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Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsabscheider zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem Gas-Flüssigkeits-Gemisch mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Flüssigkeitsabscheider sind aus dem Stand der Technik bekannt, bspw. aus
DE 10 2014 013 372 A1 , die einen Zentrifugalwasserabscheider für ein Brennstoffzellensystem zeigt.
US 6,080,228 A und
DE 10 2016 215 721 A1 zeigen Flüssigkeitsabscheider mit Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
US 2007 0 294 985 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus der Luft.
EP 1 426 091 A1 und
DE 102 56 388 B3 zeigen einen Feinstfiltereinsatz sowie eine Filteranordnung zum Abscheiden feinst verteilter Tröpfchen aus Aerosolen.
DE 20 2019 005 302 U1 zeigt ein Impaktor-Abscheideelement und Vorrichtungen mit einem solchen Impaktor-Abscheideelement.
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Grundsätzlich können Flüssigkeitsabscheider nach unterschiedlichen Funktionsprinzipien arbeiten, bspw. über Kondensation, Fliehkraft (Zyklone), Sorption (Nutzung eines Sorptionsmittels) oder über Prallflächen.
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Flüssigkeitsabscheider können bspw. bei Brennstoffzellen eingesetzt werden, wo zur Effizienzsteigerung an der Kathodenseite mit einem Flüssigkeitsabscheider Wasser von Sauerstoff (02) und an der Anodenseite mit einem (weiteren) Flüssigkeitsabscheider Wasser von Wasserstoff (H2) getrennt wird. Auch bei Druckluftanlagen oder Klimaanlagen werden Flüssigkeitsabscheider eingesetzt.
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Allerdings ist problematisch, dass herkömmliche Flüssigkeitsabscheider je nach Bauart einen vergleichsweise großen Bauraum beanspruchen und/oder einen recht hohen Strömungswiderstand aufweisen. Nachteilig ist zudem, dass Flüssigkeitsabscheider regelmäßig nur unter bestimmten Umgebungsbedingungen betrieben werden können, bspw. bei Raumtemperatur.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Flüssigkeitsabscheider mit einfachen konstruktiven Mitteln und bei kompakter Bauweise eine zuverlässige Abscheidung von Flüssigkeiten zu ermöglichen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Flüssigkeitsabscheider mit Merkmalen des Anspruchs 1.
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Der Flüssigkeitsabscheider dient zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem (strömenden), insbesondere dampfförmigen oder nebelförmigen, Gas-Flüssigkeits-Gemisch (flüssigkeitsbehafteter Gasstrom).
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Bei dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch handelt es sich insbesondere um ein Gemisch, bei dem Gas als Trägermedium dient und Flüssigkeit in Form fein verteilter Flüssigkeitstropfen vorliegt.
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Der Flüssigkeitsabscheider weist ein Gehäuse, einen Eintritt (Gas-Flüssigkeits-Gemisch-Eintritt), einen Austritt (Gasaustritt) und einen den Eintritt mit dem Austritt verbindenden Strömungspfad auf (Strömungsverbindung). Im Strömungspfad ist mindestens eine Abscheideeinrichtung angeordnet, an der die eigentliche Abscheidung von Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch stattfindet. Bei der abgeschiedenen Flüssigkeit kann es sich um eine reine Flüssigkeit oder um ein Flüssigkeitsgemisch handeln (Gemisch aus zwei oder mehr verschiedenen Flüssigkeiten).
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Der Flüssigkeitsabscheider zeichnet sich dadurch aus, dass die Abscheideeinrichtung einen (ersten) Gewebeabschnitt zur Flüssigkeitsabscheidung aufweist, durch den der Strömungspfad führt, wobei der Gewebeabschnitt relativ zur Hauptströmungsrichtung in der Abscheideeinrichtung in einem Winkel von 1° bis 15°, vorzugsweise von 1,5° bis 10°, idealerweise von 2° bis 4°, angeordnet ist. Die Hauptströmungsrichtung ist insbesondere in bzw. parallel zur Mittellängsrichtung der Abscheideeinrichtung orientiert.
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Durch die vorgeschlagene Abscheideeinrichtung kann Flüssigkeit (bspw. Wasser) aus dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch am Gewebeabschnitt abgeschieden werden, d.h. Flüssigkeit bleibt am Gewebeabschnitt zurück. Das Gas (bspw. Luft oder Wasserstoff) kann den Gewebeabschnitt hingegen passieren und zum Austritt (Gasaustritt) geführt werden. Mit anderen Worten kann Flüssigkeit beim Auftreffen auf den Gewebeabschnitt vom Gasstrom separiert werden. Es lassen sich hohe Abscheidegrade bei vergleichsweise kompakter Bauweise erreichen.
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Mit der vorgeschlagenen Abscheideeinrichtung ist ein „Gewebeabscheider“ zur Trennung von Flüssigkeiten (bspw. Wasser) aus Gasströmen (bspw. Luft oder Wasserstoff) als Prallabscheider geschaffen. Die Anströmung des Gewebes durch das Gas-Flüssigkeits-Gemisch kann in einem definierten Winkel und mit einer definierten Mindestgeschwindigkeit erfolgen. Es ist denkbar, dass die Strömung eines bspw. in einem Prozess strömenden Gas-Flüssigkeits-Gemisches genutzt wird oder das Gas-Flüssigkeits-Gemisch, bspw. mittels einer Turbine oder einer Pumpe, auf eine vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit gebracht wird, bevor dieses dem Flüssigkeitsabscheider zugeführt wird. Ebenfalls denkbar ist, dass das Gas-Flüssigkeits-Gemisch durch Verkleinerung eines Anströmquerschnittes auf eine vorgegebene Strömungsgeschwindigkeit gebracht wird, bevor dieses dem Flüssigkeitsabscheider zugeführt wird.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Abscheideeinrichtung einen zweiten Gewebeabschnitt zur Flüssigkeitsabscheidung aufweisen, durch den der Strömungspfad führt, wobei der zweite Gewebeabschnitt dem ersten Gewebeabschnitt gegenüberliegt und mit dem ersten Gewebeabschnitt einen Winkel von 1° bis 30°, vorzugsweise von 2° bis 20°, idealerweise von 4° bis 8°, einschließt. Dadurch ist bei kompakter Bauweise eine vergleichsweise große Abscheidefläche geschaffen. Dadurch kann ein entstehender Druckverlust vergleichsweise geringgehalten werden.
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In vorteilhafter Weise können der erste Gewebeabschnitt und der zweite Gewebeabschnitt relativ zur Hauptströmungsrichtung in der Abscheideeinrichtung (in oder parallel zur Mittellängsrichtung der Abscheideeinrichtung orientiert) symmetrisch angeordnet sein. Diese Symmetrie begünstigt die Strömungsverhältnisse, da der Strömungspfad an der Abscheideeinrichtung in zwei Teilpfade aufgezweigt werden kann, die dann zum Austritt (Gasaustritt) geführt werden. Durch die symmetrische Anordnung lassen sich zwei in etwa gleich starke Teilpfade erreichen.
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Die Abscheideeinrichtung kann im Bereich der Gewebeabschnitte (Gewebehalteteil der Abscheideeinrichtung) einen U-förmigen oder V-förmigen Querschnitt aufweisen, der stirnseitig, bspw. mit einer Stirnwandung, jeweils geschlossen ist (U bzw. V werden „nach hinten“ und „nach vorne“ mittels einer Stirnwandung verschlossen). Ebenfalls denkbar ist, dass die Abscheideeinrichtung im Bereich der Gewebeabschnitte (Gewebehalteteil) die Form eines Kegels, eines Kegelstumpfs, einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfs aufweist.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können der oder die Gewebeabschnitte jeweils als Metallgewebe ausgebildet sein, wobei vorzugsweise eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, mittels der der oder die Gewebeabschnitte beheizbar ist/sind. Durch Nutzung von Metallgeweben kann eine vergleichsweise robuste Ausführung erreicht werden. Eine Heizeinrichtung trägt zu einer universellen Einsetzbarkeit des Flüssigkeitsabscheiders bei, da dieser auch bei Frosttemperaturen (Minusgraden) betrieben werden kann. Ein Einfrieren von an dem oder den Gewebeabschnitten abgeschiedener Flüssigkeit kann verhindert werden.
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Die Heizeinrichtung kann elektrisch ausgebildet sein, insbesondere als eine direkte Heizeinrichtung. Für eine konstruktiv einfache Ausführung kann diese bspw. als Widerstandsheizung ausgeführt sein. Bspw. können die Gewebeabschnitte über elektrische Anschlüsse verfügen, worüber eine Bestromung erfolgt.
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Die Gewebeabschnitte können beide aus einem Metallgewebe ausgebildet und beide beheizbar ausgebildet sein. Es kann eine Heizeinrichtung für beide Gewebeabschnitte vorgesehen sein (konstruktiv einfach und kostengünstig) oder es kann jeweils eine Heizeinrichtung für einen Gewebeabschnitt vorgesehen sein (höhere Zuverlässigkeit durch unabhängigen Betrieb).
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Alternativ können der oder die Gewebeabschnitte jeweils als Kunststoffgewebe ausgebildet sein. Hiermit lässt sich eine konstruktiv vergleichsweise einfache und kostengünstige Ausführung erreichen. Es lässt sich ein geringeres Gewicht erzielen.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung können der oder die Gewebeabschnitte eine hydrophile Beschichtung aufweisen. Eine hydrophile Beschichtung begünstigt den Abscheidegrad von Flüssigkeit aus dem Gas-Flüssigkeits-Gemisch (d.h. den Anteil von abgeschiedener Flüssigkeit).
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Der oder die Gewebeabschnitte weisen Gewebefäden bzw. -drähte auf, die als zwei Faden- bzw. Drahtsysteme quer oder schräg zueinander orientiert sind (und so einen Gewebeabschnitt bilden). Die Gewebefäden bzw. -drähte von dem oder den Gewebeabschnitten, welche quer zur in der Abscheideeinrichtung herrschenden Hauptströmungsrichtung (Mittellängsrichtung der Abscheideeinrichtung) orientiert sind (erstes Faden- bzw. Drahtsystem), weisen weiter erfindungsgemäß eine größere Dicke auf als die (vektoriell anteilig) längs zur Hauptströmungsrichtung orientierten Gewebefäden (zweites Faden- bzw. Drahtsystem). Indem diese Gewebefäden bzw. -drähte dicker ausgebildet sind, kann der lichte Querschnitt am Gewebeabschnitt, d.h. der mit Blick entlang der Hauptströmungsrichtung (Mittellängsrichtung) freibleibende (nicht durch Gewebefäden ausgefüllte) Querschnitt reduziert werden. Dies erhöht den Abscheidegrad.
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In zweckmäßiger Weise kann die Abscheideeinrichtung ein Gehäuse aufweisen, an oder in welchem die Komponenten der Abscheideeinrichtung angeordnet und/oder befestigt sind, wobei das Gehäuse optional aus Kunststoff oder Metall ausgebildet sein kann. Mittels eines Gehäuses können die Komponenten der Abscheideeinrichtung aneinander gesichert und die Abscheideeinrichtung als eine Einheit bzw. Baugruppe gehandhabt werden. Ein Gehäuse aus Kunststoff kann einfacher hergestellt werden und/oder ein geringeres Gewicht aufweisen. Bei einer Ausgestaltung des Gehäuses aus Metall lässt sich eine robuste Ausführung erreichen.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann eine Heizeinrichtung vorgesehen sein, mittels der das Gehäuse beheizbar ist. Eine Heizeinrichtung kann insbesondere bei einem Gehäuse aus Metall vorgesehen sein und begünstigt einen Einsatz des Flüssigkeitsabscheiders bei Frosttemperaturen. Die Heizeinrichtung kann elektrisch ausgebildet sein, bspw. als direkte Heizeinrichtung, wie oben erläutert.
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Das Gehäuse der Abscheideeinrichtung kann einen Gewebehalteteil aufweisen, an oder in dem die Gewebeabschnitte angeordnet und/oder befestigt sind. Zudem kann das Gehäuse einen Anschlussteil aufweisen, der sich an den Gewebehalteteil (stromaufwärts, d.h. zum Eintritt hin) anschließt. Der Anschlussteil kann bspw. einen ringförmigen und gegenüber dem Gewebehalteteil vergrößerten Querschnitt aufweisen. Zudem kann das Gehäuse eine Ableitrippe aufweisen, die sich an den Gewebehalteteil anschließt, insbesondere an der von dem Anschlussteil abgewandten Seite (stromabwärts).
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Wie bereits angedeutet, kann das Gehäuse der Abscheideeinrichtung (stromabwärts des Gewebeabschnitts) eine Ableitrippe oder einen Ableitkanal aufweisen. Dies begünstigt die Wasserableitung, da an der Abscheideeinrichtung abgeschiedene Flüssigkeit, bspw. in Tropfenform, zu einer Flüssigkeitsabführung oder einem Flüssigkeitsreservoir zugeführt werden kann. Die Ableitrippe oder der Ableitkanal kann bspw. zu einer Wandung führen bzw. in eine Wandung münden, die die Abscheideeinrichtung von einem Flüssigkeitsreservoir abtrennt. Vorzugsweise führt die Ableitrippe oder Ableitkanal bis zu dem minimalen Füllstand der (abgeschiedenen) Flüssigkeit, sofern eine Speicherung der Flüssigkeit von Vorteil ist.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann an der Abscheideeinrichtung ein Mantel vorgesehen sein, der die Abscheideeinrichtung nach (radial) außen hin umgibt, wobei der Mantel eine, vorzugsweise umlaufende, Gewebelage aus Metallgewebe oder Kunststoffgewebe aufweist. Hiermit wird die Abscheiderate abermals begünstigt, da Flüssigkeitspartikel, die einen Gewebeabschnitt der Abscheideeinrichtung passiert haben, am Mantel bzw. an dessen Gewebelage abgeschieden werden können. Auch der Außenmantel befindet sich im Strömungspfad, der den Eintritt mit dem Austritt verbindet. Mit anderen Worten führt der Strömungspfad durch die Gewebelage des Außenmantels hindurch. Bei Ausgestaltung mit einem Metallgewebe kann eine robuste Ausführung der Gewebelage geschaffen werden. Eine Ausgestaltung der Gewebelage mit einem Kunststoffgewebe erlaubt eine konstruktiv und hinsichtlich Kosten günstige Ausführung. Der Mantel kann einen Rahmen aufweisen, an dem die Gewebelage befestigt ist.
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In vorteilhafter Weise kann eine Heizeinrichtung vorgesehen, mittels der die Gewebelage beheizbar ist. Eine Heizeinrichtung begünstigt eine universelle Einsetzbarkeit des Flüssigkeitsabscheiders, da dieser auch bei Frosttemperaturen eingesetzt werden kann. Die Heizeinrichtung kann elektrisch ausgebildet sein. Bei Ausgestaltung mit Metallgewebe kann die Heizeinrichtung als direkte elektrische Heizeinrichtung ausgebildet sein, bspw. als Widerstandsheizung wie oben beschrieben.
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In zweckmäßiger Weise kann die Gewebelage eine hydrophobe Beschichtung aufweisen. Diese Beschichtung wirkt auf Flüssigkeit abstoßend und sorgt somit dafür, dass im Gasstrom noch enthaltene Flüssigkeit im Zwischenraum zwischen Mantel und Abscheideeinrichtung bzw. Gewebeabschnitt zurückbleibt. Dadurch wird die Abscheiderate begünstigt.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Maschenweite der Gewebelage des Mantels kleiner ausgeführt sein als die Maschenweite des oder der Gewebeabschnitte der Abscheideeinrichtung. Auch dies begünstigt die Abscheiderate, da Wassertropfen, die sich an der Abscheideeinrichtung bzw. deren Gewebeabschnitte abgelagert haben, durch den Gasstrom jedoch (erneut) mitgerissen werden, aufgefangen werden können.
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In vorteilhafter Weise kann der Flüssigkeitsabscheider ein Flüssigkeitsreservoir aufweisen, in welchem die an oder durch die Abscheideeinrichtung abgeschiedene und/oder die am Mantel abgeschiedene Flüssigkeit gesammelt wird. Somit kann auf eine kontinuierliche Flüssigkeitsabführung verzichtet werden, da diese im Flüssigkeitsreservoir gesammelt und kontinuierlich abgeführt wird. Die Menge der abgeschiedenen Flüssigkeit lässt sich einfacher überwachen.
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Das Flüssigkeitsreservoir kann, insbesondere an einem in Einbaulage des Flüssigkeitsabscheiders unteren Bereich, einen Flüssigkeitsaustritt aufweisen, der optional über ein betätigbares oder ansteuerbares Ventil verfügen kann. In zweckmäßiger Weise kann das Flüssigkeitsreservoir einen rotationssymmetrischen Querschnitt aufweisen. Dadurch lassen sich in verschiedenen Lagen/Einbaulagen oder Zuständen annähernd gleiche Füllstände erreichen. Dies begünstigt eine Überwachung der Menge der abgeschiedenen Flüssigkeit. Das Flüssigkeitsreservoir kann optional einen kegelförmigen Querschnitt aufweisen, wobei sich der Querschnitt zur Abscheideeinrichtung hin (radial) erweitert.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann ein Füllstandssensor vorgesehen sein, mittels dem sich der Füllstand der im Flüssigkeitsreservoir aufgefangenen Flüssigkeit bestimmen lässt. Dadurch ist eine Überwachung des Füllstands ermöglicht. Bspw. kann bei Erreichen von einem oder mehreren Füllstandsschwellwerten (minimaler Füllstand und/oder maximaler Füllstand) eine Signalausgabe erfolgen. Alternativ kann eine kontinuierliche Signalabgabe erfolgen. Der Füllstandssensor kann als kapazitiver Sensor ausgebildet sein. Der kapazitive Sensor kann in oder parallel zur Mittellängsrichtung des Flüssigkeitsreservoirs orientiert sein.
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In vorteilhafter Weise kann eine Wandung vorgesehen sein, welche das Flüssigkeitsreservoir von dem Gehäuseteil des Flüssigkeitsabscheiders, in dem sich die Abscheidevorrichtung befindet, abtrennt, wobei die Wandung nach (radial) außen hin ein von der Abscheideeinrichtung wegweisendes Gefälle mit einer oder mehreren randseitigen Öffnungen aufweist. Durch die Wandung kann ein Mitreißen von bereits im Flüssigkeitsreservoir aufgefangener Flüssigkeit durch den Gasstrom weitgehend verhindert werden. Zudem kann die Wandung als „Schwallblech“ dienen, welches ein Herausschwappen von Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir verhindert. Durch das Gefälle kann Flüssigkeit, bspw. von der Ableitrippe kommend, an der Wandung abfließen und durch die randseitigen Öffnungen in das Flüssigkeitsreservoir gelangen. Die Wandung kann einen schalenförmigen oder kegelförmigen Querschnitt aufweisen (nach außen hin abfallend).
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Alternativ hierzu kann eine Wandung vorgesehen sein, welche das Flüssigkeitsreservoir von dem Gehäuseteil, in dem sich die Abscheidevorrichtung befindet, abtrennt, wobei die Wandung nach innen hin ein von der Abscheidevorrichtung wegweisendes Gefälle mit einer oder mehreren Öffnungen aufweist. Die Wandung kann einen trichterförmigen Querschnitt aufweisen. Auch mit einer solchen Ausgestaltung kann ein Mitreißen von bereits im Flüssigkeitsreservoir aufgefangener Flüssigkeit durch den Gasstrom weitgehend verhindert werden. Die Wandung kann zudem als „Schwallblech“ dienen. Durch das Gefälle kann Flüssigkeit, bspw. von der Ableitrippe kommend, an der Wandung abfließen und durch die Öffnungen in das Flüssigkeitsreservoir gelangen.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann das Gehäuse des Flüssigkeitsabscheiders aus Kunststoff ausgebildet sein. Dadurch lässt sich eine konstruktiv einfache Ausführung mit geringem Gewicht erreichen. Zudem ist eine kostengünstige Fertigung bspw. durch Spritzgießen ermöglicht. Das Gehäuse kann ein Gehäuseteil (Oberteil) aufweisen, in dem die Abscheideeinrichtung angeordnet ist und einen weiteren Gehäuseteil (Unterteil), in welchem das Flüssigkeitsreservoir angeordnet ist.
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Versuche haben gezeigt, dass das Gewebe für gute Ergebnisse unter einem Winkel zwischen 1-15°, vorzugsweise 1,5° bis 10°, idealerweise 2-4°, zur Hauptströmungsrichtung (Mittellängsrichtung) des Gasstroms in der Abscheideeinrichtung stehen sollte.
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Im Rahmen von Versuchen mit einem Luft-Wasser-Gemisch zeigt sich, dass der flüssigkeitsbehaftete Gasstrom (Gas-Flüssigkeits-Gemisch) mit einer Strömungsgeschwindigkeit von größer als 5 Meter pro Sekunde (>5 m/s), idealerweise von größer als 12 Metern pro Sekunde (>12 m/s), auf das Gewebe treffen sollte, jeweils in Abhängigkeit des gewünschten Abscheidegrades. Eventuell muss die Strömungsgeschwindigkeit bei anderen Gas-Fluid-Gemischen angepasst werden.
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Der Abscheidegrad wird sich bei dem erprobten Luft-Wasser-Gemisch ab einer Strömungsgeschwindigkeit von kleiner als 12 Meter pro Sekunde (<12 m/s) verringern. Auch wird der Abscheidegrad sich über 12 Meter pro Sekunde (>12 m/s) nicht mehr wesentlich erhöhen.
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Im Rahmen von Versuchen wurden mit einem Winkel von 8° zwischen den Gewebeabschnitten sehr gute Ergebnisse erzielt. Eine Dicke der Gewebefäden bzw. -drähte von 160um hat sich als vorteilhaft herausgestellt.
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Wie zuvor angedeutet, muss das Gas-Flüssigkeits-Gemisch dem Flüssigkeitsabscheider mit einer gewissen Strömungsgeschwindigkeit zugeführt werden. Hierfür kann bspw. die Strömungsenergie eines (bspw. in einem Prozess strömenden) Gas-Flüssigkeits-Gemisches genutzt werden. Alternativ oder ergänzend kann das Gas-Flüssigkeits-Gemisch mit einer Pumpe oder Turbine auf die erforderliche Strömungsgeschwindigkeit gebracht werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert, wobei gleiche oder funktional gleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind, ggf. jedoch lediglich einmal. Es zeigen:
- 1 eine Ausführungsform eines Flüssigkeitsabscheiders in einer perspektivischen Ansicht;
- 2 den Flüssigkeitsabscheider aus 1, wobei das Gehäuseoberteil aufgeschnitten ist;
- 3 den Flüssigkeitsabscheider aus 1, wobei Gehäuseoberteil und Gehäuseunterteil aufgeschnitten sind;
- 4 den Flüssigkeitsabscheider aus 1 in einer vergrößerten Ansicht, wobei das Gehäuseoberteil und der Mantel der Abscheideeinrichtung aufgeschnitten sind;
- 5 die Abscheideeinrichtung des Flüssigkeitsabscheiders aus 1 in einer aufgeschnittenen Ansicht;
- 6a-c den Flüssigkeitsabscheider in einer perspektivischen Ansicht (6a), einer Frontansicht (6b) und einer Seitenansicht (6c);
- 7 das Gehäuseunterteil des Flüssigkeitsabscheiders aus 1 in einer aufgeschnittenen Ansicht.
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1 zeigt einen Flüssigkeitsabscheider zur Abscheidung von Flüssigkeit aus einem strömenden Gas-Flüssigkeits-Gemisch, wobei der Flüssigkeitsabscheider insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist.
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Der Flüssigkeitsabscheider 10 weist einen Eintritt 12 (Gas-Flüssigkeits-Eintritt 12), einen Austritt 14 (Gasaustritt 14) und einen den Eintritt 12 mit dem Austritt 14 verbindenden Strömungspfad 16 auf (Strömungspfad 16 durch die Gesamtheit der Pfeile mit Bezugszeichen 16 veranschaulicht, die vom Eintritt 12 zum Austritt 14 führen; vgl. 2 oder 3).
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Der Flüssigkeitsabscheider 10 weist ein Gehäuse 18 auf, an oder in dem die Komponenten des Flüssigkeitsabscheiders 10 angeordnet und ggf. befestigt sind. Das Gehäuse 18 weist einen ersten Gehäuseteil 20 (Gehäuseoberteil 20) auf, in dem eine Abscheideeinrichtung 22 angeordnet ist und einen zweiten Gehäuseteil 24 (Gehäuseunterteil 24), in dem ein Flüssigkeitsreservoir 26 angeordnet ist.
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Der Strömungspfad 16 beschreibt den Pfad, welchen ein (flüssigkeitsbehafteter) Gasstrom nimmt, wenn dieser als Gas-Flüssigkeits-Gemisch in den Eintritt 12 eingeführt wird, durch die Abscheideeinrichtung 22 hindurchgeführt wird (dort wird Flüssigkeit abgeschieden) und durch den Austritt 14 als (von Flüssigkeit weitestgehend befreiter) Gasstrom nach außen hin abgeführt wird. Der Strömungspfad 16 stellt somit den Pfad einer Strömungsverbindung dar, die vom Eintritt 12 durch die Abscheideeinrichtung 22 zum Austritt 14 führt. Der Strömungspfad bzw. die Strömungsverbindung 16 wird nach außen hin durch die Komponenten und Wandungen (nicht separat mit Bezugszeichen versehen) des Flüssigkeitsabscheiders 10 begrenzt.
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Am ersten Gehäuseteil 20 sind der Eintritt 12 und der Austritt 14 ausgebildet. Am zweiten Gehäuseteil 24 ist ein Flüssigkeitsaustritt 28 ausgebildet, durch welchen abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir 26 abgeführt werden kann. Unabhängig davon kann das Gehäuse 18 aus Kunststoff ausgebildet sein.
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Im ersten Gehäuseteil 20 ist die Abscheideeinrichtung 22 angeordnet, die von einem - ebenfalls im ersten Gehäuseteil 20 angeordneten - Mantel 30 nach radial außen umgeben ist (vgl. 2 bis 5).
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Die Abscheideeinrichtung 22 weist ein Gehäuse 32 auf, an oder in welchem die Komponenten der Abscheideeinrichtung 22 angeordnet und ggf. befestigt sind. Das Gehäuse 32 weist einen im Querschnitt ringförmigen Anschlussteil 34, einen Gewebehalteteil 36 und eine Ableitrippe 38 auf. Der Anschlussteil 34 dient zum Anschluss der Abscheideeinrichtung 22, bspw. an eine vom Eintritt 12 herführende Rohrleitung. Der Anschlussteil 34 kann gegenüber dem Gewebehalteteil 36 radial erweitert sein.
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Im Gewebehalteteil 36 sind Gewebeabschnitte zur Flüssigkeitsabscheidung angeordnet. So weist die Abscheideeinrichtung 22 einen ersten Gewebeabschnitt 40 zur Flüssigkeitsabscheidung auf, durch den der Strömungspfad 16 führt (erster Teilstrom), wobei der erste Gewebeabschnitt 40 relativ zur in der Abscheideeinrichtung 22 herrschenden Hauptströmungsrichtung 42 in einem Winkel von 1° bis 15° angeordnet ist (vgl. 5 und 6). Die Hauptströmungsrichtung 42 ist entlang oder parallel zur Mittellängsrichtung 44 der Abscheideeinrichtung 22 orientiert.
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Zudem weist die Abscheideeinrichtung 22 einen zweiten Gewebeabschnitt 46 zur Flüssigkeitsabscheidung auf, durch den der Strömungspfad 16 führt (zweiter Teilstrom), wobei der zweite Gewebeabschnitt 46 im ersten Gewebeabschnitt 40 gegenüberliegt und mit dem ersten Gewebeabschnitt 40 einen Winkel von 2 bis 30° einschließt. Der erste Gewebeabschnitt 40 und der zweite Gewebeabschnitt 46 sind relativ zur Hauptströmungsrichtung 42 in der Abscheideeinrichtung 22 symmetrisch angeordnet. An der Abscheideeinrichtung 22 wird der flüssigkeitsbehaftete Gasstrom in zwei Teilströme aufgeteilt (erster und zweiter Teilstrom).
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Die Abscheideeinrichtung 22 weist im Bereich des Gewebehalteteils 36 einen U-förmigen oder V-förmigen Querschnitt auf, der stirnseitig jeweils durch eine Stirnwandung 48, 50 verschlossen sind (vgl. 6a bis 6c).
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Die Gewebeabschnitte 40, 46 können jeweils als Kunststoffgewebe oder als Metallgewebe ausgebildet sein. Insbesondere bei Ausgestaltung mit einem Metallgewebe kann optional eine Heizeinrichtung vorgesehen sein (nicht dargestellt), mittels der die Gewebeabschnitte 40, 46 jeweils beheizbar sind. Die Heizeinrichtung kann als elektrische Heizeinrichtung ausgebildet sein, vorzugsweise als direkte Heizeinrichtung, bspw. in Form einer Widerstandsheizung, wie oben erläutert.
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Optional können die Gewebeabschnitte 40, 46 der Abscheideeinrichtung 22 eine hydrophile Beschichtung aufweisen. Unabhängig davon können die Gewebefäden bzw. -drähte der Gewebeabschnitte 40, 46, welche quer zur in der Abscheideeinrichtung 22 herrschenden Hauptströmungsrichtung 42 orientiert sind, eine größere Dicke aufweisen als die Gewebefäden bzw. -drähte, die, jedenfalls mit einem vektoriellen Anteil, längs zur Hauptströmungsrichtung 42 orientiert sind.
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Wie zuvor bereits erläutert, weist die Abscheideeinrichtung 22 ein Gehäuse 32 auf, an oder in dem die Komponenten der Abscheideeinrichtung 22 angeordnet und ggf. befestigt sind. Das Gehäuse 32 kann aus Kunststoff oder Metall ausgebildet sein. Insbesondere bei einem Metallgehäuse 32 kann optional eine Heizeinrichtung vorgesehen sein (nicht gezeigt), mittels der das Gehäuse 32 beheizbar ist. Hierzu kann eine elektrische Heizeinrichtung, bspw. in Form einer direkten Heizeinrichtung vorgesehen sein, wie oben erläutert.
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Der Mantel 30 weist eine zumindest großenteils oder vollständig umlaufende Gewebelage 52 aus Metallgewebe oder Kunststoffgewebe auf. Die Gewebelage 52 ist an einem Rahmen 54 des Mantels 30 befestigt bzw. wird durch diesen gehalten. Insbesondere bei einer Gewebelage 52 aus Metallgewebe kann eine Heizeinrichtung vorgesehen sein, mittels der die Gewebelage 52 beheizbar ist. Hierzu kann eine elektrische Heizeinrichtung, bspw. in Form einer direkten Heizung vorgesehen sein, wie oben erläutert.
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Die Gewebelage 52 kann eine hydrophobe Beschichtung aufweisen. Unabhängig davon kann die Maschenweite der Gewebelage 52 des Mantels 30 geringer sein als die Maschenweite der Gewebeabschnitte 40, 46.
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Wie zuvor bereits angedeutet, weist der Flüssigkeitsabscheider 10 im zweiten Gehäuseteil 24 (Gehäuseunterteil 24) ein Flüssigkeitsreservoir 26 auf, in dem an oder durch die Abscheideeinrichtung 22 und/oder den Mantel 30 abgeschiedene Flüssigkeit aufgefangen wird. Die aufgefangene Flüssigkeit kann durch die Flüssigkeitsabführung 28 intermittierend abgeführt werden, bspw. durch Betätigung eines ggf. an oder in der Flüssigkeitsabführung 28 angebrachten Ventils.
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Das Flüssigkeitsreservoir 26 weist einen rotationssymmetrischen Querschnitt auf. So erweitert sich der Querschnitt des zweiten Gehäuseteils 24 zur Abscheideeinrichtung 22 hin in radialer Richtung.
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Weiter ist ein optionaler Füllstandssensor 56 vorgesehen, mittels dem sich der Füllstand der im Flüssigkeitsreservoir 26 aufgefangenen Flüssigkeit bestimmen lässt. Eine Überwachung des Füllstandes bzw. von Schwellwerten des Füllstandes ist ermöglicht. Der Füllstandssensor 56 ist als kapazitiver Sensor ausgebildet und entlang der Mittellängsrichtung 58 des Flüssigkeitsreservoirs 26 orientiert.
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Weiter ist eine Wandung 60 vorgesehen, welche das Flüssigkeitsreservoir 26 von dem ersten Gehäuseteil 20, in dem sich die Abscheidevorrichtung 22 befindet, abtrennt. Die Wandung 60 weist nach (radial) außen hin ein von der Abscheidevorrichtung 22 wegweisendes Gefälle mit einer oder mehreren randseitigen Öffnungen 62 auf.
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Die Ableitrippe 38 kann an die Wandung 60 führen oder in die Wandung 60 münden. Dadurch kann an der Abscheideeinrichtung 22 abgeschiedene Flüssigkeit über die Ableitrippe 38 auf die Wandung 60 fließen. Dort gelangt die Flüssigkeit durch das Gefälle an der Wandung 60 zu den Öffnungen 62, wo die Flüssigkeit in das Flüssigkeitsreservoir 26 abfließen kann.
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Das Gehäuse des Flüssigkeitsabscheiders 10, d.h. der erste Gehäuseteil 20 und der zweite Gehäuseteil 24, können aus Kunststoff ausgebildet sein.
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Der Flüssigkeitsabscheider 10 arbeitet folgendermaßen:
- Durch den Eintritt 12 wird ein strömendes Gas-Flüssigkeits-Gemisch (flüssigkeitsbehafteter Gasstrom) in den Flüssigkeitsabscheider 10 eingebracht. Mittels einer Rohrführung (ohne Bezugszeichen) wird das Gas-Flüssigkeits-Gemisch in die Abscheideeinrichtung 22 geführt, wo die eigentliche Abscheidung von Flüssigkeit stattfindet. Hierzu wird das Gas-Flüssigkeits-Gemisch durch die Gewebeabschnitte 40, 46 geführt, wobei Flüssigkeit an den Gewebeabschnitten 40, 46 zurückbleibt und der (ggf. noch teilweise flüssigkeitsbehaftete) Gasstrom die Gewebeabschnitte 40, 46 passiert. Dabei erfolgt eine Aufteilung des Gasstroms in zwei Teilströme, wie oben beschrieben.
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Anschließend wird der (ggf. noch teilweise flüssigkeitsbehaftete) Gasstrom durch die Gewebelage 52 des Mantels 30 geführt, wobei ggf. nochmals Flüssigkeit abgeschieden wird. Der Gasstrom passiert die Gewebelage 52 und gelangt dann entlang des Strömungspfades 16 durch den Austritt 14 aus dem Flüssigkeitsabscheider 10.
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Die an den Gewebeabschnitten 40, 46 abgeschiedene Flüssigkeit fließt, bspw. schwerkraftbedingt, über die Ableitrippe 38 zur Wandung 60. An der Gewebelage 52 abgeschiedene Flüssigkeit gelangt, bspw. schwerkraftbedingt, ebenfalls zur Wandung 60.
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Durch das an der Wandung 60 vorhandene Gefälle gelangt die Flüssigkeit zu den Öffnungen 62, von wo diese in das Flüssigkeitsreservoir 26 abfließen kann. Über die Flüssigkeitsabführung 28 kann abgeschiedene Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsreservoir 26 abgeführt werden.
