DE4330458A1 - Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeit aus einem Luft-Flüssigkeits-Separator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Entfer­ nen von Flüssigkeit aus einem Luft-Flüssigkeits-Separator, insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine solche Vorrichtung, bei welcher die Notwendigkeit für eine getrennte Pumpe in der Flüssigkeits-Ausgangs­ leitung vermieden wird.

In Umgebungen mit geringer Schwerkraft oder bei Schwerkraft gleich Null wird die Luft dazu benutzt, die ursprünglich oder anfangs nicht enthaltene Flüssigkeit mitzureißen und zu transportieren. Das Luft- Flüssigkeits-Gemisch muß sodann getrennt werden und die Komponenten müssen zu ihren Systemen für den weiteren Gebrauch zurückgeführt werden. Für derartige Anwendungen sind Separatoren vom Zyklon- oder Wirbel-Typ ideal, wenn große Volumen von Flüssigkeit oder Luft erfaßt werden. Separatoren vom rotierenden dynamischen Typ werden derzeit für geringe Volumina verwendet (geringer als 50 cfm = 1,42 m³/min. Luft und 1 GPM = 0,0038 m³/min. Flüssigkeit).

Gemäß dem Stand der Technik sind Separatoren vom Wirbeltyp wohl bekannt. In typischer Weise umfassen sie ein im wesentlichen zylindri­ sches Gehäuse mit einem konisch geformten Boden-Teil, wobei das Luft-Flüssigkeits-Gemisch in den oberen Abschnitt des Gehäuses durch eine im allgemeinen sich tangential erstreckende Einlaßleitung eingeführt wird. Die zirkulierende Bewegung des Gemisches verursacht, daß sich die schwerere Flüssigkeit an den Wandungen des Gehäuses sammelt und in Richtung zu dem konischen Boden des Separators hinabfällt. Die getrennte Luft wird sodann von dem mittleren Bereich des Gehäuses durch ein Luft-Auslaßrohr hindurch abgezogen. Damit eine kontinuier­ liche Verwendung der Vorrichtung ermöglicht ist, muß das sich an dem Boden des Gehäuses ansammelnde Wasser entfernt werden.

Eine der derzeit gegebenen Möglichkeiten zum Entfernen dieser ange­ sammelten Flüssigkeit besteht darin, daß in einer Flüssigkeits-Auslaß­ leitung, welche mit dem Wasser-Sammelbehälter in Verbindung steht, eine Pumpe angeordnet wird. Der Betrieb der Pumpe wird durch Elektroden-Sensoren in dem im konischen Sammelbehälter enthaltenen Abschnitt des Wirbel-Separators gesteuert, wobei diese Sensoren abfüh­ len, wenn sich das Wasser bis zu einem vorgegebenen Pegelstand ange­ sammelt hat. Sobald das Wasser diesen Pegelstand erreicht, wird die Pumpe eingeschaltet und das Wasser wird aus dem Separator herausge­ pumpt. Der Einschalt-Zustand der Pumpe wird auf das Volumen der aus dem Sammelbehälter abzulassenden Flüssigkeit zeitlich abgestimmt.

Obwohl diese Systeme im allgemeinen erfolgreich sind, leiden sie jedoch unter ernsthaften Nachteilen. Weil die in Form von Elektroden vorlie­ genden Sensoren sich in Berührung mit dem Wasser befinden, werden sie sich möglicherweise verschlechtern, wodurch das System unwirksam oder ungenau gemacht wird. Ferner können die Sensoren durch das Vorhandensein von Luftblasen in dem Wasser getäuscht werden, so daß sie unzutreffenderweise angeben, daß kein Wasser vorhanden ist. Da­ rüber hinaus kann dieses bekannte System nicht einfach in Bezug zu einer gewünschten Durchflußrate gesetzt werden, weil die Pumpe übli­ cherweise entweder ein- oder ausgeschaltet ist.

Ferner schließen diese bekannten Systeme die Verwendung von üblichen Pumpen aus, wie z. B. von Getriebepumpen oder Zentrifugalpumpen. Getriebepumpen können nicht benutzt werden, weil möglicherweise Schmutz oder Schutt oder sonstige Verunreinigungen in der Flüssigkeit vorhanden sind, welche letztendlich in einer übermäßigen Abnutzung der Getriebepumpen resultieren oder möglicherweise diese vollständig un­ wirksam machen würden. Zentrifugalpumpen können nicht benutzt wer­ den, weil die Möglichkeit des Verlustes der Initial- oder Anlaß- Flüssigkeit besteht, wodurch derartige Zentrifugalpumpen vollständig unwirksam gemacht werden.

Mit Rücksicht auf die wie oben geschilderten Verhältnisse beim Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeit aus einem Luft-Flüssigkeits-Separator anzugeben, welcher einen Flüssigkeits- Sammelteil aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Kombination der Merkmale gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung erge­ ben sich aus den Ansprüchen 2 bis 6.

Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein ver­ bessertes Luft-Flüssigkeits-Trenn-System anzugeben, wobei dieses Sy­ stem gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Kombination der Merkmale gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 7 charak­ terisiert ist.

Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Systems ergeben sich aus den Ansprüchen 8 bis 12.

Als Kerngedanke der vorliegenden Erfindung wird es angesehen, eine Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeit aus einem Luft-Flüssigkeits- Separator zu schaffen, welche eine rotierende Kammer aufweist, die mit dem Flüssigkeits-Sammelteil des Luft-Flüssigkeits-Separators in der Weise in Verbindung steht, daß Flüssigkeit von dem Separator in das Innere der Kammer eintreten kann. Ein Antriebsmotor ist mit der Kammer verbunden, um diese Kammer in der Weise in Rotation zu versetzen, daß sich das Wasser auf der Innenseite einer Umfangs-Wan­ dung sammelt. Ein Pitot-Rohr erstreckt sich in das Innere der Kammer und weist ein Einlaß-Ende auf, welches in der Weise zu der Innenseite der Umfangs-Wandung benachbart liegt, daß Wasser in das Rohr ein­ treten kann, wenn die Kammer rotiert. Das andere Ende des Pitot- Rohres erstreckt sich nach außerhalb der Vorrichtung. Eine Rotation der Kammer wird verursachen, daß Wasser in das Pitot-Rohr eintritt und durch das Rohr in Richtung zur Außenseite der Vorrichtung hindurch­ geht.

Die Erfindung wird im folgenden im Rahmen von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug ge­ nommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Luft-Flüssig­ keits-Trennsystems nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Luft-Flüssig­ keits-Trennsystems, bei welchem die vorliegende Erfindung realisiert ist.

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 eine Teilansicht gemäß der Richtung der Pfeile IV-IV in Fig. 3.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird zunächst ein bekanntes System zur Luft-Flüssigkeits-Trennung erläutert. Dieses System weist einen Separa­ tor 10 vom Wirbeltyp auf, welcher mit einem Einlaß 12 zum Einlassen einer Luft-Flüssigkeits-Mischung, einem Luft-Auslaß-Rohr 14 sowie mit einem Flüssigkeits-Auslaßrohr 16 versehen ist. Der Wirbel-Separator 10 weist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 18 mit einem kegel­ stumpfartigen unteren Sammelbehälter 20 auf. Eine Pumpe 22 ist be­ triebsmäßig mit dem Flüssigkeits-Auslaßrohr 16 verbunden. Der Betrieb der Pumpe 22 wird durch eine Pumpensteuerung 24 gesteuert, die einen aus einer Elektrode bestehenden Sensor 26 umfaßt, welcher sich in die Flüssigkeits-Sammelzone des Separators hinein erstreckt. Bei Betrieb tritt das Luft-Flüssigkeits-Gemisch in den Separator 10 durch den Einlaß 12 in der Richtung der Pfeile 28 ein, wobei sodann der Verlauf seiner Bewegung innerhalb des Gehäuses 18 aufgrund der im wesentlichen tangentialen Anordnung des Einlaß-Rohres 12 spiralförmig ist. Diese Bewegung ist durch Pfeile 30 in Fig. 1 angedeutet. Die spiralförmige Bewegung verursacht, daß sich die schwerere Flüssigkeit auf der Innen­ seite des Gehäuses 18 ansammelt und sodann nach abwärts in den koni­ schen Sammelbehälter-Abschnitt 20 hineinverläuft, um sodann in diesem konischen Sammelbehälter gesammelt zu werden, wie dies durch die Bezugsziffer 34 veranschaulicht ist. Die Luft wird durch das zentral angeordnete Luft-Auslaßrohr 14 in Richtung der Pfeile 32 entfernt. Sobald die in dem konischen Sammelbehälter 20 angesammelte Flüssig­ keit 34 einen vorgegebenen Pegelstand erreicht, wird dieser durch den eine Elektrode aufweisenden Sensor 26 abgefühlt, welcher sodann die Pumpe 22 über die Pumpensteuerung 24 in Betrieb setzt. Die Flüssigkeit wird sodann aus dem System abgepumpt, wie dies durch den Pfeil 36 angedeutet ist.

Fig. 2 ist ähnlich zur Fig. 1, veranschaulicht jedoch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit dem Wirbel-Sepa­ rator 10. Der Wirbel-Separator 10 kann irgendein bekannter Separator sein, und wie bereits in Verbindung mit der Fig. 1 beschrieben, weist er ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 18 mit einem konisch ge­ formten Sammel-Abschnitt 20 auf. Ein Einlaß 12 zum Einlassen des Luft-Flüssigkeits-Gemisches kommuniziert mit dem Inneren des Ge­ häuses 18, um das Luft-Flüssigkeits-Gemisch in das Gehäuse gemäß einem im allgemeinen tangentialen Verlauf zu richten, derart, daß das Gemisch einem im wesentlichen spiralförmigen Verlauf der Bewegung unterworfen wird, wenn es sich einmal innerhalb des Gehäuses 18 befin­ det. Dies ist in Fig. 2 durch Pfeile 30 angedeutet. Wie bereits im Vor­ angehenden beschrieben, trennt sich das Wasser von der Luft und sammelt sich auf der Innenseite des Gehäuses 18 und geht dann infolge Schwerkraft nach unten in den konisch geformten Sammelbehälter 20. Die Luft wird durch das Luftauslaß-Rohr 14 abgezogen, wie dies eben­ falls durch Pfeile 32 in der Fig. 2 angedeutet ist. Der Betrieb und die Funktionsweise des Separators 10 vom Wirbeltyp in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung sind dieselben wie diejenigen, welche bereits unter Bezugnahme auf den in Fig. 1 veranschaulichten Stand der Tech­ nik erläutert worden sind.

Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung entfernt jedoch die angesammelte Flüssigkeit aus dem Sammelbehälter 20, ohne daß eine getrennte Pumpe notwendig wäre. Wie am besten in Fig. 3 veranschau­ licht, umfaßt die Vorrichtung eine Kammer 38, die innerhalb eines stationären Gehäuses 40 in drehbarer Weise untergebracht ist. Die Kammer 38 umfaßt eine Umfangs-Wandung 42, eine obere Wandung 44 sowie eine untere Wandung 46. Wie in Fig. 4 dargestellt, ist die Kammer 38 von einer im wesentlichen zylindrischen Gestaltung.

Die Kammer 38 ist mit einem Antriebsmotor 48 verbunden, der mittels einer Antriebswelle 50 mit einem Teil des stationären Gehäuses 40 fest verbunden sein kann. Die obere Wandung 44 der Kammer 38 definiert eine Öffnung 52, welche mit dem Innenraum des den Sammelbehälter 20 bildenden Abschnittes des Wirbel-Separators 10 verbunden ist. Zwischen die obere Wandung 44 der rotierenden Kammer 38 und das Gehäuse 40 kann eine Dichtung 54 von irgendeiner bekannten Art dazwischengesetzt sein, um zu verhindern, daß die in dem Sammelbehälter 20 angesammel­ te Flüssigkeit 34 in den Innenraum des stationären Gehäuses 40 außerhalb der rotierenden Kammer 38 eindringt.

Es ist ferner eine Mehrzahl von Saug-Blättern oder -Flügeln 56 vorgese­ hen, welche von der Innenseite der oberen Wandung 44 in den Innen­ raum der rotierenden Kammer 38 hinabhängen. Wie in Fig. 4 darge­ stellt, erstrecken sich die Saug-Flügel oder -Blätter im wesentlichen von dem Zentrum der rotierenden Kammer 38 aus radial nach auswärts und können entweder gerade, wie dargestellt, oder aber auch gekrümmt sein, je nach dem, welche Anforderungen durch die spezielle Anwendung gestellt sind. Während des Betriebes verursacht die Rotation der Kammer 38, daß die Saug-Flügel oder -Blätter, welche als Luftbewe­ gungs-Flügel bezeichnet werden, innerhalb der Kammer 38 einen leicht reduzierten Druck schaffen, um die Flüssigkeit 34 aus dem Sammelbe­ hälter 20 des Wirbel-Separators in den Innenraum der Kammer 38 hin­ einzuziehen. Die Rotation der Kammer 38 verursacht, daß sich die Flüssigkeit innerhalb der Kammer entlang der Innenseite der Umfangs- Wandung 42 sammelt, wie durch die Bezugsziffer 58 in Fig. 3 angedeu­ tet.

Die Umfangs-Wandung 42 kann einen Abschnitt 42a zum Sammeln der Flüssigkeit definieren, wobei dieser Abschnitt 42a eine im wesentlichen konkave Ausgestaltung aufweist, welche zu dem Inneren der Kammer 38 hinweist. Ein Pitot-Rohr 60 weist ein Einlaß-Ende auf, welches sich in den konkaven Abschnitt 42 zum Sammeln der Flüssigkeit in der Weise hinein erstreckt, daß, wenn die Kammer 38 rotiert, das Wasser gezwun­ gen wird, in dieses Einlaßende einzutreten und durch das Pitot-Rohr 60 zu fließen. Das Pitot-Rohr 60 ist stationär angeordnet und kann durch die obere Wandung 44 der Kammer 38 entlang der Rotationsachse 62 in den Innenraum der rotierenden Kammer hinein verlaufen. Das Pitot- Rohr 60 erstreckt sich bis in den die Vorrichtung umgebenden Außenraum und dient dazu, die Flüssigkeit in Richtung des Pfeiles 36 gemäß Fig. 3 zu entfernen.

Irgendwelche Luft, die von der Flüssigkeit innerhalb der Kammer 38 getrennt werden kann, kann durch einen Durchgang 64 hindurch entfernt werden, der durch die Antriebswelle 50 definiert und in einen Entlüf­ tungs-Kanal 66 hinein gerichtet ist. Der Entlüftungs-Kanal 66 kann mit dem Luftauslaß-Rohr 14 in Verbindung stehen, wie in Fig. 2 veran­ schaulicht. Mit dem Einlaß des Durchganges 64 in den Innenraum der Kammer 38 kann ein Filter 68 betriebsmäßig verbunden sein, um irgendeine Verstopfung des Durchganges durch irgendwelche Verunreini­ gungen zu verhindern, die durch die Luft mitgerissen werden können. Der Entlüftungs-Kanal sorgt ebenfalls für einen leicht negativen Druck innerhalb des Innenraumes der rotierenden Kammer 38, um das Hinein­ ziehen der Flüssigkeit in die Kammer hinein zu unterstützen. Sobald sich die Flüssigkeit 34 in Berührung mit den Flügeln oder Blättern 56 befin­ det, wird durch die Zentrifugalkräfte verursacht, daß sich das Wasser auf der Innenseite der Umfangs-Wandung 42 ansammelt.

Wie sich aus der vorangehenden Beschreibung ergibt, beseitigt die vor­ liegende Erfindung die Notwendigkeit irgendwelcher Sensoren zum Erfassen des Wasser-Pegels und vermeidet die Schwierigkeiten, die von Natur aus mit solchen Sensor-Systemen verbunden sind. Diese Vorrich­ tung beseitigt ebenfalls das Erfordernis externer Pumpen, während ande­ rerseits die Vorteile von Wirbel-Separatoren mit hohen Durchfluß-Kapa­ zitäten beibehalten werden. Die vorliegende Erfindung besitzt ferner den Vorzug, daß die positiven Pumpeigenschaften von rotierenden Separato­ ren beibehalten werden, ohne jedoch die Nachteile solcher rotierender Separatoren mit zu übernehmen, welche in einer verhältnismäßig gerin­ gen Durchflußkapazität liegen.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Entfernen von Flüssigkeit aus einem Luft-Flüssigkeits-Separator, mit einem Flüssigkeits-Sammelteil, gekenn­ zeichnet durch

• a) Mittel zum Definieren einer Kammer (38) mit einer Umfangs­ wandung (42) und einem Innenraum, der mit dem Flüssigkeits- Sammelteil (20) des Luft-Flüssigkeits-Separators (10) in der Weise in Verbindung steht, daß die Flüssigkeit (34) in dem Flüssigkeits-Sammel-Teil (20) in das Innere der Kammer (38) eintreten kann;
• b) mit der Kammer (38) betriebsmäßig verbundene Antriebsmittel (48), so daß die Kammer um eine Achse in Rotation versetzt wird, um hierdurch zu verursachen, daß die innerhalb der Kammer (38) vorhandene Flüssigkeit (34) gegen die Umfangs­ wandung (42) hin verschoben wird; und
• c) ein Pitot-Rohr (60) mit einem ersten Ende, das innerhalb der Kammer (38) benachbart zu der Umfangswandung (42) in der Weise angeordnet ist, daß die an der Umfangswandung (42) gesammelte Flüssigkeit durch das Pitot-Rohr (60) hindurch­ treten wird, wenn die Kammer rotiert, sowie mit einem zweiten Ende, welches außerhalb der Kammer (38) und des Luft- Flüssigkeits-Separators (10) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch Mittel, welche betriebsmäßig mit der Kammer (38) verbunden sind, um Flüssigkeit (34) aus dem Flüssigkeits-Sammelteil (20) des Luft-Flüssig­ keits-Separators (10) in die Kammer hineinzuziehen, wenn die Kammer rotiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kammer (38) eine obere Wandung (44) aufweist und daß die Mittel zum Ziehen der Flüssigkeit in die Kammer (38) hinein eine Mehrzahl von Flügeln oder Blättern (56) aufweist, welche sich von der oberen Wandung (44) in die Kammer (38) hinein erstrecken.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekenn­ zeichnet durch einen Entlüftungs-Kanal (66), der mit dem Inneren der Kammer (38) in Verbindung steht, um zu ermöglichen, daß die Luft von dem Inneren der Kammer (38) aus durch den Kanal (66) hindurchgeht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft-Flüssigkeits-Separator (10) ein zum Ablassen von Luft dienen­ des Rohr aufweist und daß der Entlüftungs-Kanal (66) betriebsmäßig mit diesem zum Ablassen von Luft dienenden Rohr verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, ferner gekennzeichnet durch eine Antriebswelle (50), welche die Antriebsmittel (48) und die Kammer (38) betriebsmäßig miteinander verbindet, wobei die Antriebs­ welle (50) einen Durchgang definiert, welcher mit dem Inneren der Kammer (38) und dem Entlüftungs-Kanal (66) in Verbindung steht.

7. System zum Trennen von Luft und Flüssigkeit, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) ein Luft-Flüssigkeits-Separator (10) vom Wirbeltyp, der einen Einlaß zum Einlassen eines Luft-Flüssigkeits-Gemisches, einen Luft- Ausgang sowie einen Sammel-Teil zum Sammeln der abgetrennten Flüssigkeit aufweist, und
• b) Mittel zum Abpumpen der Flüssigkeit aus dem Sammel-Teil, wobei diese Mittel aufweisen:
  • i) Mittel, welche eine Kammer (38) definieren, die eine Umfangs-Wandung (42) sowie einen Innenraum aufweist, der mit dem Flüssigkeits-Sammel-Teil (20) des Luft- Flüssigkeits-Separators (10) in der Weise in Verbindung steht, daß die in dem Flüssigkeits-Sammelteil enthaltene Flüssigkeit (34) in das Innere der Kammer (38) eintreten kann;
  • ii) Antriebsmittel (48), welche betriebsmäßig so mit der Kammer (38) verbunden sind, daß diese Kammer um eine Achse rotiert, um hierdurch zu verursachen, daß die innerhalb der Kammer vorhandene Flüssigkeit gegen die Umfangs-Wandung (42) hin verschoben wird;
  • iii) ein Pitot-Rohr (60), mit einem ersten Ende, das innerhalb der Kammer (38) angrenzend an die Um­ fangs-Wandung (42) in der Weise angeordnet ist, daß die an der Umfangs-Wandung gesammelte Flüssigkeit eintreten und durch das Pitot-Rohr (60) hindurchgehen wird, wenn die Kammer rotiert, sowie mit einem zweiten Ende, das außerhalb der Kammer (38) und dem Luft-Flüssigkeits-Separator (10) angeordnet ist.

8. Luft-Flüssigkeits-Trenn-System nach Anspruch 7, ferner ge­ kennzeichnet durch Mittel, welche betriebsmäßig mit der Kammer (38) verbunden sind, um die Flüssigkeit (34) aus dem Flüssigkeits-Sammelteil (20) des Luft-Flüssigkeits-Separators (10) in die Kammer hineinzuzie­ hen, wenn die Kammer rotiert.

9. Luft-Flüssigkeits-Trenn-System nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (38) eine obere Wandung (44) aufweist und daß die Mittel zum Ziehen der Flüssigkeit in die Kammer (38) hinein eine Mehrzahl von Flügeln oder Blättern (56) auf­ weist, die sich von der oberen Wandung (44) aus in die Kammer (38) hinein erstrecken.

10. Luft-Flüssigkeits-Trenn-System nach einem der An­ sprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch einen Entlüftungs-Kanal (66), der mit dem Inneren der Kammer (38) in Verbindung steht, um zu ermöglichen, daß die Luft von dem Inneren der Kammer (38) aus durch diesen Kanal hindurchgeht.

11. Luft-Flüssigkeits-Trenn-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft-Flüssigkeits-Separator (10) ein Rohr zum Entweichenlassen von Luft aufweist und daß der Entlüftungs- Kanal (66) betriebsmäßig mit diesem Rohr zum Entweichenlassen von Luft verbunden ist.

12. Luft-Flüssigkeits-Trenn-System nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch eine Antriebswelle (50), welche die Antriebsmittel (48) und die Kammer (38) betriebsmäßig miteinander verbindet, wobei die Antriebs-Welle (50) einen Durchgang definiert, welcher mit dem Inneren der Kammer (38) und dem Entlüftungs-Kanal (66) in Verbindung steht.