用于从气体中分离液体的装置.pdf

本发明涉及用于从气体中分离液体的装置，特别是用于从内燃机的曲轴箱通风装置的泄漏气体中分离油微粒的装置。考虑到已知现有技术的已知缺点，提出一种以简单、节约成本和紧凑设计为特征，并且具有优异的沉积性能的装置。提出的技术方案包括，单个流管2，在面向气体进入方向的端部具有至少一个切向布置的气体进口3，并且在相邻的前侧2a由盖5封闭，其中在流管2中产生具有涡旋分量的组合的旋转和轴向流，并且各管2中的旋转流多次旋转360°。各个流管2是具有外周边缘1a的基座的一部分。基座包括彼此相邻的或布置成组的例如30至40个流管2。流管2具有例如5mm的内径D和10至20mm的长度。由于切向引入，气流达到更高的旋转频率并且获得更大的离心力。该装置可被设计为仅需要较小的安装空间的非常小和有效的组件。

1.  一种用于从气体中分离液体的装置，特别是用于从内燃机的曲轴箱通风装置的泄漏气体中分离油微粒的装置，所述装置由至少一个板式基座组成，所述基座中设置有数个具有气体进口和气体出口的流管，其中液体将沉积在所述流管的内壁上，其特征在于，各个流管(2，2’)在其面向气体进入方向的端部具有至少一个切向布置的气体进口(3)，并且所述各个流管(2，2’)在与之邻近的前侧(2a)处封闭，其中在所述流管(2，2’)中产生具有涡旋分量的组合的旋转和轴向流，其中各管中的旋转流重复旋转360°。

2.  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体进口(3)具有槽形或缝形设计。

3.  如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述各个流管(2，2’)具有数个具有径向偏移布置的气体进口(3)。

4.  如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述气体进口(3)具有不同的横截面积。

5.  如权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述各个流管(2，2’)具有2至20mm的内径。

6.  如权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述流管(2，2’)的长度(L)至少为其内径(D)的两倍。

7.  如权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，布置在基座(1，1’)中的所述流管(2，2’)在它们的气体进口侧相互齐平，面侧开口(2a)通过盖板(5)封闭。

8.  如权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，一些流管(2’)在它们的气体出口侧(4)配备有以与压力相关的方式打开的阀(6)。

9.  如权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述各个流管(2，2’)具有不同的直径和长度。

10.  如权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，具有流管(2，2’)的数个板式基座(1，1’)以相互一定距离串联连接地布置。

11.  如权利要求1至10中任一项所述的装置，其特征在于，当所述板式基座(1，1’)在布置垂直安装位置时，所述流管(2，2’)被布置为向液体收集处倾斜。

12.  如权利要求1至11中任一项所述的装置，其特征在于，单个或数个板式基座(1，1’)被布置在具有原料气体进口(9，14)、纯净气体出口(16)和液体出口(15)的一个壳体(10)或安装空间(8)中，并且形成独立的分离器单元。

13.  如权利要求1至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述壳体(10)或安装空间(8)中的所述板式基座(1，1’)通过滑进相应的槽(12)、焊接、螺接、粘接或夹持而紧固到它们的安装位置。

14.  如权利要求1至13中任一项所述的装置，其特征在于，设置并联连接的数个分离器单元(8，10)，其中所述各个分离器单元(8，10)的所述气体进口(9，14)取决于主要的气流速度可被分别地转入使用。

用于从气体中分离液体的装置
技术领域
本发明涉及用于从气体中分离液体的装置，特别是涉及从内燃机的曲轴箱通风装置的泄漏气体分离油微粒的装置。
背景技术
例如，对于使曲轴箱通风装置气体去油，如单级或多级旋风分离器的各种结构的旋风分离器是已知的。负载有油滴的、曲轴箱中收集的气体成切线地引入到旋风分离器中。由于作用在旋风分离器中的离心力，包含在气流中的油沉积在旋风分离器的内壁上，并且通过设置在旋风分离器底部的出口供应到内燃机的曲轴箱或油槽。气流在旋风分离器中偏斜，通过布置在旋风分离器顶部的浸水管作为纯净气体流出，并且到达发动机的进气歧管。单级旋风分离器具有有限的工作范围，导致在流速过低时分离不足，并且在流速过高时导致高压损失。为了消除这些缺点，已经提出使用并排布置的多级旋风分离器(DE 102004 019 154 A1)。并排布置的多级旋风分离器的工作范围可通过由阀转入使用和关闭单个旋风分离器而被附加地扩展。这样的多级旋风分离器被设计为，例如，独立的装配并且占用相对大的安装空间，因为需要空间分离组分原料气体、分离的油和纯净气体。
有利地，油分离器被集成在内燃机的阀盖中，例如如DE 10 2004019 154 A1中所公开。
在阀盖中的旋风分离器的集成不可避免地增加了其复杂性，并且需要相对大的安装空间。
通过主要来自轴向的流实现的管状旋转分离器也是已知的。旋转运动由布置在气体入口的导向叶片产生。
从DE 10 2004 037 157 A1，这样的用于从气体中分离液体或液雾的液体分离器装置是已知的，其中替代导向叶片设置几乎沿管的整个长度延伸的螺旋形导向部。这种多级管状分离器由至少一个板式基座(base support)组成，在该板式基座上布置至少一个液体分离器元件。后者由具有进气口和出气口的流管组成。在流管中它们之间，设置有螺旋部，其螺旋形表面由管的内壁形成螺旋形流路。螺旋部具有比螺距的半匝小的长度。对于油的分离，可布置具有一些分离器元件的基座，其中旋转的指向在一个流路中可以相同或相对。如实施例中所述，分离器装置可被设置在迷宫式粗分离器后的阀盖的中空空间中。
从轴向进入流管的泄漏气体由螺旋部设定为旋转运动，其中油从气体中甩出，沉积在流管的内壁上，由气流传送到流管的出口，并且排出到虹吸管。布置在管状分离器或流管中的螺旋部产生旋转流，其中使待分离的微粒在流过一段时仅经受180°的转动。当连续布置两段时，流从第二段沿旋转的相对方向运动。在螺旋部后，旋转气流沿轴向移动。
发明内容
当来自轴向的流到达流管时，旋涡的程度更大，导致较低的旋转速度、较小的离心力、较小数目的旋转以及由此产生的较低程度的分离。本发明的目的是提供用于从气体分离液体的装置，特别是用于从内燃机的曲轴箱通风装置的泄漏气体分离油微粒的装置，其特征在于有简单的、节约成本的、和节省空间的结构，并且由此可实现高的分离性能。
根据本发明，由权利要求1中所述的特征实现此目的。权利要求2到14涉及有利的实施方式和进一步的开发。
在板式基座中布置的流管在其面对气体进入方向的端部具有至少一个成切线(tangentially)布置的气体进口。在相邻的前侧，流管封闭。由于每个流管形成一个分离器元件或管状分离器，它们并联连接。由于分配到各个流管的气流仅从切线方向引入其中，流的路线被建立，导致与由轴向流实现的已知的管分离器相比，分离性能改进。切线的流在流管中产生具有涡旋分量的组合的旋转和轴向流，其中流管中的旋转流重复旋转360°。旋转的次数取决于气体进口的尺寸、气流的速度和流管的长度，并且可实现气流的数个转数(5到10个转数)。当气体进入切向进口时，形成流，其横截面与进口的横截面相对应，并且其沿管壁延续到管出口。由气体的流速产生的动能和切向引入可在其用于分离在气流中散开的微粒的主要部分中被利用。流路径不受任何附加的强制流影响，例如当采用螺旋部时。
气流达到更高的旋转频率，并且产生更大的离心力。这导致明显增强的分离性能。在流管的内壁上沉积的液体微粒，沿流的方向拖动并且通过重力离开流管的气体出口，在安装空间的底部收集并且通过排放口从其中排出。
另一个优点是该装置的结构非常简单。另外，该装置可被设计为仅需要很小的安装空间的非常小的有效单元。另外，可在没有更多结构改变下，获得能够适应不同操作条件的不同可能的组合。
流管的切向气体进口可具有槽形或缝形设计。各个流管也可具有数个气体进口，其优选具有径向偏移布置。气体进口也可具有不同尺寸的横截面积。由上述方法，流管中的流速可被影响。
各个流管优选地具有2到20mm的内径和至少两倍于流管内径的长度。取决于可获得的安装空间和流管的尺寸，多于100个流管，优选地30到50个流管可被布置在基座中。流管可沿一个方向在板式基座以外延伸，即，与基座的框架齐平(flush)、或在基座两侧以外延伸。基座也可被实施为壳体或安装空间的壁部。基座的外形可不同，例如为矩形、圆形或椭圆形，并且适用于各安装条件。
优选地，流管在气体进口侧应该相互齐平。在此情况下，气体进口侧的面侧开口可由覆盖板封闭。另外，可以以气体进口侧不具有面侧开口的方式在其准备期间即已设计各个流管。
在它们的气体出口侧上，单个或者甚至所有流管均可配备有通过与压力相关的方式打开的阀。取决于施加的压力差或流速，各个管分离器自动地转入使用或再次关闭。这样，由于分离程度相对于流速的较小依赖性，分离器装置的工作范围可被扩展。由于取决于内燃机的工作条件，气体流速可改变多于十的一次方，最优工作范围的扩展可被有利地利用，特别地，对于使曲轴箱通风装置气体去油。作为阀，可使用本身已知的、简单和便宜的弹簧阀。每一个弹簧阀具有封闭气体出口侧上至少一个或数个流管的密封表面。弹簧阀在偏压(bia)的作用下封闭气体出口侧。通过偏压，将打开阀的压力差可被设置。另外，具有不同偏压的数个弹簧阀的使用能够使更多管分离器分段转入使用，使得分离器的控制可更精确地适用于各主要的工作条件。
板式基座除了外周边缘区域外配备有流管。
如果数个流管布置在基座上，要注意到切向进口不被相邻流管堵塞。相同长度和平齐面侧的相邻流管组可具有圆形或星形布置，或布置为两行，其进口面向外。对于三个或更多相邻行，可通过具有轴向移位的、具有不同长度的行或流管而避免进口的堵塞。
原则上用作并联连接的分离装置，也可通过在相互距离上布置具有流管的数个板式基座而被扩展为组合的串联连接。各基座间的距离必须至少为这样的大小，即从流管排出的液滴可沿重力方向沉落并且不由气流拖动进入随后的基座的流管的气体进口中。例如，基座间的距离为10到20mm。由上述串联连接，可实现分段的粗和细分离的实施方式。
用于更大微粒或液滴的分离的基座(粗分离器)有利地配备有具有增加的切向进口横截面和更大内径的流管。粗分离器对于更大的微粒具有更高的吸入性能，但由于较小的离心力不分离较小的微粒。这些随后在下游用于细分离的基座中分离，其流管具有较小的直径和较小的进入横截面。初步分离可防止细分离器的超载。在具有粗分离器和下游细分离器的实施方式中，分离的液体排液管可被分配到每一个基座或分离器。
如果由于应用技术的原因需要板式基座的垂直的布置或安装位置，则流管可被设计为具有向液体收集处的倾斜。由此实现分离的液体微粒的更好的排出。作为替代方案，板式基座也可被布置在安装空间中的倾斜位置处。流管以此方式具有倾斜向下的位置，使得流管中分离的液体可容易地向液体收集处排出。
单个或数个板式基座可被布置在壳体或安装空间中。壳体或安装空间具有原料气体进口、纯净气体出口和液体出口，并且由此形成分离单元。以本身已知的方式，在阀盖中设置的空间用作从内燃机的泄漏气体分离出油的安装空间。阀盖优选地被设计为塑料注模部件。由于其节省空间的结构及其较低的重量，作为细分离器和作为组合的粗和细分离器，提出的分离装置特别适用于此目的。具有流管的板式基座也可由塑料制成，并且可与阀盖的组件相组合作为一个整体的组件在一次成型处理中通过注模设计。
在此情况下，用于供应泄漏气体的端口、纯净气体出口和油出口也是阀盖的一体部件。或者，也可通过滑入相对应的槽、焊接、螺接、粘接或夹持以确保板式基座在壳体或安装空间中的安装位置。
根据其它不同的实施方式，一些分离单元也可形成功能单元，其中各分离单元并联地连接。“分离单元”指具有气体进口的壳体或安装空间，至少一个具有流管、纯净气体出口和液体出口的基座。依赖于主要气流速度，通过包括在歧管中的用于供应的气流速度的相应阀，各分离单元的各个气体进口可分别转入使用。该实施方式在获得相对较大的和不同的气流速度时是有利的。
附图说明
以下通过一些实施例进一步对本发明进行举例说明。
在附图中：
图1示出具有成组布置的数个流管的单个基座的顶部平面视图；
图2示出沿图1中的线A-A的截面；
图3示出基座的顶部平面视图，其中数组流管的气体出口可由弹簧阀关闭；
图4示出沿图3中的线B-B的截面；
图5示出沿纵向截面，阀盖的安装空间中的基座的布置；
图6示出沿纵向截面，作为分离单元的壳体中的基座的布置；且
图7示出沿纵向截面，粗和细分离的不同实施方式。
具体实施方式
图1所示的基座1被设计为具有大量小的整体成型的流管2的板式塑料组件。板式基座1具有外周边缘1a。基座1具有，例如相互紧密相邻的或以组形式布置的30到40个流管2。流管2具有例如5mm的内径D和10到20mm的长度。在图1所示的实施例中，设置有每组具有六个流管2的六组。
图2示出具有六个流管2的一组的截面。各个流管2具有切向原料气体进口3和气体出口4，纯净气体和分离的液体通过气体出口4流出。气体出口4几乎与基座1在一个平面上。各个相同长度的流管2在其面向气体进口方向的端部，在前侧2a处，通过如实施例所示附着的盖板5封闭。如果基座1由塑料制成，盖板5也可整体地成型到各个组并且覆盖各组的流管2。在面向气体进口方向的流管2的部分上，切向气体进口3分别布置为例如缝或槽。在流从切向方向到达的各流管2中，产生具有涡旋分量的组合的旋转和轴向流，旋转流重复旋转360°。
也可设置径向偏移布置的数个切向气体进口以替代一个切向气体进口3。在所示的实施例中，各流管2的切向气体进口3具有相同的设计，并且具有相同尺寸的入口的横截面积。入口的横截面积也可具有不同尺寸。
图3和4示出不同实施方式，其中基座1具有每一个具有六个流管2的六组。四个相邻组的流管2’的气体出口4可由弹簧阀6封闭。以弯曲弹簧形式设计的弹簧阀6通过附属部件1b紧固到基座，并且具有封闭流管2’的气体出口4的密封表面。打开阀的差压可通过弹簧阀6的偏压设置。如图3所示，两组流管2的气体出口4不具有阀，并由此永久开放。用作分离器元件功能的各个流管由此更好地适用于各个主要工作条件。
图5示出不同实施方式，其中基座1在阀盖7的安装空间中与流管2整体形成。在阀盖中，仅可以看到形成由壁部8限定的邻近的安装空间的部分。在图5中，安装空间的窄侧可被看到，其中基座1插入到水平安装位置中并且被焊接到壁部8的向下突出端。基座1具有三行a、b、c，每一行具有10个相邻的流管2，其中仅前面的流管2可在图5中看到。各流管2具有与图1和2中所示实施方式相类似的设计。流管2的气体进口侧上的盖板5与它们整体地成型。在其底侧，基座1具有与相邻空间流体连通的外周部1c，用于释放纯净气体并且接收由图5中向下箭头所指示的下滴的油。
安装空间中基座1的布置在流管2上形成原料气体空间9。原料气体的流向由箭头指示。侧向流进阀盖7的原料气体流均匀地分配到三十个垂直布置的流管2，并且通过气体进口3切向地引入其中。在流管2中，形成重复旋转360°的螺旋流，其中由于作用在其上的高离心力，包含在原料气体中的油沉积在流管2的内壁上，并且沿流的垂直方向被拖动。纯净气体也沿图5所示的箭头指示的垂直方向向下流出。
图6示出壳体10中的基座1的布置，其中基座1沿垂直安装位置插入壳体10的槽形凹部12。基座1的各个流管2被水平布置。由基座1的布置，壳体10被细分为原料气体空间11和纯净气体空间13。在壳体10的底部10a中，设置有用于供应原料气体的开口14和用于流管2中分离的液体并且在底部收集的出口15。纯净气体出口16在壳体10的上部。原料气体和纯净气体的流向与分离液体的排出方向由箭头指示。基座1具有3行a、b、c，每一行具有10个同形布置的流管2。在原料气体室11中，通过开口14从下方流过的原料气体均匀地分配到三十个水平布置的流管2，并且通过气体进口3切向地引入其中。液体分离的操作模式与上述实施方式相类似。沉积在流管2的内壁上的液体沿流的水平方向拖动并且在流管2的气体出口4向下滴出。纯净气流通过纯净气体出口16流出。在底部10a收集的液体通过排出口15排出。
图6所示的具有基座1的壳体10形成独立的分离器单元。在应用的特定情况下，也可以方便地串联或并联连接地布置数个这样的分离器单元。优选在其分离性能上具有不同设计的数个基座，也可在一个壳体或安装空间中布置以替代单个基座1。图7示出两个间隔开的基座1和1’，其中基座1’被指定用于粗分离，而基座1用于细分离。粗分离器1’的流管2具有比下游细分离器1的流管2大的内径。另外，另一个液体排出口17设置在两个基座间。另外，壳体8的结构与图6所示的相类似。这样的布置是并联和串联连接的组合，其中基座的流管并联连接，数个基座串联连接。可使用这些分离器单元的非常简单和节省空间的结构，特别是对于组合的粗和细分离。