DE60023217T2

DE60023217T2 - Gas-Flüssigkeit Trägheits-Abscheider

Info

Publication number: DE60023217T2
Application number: DE60023217T
Authority: DE
Inventors: Christopher E. Holm
Original assignee: Fleetguard Inc
Current assignee: Cummins Filtration Inc
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2020-07-08
Also published as: EP1068890A1; EP1068890B1; AU759788B2; US6290738B1; AU4721400A; DE60023217D1; JP2001054711A; JP3787676B2

Description

Die Erfindung betrifft Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider zur Entfernung und Verschmelzung von flüssigen Partikeln aus einem Gas-Flüssigkeitsstrom, einschließlich in Abscheidern von Motorkurbelgehäuseentlüftungen, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Gas-Flüssigkeit-Trägheitsabscheider sind aus dem Stand der Technik bekannt. Flüssige Partikel werden von einem Gas-Flüssigkeitsstrom durch Beschleunigung des Stroms oder eines Aerosols auf hohe Geschwindigkeiten durch Löcher oder Düsen und durch Leiten des Stroms auf einen Prallkörper entfernt, der eine glatte, undurchlässige Prallfläche aufweist, die verursacht, daß der beschleunigte Gas-Flüssigkeitsstrom einer scharfen Richtungsänderung folgt, die die Flüssigkeitsabscheidung bewirkt. Diese Arten von Trägheitsabscheidern werden üblicherweise als Meßanordnungen verwendet, um die Konzentration und die Größenverteilung von Aerosolpartikeln zu klassifizieren und zu bestimmen. In Partikelgrößenmeßanordnungen stellt die glatte, undurchlässige Prallfläche eine scharfe Grenzgröße bereit, so daß Partikel oberhalb der Grenzgröße abgeschieden werden und solche unterhalb der Grenzgröße in dem Strom verbleiben. Solche Trägheitsabscheider wurden auch in Ölabscheidungsanwendungen für Leckgase (Blow-By-Gas) aus dem Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors verwendet.
Ein bekannter Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheider ( GB 1,109,693 B1 ) stellt eine Düse bereit, die den Gas-Flüssigkeitsstrom auf eine topfförmige Wand beschleunigt, die mit Metall oder anderen Fasern bedeckt ist. In einer anderen Ausgestaltung wird vorgeschlagen, eine Mehrzahl von Düsen bereitzustellen, die je einen Teil des Gas-Flüssigkeitsstroms auf eine korrespondierende topfförmige Wand beschleunigen. Diese topfförmigen Wände sind voneinander getrennt. Aufgrund der verschiedenen notwendigen Richtungswechsel des Gas-Flüssigkeitsstroms ist der Strömungswiderstand dieses bekannten Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheiders beträchtlich.
Der bekannte Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheider ( EP 0 314 085 A1 ), der als der nächstkommende Stand der Technik angesehen wird, wird verwendet zur Filterung von Fettpartikeln aus der Entlüftung oberhalb einer Kocheinheit. Der Gas-Flüssigkeitsstrom strömt durch ein grobes Filtersystem und dann durch ein feines Filtersystem. Das grobe Filtersystem umfaßt eine glatte, nicht poröse Prallfläche, die aus Metall, wie z.B. Aluminium hergestellt ist. Das feine Filtersystem umfaßt eine Anzahl von Filtern wie z.B. einen Ölnebel-Schlauchfilter und einen elektronischen Filter. Der bekannte Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheider zeigt eine kompakte Struktur und einen niedrigen Strömungswiderstand. Jedoch ist die Gesamtabscheidungseffizienz nicht ausreichend für alle Anwendungen.
Die Lehre der vorliegenden Patentanmeldung geht aus von dem technischen Problem, einen Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheider mit verbesserter Gesamtabscheidungseffizienz unter Beibehaltung einer kompakten Struktur und eines niedrigen Strömungswiderstandes anzugeben.
Das zuvor angegebene technische Problem hinsichtlich eines Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheiders nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 wird gelöst durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1.
Die vorliegende Erfindung stellt einen Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheider mit verbesserter Gesamtabscheidungseffizienz bereit, einschließlich für flüssige Partikel kleiner als die Grenzgröße einer glatten, nicht porösen Prallfläche. Eine rauhe, poröse Sammelfläche wird für den Aufprall verwendet, die die Abscheidung flüssiger Partikel von dem Gas-Flüssigkeitsstrom mit kleinerer Flüssigkeitspartikelgröße als bei einer glatten, nicht porösen Prallfläche verursacht und ohne die scharfe Grenzgröße der letzteren. Die Gesamtabscheidungseffizienz ist aufgrund der zusätzlichen Abscheidung der flüssigen Partikel kleiner als die Grenzgröße einer glatten, nicht porösen Prallfläche verbessert.
Die rauhe, poröse Sammelfläche verursacht sowohl die Abscheidung flüssiger Partikel aus dem Gas-Flüssigkeitsstrom als auch die Sammlung der flüssigen Partikel an der Sammelfläche. Die rauhe, poröse Sammelfläche weist eine Grenzgröße für die Partikelabscheidung auf, die nicht so scharf ist wie bei einer glatten, nicht porösen Prallfläche aber sowohl die Sammeleffizienz für Partikel kleiner als die Grenzfläche als auch eine Reduktion der Grenzgröße verbessert. Die rauhe, poröse Sammelfläche stellt vorzugsweise ein Verbindungsmaterial bereit, so daß flüssige Partikel, die einmal an der Sammelfläche eingefangen sind, mit den anderen flüssigen Partikeln an der Sammelfläche verschmelzen, und daß der beschleunigte Gasstrom und die resultierende hohe Geschwindigkeit des Gases an und in der Sammelfläche Kräfte erzeugt, die verursachen, daß eingefangene Flüssigkeit zu den äußeren Rändern der Sammelfläche wandert und den Kollektor verläßt.
Nach weiteren Gesichtspunkten der Erfindung werden verschiedene strukturelle Gehäusekombinationen und Geometrien bereitgestellt, die insbesondere gut geeignet sind für Abscheideanordnungen von Motorkurbelgehäuseentlüftungen, wenngleich auch andere Anwendungen möglich sind.
Die Zeichnungen zeigen bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung, die im folgenden als Beispiele beschrieben werden.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheiders, gestaltet in Übereinstimmung mit der Erfindung, in einer Abscheidungsanwendung für eine Motorkurbelgehäuseentlüftung,
2 ist eine Ansicht gemäß 1 und zeigt eine weitere Ausgestaltung,
3 ist eine Ansicht gemäß 1 und zeigt eine weitere Ausgestaltung,
4 ist eine Ansicht gemäß 1 und zeigt eine weitere Ausgestaltung,
5 ist eine Ansicht gemäß 1 und zeigt eine weitere Ausgestaltung,
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung.
1 zeigt einen Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheider 10 zum Entfernen und Verschmelzen flüssiger Partikel aus einem Gas-Flüssigkeitsstrom 12 und ist in einer exemplarischen Abscheidungsanordnung einer Kurbelgehäuseentlüftung eines Verbrennungsmotors 14 gezeigt. Bei einer solchen Anwendung ist es wünschenswert, die Verbrennungsleckgase (Blow-By-Gase) von dem Kurbelgehäuse 16 des Motors 14 zu lüften. Unbehandelt enthalten diese Gase Schwebstoffe in der Form von Ölnebel und Ruß. Es ist wünschenswert, die Konzentration dieser Schmutzstoffe zu kontrollieren, besonders dann, wenn die Leckgase in das Lufteinlaßsystem des Motors zurückgeführt werden, z.B. zu dem Lufteinlaßverteiler 18. Der Durchmesser der Ölnebeltröpfchen ist üblicherweise kleiner als 5 μm und infolge dessen sind diese schwer unter Verwendung konventionellen fasrigen Filtermaterials zu entfernen während gleichzeitig ein niedriger Strömungswiderstand beibehalten wird, da sich das Material sammelt und mit Öl und Schmutzstoffen gesättigt wird.
Der Abscheider 10 beinhaltet ein Gehäuse 20 mit einem Einlaß 22 zur Aufnahme der Gas-Flüssigkeitsströmung 12 von dem Motorkurbelgehäuse 16 und einen Auslaß 24 zum Ableiten einer Gasströmung 26 zu dem Lufteinlaßverteiler 18. Eine Düsenstruktur 28 in dem Gehäuse weist eine Mehrzahl von Düsen oder Löchern 30 auf, die die Gas-Flüssigkeitsströmung von dem Einlaß 22 aufnehmen und die Gas-Flüssigkeitsströmung durch die Düsen 30 beschleunigen. Ein Trägheitskollektor 32 in dem Gehäuse ist in dem Weg der beschleunigten Gas-Flüssigkeitsströmung angeordnet und bewirkt eine scharfe Richtungsänderung derselben, wie bei 36 gezeigt. Der Kollektor 32 weist eine rauhe, poröse Sammel- oder Prallfläche 34 auf, die eine Abscheidung flüssiger Partikel aus der Gas-Flüssigkeitsströmung von kleinerer Flüssigkeitspartikelgröße bewirkt als eine glatte, nicht poröse Prallfläche und ohne die scharfe Begrenzungsgröße der letzteren. Die Verwendung einer rauhen, porösen Sammelfläche ist gegensätzlich zu gewöhnlichen Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheidern, aber ist bei der vorliegenden Erfindung aus den zuvor angegebenen Gründen Absicht, wie im folgenden erklärt wird.
Die oben beschriebene rauhe poröse Sammelfläche verbessert die Gesamtabscheidungseffizienz einschließlich für flüssige Partikel kleiner als die Grenzgröße einer glatten, nicht porösen Prallfläche. Die rauhe, poröse Sammelfläche verursacht sowohl: a) eine Abscheidung flüssiger Partikel aus der Gas-Flüssigkeitsströmung, als auch b) eine Sammlung der flüssigen Partikel an der Sammelfläche. Die rauhe, poröse Sammelfläche weist eine Grenzgröße für die Partikelabscheidung auf, die nicht so scharf ist wie die einer glatten, nicht porösen Prallfläche, verbessert aber die Sammeleffizienz für Partikel kleiner als diese Grenzgröße ebenso wie eine Reduktion der Grenzgröße. Die rauhe, poröse Sammelfläche stellt ein Verbindungsmaterial bereit, so daß flüssige Partikel, die einmal an der Sammelfläche gehalten werden, mit anderen flüssigen Partikeln an der Sammelfläche verschmelzen und so daß die beschleunigte Gasströmung und die resultierende hohe Geschwindigkeit des Gases an und in der Sammelfläche Kräfte erzeugt, die verursachen, daß die eingefangene Flüssigkeit zu den äußeren Rändern der Sammelfläche wandert und aus dem Kollektor austritt. Nach der scharfen Richtungsänderung nimmt der Auslaß 24 die Gasströmung ohne die abgeschiedenen flüssigen Partikel auf, wie bei 38 gezeigt. Die Sammelfläche 34 und die Düsen 30 sind durch einen Abstand 40 getrennt, der ausreichend ist um einen übermäßigen Widerstand zu vermeiden. Das Gehäuse 20 weist einen Strömungskanal auf, der einen ersten Strömungswegabschnitt 42 für die Gas-Flüssigkeitsströmung zwischen dem Einlaß und dem Abstand 40 und einen zweiten Strömungswegabschnitt 44 für die Gasströmung zwischen dem Abstand 40 und dem Auslaß 24 umfaßt. Der Strömungsweg durch das Gehäuse 20 weist eine Richtungsänderung in dem Abstand 40 an der Sammelfläche 34 auf und eine andere Richtungsänderung in dem zweiten Strömungswegabschnitt, wie bei 46 gezeigt.
Ein Durchgangsfilter 48, 1, in dem zweiten Strömungswegabschnitt stellt einen Sicherungsfilter bereit, der flüssige Partikel, die von der Gasströmung nach der Abscheidung an dem Trägheitskollektor 32 wieder mitgerissen wurden, einfängt. Ein Abfluß 50 in dem Gehäuse leitet das abgeschiedene Fluid von dem Kollektor ab. In 1 leitet der Abfluß 50 das abgeschiedene Fluid aus dem Gehäuse 20 heraus, wie bei 52 gezeigt ist, zurück zu dem Kurbelgehäuse 16. Der Abfluß 50 ist gravitatorisch unterhalb und an der dem Durchgangsfilter 48 gegenüberliegenden Seite des Kollektors 32 angeordnet. In 1 strömt die Gasströmung 26 entlang einer vertikalen axialen Richtung. Der Filter 48 erstreckt sich entlang einer radialen, horizontalen Links-Rechts-Spanne senkrecht zu der axialen vertikalen Richtung. Die radiale horizontale Spanne des Durchgangsfilters 48 erstreckt sich über das gesamte Gehäuse und ist parallel zu der Sammelfläche 34 ausgerichtet. Die Gasströmung strömt nach der Abscheidung radial bei 36 und parallel zu der Sammelfläche 34, dreht dann um 90°, wie bei 46 gezeigt, und strömt durch den Durchgangsfilter 48 zu dem Auslaß 24, wie bei 38 gezeigt.
2 ist ähnlich zu 1 und verwendet die gleichen Bezugszeichen, wo dies angebracht ist, um das Verständnis zu vereinfachen. In 2 leitet ein Abfluß 54 abgeschiedene Flüssigkeit zurück zu dem Einlaß 22. Ein zweiter Durchgangsfilter 56 in dem Gehäuse ist gravitatorisch unterhalb und auf der dem Durchgangs filter 48 gegenüberliegenden Seite des Kollektors 32 angeordnet und filtert abgeschiedene Flüssigkeit von dem Kollektor 32. Der Abfluß 54 leitet das gefilterte Fluid durch den Durchströmungsfilter 56 zu dem Einlaß 22.
Der Abfluß 54 in 2 ist auch ein Bypassanschluß, durch den die Gas-Flüssigkeitsströmung 12 zu dem Abstand 40 strömen kann, ohne durch die Düsen 30 beschleunigt zu werden. Die Gas-Flüssigkeitsströmung vom Einlaß 22 weist folglich einen Hauptströmungsweg durch die Düsen 30 hindurch und beschleunigt durch den Abstand 40 gegen den Kollektor 32 und einen alternativen Strömungsweg durch den Filter 56 und den Bypassanschluß 54 zu dem Abstand 40 auf. Der Durchströmungsfilter 56 in dem alternativen Strömungsweg fängt und verschmelzt Flüssigkeit in der Gas-Flüssigkeitsströmung von dem Einlaß 22, um die durch den alternativen Strömungsweg hindurch am Auslaß 24 bereitgestellte Gas-Flüssigkeitsströmung von Flüssigkeit zu befreien. Der Auslaß 24 empfängt also eine Gasströmung von dem genannten Hauptströmungsweg, bei der die Flüssigkeit durch den Kollektor 32 entfernt wurde, und empfängt ferner eine Gasströmung von dem alternativen Strömungsweg, bei der die Flüssigkeit durch den Durchströmungsfilter 56 entfernt wurde. Der Einlaß 22 ist gravitatorisch unterhalb des Durchströmungsfilters 56 angeordnet. Die Flüssigkeit von der Gas-Flüssigkeitsströmung in dem alternativen Strömungsweg, entfernt durch den Durchströmungsfilter 56, fließt zu dem Einlaß 22. Der Durchströmungsfilter 56 filtert auch die Flüssigkeit, entfernt von der Gas-Flüssigkeitsströmung in dem Hauptströmungsweg durch den Kollektor 32, und leitet diese Flüssigkeit durch den Abfluß 54 und Filter 56 zurück zu dem Einlaß 22.
3 verwendet die gleichen Bezugszeichen wie zuvor, wo dies angebracht ist um das Verständnis zu vereinfachen. In 3 verläuft die axiale Strömung der Gasströmung durch das Gehäuse horizontal. Der Abfluß 58 in dem Gehäuse leitet das abgeschiedene Fluid von dem Kollektor aus dem Gehäuse heraus zurück zu dem Kurbelgehäuse 16. Der Abfluß 58 ist in dem zweiten Strömungswegabschnitt 44 angeordnet und leitet das abgeschiedene Fluid von dem Kollektor 32 durch den Durchströmungsfilter 48, so daß der letztere beides, die Gasströmung 26 und das abgeschiedene Fluid filtert. Der Abfluß 58 ist zwischen dem Durchströmungsfilter 48 und dem Auslaß 24 angeordnet und ist gravitatorisch unterhalb des Kollektors 32 und des Auslasses 24 und des Durchströmungsfilters 48 angeordnet.
4 verwendet die gleichen Bezugszeichen wie zuvor, wo dies angebracht ist, um das Verständnis zu vereinfachen. 4 zeigt eine vertikale Orientierung der Gasströmung axial durch ein Gehäuse 60 mit einem Einlaß 62 zur Aufnahme der Gas-Flüssigkeitströmung 12 und einem Auslaß 64 zum Ableiten der Gasströmung 26. Eine Düsenstruktur 66 in dem Gehäuse weist eine Mehrzahl von Düsen oder Löchern 68 auf, die die Gas-Flüssigkeitsströmung von dem Einlaß 62 aufnehmen und die Gas-Flüssigkeitsströmung radial horizontal durch die Düsen 68 und radial durch einen ringförmigen Abstand 70 beschleunigen, um dann auf einen ringförmigen Trägheitskollektor 72 aufzutreffen. Der Kollektor 72 ist in dem Weg der beschleunigten Gas-Flüssigkeitsströmung angeordnet und verursacht eine scharfe Richtungsänderung derselben und weist eine rauhe, poröse Sammelfläche 74 auf, wie zuvor erläutert. Das Gehäuse weist einen vertikalen, axialen Strömungsweg dadurch auf, einschließlich eines ersten Strömungswegsabschnitts 76 für die Gas-Flüssigkeitsströmung zwischen dem Einlaß 62 und dem Abstand 70, und einen zweiten Strömungswegabschnitt 78 für die Gasströmung zwischen dem Abstand 70 und dem Auslaß 64. Der Strömungsweg weist eine Richtungsänderung 80 in dem Abstand 70 an der Sammelfläche 74 und eine Richtungsänderung 82 in dem Strömungswegabschnitt 76 auf. Jede der Richtungsänderungen 82 und 80 beträgt 90°. Ein Durchströmungsfilter 84 in dem Strömungswegabschnitt 78 in dem Gehäuse stellt einen Sicherheitsfilter bereit, der flüssige Partikel, die von der Gasströmung nach Abscheidung an dem Trägheitskollektor 72 mitgerissen wurden, einfängt. Der Filter 84 erstreckt sich horizontal entlang einer radialen Spanne relativ zu der vertikalen axialen Richtung. Die radiale horizontale Spanne des Filters 84 erstreckt sich über das gesamte Gehäuse und ist senkrecht zu der Sammelfläche 74 ausgerichtet. Nach der Richtungsänderung 80 strömt die Gasströmung axial entlang und parallel zu der Sammelfläche 74 und strömt dann axial durch den Durchströmungsfilter 84 zu dem Auslaß 64. Ein Abfluß 86 in dem Gehäuse leitet das abgeschiedene Fluid von dem Kollektor 72 aus dem Gehäuse heraus zurück zu dem Motorkurbelgehäuse 16. Der Abfluß 86 ist gravitatorisch unterhalb und hinsichtlich des Durchströmungsfilters 84 an der gegenüberliegenden Seite des Kollektors 72 angeordnet.
5 ist ähnlich zu 4 und verwendet die gleichen Bezugszeichen, wo dies angebracht ist, um das Verständnis zu vereinfachen. In 5 leitet ein Abfluß 88 in dem Gehäuse abgeschiedenes Fluid von dem Kollektor 72 zu dem Einlaß 62. Der Abfluß 88 ist gravitatorisch unterhalb und hinsichtlich des Durchströmungsfilters 84 an der gegenüberliegenden Seite des Kollektors 72 angeordnet. Ein zweiter Durchströmungsfilter 90 in dem Gehäuse ist gravitatorisch unterhalb und hinsichtlich des Durchströmungsfilters 84 an der gegenüberliegenden Seite des Kollektors 72 angeordnet und filtert das abgeschiedene Fluid von dem Kollektor 72, abgeleitet durch den Abfluß 88, zu dem Einlaß 62. Der Abfluß ist durch eine Mehrzahl von Löchern oder Anschlüssen 88 in der Düsenstruktur 66 realisiert.
Die Anschlüsse 88 in 5 sind auch Bypassanschlüsse, durch die die Gas-Flüssigkeitsströmung 12 zu dem Abstand 70 strömen kann, ohne durch die Düsen 68 beschleunigt zu werden. Die Gas-Flüssigkeitsströmung von Einlaß 62 weist folglich einen Hauptströmungsweg durch die Düsen 68 und beschleunigt durch den Abstand 70 gegen den Kollektor 72 und einen alternativen Strömungsweg durch die Bypassanschlüsse 88 und den Filter 90 zu dem Abstand 70 auf. Der Durchströmungsfilter 90 in dem alternativen Strömungsweg fängt und verschmilzt Flüssigkeit in der Gas-Flüssigkeitsströmung, um die Flüssigkeit von der Gasströmung, die dem Auslaß 64 zugeführt wird zu entfernen. Der Auslaß 64 empfängt daher eine Gasströmung von dem Hauptströmungsweg, wobei Flüssigkeit durch den Kollektor 72 entfernt wurde, auf und empfängt eine Gasströmung von dem alternativen Strömungsweg, wobei Flüssigkeit durch den Durchströmungsfilter 90 entfernt wurde. Der Einlaß 62 ist gravitatorisch unterhalb des Durchströmungsfilters 90 angeordnet. Flüssigkeit, entfernt durch den Durchströmungsfilter 90 von der Gas-Flüssigkeitsströmung in dem alternativen Strömungsweg, fließt daher durch den Abfluß oder die Bypassanschlüsse 88 zu dem Einlaß 62. Der Durchströmungsfilter 90 filtert auch die Flüssigkeit, entfernt von der Gas-Flüssigkeitsströmung in dem Hauptströmungsweg durch den Kollektor 72, und leitet diese Flüssigkeit zurück durch den Abfluß 88 zu dem Einlaß 62.
6 zeigt einen Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheider 92 zur Entfernung und Verschmelzung flüssiger Partikel aus einer Gas-Flüssigkeitsströmung 94. Das Gehäuse 92 weist einen Einlaß 96 zur Aufnahme der Gas-Flüssigkeitsströmung 94 und einen Auslaß 98 zum Ablassen der Gasströmung 100 auf. Eine Düsenstruktur 110 in dem Gehäuse weist eine Mehrzahl von Düsen 104 auf, die die Gas-Flüssigkeitsströmung von dem Einlaß 96 empfangen und die Gas-Flüssigkeitsströmung durch die Düsen beschleunigen. Ein Trägheitskollektor 106 in dem Gehäuse in dem Weg der beschleunigten Gas-Flüssigkeitsströmung verursacht einen scharfen Richtungswechsel dieser Strömung, wie bei 108 gezeigt. Der Kollektor weist eine raube, poröse Sammelfläche 110 auf, die eine Abscheidung der flüssigen Partikel aus der Gas-Flüssigkeitsströmung verursacht. Ein Abfluß 112 in dem Gehäuse leitet das abgeschiedene Fluid von dem Kollektor zurück zu dem Kurbelgehäuse 16.
Die Düsen 104 in 6 weisen eine stromaufwärtige Eintrittsöffnung 114 und eine stromabwärtige Austrittsöffnung 116 auf. Die Eintrittsöffnung 114 ist größer als die Austrittsöffnung 116. Die Düsen weisen einen kegelstumpfförmigen Übergangsabschnitt 118 zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung auf. Der kegelstumpfförmig verjüngte Übergangsabschnitt weist ein stromaufwärtiges Ende 120 mit einem ersten Durchmesser an der Eintrittsöffnung 114 auf und weist ein stromabwärtiges Ende 122 mit einem zweiten Durchmesser kleiner als der erste Durchmesser auf. Das stromabwärtige Ende 122 des kegelstumpfförmig verjüngten Übergangsabschnitts 118 ist von der Eintrittsöffnung 116 durch einen zweiten Übergangsabschnitt 124 mit konstantem Durchmesser identisch zu dem zweiten Durchmesser beabstandet.
In einer Ausgestaltung ist die Sammelfläche 34, 1 bis 3, 74, 4 und 5, 110, 6, eine fasrige Sammelfläche umfassend eine Mehrzahl von Schichten oder Fasern. Zumindest zwei oder drei Schichten von Fasern sind wünschenswert und stellen eine verbesserte Leistung bereit. In der bevorzugten Ausgestaltung sind zumindest 100 Schichten von Fasern vorgesehen. Die Fasern weisen einen Durchmesser von wenigstens dreimal dem Durchmesser der abzuscheidenden einzufangenden flüssigen Partikel auf. In bevorzugter Form liegt der Faserdurchmesser im Bereich von 50 bis 500 μm. Für Ölnebeltröpfchen im Bereich von 0,3 μm bis 3 μm mit einem Durchschnitt von 1,7 μm wird die Partikelabscheidungseffizienz auf 85 % Masseneffizienz mit der fasrigen Sammelfläche verbessert im Vergleich zu 50 % Masseneffizienz bei einer glatten, nicht porösen Sammelfläche.
In einer anderen Ausgestaltung ist die Sammelfläche eine poröse Sammelfläche mit einer Porosität zwischen 50 % und 99,9 %. Die durchschnittliche Porengröße beträgt mindestens das fünf bis zehnfache des Durchmessers der flüssigen Partikel und vorzugsweise mindestens 25 bis 50 μm.
In einer anderen Ausgestaltung ist die Sammelfläche eine rauhe Sammelfläche mit einer Rauhigkeit gemessen als "Peak-to-Valley height" von mindestens dem zehnfachen des Durchmessers der flüssigen Partikel. Die "Peak-to-Valley height" wird gemessen parallel zu der Richtung der Gas-Flüssigkeitsströmung von den Düsen hin zu der Sammelfläche. Die "Peak-to-Valley height" beträgt vorzugsweise mindestens 10 μm.

Claims

Ein Gas-Flüssigkeits-Trägheitsabscheider (10) zur Entfernung und Verschmelzung flüssiger Partikel aus einer Gas-Flüssigkeitsströmung (12), aufweisend ein Gehäuse (20) mit einem Einlaß (22) zur Aufnahme der Gas-Flüssigkeitsströmung (12) und einem Auslaß (24) zum Ableiten einer Gasströmung (26), weiter aufweisend einen Trägheitskollektor (32) in dem Gehäuse (20), der eine Sammelfläche (34) in dem Weg der Gas-Flüssigkeitsströmung aufweist und der einen scharfen Richtungswechsel (36) derselben verursacht, wobei der Auslaß (24) die Gasströmung nach dem scharfen Richtungswechsel (36) aufnimmt, wobei das Gehäuse einen axialen Strömungsweg durch dasselbe aufweist, einschließlich eines ersten Strömungswegabschnitts (42) für die Gas-Flüssigkeitsströmung zwischen dem Einlaß (22) und einem Abstand (40) an der Sammelfläche (34) und eines zweiten Strömungswegabschnitts (44) für die Gasströmung zwischen dem Abstand (40) und dem Auslaß (24), wobei ein Durchströmungsfilter (48) in dem zweiten Strömungswegabschnitt (44) vorgesehen ist, der einen Sicherheitsfilter bereitstellt, der von der Gasströmung nach der Abscheidung an dem Trägheitskollektor (32) mitgerissene Gaspartikel einfängt und wobei der Strömungsweg genau zwei 90°-Richtungsänderungen vor dem Eintritt in den Durchströmungsfilter (48) aufweist, wobei eine erste Richtungsänderung in dem Abstand (40) an der Sammelfläche (34) und eine zweite Richtungsänderung in einem von erstem und zweitem Strömungswegabschnitt (42, 44) angeordnet ist, und wobei die Gasströmung nach den zwei Richtungsänderungen axial durch den Durchströmungsfilter (48) zu dem Auslaß (24) strömt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse eine Düsenstruktur (28) vorgesehen ist, die eine Mehrzahl von Düsen (30) aufweist, die die Gas-Flüssigkeitsströmung (12) von dem Einlaß (22) aufnehmen und die Gas-Flüssigkeitsströmung (12) durch die Düsen (30) gegen die Sammelfläche (34) beschleunigen, die Sammelfäche (34) und die Düsen (30) durch einen Abstand (40) ausreichend voneinander beabstandet sind, um einen übermäßigen Widerstand zu vermeiden, und die Sammelfläche (34) eine raube, poröse Sammelfläche ist, die eine Abscheidung flüssiger Partikel aus der Gas-Flüssigkeitsströmung (12) mit geringerer Partikelgröße als bei einer glatten, nicht porösen Prallfläche bewirkt und dies ohne die scharfe Grenzgröße für die Partikelabscheidung der letzteren und die Sammlung der flüssigen Partikel in der porösen Sammelfläche (34).
Abscheider nach Anspruch 1, umfassend einen Abfluß (50) in dem Gehäuse (20), der das von dem Kollektor (32) abgeschiedene Fluid ableitet, wobei, optional, der Abfluß das abgeschiedene Fluid aus dem Gehäuse herausleitet und/oder das abgeschiedene Fluid zu dem Einlaß (22) leitet.
Abscheider nach Anspruch 2, wobei der Abfluß (50) gravitatorisch unterhalb und hinsichtlich des Durchflußfilters (48) auf der gegenüberliegenden Seite des Kollektors (32) angeordnet ist, oder, wobei der Abfluß (50) in dem zweiten Strömungswegabschnitt (44) angeordnet ist und das abgeschiedene Fluid von dem Kollektor (32) durch den Durchströmungsfilter (48) leitet, so daß der letztere beides, die Gasströmung und das gefilterte Fluid, filtert, vorzugsweise, wobei der Abfluß (58) zwischen dem Durchströmungsfilter (48) und dem Auslaß (24) angeordnet ist und gravitatorisch unterhalb des Kollektors (32) und des Auslasses (24) und des Durchströmungsfilters (48) angeordnet ist.
Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gasströmung entlang einer axialen Richtung strömt, sich der Durchströmungsfilter (48) entlang einer radialen Spanne senkrecht zu der axialen Richtung erstreckt, die Spanne parallel zu der Sammelfläche (34) ist und die Gasströmung radial entlang und parallel zu der Sammelfläche (34) strömt und dann dreht und durch den Durchströmungsfilter (48) zu dem Auslaß (24) strömt, oder, wobei die Gasströmung entlang einer axialen Richtung strömt, sich der Durchströmungsfilter (48) entlang einer radialen Spanne senkrecht zu der axialen Richtung erstreckt, die Spanne senkrecht zu der Sammelfläche (34) ist, und die Gasströmung axial entlang und parallel zu der Sammelfläche (34) strömt und dann durch den Durchströmungsfilter (48) zu dem Auslaß (24) strömt.
Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend einen zweiten Durchströmungsfilter (56) in dem Gehäuse (20) gravitatorisch unterhalb und hinsichtlich des ersten erwähnten Durchströmungsfilters (48) auf der gegenüberliegenden Seite des Kollektors (32) angeordnet, der die von dem Kollektor (32) abgeschiedene Flüssigkeit filtert.
Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Düsenstruktur (28) einen Bypassanschluß (54) aufweist, durch den die Gas-Flüssigkeitsströmung zu dem Abstand (40) strömen kann, ohne durch die Düsen (30) beschleunigt zu sein, so daß die Gas-Flüssigkeitsströmung von dem Einlaß (22) einen Hauptströmungsweg durch die Düsen (30) und beschleunigt durch den Abstand (40) gegen den Kollektor (32) und einen alternativen Strömungsweg durch den Bypassanschluß (54) zu dem Abstand (40) aufweist, und, optional, umfassend in dem alternativen Strömungsweg einen Durchströmungsfilter (56), der die Flüssigkeit aus der Gas-Flüssigkeitsströmung einfängt und verschmelzt, um Flüssigkeit von der an dem Auslaß (24) bereitgestellten Gasströmung zu entfernen, so daß der Auslaß (24) eine Gasströmung von dem Hauptströmungsweg aufnimmt, in dem Flüssigkeit durch den Kollektor (32) entfernt wurde, und eine Gasströmung von dem alternativen Strömungsweg aufnimmt, in dem Flüssigkeit durch den Durchströmungsfilter (56) entfernt wurde, und, ferner optional, wobei der Einlaß (22) gravitatorisch unterhalb des Durchströmungsfilters (56) angeordnet ist, so daß die Flüssigkeit, die aus der Gas-Flüssigkeitsströmung in dem alternativen Strömungsweg durch den Durchströmungsfilter (56) entfernt wurde, zu dem Einlaß (22) abgeleitet wird, und so daß der Durchströmungsfilter (56) auch die Flüssigkeit, die aus der Gas-Flüssigkeitsströmung in dem Hauptströmungsweg durch den Kollektor (32) entfernt wurde, filtert und diese Flüssigkeit zurück zu dem Einlaß (22) leitet, vorzugsweise, umfassend einen Abfluß (54) in dem Gehäuse (20), der das gefilterte Fluid durch den Durchströmungsfilter (56) zu dem Einlaß (22) leitet.
Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Sammelfläche (34) eine fasrige Sammelfläche umfaßt, die eine Mehrzahl von Schichten aus Fasern umfaßt, wobei, optional, die Mehrzahl mindestens hundert Schichten beträgt, und/oder die Fasern einen Durchmesser von mindestens dem dreifachen des Durchmessers der flüssigen Partikel aufweisen, und/oder der Faserdurchmesser im Bereich von mindestens 50 bis 500 μm liegt.
Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Sammelfläche (34) eine poröse Sammelfläche mit einer Porosität zwischen 50 % und 99,9 % umfaßt, und/oder wobei die Sammelfläche (34) eine poröse Sammelfläche umfaßt, die eine durchschnittliche Porengröße von mindestens dem fünffachen des Durchmessers der flüssigen Partikel, vorzugsweise von mindestens dem zehnfachen des Durchmessers der flüssigen Partikel, aufweist, wobei, optional, die Porengröße mindestens 25 μm beträgt, vorzugsweise mindestens 50 μm, und/oder wobei die Sammelfläche (34) eine rauhe Sammelfläche umfaßt, die eine Rauhigkeit gemessen als "peak-to-valley height" von mindestens dem zehnfachen des Durchmessers der flüssigen Partikel aufweist, vorzugsweise, wobei die Rauhtiefe (peak-to-valley height) parallel zu der Richtung der Gas-Flüssigkeitsströmung von den Düsen zu der Sammelfläche gemessen wird, und vorzugsweise, wobei die Rauhtiefe mindestens 10 μm beträgt.
Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die rauhe, poröse Sammelfläche (34) ein Verschmelzmaterial umfaßt, so daß die flüssigen Partikel, wenn sie einmal an der Sammelfläche gehalten werden, mit anderen flüssigen Partikeln in der Sammelfläche (34) verschmelzen, und so daß die beschleunigte Gasströmung und die resultierende hohe Geschwindigkeit des Gases an und in der Sammelfläche (34) Zugkräfte bewirkt, ausreichend um zu verursachen, daß die gehaltene Flüssigkeit zu den äußeren Rändern der Sammelfläche (34) wandert und den Kollektor verläßt.
Abscheider nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Düsen (30) eine stromaufwärtige Eintrittsöffnung und eine stromabwärtige Austrittsöffnung aufweisen, wobei die Eintrittsöffnung größer als die Austrittsöffnung ist, und, vorzugsweise, die Düsen (30) einen kegelstumpfförmig verjüngten Übergangsabschnitt zwischen der Eintrittsöffnung und der Austrittsöffnung aufweisen, und, ferner vorzugsweise, der kegelstumfförmig verjüngte Übergangsabschnitt ein stromaufwärtiges Ende mit einem ersten Durchmesser an der Eintrittsöffnung aufweist und ein stromabwärtiges Ende mit einem zweiten Durchmesser aufweist, der zweite Durchmesser kleiner als der erste Durchmesser ist, und wobei das stromabwärtige Ende des kegelstumpfförmig verjüngten Übergangsabschnitts von der Austrittsöffnung durch einen zweiten Übergangsabschnitt mit konstantem Durchmesser gleich dem zweiten Durchmesser beabstandet ist.