Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Zyklon zur Trennung der Flüssigkeitsphase von einem übersättigten Gasstrom.

Viele industrielle Anwendungen und technische Prozesse verlangen ei ^¬ ne präzise und dynamische Bereitstellung eines gesättigten Gasgemisches ohne flüssiges Kondensat. Ohne Einschränkung der Gültigkeit auf andere Flüssig/Gas-Gemische, wird der Kontrolle der Wasserdampf- Sättigung in vielen industriellen Anwendungen eine herausragende Rolle zuteil. Anwendungen sind z.B. für das „Gas Conditioning" bei Brennstoffzellen oder für eine sauberere Diesel-Verbrennung erfolgversprechend. Weitere z.B. energiesparende Anwendungen finden sich z.B. in der Kontrolle der Luftfeuchtigkeit für Gebäude und Wohnräu ^¬ me .

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgae zugrunde, eine Vorrichtung anzugeben, die es ermöglicht, den Flüssigkeitsanteil in einem gesättigten Gasgemisch sicher ausscheiden zu können.

Eine erfindungsgemässe Lösung hierzu wird erreicht, wenn ein Zyklon zur Trennung der Flüssigkeitsphase von einem übersättigten Gasstrom vorgesehen ist, wobei ein poröser 3-dimensionaler Bereich als Flüssigkeitssenke vorgesehen ist und als vorgeformter Einsatz ausgeführt ist; und wobei:

a) der Einsatz ein Material mit benetzenden Eigenschaften gegenüber der abzutrennenden Flüssigkeit umfasst, und/oder

b) die Porosität und/oder Schichtung und/oder Formgebung an die Dynamik des übersättigten Gasstroms und die abzutrennende Flüssig ^¬ keitsmenge angepasst ist; und/oder

c) ein stetigen Abfluss der kumulierenden Flüssigkeit im gesättigten Porenraum vorgesehen ist; und/oder

d) im Bereich eines Steigrohr-Einlasses einen ungesättigten Porenraum sichergestellt ist; und/oder

e) der Einsatz im stationären Betrieb teilweise in der abzutrennenden Flüssigkeit eingetaucht ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können sich durch eine oder mehrere der nachfolgend genannten Massnahmen ergeben, wenn:

i) der Einsatz so ausgestaltet ist, dass eine mechanische Stabilität bei relativem Unterdruck oder bei relativem Überdruck gewährleistet ist und/oder eine thermische Stabilität bei gegenüber Raumtemperatur unterkühltem oder überhitzten Zustand gewährleistet ist, und/oder die Stabilität bei einer Kombination aus mechanischer und thermischer Belastung gewährleistet ist; ii) ein Wechsel des vorgeformten Einsatzes durch Öffnen einer Verbindung ermöglicht ist; iii) ein Füllstandssensor im Bereich unterhalb des Einsatzes vorge ^¬ sehen ist; iv) in Verbindung mit dem Signal des Füllstandssensors ein Aktuator ein Ablass-Ventil öffnet bzw. schliesst; v) eine Wärmeisolation um den Zyklon und/oder die Leitungen zur Gewährleistung eines gewünschten Abscheidungsgrades vorgesehen ist; und vi) eine Heizung und/oder Kühlung des Zyklons und/oder der Leitungen zur Gewährleistung eines gewünschten Abscheidungsgrades vorgesehen ist .

Der Hauptvorteil der beschriebenen Erfindung liegt in der möglichen Erhöhung der zulässigen Gasgeschwindigkeit ohne Gefahr zu laufen, Flüssigkeit von der Wand wieder in den Gasstrom einzumischen. Dieser neue Freiheitsgrad erlaubt nicht nur die Anlagengrösse weiter zu mi ^¬ nimieren, sondern verspricht dadurch auch eine weite Skalierbarkeit. Da von einem übersättigten oder „nassen" Zustrom ausgegangen wird, unterliegen zulässige Werte für Temperatur und Druck der Zuströmung nur der Auslegung, d.h. die Methode bzw. der Zyklon sind sowohl bei atmospherischen als auch erhöhtem Druck bez. Temperatur anwendbar. Eine mögliche Methode zur Bereitstellung der übersättigten Zuströ- mung liegt in der Direkteindüsung der zu verdampfenden Flüssigkeit im Oberstrom. Das a-priori Wissen des verdampfbaren Massenstroms in Abhängigkeit von Druck, Temperatur und Durchsatz erlaubt hierbei ei ^¬ ne präzise Steuerung der Übersättigung.

In der einzigen Figur wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Zyklon beschrieben, der von einem übersättigtem Flüssigkeits- Gas-Gemisch 1 eine flüssigkeitsfreie, gesättigte Gasphase 2 trennt, indem die Wiedereinmischung (engl. Re-entrainment ) der zentrifugier- ten flüssigen Filmströmung 5a entlang der Zyklonwand mittels eines Einsatzes 4 aus porösen Material unterbunden wird. Dieses Material wird der Flüssigkeit gemäss ausgewählt, so dass ein stets negativer Kapillardruck im teilgesättigten Bereich 4a, nahe eines Steigrohr- Einlasses 2a, das Re-entrainment der flüssigen Phase durch die hohen Scherkräfte der Gasströmung verhindert. Innerhalb des porösen Ein ^¬ satzes wird sich mit der Zeit ein mit Flüssigkeit gesättigter Be ^¬ reich 4b bilden. Die Trennfläche zwischen den zwei Bereichen 4a und 4b stellt sich gemäss den Fliessgesetzen für poröse Medien als Funktion der Schwerkraft, Geometrie, Porosität und Volumenstroms ein. Die Flüssigkeit 5b fliesst aus dem gesättigten Bereich 4b, 4c ab und sammelt sich in einem Volumen unterhalb des Einsatzes 4. Der poröse Zapfen 4c kommuniziert dabei mit der gesammelten Flüssigkeit und er ^¬ laubt die Grenzflächenspannung zu überwinden. Eine Messung der akkumulierten Flüssigkeitsmenge 5b erlaubt ein prozessgesteuertes Öffnen eines Ablasshahnes 6 und damit ein Ablassen der Flüssigkeit 3. Damit wird sichergestellt, dass immer ein teilgesättigter Bereich 4a des porösen Einsatzes 4 existiert und somit die Wiedereinmischung von Flüssigkeit unterbunden wird.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass als Flüssigkeitsabsorber erstmals ein poröser und flüssigkeitsliebender, vorgeformter, 3- dimensionaler Volumeneinsatz benutzterden kann, um die bereits abgetrennte und überschüssige Flüssigkeit vom Prozess zu entfernen. Im Gegensatz dazu existieren bereits z.B. 2-dimensionale Membranen, die neben geringer mechanischer Belastbarkeit auch wenig Speicherkapazi- tat und Fliessquerschnitt aufweisen und daher Gefahr laufen einen Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche aufzubauen, der wiederum von den turbulenten Scherkräften der Gasströmung abgelöst werden kann.