液体分离器的制作方法

本发明涉及一种用于从气液混合物分离液体的液体分离器，该液体分离器具有权利要求1的前序部分所述的特征。

背景技术：

1、液体分离器是现有技术中已知的。这些分离器能够根据不同的功能原理进行操作，例如通过冷凝、离心力(旋风分离器)、吸附(使用吸附剂)或通过挡板进行操作。

2、液体分离器能够用在例如燃料电池中以增加效能，其中在阴极侧，通过使用液体分离器将水与氧气(o2)分离，而在阳极侧，通过使用液体分离器将水与氢气(h2)分离。液体分离器还能够用在压缩空气系统或空调系统中。

3、de 10 2014 013 372 a1展示了一种用于燃料电池系统的离心式水分离器，在该离心式水分离器中，气液混合物通过入口管线被切向引入到分离器中，在分离器中，液体受离心力的影响而聚集在分离器的内壁上，并通过排水管向下流出，其中气体(可能携带残留水分)向上通过出口管线被排出。这种分离器具有低压差，但在分离效率方面有局限，这是因为高比例的残留水分可能会被出口管线“夹带”出去。

4、wo 2021/083486 a1公开了一种液体分离器，其中气液混合物通过入口被引入到分离器中，穿过装有多个织物部分的挡板分离器，并经过出口被排出。这种分离器允许利用紧凑的设计来实现高分离效率。取决于气液混合物中的液体含量，压差增大可能会发生。

技术实现思路

1、本发明的目的是使用简单的构造方法和紧凑的设计来促进液体的可靠分离。理想的是在相对较低的压差下能够实现高分离效率。

2、本发明通过具有权利要求1所述的特征的液体分离器来实现这一目标。

3、该液体分离器用于从(流动的)，特别是蒸气或雾状的气液混合物(载液气流)分离液体。

4、气液混合物特别是一种气体用作载体介质且液体以细小分散的液滴形式存在的混合物。

5、该液体分离器具有壳体、通入到壳体中的入口(气液混合物入口)、离开壳体的出口(气体出口)、以及连通入口和出口的流动通路(流动连接)。分离装置设置在流动通路中，在该分离装置中发生液体与气液混合物的实际分离。被分离的液体可以是纯液体或液体混合物(两种或更多种不同液体的混合物)。

6、该液体分流器的特征在于，用于使流动通路分流的分流元件邻近分离装置设置，所述分流元件将壳体的入口区域和壳体的出口区域相互分开，其中入口通向入口区域，出口自出口区域敞开(分流元件充当了一种屏障或分隔壁)。在这种情况下，流动通路在从入口区域进入到出口区域中的途中会经过低流量区域。换句话说，流动通路从入口或入口区域经过低流量区域延伸到出口区域或出口。

7、已经认识到，当流动通路或沿流动通路移动的气液混合物被分流以使得气液混合物的流动速率降低，并因此液体分离器中的液滴由于重力作用向下进入到例如相应的收集区域时，在相对低的压差下，能够实现较高的液体分离效率。降低的流动速率还会导致分离出的液滴不再被气流夹带。

8、可以说，分流元件阻断了入口与出口之间的直接通道(最短连接)。分流元件能够被设计成分隔壁。通过分流元件将入口区域和出口区域密闭分开不是绝对必要的，但是可选的。分流元件对这些区域的分隔必须至少是“导流”的，即，必须预先限定气液混合物的流动方向。这意味着流动通路或沿流动通路移动的气液混合物被迫“绕道”通过低流量区域。换句话说，分流元件被设计为分隔壁，使得气液混合物不会流动通过低流量区域。相反，气液混合物必须“绕道”通过低流量区域。在低流量区域中，液体分离器中的流动速率最低。

9、入口区域和出口区域直接相邻设置，且仅通过分流元件彼此分开。入口可以沿入口轴线延伸，出口可以沿出口轴线延伸。入口轴线和出口轴线之间能够围成一角度，例如，90°的角度。

10、液体分离器的壳体将液体分离器的内部与外部分隔开。液体分离器的部件可以设置在壳体内。液体分离器的壳体可以形成为一体件或形成为多个部分。壳体可以由塑料制成。

11、液体分离器的入口能够直接通向分离装置。液体分离器的入口区域能够从该入口延伸到分流元件的在低流量区域的方向上延伸的自由端。分离装置优选地完全设置在入口区域中。

12、出口区域能够从分流元件的自由端延伸到出口区域的出口所在口。

13、低流量区域的构造是使得沿流动通路的流速或沿流动通路移动的气液混合物的流速降低或相对较低，优选地至少在液体分离器中。液体分离器的壳体的开口截面在低流量区域可以最大，并且优选地横向于重力方向或横向于壳体的垂直轴线。低流量区域可以沿重力方向或沿壳体的垂直轴线定位在入口区域和出口区域的下方，并且可选地，直接邻接所述区域。低流量区域可以设置在液体分离器或所述液体分离器的壳体的中心位置(中心区域)。

14、在优选实施例的背景下，分流元件能够平坦地延伸(即沿平面延伸)，并具有中心纵向平面，其中分离装置具有中心纵向轴线(中心轴线)，并且其中，分离装置的中心纵向轴线和分流元件的中心纵向平面以小于90°的角度相交，特别是以30°至60°的角度相交。角度规定是指中心纵向轴线与中心纵向平面之间围成的较小角度或最小角度。分离装置的中心纵向轴线能够对应于分离装置中的主流动方向。分离装置的中心纵向轴线和入口的中心纵向轴线相互平行或一致。

15、分流元件能够有利地被紧固到壳体，特别是通过机械插头连接的方式被紧固到壳体。这有助于分流元件和壳体之间的结构简单、坚固的连接。此外，壳体或壳体部件和分流元件能够分开制造。带凹槽的接收部分可以设置在壳体上或设置在壳体的内部，其中分流元件能够(部分或分段)插入到凹槽中。插头连接能够被设计成“槽舌”连接。

16、可选地，可以设想的是分流元件一体地连接到壳体或壳体部分，例如，上壳体部分(一体式分流元件)。这可以减少单个部件的数量，并因此便于液体分离器的组装。

17、方便地，分离装置可以在背离入口的端部处具有紧固部分，其中分流元件具有保持部分，所述保持部分与紧固部分相对应并保持紧固部分。这有助于分流元件和分离装置的简单联接，并使这些部件相互稳定。分离装置的紧固部分能够连接到分离装置的壳体上或成为分离装置的壳体的一部分。

18、在优选的实施例的背景下，环状或套环状的独立式插入元件能够设置在壳体的内部中，并伸入到入口区域中，并且插入元件与壳体的壁一起限定流动通道，该流动通道使入口区域与设置在收集区域上方的低流量区域相连通，以使得在入口区域中收集到的液体能够流动通过流动通道流动进入到收集区域中。这有利于高分离效率，这是因为在入口区域中(例如在壁表面上)收集到的液体能够安全通过插入元件与液体分离器的壳体壁之间的流动通道(“阴影通道”)，流经低流量区域进入到收集区域中。因此，可以在很大程度上避免收集到的液体被夹带。该流动通道能够被设计成围绕插入元件延伸的间隙(插入元件与壳体壁之间的圆周间隙)。

19、具体地，用于将插入元件与壁隔开的彼此间隔开的多个肋部能够被构造在插入元件的面向壳体的壁的多个侧部或所有侧部上(插入元件的外侧)。这样可以确保流动通道或间隙具有一定的最小横截面。肋部能够形成在插入元件的多个或所有外侧部上。肋部每一个都能够连续形成(“连续或实心肋部”)或不连续形成(“不连续肋部部”)。

20、以有利的方式，多个狭槽沿狭槽的纵向方向延伸，多个狭槽每一个都被构造在插入元件的背离入口区域的侧部上(“相对侧”)和/或被构造在插入元件的从背离入口区域的侧部延伸至入口区域的侧部上(“侧表面”)，狭槽中的每一个的横截面延伸至壳体的壁(即，朝向外部)。每个狭槽都可以具有v形横截面。因此，撞击在相对侧部或侧表面上的液体(例如，以液滴形式)可以穿过狭槽进入流动通道或间隙(“阴影通道”)中。这避免了收集到的液体被“夹带”到出口，从而可以提高分离效率。狭槽(在相对侧上)的纵向方向可以特别地沿着插入元件的横向方向延伸。侧表面上的狭槽的(又一)纵向方向，例如正交于相对侧的狭槽的纵向方向。

21、另外，插入元件的一部分能够伸入到壳体的出口区域中。这有助于高分离效率，这是因为收集到的液体可以通过流动通道或间隙被排放到收集区域中。

22、有利地，分流元件的自由端的一部分可以伸入到插入元件的内部(敞开的截面)。这确保了流动通路或沿着流动通路移动的气液混合物至少大部分被分流到插入元件的内部。因此，液体可以被收集和排放，例如，通过使液体穿过狭槽进入到流动通道或间隙中，并在流动通道或间隙中安全流出。

23、具体地，分离装置可以被构造成具有用于液体分离的至少一个织物部分的织物分离器。这有助于高液体分离效率。织物分离器可以用作雾化器，因此可以在不同的方向上分散和/或分流气液混合物流。

24、优选地，分离装置可以具有两个织物部分，所述两个织物部分在分离装置中相对于中心纵向轴线对称布置，其中织物部分一起围成2°至30°的角度。这样，可以以紧凑的设计创建一个比较大的分离表面。产生的任何压差都可以保持得较低。此外，可以分流流动的气液混合物，使液体(例如，液滴形式的液体)撞击在面向织物部分的壁表面上。在此可以实现分离，例如液体通过流动通道或间隙流入到收集区域中。

25、在优选实施例中，储液器和/或填充液位传感器可以设置在壳体的收集区域中。利用该储液器，可以存在内部集液区域(罐)，在该内部集液区域中，可以储存收集到的液体。集液区域中的液位可以通过填充液位传感器确定。因此，当集液区域满时，液体必须排出，这是显而易见的。填充液位传感器优选地可以具有被穿孔的金属帽作为保护元件。填充液位传感器可以由不锈钢制成。

26、作为填充液位传感器的可选方案，液体分离器可以具有控制器，该控制器被配置成使得储液器产生间歇排空，例如，通过在液体出口处设置的排放阀的相应(间歇)阀打开。

27、以有利的方式，可以设置盖套，从填充液位传感器的自由端(面向低流量区域)开始，在填充液位传感器的主要自由长度上，填充液位传感器被盖套所覆盖。盖套还能够额外保护填充液位传感器。另外，可以提高填充液位传感器的精度，这是因为填充液位传感器上的“晃动运动”(例如，由于作用在液体分离器上的加速度)的影响减小。

28、在优选实施例中，一个或多个浪涌元件能够在壳体的收集区域内延伸。例如，浪涌元件可以被设计为沿着平面延伸的板状元件。浪涌元件能够减少收集区域中的液体的“晃动运动”，从而减少液体晃动到低流量区域或出口区域的风险。此外，还能够提高填充液位传感器的精度。浪涌元件可以选择性地连接至填充液位传感器的盖套。浪涌元件可以由塑料或金属制成。

29、具有可控排放阀的液体出口可以被构造在收集区域中的壳体上。这样，可以有针对性地排出液体。液体出口可以沿重力方向设置在收集区域的最低点。

30、液体分离器可具有电动加热元件，通过该电动加热元件可加热收集区域。因此，能够控制收集区域和/或所述收集区域中所含液体的温。因此，能够避免液体冻结。

31、加热元件可以设计成加热喷枪(“独立”实施例)。可选地，加热元件与填充液位传感器可以一起被构造成单元或组件。加热元件可以附接到填充液位传感器上，使得能够通过该填充液位传感器对收集区域进行加热。

32、液体分离器可以具有出口阀和/或冲洗阀，每一个出口阀和/或冲洗阀都以流体连通的方式连接到出口。流体(例如水)可以经由出口阀被定期排出或根据填充液位被排出。通过冲洗阀，气体混合物被定期从回路中吹出，其中液体分离器可以被集成到该回路中，以减少氢气回路中的氮气浓度，例如在燃料电池中。

33、壳体可以具有在分离平面上彼此邻接的第一壳体部分和第二壳体部分。入口和/或出口可以设置在第一壳体部分上。低流量区域和/或收集区域可以设置在第二壳体部分中。第一壳体部分可以形成盖子，和/或第二壳体部分可以形成下壳体部分或主壳体部分。