DE10051307A1 - Vorrichtung zur Trennung von Gas und Flüssigkeit-Festkörperpartikeln aus einem in einer Leitung strömenden Gas-Flüssigkeit-Festkörperpartikelgemisch und Verfahren zur Trennung derselben - Google Patents
Vorrichtung zur Trennung von Gas und Flüssigkeit-Festkörperpartikeln aus einem in einer Leitung strömenden Gas-Flüssigkeit-Festkörperpartikelgemisch und Verfahren zur Trennung derselbenInfo
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Abstract
Nach dem Stand der Technik ist eine Trennung von Gas und Flüssigkeit-Festkörperpartikeln aus einem in einer Leitung strömenden Medium, einem Gas-Flüssigkeit-Festkörperpartikelgemisch nur in einer Vorrichtung mit zwei Ausgangsöffnungen bekannt. DOLLAR A In einer erfindungsgemäßen Vorrichtung (1) mit einer Leitung (13), in der das Medium strömt, ist ein Umlenkelement (42) in der Leitung (13) angeordnet, das Separationswirbel (9) in dem Medium hervorruft und so Gas und Flüssigkeit-Festkörperpartikel voneinander trennt.
Description
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Trennung
von Gas und Flüssigkeit-Festkörperpartikeln aus einem in
einer Leitung strömenden Gas-Flüssigkeit-
Festkörperpartikelgemisch bzw. Verfahren zur Trennung
derselben nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. 13.
Aus der US-PS 5,507,858 ist eine Vorrichtung zur Trennung
von Gas und Flüssigkeit aus einem in einer Leitung
strömenden Gas-Flüssigkeitsgemisch bzw. Verfahren zur
Trennung derselben bekannt.
Die Vorrichtung hat jedoch notwendigerweise zwei
Ausgangsöffnungen.
In der allgemeinen Verfahrenstechnik wie auch im
Fahrzeugbau, z. B. Regenwasser im Ansaugstutzen des
Luftfiltergehäuses, und anderen technischen
Anwendungsgebieten tritt häufig das Problem auf, dass
Flüssigkeiten mit Gasen bzw. Dämpfen vermischt sind und
voneinander getrennt werden müssen. Die Probleme, die
Flüssigkeiten verursachen, sind je nach Anwendungsfall
Korrosionen, Funktionsstörungen und ggf. die Zerstörung von
Einrichtungen.
Während des Betriebs einer Messvorrichtung mit einem
Messelement zur Bestimmung von Parametern eines in einem
Kanal, bspw. einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine,
strömenden zu messenden Mediums, ein Messmedium, kann es
passieren, dass entgegen der Hauptströmungsrichtung des
Messmediums, z. B. Luft, Öltröpfchen oder Öldampf aus einer
Leitung, wie z. B. einer Kurbelgehäuseentlüftungsleitung,
oder andere Fremdpartikel in den Kanal strömen und das
Messelement durch das Öl oder die Fremdpartikel kontaminiert
wird. Dadurch werden die Messeigenschaften des Messelements
deutlich verschlechtert.
Gründe für die Rückströmung sind z. B. pulsierende Strömungen
oder eine Druckentspannung eines Kurbelgehäuses in der
Abstellphase einer Brennkraftmaschine. Aus dem Kurbelgehäuse
wird Öldampf bzw. -nebel über die
Kurbelgehäuseentlüftungsleitung in den Ansaugtrakt
eingebracht.
Ansonsten verhindert die Luft, die im Ansaugtrakt zur
Brennkraftmaschine strömt, dass Ölpartikel oder
Fremdpartikel zum Messelement gelangen können.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung bzw. Verfahren mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 13 hat
demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise
Flüssigkeit und/oder Festkörperpartikel aus einem strömenden
Gas-Flüssigkeit-Festkörperpartikelgemisch getrennt werden
können.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und
Verbesserungen der im Anspruch 1 genannten Vorrichtung bzw.
bzw. des im Anspruch 13 genannten Verfahrens möglich.
Es ist vorteilhaft, wenn das Ventil ein Federventil ist, da
dies ein sehr einfaches und kostengünstiges Ventil
darstellt.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Ventil im Bereich
einer Einleitungsöffnung der Leitung in den Kanal angeordnet
ist, weil dadurch das Ventil mit seinem Trennbereich an der
Leitung angeordnet werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich das Ventil nur
öffnet, wenn das Druckverhältnis bzw. die Druckdifferenz
zwischen einem Vorderbereich und einem Hinterbereich der
Leitung entsprechend gross ist, weil dadurch verhindert
wird, dass sich Kontaminationen im Hinterbereich der Leitung
ausbreiten können.
Es ist vorteilhaft, die Leitung so auszugestalten, dass das
strömende Medium in der Leitung zumindest zweimal um etwa
180° umgelenkt wird, weil sich dadurch Separationswirbel
bilden, wodurch die Kontaminationen, insbesondere Öl oder
Flüssigkeiten, auf einer Innenwand der Leitung einen
Wandfilm bilden oder grosse Tropfen bilden und nicht so
leicht zusammen mit dem strömenden Medium hinter einem
Umlenkelement weiterströmen.
Festkörperpartikel lagern sich auch an der Innenwand ab und
bilden mit der Flüssigkeit in dem Wandfilm ein Gemenge,
wodurch die Festkörperpartikel mit der Flüssigkeit aus dem
strömenden Medium getrennt sind.
Die Umlenkung des strömenden Mediums kann auf vorteilhafte
Weise dadurch erfolgen, dass das Umlenkelement eine
Tellerform hat und einen Ring, der einen kleineren
Querschnitt als die Leitung im Bereich des Umlenkelements
hat, im Querschnitt überragt.
Das Umlenkelement kann vorteilhafterweise eine Ventilplatte
eines Ventils sein.
Die Leitung kann auf vorteilhafte Weise mit einem Kanal
verbunden werden, in dem ein Messelement angeordnet ist,
weil dadurch das Messelement vor Kontaminationen geschützt
ist, auch wenn aus der Leitung unerwünschte Verschmutzungen
in den Kanal strömen.
Es ist vorteilhaft, die Leitung im Bereich seiner
Eingangsöffnung in den Kanal wie eine Laval-Düse
auszubilden, da dies dort die Strömung im Kanal beschleunigt
und Fremdpartikel von dem Messelement verstärkt fortgeführt
werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die Leitung im Bereich seiner
Eingangsöffnung schräg zum Kanal anzuordnen, weil dadurch
das Medium aus dem Kanal gezielt von dem Messelement
weggeführt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Vorrichtung,
Fig. 2 eine erfindungsgemässe Vorrichtung mit einem Kanal,
in dem ein Messelement angeordnet ist.
Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Trennung von Gas und
Flüssigkeit-Festkörperpartikeln aus einem in einer Leitung
13 strömenden Medium, einem Gas-Flüssigkeit-
Festkörperpartikelgemisch. Das Medium strömt in der Leitung
13 in Richtung einer Leitungströmungsrichtung 25.
In der Leitung 13 können unerwünschte Bestandteile bspw.
Öldämpfe oder Ölteilchen aus einem Kurbelgehäuse strömen.
In vielen Fällen will man Flüssigkeit und Festkörperpartikel
von dem Gas trennen, damit die Flüssigkeit und/oder die
Festkörperpartikel nicht zu in der Leitung vorhandenen
Einrichtungen gelangen.
Um dies zu erreichen, ist in der Leitung 13 ein
Umlenkelement 42 angeordnet. Dabei wird das strömende Medium
in der Leitung 13 beispielsweise zumindest zweimal um etwa
180° umgelenkt. Dadurch entstehen Separationswirbel 19, die
bewirken, dass die Ölteilchen 53 oder der Öldampf in dem
strömenden Medium auf eine Innenwand 21 der Leitung 13
gelangen und dort einen Wandfilm 51 bilden.
Man kann sozusagen von einem Zentrifugieren des Öl-
Gasgemischs sprechen.
Eventuell vorhandene Festkörperpartikel wie z. B.
Staubteilchen werden auch auf diese Weise aus der Strömung
in der Leitung 13 herausgefiltert. Sie verbinden sich mit
der Flüssigkeit 53 und/oder dem Wandfilm 51.
Der Wandfilm 51 bewegt sich auf der Innenwand 21 weiter in
Leitungströmungsrichtung 25 fort und das Gas im
Leitungsquerschnitt. Dadurch, dass sich ein Wandfilm 51 auf
einer Innenwand 21 der Leitung 13 bildet, sind in dem
strömenden Medium der Leitung 13 strömungsabwärts des
Umlenkelements 42 keine oder weniger Ölpartikel enthalten.
In der Leitung 13 weiter strömungsabwärts vorhandene
Einrichtungen werden nur noch in geringem Masse oder gar
nicht mehr mit Flüssigkeiten oder Festkörperpartikeln
beaufschlagt.
Das Umlenkelement 42 hat bspw. eine Tellerform und ist in
einem Trennbereich 30 angeordnet. Ein Tellerrand 58 ist dem
strömenden Medium entgegengerichtet.
In dem Trennbereich 30 ist bspw. ein Ring 33 angeordnet, der
beispielsweise etwas geneigt zur Mitte des Kanals 13
ausgebildet ist und einen kleineren Querschnitt oder
Durchmesser dx als die Leitung 13 im Trennbereich 30
aufweist. Das Umlenkelement 42 überragt den Ring 33, d. h.
wenn das Umlenkelement 42 auf den Ring 33 in
Leitungströmungsrichtung 25 geradlinig in Richtung Ring 33
verschoben würde, würde das Umlenkelement 42 auf dem Ring 33
aufliegen und die Leitung 13 wäre verschlossen.
Die Linien 35 zeigen einen beispielhaften Strömungsverlauf
eines strömenden Mediums in der Leitung 13 mit den sich
bildenden Separationswirbeln 19.
In Leitungströmungsrichtung 25 gesehen, durchströmt das
Medium zuerst den Ring 33 und trifft dann bspw. frontal auf
das Umlenkelement 42, wodurch es ungefähr um 180° umgelenkt
wird. Das Medium strömt dann in einen Bereich zwischen dem
Ring 33 und einem Gehäuse 37 des Trennbereichs 30. Dort wird
das strömende Medium wieder um etwa 180° umgelenkt und
strömt in Leitungströmungsrichtung 25 weiter.
Man kann sich auch eine Anordnung, bspw. eine Spirale,
vorstellen, bei der das strömende Mediums mehrmals um 180°
umgelenkt wird.
Das Umlenkelement 42 kann auch eine Ventilplatte 42 eines
Ventils 17 (Fig. 2) bilden, das bspw. ein Federventil ist,
das mit seiner Federkraft durch eine Zugfeder 23 dem Druck
in der Leitung 13 entgegenwirkt. Das Ventil 17 mit seinem
Stössel 28, an dem die Ventilplatte 42 angeordnet ist, wird
bspw. durch eine Halterung 40, bspw. ein Rohr, in der
Leitung 13 geführt.
In Leitungsströmungsrichtung 25 gesehen vor dem Ventil 17 in
der Leitung 13 gibt es einen Vorderbereich 46 und in
Leitungsströmungsrichtung 25 gesehen hinter dem Ventil 17 in
der Leitung 13 gibt es einen Hinterbereich 48.
Das Ventil 17 öffnet sich nur, wenn das Druckverhältnis bzw.
die Druckdifferenz zwischen dem Vorderbereich 46 und dem
Hinterbereich 48 entsprechend gross ist. So wird die Bildung
von Separationswirbeln 19 verstärkt, wenn das Medium unter
Druck ausströmt.
Fig. 2 zeigt, wie die Leitung 13 in einen Kanal 3
einmündet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist in dem Kanal 3 ein
Messelement 9 in einem Messkörper 11, der sich zum Teil in
den Kanal 3 erstreckt, angeordnet. Das Messelement 9
bestimmt beispielsweise den Volumenstrom eines strömenden
weiteren Mediums, einem Messmedium, in der Leitung 3. Bei
dem Kanal 3 handelt es sich bspw. um den Ansaugtrakt einer
Brennkraftmaschine und bei dem Messmedium um Luft.
Weitere Parameter, die gemessen werden können, sind
beispielsweise der Druck, die Temperatur, eine Konzentration
eines Mediumbestandteils und/oder eine
Strömungsgeschwindigkeit, die mittels geeigneter Sensoren
bestimmt werden. Es können ein oder mehrere Messelemente 9
vorhanden sein.
In dem Kanal 3 gibt es eine Hauptströmungsrichtung 6.
Strömungsabwärts des Messelements 9 mündet die Leitung 13 in
den Kanal 3, d. h. die Leitung 13 hat eine Einleitungsöffnung
15, die die Verbindung der Leitung 13 zum Kanal 3 herstellt.
Die Leitung 13 ist beispielsweise eine Entlüftungsleitung
für ein Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine.
Unter bestimmten Umständen können entgegen der
Hauptströmungsrichtung 6 Kontaminationen auf das Messelement
9 gelangen und die Messeigenschaften des Messelements 9 in
unerwünschter Weise dauerhaft beeinflussen. Insbesondere bei
Pulsationen, d. h. Rückströmungen während des Betriebs der
Brennkraftmaschine, oder nach Ausschalten der
Brennkraftmaschine, wenn in dem Kanal 3 kein Medium mehr
strömt und Öldampf aus der Leitung 13, die mit dem noch
heissen Kurbelgehäuse verbunden ist, entweicht, können
Kontaminationen aus der Leitung 13 auf das Messelement 9
gelangen.
Das Ventil 17 kann auch im Bereich der Einleitungsöffnung 15
angeordnet sein.
Wenn bspw. die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist und kein
Unterdruck in dem Kanal 3 vorhanden ist, schliesst das
Ventil 17 die Leitung 13 und Öl oder Fremdpartikel aus dem
Kurbelgehäuse können nicht mehr in den Kanal 3 gelangen.
Erst wenn der Druck in der Leitung 13 deutlich grösser ist
als der Druck in dem Kanal 3, öffnet sich das Ventil 17.
Dabei bilden sich wieder die Separationswirbel 19.
Während des Betriebs der Brennkraftmaschine herrscht in dem
Kanal 3 ein Unterdruck, wenn Luft für die Brennkraftmaschine
angesaugt wird, wodurch eine Öffnung des Ventils 17
erleichtert wird. Öldämpfe und Fremdpartikel aus der Leitung
13 werden durch die Strömung in dem Kanal 3 in
Hauptströmungsrichtung 6 weg von dem Messelement 9
mitgerissen und gelangen kaum oder gar nicht in Richtung des
Messelements 9.
Die Leitung 13 kann im Bereich seiner Eingangsöffnung 15
bspw. wie eine Laval-Düse ausgebildet sein, da dies die
Strömung in der Leitung 13 beschleunigt und Fremdpartikel
von dem Messelement 9 verstärkt wegbefördert werden.
Ebenso kann die Leitung 13 im Bereich seiner Eingangsöffnung
15 schräg zum Kanal 3 angeordnet sein, weil dadurch das
Medium aus der Leitung 13 gezielt von dem Messelement 9
weggeführt wird. Schräg angeordnet bedeutet, dass eine
Vektorkomponente der Leitungströmungsrichtung 25 ungefähr
parallel zur Hauptströmungsrichtung 6 in dem Kanal 3
verläuft.
Claims (15)
1. Vorrichtung zur Trennung von Gas und Flüssigkeit-
Festkörperpartikel aus einem in einer Leitung strömenden
Medium, einem Gas-Flüssigkeit-Festkörperpartikelgemisch,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Leitung (13) ein Umlenkelement (42) angeordnet ist,
das das strömende Medium umlenkt, und
das eine Trennung von Gas und Flüssigkeit- und Festkörperpartikeln des strömenden Mediums bewirkt.
in der Leitung (13) ein Umlenkelement (42) angeordnet ist,
das das strömende Medium umlenkt, und
das eine Trennung von Gas und Flüssigkeit- und Festkörperpartikeln des strömenden Mediums bewirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitung (13) und das Umlenkelement (42) so
ausgestaltet sind, dass ein strömendes Medium in der
Leitung (13) zumindest zweimal um etwa 180° umgelenkt
wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Umlenkelement (42) eine Tellerform hat, wobei ein
Tellerrand (58) dem strömenden Medium entgegengerichtet
ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitung (13) einen Trennbereich (30) hat, in dem das Umlenkelement (42) angeordnet ist, und
dass im Trennbereich (30) ein Ring (33) angeordnet ist, der einen kleineren Querschnitt hat als die Leitung (13) im Trennbereich (30), und
dass das Umlenkelement (42) den Ring (33) im Querschnitt senkrecht zur Leitungströmungsrichtung (25) überragt.
dass die Leitung (13) einen Trennbereich (30) hat, in dem das Umlenkelement (42) angeordnet ist, und
dass im Trennbereich (30) ein Ring (33) angeordnet ist, der einen kleineren Querschnitt hat als die Leitung (13) im Trennbereich (30), und
dass das Umlenkelement (42) den Ring (33) im Querschnitt senkrecht zur Leitungströmungsrichtung (25) überragt.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2
oder 4, dadurch gekennzeichnet,
dass in der Leitung (13) ein Ventil (17) angeordnet ist,
und dass das Umlenkelement (42) eine Ventilplatte (42) des
Ventils (17) ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass es in Leitungsströmungsrichtung (25) gesehen vor dem Ventil (17) in der Leitung (13) einen Vorderbereich (46) gibt,
dass es in Leitungsströmungsrichtung (25) gesehen hinter dem Ventil (17) in der Leitung (13) einen Hinterbereich (48) gibt, und
dass das Ventil (17) sich öffnet, wenn das Druckverhältnis bzw. die Druckdifferenz zwischen einem Vorderbereich (46) und einem Hinterbereich (48) entsprechend gross ist.
dass es in Leitungsströmungsrichtung (25) gesehen vor dem Ventil (17) in der Leitung (13) einen Vorderbereich (46) gibt,
dass es in Leitungsströmungsrichtung (25) gesehen hinter dem Ventil (17) in der Leitung (13) einen Hinterbereich (48) gibt, und
dass das Ventil (17) sich öffnet, wenn das Druckverhältnis bzw. die Druckdifferenz zwischen einem Vorderbereich (46) und einem Hinterbereich (48) entsprechend gross ist.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2
oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitung (13) in einen Kanal (3) mündet, in dem ein Messmedium strömt, insbesondere eine Verbrennungsluft für eine Brennkraftmaschine, und
dass in dem Kanal (3) zumindest ein Messelement (9) zur Bestimmung zumindest eines Parameters, insbesondere eines Volumenstroms, des strömenden Messmediums angeordnet ist.
dass die Leitung (13) in einen Kanal (3) mündet, in dem ein Messmedium strömt, insbesondere eine Verbrennungsluft für eine Brennkraftmaschine, und
dass in dem Kanal (3) zumindest ein Messelement (9) zur Bestimmung zumindest eines Parameters, insbesondere eines Volumenstroms, des strömenden Messmediums angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 4
bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitung (13) eine Kurbelgehäuseentlüftungsleiung ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Leitung (13) eine Einleitungsöffnung (15) in den Kanal (3) hat, und
dass die Leitung (13) im Bereich der Einleitungsöffnung (15) wie eine Laval-Düse (56) ausgebildet ist.
dass die Leitung (13) eine Einleitungsöffnung (15) in den Kanal (3) hat, und
dass die Leitung (13) im Bereich der Einleitungsöffnung (15) wie eine Laval-Düse (56) ausgebildet ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ventil (17) ein Federventil ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ventil (17) im Bereich der Einleitungsöffnung (15) der
Leitung (13) in den Kanal (3) vorhanden ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Leitung (13) im Bereich der Einleitungsöffnung (15)
schräg angeordnet, so dass eine Vektorkomponente einer
Leitungströmungsrichtung (25) ungefähr parallel zur
Hauptströmungsrichtung (6) in dem Kanal (3) verläuft.
13. Verfahren zur Trennung von Gas und Flüssigkeit-
Festkörperpartikel eines in einer Leitung strömenden
Mediums, einem Gas-Flüssigkeit-Festkörperpartikelgemisch,
wobei in der Leitung ein Umlenkelement angeordnet ist, das
das Medium umlenkt und das die Trennung von Gas und
Flüssigkeit-Festkörperpartikel bewirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass
sich durch die Umlenkung des strömenden Mediums durch das
Umlenkelement (42) Separationswirbel (19) bilden, so dass
dadurch die Flüssigkeit-Festkörperpartikel eine
Zentrifugalkraft erfahren und so an eine Innenwand (21)
der Leitung (13) gelenkt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Flüssigkeit des Mediums in Leitungströmungsrichtung
(25) gesehen hinter dem Umlenkelement (42) zumindest
teilweise einen Wandfilm (51) auf der Innenwand (21) der
Leitung (13) bildet.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
das strömende Medium in der Leitung (13) zumindest
zweimal um etwa 180° umgelenkt wird.
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