Die Erfindung betrifft eine Phasentrennvorrichtung, mit einem zumindest ein Koaleszenzelement aufnehmenden Vorrichtungsgehäuse, das einen Ein lass für die Zufuhr einer Emulsion, die das jeweilige Koaleszenzelement zum Auftrennen in mindestens zwei seiner Bestandteile durchströmt, und einen Auslass für einen abgetrennten Bestandteil aufweist.

Durch DE 10 201 6 006 509 A1 ist eine Filtervorrichtung für Fluide bekannt, mit einem zumindest ein Filterelement aufnehmenden Gehäuse, das einen Einlass für die Zufuhr abzureinigenden Fluids zu einem Unfiltratraum des Gehäuses aufweist, der durch das Filtermedium des jeweiligen Filterele mentes von einem Filtratraum des Gehäuses getrennt ist, der einen Filtrat ausgang aufweist. Dergestalt wird im Sinne einer Art Phasenauftrennung die partikuläre Verschmutzung aus dem Fluidstrom mittels des Filterelementes herausgefiltert. Ferner weist die bekannte Filtervorrichtung eine innerhalb des Unfiltratraums angeordnete magnetfelderzeugende Einrichtung auf, die eine Anhaftfläche für durch Magnetkraftwirkung daran angelagerte ferro magnetische Partikel aufweist, die dergestalt als eine weitere Phase im Rahmen der Phasentrennung aus dem Fluidstrom abgetrennt werden. Ferner ist die Entmischung von mehrphasigen Fluiden, wie Dispersionen und Emulsionen, mittels Koaleszenz Stand der Technik. Eine verbreitete technische Anwendung besteht in der Abtrennung der wässrigen Phase als Beimengung in Ölen oder Kraftstoffen durch mittels Koaleszenzwirkung erzeugtes Zusammenwachsen kolloidaler Teilchen, wie die Bildung von Wassertropfen als die abzuführende wässrige Phase. Die bekannten, im Markt befindlichen Phasentrennvorrichtungen kommen hinsichtlich ihrer Effizienz besonders bei der Fremdölabscheidung bei fein dispergierter Öl phase an ihre Grenzen, beispielsweise bei der Abtrennung von Ölen, wie Bearbeitungsöle, Hydrauliköle, Schneidöle und dergleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Phasentrennvorrichtung mit zumindest einer Koaleszenzstufe zur Verfügung zu stellen, die sich durch eine besonders hohe Effizienz bei der Entmischung von Emulsionen, auch bei Emulsionen mit fein dispergierter Ölphase, auszeichnet.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe durch eine Phasentrennvorrichtung ge löst, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 in seiner Gesamtheit aufweist.

Demgemäß sieht die Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs genann ten Gattung neben dem Auslass für einen abgetrennten Bestandteil einen weiteren Auslass für einen weiteren abgetrennten Bestandteil vor, der mit einer geringeren Dichte gegenüber dem einen Bestandteil auf diesem auf schwimmt. Dadurch ist im gleichen Vorrichtungsgehäuse eine Kombination aus Koaleszenz- und Schwerkraftabscheider ausgebildet. Neben hoher Effi zienz der Abscheiderate stehen auch die abgetrennten Phasen in je einem eigens zugehörigen Auslass zur Verfügung, so dass die Bestandteile vol l ständig entmischt austragbar sind, beispielsweise in Form einer auf schwimmenden leichteren Ölphase an einem oberen Auslass und einer wässrigen Phase an einem darunterliegenden Auslass. Ferner ermöglicht die Kombination aus Koaleszenz- und Schwerkraftabscheider in einem Vorrich tungsgehäuse einen besonders kompakten Vorrichtungsaufbau mit im Ver gleich zu reinen Schwerkraftabscheidern geringeren Badvolumina, was zu geringeren Tauschvolumina bei einem Badwechsel führt. Geringe Wärme verluste durch eine vergleichsweise geringe Gehäuse-Oberfläche ermögli chen auch eine hohe Energieeffizienz.

Mit Vorteil ist die Anordnung so getroffen, dass der Einlass für die Emulsion in das Innere des jeweiligen Koaleszenzelements ausmündet, das von innen nach außen durchströmt ist.

Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist das Vorrichtungsgehäuse aus einem in vertikaler Aufstellrichtung gesehen langgestreckten, insbesondere mehrteiligen Gehäusemantel gebildet, das fußseitig, vorzugsweise im unte ren Gehäusedrittel, den Einlass für die Emulsion und den einen Auslass für den einen abgetrennten Bestandteil aufweist und das kopfseitig, vorzugs weise im oberen Gehäusedrittel, besonders bevorzugt an zuoberst ange ordneter Stelle des Vorrichtungsgehäuses, den weiteren Auslass für den wei teren abgetrennten Bestandteil aufweist.

Mit Vorteil kann die Anordnung hierbei so getroffen sein, dass der Auslass für den einen abgetrennten Bestandteil unterhalb des Eingangs in das die sem Einlass unmittelbar nachfolgende Koaleszenzelement in das Vorrich tungsgehäuse eingebracht ist.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen steht, vom Aufnahmevo lumen des Vorrichtungsgehäuses her gesehen, mehr Volumen, vorzugswei se mehr als das 1 ,5-fache Volumen, für den weiteren als für den einen Be standteil zur Verfügung. Dadurch ist für den Bestandteil geringer Dichte, wie Öl, eine verhältnismäßig große Totzone oberhalb des Koaleszenzele ments gebildet, so dass die Schwerkraftabsetzung der leichteren Phase, wie Öl, besonders begünstigt ist. Mit Vorteil kann der Auslass für den weiteren abgetrennten Bestandteil, wie Öl, mit einer Ventileinrichtung und/oder einer Entlüftungseinrichtung ver sehen sein. Die Entgasung durch die Entlüftungseinrichtung führt zur Beru higung der leichteren Phase, wie der Ölphase, und das Vorhandensein der Ventileinrichtung ermöglicht einen automatischen Austrag der leichteren Phase, beispielsweise mittels Zeitsteuerung.

Mit Vorteil kann zumindest ein Teil der eingesetzten Koaleszenzelemente mit einer Filtrationsstufe als Bestandteil des Elements versehen sein. Zusätz lich zur Koaleszenzabscheidung kann dadurch im gleichen Element eine Pflegefiltration stattfinden.

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist zumindest ein Teil der eingesetzten Koaleszenzelemente in Abströmrichtung außenumfangssei tig mit mindestens einem zusätzlichen Stützmantel versehen, der vorzugs weise durch Adsorption das Tropfenwachstum des einen abgetrennten Be standteils begünstigt. Der Stützmantel kann mit Vorteil aus Edelstahl gebil det und gegebenenfalls mehrlagig graduiert sein.

Diesbezüglich kann die Anordnung mit Vorteil so getroffen sein, dass die jeweilige Filtrationsstufe und/oder das jeweilige Koaleszenzelement in ei nem fluiddurchlässigen Stützmantel aufgenommen ist, der über zumindest zwei mittels eines zugehörigen Scharniers klappbare Mantelteile verfügt, die in einer aufgeklappten Stellung einen Tausch des jeweils verbrauchten Elements gegen ein Neuelement ermöglichen.

Bei zu entmischenden Fluiden, die mit Schmutzstoffen befrachtet sind, durchläuft die Emulsion vorzugsweise vor ihrer Phasenauftrennung eine Partikelfiltration. Bei vorteilhaften Ausführungsbeispielen ist für die Partikelfiltration mindes tens ein Filterelement eingesetzt, das in einem weiteren Vorrichtungsgehäu se aufgenommen ist, dessen Aufbau weitestgehend dem einen Vorrich tungsgehäuse entspricht. Die so teilweise durch Gleichteile gebildete Ge samtvorrichtung ist dadurch besonders rationell herstellbar.

Für die Partikelfiltration kann das jeweilige Filterelement von außen nach innen durchströmt sein, wobei der Filtratauslass des weiteren Vorrichtungs gehäuses über eine Verbindungsstelle an den Einlass des benachbart aufge stellten einen Vorrichtungsgehäuses angeschlossen ist. Die Verbindungsstel le kann mittels Flanschrohren ausgebildet sein.

Mit besonderem Vorteil eignet sich die Erfindung zur Entmischung einer Emulsion in Form eines Wasser-Öl-Gemisches, wobei der eine aufzutren nende Bestandteil Wasser und der weitere abzutrennende Bestandteil ein Hydraulikmedium, wie Öl, ist.

Gemäß dem Patentanspruch 14 ist Gegenstand der Erfindung auch die Verwendung einer Phasentrennvorrichtung nach einem der Patentansprü che 1 bis 1 3 zur Entmischung mehrphasiger Medien.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im Einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen schematisch vereinfachten Längsschnitt eines Ausfüh rungsbeispiels der erfindungsgemäßen Phasentrennvorrich tung; Fig. 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung eines zweiten Aus führungsbeispiels, wobei die Elementmaterialien eines Koa- leszenzelements und von Partikelfiltern weggelassen sind; Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung eines dritten Aus führungsbeispiels mit am Koaleszenzelement außenseitig be findlichem Stützmantel;

Fig. 4 einen Längsschnitt eines gesondert dargestellten Koaleszenz- elements; und

Fig. 5 eine perspektivische Schrägansicht des gesondert dargestel l ten Stützmantels für das Koaleszenzelement.

Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ist die Erfindung an Ausfüh rungsbeispielen beschrieben, bei denen sich in einem ersten Vorrichtungs gehäuse 2 eine Kombination aus einem Koaleszenz- und einem Schwer- kraftabscheider befindet und in einem zweiten Vorrichtungsgehäuse 4 ein Partikelfilter angeordnet ist, der dem Koaleszenz- und Schwerkraftabschei der im ersten Vorrichtungsgehäuse 2 als Vorfilter vorgeschaltet ist. Während die Vorfiltration vor der Entmischung im ersten Vorrichtungsgehäuse 2 im Allgemeinen erforderlich ist, kann bei Medien, die frei von einer Befrach- tung mit Schmutzstoffen sind, gegebenenfalls der Partikelfilter im zweiten Vorrichtungsgehäuse 4 weggelassen werden. Beide Vorrichtungsgehäuse 2 und 4 weisen einen im Wesentlichen baugleichen, modularen Gehäuseauf bau in Form eines geschlossenen Druckbehälters auf. Dieser weist bei bei den Gehäusen 2 und 4 jeweils ein Gehäuse-Oberteil 6, ein Gehäuse- Mittelteil 8 und ein Gehäuse-Unterteil 10 auf, die kreiszylindrisch sind, den gleichen Durchmesser besitzen und über Flansche 12 miteinander verbun- den sind. Die Gehäuse-Unterteile 10 weisen jeweils einen gewölbten Bo den 14 auf, der bis auf eine Entleerungsschraube 16 geschlossen ist. Die Gehäuse-Oberteile 6, die, wie die Gehäuse-Unterteile 10, durch Tiefziehen im Napfzug hergestellt sind, weisen, in Entsprechung zum gewölbten Bo den 14 der Unterteile 10, einen gewölbten oberen Abschluss 18 auf. Dieser ist beim zweiten Vorrichtungsgehäuse 4 durch eine zentral gelegene Entlüf tungsschraube 20 geschlossen, während sich am Abschluss 18 des ersten Vorrichtungsgehäuses 2 ein zentral gelegener Auslass-Anschluss 22 befin det.

Für eine Vorfiltration sind im zweiten Vorrichtungsgehäuse 4 zwei Fil terelemente 24 vorgesehen, die koaxial übereinander angeordnet und an jeweils einer ihrer Endkappen 26 so miteinander verbunden sind, dass ihre inneren Filterhohlräume absatzlos ineinander übergehen. Das obere Fil terelement 24 ist an seiner oberen Endkappe 26 durch einen Verschlussde ckel 28 geschlossen, während sich an der unteren Endkappe 26 des unteren Filterelements 24 eine zentral gelegene Öffnung 30 befindet. Für die Vor filtration strömt die Emulsion über einen Einlass 32 in das zweite Vorrich tungsgehäuse 4 ein, der sich unterhalb der unteren Endkappe 26 des unte ren Filterelements 24 an der Seitenwand des Gehäuse-Unterteils 10 des zweiten Vorrichtungsgehäuses 4 befindet. Vom Innenraum des Gehäuse- Unterteils 10 gelangt die Emulsion zu dem die Außenseite der Filterelemen te 24 umgebenden Zwischenraum im zweiten Vorrichtungsgehäuse 4 und durchströmt das Filtermedium der Filterelemente 24 von außen nach innen zum reinseitigen Innenraum der Filterelemente 24 hin. An der zentralen Öffnung 30 der unteren Endkappe 26 des unteren Filterelements 24 ist ein Rohrkrümmer 34 angeschlossen, über den das vorgefilterte Filtrat das Ge häuse-Unterteil 10 verlässt. Der Rohrkrümmer 34 ist über einen Verbin dungsflansch 36 mit einem Rohrkrümmer 38 in Verbindung, der in den Innenraum des Gehäuse-Unterteils 10 des ersten Vorrichtungsgehäuses 2 hineingeführt ist. Mit seinem Ende bildet der Rohrkrümmer 38 den Eingang 40 für die Zufuhr der Emulsion ins Innere eines im ersten Vorrichtungsge häuse 2 angeordneten Koaleszenzelements 42. Wie gezeigt, befindet sich dieser Eingang 40 an einer zentralen Öffnung der unteren Endkappe 44 des Koaleszenzelements 42. Wie der Zeichnung ebenfalls entnehmbar ist, be findet sich die untere Endkappe 44 mit dem Eingang 40 in einem axialen Abstand oberhalb des Bodens 14 des Gehäuse-Unterteils 10 sowie in einem axialen Abstand oberhalb eines seitlichen Auslasses 46 des Gehäuse- Unterteils 10 des ersten Vorrichtungsgehäuses 2. Die obere Endkappe 48 des Koaleszenzelements 42 ist, wie dies bei dem oberen Filterelement 24 im zweiten Vorrichtungsgehäuse 4 der Fall ist, mittels eines Verschlussde ckels 50 geschlossen.

Im Betrieb gelangt die zu entmischende Emulsion über den Eingang 40 der unteren Endkappe 44 in den Innenraum des Koaleszenzelements 42 und durchströmt dessen Elementmaterial 52 von innen nach außen zu dem die Außenseite des Koaleszenzelements 42 umgebenden Raum 54 im ersten Vorrichtungsgehäuse 2 hin. Durch die Koaleszenzstufe im Elementmaterial 52 kommt es zur Phasentrennung durch Abscheiden einer wässrigen Phase durch das Wachstum von Tropfen wässriger Kolloide, die sich als wässrige Phase 56 im unteren Bereich des Vorrichtungsgehäuses 2 ansammeln, so wie zu einer darüberliegenden Ölphase 58. Wie den Fig. 1 bis 3 entnehm bar ist, befindet sich im ersten Vorrichtungsgehäuse 2 oberhalb des Koales zenzelements 42 ein Totraum 60, der sich als Öl-Absetzzone 62 nach oben an die Ölphase 58 anschließt und bis zum Auslass-Anschluss 22 am oberen Gehäuseabschluss 8 reicht. Dieser axial ausgedehnte Totraum 60, der für die leichtere, auf der wässrigen Phase aufschwimmende Ölphase ein Volu men zur Verfügung stellt, das bis zu 1 ,5-Mal größer ist als das Volumen der wässrigen Phase, begünstigt eine hoch effiziente Schwerkraftabscheidung der leichteren Phase, wie Öl. Der am oberen Ende des Gehäuse-Oberteils 6 vorgesehene Anschluss 22 bildet den Auslass für die abgetrennte leichtere Phase, gesteuert durch ein Auslassventil 64. Ein am Anschluss 22 außerdem angeschlossener automatischer Entlüfter 66, der die Entgasung der Absetz zone 62 gewährleistet, begünstigt durch Beruhigung der Ölphase zusätzlich die Effizienz der Schwerkraftabscheidung. Das Koaleszenzelement 42 kann zusätzlich zur Koaleszenzstufe in seinem Elementmaterial 52 mit einer Fil trationsstufe versehen sein, die für eine Pflege-Filtration ausgelegt sein kann.

Die Fig. 2 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, das sich vom Bei spiel von Fig. 1 lediglich insofern unterscheidet, als im zweiten Vorrich tungsgehäuse 4 anstelle der aus zwei Filterelementen 24 gebildeten Filter kerze zur Partikelfiltration lediglich ein einteiliges Filterelement 68 einge setzt ist.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 3 entspricht dem Beispiel von Fig. 2, ab gesehen davon, dass das Koaleszenzelement 42 an der Außenseite seines Elementmaterials 52 von einem Stützmantel 72 umgeben ist, der in Fig. 5 gesondert dargestellt ist und als wiederverwendbares Bauteil um das Koa leszenzelement 42, das in Fig. 4 ebenfalls gesondert dargestellt ist, herum- legbar ist. Der Stützmantel 72 ist aus Edelstahl gefertigt und weist ein Mus ter aus Perforationen 74 (in Fig. 5 nur teilweise dargestellt) auf. Aufgrund der hohen Grenzflächenenergie von Edelstahl begünstigt der Mantel 72 zusätzlich das Tropfenwachstum im Öl durch Adsorption an der Metal l oberfläche. Insbesondere bei einem mehrlagigen, graduierten Aufbau der Koaleszenzstufe mit zunehmender Porosität in Strömungsrichtung ist eine hohe Effizienz der Abscheidung erreichbar. Wie Fig. 5 zeigt, ist der Mantel 72 aus klappbaren Mantelteile 76, 78 gebildet, die mittels einer Art Schar nier 80 miteinander verbindbar sind, so dass der Mantel 72 mehrmals ver wendbar ist.