从管道内流动的气体－液体－固体颗粒混合物中分离气体和液体－固体颗粒的装置及其分离方法

摘要

已有技术中，从管道内流动的介质、即一种气体—液体—固体颗粒混合物中分离气体和液体—固体颗粒，只能在具有两个出口的装置中进行。本发明的装置(1)具有一个管道(13)，其中流过所述介质，在管道(13)内设置一个转向件(42)，它在所述介质内产生分离涡流(9)，以实现气体与液体—固体颗粒的分离。

说明书

已有技术

本发明涉及的是从管道内流动的气体—液体—固体颗粒混合物中分离气体和液体—固体颗粒的装置及其分离方法，如权利要求1和13的前序部分所述。

美国专利文献US-PS5507858中公开了一种从管道内流动的气体—液体混合物中分离气体和液体的装置及其分离方法。但是其装置必须有两个出口。

在通用的方法工艺以及在汽车制造中，例如空气滤清器壳体的进气管中的雨水，以及其他技术应用领域中经常会出现的问题是，液体和气体或蒸汽相互混合在一起，必须将其相互分离开来。

由于液体造成的问题，根据应用情况的不同会对装置产生腐蚀，功能故障甚至造成损坏。

当具有测量元件的一个测量装置在工作中需要确定一个通道内待测量的流动介质、即检测介质的参数时，例如在内燃机的进气道内进行测量时，可能发生的情况是与检测介质主流动方向相反，例如有空气、油微粒或油蒸气从一条管道中流出，例如从曲轴箱排气管中流出，进入通道内，或者有其他杂质颗粒进入通道内，使测量元件附着上油或杂质颗粒。这样会使测量元件的测量特性明显恶化。这种回流的原因例如是由于脉动的流动或者在内燃机停机时曲轴箱的卸压。油蒸气或油雾从曲轴箱流出经曲轴箱排气管进入进气道中。否则，在通向内燃机的进气管内流动的空气会阻止油微粒或杂质颗粒到达测量元件。

本发明的优点

与已有技术相比，本发明如权利要求1和13的特征部分所述装置和方法的优点是，能够以简单的方式和方法，从流动的气体—液体—固体颗粒混合物中分离出液体和/或固体颗粒。

通过从属权利要求提供的措施可实现对权利要求1所述装置和权利要求13所述方法的有利改进和改良。

一种有利的方案是，所述阀是一个弹簧阀，因为它是一种非常简单而且成本较低的阀。

另一种有利的方案是，所述阀安置于所述管道通入通道中的引入口范围内，通过该结构可以将阀的分离区设置在所述管道上。

特别有利的方案是，只有当所述管道的一个前区和一个后区之间的压力比例或压力差相应地大时，所述阀才打开，这样可防止附着作用扩散到管道的后区内。

一种有利的方案是，所述管道这样构型，即管道内的流动介质至少两次以大约180°转向，这样可形成分离涡流，由此使沾染物特别是油或液体在管道的内壁上形成壁膜或大的液滴，不会轻易地与流动介质一同流向转向件后面。

固体颗粒则沉积在内壁上，与壁膜上的液体构成混合物，从而将固体颗粒和液体一起从流动介质中分离出来。

所述流动介质的转向最好采用以下方式实现，即所述转向件呈碟形，并且所述转向件在截面上超出一个其横截面小于管道在转向件范围内的截面的环。

所述转向件优选作为一个阀的阀盘。

一种有利的方案是，所述管道与一个通道连接，在所述通道内设置一个测量元件，这样即便有不希望的污物从管道流入通道中，测量元件也被保护免于被沾染。

一种有利的方案是，所述管道在其通入所述通道的入口范围内构成一个拉瓦尔喷嘴，使得此处的流体在通道内被加速，增强了从测量元件上带走杂质颗粒的作用。

另一种有利的方案是，所述管道在入口的范围内相对于通道倾斜布置，由此有目的地使所述介质离开测量元件排出通道。

附图说明

下面对照附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

图1表示本发明所述的装置，

图2表示本发明所述的装置，其通道内设置了一个测量元件。

对实施例的描述

图1表示的装置1用于从管道13内流动的介质中分离气体和液体—固体颗粒，所述介质是一种气体—液体—固体颗粒混合物。所述介质在管道13内沿管道内流动方向25流动。在管道13内可能流动着不希望有的成分，例如来自曲轴箱的油蒸气或油微粒。在许多情况中需要将液体和固体颗粒从气体中分离出来，以防止液体和/或固体颗粒进入在管道中的装置内。

为实现以上目的，在管道13内设置一个转向件42。其中管道13内流动的介质例如至少两次以大约180度偏转。因此产生的分离涡流19使得流动介质内的油微粒53或油蒸气到达管道13的内壁21上，在那里形成壁膜51。这种机理也可称为油—气体混合物的离心分离。

可能存在的固体颗粒例如尘土微粒也可以通过这种方式从管道13内的流体中过滤出来。这些固体颗粒与液体53和/或壁膜51结合。壁膜51在内壁21上继续朝管道内流动方向25运动，并且气体在管道截面内流动。由于壁膜51是在管道13的内壁21上形成的，所以管道13内流动的介质在转向件42的下游将不含有油微粒或含量极少。所以在管道13中进一步下游的装置仅承受极少量的、甚至完全没有液体或固体颗粒的作用。

转向件42例如为碟形，并且设置在分离区30内。碟边缘58对着流动介质的方向定向。在分离区30内例如设置一个环33，它例如朝通道13的中心倾斜，并且其横截面或直径dx小于管道13在分离区30的横截面或直径。转向件42超出环33，即如果沿管道内流动方向25的直线上将转向件42朝环33的方向移动到环33上，则转向件42会靠在环33上，并且会将管道13封闭。线35作为例子表示流动介质在管道13内的流动曲线，带有形成的分离涡流19。从管道内内流动方向25上看，介质首先流过环33，然后例如向前撞击到转向件42，由此偏转大约180度。随后介质流入环33和分离区30的壳体37之间的区域。流动介质在此处再次偏转大约180度，并继续沿管道内流动方向25流动。也可设想一种例如是螺旋状的配置，其中的流动介质以180度偏转多次。

所述转向件42也可构成一个阀17(图2)的阀盘42，该阀例如是一个弹簧阀，它通过一个拉簧23以其弹簧力与管道13内的压力反作用。阀17具有其上设有阀盘42的挺杆28，通过管道13内的一个支撑件40、例如一个管被导向。从管道内流动方向25上看，在管道13内在阀17之前有一个前区46，并且从管道内流动方向25上看，在管道13内在阀17之后有一个后区48。阀17打开的条件是，前区46和后区48之间的压力关系或压差相应地大。当介质在压力作用下流出时，分离涡流19的形成将得到加强。

图2表示管道13通入通道3中的情况。在该实施例中，通道3内有一个位于测量体11内的测量元件9，测量体的一部分在通道3内延伸。所述测量元件9例如可以确定另外的流动介质、即检测介质在管道3内的体积流量。所述通道3例如是内燃机的进气道，所述检测介质例如是空气。其他可以被测量的参数例如是压力、温度、介质组分的浓度和/或流速，它们也可以通过合适的传感器测定。可以设置一个或多个测量元件9。在通道3内有一个主流动方向6。在测量元件9的下游，管道13汇入通道3，也就是说，管道13有一个引入口15，它形成管道13与通道3的连接。管道13例如是内燃机曲轴箱的一条排气管。在特定的情况下，逆着主流动方向6可能会有沾染物到达测量元件9，而会持续影响测量元件9的测量特性。特别是在内燃机工作过程中产生脉动、即回流时，或者是内燃机停止后，通道3内没有介质流动，油蒸气从管道13内排出，而管道13与还是热的曲轴箱连通，则会有来自管道13的沾染物到达测量元件9。阀17也可以设置在引入口15的范围内。

如果内燃机被关闭，通道3内不存在负压，阀17将管道13封闭，来自管道13的油或杂质颗粒不再能进入通道3。只有当管道13内的压力明显大于通道3内的压力时，阀17才打开。此时又重新形成分离涡流19。

在内燃机工作期间，当内燃机所需的空气被吸入时，通道3内存在负压，由此使阀17更加易于开启。来自管道13的油蒸气和杂质颗粒由通道3内的流体带动沿主流动方向6远离测量元件9，因此几乎不会或者根本不会到达测量元件9。

管道13在其入口15的范围内例如可以构成一个拉瓦尔—喷嘴，因为它可以加速管道13内的流动，强化地使杂质颗粒从测量元件9排走。

同样管道13在其入口15的范围内也可相对于通道3倾斜布置，因为由此可使来自管道13的介质有目的地离开测量元件9排走。倾斜布置表示管道内流动方向25的矢量分量(Vektorkomponente)大致平行于通道3内的主流动方向6。