.
Filtersystem nach Anspruch 1, wobei die Koaleszenzvorrichtung ein faseriges Filtermedium einschließt.
Filtersystem nach Anspruch 1, wobei die Koaleszenzvorrichtung einen Koaleszenzkegelstapel einschließt.
Filtersystem nach Anspruch 1, wobei das rotierende Koaleszergehäuse an einem ersten Ende angrenzend an den Gasauslass schmaler ist und an einem zweiten Ende angrenzend an den Flüssigkeitsauslass breiter ist.
Filtersystem nach Anspruch 4, wobei die angesammelte Flüssigkeit gegen die Schwerkraft aus dem rotierenden Koaleszerelement abgelassen wird.
Filtersystem nach Anspruch 1, wobei das rotierende Koaleszerelement ein mit hoher Geschwindigkeit rotierendes Koaleszerelement ist, das eine radiale Beschleunigungskraft an der Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses erzeugt, die mindestens das 1000-Fache der Schwerkraft beträgt.
Filtersystem nach Anspruch 1, wobei das Fluid ein aus einem Verbrennungsmotor empfangenes Kurbelgehäuseleckgas ist.
Filtersystem nach Anspruch 1, wobei die zweite Endplatte mehrere Abläufe umfasst.
Filtersystem nach Anspruch 1, wobei das rotierende Koaleszergehäuse eine Stützrippe umfasst, die von der Innenwand vorsteht, um eine Stütze für die Koaleszenzvorrichtung bereitzustellen.
Filtersystem nach Anspruch 9, wobei die Stützrippe ein Durchgangsloch umfasst, das dafür ausgelegt ist, einem gefilterten Fluid den Durchgang durch die Stützrippe zu ermöglichen.
Rotierendes Koaleszerelement, das dafür ausgelegt ist, eine suspendierte Flüssigkeit von einem Fluid abzuscheiden, wobei das rotierende Koaleszerelement umfasst: - eine erste Endplatte, - eine zweite Endplatte, - eine zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte angeordnete Koaleszenzvorrichtung; und - ein rotierendes Koaleszergehäuse, das sich zwischen der ersten Endplatte und der zweiten Endplatte erstreckt und mit diesen gekoppelt ist, wobei das rotierende Koaleszergehäuse radial zu einer Außenfläche der Koaleszenzvorrichtung versetzt ist, so dass ein Spalt zwischen einer Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses und der Außenfläche der Koaleszenzvorrichtung vorhanden ist, wobei das rotierende Koaleszergehäuse einen Reingasauslass angrenzend an die erste Endplatte und einen Flüssigkeitsauslass angrenzend an die zweite Endplatte einschließt, wobei das rotierende Koaleszergehäuse einen umlaufenden Ring einschließt, der in der Nähe des Gasauslasses angeordnet ist und der verhindert, dass abgeschiedene, auf der Innenwand angesammelte Flüssigkeit durch den Reingasauslass gelangt.
Rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 11, wobei die Koaleszenzvorrichtung ein faseriges Filtermedium einschließt.
Rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 11, wobei die Koaleszenzvorrichtung einen Koaleszenzkegelstapel einschließt.
Rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 11, wobei das rotierende Koaleszergehäuse an einem ersten Ende angrenzend an den Gasauslass schmaler ist und an einem zweiten Ende angrenzend an den Flüssigkeitsauslass breiter ist.
Rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 14, wobei die angesammelte Flüssigkeit gegen die Schwerkraft aus dem rotierenden Koaleszerelement abgelassen wird.
Rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 11, wobei das rotierende Koaleszerelement ein mit hoher Geschwindigkeit rotierendes Koaleszerelement ist, das eine Beschleunigungskraft an der Innenwand des rotierenden Koaleszergehäuses erzeugt, die mindestens das 1000-Fache der Schwerkraft beträgt.
Rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 11, wobei das Fluid ein aus einem Verbrennungsmotor empfangenes Kurbelgehäuseleckgas ist.
Rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 11, wobei die zweite Endplatte mehrere Abläufe umfasst.
Rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 11, wobei das rotierende Koaleszergehäuse eine Stützrippe umfasst, die von der Innenwand vorsteht, um eine Stütze für die Koaleszenzvorrichtung bereitzustellen.
Rotierendes Koaleszerelement nach Anspruch 19, wobei die Stützrippe ein Durchgangsloch umfasst, das dafür ausgelegt ist, einem gefilterten Fluid den Durchgang durch die Stützrippe zu ermöglichen.