Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kondensatrückführung in Gasströmen sowie einen Fluidabscheider.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt, z. B. aus herkömmlichen Druckgasanlagen. Will man bei solchen Vorrichtungen die Abmessungen verkleinern bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Olabscheiderate, so ist daran nachteilig, daß die Gehäuseabmessungen von zu verwendenden Filtern dem hindernd im Wege steht. Ein anderer Nachteil besteht darin, daß eine derartige Vorrichtung nur zuverlässig arbeitet, wenn sie schmutzfrei gehalten wird, dies erfordert aber einen Filter. Ein weiterer Nachteil bei derartigen Vorrichtungen besteht in der Betriebsweise unter Überdruck. Derartige Fluidabscheider sind empfindlich gegen Lufteinschlüsse und Verwirbelungen, was die Entmischung der unterschiedlichen Phasen stört.

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß ein sicherer und zuverlässiger Betrieb bei kompakten Abmessungen der Vorrichtung, die zudem einfach und billig sein soll, möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Kondensatrückführung in Gasströmen mit einem wenigstens einen Einlaß und einen Auslaß aufweisenden Gehäuse, einem mit dem Einlaß kommunizierenden Filterelement und wenigstens einem, einen Kondensatablaß umfassenden Kondensatauffangelement und wenigstens einem Kondensatförderelement, wobei das Kondensatauffangelement mit dem

BESTÄΠGUNGSKOPIE

Kondensatförderelement, wobei das Kondensatauffangelement mit dem

Filterelement kommuniziert und einen diese Vorrichtung enthaltenden

Fluidabscheider gelöst. Dies gewährleistet den verschmutzungsfreien Betrieb der Anlage, da ein ausreichend dimensionierter Filter im Kreislauf dafür Sorge trägt. Durch die Anordnung der Elemente zueinander werden Lufteinschlüsse verhindert, Verwirbelungen finden nicht statt, was zu einer verbesserten

Entmischung der unterschiedlichen Phasen beiträgt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Einlaß mit dem Innenraum des Filterelements kommuniziert. Auf diese Weise gelangen eventuell im System befindliche Partikell lediglich ins Innere des Filterelements, in dem sie dann verbleiben, bis das Filterelement ausgewechselt wird.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Kondensatauffangelement, bzw. das darin enthaltene Kondensat, das Filterelement ganz oder teilweise umschließt. Auf diese Weise wird eine höhere Integrationsdichte der Vorrichtung erreicht, was den Außenabmaßen zugute kommt.

Eine zusätzliche vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Strömungsquerschnitt der Vorrichtung im Bereich des Einlaß wenigstens eine Strömungssperre aufweist. Dadurch werden überflüssige Druckverluste sowie überflüssige Verwirbelungen vermieden, da das Druckluft-Kondensat-Gemisch in der Vorrichtung auf Umgebungsdruck entspannt wird. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Einlaß mit einer Druckluftleitung kommuniziert. Dadurch wird gewährleistet, daß die von Kompressoren stammenden, Partikel und Öl enthaltenden Gasströme von diesen befreit werden können.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Vorrichtung mittels des Auslaß mit der Umgebung kommuniziert. Dadurch ist

ein Entspannen des ölhaltigen Gasvolumens innerhalb der Vorrichtung auf Umgebungsdruck möglich, was zu schonenderen Entmischungen führt.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß das Kondensatförderelement mit einer Kondensattrenneinrichtung, die in den Figuren 2 und 3 der DE 43 25 745 A1 dargestellt wird, kommuniziert. Das Kondensatförderelement bringt das bereits entgaste Kondensat zur Kondensattrenneinrichtung, in der das Kondensat aufgrund der unterschiedlichen Dichte der einzelnen Bestandteile des Mehrphasengemisches sich in seine verschiedenen Phasen aufteilt.

In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, daß das Filterelement auswechselbar ist. Damit wird erreicht, da? bei einer gewissen Grenzbeladung des Filterelements der Druckabfall des Gesamtsystems nicht zu stark steigt, was zu einer Senkung der Effizienz des Systems führen würde. Dadurch wird es möglich, falls das Filterelement sein Lebensalter erreicht hat, dieses durch ein neues zu ersetzen. Ein weiterer Aspekt ist die Anpassung des Filterelementes an den Lebensalterzustand der Verbrennungskraftmaschine, in der das Element eingesetzt wird, insbesondere unter Berücksichtigung des Stömungswiderstandes des Filterelementes und dessen Einfluß auf die Olabscheiderate.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Vorrichtung über wenigstens einen Füllstandssensor verfügt. Dieser Füllstandssensor zeigt z. B. im Einlaßbereich an, wenn ausreichend Kondensat zur Trennung vorhanden ist, um mittels dieses Signales ein kurzzeitiges Öffnen mit anschließendem Schließen der Strömungssperre zu erreichen. Auf diese Weise wird ein Druckabfall in der Kompressoranlage vermieden. Durch die geeignete Koppelung mit dem Kondensatförderelement, das das Kondensat vor dem Öffnen zur Kondensattrenneinrichtung verbringt, wird eine zusätzliche Verwirbelung des Kondensats vermieden.

Eine zusätzliche Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß eine Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche in einem Fluidabscheider zum Einsatz kommt, der beispielsweise in der DE 43 25 745 A1 , Sp. 3, Z. 29 bis Sp. 4, Z. 5 sowie Fig. 1 oder der DE 44 31 496 A1 beschrieben wird.

Diese und weitere Merkmale von bevorzugten Weiterbildungen der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei der Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird.

Ein Ausführungsbeispiei der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben.

Es stellt dar:

Figur 1 , einen Schnitt durch eine Vorrichtung

Figur 2, einen Schnitt durch eine Vorrichtung mit Adsorptionsfilter

Die Kondensatrückführungsvorrichtung besteht aus dem Einlaß 1 , der, wie im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 dargestellt, topfförmig geformt ist. Dieser topfförmige Einlaß 1 befindet sich unterhalb einer von einem Kompressor mit Druckgas versorgten Druckluftleitung 11. In dieser topfartigen Ausbuchtung des Einlaß 1 sammelt sich im System befindliches Kondensat. Wenn eine bestimmte Menge an Kondensat im Einlaßbereich angesammelt ist, öffnet sich die Strömungssperre 9, die das Kondensat, das vom in der Druckgasleitung 11 vorhandenen Überdruck getrieben wird, über ein Verbindungselement 8 ins Innere des Gehäuses 2 der Vorrichtung einläßt. In einer alternativen

Ausführung kann die Strömungssperre in regelmäßigen Abständen geöffnet und anschließend wieder geschlossen werden. Im Gehäuse der Vorrichtung angelangt, wird das Kondensat-Druckluftgemisch mittels Verbindungselement 8 direkt ins Innere des Filterelementes 3 geleitet. Im Inneren des Filterelementes 3 wird das Kondensat-Druckluftgemisch auf Umgebungsdruck entspannt, da der gesamte Innenraum des Gehäuses 2 mittels des Auslaß 7 mit der Umgebung kommuniziert, was in gleicher weise für den Innenraum des Filterelements 3 gilt. Aufgrund der Schwerkraft sinkt das Kondensat- Druckluftgemisch zum Boden des Filterelements 3, wobei ständig Luft aus dem Gemisch entweicht und über die Oberfläche des Filterelements 3 hinweg durch den Auslaß 7 ins Freie entweicht. Das verbleibende Kondensat beginnt am Boden des Filterelements 3 sich in Bereiche verschiedener Dichte aufzuteilen. Die Partikel sinken aufgrund der größten Dichte zum Boden des Filterelements und können dieses Filterelement auch nicht verlassen, da die Trenngrenze unterhalb der Partikelgröße liegt. Das sich in zwei Phasen aufteilende Öl- Wasser-Gemisch fließt gleichzeitig, wenn der Füllstand im Gehäuse 2 dies erlaubt, über die Oberfläche des Filterelements 3 in das Kondensatauffangelement 4 und wird beim Passieren des Filterelements 3 von eventuell vorhandenen Partikeln befreit. Das Filterelement 3 besteht aus Materialien, wie z. B. Drahtgeflecht, Kunststoffsieben, Vlieslagen oder gefaltetem Filterpapier je nach abzuscheidender Partikelgröße. Je nach anfallender Kondensatmenge, die im im Gehäuse 2 befindlichen Kondensatauffangelement 4 gesammelt wird, fördert ein Kondensatförderelement 10, das im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 eine elektrisch betriebene Pumpe ist, Kondensat über den Kondensatablaß 5 zu einer Einrichtung zur Kondensattrennung, in der die Entmischung des Zweiphasengemisches stattfindet. Im Innenraum 6 des Filterelements 3 herrscht, nachdem die Stömungssperre 9, nach der Einleitung des Kondensates ins Filterinnere die Verbindung zur Druckluftleitung unterbrochen hat, wie im restlichen Gehäuse 2 Umgebungsdruck, was weitestgehend Lufteinschlüsse im Wasser-Öl-Gemisch vermeidet.

Zur zuverlässigen Bereitstellung, beziehungsweise Entspannung auf Umgebungsdruck ist das Gehäuseinnere und somit zwangsläufig auch der Innenraum 6 des Filterelementes 3 ständig über den Auslaß 7 mit der Umgebung, beziehungsweise der Atmosphäre in Kontakt.

Durch die ständige Verbindung des Gehäuseinneren mit der Umgebung ist das Verbindungselement 8, das den Innenraum des Gehäuses 2 mit der Druckluftleitung des Kompressors, der beispielsweise in der DE 43 25 745 in Figur 1 dargestellt ist, verbunden ist, mit einer Strömungssperre 9 versehen, damit sich der Druckverlust des Gesamtsystems auf den Zeitraum der Einbringung des sich im Bereich des Einlasses 1 angesammelten Kondensats in das Gehäuse 2 der Vorrichtung zur Kondensatrückführung beschränkt. Da im Gehäuseinneren lediglich der Staudruck der Kondensatflüssigkeitssäule vorhanden ist, um das Kondensat über den Kondensatablaß 5 abzutransportieren, ist in der Kondensatablaßleitung eine elektrische Förderpumpe installiert, die das Kondensat zur Kondensat-Trenneinrichtung fördert.

Die Vorrichtung zur Kondensatrückführung kann mittels des topfförmigen Einlaßes 1 an jeder beliebigen Stelle der Druckluftleitung 11 installiert werden. Zum automatisierten Betreiben der Vorrichtung zur Kondensatrückführung verfügt die Vorrichtung über Füllstandssensoren 12. Damit das im Bereich des Einlaß 1 angesammelte Kondensat in Zeitabständen ins Gehäuse 2 der Vorrichtung mittels Strömungssperre 9 und Verbindungselement 8 gelangen kann, weist der topfförmige Bereich des Einlaß 1 einen Füllstandssensor 12 auf, der bei erreichen eines vorbestimmten Füllstandes ein Signal über eine Signalleitung 16 an einen Schaltkasten 17 gibt. In diesem Schaltkasten wird ein Signal erzeugt, das über eine Steuerleitung 18 zur Strömungssperre 9 gelangt um dort die Strömungssperre 9 kurzzeitig zu öffnen und dann wieder zu schließen. In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Ansteuerung der Strömungssperre 9 mittels eines mechanisch mit dieser verbundenen Schwimmer, der im Bereich des Einlaß 1 angebracht ist, erfolgt.

ln einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Kondensat in einem zusätzlichen Behälter drucklos gesammelt wird und bei erreichen eines vordefinierten Füllstandes, der mittels Füllstandssensoren ermittelt wird, an die Vorrichtung zur Kondensatrückführung mittels eines Ventils und eines Verbindungselements zur Kondensatrückführungsvorrichtung weitergeleitet wird.

Die sich im Filterelement 3 bildenden Schmutzablagerungen 13 verbleiben über die Lebensdauer im Inneren des Fiiterelements 3. Um bei einer Grenzbeladung des Filterelements 3 mit Schmutzablagerungen 13, was zu einer Erhöhung des Druckverlustes führt, das beladene Filterelement 3 auswechseln zu können, ist am Gehäuse 2 ein Deckel 14 vorgesehen, der über eine Gehäuse-Deckel- Verbindung 15 mit dem Gehäuse lösbar verbunden ist.

Die in Figur 2 dargestellte Kondensatrückführungsvorrichtung besteht aus dem Einlaß 1 , der topfförmig geformt ist. Dieser topfförmige Einlaß 1 befindet sich unterhalb der durch einen Kompressor mit Druckgas versorgten Druckluftleitung 11. In dieser topfartigen Ausbuchtung des Einlaß 1 sammelt sich im System befindliches Kondensat. Wenn eine bestimmte Menge an Kondensat im Einlaßbereich angesammelt ist, öffnet sich die Strömungssperre 9, die das Kondensat, das vom in der Druckgasleitung 1 1 vorhandenen Überdruck getrieben wird, über eine Verbindungselement 8 ins Innere des Gehäuses 2 der Vorrichtung einläßt. Das Kondensat-Druckluftgemisch wird mittels Verbindungselement 8 direkt ins Innere des Filterelementes 3 geleitet, wenn es im Gehäuse der Vorrichtung ist. Im Inneren des Fiiterelementes 3 wird das Kondensat-Druckluftgemisch auf Umgebungsdruck entspannt, da der gesamte Innenraum des Gehäuses 2 mittels des Auslaß 7 mit der Umgebung kommuniziert, was in gleicher Weise für den Innenraum des Filterelements 3 gilt. Aufgrund der Schwerkraft sinkt das Kondensat-Druckluftgemisch zum Boden des Filterelements 3, wobei ständig Luft aus dem Gemisch entweicht und über die Oberfläche des Filterelements 3 hinweg durch den Auslaß 7 ins Freie entweicht. Das verbleibende Kondensat beginnt am Boden des

Filterelements 3 sich in Bereiche verschiedener Dichte aufzuteilen. Die Partikel sinken aufgrund der größeren Dichte zum Boden des Filterelements und können dieses Filterelement auch nicht verlassen, da die Trenngrenze unterhalb der Partikelgröße liegt. Das sich in zwei Phasen aufteilende Öl- Wasser-Gemisch fließt gleichzeitig über die Oberfläche des Filterelements 3 in das Kondensatauffangelement 4 und wird beim Passieren des Filterelements 3 von eventuell vorhandenen Partikeln befreit. Das Filterelement 3 besteht aus Materialien, wie z. B. Drahtgeflecht, Kunststoffsieben, Vlieslagen oder gefaltetem Filterpapier , je nach abzuscheidender Partikelgröße. In Abhängigkeit der anfallenden Kondensatmenge, die in dem im Gehäuse 2 befindlichen Kondensatauffangelement 4 gesammelt wird, fördert ein Kondensatförderelement 10, das im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 eine elektrisch betriebene Pumpe ist, Kondensat über den Kondensatablaß 5 zu einer Einrichtung zur Kondensattrennung, in der die Entmischung des frei von Lufteinschlüssen anlangenden Zweiphasengemisches stattfindet. Im Innenraum 6 des Filterelements 3 herrscht, nachdem die Stömungssperre 9, nach der Einleitung des Kondensates ins Filterinnere die Verbindung zur Druckluftleitung unterbrochen hat, wie im restlichen Gehäuse 2 Umgebungsdruck, was weitestgehend Lufteinschlüsse im Wasser-Öl-Gemisch vermeidet.

Zur zuverlässigen Bereitstellung, beziehungsweise Entspannung auf Umgebungsdruck ist das Gehäuseinnere und somit zwangsläufig auch der Innenraum 6 des Filtereiementes 3 ständig über den Auslaß 7 mit der Umgebung, beziehungsweise der Atmosphäre in Kontakt.

Durch die ständige Verbindung des Gehäuseinneren mit der Umgebung ist das Verbindungselement 8, das den Innenraum des Gehäuses 2 mit der Druckluftleitung des Kompressors, der in der DE 43 25 745 in Figur 1 dargestellt ist, verbunden ist.mit einer Strömungssperre 9 versehen, damit sich der Druckverlust des Gesamtsystems auf den Zeitraum der Einbringung des sich im Bereich des Einlasses 1 angesammelten Kondensats in das Gehäuse 2

der Vorrichtung zur Kondensatrückführung beschränkt. Da im Gehäuseinneren lediglich der Staudruck der Kondensatflüssigkeitssäuie vorhanden ist, um das Kondensat über den Kondensatablaß 5 abzutransportieren, ist in der Kondensatablaßleitung eine elektrische Förderpumpe installiert, die das Kondensat zur Kondensat-Trenneinrichtung fördert.

Die Vorrichtung zur Kondensatrückführung kann mittels des topfförmigen Einlaßes 1 beihnahe an jeder beliebigen Stelle der Druckluftleitung 11 installiert werden. Zum automatisierten Betreiben der Vorrichtung zur Kondensatrückführung verfügt die Vorrichtung über Füllstandssensoren 12. Damit das im Bereich des Einlaß 1 angesammelte Kondensat in Zeitabständen ins Gehäuse 2 der Vorrichtung mittels Strömungssperre 9 und Verbindungselement 8 gelangen kann, weist der topfförmige Bereich des Einlaß 1 einen Füllstandssensor 12 auf, der bei erreichen eines vorbestimmten Füllstandes ein Signal über eine Signalleitung 16 an einen Schaltkasten 17 gibt. In diesem Schaltkasten wird ein Signal erzeugt, das über eine Steuerleitung 18 zur Strömungssperre 9 gelangt um dort die Strömungssperre 9 kurzzeitig zu öffnen und dann wieder zu schließen. In einer alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die Ansteuerung der Strömungssperre 9 mittels eines mechanisch mit dieser verbundenen Schwimmer, der im Bereich des Einlaß 1 angebracht ist, erfolgt. In einer weiteren alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen, daß das Kondensat in einem zusätzlichen Behälter drucklos gesammelt wird und bei erreichen eines vordefinierten Füllstandes, der mittels Füllstandssensoren ermittelt wird, an die Vorrichtung zur Kondensatrückführung mittels eines Ventils und eines Verbindungselements zur Kondensatrückführungsvorrichtung weitergeleitet wird.

Die sich im Filterelement 3 bildenden Schmutzablagerungen 13 verbleiben über die Lebensdauer im Inneren des Filterelements 3. Um bei einer Grenzbeladung des Filterelements 3 mit Schmutzablagerungen 13, was zu einer Erhöhung des Druckverlustes führt, das beladene Filterelement 3 auswechseln zu können, ist

am Gehäuse 2 ein Deckel 14 vorgesehen, der über eine Gehäuse-Deckel- Verbindung 15 mit dem Gehäuse lösbar verbunden ist. Dem Auslaß 7 ist eine Drossel 19 nachgeordnet, die für einen stetigen Druckausgleich sorgt, wenn z. B. die gesamte Vorrichtung geöffnet wird. In Strömungsrichtung hinter der Drossel ist ein Ventil 20 angeordnet, das den Aufbau eines Überdrucks im geschlossenen Gehäuse 2 ermöglicht. In einer speziellen Ausgestaltung ist das Ventil 20 als Schwimmerventil ausgeführt, das bei Erreichen eines vordefinierten Flüssigkeitsstandes geschlossen wird, dies kann einerseits mechanisch erfolgen, in einer anderen alternativen Ausgestaltung wird das Signal, insbesondere ein elektrisches Signal verwendet, um das Ventil 20 zu schließen oder zu öffnen. In Strömungsrichtung nachgeordnet ist ein Adsorptionsfilter 21 , der beispielsweise mit Aktivkohle befüllt ist, und den Austritt von Öl- oder Wassernebel sowie von geruchsbehafteten Stoffen verhindern soll. In einer alternativen Ausgestaltung ist die Drossel 19 dem Adsorptionsfilter 21 in Strömungsrichtung nachgeschaltet.

Bezugszeichenliste ^■ 1 1 -

1 Einlaß

2 Gehäuse

3 Filterelement

4 Kondensatauffangelement

5 Kondensatablaß

6 Innenraum

7 Auslaß

8 Verbindungselement

9 Strömungssperre

10 Kondensatförderelement

11 Druckluftleitung

12 Füllstandssensor

13 Schmutzablagerungen

14 Deckel

15 Gehäuse-Deckel-Verbindung

16 Signalleitung

17 Schaltkasten

18 Steuerleitung

19 Drossel 0 Ventil 1 Adsorptionsfilter