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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Gas-Flüssigkeitsabscheider, um eine
Flüssigkeit,
wie z.B. Feuchtigkeit, die in einem Gas enthalten ist, mit Druckluft
zu entfernen.
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Technischer
Hintergrund
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Als
ein Gas-Flüssigkeitsabscheider
ist herkömmlicherweise
ein Luftentfeuchter mit einem Kühlmittel,
wie z.B. Chlor-Fluor-Kohlenwasserstoffe,
bekannt. In dem Luftentfeuchter wird Druckluft durch ein Kühlmittel
gekühlt,
um Wasserdampf in der Luft zu kondensieren, um den Dampf zu entfernen.
Ein solcher Luftentfeuchter verursacht aufgrund der Verwendung eines
Kühlmittels,
wie z.B. Chlorfluorkohlenwasserstoffe, Umweltprobleme und erfordert
auch zusätzliche
Einrichtungen, wie z.B. einen Kompressor oder einen Kondensator
zum Komprimieren des Kühlmittels
und einen Wärmetauscher
zum Kühlen der
Druckluft. Ein weiteres Problem besteht darin, dass die laufenden
Kosten relativ hoch sind, weil eine Stromquelle zum Betreiben dieser
Einrichtungen notwendig ist.
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In
einem weiteren bekannten Entfeuchter wird Feuchtigkeit in Druckluft
entfernt, indem die Druckluft durch einen Filter, der in einem Entfeuchtergehäuse vorgesehen
ist, geleitet wird. Dieser Entfeuchter weist ein Problem auf, dass
die Feuchtigkeit, die sich im Filter aufgrund der durch den Filter
geleiteten Druckluft abgesetzt hat, durch die Rückseite des Filters austritt,
was dazu führt,
dass die entfeuchtete Druckluft wieder befeuchtet wird, wenn der
Filter während
der Benutzung feucht wird. Wenn der Filter mit Feuchtigkeit gesättigt ist,
ist ein solches Problem ernsthafter und der Entfeuchtungseffekt
wird so reduziert, dass der Filter gereinigt und von Zeit zu Zeit ausgetauscht
werden muss.
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Um
die oben beschriebenen Probleme zu lösen, hat der Erfinder einen
Entfeuchter für
Druckluft in der japanischen ungeprüften Patentoffenlegungsschrift
Nr. Hei 8-290028 vorgeschlagen. Der vorgeschlagene Entfeuchter umfasst
eine Lufteinlassleitung und eine Auslassleitung, die an dem unteren bzw.
oberen Teil einer Seitenfläche
eines zylindrischen Gehäuses
mit einem darin befindlichen Hohlraum, einer Kollisionsfläche, die
an einer Position vor der Einlassleitung für die Kollision von Luft angeordnet
ist, und ein Führungsteil
vorgesehen, um den Luftstrom, der auf die Kollisionsfläche geprallt
ist, zu ändern.
Weiterhin ist eine konische Auffangplatte mit einer Öffnung,
die in ihrer Mitte angeordnet ist, in dem Hohlraum angeordnet, und
eine Barrierenplatte mit darin befindlichen Luftdurchlasslöchern ist über der Auffangplatte
vorgesehen.
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Gemäß dem vorgeschlagenen
Entfeuchter prallt Druckluft, die in den Hohlraum durch die Einlassleitung
geleitet wird, kraftvoll auf die Kollisionsfläche, wodurch Feuchtigkeit,
die in der Druckluft enthalten ist, zu Wassertropfen gewandelt wird.
Auch wird die Richtung der Luft im Wesentlichen in einem rechten
Winkel abgelenkt, so dass die Luft in den Hohlraum gelangt und einer
Innenfläche
des Hohlraums folgt. Die entspannte Luft wird in Feuchtigkeit mit
einem großen
spezifischen Gewicht und Luft mit einem geringen spezifischen Gewicht
aufgrund der Zentrifugalkraft beim Verwirbeln getrennt. Die abgetrennte
Feuchtigkeit wird abgeschieden und durch einen Abfluss aufgenommen
und nur die entfeuchtete Luft wird durch die Auslassleitung abgeführt. Somit kann
der vorgeschlagene Entfeuchter effizient Feuchtigkeit in Luft entfernen,
ohne die herkömmlich verwendeten
Einrichtungen zu verwenden, wie z.B. einen Kompressor und ähnliches
zum Erzeugen von Leistung oder einen Luftfilter, der ausgetauscht
werden muss.
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Weiterhin
offenbart die Druckschrift WO-A-96274273 einen mechanischen Flüssigkeitsabscheider,
der einen Innenraum definiert, um ein eingebrachtes Medium aus einem
Flüssigkeitsstrom zentrifugal
zu trennen. Der mechanische Flüssigkeitsabscheider
weist einen Flüssigkeitseinlass
auf, der den Innenraum mit der Quelle für die mit einem Stoff versetzte
Flüssigkeit
verbindet. Ein konischförmiges
Element, der in dem mechanischen Flüssigkeitsabscheider angeordnet
ist, definiert eine konische Fläche
mit einer konkaven Seite und einer konvexen Seite.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Effizienz der Gas-Flüssigkeitsabscheidung
von bekannten Gas-Flüssigkeitsabscheidern
zu erhöhen.
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Zusammenfassung der Erfindung:
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung ist ein Gas-Flüssigkeitsabscheider
gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 vorgesehen. Andere Aspekte sind in den abhängigen Ansprüchen, der
nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen angegeben.
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Das
zugrundeliegende Prinzip eines Entfeuchters, der in der oben genannten
japanischen ungeprüften
Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 8-290028 vorgeschlagen ist, besteht
darin, Gas, das Feuchtigkeit enthält, kraftvoll mit der Kollisionsfläche zu kollidieren,
um die Feuchtigkeit in Wassertropfen zu wandeln und das Gas mit
einer hohen Geschwindigkeit zu verwirbeln, um es zentrifugal in
Gas und Flüssigkeit
zu trennen. Um einen Betriebseffekt des vorgeschlagenen Entfeuchters
zu verbessern ist es daher wichtig, das eingebrachte Gas mit einer
höheren
Geschwindigkeit in dem zylindrischen Körper zu verwirbeln, und den
Energieverlust durch den Aufprall des eingebrachten Gases auf die
Kollisionsfläche
zu verringern und die Zeit zu verlängern, die das eingebrachte
Gas in dem zylindrischen Gehäuse
verbleibt, bis die gewünschte
zentrifugale Trennung in dem zylindrischen Körper sichergestellt ist.
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Insbesondere
stellt die vorliegende Erfindung einen Gas-Flüssigkeitsabscheider
zur Verfügung,
wobei ein Gaseinlassanschluss in der Seitenfläche eines zylindrischen Behälters, der
einen darin befindlichen Hohlraum aufweist, vorgesehen ist, wobei
ein Auslassanschluss zum Abführen
des Gases nach der Gas-Flüssigkeitsabscheidung
an der Oberseite des zylindrischen Behälters vorgesehen ist, wobei
eine Kollisionsfläche,
mit der das Gas, das durch den Gaseinlassanschluss zugeführt wird,
kollidiert, und ein Führungsteil
zum Ändern
der Flussrichtung des Gases nach der Kollision, so dass es entlang
einer Innenwandfläche
des zylindrischen Behälters
in einer Umfangsrichtung strömt,
in dem zylindrischen Behälter
an einer dem Gaseinlassanschluss gegenüberliegenden Stelle vorgesehen
sind, wobei eine Auffangplatte mit einer im wesentlichen konischen
Form und mit einer Öffnung,
die in ihrer Mitte angeordnet ist, in einem oberen Teil des Hohlraumes
mit einem hervorstehenden Mittelteil, der nach unten gerichtet ist,
um den Hohlraum in einen oberen und unteren Hohlraum zu unterteilen,
vorgesehen ist, wobei der obere Hohlraum, der durch die Auffangplatte
unterteilt ist, mit dem Auslassanschluss verbunden ist, und wobei
eine Unterteilung, die mindestens ein Entlüftungsloch aufweist und den
oberen Hohlraum unterteilt, über
der Auffangplatte gegenüberliegend
angeordnet ist, wobei die Kollisionsfläche gekrümmt ist, um einer Innenwandfläche des
zylindrischen Behälters
zu folgen oder geneigt ist, um so einen Strömungskanal in strömungsabwärtiger Richtung
zu erweitern.
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Der
Mechanismus, der beschreibt, wie Druckluft, die eine Flüssigkeit
enthält,
beim Aufprallen auf eine Kollisionsfläche die Flüssigkeit, die in dem Gas enthalten
ist, in Form von Tröpfen
kondensiert wird, ist bis jetzt nicht vollständig verstanden worden. Es
bestehen jedoch folgende Zusammenhänge. Wenn Gas mit einer nebelartigen
Flüssigkeit auf
eine Kollisionsfläche
prallt, ändert
das Gas schnell seine Richtung und wird dann aus einem Auslass abgeführt, wobei
die Richtung der Flüssigkeit nicht
schnell geändert
werden kann, und mit einer langsameren Geschwindigkeit als das Gas
strömt,
so dass die Flüssigkeit
in der Nähe
der Kollisionsfläche für einen
Augenblick still steht. Ein darauf folgendes nebelartiges Flüssigkeitsteilchen
verbindet sich mit dem stillstehenden nebelartigen Flüssigkeitsteilchen und
als Ergebnis des sich wiederholenden obigen Prozesses werden die
nebelartigen Flüssigkeitsteilchen
schließlich
in die Form eines Tröpfchens
gebracht.
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Demgemäß ist es
notwendig, Gas, das eine Flüssigkeit
enthält,
auf eine Kollisionsfläche
mit einer geeigneten Energie aufprallen zu lassen. In dem Entfeuchter,
der in der japanischen ungeprüften
Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 8- 290028 vorgeschlagen wurde, wird der
Energieverlust durch die Änderung der
Strömungsrichtung
des Gases nach dem Aufprallen groß, da das zugeführte Gas
auf die Kollisionsfläche
fast rechtwinklig auftrifft und somit kann die Verwirbelungskraft
für das
Gas nicht ausreichend sein. Daher ist die Gas-Flüssigkeitsabscheidung
durch die Zentrifugalkraft mit Hilfe eines Unterschieds des spezifischen
Gewichts begrenzt.
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Bei
der vorliegenden Erfindung wird das obige Problem gelöst, indem
eine Kollisionsfläche
gebildet wird, die eine gekrümmte
Form aufweist, die einer Innenwandfläche des zylindrischen Behälters folgt oder
die so geneigt ist, um einen Strömungskanal
in Richtung der strömungsabwärtigen Seite
zu erweitern. Hierin bedeutet der Ausdruck „gekrümmte Form, die einer Innenwandfläche des
zylindrischen Behälters
folgt" eine Form,
die es dem Gas, das von dem Führungsteil
in die Nähe
der Innenwandfläche des
zylindrischen Behälters
entlassen wird, erlaubt, zu strömen
ohne an die Wand des zylindrischen Behälters aufzutreffen und entlang
seiner Innenwandfläche
zu wirbeln.
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Im
Falle der Neigung der Kollisionsfläche muss die Neigung sowohl
die Anforderungen erfüllen,
dass die Trennung in Gas und Flüssigkeit
nach dem Aufprallen ermöglicht
wird als auch die Anforderung, dass der Energieverlust reduziert
wird, der verursacht wird, wenn die Strömungsrichtung des Gases nach
dem Aufprallen geändert
wird. Daher ist die Kollisionsfläche
um 1 bis 5° geneigt,
insbesondere um 1 bis 3° mit
Bezug auf die Ebene, die rechtwinklig zu der Einlassrichtung des
Gases verläuft.
Wenn der Neigungswinkel zu klein ist, wäre der Energieverlust zu klein,
aber die Effizienz der Kondensation, d.h. die Trennung in Gas und
Flüssigkeit,
reduziert. Daher ist es wünschenswert,
dass der Neigungswinkel so eingestellt wird, dass er in den oben
genannten Bereich fällt.
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Der
Betrieb des so aufgebauten Gas-Flüssigkeitsabscheiders wird nun
in Verbindung mit einem Beispiel für das Entfernen von Feuchtigkeit
in Luft beschrieben. Wenn Druckluft, die Feuchtigkeit enthält, durch
den Gaseinlassanschluss bei einem Druck von mehreren bis mehreren
zehn Atmosphären
eingelassen wird, strömt
die Luft durch den Gaseinlassanschluss in den Behälter mit
einer hohen Geschwindigkeit und prallt dann auf die Kollisionsfläche, die
an einer dem Gaseinlassanschluss gegenüberliegenden Position vorgesehen
ist. Danach ändert sich
die Strömungsrichtung
der Luft und folgt der Innenwandfläche des Behälters, während sie durch das Führungsteil
geführt
wird, und wird in den zylindrischen Behälter von dem strömungsabwärtigen Ende
des Führungsteils
eingeblasen.
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Wie
zuvor erwähnt,
verbindet sich ein vorangehendes nebelartiges Wasserteilchen mit
einem nachfolgenden nebelartigen Wasserteilchen, um Wassertropfen
zu bilden, wenn die Feuchtigkeit enthaltende Luft kraftvoll auf
die Kollisionsfläche
aufprallt. Zusätzlich,
da sich die Richtung der Strömung der
Druckluft ändert
und einer Innenwandfläche
des Behälters
folgt, unmittelbar nachdem die Luft durch den Gaseinlassanschluss
eingeblasen worden ist, werden die Wassertropfen von der Luft mit
Hilfe einer Zentrifugalkraft aufgrund eines Unterschieds des spezifischen
Gewichts getrennt. Die Feuchtigkeit in der Luft wird so abgeschieden.
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Die
Luft und die Feuchtigkeit, die in den zylindrischen Behälter von
dem strömungsabwärtigen Ende
des Führungsteils
einströmt,
steigt in Richtung des Auslassanschlusses an, während sie in einer spiralförmigen Strömung bei
einer Umfangsgeschwindigkeit gemäß der Krümmung der
Innenumfangsfläche
des zylindrischen Behälters
gewirbelt wird. Nach dem Ansteigen, während sie in einer spiralförmigen Strömung verwirbelt
wird, wird die Luft mit der Feuchtigkeit durch die konische Auffangplatte
blockiert, die in dem oberen Teil des Hohlraumes vorgesehen ist, wonach
sie entlang der Unterseite der konischen Auffangplatte absinkt.
Die in Wassertropfen gewandelte Feuchtigkeit fällt dann aufgrund der Schwerkraft
in einen Abfluss, der an der Unterseite des zylindrischen Behälters angeordnet
ist.
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Andererseits
steigt die Luft, aus der die Feuchtigkeit abgeschieden wurde, nach
und nach zu einer zentralen Öffnung
der konischen Auffangplatte an, während sie von oben angesaugt
wird, und wird durch den Hohlraum und den Auslassanschluss an eine
Luftaufnahmeeinrichtung oder dergleichen, die mit dem Auslassanschluss
verbunden ist, abgeführt. In
der vorliegenden Erfindung ist die Unterteilung, die mindestens
ein Entlüftungsloch
aufweist und der obere Hohlraum unterteilt, über der Auffangplatte und dieser
gegenüberliegend
angeordnet, so dass die Luft, die durch die zentrale Öffnung der
konischen Auffangplatte strömt,
nicht direkt zu dem Auslassanschluss strömt. Bei dieser Anordnung ist
es möglich, dass
die Luft länger
in dem zylindrischen Behälter verbleibt,
um sicherzustellen, dass das Gas zur Gas-Flüssigkeitsabscheidung durch
Zentrifugalkraft vor dem Weiterleiten an den Auslassanschluss verbleibt.
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Somit
wird in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider
der vorliegenden Erfindung Feuchtigkeit mit einem relativ großen spezifischen
Gewicht aus Luft in dem zylindrischen Behälter aufgrund der Zentrifugalkraft
abgeschieden. Die abgeschiedene Feuchtigkeit wird nach dem Auftreffen
auf die Innenwandfläche des
zylindrischen Behälters
oder teilweise an der Unterseite der konischen Auffangplatte in
Wassertropfen umgewandelt. Dann laufen die Wassertropfen hinunter
und werden gesammelt und durch den Abfluss aufgefangen, der an der
Unterseite des zylindrischen Behälters
vorgesehen ist.
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Zusätzlich zum
obigen Aufbau des Gas-Flüssigkeitsabscheiders
der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass ein gekrümmtes Element
mit mindestens einem Entlüftungsloch
und einer Kugelinnenfläche
zwischen der konischen Auffangplatte und der Unterteilung über der
zentralen Öffnung
der konischen Auffangplatte angeordnet werden sollte, um einen abgetrennten
kleinen Raum zwischen dem kurvenförmigen Element und einer Oberseite
der Auffangplatte zu bilden.
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Durch
Vorsehen des gekrümmten
Elements mit der Kugelinnenfläche,
die den kleinen Hohlraum bildet, wird der Flüssigkeitsbestandteil, der nicht durch
die konische Auffangplatte aufgenommen wurde, aufgefangen und in
Tröpfchen
durch die Innenfläche
des gekrümmten
Elements gewandelt. Diese Tröpfchen
fallen herunter auf die Unterseite des zylindrischen Behälters durch
die zentrale Öffnung
der konischen Auffangplatte und werden dann durch den Abfluss aufgenommen.
Der Grund, warum das gekrümmte
Element mit einer gekrümmten
Innenfläche gebildet
wird, besteht darin, dass es den Tröpfchen, die an der Innenfläche des
gekrümmten
Elements abgeschieden sind, ermöglicht,
einfacher herunterzufallen.
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Wenn
zu viel Gas aus dem Gas-Flüssigkeitsabscheider
abgegeben wird, wird das Gas nach der Gas-Flüssigkeitsabscheidung von der
Flüssigkeit
in den zylindrischen Behälter
aufgrund einer starken Gasströmung
begleitet. Es ist daher notwendig, die Menge des ausströmenden Gases
zu bestimmen, um einen solchen Nachteil zu vermeiden. Wenn nur eine
Ventilöffnung
in dem gekrümmten
Element gebildet ist, kann die Menge des ausgestoßenen Gases einfacher
gesteuert werden.
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Wenn
das Entlüftungsloch,
das in dem gekrümmten
Element gebildet ist, und das Entlüftungsloch, das in der Unterteilung
gebildet ist, zu nahe beieinander liegen, würde das Gas, das durch das
Entlüftungsloch
des gekrümmten
Elementes ausströmt, direkt
durch das Entlüftungsloch
der Unterteilung strömen,
und das Gas wird manchmal von Flüssigkeit – wie oben
beschrieben – begleitet.
Indem das Entlüftungsloch
des gekrümmten
Elements und das Entlüftungsloch
der Unterteilung in um 180° gegenüberliegenden
Positionen um die Mitte des gekrümmten Elementes
angeordnet werden, kann das Entlüftungsloch
jedes Elementes maximal voneinander entfernt angeordnet sein, wodurch
das Gas, das durch das Entlüftungsloch
des gekrümmten
Elementes ausgestoßen
wird, zeitweilig in einem Raum verbleibt, der zwischen der Außenfläche des
gekrümmten
Elementes, der Unterseite der Unterteilung und der Innenfläche des
zylindrischen Behälters
definiert wird. Als Ergebnis kann effektiv vermieden werden, dass
die Flüssigkeit
nach der Gas-Flüssigkeitsabscheidung
gemeinsam mit dem Gas abgeführt
wird.
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Das
gekrümmte
Element und die Unterteilung können
integriert oder voneinander getrennt gebildet sein. Um die oben
beschriebenen Anordnungen zwischen den jeweiligen Entlüftungslöchern, die in
dem gekrümmten
Element und der Unterteilung gebildet sind, beizubehalten, ist es
jedoch bevorzugt, dass das gekrümmte
Element und die Unterteilung in integrierter Weise gebildet sind.
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Der
Abstand zwischen dem Gaseinlassanschluss und der Kollisionsfläche wird
so eingestellt, dass er in einem Bereich von 3 bis 15 mm, bevorzugterweise
zwischen 5 und 6 mm liegt. Wenn der Abstand zu gering ist, würde der
Druckverlust zu groß werden.
Umgekehrt, wenn er zu lang ist, würde der resultierende Abscheidungseffekt
durch den Aufprall nicht ausreichend sein. Somit sollte der Abstand
vorzugsweise so eingestellt werden, dass er in dem obigen Bereich
liegt.
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Weiterhin
ist der Gaseinlassanschluss vorzugsweise zum Zweck des kraftvollen
Aufprallen des Gases auf die Kollisionsfläche und der anschließenden Änderung
der Strömungsrichtung
des kollidierten Gases für
mit einem Drosselelement die zentrifugale Abscheidung versehen,
das einen Düsenmechanismus
oder dergleichen umfasst, um die Strömungsgeschwindigkeit eines
Gases zu erhöhen.
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Um
den Energieverlust zu minimieren und eine glatte Strömung sicherzustellen
ist es wünschenswert,
dass sowohl die Kollisionsfläche
als auch das Führungsteil,
die in dem zylindrischen Behälter
vorgesehen sind, als ein einstückiges
Element mit einer durchgängigen
Oberfläche
gebildet werden und das ein Befestigungs-/Lösemechanismus zum Befestigen
und Lösen
des einstückigen
Elementes durch den Gaseinlassanschluss vorgesehen ist. Dieses Merkmal
macht es möglich,
ein Auslecken des Gases durch ein Verbindungsteil zwischen der Kollisionsfläche und
dem Führungsteil
zu verhindern, um die Luftdichtigkeit des zylindrischen Behälters beizubehalten
und um den Gas-Flüssigkeitsabscheidungseffekt
zu verbessern.
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Weiterhin
kann durch Definieren eines Strömungskanalbereichs,
der von der Innenwandfläche des
zylindrischen Behälters,
der Kollisionsfläche
und dem Führungsteil
umgeben ist, und durch das Abführen
des Gases, das durch den Einlassanschluss zu dem Auslass (strömungsabwärtiges Ende)
dieses Strömungskanalbereichs
entlang einer Innenwandfläche
des zylindrischen Behälters
geführt
wird, die Strömungsrichtung
des Gases einfach gesteuert werden und auch der Energieverlust kann
in einem unteren Niveau verglichen zu der Vorrichtung begrenzt werden,
die das Gas in einen offenen Raum ohne eine Begrenzung auslässt.
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Kurze
Beschreibung der Zeichnungen:
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1 zeigt
eine Vorderansicht eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders
einer ersten Ausführungsform.
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2 zeigt
eine teilweise vertikale Schnittansicht des Gas-Flüssigkeitsabscheiders
nach 1.
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3 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der 2.
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4 ist
eine Draufsicht auf eine Strömungsführungsplatte
in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider,
der in 2 gezeigt ist.
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5 ist
eine Seitenansicht der Strömungsführungsplatte,
die in 4 gezeigt ist.
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6 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 4.
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7 ist
ein Leistungsgraph, der eine Feuchtigkeitsabscheidungsrate des Gas-Flüssigkeitsabscheiders,
der in 1 gezeigt ist, darstellt.
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8 ist
eine erklärende
Darstellung des Gas-Flüssigkeitsabscheiders,
der in 1 gezeigt ist, der darstellt, wie eingebrachte
Luft in eine Luftströmung
und Wassertropfen getrennt wird.
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9 zeigt
eine Vorderansicht eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders
einer zweiten Ausführungsform.
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10 zeigt
eine vertikale Schnittansicht des Gas-Flüssigkeitsabscheiders,
der in 9 gezeigt ist.
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11 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines oberen Teils des
Gas-Flüssigkeitsabscheiders,
der in 9 dargestellt ist.
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12A ist eine Vorderansicht eines Elementes, das
eine Kollisionsfläche
und ein Führungsteil
bildet; 12B ist eine Seitenansicht des
Elementes; 12C ist eine Draufsicht auf
das Element; und 12D ist eine Schnittansicht
entlang der Linie C-C in 12A.
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13 ist
eine perspektivische Explosionsdarstellung des Elements, das die
Kollisionsfläche und
das Führungsteil
bildet, und das einen zusammengebauten Zustand der Elemente zeigt.
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14 ist
eine erklärende
Ansicht des Gas-Flüssigkeitsabscheiders,
der in 9 dargestellt ist, der die Strömung von Luft und Feuchtigkeit darstellt.
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15 ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie D-D in 14.
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Bester Modus
zum Ausführen
der Erfindung
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Die
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend ausführlich in
Verbindung mit den Ausführungsformen,
die in den Zeichnungen gezeigt sind, erläutert. 1 zeigt
eine Vorderansicht eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders
einer ersten Ausführungsform; 2 zeigt
eine teilweise vertikale Schnittansicht des Gas-Flüssigkeitsabscheiders,
der in 1 dargestellt ist; 3 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 2; 4 zeigt
eine Draufsicht einer Strömungsführungsplatte
in dem Gas-Flüssigkeitsabscheider,
der in 2 gezeigt ist; 5 zeigt
eine Seitenansicht der Strömungsführungsplatte; 6 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 4;
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7 zeigt
einen Leistungsgraphen, der eine Feuchtigkeitsabscheidungsrate des
Gas-Flüssigkeitsabscheiders,
der in 1 dargestellt ist, aufzeigt; und 8 ist
eine erklärende
Darstellung eines Gas-Flüssigkeitsabscheiders,
der in 1 gezeigt ist, der darstellt, wie eingeführte Luft
in eine Strömung
von Luft und Wassertropfen getrennt wird.
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Mit
Bezug auf die 1 bis 5 bezeichnet
das Bezugszeichen 1 einen zylindrischen Behälter mit
einem Innendurchmesser von 70 mm, 1a einen Drucklufteinlassanschluss
mit einem Durchmesser von 6 mm, 1b einen Luftauslassanschluss
mit einem Durchmesser von 4 mm, 1c ein Abdeckelement, das
an der Oberseite des zylindrischen Behälters vorgesehen ist, 2 einen
selbsttätigen
Abfluss, der mit der Unterseite des zylindrischen Behälters 1 verbunden
ist, 3 eine Druckluftversorgungsleitung, die mit dem Drucklufteinlassanschluss 1a verbunden
ist, und 4 eine Druckluftauslassleitung, die mit dem Luftauslassanschluss 1b verbunden
ist.
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Das
Bezugszeichen 5 bezeichnet eine Strömungsführungsplatte, die ein Strömungsführungselement
bildet, und 5a eine Luftführungsvertiefung, die zwischen
einer Außenumfangsfläche der
Strömungsführungsplatte 5 und
einer Innenwandfläche
des zylindrischen Behälters 1 definiert
ist. Die Luftführungsvertiefung 5a hat
eine gekrümmte
Form, die einer Innenwandfläche
des zylindrischen Behälters 1 folgt. Luft
wird von einem strömungsabwärtigen Ende
der Luftführungsvertiefung 5a in
den zylindrischen Behälter 1 nahe
seiner Innenwandfläche
abgegeben, so dass die abgegebene Luft entlang der Innenwandfläche des
zylindrischen Behälters 1 wirbelt,
ohne mit der Innenwandfläche
zu kollidieren.
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Das
Bezugszeichen 5b ist eine Befestigungsöffnung für die Strömungsführungsplatte 5, 5c ist
ein Befestigungsbolzen, der in die Befestigungsöffnung 5b eingesteckt
wird, 6 ist eine konische Auffangplatte, die in einem oberen
Abschnitt in dem zylindrischen Behälter 1 vorgesehen
ist, und 6a eine zentrale Öffnung, die in der Mitte der
konischen Auffangplatte 6 vorgesehen ist und einen Durchmesser von
12 mm aufweist.
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Weiterhin
bezeichnet das Bezugszeichen 7 ein kuppelförmiges Element
als gekrümmtes
Element, das an einer zentralen Oberseite der konischen Auffangplatte 6 angeschweißt ist, 7a zwei
Entlüftungslöcher, die
in dem Kuppel-Element 7 gebildet sind, die jeweils einen
Durchmesser von 3 mm aufweisen, 8 eine Unterteilung, 8a zwei
Entlüftungslöcher, die
in der Unterteilung 8 gebildet sind, und jeweils einen
Durchmesser von 3 mm aufweisen, 9 einen ersten kleinen
Hohlraum, 10 einen zweiten kleinen Hohlraum und 11 einen
dritten kleinen Hohlraum.
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Der
Betrieb des Gas-Flüssigkeitsabscheiders
dieser Ausführungsform
wird nachfolgend beschrieben. Wenn Druckluft, die Feuchtigkeit enthält, durch
den Drucklufteinlassanschluss 1a durch die Druckluftversorgungsleitung 3 einströmt, prallt
die Luft auf eine Vertiefungsfläche
der Luftzuführungsvertiefung 5a der
Luftströmungsplatte 5,
wodurch ihre Richtung um 90° geändert wird.
Dann strömt
die Luft weiter entlang der Innenwandfläche des zylindrischen Behälters 1 in
Umfangsrichtung, die der Luftzuführungsvertiefung 5a folgt.
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Der
Abstand zwischen dem Drucklufteinlassanschluss 1a (die
Innenwandfläche
des zylindrischen Behälters 1)
und der Vertiefungsfläche
der Luftzuführungsvertiefung 5a,
auf die eingeströmte
Luft prallt, beträgt
5 mm. Die Luft wird somit stark abgelenkt und die Feuchtigkeit in
der Luft wird teilweise durch den Aufprall abgeschieden. Nach dem
Weiterströmen durch
die Luftzuführungsvertiefung 5a wird
die Luft in den zylindrischen Behälter 1 von dem strömungsabwärtigen Ende
der Luftzuführungsvertiefung 5a geleitet
und steigt dann in einer spiralförmigen
Strömung beim Verwirbeln
an. Somit wird die zugeführte
Luft effizient durch Kollision in Gas und eine Flüssigkeit
getrennt und auch der Energieverlust aufgrund der Änderung
der Strömungsrichtung
der Luft wird reduziert, da die Luftzuführungsvertiefung 5a,
die zwischen der Außenfläche der
Strömungsführungsplatte 5 und
der Innenwandfläche
des zylindrischen Behälters 1 definiert
ist, so gekrümmt
ist, dass sie der Innenwandfläche
des zylindrischen Behälters
folgt. Nach dem Ansteigen der Luft, bis diese gegen die konische
Auffangplatte 6 stößt, nimmt
die spiralförmige Strömung entlang
einer Unterseite der konischen Auffangplatte 6 bis zu ihrer
Mitte ab.
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8 zeigt
den oben beschriebenen Prozess in dem zylindrischen Behälter 1.
Wassertropfen, die durch die Zentrifugalkraft aufgrund des Verwirbelns
der spiralförmigen
Strömung
nach außen
gedrängt
werden, setzen sich an der Innenfläche des zylindrischen Behälters 1 ab
und laufen dann an der Innenfläche
nach unten. Einige Wassertropfen werden aus der Luft abgeschieden,
bevor sie mit der Innenfläche
in Berührung
kommen, aufgrund eines Unterschieds ihres spezifischen Gewichts
und fallen herunter auf eine Unterseite des zylindrischen Behälters 1.
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Wenn
die spiralförmige
Strömung
gegen die konische Auffangplatte 6 stößt, werden die Wassertropfen
an der Unterseite der konischen Auffangplatte 6 abgeschieden
und laufen dann entlang ihrer Unterseite nach unten. Danach fallen
die Wassertropfen von einem Außenrand
der zentralen Öffnung 6a aufgrund
der Schwerkraft auf die Unterseite des zylindrischen Behälters 1 nach
unten.
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Feuchtigkeit,
die in der Luftströmung,
die gegen die konische Auffangplatte 6 stößt, enthalten
ist, wird gemeinsam mit der Luft nach unten getragen und aus der
Luft abgeschieden, um Wassertropfen aufgrund eines Unterschieds
in ihrem spezifischen Gewichts zu bilden und fallen herunter auf
die Unterseite des zylindrischen Behälters 1. Die heruntergefallenen
Wassertropfen werden dann in dem selbsttätigen Abfluss 2 gesammelt.
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Andererseits
steigt die Luft in einen Mittelteil des zylindrischen Behälters 1 nach
und nach auf eine Weise an, als wäre sie von oben angesogen,
und strömt
durch die zentrale Öffnung 6a in
den ersten kleinen Hohlraum 9. Die Luft, die in den ersten
kleinen Hohlraum 9 durch die zentrale Öffnung 6a der konischen
Auffangplatte 6 strömt,
gelangt in den zweiten kleinen Hohlraum 10 durch die Entlüftungslöcher 7a und
dann in den dritten kleinen Hohlraum 11 durch die Entlüftungslöcher 8a.
Die Luft wird schließlich
zur Luftauslassleitung 4 durch den Luftauslassanschluss 1b in
den dritten kleinen Hohlraum 11 nach dem Durchströmen dieser
kleinen Hohlräume
abgeführt.
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Um
eine Entfeuchtungsleistung dieser Ausführungsform zu messen, werden
100 ccm Wasser, das mit farbiger Tinte gemischt ist, mit einer Druckluftströmung bei
verschiedenen Strömungsraten
von 100 bis 500 l/min bei einer Rate von 30 ccm/min gemischt, wie
es in 7 dargestellt ist. Die resultierende Druckluft
wurde durch die Druckluftversorgungsleitung 3 bei 10 Atmosphären Druck
zugeführt.
Ein Graph der 7 stellt die Menge des durch
den selbsttätigen
Abfluss 2 aufgesammelten farbigen Wassers unter obiger
Bedingung mit Bezug zu der Luftströmungsrate dar.
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Wie
man aus dem Graphen der 7 sehen kann, wurden fast 100
% des farbigen Wassers bei den Strömungsraten bis zu 300 l/min
zurückgewonnen.
Die Feuchtigkeitsentfernungsrate erniedrigte sich auf einen Wert
nahe 99 % bei der Strömungsrate von
500 l/min. Da das Wasser mit der Tinte gefärbt ist, kann durch Entfernen
des Abdeckteils beobachtet werden, wie das Wasser abgeschieden wird
und in dem zylindrischen Behälter
verbleibt. Eine Beobachtung des Inneren des zylindrischen Behälters führte zu
dem Erkennen von kleinen farbigen Stellen und Rückstände von Feuchtigkeit wurden
nicht gefunden. Weiterhin erhielt man im Wesentlichen ähnliche
Ergebnisse, wenn der Druck der Druckluft bei 3 bis 7 Atmosphären lag.
Mit anderen Worten gab es keine Änderung
der Leistung abhängig
von dem Druck.
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Eine
zweite Ausführungsform
wird nachfolgend beschrieben. Elemente des Gas-Flüssigkeitsabscheiders
dieser zweiten Ausführungsform,
die denen des Gas-Flüssigkeitsabscheiders
der ersten Ausführungsform
entsprechen, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden
nachfolgend nicht weiter erläutert. 9 zeigt
eine Vorderansicht des Gas-Flüssigkeitsabscheiders
der zweiten Ausführungsform; 10 zeigt
eine vertikale Schnittansicht des Gas-Flüssigkeitsabscheiders,
der in 9 dargestellt ist; 11 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung eines oberen Abschnitts
des Gas-Flüssigkeitsabscheiders,
der in 9 dargestellt ist, 12A zeigt
eine Vorderansicht eines Elementes, das eine Kollisionsfläche und
ein Führungsteil
bildet, 12B ist eine Seitenansicht des
Elementes, 12C ist eine Draufsicht auf
das Element, und 12D ist eine Schnittansicht
entlang der Linie C-C in 12A; 13 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung des Elementes, das die
Kollisionsfläche
und das Führungselement
bildet, die in einem zusammengesetzten Zustand dargestellt sind; 14 ist
eine erläuternde
Darstellung des Gas-Flüssigkeitsabscheiders,
der in 9 dargestellt ist, der die Strömung der Luft und Feuchtigkeit zeigt;
und 15 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie
D-D in 14.
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Diese
zweite Ausführungsform
unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform hauptsächlich durch
die strukturellen Elemente, die der Strömungsführungsplatte 5, der
konischen Auffangplatte 6, dem Kuppelelement 7 und
der Unterteilung 8 entsprechen.
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Zunächst wird
eine Auffangplatte 31, die der konischen Auffangplatte 6 der
ersten Ausführungsform
entspricht, beschrieben. Bei dieser zweiten Ausführungsform ist die Auffangplatte 31 mit
einer Unterseite gebildet, die einen bogenförmigen Querschnitt aufweist,
d.h., die einen Teil einer Kugelfläche bildet. Durch Vorsehen
einer solchen gekrümmten
Unterseite anstelle einer linearen Unterseite, wie in der obigen
Ausführungsform,
können
insbesondere Wassertropfen, die mit der Unterseite der Auffangplatte 31 in
Berührung
kommen, einfacher herunterfallen.
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Als
nächstes
wird ein Zwischenelement 33, das dem Kuppelelement 7 und
der Unterteilung 8 der ersten Ausführungsform entspricht, beschrieben.
Bei dieser zweiten Ausführungsform
wird eine Unterteilung 35 mit einer Kreisform in einer
Draufsicht und ein gekrümmtes
Element 37, das an der Unterteilung 35 befestigt
ist, als einstückiges
Bauteil gebildet. Weiterhin weisen die Unterteilung 35 und
das gekrümmte Element 37 Entlüftungslöcher 35a, 37a auf,
die jeweils in um 180° gegenüberliegenden
Positionen um die Mitte des gekrümmten
Elementes 37 angeordnet sind. Bei dieser Ausführungsform
kann die Positionsbeziehung zwischen den Entlüftungslöchern 35a und 37a beibehalten
werden, da die Unterteilung 35 und das gekrümmte Element 37 als
gemeinsames Bauelement aufgeführt
sind.
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Mit
der oben beschriebenen Anordnung, d.h. wobei das Entlüftungsloch 35a,
das in der Unterteilung 35 gebildet ist, und das Entlüftungsloch 37a,
das in dem gekrümmten
Element 37 gebildet ist, in um 180° gegenüberliegenden Positionen um
die Mitte des gekrümmten
Elementes 37 angeordnet sind, kann das Entlüftungsloch 37a des
gekrümmten
Elementes 37 und das Entlüftungsloch 35a der
Unterteilung 35 maximal voneinander entfernt sein, wodurch bewirkt
wird, dass die durch das Entlüftungsloch 37a des
gekrümmten
Elementes 37 ausströmende
Luft eine gewisse Zeit in einem Raum verbleibt, der durch eine Außenfläche des
gekrümmten
Elementes 37, der Unterseite der Unterteilung 35 und
der Innenwandfläche
des zylindrischen Behälters 1 definiert ist.
Als Ergebnis kann effektiv verhindert werden, dass Wassertropfen
gemeinsam mit der Luft nach der Gas-Flüssigkeitsabscheidung ausströmen.
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Nun
wird ein Strömungsführungselement 41, das
der Strömungsführungsplatte 5 der
ersten Ausführungsform
entspricht, beschrieben. Wie in den 12 und 13 deutlich
gezeigt wird, umfasst das Strömungsführungselement 41 eine
lineare Kollisionsfläche 41a und
einen Führungsteil 41b,
das sich kontinuierlich von der Kollisionsfläche 41a erstreckt.
Ein Raum, der durch die Innenwandfläche des zylindrischen Behälters 1,
die oben beschriebene Kollisionsfläche 41a und das Führungsteil 41b definiert
wird, dient als eine Luftzuführungsvertiefung 41c.
Bei dieser Ausführungsform
wird die Kollisionsfläche 41a gebildet,
so dass sie sich linear erstreckt und um 3° in einer Richtung geneigt ist,
so dass sich der Luftströmungskanal
von einer Ebene rechtwinklig zur Einströmrichtung der Luft (siehe „θ" in 12D) erweitert.
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Eine
solche Neigung der Kollisionsfläche dient
nicht nur zum Steigern der Effizienz der Kondensation von Feuchtigkeit
durch Aufprallen auf die Fläche,
d.h., das Trennen in Gas und Flüssigkeit, sondern
auch dem Reduzieren des Energieverlustes, der durch die nachfolgende Änderung
der Strömungsrichtung
der einströmenden
Luft bewirkt wird.
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Mit
Bezug auf die 12 und 13 bezeichnet
das Bezugszeichen 41d ein Innengewinde, das in dem Strömungsführungselement 41 gebildet ist
und 43 ein Außengewinde,
das in der Lage ist, in das Innengewinde 41d einzugreifen.
Das Außengewinde 43 weist
eine derartige äußere Gestalt
auf, dass es in den Drucklufteinlassanschluss 1a eingesetzt
werden kann. Auch ist das Außengewinde 43 mit
einem Flanschelement 43b vorgesehen, das an seinem Kopfende
gebildet ist, um als Anschlagsfläche
zu dienen, und mit Schraubschlitzen 43a, die in dem Flanschelement 43b in
radialer Richtung gebildet sind, um die Schraube zu befestigen.
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Das
Strömungsführungselement 41 wird
in dem zylindrischen Behälter 1 auf
eine Weise angeordnet, dass das Innengewinde 41d so positioniert wird,
dass es dem Drucklufteinlassanschluss 1a gegenüberliegt
und das Außengewinde 43 wird
durch den Drucklufteinlassanschluss 1a zugeführt und
mit dem Innengewinde 41d des Strömungsführungselement 41 eingeschraubt
und festgezogen, wodurch das Strömungsführungselement 41 befestigt
wird. Demgemäß kann bei
dieser Ausführungsform
das Strömungsführungselement 41 von
der Seite des Drucklufteinlassanschlusses 1a befestigt
werden. Diese Struktur verhindert effektiv, dass Luft durch Lücken um
die Befestigungsbolzen 5c, die durch die Befestigungslöcher 5b eingeführt sind,
ausströmt und
daher kann die Luftdichtigkeit des zylindrischen Behälters 1 erhalten
werden.
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Somit
kann der Gas-Flüssigkeitsabscheider der
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die oben erwähnten Vorteile zusätzlich zu
den vielfältigen
Funktionen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform zur Verfügung stellen.
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Die
folgenden Vorteile können
bei der vorliegenden Erfindung erreicht werden.
- (1)
Die Abscheidungsrate einer Flüssigkeitskomponente
kann auf beinahe 100 % sogar für
Luft, die unter einem hohen Druck zugeführt wird, mit einer einfachen
Struktur, die keine beweglichen Teile und keine Leistungszufuhr
benötigt,
erhöht
werden.
- (2) Durch das Merkmal, dass eine Kollisionsfläche so gekrümmt ist,
dass sie einer Innenwandfläche eines
zylindrischen Behälters
folgt oder geneigt ist, um einen Strömungskanal in Richtung der strömungsabwärtigen Seite
zu erweitern, wird die Kondensation von Feuchtigkeit durch die Kollision mit
der Fläche,
d.h. das Trennen in Gas und Flüssigkeit,
effizient durchgeführt
und der Energieverlust, der durch den nachfolgenden Wechsel der Strömungsrichtung
des zugeführten
Gases bewirkt wird, wird reduziert. Als Ergebnis kann die Gas-Flüssigkeitsabscheidung
mit einer hohen Effizienz erreicht werden.
- (3) Mit dem Merkmal, dass ein gekrümmtes Element mit einer Entlüftungsöffnung,
die an einer Position zwischen einer konischen Auffangplatte und
einer Unterteilung und über
einer zentralen Öffnung
der konischen Auffangplatte angeordnet ist, und einen kleinen Hohlraum
bereitstellt, wird die Flüssigkeitskomponente,
die nicht durch die konische Auffangplatte abgeschieden worden ist, durch
die Innenfläche
des gekrümmten
Elementes aufgefangen und in Tröpfchen
umgewandelt. Die Tröpfchen
fallen auf eine Unterseite des zylindrischen Behälters durch die zentrale Öffnung der konischen
Auffangplatte hinunter und werden dann durch einen Abfluss aufgesammelt.
- (4) Mit dem Merkmal, dass ein Entlüftungsloch in der Unterteilung
und das Entlüftungsloch
des gekrümmten
Elementes in um 180° entgegengesetzte
Positionen um die Mitte des gekrümmten Elementes
angeordnet sind, können
das Entlüftungsloch
des gekrümmten
Elementes und das Entlüftungsloch
der Unterteilung maximal voneinander beabstandet sein, wodurch bewirkt
wird, dass das Gas, das durch das Entlüftungsloch des gekrümmten Elementes
ausströmt,
zeitweilig in einem Raum verbleibt, der durch eine Außenfläche des
gekrümmten
Elementes, einer Unterseite der Unterteilung und einer Innenfläche des
zylindrischen Behälters
definiert wird, verbleibt. Als Ergebnis kann effektiv verhindert
werden, dass die Flüssigkeit
gemeinsam mit dem Gas nach der Gas-Flüssigkeitsabscheidung
abgeführt
wird.
- (5) Mit dem Merkmal, dass das gekrümmte Element und die Unterteilung
als einstückiges
Bauteil gebildet sind, kann die Positionsbeziehung zwischen den
Entlüftungslöchern, die
in dem gekrümmten
Element bzw. der Unterteilung gebildet sind, sicher erhalten werden.
- (6) Mit dem Merkmal, dass die Entfernung zwischen dem Gaseinlassanschluss
und der Kollisionsfläche
auf einen Bereich von 3 bis 15 mm eingestellt wird, kann der Druckverlust
auf ein unteres Niveau begrenzt werden, während die Gas-Flüssigkeitsabscheidung
durch Kollision sichergestellt wird.
- (7) Mit dem Merkmal, dass der Gaseinlassanschluss mit einem
Drosselteil zum Erhöhen
der Gasströmungsgeschwindigkeit
vorgesehen ist, ist es möglich,
den Gas-Flüssigkeitsabscheidungseffekt
durch Kollision zu erhöhen
und weiterhin die Gas-Flüssigkeitsabscheidung
durch Zentrifugalkraft in dem nachfolgenden Prozess effektiv auszuführen.
- (8) Mit dem Merkmal, dass die Kollisionsfläche und ein Führungsteil,
die beide in dem zylindrischen Behälter vorgesehen sind einstückig ausgebildet
sind und dass ein Befestigungs-/Lösemechanismus zum Befestigen
und Lösen
des einstückigen
Bauteils durch den Gaseinlassanschluss vorgesehen ist, ist es möglich, die
Luftdichtigkeit des zylindrischen Behälters zu erhalten und den Gas-Flüssigkeitsabscheidungseffekt
zu verbessern.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die
vorliegende Erfindung kann in geeigneter Weise zur Entfeuchtung
von Luft verwendet werden, die z.B. luftbetriebenen Maschinen zugeführt wird,
wie z.B. Luftmotoren oder Luftbremseinrichtungen, Abblasvorrichtungen
zum Wegblasen von feinem Staub und Abblasvorrichtungen zum Trocken und
Kühlen.