DE19614829A1 - Abscheider - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Abscheider zum Abscheiden einer schwereren Flüssigkeit von einer leich­ teren Flüssigkeit.

Das Problem der Verunreinigung von Dieselkraftstoff mit Wasser ist wohlbekannt. Dieselmotoren benötigen daher einen Abscheider, um Wasser aus dem Dieselkraftstoff zu entfernen, der zum Motor gepumpt wird.

Abscheider, die Wasser aus Diesel oder aus anderen Kraft­ stoffen entfernen sollen, basieren auf dem unterschiedli­ chen spezifischen Gewicht des Wasser und des Kraftstoffs, um die Abscheidung vorzunehmen. Das Wasser kann am Boden eines Behälters gesammelt und periodisch abgelassen werden. In den meisten Konstruktionen, die der Anmelder kennt, wird das Wasser manuell abgelassen. Der Abscheider enthält einen durchsichtigen Becher, so daß eine Bedie­ nungsperson durch visuelle Beobachtung sehen kann, wie­ viel Wasser sich angesammelt hat. Durch Öffnen eines Hahns kann sie das angesammelte Wasser ablaufen lassen. Der Hahn wird direkt bevor der Kraftstoff auszulaufen beginnt geschlossen. Manchmal werden Summer und Warnlich­ ter verwendet, um die Bedienungsperson vor der Ansammlung von Wasser im Abscheider zu warnen.

Der Anmelder kennt außerdem Abscheider, die eine Einrich­ tung zum automatischen Entleeren angesammelten Wassers enthalten. Solche Abscheider müssen an der Förderseite einer Hebepumpe angeordnet sein. Viele Maschinenkonstruk­ tionen enthalten eine solche Pumpe, die Kraftstoff aus dem Tank ansaugt und ihn zum Kraftstoffeinspritzsystem befördert. Sobald sich eine ausreichende Wassermenge angesammelt hat, hebt ein Schwimmer ein Ventilverschluß­ element von seinem Sitz ab und öffnet einen Abflußauslaß. Falls die Kraftstofförderpumpe in diesem Zeitpunkt läuft, unterstützt der Druck im Abscheider das Entleeren des angesammelten Wassers. Falls die Pumpe nicht läuft, fließt das Wasser lediglich aufgrund der Schwerkraftwir­ kung aus.

Der Abscheider mit automatischer Wasserentleerung, den der Anmelder kennt, kann nicht auf der Ansaugseite der Pumpe verwendet werden, weil, falls sich der Abflußauslaß bei laufender Pumpe öffnet, das Wasser nicht entleert wird, sondern Luft angesaugt wird. Luft und wahrschein­ lich auch mitgeführtes Wasser erreichen folglich den Motor, der dadurch möglicherweise beschädigt wird, jedoch sicherlich einen ungleichmäßigen Lauf oder einen Motor­ stillstand hervorruft.

In Anordnungen mit einer Hebepumpe ist es möglich, auf der Förderseite oder auf der Saugseite der Pumpe manuell abzulassende Abscheider zu verwenden. In anderen Anord­ nungen sind keine Hebepumpen und folglich keine Druck­ seite vorhanden, an welcher ein Abscheider angeordnet werden kann.

Selbst wenn ein Abscheider an der Förderseite angeordnet werden kann und folglich eine automatische Wasserentlee­ rung besitzt, besteht das Problem, daß dann, wenn der Kraftstoff Wasser enthält, das Gemisch in der Pumpe in eine Emulsion überführt wird. Wenn sich die Emulsion anschließend durch den Abscheider bewegt, ist die Ab­ scheidung von Wasser vom Kraftstoff wegen des physikali­ schen Zustands der Flüssigkeiten weniger effizient.

Aus all diesen Gründen sind Abscheider üblich, die an der Saugseite der Pumpe angebracht sind und daher ohne weite­ res angebracht werden können. Wie oben erläutert, können bekannte Abscheider auf der Saugseite keine automatische Entleerung des angesammelten Wassers aufweisen. Ein Abscheider, der auf der Saugseite der Kraftstoffpumpe arbeiten kann und eine Einrichtung zum automatischen Entleeren von angesammeltem Wasser besäße, weist eine Reihe von Vorteilen gegenüber einem Abscheider ohne eine solche Anlage auf. Ein solcher Vorteil besteht darin, daß er durch das automatische Ableiten des Wassers der Bedie­ nungsperson des Motors jegliche Verantwortung abnimmt. Falls diese vergißt, die bekannten Abscheider zu entlee­ ren, kann das Wasser bis zum Motor transportiert werden. Eine Einheit, die automatisch entleert, verhindert dieses Ereignis selbst bei einer vergeßlichen Bedienungsperson. Ferner erfolgt die Abscheidung vor der Hebepumpe (falls eine solche vorhanden ist), so daß die Überführung des Kraftstoff/Wasser-Gemischs in eine Emulsion an der Pumpe vermieden wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abscheider zum Abscheiden einer schwereren Flüssig­ keit von einer leichteren Flüssigkeit zu schaffen, der bei einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks arbeitet, der auf der Saugseite einer Pumpe angeordnet ist und der eine Einrichtung zum automatischen Entleeren der angesam­ melten schwereren Flüssigkeit enthält.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Abscheider, der die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gerichtet.

In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich das Element der Schwimmerstruktur, das die Verschlußeinrich­ tung in einer den zweiten Auslaß verschließenden Stellung hält, in einer Röhre, wobei die Auftrefffläche dieses Elements kleiner als die Querschnittsfläche des Rohrs Ist, so daß sich die Flüssigkeit durch das Rohr bewegen kann, indem es entlang der Umfangsfläche des Elements strömt.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, die auf die beigefüg­ ten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine Kombination aus einem Abscheider und einem Speichertank; und

Fig. 2 eine weitere Form eines Abscheiders.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Der Abscheider ist mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet, während der Speichertank mit dem Bezugszeichen 12 bezeichnet ist. Der Abscheider und der Tank sind durch eine Hauptströmungs­ leitung in Form eines Rohrs 14 verbunden, dessen Einlaß sich in der Nähe des Bodens des Tanks 12 befindet und dessen Auslaß sich am Einlaß 16 des Gehäuses 18 des Abscheiders 10 befindet.

Der Einlaß 16 des Abscheiders 10 enthält eine Röhre 20, die in das Gehäuse 18 vorsteht. In der Röhre 20 befindet sich eine Drosselstruktur 22 mit versetzten Plattenrei­ hen. Das Gehäuse 18 besitzt in der Nähe seines oberen Endes einen Auslaß 24 für die leichtere Flüssigkeit sowie an seinem unteren Ende einen Auslaß 26 für die schwerere Flüssigkeit. Die Saugseite der (nicht gezeigten) Pumpe ist mit dem Auslaß 24 verbunden. Wie bekannt erzeugen einige Pumpen (wie etwa Membranpumpen) eine pulsierende Strömung. Die Funktion der Drosselstruktur besteht darin, die Strömung durch die Röhre 20 gleichmäßig zu machen.

Das Bezugszeichen 28 bezeichnet eine Schwimmerstruktur, die einen Schwimmer 30 enthält, der auf der schwereren Flüssigkeit (mit L1 bezeichnet) schwimmt, jedoch in der leichteren Flüssigkeit (mit L2 bezeichnet) absinkt. Es wird darauf hingewiesen, daß sich die schwerere Flüssig­ keit L1 am unteren Ende des Gehäuses 18 ansammelt und die leichtere Flüssigkeit L2 auf ihr schwimmt. Der Schwimmer 30 ist mittels eines Elements 32 mit einem Element 34 verbunden, das sich in der Röhre 20 befindet. Das Element 34 besitzt eine Fläche 36, die der Drosselstruktur 22 zugewandt ist. Die in das Gehäuse 18 strömende Flüssig­ keit trifft daher auf die Fläche 36 auf und schiebt das Element 34 nach unten. Es ist eine gleichmäßige Strömung durch die Röhre 20 notwendig, um zu verhindern, daß das Element 34 durch die strömende Flüssigkeit oszilliert. Das Element 34 besitzt einen kleineren Durchmesser als die Röhre 20, so daß die Flüssigkeit um die Umfangsfläche des Elements 34 strömen kann. Weiterhin kann das Element 34 Löcher H aufweisen, damit die Flüssigkeit durch das Element 34 strömen kann. Falls Löcher vorgesehen sind, kann das Element 34 eng in die Röhre 20 eingepaßt sein. Im Gehäuse 18 befindet sich ein Untergehäuse 38. Eine Führungsstange 40 erstreckt sich vom Schwimmer 30 nach unten in das Untergehäuse 38 und stellt sicher, daß sich der Schwimmer 30 auf einer im wesentlichen vertikalen Linie bewegt.

Der Auslaß 26 steht durch einen Kanal 42 mit dem Innen­ raum des Untergehäuses 38 in Verbindung. Ein Ventilsitz 44 umgibt den Einlaß in den Kanal 42, wobei eine Ver­ schlußeinrichtung in Form eines Ventilverschlußelements 46 mit dem Sitz 44 zusammenwirkt. Am Ventilverschlußele­ ment 46 ist ein Stift 48 befestigt, der sich durch die obere Wand des Untergehäuses 38 nach oben erstreckt. Die Führungsstange 40 und der Stift 48 sind mit einem Quer­ trägerelement 50 verbunden. Genauer ist das Element 50 mit der Stange 40 verbunden, so daß ihr linkes Ende (Fig. 1) die Stange 40 anhebt und absenkt. Zwischen der Stange 40 und dem Element 50 ist eine gewisse Gleitwir­ kung zugelassen, so daß die Stange 40 durch das Element 50 nicht aus ihrer vertikalen Linie gezogen wird, wenn das Element 50 eine Schwenkbewegung ausführt. An dem von der Stange 40 entfernten Ende ist das Element 50 am Untergehäuse 38 angelenkt.

Das Element 50 verläuft durch ein Querloch mit Übergröße Im Stift 48. Das Element 50 verschiebt daher den Stift 48 vertikal, wenn es nach oben oder nach unten bewegt wird, wobei das geringe Spiel der Bewegung des Elements 50 im Loch des Stifts 48 verhindert, daß das schwenkende Ele­ ment 50 den Stift 48 aus seiner vertikalen Linie zieht. Das Element 50 schafft einen mechanischen Vorteil, der­ art, daß auf den Stift 48 und auf das Element 46 eine Kraft wirkt, die ausreicht, das Element 46 deutlich vom Sitz 44 hochzuheben, wenn sich das Ventil öffnet, und das Element 46 gegen den Sitz zu halten, wenn das Ventil geschlossen ist.

Eine Nebenströmungsleitung in Form eines Rohrs 42 führt vom Boden des Tanks 12 zum Boden des Abscheiders 10. Das Rohr 52 kann stets geöffnet sein, alternativ kann ein Ventil 54 vorgesehen sein, das entweder manuell oder automatisch geöffnet werden kann, wenn der Pegel der schweren Flüssigkeit, die sich im Tank 12 angesammelt hat, einen vorgegebenen Pegel übersteigt.

Der Auslaß aus dem Rohr 52 befindet sich über dem Pegel der Grenzfläche I zwischen der schweren Flüssigkeit L1 und der leichteren Flüssigkeit L2 und unterhalb einer Drossel 56.

Der Tank 12 enthält normalerweise Kraftstoff, wobei wie erwähnt wohlbekannt ist, daß der Kraftstoff mit Wasser verunreinigt wird. Da das spezifische Gewicht von Wasser größer als dasjenige des Kraftstoffs ist, neigen die zwei Flüssigkeiten zu einer gegenseitigen Trennung, wobei der Kraftstoff bestrebt ist, auf dem Wasser zu schwimmen. Der Auslaß 24 ist mit einer (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpe verbunden, die Kraftstoff zum Motor fördert, der den im Tank 12 gespeicherten Kraftstoff verwendet.

Unter der Annahme, daß die Kraftstoffpumpe ausgeschaltet ist, ist der Druck im Gehäuse 18 abhängig von der Diffe­ renz zwischen dem Pegel im Tank und dem Pegel der Grenz­ fläche I gleich oder größer als der Atmosphärendruck. Falls im unteren Teil des Gehäuses 18 ausreichend viel Wasser angesammelt worden ist, wird der Schwimmer 30 angehoben, wobei er die Stange 40 und den Stift 48 nach oben mitnimmt. Das Ventilverschlußelement 46 hebt sich somit vom Sitz 44 ab, so daß Wasser durch den Auslaß 26 ausströmt, bis der Schwimmer 30 in eine Position absinkt, in der das Element 46 wieder auf dem Ventilsitz 40 auf­ legt.

Wenn die Kraftstoffpumpe eingeschaltet wird, wird durch das Rohr 14, den Einlaß 16, die Röhre 20, den Innenraum des Gehäuses 18 und dann durch den Auslaß 24 Kraftstoff angesaugt. Da der Abscheider 10 mit der Saugseite der Pumpe verbunden ist, fällt der Druck im Gehäuse 18 auf einen Druck unterhalb des Atmosphärendrucks ab. Das Hochheben des Ventilverschlußelements 46 hätte unter diesen Umständen zur Folge, daß Luft in den Einlaß 26 gesaugt und zum Motor gefördert würde, was eine Verarmung des Kraftstoffs und einen möglichen Motorstillstand zur Folge hätte. Das Element 46 kann jedoch nicht hochgehoben werden, da der strömende Kraftstoff auf die obere Fläche 36 des Elements 34 auftrifft, wodurch das Element 32 und der Schwimmer 30 nach unten geschoben werden, so daß das Element 46 gegen den Sitz 44 gehalten wird. Wenn der Motor läuft, sammelt sich daher Wasser im unteren Teil des Gehäuses 18 an. Somit wirkt auf den Schwimmer 30 eine nach oben gerichtete Kraft, die jedoch von der nach unten gerichteten Kraft, die auf das Element 34 wirkt, über­ troffen wird. Der Schwimmer 30 bleibt daher in seiner untersten Position, so daß der Auslaß 26 verschlossen bleibt. Sobald der Motor ausgeschaltet wird, wird das Element 34 von der nach unten gerichteten Kraft entla­ stet, so daß sich der Schwimmer 30 nach oben bewegt, um das Wasser aus dem Gehäuse 18 auszulassen.

Die Kapazität des Gehäuses 18 ist so bemessen, daß wäh­ rend des Normalbetriebs die Menge des sich ansammelnden Wassers niemals so groß wird, daß sie aus dem Auslaß 24 gefördert wird. Da Motoren im allgemeinen mit Unterbre­ chungen laufen, tritt stets eine Entleerung des Wassers auf, bevor die Gefahr besteht, daß es in die Kraftstoff­ pumpe und somit in den Motor gefördert wird.

Die ringförmigen Spalte zwischen der oberen Wand des Untergehäuses 38 einerseits und der Führungsstange 40 und dem Stift 48 andererseits sind so bemessen, daß Wasser in das Untergehäuse 38 eindringen kann, daß jedoch feste Partikel im Kraftstoff nicht den Innenraum des Unterge­ häuses und daher den Ventilsitz 44 erreichen können. Falls sich solche Partikel zwischen dem Ventilsitz 44 und dem Ventilverschlußelement 46 ansammeln würden, könnten sie den korrekten Verschluß des Auslasses 26 verhindern.

In Fig. 2 ist ein Abscheider gezeigt, der in der gleichen Weise wie der Abscheider 10 arbeitet, jedoch eine Membran 58 enthält, deren obere Fläche dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist und deren untere Fläche dem Druck im Abscheidergehäuse 60 ausgesetzt ist. Es wird darauf hingewiesen, daß der Einlaß 62 in das Gehäuse 60 in einer Seitenwand vorgesehen ist, der Kraftstoffauslaß 64 in der oberen Wand vorgesehen ist und der Wasserentleerungsaus­ laß 66 in der Unterseite vorgesehen ist. Über dem Einlaß 62 ist eine Ablenkplatte 68 angeordnet, die die ankom­ mende Flüssigkeit nach unten zum Boden des Gehäuses 60 ablenkt.

Ein Element 70, das zum Element 33 äquivalent ist, und mit einem Schwimmer 72 verbunden ist, befindet sich an der Unterseite der Membran 58, ist jedoch mit dieser nicht verbunden. Die übrige Struktur im Nebengehäuse 74 ist die gleiche wie oben in Verbindung mit Fig. 1 be­ schrieben. Die Schwimmerstruktur von Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen 73 bezeichnet.

Wenn die Kraftstoffpumpe läuft, liegt der Druck im Ge­ häuse 60 unterhalb des Atmosphärendrucks, wobei der auf die obere Fläche der Membran 58 wirkende Atmosphärendruck das Element 70 und daher den Schwimmer 72 in ihren unter­ sten Stellungen hält. Das Ventilverschlußelement bleibt daher auf dem Ventilsitz. Wenn der Motor ausgeschaltet wird, steigt der Druck im Gehäuse 60 auf Atmosphärendruck an, so daß sich die Membran 58 abflacht. Die nach unten gerichtete Kraft, die auf das Element 70 und den Schwim­ mer 72 ausgeübt wurde, wird daher entlastet, wobei dann, wenn sich im unteren Teil des Gehäuses 60 Wasser in einem ausreichenden Volumen zum Anheben des Schwimmers 72 angesammelt hat, der Schwimmer 72 in diesem Zeitpunkt hochgehoben wird und ein Ausfließen des Wassers aus dem Abscheider ermöglicht. Selbstverständlich bewegt sich der Schwimmer dann, wenn das Wasser ausgelassen worden ist, erneut nach unten, um den Auslaß zu verschließen. Die Tatsache, daß das Element 70 und die Membran 58 nicht miteinander verbunden sind, bewirkt, daß die Membran diese Abwärtsbewegung nicht begrenzt. Die Funktion der Membran 58 besteht daher einfach darin, daß der Schwimmer bei einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks im Ge­ häuse 60 nicht angehoben werden kann.

Claims (7)

1. Abscheider zum Abscheiden einer schwereren Flüs­ sigkeit von einer leichteren Flüssigkeit, die auf der schwereren Flüssigkeit schwimmt, mit
einem Gehäuse (18), das einen Einlaß (16) für ein Gemisch aus einer leichteren und einer schwereren Flüs­ sigkeit, einen ersten Auslaß (24) für die leichtere Flüssigkeit und einen zweiten Auslaß (26) für die schwe­ rere Flüssigkeit besitzt, wobei der zweite Auslaß (26) am unteren Ende des Gehäuses angeordnet ist, so daß die schwerere Flüssigkeit, die sich im unteren Teil des Gehäuses angesammelt hat, durch den zweiten Auslaß (26) ausgelassen werden kann, und
einer Schwimmerstruktur (28, 73), die einen Schwimmer (30, 72) enthält, der auf der schwereren Flüs­ sigkeit schwimmt und in der leichteren Flüssigkeit ab­ sinkt, wobei die Schwimmerstruktur (28, 73) ferner eine Verschlußeinrichtung (46) enthält, die den zweiten Auslaß (26) verschließt, bis der Schwimmer (30, 72) durch die Ansammlung der schwereren Flüssigkeit im Gehäuse (18) angehoben wird, gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (36, 34; 58, 70), die die Ver­ schlußeinrichtung (46) in eine Stellung zwingt, in der sie den Auslaß (26) für die schwerere Flüssigkeit ver­ schließt, wenn der Druck im Gehäuse (18) unterhalb des Atmosphärendrucks liegt.

2. Abscheider nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Element (34), das einen Teil der Schwimmer­ struktur (28) bildet und eine Fläche (36) aufweist, die so angeordnet ist, daß die durch den Abscheider strömende Flüssigkeit auf sie auftrifft und eine Kraft ausübt, die dem Anheben des Schwimmers (30) unter dem Einfluß einer Ansammlung der schwereren Flüssigkeit entgegenwirkt und somit die Verschlußeinrichtung (46) in der Stellung hält, in der sie den zweiten Auslaß (26) verschließt.

3. Abscheider nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Element (34) in einer Röhre (20) in der Weise angeordnet ist, daß die Fläche (36) im wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Röhre (20) orientiert ist, wobei die Röhre (20) einen Teil des Strömungswegs durch den Abscheider (10) bildet und wobei die Größe der Fläche (36) kleiner als die Querschnittsfläche der Röhre (20) ist, so daß sich das Element (34) in der Röhre (20) frei bewegen kann.

4. Abscheider nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Element (34) Löcher (H) aufweist, durch die die Flüssigkeit strömen kann.

5. Abscheider nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Röhre (20) den Einlaß (16) in das Gehäuse (18) bildet.

6. Abscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schwimmerstruktur ein Element (70) enthält, das mit dem Schwimmer (72) verbunden ist, so daß es sich mit diesem bewegt, und außerdem mit einer Membran (58) verbunden ist, die auf einer ihrer Seiten dem Atmosphä­ rendruck ausgesetzt ist und auf der anderen Seite dem Druck im Gehäuse (18) ausgesetzt ist, wobei die Membran (58) dann, wenn der Druck im Gehäuse (18) niedriger als der Atmosphärendruck ist, das Element (70) und den Schwimmer (72) in einer Stellung hält, in der die Ver­ schlußeinrichtung den Auslaß für die schwerere Flüssig­ keit verschließt.

7. Abscheider nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche in Verbindung mit einem Speichertank (12), der in Bodennähe eine schwerere Flüssigkeit sowie eine auf der schwereren Flüssigkeit schwimmende leichtere Flüssig­ keit enthält, gekennzeichnet durch
eine Hauptströmungsleitung (14) vom Tank (12) zum Einlaß des Abscheiders (10) und
eine Hilfsströmungsleitung (52) vom Boden des Tanks (12) zum Gehäuse (18) des Abscheiders (40), so daß dann, wenn der Druck im Gehäuse (18) des Abscheiders (10) unterhalb des Atmosphärendrucks liegt, Flüssigkeit vom Boden des Behälters (12) durch die Hilfsströmungsleitung (52) zum Abscheider (10) gesaugt wird, so daß vorzugs­ weise die schwerere Flüssigkeit aus dem Tank (12) in den Abscheider (10) gesaugt wird.