DE68913301T2

DE68913301T2 - Vorrichtung zur Entfernung von Gasen aus Flüssigkeiten.

Info

Publication number: DE68913301T2
Application number: DE68913301T
Authority: DE
Inventors: Junsuke Yabumoto; Hisashi Yano
Original assignee: Mitsubishi Oil Co Ltd
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1989-09-12
Publication date: 1994-07-07
Anticipated expiration: 2009-09-13
Also published as: CA1329148C; EP0400202A2; EP0400202B1; US5000766A; DE68913301D1; EP0400202A3

Description

In industriellen Anwendungsfällen, die eine Handhabung von Flüssigkeiten wie beispielweise Wasser, Schmiermitteln, chemischen Lösungen, flüssigen Lebensmitteln usw. erforderlich machen, ist es häufig notwendig, gasförmige Verunreinigungen aus der Flüssigkeit zu entfernen, um Probleme wie beispielsweise Rostbildung, die Erzeugung lästiger Geräusche während der Bewegung industrieller Flüssigkeiten, Ölmangel in Schmieranlagen, Unwirksarnkeit und Ungenauigkeit in Hydraulikanlagen und ungleichförmige Qualität bei chemischen oder Lebensmittelstoffen zu verhindern.
Um gasförmige Verunreinigungen aus diesen Flüssigkeiten zu entfernen, sind Vorrichtungen verwendet worden, welche den Auftrieb und/oder Zentrifugalkraft anwenden, von denen Beispiele in den US Patenten Nr. 2,511,967, 3,771,290 und 4,790,762 sowie im britischen Patent Nr. 1,144,833 offenbart sind.
Die US-A-3,771,290 offenbart einen Wirbelentlüfter mit einer Trennkammer, die einen tangentialen Wassereinlaß und einen tangentialen Wasserauslaß sowie ein perforiertes Rohr auf der vertikalen Wirbelachse der Kammer aufweist. Luft wird dem Wasser in das Rohr auf der Wirbelachse hinein entzogen und steigt in eine Wiederumlaufkammer und von dort durch ein Luftauslaßteil auf. Jegliches Wasser, das in die Wiederumlaufkammer aufsteigt, wird über Teile, die in radialer Richtung auf die Außenseite der Trennkammer zu angeordnet sind in die Trennkammer zurückgezogen, wodurch die Strömung durch das axiale Rohr gefördert wird.
Jedoch ist bisher keine gedrungene und wirkungsvolle Vorrichtung bekannt gewesen, welche imstande ist, unter einem verminderten Druckzustand gleichzeitig in einer Flüssigkeit mitgerissene Blasen als auch gelöste Gase zu entfernen.
Eine derartige Vorrichtung ist jedoch in der insbesondere in der Motorenbauindustrie und bei der industriellen Herstellung von hydraulischen Anlagen wünschenswert. In der Motorenbauindustrie hat mit der neuerlichen Zunahme von Drehgeschwindigkeit und Leistung von Kraftfahrzeug- und Motorrad-Motoren die Bedeutung einer Entfernung von gasförmigen Verunreinigungen im Motoröl zugenommen. Überschüssige gasförmige Verunreinigungen im Motoröl können schwerwiegende Probleme verursachen, wie beispielsweise übermäßigen Verschleiß von geschmierten Teilen infolge eines Ölmangels und Wirkungsgradverluste von hydraulischen Systemen, wie beispielsweise von Ventilstößeln. In hydraulischen Anlagen verursachen gasförmige Verunreinigungen in der Hydraulikflüssigkeit Schwierigkeiten, beispielsweise eine Erhöhung der Kompressibilität der Flüssigkeit, was eine Ungenauigkeit und Unwirksamkeit des Betriebs hydraulischer Bauteile zur Folge hat.
Der innerhalb eines Motorraums eines Kraftfahrzeugs und um eine Hydraulikanlage herum verfügbare Raum ist im allgemeinen nicht ausreichend, um eine Gas-Abtrennvorrichtung unterzubringen. Somit sucht man nach einer gedrungenen und wirkungsvollen Gas-Abtrennvorrichtung, welche die Lebensdauer, die Genauigkeit und den Wirkungsgrad von Motoren und hydraulischen Anlagen verbessert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Dementsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine gedrungene und wirkungsvolle System-Gasabtrennvorrichtung bereitzustellen, um aus Flüssigkeiten, beispielsweise Motoröl und Hydraulikflüssigkeit, sowohl mitgerissene Blasen als auch gelöste Gase zu entfernen.
In Übereinstimmung mit den obigen Zielen sieht die Erfindung eine gedrungene und wirkungsvolle System-Gasabtrennvorrichtung vor, um aus Flüssigkeiten wie Motoröl sowohl mitgerissene Blasen als auch gelöste Gase zu entfernen, bei welcher eine Wirbelstromkammer mit einer an eine Saugvorrichtung angeschlossenen Gasabzugsleitung vorgesehen ist.
Insbesondere sieht die Erfindung eine solche Gas-Abtrennvorrichtung vor, die eine Wand enthält, welche eine Wirbelstromkammer umschließt, deren Querschnittsdurchmesser in Strömungsrichtung verringert sein kann. Die Wirbelstromkammer ist an der saugseitigen Leitung einer Ölpumpe angeordnet. Eine Flüssigkeitszufuhrleitung führt eine Flüssigkeit in tangentialer Richtung der Kammer in die Wirbelstromkammer zu. Eine sich in die Wirbelstromkammer erstreckende und im wesentlichen in der axialen Mitte der Wirbelstromkammer angeordnete Gasabzugsleitung besitzt eine Mehrzahl darin ausgebildeter kleiner Poren, um ein Hindurchtreten von mit Gas angereicherten Flüssigkeiten zu ermöglichen. Die Gasabzugsleitung ist mit einer Saugvorrichtung verbunden. Die Saugvorrichtung kann eine Zahnradpumpe, eine Zykloidenpumpe, eine Flügelradpumpe, eine Wirbelpuinpe oder ein Ansaug- Sicherheitsventil sein.
Erfindungsgemäß werden die Gase in der Flüssigkeit an der Saugseite der Pumpe und ebenfalls an der Saugseite der Saugvorrichtung behandelt, wodurch ein Zustand mit vermindertem Druck geschaffen wird. Dadurch dehnen sich mitgerissene Blasen aus und ballen sich unter Bildung großer Blasen zusammen, die zur axialen Mitte der Wirbelstromkammer hin leicht aus der Flüssigkeit abgetrennt werden. Die gelösten Gase scheiden sich bei dem Zustand mit verringertem Druck aus der Flüssigkeit ab und dehnen sich aus, ballen sich zusammen und werden abgetrennt. Die abgetrennten Gase nahe der axialen Mitte werden durch die Gasabzugsleitung entfernt, welche mit einer Saugvorrichtung verbunden ist.
Der Durchmesser der Wirbelstromkammer kann in Strömungsrichtung verringert sein. Eine derartige Kammer mit verringertem Durchmesser arbeitet wirkungsvoll, um Gase aus einer Flüssigkeit abzutrennen. Das Abtrennvermögen kann wie folgt als die Differenz der auf die Flüssigkeit und Gase einwirkenden Zentrifugalkräfte ausgedrückt werden:
S = m&sub1; x (D/2) x ω² - m&sub2; x (D/2) x ω²
= (D/2) x ω² (m&sub1; - m&sub2;) ...(1)
wobei
m&sub1;: Flüssigkeitsmasse in einem kleinen Fluidvolumen
m&sub2;: Masse von Gasen in einem gleichen kleinen Fluidvolumen
D : Durchmesser der Wirbelstromkammer in welcher das kleine Fluidvolumen strömt
ω : Winkelgeschwindigkeit des kleinen Fluidvolumens m&sub1; ist wesentlich größer als m&sub2;, und somit kann die Gleichung (1) wie folgt angenähert werden:
S = (D/2) x ω² x m&sub1; ... (2)
Falls die Durchflußmenge des Fluids konstant ist, steigt die Winkelgeschwindigkeit ω mit abnehmenden Durchmesser D an. Die Gleichung (2) zeigt das Abtrennvermögen an. S ist proportional zu (D/2) x ω², was heißt, daß S durch Verringerung des Durchmessers D der Wirbelstromkammer entlang des Fluidstroms wirkungsvoller verringert werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten Saugsystem-Gasabtrennvorrichtung;
Figur 2a ist eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Saugsystem- Gasabtrennvorrichtung;
Figur 2b zeigt einen Querschnitt der Ababtrennvorrichtung der Figur 2a entlang einer Linie X-Y in Figur 2a;
Figur 3 ist eine Querschnittsansicht einer dritten Ausführungsform einer erf indungsgemäßen Saugsystem- Gasabtrennvorrichtung; und
Figur 4 ist eine Querschnittsansicht einer vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Bezugnehmend auf die begleitenden Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Abtrennvorrichtung für einen Viertaktverbrennungsmotor, wobei die Abtrennvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist.
Eine Ölpumpe 1 pumpt Gase enthaltendes Öl durch ein Ölsieb 2 und durch zwei am zylindrischen Bodenteil der Wirbelstromkammer 4 tangential und symmetrisch angeordnete Zufuhrleitungen 3 nach oben. Das Öl und die Gase fließen in einem Wirbelmuster um die Gasabzugsleitung 5 herum, die in der axialen Mitte der Wirbelstromkammer 4 angeordnet ist. Das Öl und die Gase werden in der Kammer entsprechend der Differenz der auf das Öl und die Gase einwirkenden Zentrifugalkräfte getrennt. Die abgetrennten Gase sammeln sich um die Gasabzugsleitung 5 herum.
Die Gasabzugleitung 5 mit einer Mehrzahl darin angeordneter kleiner Poren 6 ist mit der Saugöffnung 7 der Zahnradpumpenvorrichtung 8 verbunden, welche in der Rohrleitung 9 von der Wirbelstromkammer 4 zur Ölpumpe 1 angeordnet ist. Die Zahnradpumpe 10 wird durch die Koaxialwelle 11 der Turbine 12 angetrieben, welche sich dreht, wenn ihre Turbinenschaufeln 13 dem Ölstrom in der Rohrleitung 9 ausgesetzt sind.
Das mit Gas angereicherte Öl um die Gasabzugsleitung 5 herum wird von der Zahnradpumpe 10 durch die Gasabzugsleitung 5 angesaugt und durch ein Rückschlagventil 14 herausgepumpt. Das gasfreie Motoröl aus der Wirbelstromkammer 4 wird zu Motorteilen hin herausgepumpt, welche geschmiert oder hydraulisch betätigt werden sollen.
Figur 2a zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform, die zum Abtrennen von Gasen aus Flüssigkeiten allgemein vorgesehen ist, Figur 2b zeigt einen Querschnitt entlang der Linie X-Y in Figur 2a. In diesem Fall ist die Saugvorrichtung eine Zykloidenpumpe, welche an der Bodenmitte der Wirbelstromkammer angeordnet ist.
Eine Pumpe 15 pumpt durch ein am zylindrischen Bodenteil der Wirbelstromkammer 17 tangential angeordnetes Saugrohr 16 hindurch ein eine Flüssigkeit und Gase enthaltendes Fluid nach oben. Die Flüssigkeit, die tangential in die Wirbelstromkammer 17 zugeführt wird, dreht die Turbinenschaufeln 18, welche um die zykloidische innere Getriebewelle 19 herum angeordnet und mit dieser verbunden sind.
Die Flüssigkeit strömt in einem Wirbelstrommuster aufwärts, welches die Gase aus der Flüssigkeit abtrennt und die Gase in Richtung der axialen Mitte treibt. Die die Wirbelstromkammer 17 umschließende Wand 20 besitzt eine Mehrzahl kleiner Poren 21, die ein Hindurchtreten der gasfreien Flüssigkeit zulassen. Eine Gasabzugsleitung 22 mit kleinen Poren 23 und von Kärmän- Wirbelstraßenvorrichtungen 24, die beim Ansammeln von Gasen in der axialen Mitte wirkungsvoll sind, sind in der axialen Mitte der Kammer und auf der Zykloidenpumpe 25 in der Kammer angeordnet. Die um die Gasabzugsleitung 22 herum angesammelten Gase werden durch die Leitung hindurch nach unten gepumpt und mit der Zykloidenpumpe 25 herausgepumpt. Die gasfreie Flüssigkeit tritt durch die in der Wand 20 gebildeten kleinen Poren 21 hindurch und strömt in die äußere Kammer 26, die von der Wand 20 und der Außenwand 27 umschlossen ist. Die äußere Kammer 26 ist mit der an der Pumpe 15 angeschlossenen Rohrleitung 28 verbunden.
Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform, die zum Abtrennen von Gas aus Motoröl oder Hydrauliköl konstruiert ist.
Die Wirbelstromkammer 29, die Zufuhrleitung 30, die Gasabzugsleitung 31 und das Ölsieb 37 sind denjenigen der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ähnlich. Die Saugvorrichtung unterscheidet sich jedoch von denjenigen der ersten und zweiten Ausführungsform.
Bei der dritten Ausführungsform ist die Gasabzugsleitung 3l mit der Ansaugvorrichtung 32 verbunden, welche den Ölstrom verwertet, der aus dem an der Auslaßseite der Ölpumpe 34 angeordneten Sicherheitsventil 32 heraus freigegeben wird. Das mit Gas angereicherte Öl um die Gasabzugsleitung 31 herum wird von der Ansaugvorrichtung 32 angesaugt und durch das Rückschlagventil 35, das Ansaugrohr 36 und die Ansaugvorrichtung 32 entfernt. Das Rückschlagventil 35 ist als Schutz gegen ein Strömen der Luft in umgekehrter Richtung durch die Ansaugvorrichtung 32 vorgesehen, wenn das Sicherheitsventil 33 geschlossen ist.
Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsform, welche einen ähnlichen Ölstrom verwertet, der aus einem Sicherheitsventil wie bei der dritten Ausführungsform ausströmt. Die Wirbelstromkammer 39 wird von der Innenwand 40 umschlossen, deren Oberseite um die Gasabzugsleitung 41 herum geöffnet ist. Die Innenwand 40 wird von der Konuswand 42 überlappt, welche an der Gasabzugsleitung 41 befestigt ist. Ein derartiger, von der Innenwand 40, der Konuswand 42 und der Außenwand 43 gebildeter Zick-Zack-Öldurchlaß erschwert es den Blasen, aus dem Innenraum der Konuswand 42 herauszuströmen. Die Gasabzugsleitung 41 mit kleinen Löchern 44 entfernt das Gas hauptsächlich aus dem Innenraum der Konuswand 42 und führt es zum Rückschlagventil 45, dann zur Zahnradpumpe 46. Die Zahnradpumpe 46 wird von der koaxialen Welle 47 der Turbine 48 angetrieben, deren Schaufeln dem vom Sicherheitsventil 38 zugeführten Ölstrom ausgesetzt sind. Die Turbine 48 wird vom Ölstrom gedreht, und die Zahnradpumpe 46 wird durch die Drehung der Turbine angetrieben. Das mit Gas angereicherte Öl und die Gasabzugsleitung 41 herum wird von der Zahnradpumpe 46 nach oben gepumpt und durch die Ablaßleitung 49 abgezogen. Die Zufuhrleitung 50 und die Ölpumpe 51 sind ähnlich wie bei anderen Ausführungsformen.

Claims

1. Gas-Abtrennvorrichtung zum Entfernen sowohl von mitgerissenen Blasen als auch von gelösten Gasen aus Flüssigkeiten, umfassend:

eine Pumpe (1);

eine an einer saugseitigen Zuleitung der besagten Pumpe angeordnete Wirbelstromkammer (4);

eine Flüssigkeitszufuhrvorrichtung (3) zum Zuführen einer Flüssigkeit in die besagte Kammer in tangentialer Richtung der besagten Kammer;

eine sich in die besagte Kammer erstreckende und im wesentlichen in einer axialen Mitte der besagten Kammer angeordnete Gasabzugsleitung (5), wobei in der besagten Gasabzugsleitung eine Mehrzahl von kleinen Poren (6) ausgebildet sind, um ein Hindurchtreten von mit Gas angereicherter Flüssigkeit zuzulassen;

eine mit der besagten Gasabzugsleitung verbundene Saugvorrichtung (10);

eine Flüssigkeitsauslaß-Durchtrittsvorrichtung (9) für einen Durchtritt einer von gasförmigen Verunreinigungen befreiten Flüssigkeit; und

eine Flüssigkeitsauslaß-Durchtrittsvorrichtung (14) der besagten Saugvorrichtung, um es mit Gas angereicherter Flüssigkeit zu ermöglichen, aus der besagten Gasabzugsleitung auszutreten.

2. Abtrennvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser der besagten Wirbelstromkammer in Strömungsrichtung in der besagten Wirbelstromkammer verringert.

3. Abtrennvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Gasabzugsleitung verbundene Saugvorrichtung (10) von der Flüssigkeit angetrieben wird, die durch die Vorrichtung hindurchfließt.

4. Abtrennvorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die die besagte Wirbelstromkammer umschließende obere Wand (20) geöffnet ist, und die besagte obere Wand von einer anderen, an der besagten Gasabzugsleitung befestigten Konuswand (27) überlappt wird.

5. Abtrennvorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter ein Sieb (2) umfaßt, welches den Einlaß der besagten Zufuhrvorrichtung zum Herausfiltern grober Feststoffe bedeckt.

6. Abtrennvorrichtung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter ein in der besagten Auslaß-Durchtrittsvorrichtung angeordnetes Rückschlagventil (14) umfaßt.