DE102013106820A1 - Dehumidifying device for a multi-stage charging device - Google Patents

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Daniel Rusch
Gerd MUNDINGER
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist es, dass bei einem mehrstufigen Turbolader (2) einem Anstieg der relativen Luftfeuchtigkeit aufgrund einer Temperatursenkung in einer Zwischenkühlung (7) durch einen Entzug an Feuchtigkeit entgegengewirkt wird. Dabei ist eine Entfeuchtungsvorrichtung (8) zwischen der Zwischenkühlung (7) und einem Verdichter 41) der Hochdruckstufe (4) angeordnet. Die Entfeuchtungsvorrichtung (8) weist ein drallerzeugendes Element (82) wie beispielsweise einem Fliehkraftabscheider auf. Dadurch wird die im Wesentlichen der Richtung der Luftleitung folgende Luftströmung in eine Drallbewegung versetzt. Aufgrund dieser Drallbewegung treten innerhalb der Strömung Zentrifugalkräfte auf, welche Zentrifugalkräfte in der Luftströmung vorhandene Wassertropfen nach außen in Richtung der Innenwand der Luftleitung (81) transportieren. So kann Wasserdampf kondensiert und die Wassertropfen aus der Strömung ausgeschieden werden und damit die relative Luftfeuchtigkeit vermindert werden, auch wenn die Abkühlung in der Zwischenkühlung (7) auf eine Temperatur erfolgt, bei welcher die Luftströmung bereits den Taupunkt unterschritten hat.The object of the invention is that in a multi-stage turbocharger (2) an increase in the relative humidity due to a temperature decrease in an intermediate cooling system (7) is counteracted by removing moisture. A dehumidifying device (8) is arranged between the intermediate cooling (7) and a compressor 41) of the high pressure stage (4). The dehumidifying device (8) has a swirl-generating element (82) such as a centrifugal separator. As a result, the air flow, which essentially follows the direction of the air line, is set into a twisting movement. Because of this swirling movement, centrifugal forces occur within the flow, which centrifugal forces transport water droplets present in the air flow outwards in the direction of the inner wall of the air line (81). In this way, water vapor can condense and the water droplets can be separated from the flow and thus the relative humidity can be reduced, even if the cooling in the intermediate cooling (7) takes place to a temperature at which the air flow has already fallen below the dew point.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von mehrstufigen Turboladern. Sie betrifft eine Entfeuchtungsvorrichtung für eine mehrstufige Aufladungsvorrichtung, eine mehrstufige Aufladungsvorrichtung mit einer Entfeuchtungsvorrichtung und einen Turbolader mit mehrstufige Aufladungsvorrichtung und einer Entfeuchtungsvorrichtung.The present invention relates to the field of multistage turbochargers. It relates to a dehumidifying device for a multi-stage charging device, a multi-stage charging device with a dehumidifying device and a turbocharger with multi-stage charging device and a dehumidifying device.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Turbolader, welche auch als Abgasturbolader bezeichnet werden, sind im Allgemeinen aus einem Verdichter und einer Abgasturbine aufgebaut, welche über einer gemeinsamen Welle mechanisch miteinander verbunden sind. Abgase einer Kolbenmaschine werden der Abgasturbine zugeführt. Da diese Abgase unvollständig expandiert sind, wird ein Teil der noch vorhandenen Energie des Abgases in Rotationsenergie der Abgasturbine umgewandelt. Die Rotationsenergie der Abgasturbine wird über die Welle auf den Verdichter übertragen, welcher die der Kolbenmaschine zugeführte Frischluft verdichtet. So kann die Kolbenmaschine mit deutlich mehr Frischluft aufgeladen werden, was zu einer Effizienzsteigerung der Kolbenmaschine führt.Turbochargers, which are also referred to as exhaust gas turbochargers, are generally constructed of a compressor and an exhaust gas turbine, which are mechanically connected to each other via a common shaft. Exhaust gases of a piston engine are supplied to the exhaust gas turbine. Since these exhaust gases are expanded incompletely, a part of the remaining energy of the exhaust gas is converted into rotational energy of the exhaust gas turbine. The rotational energy of the exhaust gas turbine is transmitted via the shaft to the compressor, which compresses the fresh air supplied to the piston engine. Thus, the piston engine can be charged with significantly more fresh air, which leads to an increase in efficiency of the piston engine.

Bei einem zweistufigen Turbolader sind zwei Stufen in Serie geschaltet. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines zweistufigen Turboladers mit einer angeschlossenen Kolbenmaschine aus dem Stand der Technik. Eine Kolbenmaschine 1 ist mit einem zweistufigen Turbolader 2 über eine Frischluftleitung 5 und einer Abgasleitung 6 verbunden. Der zweistufige Turbolader 2 weist eine Niederdruckstufe 3 und eine Hochdruckstufe 4 auf, wobei jede Stufe einen einfachen Turbolader mit einem Verdichter 31, 41, einer Abgasturbine 32, 42 und einer gemeinsamen Welle 33, 43 aufweist. Angesaugte Frischluft durchströmt zuerst den Verdichter 31 der Niederdruckstufe 3 und wird so verdichtet. Die verdichtete Frischluft durchströmt danach den Verdichter 41 der Hochdruckstufe 4 und wird so noch zusätzlich verdichtet. Die zweimalig verdichtete Frischluft strömt danach in die Kolbenmaschine 1. Nach der Verbrennung in der Kolbenmaschine 1 strömt das Abgas durch die Abgasturbine 42 der Hochdruckstufe 4 und wird dort teilweise expandiert. Die dadurch entstehende Rotationsenergie wird über die Welle 43 der Hochdruckstufe 4 auf den Verdichter 41 der Hochdruckstufe 4 übertragen. Nach der Abgasturbine 42 der Hochdruckstufe 4 strömt das Abgas durch die Abgasturbine 32 der Niederdruckstufe 3 und wird dort weiter expandiert. Die dadurch entstehende Rotationsenergie wird über die Welle 33 der Niederdruckstufe 3 auf den Verdichter 31 der Niederdruckstufe 3 übertragen. Bei der Verdichtung in der Niederdruckstufe 3 wird nicht nur der Druck sondern auch die Temperatur der Frischluft erhöht. Durch diese Temperaturerhöhung sinkt die Dichte der Frischluft beim Eintritt in die Hochdruckstufe 4, was dazu führt, dass ein grösserer Verdichter für die Hochdruckstufe 4 verwendet werden muss. Die benötigte Leistung für ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis steigt somit. Daher kann optional die Frischluft zwischen dem Verdichter 31 der Niederdruckstufe 3 und dem Verdichter 41 der Hochdruckstufe 4 über eine Zwischenkühlung 7 gekühlt werden. So wird die Dichte der dem Verdichter 41 der Hochdruckstufe 4 zugeführten Frischluft erhöht, um so einen kleinere Verdichter und eine geringere benötigte Leistungen in der Hochdruckstufe 4 zu ermöglichen.In a two-stage turbocharger, two stages are connected in series. 1 shows a schematic representation of a two-stage turbocharger with a connected piston engine from the prior art. A piston engine 1 is with a two-stage turbocharger 2 via a fresh air line 5 and an exhaust pipe 6 connected. The two-stage turbocharger 2 has a low pressure stage 3 and a high pressure stage 4 on, each stage being a simple turbocharger with a compressor 31 . 41 , an exhaust gas turbine 32 . 42 and a common wave 33 . 43 having. Aspirated fresh air first flows through the compressor 31 the low pressure stage 3 and is so condensed. The compressed fresh air then flows through the compressor 41 the high pressure stage 4 and is thus additionally compressed. The twice compressed fresh air then flows into the piston engine 1 , After combustion in the piston engine 1 the exhaust gas flows through the exhaust gas turbine 42 the high pressure stage 4 and is partially expanded there. The resulting rotational energy is transmitted through the shaft 43 the high pressure stage 4 on the compressor 41 the high pressure stage 4 transfer. After the exhaust gas turbine 42 the high pressure stage 4 the exhaust gas flows through the exhaust gas turbine 32 the low pressure stage 3 and will continue to expand there. The resulting rotational energy is transmitted through the shaft 33 the low pressure stage 3 on the compressor 31 the low pressure stage 3 transfer. During compression in the low-pressure stage 3 Not only the pressure but also the temperature of the fresh air is increased. As a result of this temperature increase, the density of the fresh air drops when entering the high-pressure stage 4 , which leads to a larger compressor for the high pressure stage 4 must be used. The required power for a given compression ratio thus increases. Therefore, optionally, the fresh air between the compressor 31 the low pressure stage 3 and the compressor 41 the high pressure stage 4 via an intermediate cooling 7 be cooled. So will the density of the compressor 41 the high pressure stage 4 supplied fresh air, so a smaller compressor and lower power required in the high-pressure stage 4 to enable.

Temperaturen der Zwischenkühl können zwischen 60 Grad Celsius und 80 Grad Celsius. Die Werte für den absoluten Druck im Zwischenkühler betragen circa 3 bis 5 bar. Als weitere Option kann alternativ oder zusätzlich zur Zwischenkühlung 7 zwischen dem Verdichter 41 der Hochdruckstufe 4 und der Kolbenmaschine 1 eine Nachkühlung angeordnet sein, welche die verdichtete Frischluft kühlt. Oft weist die Niederdruckstufe einen grösseren Turbolader auf als die Hochdruckstufe. Dadurch kann der kleinere Turbolader der Hochdruckstufe für niedrige Massenströme der Kolbenmaschine bei niedriger Geschwindigkeit und der grössere Turbolader der Niederdruckstufe für höhere Massenströme der Kolbenmaschine bei höherer Geschwindigkeit ausgelegt werden. Das Prinzip des zweistufigen Turboladers kann auf mehrere Stufen verallgemeinert werden. Bei einem solchen mehrstufigen Turbolader sind dann mehrere Stufen analog zum zweistufigen Turbolader in Serie geschaltet. Ausserdem kann das Prinzip auf allgemeine Formen der Aufladung verallgemeinert werden, wobei der Antrieb der Verdichter nicht zwingend über eine Abgasturbine erfolgen muss sondern beispielsweise auch direkt von einer Kolbenmaschine oder von einem Elektromotor angetrieben der kann.Intercooler temperatures can range from 60 degrees Celsius to 80 degrees Celsius. The values for the absolute pressure in the intercooler are approximately 3 to 5 bar. As another option, alternatively or in addition to intercooling 7 between the compressor 41 the high pressure stage 4 and the piston engine 1 be arranged aftercooling, which cools the compressed fresh air. Often, the low pressure stage has a larger turbocharger than the high pressure stage. This allows the smaller turbocharger of the high-pressure stage to be designed for low mass flows of the piston engine at low speed and the larger turbocharger of the low-pressure stage for higher mass flows of the piston engine at higher speed. The principle of the two-stage turbocharger can be generalized to several stages. In such a multi-stage turbocharger then several stages are connected in series analogous to the two-stage turbocharger. In addition, the principle can be generalized to general forms of charging, the drive of the compressor does not necessarily have to be made via an exhaust gas turbine but for example, driven directly by a piston engine or by an electric motor can.

Die Effizienz eines solchen mehrstufigen Turbolader-Systems ist wie oben diskutiert stark abhängig von der Temperatur der Zwischenkühlung. Problematisch ist dabei, dass durch die Zwischenkühlung die relative Luftfeuchtigkeit der Frischluft steigt. Dadurch kann der Taupunkt unterschritten werden, was zur Bildung von Wassertropfen in der Luftströmung führt. Diese Wassertropfen treffen mit hoher Relativgeschwindigkeit auf den Verdichter der Hochdruckstufe auf und können aufgrund der Inkompressibilität des Wassers und aufgrund des hohen Impulses der Wassertropfen zu Tropfenerosion auf den Verdichterschaufeln der Hochdruckstufe führen.The efficiency of such a multi-stage turbocharger system, as discussed above, is highly dependent on the temperature of the intermediate cooling. The problem is that the relative humidity of the fresh air increases due to the intercooling. This can be below the dew point, which leads to the formation of water droplets in the air flow. These water droplets impinge on the compressor of the high-pressure stage at high relative speed and, due to the incompressibility of the water and due to the high momentum of the water droplets, can lead to drop erosion on the compressor blades of the high-pressure stage.

Eine allgemein bekannte Lösung dieses Problems ist es die Zwischenkühlung so auszulegen, dass die Luft den Taupunkt nicht unterschreitet. Bei der Auslegung muss eine gewisse Sicherheit berücksichtigt werden so dass die zulässige relative Luftfeuchtigkeit deutlich unter 100 Prozent gehalten werden muss. Dies bedeutet, dass das effizienzsteigernde Kühlen nach unten deutlich beschränkt wird und dadurch die Gesamteffizienz von mehrstufigen Turboladern limitiert wird.A well-known solution to this problem is to design the intermediate cooling so that the air does not fall below the dew point. When designing must have a certain security be taken into account so that the permissible relative humidity must be kept well below 100 percent. This means that the efficiency-enhancing cooling down is significantly limited, thus limiting the overall efficiency of multi-stage turbochargers.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen mehrstufigen Turbolader anzugeben, welcher eine höhere Effizienz aufweist.Object of the present invention is to provide a multi-stage turbocharger, which has a higher efficiency.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by a device having the features of the independent patent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims.

Gegenstand der Erfindung ist es, dass dem Anstieg der relativen Luftfeuchtigkeit aufgrund der Temperatursenkung in einer Zwischenkühlung durch einen Entzug an Feuchtigkeit entgegengewirkt wird. Dabei ist eine Entfeuchtungsvorrichtung zwischen der Zwischenkühlung und einem Verdichter der Hochdruckstufe angeordnet. Die Entfeuchtungsvorrichtung weist ein drallerzeugendes Element wie beispielsweise einem Fliehkraftabscheider auf. Dadurch wird die im Wesentlichen der Richtung der Luftleitung folgende Luftströmung in eine Drallbewegung versetzt. Aufgrund dieser Drallbewegung treten innerhalb der Strömung Zentrifugalkräfte auf, welche Zentrifugalkräfte in der Luftströmung vorhandene Wassertropfen nach außen in Richtung der Innenwand der Luftleitung transportieren. So kann Wasserdampf kondensiert und die Wassertropfen aus der Strömung ausgeschieden werden und damit die relative Luftfeuchtigkeit vermindert werden, auch wenn die Abkühlung in der Zwischenkühlung auf eine Temperatur erfolgt, bei welcher die Luftströmung bereits den Taupunkt unterschritten hat. Dadurch wird eine stärkere Abkühlung der Luftströmung ermöglicht ohne dass es zu Erosionsschäden auf dem Verdichterrad kommt. Dies führt zu einer erhöhten Gesamteffizienz des Turboladers.The object of the invention is that the increase in the relative humidity due to the reduction in temperature in an intermediate cooling by a withdrawal of moisture is counteracted. In this case, a dehumidifying device is arranged between the intermediate cooling and a compressor of the high-pressure stage. The dehumidifying device has a spin-generating element such as a centrifugal separator. As a result, the air flow following the direction of the air duct is set into a swirling movement. Due to this swirling motion, centrifugal forces occur within the flow, which centrifugal forces in the air flow transport water droplets outward in the direction of the inner wall of the air duct. So steam can be condensed and the water droplets are eliminated from the flow and thus the relative humidity can be reduced, even if the cooling takes place in the intermediate cooling to a temperature at which the air flow has already fallen below the dew point. This allows a greater cooling of the air flow without causing erosion damage on the compressor wheel. This leads to an increased overall efficiency of the turbocharger.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Entfeuchtungsvorrichtung weist eine radiale Verengung der Luftleitung auf so, dass die Querschnittsfläche der Luftleitung an der Stelle der Verengung reduziert ist. Durch die Verengung wird die Luftströmung beschleunigt, was zu einer Verstärkung des Dralls und damit der Zentrifugalkräfte führt. Die Verstärkung des Dralls führt zu einer Temperaturabnahme der Strömung und somit zum Auskondensieren des Wasserdampfs in der Strömung. Durch die Fliehkräfte werden diese Wassertropfen an die Wand der strömungsführenden Geometrie gefördert, von wo sie aus der Strömung entfernt werden können. A first preferred embodiment of the dehumidifying device has a radial constriction of the air duct so that the cross-sectional area of the air duct is reduced at the location of the constriction. The constriction accelerates the flow of air, which leads to an increase in the twist and thus the centrifugal forces. The amplification of the twist leads to a decrease in the temperature of the flow and thus to condensation of the water vapor in the flow. The centrifugal forces promote these drops of water to the wall of the flow-bearing geometry, from where they can be removed from the flow.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Entfeuchtungsvorrichtung weist eine Lavaldüse als Verengung der Luftleitung auf. Die Lavaldüse, welche auch als Lavalähnliche Düse bezeichnet werden kann, weist zunächst eine konvergente und anschließend einen divergenten Querschnitt auf, wobei die Übergänge von dem konvergenten Teil zu dem divergenten Teil allmählich erfolgen. Für die Erfindung ist es nicht wesentlich, dass am engsten Querschnitt der Lavaldüse die Luftströmung Schallgeschwindigkeit erreicht. Durch die Verengung des Querschnittes der Luftleitung im Konvergenten Teil und der anschließenden Erweiterung des Querschnittes im divergenten Teil wird nach der Beschleunigung und der damit verbundenen Reduktion des Drucks und der Verstärkung des Dralls die Strömung wieder verzögert und damit auch der Druck wieder erhöht und der Drall wieder abgebaut. Dadurch ist es möglich, den Druckverlust zu reduzieren.A further advantageous embodiment of the dehumidifying device has a Laval nozzle as a constriction of the air line. The Laval nozzle, which may also be referred to as a Laval-like nozzle, has first a convergent and then a divergent cross-section, the transitions from the convergent part to the divergent part being gradual. For the invention, it is not essential that the air flow reaches the speed of sound at the narrowest cross-section of the Laval nozzle. Due to the narrowing of the cross section of the air line in the convergent part and the subsequent expansion of the cross section in the divergent part, the flow is delayed again after the acceleration and the associated reduction of pressure and amplification of the swirl and thus the pressure again increased and the swirl again reduced. This makes it possible to reduce the pressure loss.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Entfeuchtungsvorrichtung weist ein drallerzeugendes Element, ein drallreduzierendes Element oder ein drallerzeugendes Element und ein drallreduzierendes Element mit einer variablen Geometrie auf. Die Geometrie kann dabei während des Betriebes der Entfeuchtungsvorrichtung angepasst werden und so die Strömungsverhältnisse beeinflusst werden. Dies ermöglicht eine Steuerung der Entfeuchtungsvorrichtung auf Basis der relativen Luftfeuchtigkeit und führt zu einer Reduktion der Druckverlust.A further advantageous embodiment of the dehumidifying device comprises a spin-generating element, a swirl-reducing element or a swirl-producing element and a swirl-reducing element with a variable geometry. The geometry can be adjusted during operation of the dehumidifier and so the flow conditions can be influenced. This allows control of the dehumidifying device based on the relative humidity and leads to a reduction in the pressure loss.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen eine schematische Darstellung:The invention will be explained in more detail by means of exemplary embodiments in conjunction with the figures. The figures show a schematic representation:

1 eines zweistufigen Turboladers mit einer angeschlossenen Kolbenmaschine aus dem Stand der Technik; 1 a two-stage turbocharger with a connected piston engine of the prior art;

2 eines erfindungsgemässen zweistufigen Turboladers mit einer angeschlossenen Kolbenmaschine; und 2 a two-stage turbocharger according to the invention with a connected piston engine; and

3 einer erfindungsgemässen Entfeuchtungsvorrichtung. 3 a dehumidifying device according to the invention.

Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen sind in der Bezugszeichenliste zusammengefasst. Grundsätzlich sind gleiche Teile mit denselben Bezugszeichen versehen.The reference numerals used in the drawings are summarized in the list of reference numerals. Basically, the same parts are provided with the same reference numerals.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNGWAYS FOR CARRYING OUT THE INVENTION

2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen zweistufigen Turboladers mit einer angeschlossenen Kolbenmaschine. Im Unterschied zu dem zweistufigen Turbolader aus 1 ist bei dem erfindungsgemäßen zweistufigen Turbolader zwischen der Zwischenkühlung 7 und dem Verdichter 41 der Hochdruckstufe 4 eine Entfeuchtungsvorrichtung 8 angeordnet. In der Zwischenkühlung wird die Frischluft so stark gekühlt, dass der Taupunkt unterschritten wird und Wassertropfen in der Luftströmung kondensieren. Die Frischluft aus der Zwischenkühlung 7 strömt über die Frischluftleitung 5 in die Entfeuchtungsvorrichtung 8. Dort wird der Frischluft Wasser entzogen so, dass die relative Luftfeuchte wieder abnimmt und der Taupunkt wieder überschritten wird. Die entfeuchtete Luft strömt nach der Entfeuchtungsvorrichtung 8 über die Frischluftleitung 5 weiter in den Verdichter 41 der Hochdruckstufe 4. 2 shows a schematic representation of an inventive two-stage turbocharger with a connected piston engine. Unlike the two-stage turbocharger off 1 is between the intermediate cooling in the two-stage turbocharger according to the invention 7 and the compressor 41 the high pressure stage 4 a dehumidifier 8th arranged. In the intermediate cooling, the fresh air is cooled to such an extent that the dew point is undershot and water droplets condense in the air flow. The fresh air from the intermediate cooling 7 flows over the fresh air line 5 in the dehumidifying device 8th , There, the fresh air is deprived of water so that the relative humidity decreases again and the dew point is exceeded again. The dehumidified air flows to the dehumidifying device 8th over the fresh air line 5 further into the compressor 41 the high pressure stage 4 ,

Es ist dabei sowohl möglich, dass ein neuer Turbolader die in 2 dargestellte Struktur aufweist, als auch die Nachrüstung eines bereits bestehenden Turboladers durch den nachträglichen Einbau einer Entfeuchtungsvorrichtung. Weiter ist es nicht wesentlich, auf welche Art die Verdichter angetrieben werden. Neben der in 2 dargestellten Konfiguration mit einem zweistufigen Turbolader, ist es ebenfalls möglich, dass entweder einer oder gar beide Verdichter über einen Elektromotor oder über die Kolbenmaschine angetrieben werden. Durch die Entfeuchtungsvorrichtung ist es möglich die Luft in der Zwischenkühlung auf unter 60 Grad Celsius, vorzugsweise auf 20 bis 50 Grad Celsius, abzukühlen.It is both possible that a new turbocharger in 2 Having shown structure, as well as the retrofitting of an existing turbocharger by the subsequent installation of a dehumidifier. Furthermore, it is not essential in what way the compressors are driven. In addition to the in 2 In the illustrated configuration with a two-stage turbocharger, it is also possible for either one or both of the compressors to be driven by an electric motor or by the reciprocating engine. By means of the dehumidifying device, it is possible to cool the air in the intermediate cooling to below 60 degrees Celsius, preferably to 20 to 50 degrees Celsius.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Entfeuchtungsvorrichtung. Einen Entfeuchtungsvorrichtung 8 weist eine Luftleitung 81 auf, durch welche Luftleitung 81 feuchte Luft mit einer relativen Luftfeuchte von 100 Prozent strömt. Innerhalb der Luftleitung 81 ist ein drallerzeugendes Element 82 angeordnet, welches drallerzeugende Element 82 Drall in der durch die Luftleitung strömenden Luft Drall erzeugt und beispielsweise ein Fliehkraftabscheider ist. Nach dem drallerzeugenden Element 82 strömt die Luft durch eine Verengung der Luftleitung 81, welche Verengung eine Lavaldüse 84 bildet. Die Lavaldüse 84 weist zunächst eine konvergente und anschließend einen divergenten Querschnitt auf, wobei die Übergänge von dem konvergenten Teil zu dem divergenten Teil allmählich erfolgen. Für die Erfindung ist es nicht wesentlich, dass am engsten Querschnitt der Lavaldüse 84 die Luftströmung Schallgeschwindigkeit erreicht. Aufgrund der Impulserhaltung in Tangentialerrichtung verstärkt sich der Drall der Strömung in der Lavaldüse und der Druck und damit auch die Temperatur werden verringert. Durch die hohe Luftfeuchtigkeit und die zusätzliche Temperaturabsenkung aufgrund der Verengung kondensiert Wasser in der Luft und es bilden sich Wassertropfen. Durch die Zentrifugalkraft in der Drallströmung werden die in der Luft befindlicher Wassertropfen radial nach außen getragen. Ein weiterer Effekt der Verwirklichung ist, dass das die Luft während der Verzögerung der Strömung in dem divergenten Teil der Lavaldüse länger an der Luftleitung 5 anliegt. Das Wasser sammelt sich an der Innenwand der Luftleitung 81 an. Dieses sich ansammelnde Wasser wird über einen Wasserabfluss 85 nach außen abgeführt, welcher Wasserabfluss 85 in der Luftleitung 81 angeordnet ist. Nach der Lavaldüse durchströmt die drallbehaftete Luft ein drallreduzierendes Element 83 wie beispielsweise ein Gleichrichter oder ein Schaufelgitter. Nachdem die Luft das drallreduzierende Element durchströmt hat weist die Strömung nur noch wenig resp. kein Restdrall auf. Vorzugsweise ist der Wasserabfluss 85 zwischen der Verengung und dem drallreduzierenden Element 83 angeordnet. 3 shows a schematic representation of a dehumidifying device according to the invention. A dehumidifying device 8th has an air line 81 on, through which air line 81 moist air with a relative humidity of 100 percent flows. Inside the air line 81 is a spin-generating element 82 arranged, which spin-generating element 82 Swirl generated in the air flowing through the air line swirl and example, is a centrifugal separator. After the swirl-producing element 82 the air flows through a narrowing of the air duct 81 which constriction is a Laval nozzle 84 forms. The Laval nozzle 84 has first a convergent and then a divergent cross section, wherein the transitions from the convergent part to the divergent part take place gradually. For the invention, it is not essential that at the narrowest cross-section of the Laval nozzle 84 the air flow reaches the speed of sound. Due to the conservation of momentum in tangential direction, the swirl of the flow in the Laval nozzle increases and the pressure and thus the temperature are reduced. Due to the high humidity and the additional temperature reduction due to the constriction, water condenses in the air and drops of water form. Due to the centrifugal force in the swirl flow, the water droplets in the air are carried radially outward. Another effect of the realization is that the air during the delay of the flow in the divergent part of the Laval nozzle longer on the air line 5 is applied. The water collects on the inner wall of the air duct 81 at. This accumulating water is via a drain 85 discharged to the outside, which water drainage 85 in the air line 81 is arranged. After the Laval nozzle, the swirling air flows through a swirl-reducing element 83 such as a rectifier or a blade grid. After the air has flowed through the swirl-reducing element, the flow has only a little resp. no residual swirl. Preferably, the water drainage 85 between the constriction and the swirl reducing element 83 arranged.

Das drallerzeugende Element und das drallvermindernde Element können variable Geometrie aufweisen dadurch ist es möglich den Druckverlust zu reduzieren. Außerdem sind die Lavaldüse, das wirbelreduziere Element, und der Wasserabfluss optionale Merkmale und können separat voneinander weggelassen werden oder in einer Mehrzahl auftreten.The swirl-generating element and the swirl-reducing element may have variable geometry, thereby making it possible to reduce the pressure loss. In addition, the Laval nozzle, the vortex reducing element, and the drainage are optional features and may be left out separately or in a plurality.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kolbenmaschine piston engine
22
zweistufiger Turbolader two-stage turbocharger
33
Niederdruckstufe Low pressure stage
3131
Verdichter der Niederdruckstufe Compressor of the low-pressure stage
3232
Abgasturbine der Niederdruckstufe Exhaust gas turbine of the low-pressure stage
3333
Welle der Niederdruckstufe Wave of low pressure stage
44
Hochdruckstufe High pressure stage
4141
Verdichter der Hochdruckstufe Compressor of the high pressure stage
4242
Abgasturbine der Hochdruckstufe Exhaust gas turbine of the high-pressure stage
4343
Welle der Hochdruckstufe Shaft of the high pressure stage
55
Frischluftleitung Fresh air line
66
Abgasleitung exhaust pipe
77
Zwischenkühlung intercooling
88th
Entfeuchtungsvorrichtung dehumidifying
8181
Luftleitung air line
8282
drallerzeugendes Element spin-generating element
8383
drallreduzierendes Element  Swirl reducing element
8484
Lavaldüse Laval
8585
Wasserabfluss water drainage

Claims (12)

Entfeuchtungsvorrichtung für eine mehrstufigen Aufladungsvorrichtung umfassend eine Luftleitung (81), welche Luftleitung (81) von der zu entfeuchtenden Luft durchströmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfeuchtungsvorrichtung ein drallerzeugendes Element (82) aufweist, welches drallerzeugende Element (82) in einem von der zu entfeuchtenden Luft durchströmbaren Teil der Luftleitung (81) angeordnet ist und oder Teil der Luftleitung (81) ist und in der durch die Luftleitung (81) strömenden Luft Drall erzeugt so, dass kondensierende Wassertropfen in der durch die Luftleitung (81) strömenden Luft durch eine Zentrifugalkraft der drallbehafteten Strömung in der Luftleitung radial nach aussen getragen werden.Dehumidifying device for a multi-stage charging device comprising an air line ( 81 ), which air line ( 81 ) is traversed by the air to be dehumidified, characterized in that the dehumidifying device is a spin-generating element ( 82 ), which spin-generating element ( 82 ) in a part of the air duct through which the air to be dehumidified can pass ( 81 ) and / or part of Air line ( 81 ) and in the air duct ( 81 ) flowing air swirl generated so that condensing water droplets in the through the air duct ( 81 ) are carried radially outward by a centrifugal force of the swirling flow in the air duct. Entfeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfeuchtungsvorrichtung eine Festigkeit aufweist, welche Festigkeit ein Durchströmen von Luft mit einen absoluten Druck von mindestens 3 bar, vorzugsweise 3 bis 4 bar ermöglicht.Dehumidifying device according to claim 1, characterized in that the dehumidifying device has a strength, which strength allows air to flow through it with an absolute pressure of at least 3 bar, preferably 3 to 4 bar. Entfeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftleitung (81) eine radiale Verengung aufweist so, dass die durch die Luftleitung (81) strömende Luft beschleunigt werden kann. Dehumidifying device according to claim 1 or 2, characterized in that the air line ( 81 ) has a radial constriction so that through the air line ( 81 ) flowing air can be accelerated. Entfeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung in Strömungsrichtung der Luft stromabwärts des drallerzeugende Elements (82) angeordnet ist.Dehumidifying device according to claim 3, characterized in that the constriction in the flow direction of the air downstream of the spin-generating element ( 82 ) is arranged. Entfeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung eine Lavaldüse (84) aufweist.Dehumidifying device according to claim 4, characterized in that the constriction is a Laval nozzle ( 84 ) having. Entfeuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein drallreduzierendes Element (83) aufweist, welches drallreduzierende Element (83) in der durch die Luftleitung strömenden Luft Drall reduziert so, dass eine Dissipation der Drallenergie vermindern werden kann.Dehumidifying device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the device is a swirl-reducing element ( 83 ), which spin-reducing element ( 83 ) reduces swirl in the air flowing through the air duct so that dissipation of the swirl energy can be reduced. Entfeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das drallreduzierende Element (83) in Strömungsrichtung der Luft stromabwärts von dem drallerzeugenden Element (82) und stromabwärts von der Verengung angeordnet ist.Dehumidifying device according to claim 6, characterized in that the swirl-reducing element ( 83 ) in the flow direction of the air downstream of the spin-generating element ( 82 ) and downstream of the constriction. Entfeuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das drallerzeugende Element (82) und oder drallreduzierende Element (83) eine variable Geometrie aufweist.Dehumidifying device according to claim 7, characterized in that the spin-generating element ( 82 ) and or swirl-reducing element ( 83 ) has a variable geometry. Entfeuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Wasserabfluss (85) aufweist, um angesammeltes Kondenswasser aus der Luftleitung (81) abzuführen. Dehumidifying device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the device is a water drain ( 85 ) to collect accumulated condensed water from the air line ( 81 ) dissipate. Aufladungsvorrichtung zur Aufladung einer Kolbenmaschine umfassend eine Frischluftleitung (5) einen Verdichter (31) einer Niederdruckstufe (3) einen Verdichter (41) einer Hochdruckstufe (4), welcher über die Frischluftleitung (5) so mit dem Verdichter (31) der Niederdruckstufe (3) verbunden ist, dass verdichtete Luft aus dem Verdichter (31) der Niederdruckstufe (3) in den in Bezug auf die Strömungsrichtung der Luft stromabwärts gelegenen Verdichter (41) der Hochdruckstufe (4) einströmen kann und die Luft in dem Verdichter (41) der Hochdruckstufe (4) weiter verdichtet werden kann, und eine Zwischenkühlung (7), welche Zwischenkühlung (7) zwischen dem Verdichter (31) der Niederdruckstufe (3) und dem Verdichter (41) der Hochdruckstufe (4) angeordnet ist und so über die Frischluftleitung (5) mit dem Verdichter (31) der Niederdruckstufe (3) und dem Verdichter (41) der Hochdruckstufe (4) verbunden ist, dass aus dem Verdichter (31) der Niederdruckstufe (3) austretende Luft in der Zwischenkühlung (7) gekühlt werden kann bevor die Luft in den Verdichter (41) der Hochdruckstufe (4) eintritt. dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladungsvorrichtung eine Entfeuchtungsvorrichtung (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist, welche Entfeuchtungsvorrichtung (8) zwischen der Zwischenkühlung (7) und dem Verdichter (41) der Hochdruckstufe (4) angeordnet ist und so über die Frischluftleitung (5) mit der Zwischenkühlung (7) und dem Verdichter (41) der Hochdruckstufe (4) verbunden ist, dass aus der Zwischenkühlung (7) austretende Luft in der Entfeuchtungsvorrichtung (8) entfeuchtet werden kann bevor die Luft in den Verdichter (41) der Hochdruckstufe (4) eintritt.Charging device for charging a piston engine comprising a fresh air line ( 5 ) a compressor ( 31 ) a low-pressure stage ( 3 ) a compressor ( 41 ) of a high-pressure stage ( 4 ), which via the fresh air line ( 5 ) so with the compressor ( 31 ) of the low-pressure stage ( 3 ), that compressed air from the compressor ( 31 ) of the low-pressure stage ( 3 ) in the downstream with respect to the flow direction of the air compressor ( 41 ) of the high-pressure stage ( 4 ) and the air in the compressor ( 41 ) of the high-pressure stage ( 4 ) can be further compressed, and an intermediate cooling ( 7 ), which intermediate cooling ( 7 ) between the compressor ( 31 ) of the low-pressure stage ( 3 ) and the compressor ( 41 ) of the high-pressure stage ( 4 ) is arranged and so over the fresh air line ( 5 ) with the compressor ( 31 ) of the low-pressure stage ( 3 ) and the compressor ( 41 ) of the high-pressure stage ( 4 ) that is connected to the compressor ( 31 ) of the low-pressure stage ( 3 ) escaping air in the intermediate cooling ( 7 ) can be cooled before the air enters the compressor ( 41 ) of the high-pressure stage ( 4 ) entry. characterized in that the charging device comprises a dehumidifying device ( 8th ) according to one of claims 1 to 9, which dehumidifying device ( 8th ) between the intermediate cooling ( 7 ) and the compressor ( 41 ) of the high-pressure stage ( 4 ) is arranged and so over the fresh air line ( 5 ) with the intermediate cooling ( 7 ) and the compressor ( 41 ) of the high-pressure stage ( 4 ), that from the intermediate cooling ( 7 ) exiting air in the dehumidifying device ( 8th ) can be dehumidified before the air enters the compressor ( 41 ) of the high-pressure stage ( 4 ) entry. Aufladungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufladungsvorrichtung eine Nachkühlung aufweist, welche Nachkühlung stromabwärts des Verdichters (41) der Hochdruckstufe (4) angeordnet ist und so über die Frischluftleitung (5) mit dem Verdichter (41) der Hochdruckstufe (4) verbunden ist, dass aus der Verdichter (41) der Hochdruckstufe (4) austretende Luft in der Nachkühlung gekühlt werden kann.Charging device according to claim 10, characterized in that the charging device has a post-cooling, which post-cooling downstream of the compressor ( 41 ) of the high-pressure stage ( 4 ) is arranged and so over the fresh air line ( 5 ) with the compressor ( 41 ) of the high-pressure stage ( 4 ) connected to the compressor ( 41 ) of the high-pressure stage ( 4 ) exiting air can be cooled in the aftercooling. Mehrstufiger Turbolader, dadurch gekennzeichnet, dass der Turbolader eine Aufladungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 11 aufweist.Multi-stage turbocharger, characterized in that the turbocharger has a charging device according to one of claims 10 to 11.
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