DE3440506C2 - Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und Verunreinigungen aus Kohlenwasserstoff-Fluiden - Google Patents

Abstract

Filterwasserabscheider (10) mit wenigstens einer Trennzelle, bestehend aus je einem Coalescerelement (48) und einem Separatorelement (66), bei dem die Elemente (48, 66) koaxial zueinander angeordnet sind und das Coalescerelement (48) außen und das Separatorelement (66) innen liegen. Bei der Reinigung von Kohlenwasserstoffen werden beide Elemente (48, 66) von außen nach innen durchströmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und Verunreinigungen aus Kohlenwasserstoff-Fluiden, insbesondere Flugkraftstoffen oder Erdgas, mit einem Gehäuse, einem Einlaßrohr, wenigstens einem Ablaß, wenigstens einem in dem Gehäuse angeordneten zylindrischen Coalescerelement und wenigstens einem, zumindest teilweise in diesem Coalescerelement koaxial angeordneten zylindrischen Separatorelement unter Bildung eines Strömungswegs vom Einlaßrohr durch die Elemente hindurch zum Auslaßrohr, wobei der zwischen den Elementen gebildete Ringraum mit dem Ablaß verbunden ist

Vorrichtungen der eingangs erwähnten Art werden zur Reinigung von Kohlenwasserstoffen, insbesondere von Flugkraftstoffen, verwendet, wobei in dem ersten Element, also dem Coalescerelement, die Abtrennung der mitgeführten Verunreinigungen erfolgt und zugleich das in den Kohlenwasserstoffen dispergiert enthaltene Wasser zur Bildung von größeren Wassertröpfchen veranlaßt wird, d. h. die feinst verteilten Wassertröpfchen werden zu größeren Wassertropfen koalesziert. Hierdurch soll erreicht werden, daß die gebildeten Wassertröpfchen vor dem Erreichen der zweiten Trennstufe, nämlich des hydrophoben Separatorelements, bereits in den Wassersumpf sedimentiert sind bzw. infolge ihrer Größe nicht mehr durch die Poren der hydrophoben Separatorschicht dringen können.

Bei derartigen Vorrichtungen wird daher angestrebt daß die in der Koaleszierungsstufe gebildeten Tropfen auf ihrem Weg zur Separatorstufe zumindest nicht wieder zerschlagen werden, wodurch vermieden wird, daß sie nicht sedimentieren und durch die Poren des hydrophoben Trennelements hindurchgefördert werden.

Üblicherweise sollen derartige Vorrichtungen möglichst kompakt gebaut sein, ohne daß die erforderlichen hohen Abscheide- und Trennleistungen hierdurch vermindert werden. Infolgedessen ist die Kenntnis der Strömungsverhältnisse in diesen Vorrichtungen besonders wichtig, da diese Aufschluß geben, inwieweit die in der Coalescerstufe gebildeten Tropfen auf ihrem weiteren Weg zum Separatorelement durch ungünstige Strömungsverhältnisse zerhackt werden oder aber infolge günstiger Strömungsverhältnisse nahezu ungehindert in den Sumpf sedimentieren können.

Es wird also neben einer sehr guten Abtrennleistung in der Coalescerstufe eine möglichst gleichförmige Strömung zwisqhen dem Coalescerelement und dem Separatorelement angestrebt, die die Sedimentation der gebildeten Tropfen nicht stört bzw. möglichst sogar begünstigt.

Durch möglichst kompakte Bauweise, also Vorrichtungen mit möglichst kleinen Strömungswegen und zusätzlich hohen Durchsatzleistungen werden in aller Regel relativ ungünstige Strömungs- und Sedimentationsverhältnisse geschaffen, mit der Folge, daß die Sedimentation der erzeugten Wassertropfen ungünstig beeinflußt wird. Dies ist insbesondere bei den Vorrichtungen des Standes der Technik der Fall, bei denen beispiels-

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weise durch komplizierte Strömungsverhältnisse die aus gang teilnahmen, während die dahinterliegenden Filter-Jen Coalescerelementeii austretenden Flüssigkeitsströ- bereiche praktisch nicht mehr mit dem Flüssigkeitsme teilweise langsam und teilweise sehr schnell strömea strom beaufschlagt wurden. Aufgrund der geringen FiI-Insbesondere kritisch ist die Durchströmung von engen terkapazität setzen sich dann diese Coalescerelemente Kanälen zwischen den Coalescerelementen selbst in de- 5 relativ schnell zu und mußten daher nach einer relativ nen die Flüssigkeitsströme regelmäßig beschleunigt kurzen Standzeit ausgetauscht werden. Eine Besichtiwerden, mit der Folge, daß die gebildeten Wassertrop- gung der Filterschicht ergab dabei, daß — wie vorstefen wieder zerhackt werden. hend erwähnt — nur der Frontbereich verunreinigt war,

Die Problematik sämtlicher bekannter Geräte liegt während die radial außenliegenden Faltenbereiche also im wesentlichen darin, daß zwar im Coalescerele- io praktisch nicht verschmutzt waren,
ment eine kontrollierte Strömung bewirkt wird, aber Durch die geringe Filterfläche ist bei diesem DOD-nach dem Austritt aus dem Coalescerelement und insbe- Element natürlich auch die koaleszierende Wirkung besondere zwischen den Coalescerelementen eine ver- einträchtigt, die zudem mit zunehmendem Verschmutschiedenartige, unkontrollierte Strömung sich bis zu den zungsgrad noch abnimmt

Separatorelementen der zweiten Stufe hin einstellt Da- is Weiterhin strömen die erzeugten Wassertropfen eine

bei werden in unkontrollierbarer Weise Einflüsse wirk- konkav geformte Oberfläche, nämlich die Oberfläche

sam. welche die Wasserabscheidung mehr oder weniger der Separatorstufe an und werden dort durch die Stnö-

negativ beeinträchtigen. mungsgeschwindigkeit an die Oberfläche gedrückt und

Insofern schreiben die Vorschriften für die zivile Luft- wirksam festgehalten. Hierdurch erhöht sich die Wahrfahrt (API 1581) sowie ähnliche Vorschriften für die 20 scheinlichkeit, daß ein dort befindlicher Wassertropfen militärische Luftfahrt Prüfungen auf die Gleichartigkeit nicht mehr sedimentiert, sondern vielmehr durch die (Similarity) derartiger Vorrichtungen vor, wodurch ge- hydrophobe Filterschicht hindurch gefördert wird,
währleistet werden soll, daß derart zugelassene Geräte Insofern konnte sich dieses DOD-Gerät wegen seiner praktisch gleichartig arbeiten. Derartige Tests müssen Nachteile nicht weiter durchsetzen,
für jede bestimmte Vorrichtung neu durchgeführt wer- 25 Andererseits ist aus der DE-AS 11 23 068 eine Vorden, wobei nur im bestimmten Ausmaß Abweichungen richtung der eingangs erwähnten Art bekannt, bei der von dem einmal konzipierten und zugelassenen Gerät das zu behandelnde Fluid von außen auf ein Coalescerzulässig sind. Insofern existiert kein Gerät, das hinsieht- element auftrifft, dieses durchströmt und anschließend lieh der Gleichartigkeitserfordernisse konformstabil ist. in ein Separatorelement eintritt aus dem es nach dem

Im Stand der Technik sind folgende Vorrichtungen 30 Durchströmen in axialer Richtung austritt Der zwi-

bekannt: sehen dem Coalescer- und dem Separatorelement gebiil-

Bei einem ersten bekannten Gerät liegen die Coales- dete Ringraum, in dem die Coalescierung erfolgt steht

cer-Elemente (grundsätzlich die erste Stufe) und die Se- dabei mit einem Sammelraum am Boden des Behälters

paratorelemente (grundsätzlich die zweite Stufe) ge- in Strömungsverbindung, in den die coaleszierten Trop-

trennt voneinander vor. Dabei werden die Coalescerele- 35 fen absinken.

mente von innen nach außen und die Separatorelemente Ein derartiges Element hat nur eine bestimmte Trennvon außen nach innen durchströmt. Zwischen der ersten kapazität für die es auch zugelassen ist Sofern die und der zweiten Stufe stellt sich eine unkontrollierte Trennkapazität erhöht, also dieses Element vergrößert Strömung durch wechselnde Strömungsverhältnisse werden soll, ist eine erneute Zulassung notwendig, was zwischen dem Ausgang der ersten Stufe und dem Ein- 40 sehr kosten- und zeitaufwendig ist
gang der zweiten Stufe ein. Es treten praktisch bei jeder Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Gerätegröße andere unbekannte Beschleunigungen, Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so fortzubil-Verzögerungen und schließlich wieder Beschleunigun- den, daß es eine möglichst gute Gleichartigkeitsgen der Flüssigkeitsströme auf, wodurch die Funktion Zwangsläufigkeit aufweist

der ersten Stufe, nämlich möglichst große Wassertrop- 45 Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,

fen zu bilden, negativ beeinflußt wird. daß eine Mehrzahl von jeweils ein Separatorelement

Bei einem weiteren Gerät liegen sowohl die erste und und ein Coalescerelement enthaltenden Zellen im Ge-

die zweite Stufe wiederum getrennt voneinander vor häuse unter zwangsläufiger Aufrechterhaltung der

und werden jeweils von außen nach innen durchströmt. Gleichartigkeit vorgesehen ist, daß alle Zellen auf einer

Infolge der axial hintereinander angeordneten Elemente 50 Montageplatte angeordnet sind, die das Behälterinnere

erfolgt eine hohe Beschleunigung der Flüssigkeitsströ- in einen Zuführungsraum und einen Sammelraum teilt,

me im Innenrohr der Coalescerelemente, mit der Folge, daß die zwischen dem Separatorelement und dem Coa-

daß die Wassertropfen wieder zerschlagen werden. lescerelement gebildeten Ringräume mit dem Sammel-

Weiterhin sind Geräte bekannt, bei denen die erste raum in Strömungsverbindung sind, und daß die Innen- und die zweite Stufe konzentrisch zueinander angeord- 55 räume der Separatorelemente über einen Teilstromnet sind. Dabei wird die zylinderförmig ausgestaltete sammler mit dem Auslaßrohr verbunden sind.
Coalescerstufe von der zylinderförmig ausgestalteten Erfindungsgemäß ist in einem Gehäuse eine Mehr-Separatorstufe umgeben. Hieraus ist bereits ersichtlich, zahl von Zellen vorgesehen, die jeweils ein Separatordaß bei diesem Gerät (sog. DOD-Element) die Oberflä- element und koaxial hierzu ein Coalescerelement entOberfläche des Separatorelements, so daß bereits hier- ist auch keine weitere Zulassung eines derartigen Vierdurch die Filterkapazität des Coalescerelements be- Zellengeräts notwendig, d. h. die erfindungsgemäße Vorschränkt ist. Auch die plissierte Ausbildung der Filterflä- richtung weist die vielfache Wirkung eines Einzellengeche beim Coalescerelement war für die Filterleistung räts auf und vereinigt darüber hinaus sämtliche Zellen in nicht zufriedenstellend. 65 einem Behälter, was die Wartung erheblich vereinfacht.

Durch den Druck der anströmenden Flüssigkeitsmen- Die Oberfläche des Coaleszerelements ist bei der er-

gen wurden die innenliegenden Schlaufenbereiche zu- findungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Separa-

eeschwemmt. so daß nur diese Bereiche am Filtervor- torelement erheblich erößer ausgebildet. Des weiteren

wird die faltenförmig angeordnete Filtrierfläche durch die radial nach innen gerichtete Strömung gleichmäßig aufgefaltet, so daß die gesamte Filtrierfläche an dem Filter- und Coalesciervorgang teilnimmt. Hierdurch wird die Filtrier- und Coalescierleistung gegenüber dem DOD-Element verbessert, was zu einer wesentlich größeren Standzeit führt. Weiterhin kann der Verschmutzungsgrad und die Verschmutzungsart jederzeit ohne Zerstörung der Elemente von außen besichtigt werden. Schließlich ist noch eine Abspülung der verschmutzten Filterflächen möglich.

Weiterhin wirkt der wachsende Differenzdruck der ersten Stufe gleichsinnig mit der Montage-Vorspannung, wodurch die erste Stufe nicht abhebt, sondern vielmehr angepreßt wird. Infolgedessen ist das Handling der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfach, übersichtlich und strömungstechnisch optimiert

Nach dem Austritt aus dem Coalescerelement strömt die Flüssigkeit gleichsinnig radial nach innen und trifft dort auf die konvex ausgebildete Oberfläche des Separatorelements. Durch die vorteilhafterweise koaxiale Anordnung der beiden Elemente, also des Coalescerelements und des Separatorelements, wird vorteilhafterweise ein Ringraum durchströmt, dessen radialer Strömungsweg, d.h. Ringraum-Durchmesser in sämtlichen überlappenden Bereichen im wesentlichen gleich ist. Hierdurch wird eine Strömung mit gleichförmiger Geschwindigkeit erzeugt, so daß die negativen Auswirkungen unterschiedlicher Strömungsgeschwindigkeiten bei den Vorrichtungen des Standes der Technik hier nicht mehr festzustellen sind. Dabei ist die radiale Beschleunigungskomponente im Ringraum bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu vernachlässigen, d. h. die Sedimentation der Wassertropfen wird nicht nachteilig beeinflußt

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Stufe gegenüber der zweiten Stufe axial gegen die Sedimentationsrichtung, d. h. nach oben versetzt Infolgedessen wird dem Flüssigkeitsstrom bei der bevorzugten Ausführungsform eine axial in Sedimentationsrichtung gerichtete Strömungskomponente aufgeprägt, die die Sedimentation der gebildeten Wassertropfen begünstigt Diese radial/axial, also schräg erfolgende Strömung, beschleunigt die gebildeten Wassertropfen in Sedimentationsrichtung und führt sie infolgedessen von der Oberfläche des Separatorelements weg. Hierdurch ergibt sich bei der Wasserabscheidung ein Gleit-Wasch-Verkettungseffekt, der die Beförderung von Wassertropfen durch das Separatorelement hindurch verhindert

Weiterhin strömt ein Wassertropfen die konvex ausgebildete Oberfläche des Separatorelements an, was vom physikalischen Standpunkt aus gesehen für den Wassertropfen eine instabile Lage darstellt Infolgedessen wird also der Wassertropfen nicht auf der Auftreff-Fläche festgehalten, sondern neigt vielmehr dazu, nach der Seite wegzufließen, wodurch sich ebenfalls die Wahrscheinlichkeit verringert, daß der Wassertropfen durch das Separatorelement gefördert wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist unabhängig von den Gerätegrößen, also gleichartigkeitsstabil. Die Strömung ist in jeder Zeile gleich und somit in optimaler Weise gleichartigkeits-konform-stabil, entsprchend dem einmal getesteten Gerät Somit läßt sich die erfindungsgemäße Vorrichtung beliebig groß aus einem 1-Zellengerät ableiten, ohne daß hierzu eine weitere, im übrigen sehr kostspielige Zulassung notwendig wäre.
Nach der Feinstfiltration und der Trennung der Kohlenwasserstoff-Wasseremulsion fließt der Kraftstoff über einen Teilstromsammler in den Auslaß ab, während das abgeschiedene Wasser in einen Sammelraum absinkt, aus dem es abgelassen werden kann.
Erfindungsgemäß ist die Abdichtung des Teilstromsammlers im Austrittsstutzen radial und in der Zwischenplatte, auf der die Elemente befestigt sind, axial vorgesehen und erfolgt üblicherweise durch O-Ringe. Weiterhin ist die Zwischenplatten-Teilstromsammler-Kombination vorteilhafterweise über eine Mittelspindel im Auslaß montiert.

Die Befestigung der Coalescerelemente und der Separatorelemente erfolgt erfindungsgemäß je Zelleneinheit über eine Mittelspinde!, die vorteilhafterweise starr bei vertikaler Anordnung oder elastisch bei schräger Anordnung ausgeführt ist, damit die freien Elementenden durch Grid stabilisiert werden können.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform eines Filter-Wasserabscheiders im Längsschnitt;
Fig.2 einen Querschnitt entlang der Linie H-II der Ausführungsform gem. F i g. 1;

F i g. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Filterwasserabscheiders;

Fig.4 einen Querschnitt entlang der Linie IV-IV der in F i g. 3 gezeigten Ausführungsform;

F i g. 5 einen Längsschnitt einer dritten Ausführungsform eines Filterwasserabscheiders;

F i g. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform und
F i g. 7 einen vergrößerten Ausschnitt der in F i g. 5 gezeigten Ausführungsform, wobei schematisch der Strömungsverlauf gezeigt ist

In F i g. 1 ist mit 10 die erste Ausführungsform eines Filterwasserabscheiders gezeigt Dieser Filterwasserabscheider weist ein Gehäuse 12 auf, das gemäß der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform vertikal aufgestellt ist Es kann jedoch aber auch bis zu einem Winkel von 45° geneigt sein.

Das Gehäuse ist nach oben offen und kann mit Hilfe eines Deckels 14 geschlossen werden, wobei vorteilhafterweise das Gehäuse einen Flansch 16 aufweist, in dem eine Ringdichtung 18 zu Dichtzwecken angeordnet ist Weiterhin weist der Deckel 14 ein Entlüftungsventil 20 auf.

Das Gehäuse 12 ist mit einem Einlaßrohr 22 und einem darunter angeordneten Auslaßrohr 24 ausgerüstet die jeweils an ihrem Ende zu Verbindungszwecken Flansche 26 und 28 aufweisen. Üblicherweise steht die Längsachse des Auslaßrohrs 22 und des Einlaßrohrs 24 auf der Gehäuselängsachse senkrecht, wobei anzumerken ist, daß — wie in F i g. 1 gezeigt — das Auslaßrohr innerhalb des Gehäuses 10 gekrümmt ist, wobei das andere Ende 30 des Auslaßrohrs bzw. dessen Zentralachse parallel zur Längsachse des Gehäuses 12 verläuft Im Inneren des Gehäuses ist oberhalb des Endes des Auslaßrohrs 30 ein Zwischenring 32 vorgesehen, der mit der Innenwand 34 des Gehäuses 12 verbunden, vorteilhafterweise verschweißt ist Dabei ist der Innendurchmesser des Zwischenrings 32 größer als der Außendurchmesser des Endes des Auslaßrohrs 30. Aufgrund der benachbarten, jedoch getrennten Anordnung des Endes des Auslaßrohrs 30 und des Zwischenrings 32 entsteht ein Zwischenraum 36, dessen Wirkung nachstehend erläutert wird.

Weiterhin ist in der Nähe des Bodens 38 des Gehäuses 12 ein Ablaßrohr 40 vorgesehen, das mit einem Ablaßventil 42 verschlossen ist.

Vorteilhafterweise ist die Innenwand 34 des Gehäuses 12 oberhalb und benachbart zum Zwischenring 32 mit einem Zwischenablaßrohr 44 versehen, das durch ein Zwischenablaßventil 46 verschlossen ist.

Auf dem Zwischenring 32 ist gemäß der in Fig. 1 gezeigten Austührungsform des Filter-Wasserabscheiders 10 ein an sich bekanntes zylinderförmiges Coalescerelement 48 angeordnet, in dem die Filterschicht 50, wie aus F i g. 2 ersichtlich, zickzackförmig angeordnet ist. Das Coalescerelement 48 ist gegen den Zwischenring mit einer Flachdichtung 52 gedichtet.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, entspricht der Innendurchmesser des hohlzylindrischen Coalescerelements 48 etwa dem Durchmesser der öffnung des Zwischenrings 32.

Die Oberseite des Coalescerelements 48 ist ebenfalls über eine Flachdichtung 54 mit einer Dicht- und Zentrierplatte 56 verschlossen, deren Befestigung nachstehend erläutert wird.

Somit erstreckt sich oberhalb des Zwischenrings 32 zwischen der Innenoberfläche 34 des Gehäuses 12 und der Außenoberfläche 58 des Coalescerelements 48 ein Ringraum 60, der in den oberhalb der Dicht- und Zentrierplatte befindlichen Raum 62 übergeht, wobei beide Räume 60 und 62 mit dem Einlaörohr 22 verbunden sind, also für das zu behandelnde Fluid einen Zuführungsraum bilden.

Im Innenraum des Coalescerelements 48 befindet sich zunächst ein Schutz- und Führungsgitter 64, an dem die Innenoberfläche des Coalescerelements 48 geführt ist. Dieses Führungsgitter 64 ist ebenfalls mit dem Zwischenring 32 verbunden.

Weiterhin ist koaxial zur Längsachse des Coalescerelements 48 die zweite Elementstufe, nämlich das Separatorelement 66 angeordnet

Gemäß der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform ist die Unterseite 68 des Separatorelements 66 in das Ende des Auslaßrohrs 30 eingeführt. Die Dichtung erfolgt dabei mit einem zwischen dem Ende des Auslaßrohrs 30 und dem Separatorelement 66 angeordneten ringförmigen Dichtelement 70, insbesondere einem O-Ring. Dieses ringförmige Dichtelement 70 dichtet also in radialer Richtung.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich ist, ist der Außendurchmesser des ebenfalls hohlzylindrischen Separatorelements 66 geringer als der Innendurchmesser des Coalescerelements 48, mit der Folge, daß zwischen, beiden Elementen ein Ringraum 72 gebildet wird, der über den bereits vorstehend erwähnten Zwischenraum 36 mit dem unterhalb des Zwischenrings 32 im Gehäuse 12 gebildeten Sammelraum 74 in Verbindung steht

Das Separatoreiement 66 ist auf seiner Oberseite mit einem Deckel 76 verschlossen, der eine in der Längsachse des Separatorelements 66 liegende konzentrische Öffnung 78 aufweist.

Die Dicht- und Zentrierplatte 56 weist ebenfalls eine mit dieser öffnung 78 fluchtende öffnung 80 auf, durch die eine Spindel 82 geführt ist, die sich durch die beiden öffnungen 78 und 80, durch den Innenraum 84 des Separatorelements 66 und in das Auslaßrohr 24 erstreckt Das Ende der Spindel 82 ist in einer Nase 86 befestigt, die mit dem Auslaßrohr 24 verbunden ist

Das andere Ende der Spindel 82 ragt in den Raum 62.

Hinzuzufügen ist, daß im Bereich des Endes 30 des Auslaßrohrs 24 auf der Innenoberfläche Vorsprünge 88 angeordnet sind, auf die das Separatorelement 66 beim Einsetzen aufläuft. Andererseits kann auch das Separatorelement 66 am Ende stufenförmig abgesetzt sein, wie dies in F i g. 7 mit 89 gezeigt ist.

Weiterhin ist zwischen dem Deckel 76 des Separatorelements und zwischen der Dicht- und Zentrierplatte 56 des Coalescerelements ein elastischer Dichtungsring 90 vorgesehen, dessen axiale Länge erfindungsgemäß bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform von we·

ίο seitlicher Bedeutung ist.

Über die Spindel 82 ist auf die Dicht- und Zentrierplatte 56 ein weiterer Dichtungsring 92 in Form eines O-Rings, eine Druckplatte 94 aufgeschoben. Den Abschluß bildet eine Mutter 96, mit der die gesamte Anordnung auf folgende Weise gespannt und abgedichtet wird:

Durch die Wirkung der Mutter 96 und der in der Nabe 86 verankerten Spindel 82 wird zunächst die Druckplatte 94 nach unten gedrückt und preßt den Dichtungsring 92 gegen die Dicht- und Zentrierplatte. Diese Dicht- und Zentrierplatte preßt die beiden Flachdichtungen 52 und 54 zusammen, so daß eine Dichtwirkung jeweils an den Enden des Coalescerelements erreicht wird.

Des weiteren wird das auf die Vorsprünge 88 aufgelaufene Separatorelement 66, das mit Hilfe der Radialdichtung 70 gegen das Auslaßrohr 24 abgedichtet ist, durch die Wirkung des elastischen Dichtungsrings 90, der auf den Deckel 76 und die Dicht- und Zentrierplatte 56 einwirkt, sowohl nach unten als auch nach oben festgelegt, wobei zugleich der Deckel 76 dichtend auf das Separatorelement 66 angedrückt wird.

Demzufolge liegt beim Coalescerelement 48 eine in axialer Richtung erfolgende Dichtanordnung vor, während beim Separatorelement 66 auf der Unterseite eine radial dichtende Anordnung vorliegt und auf der Oberseite eine axial dichtende Anordnung vorliegt

Wie bereits vorstehend geschildert, ist die axiale Dimensionierung des Dichtungsrings 90 erfindungsgemäß von besonderer Bedeutung. In einer ersten Ausführungsform ist der Dichtungsring so dimensioniert, daß praktisch zwischen dem Deckel 76 und der Dicht- und Zentrierplatte 56 nur ein geringfügiger Zwischenraum entsteht, der sich auf die Strömung des Fluids praktisch nicht auswirkt.

Gemäß einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform ist die axiale Länge des Dichtungsrings 90 so dimensioniert, daß sich an den Dichtungsring 90 ein Ringraum 98 anschließt, mit der Folge, daß das Separatorelement 66 gegenüber dem Coalescerelement 48 in Sedimentationsrichtung des Fluids, also gemäß der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform nach unten verschoben ist Verbindet man nun mit einer Geraden die beiden oberen Ränder des Coalescerelements 48 und des Separatorelements 66 und läßt diese Gerade mit der Längsachse des Filterwasserabscheiders 10, die mit der Spindel 82 zusammenfällt schneiden, so wird ein Winkel Alpha gebildet, der vorteilhafterweise in einem Bereich von 30—80, insbesondere etwa 60—45°, liegen soll. Dabei ist aus F i g. 1 ersichtlich, daß mit fallender Winkelgröße die axiale Länge des Dichtungsrings 90 länger wird, also auch die schräg erfolgende Anströmungskomponente zunimmt

Weiterhin weist das Gehäuse 12 auf seiner Innenoberfläche 34 im Bereich des Einlaßrohrs 22 ein Prallblech 100 auf, mit dem das zufließende Fluid nach der Seite und nach oben und unten abgelenkt wird.
Der in F i g. 1 und 2 gezeigte Filterwasserabscheider

arbeitet auf folgende Weise:

Das zu reinigende Fluid, insbesondere der Flugkraftstoff, wird über das Einlaßrohr 22 in das Innere des Gehäuses 12 eingeführt, wobei er zunächst am Abprallblech 100 daran gehindert wird, unmittelbar auf das Coalescerelement 48 zu treffen. Während der Einlaufphase ist das Entlüftungsventil solange geöffnet, bis der Ringraum 60 und der Raum 62 des Behälters 12 vollständig mit Kraftstoff gefüllt sind. Nach dem Schließen des Entlüftungsventils 20 wird der Flugkraftstoff durch das Coalescerelement 48, insbesondere die Filterschicht 50, hindurchgeführt, wobei die zickzackförmig gefaltete Filterschicht auf ihrer Außenoberfläche vollständig belastet wird und eine Feinstfiltration vornimmt. Zugleich werden in dem Flugkraftstoff nicht gelöst vorhandene Wassertropfen koalesziert. Der durch das Coalescerelement hindurchgeführte Flugkraftstoff durchdringt das Schutz- und Führungsgitter 64 und gelangt dann in den Ringraum 72. Aufgrund der von allen Seiten gleichmäßig erfolgenden Strömung ist die Strömungsrichtung des filtrierten Fluidstromes genau radial auf die Zentralachse hin gerichtet, d. h. es treten keine unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten auf, die die Sedimentation der gebildeten Wassertropfen behindern bzw. die gebildeten Wassertropfen sogar zerschlagen könnten.

In dem Ringraum 72 sedimentieren nun die Tropfen, wie in F i g. 7 gezeigt, nach unten und gelangen durch den Zwischenraum 36 in den Sammelraum 74, in dem das Wasser aufgefangen und gegebenenfalls durch das Abzugsventil 42 abgezogen wird.

Vorteilhafterweise treten neben der radialen Strömungskomponente im Ringraum 72 durch die axial versetzte Anordnung des Coalescerelements 48 und des Separatorelements 66 noch eine axiale Strömungskomponente auf, was durch die axiale Dimensionierung des Dichtungsrings 90 bedingt ist. Demzufolge wird die Sedimentationsgeschwindigkeit der gebildeten Wassertropfen im Ringraum 72 durch die Schrägströmung gesteigert, da die Wassertropfen nach unten gedruckt werden.

Weiterhin verhindert die konvexe Ausbildung der Oberfläche des Separatorelements 66 praktisch ein Hindurchdrücken der Wassertropfen durch das Separatorelement, da die Wassertropfen regelmäßig zur Seite hin ausweichen.

Der von den gebildeten Wassertropfen durch das Separatorelement 66 befreite Flugkraftstoff fließt durch den Innenraum 84 zum Auslaßrohr 24 hin ab und wird seiner weiteren Verwendung zugeführt. Die Strömungsrichtung ist, wie aus F i g. 7 ersichtlich, durch Pfeile dar- gestellt, wobei die gebildeten Wassertropfen und deren Fallrichtung schematisch dargestellt sind.

In F i g. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines Filterwasserabscheiders 102 dargestellt, der sich von dem in F i g. 1 gezeigten Filterwasserabscheider 10 lediglich dadurch unterscheidet, daß anstelle einer 1-Zellenanordnung (1 Coalescerelement 48 und I Coalescerelement 66) eine 3-Zellenanordnung vorliegt

Infolgedessen werden bei dem Filterwasserabscheider 102 gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 und 2 bezeichnet.

Infolge der 3-Zellenanordnung leiden gemäß F i g. 3 also drei Elemente vor, die auf einer Montageplatte 104 montiert sind. Die Montageplatte 104 liegt über eine axiale Ringdichtung 106, vorzugsweise ein O-Ring, auf dem Zwischenring 32 auf, der mit der Gehäusewand 34 verbunden ist. Die Montageplatte 104 weist weiterhin drei öffnungen 108 auf, die der öffnung des Zwischenrings 32 gem. F i g. 1 entsprechen. Demgemäß entspricht der Durchmesser der öffnung 108 dem Innendurchmesser des Coalescerelements 48.

Weiterhin sind an diesen öffnungen 108 wiederum die Schutz- und Führungsgitter 64 angebracht. Schließlich wird die öffnung 108 wiederum von der Flachdichtung 52 jeweils umgeben und abgedichtet.

Die Separatorelemente 66 münden jeweils in einen Manifold 110, der auf seiner Unterseite ein Anschlußrohr 112 aufweist, das in das Ende 30 des Ablaßrohrs eingesetzt ist. Zwischen dem Anschlußrohr 112 und dem Ablaßrohr ist eine radiale Ringdichtung 114 vorgesehen, so daß das Anschlußrohr 112 axial dichtend verschoben werden kann.

Auf seiner Oberseite weist der Manifold 110 gemäß der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform drei Anschlußrohre 116 auf, die auf ihrer Innenseite 118 Vorsprünge 119 besitzen, die den Vorsprüngen 88 gem. F i g. 1 entsprechen. Die Separatorelemente 66 sind wiederum über radiale Ringdichtungen 70 gegen die Innenoberfläche 118 des Anschlußrohrs 116 abgedichtet.

Der Monifold 110 weist weiterhin in der Zentralachse eine Öffnung 120 auf, die von einer Spindel 122 durchsetzt ist, die wiederum in der Nabe 86 befestigt ist.

Die Spindel 122 durchsetzt weiterhin eine Öffnung 124 in der Montageplatte 104.

Auf dem Manifold 110 erstrecken sich mehrere Abstandshalterelemente 126 nach oben, die den Manifold 110 mit der Montageplatte 104 unter Bildung einer Einheit verbinden. Mit Hilfe der Mutter 128, mit der die Spindel 122 angezogen wird, wird diese Einheit gegenüber dem Auslaßrohr 24 und dem Zwischenring 32 festgelegt.

Des weiteren sind innerhalb des Manifolds 110 gemäß der in Fig.3 gezeigten Ausführungsform drei Naben 130 vorgesehen, in denen Spindeln 132 befestigt sind, die der Spindel 82 gemäß F i g. 1 entsprechen, d. h. durch die Spindel 132 werden sowohl die Coalescerelemente 48 als auch die Separatorelemente 66 festgelegt

Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, können die Wassertropfen zwischen den Abstandshalterelementen 126, also durch den Zwischenraum 36, in den Sammelraum 74 abfließen. Des weiteren ist aus F i g. 4 ersichtlich, daß das Prallblech 100 einen V-förmigen Querschnitt aufweist, während das Prallblech 100 gemäß Fig.2 als Kreissegment ausgebildet ist

Schließlich kann das Auslaßrohr 24, wie strichliert mit 134 gezeigt, auch durch den Boden des Gehäuses 12 und nicht durch die Seitenwand eingeführt sein.

Die weitere Anordnung entspricht ansonsten in Aufbau und Wirkung der Ausführungsform gemäß F i g. 1.

In der Ausführungsform gemäß F i g. 5 und 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Filterwasserabscheiders 140 in Form eines 7-Zellengeräts gezeigt, das in seiner wesentlichen Ausgestaltung insbesondere dem Filterwasserabscheider 102 gemäß Fig.3 und 4 entspricht Demgemäß weist der Manifold 142 sieben öffnungen 144 auf, die der Öffnung 108 gemäß F i g. 3 entsprechen. Es sind also wieder Vorsprünge 146 an jeder Öffnung 144 vorgesehen.

Der Manifold 142 weist in seinem Innenraum 148 eine Brückenanordnung 150 auf, in der eine Buchse 152 vorgesehen ist Die öffnung der Buchse 152 fluchtet dabei mit der Nabe 86, in der wiederum die Spindel 82 gemäß F i g. 1 befestigt ist In der Buchse 152 ist dagegen die Spindel 82 beweglich gelagert.

Mit Hilfe der Mutter (Ansatz) 151, mit der die Spindel 82 angezogen wird, werden der Manifold 142 und die

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Montageplatte 143, die vorteilhaft wiederum eine Einheit bilden, gegenüber dem Auslaßrohr 24 und dem Zwischenring 32 festgelegt.

Während die im Zentrum angeordnete Spindel 82 das zentral angeordnete Coalescerelement und Separatorelement festlegt, werden die um dieses zentrale Zellenelement angeordneten weiteren sechs Zellenelemente in der gleichen Weise wie in Fig.3 gezeigt, also mit Hilfe einer Nabe 130, die im Manifold 142 vorgesehen is», und mit der Spindel 132 jeweils über eine Dicht- und Zentrierplatte 56 befestigt Somit kann also jedes Zellenelement unabhängig von dem anderen Element montiert und gewechselt werden.

Ansonsten entspricht die Wirkung des in F i g. 5 gezeigten Füterwasserabscheiders 140 dem Filterwasserabscheider 102 gemäß F i g. 3, jedoch mit der Maßgabe, daß die Reinigungskapazität erhöht ist.

Die maximal zugelassene Elementlänge kann kleiner ausgeführt werden, d. h. es kann statt einem hohen Gerät mit kleinem Durchmesser, das wenige Trennzellen aufweist, ein niedriger gebautes Gerät mit größerem Durchmesser eingesetzt werden, das entsprechend mehr Trennzellen gleichen Durchmessers, jedoch kürzerer Länge aufweist, sofern die Einbausituation dies erfordern sollte. Dabei wird die gleichartigkeitskonforme Bauweise gemäß API nicht beeinträchtigt und ist somit gewährleistet.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abscheidung von Wasser und Verunreinigungen aus Kohlenwasserstoff-Fluiden, insbesondere Flugkraftstoffen oder Erdgas, mit einem Gehäuse, einem Einlaßrohr, einem Auslaßrohr, wenigstens einem Ablaß, wenigstens einem in dem Gehäuse angeordneten zylindrischen Coalescerelement und wenigstens einem, zumindest teilweise in diesem Coalescerelement koaxial angeordneten zylindrischen Separatorelement unter Bindung eines Strömungswegs vom Einlaßrohr durch die Elemente hindurch zum Auslaßrohr, wobei der zwischen den Elementen gebildete Ringraum mit dem Ablaß verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß F i g. 3 und 5 eine Mehrzahl von jeweils ein Separatorelement (66) und ein Coalescerelement (48) enthaltenden Zellen im Gehäuse (12) unter zwangsläufiger Aufrechterhaltung der Gleichartigkeit vorgesehen ist, daß alle Zellen auf einer Montageplatte (104,143) angeordnet sind, die das Behälterinnere in einen Zuführungsraum (60) und einen Sammelraum (74) teilt, daß die zwischen dem Separatorelement (66) und dem Coalescerelement (48) gebil- deten Ringräume (72) mit dem Sammelraum (74) in Strömungsverbindung sind, und daß die Innenräume (84) der Separatorelemente (66) über einen Teilstromsammler (110, 142) mit dem Auslaßrohr (24) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Separatorelement (66) axial in Sedimentationsrichtung versetzt zum Coalescerelement (48) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Coalescerelement (48) und das Separatorelement (66) axial durch eine Spindel (82, 132) festgelegt sind, die einerseits in einer im Teilstromsammler (110, 142) vorgesehenen Nabe (86,130) befestigt ist und andererseits einen Deckel (76) gegen den Separator (66) und eine Dicht- und Zentrierplatte (56) gegen das Coalescerelement (48) festlegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, da das Coalescerelement (48) über eine ringförmige Flachdichtung (52) gegenüber einer Montageplatte (104,143), die sich auf dem Zwischenring (32) abstützt, und über eine ringförmige Flachdichtung (54) gegenüber der Dicht- und Zentrierplatte (56) mit Hilfe der Spindel (82, 132) festgelegt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—4, dadurch gekennzeichnet, daß das Separatorelement (66) gegenüber einem Anschlußrohr (116) eines Teilstromsammlers (110, 142) über eine Dichtung (70) abgedichtet und der das Separatorelement (66) abdeckende Deckel (76) über einen elastischen Dichtungsring (90) mit der Dicht- und Zentrierplatte (56) mit Hilfe der Spindel (82,132) elastisch festgelegt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Montageplatte (104, 143) über Abstandshalterelemente (126) mit dem Teilstromsammler (110,142) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—6, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilstromsammler (110,142) ein Ablaßrohr (112) aufweist, das über eine Ringdichtung (114) gegenüber dem Ende (30) des Auslaßrohrs (24) festgelegt ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß gemäß F i g. 5 der Teilstromsammler (142) in seinem Innenraum (148) eine Drückenanordnung (150) mit einer Buchse (152) aufweist, durch die sich die Spindel (82) von der Nabe (86) bis zur Dicht- und Zentrierplatte (56) erstreckt