专利名称：液体分离设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于从气体中分离液体和/或液雾的液体分离设备。这种分离器例如应用于从内燃机的渗漏气体(曲柄外壳气体、准备发动时向气缸内输送的气体)中分离油或油雾。液体分离器的另一应用范围是电化学电池领域，特别是PEM燃料电池，特别是那些在适于H2O的温度范围内——特别是在20摄氏度和160摄氏度之间——工作的燃料电池。
背景技术：
这种燃料电池的功率通常在几瓦至几千瓦之间。这种PEM燃料电池(聚合体电解质膜燃料电池)具有能渗透质子的聚合体膜。这种膜需要具有一定的含湿量，从而不会干燥而且不会因此而失去其功能。为此，所供应的反应气体事先加湿。由此，根据现有技术，在加湿器内的处理水被用于在阳极和阴极侧供应的相应的反应气体。另一方面，在燃料电池的阴极侧作为反应产物而产生纯水，从而这里在输出侧在带走的气体内存在大量的多余水，这些水在离开燃料电池后直接冷凝。为了从带走的气体中分离这些水，人们又应用液体分离设备以将这些水引导回来用于加湿。
根据现有技术，使用迷宫式密封或者金属织物、特别是旋流器来分离液体。
为了从气体中分离尘粒，已知有管状分离器，其包括从中引导气体的通流管。在通流管内设置了蜗杆，这些蜗杆迫使气体沿着管道内周进入环形路径(轨道)，并且以此方式在管道的内壁上分离微粒。
由DE 101 27 820 A1已知一种呈油分离器或油雾分离器形式的液体分离器。这里使用了管状分离器，其直径大于5cm的。因此，在该螺旋形流动路径内仅实现了油从渗漏气体中的粗略的分离。为此，在此分离设备之后紧接着是一个更精细的分离设备。
呈管状分离器形式的其它已知液体分离器——例如描述在同一申请人的案卷号为DE 102004011176.6和DE 102004011177.4的专利申请以及由同一申请人在同一日申请的作为本申请的相应的国际申请，这些国际申请要求这些申请的优先权——包括一个基体，通流管穿过该基体，并且对于每个单独的通流管，包括设置在各通流管内的螺旋状段(worm-likesegment)(螺旋形嵌入物)。
同时，如同在专门术语中通常的那样，蜗杆定义为绕着中轴线引导的螺旋状螺纹。
同时引入段(segment)的长度是为了满足安装条件和所要求的分离性能，并且经常是该段的节距的数倍。然而，这种长段以及通流管的单件式制造在制造技术方面面临很大困难，并且对于某些材料和制造方法甚至不可能实现。
因此，基体、通流管和各个通流管的螺旋状段是分离的或分开制造的部件。这使得各部件必须彼此牢固地连接。由此，特别是各螺旋状段需要固定在各通流管内。
由于在基体内的数个小液体分离器元件与一个大液体分离器元件相比具有更高的效率，并且由于数个小液体分离器元件会更好地适应各自的任务(例如，在马达内分离一定数量的油，或者在燃料电池内分离一定数量的水，这取决于安装条件等)，在每个基体或每个液体分离设备中具有大量独立液体分离器元件的趋势将会持续。
发明内容
本发明的目的是提供一种液体分离设备，利用该设备，显著减少了部件的数量，尽管如此，该液体分离设备能够经济地并且以低的失效率制造。
该目的通过根据权利要求1的液体分离设备以及根据权利要求14的制造方法达到。有利的设计在各从属权利要求中描述。这种液体分离设备的使用在权利要求16和17中详细描述。
根据本发明的液体分离元件(以及由此的液体分离设备)属于管状分离器类别，因为其设置有通流管，该通流管具有用于气体的出口和入口。
由此根据本发明的液体分离设备的基础是液体分离元件，其中设置有通流管和螺旋状段。根据本发明，其特征在于通流管和螺旋状段作为一件制造，作为通用的液体分离元件。
这些液体分离器元件结合在板状基体内，其中它们的流经方向有利地基本上垂直于基架的板的平面。各液体分离器元件以及相关联的基架(基体)作为共用部件而设计为一件式。
同时，各段的(轴向)长度小于节距的0.5倍。然而，包括入口和/或出口区域的通流管本身可具有更长的长度。同时，节距定义为螺旋状段沿通路的轴向的长度，在该长度上段的螺纹表面(即螺线表面)具有360度的完整的旋转。
由于螺旋状段的长度最大为节距的一半，每个基架可制造为铸造而成的单一部件，特别是作为压模铸造件或注模件。由此能够制造液体分离元件的通流管和螺旋状段，或者在同一制造周期中制造所有的液体分离元件及其基架。由此，在一个通道内可制造多个通流管，而在同一对象内具有一个整体的螺旋状段。由此，通流管能够具有非常小的内径，例如3mm。
在一个有利的实施方式中，至少两个以此方式制造的基架彼此邻接地设置，由此各基架的各液体分离器元件(或其通流管)相互分配，从而在每种情况下，一个基架的一个液体分离器元件或者通流管，以及至少一个相邻基架的相关联的液体分离器元件或通流管，形成了气体的共用流动路径，所述流动路径透过相互设置的所有基架。
当由螺旋状段形成的气体的旋转方向(顺时针或逆时针方向)在彼此相邻设置的两个基架之间同时改变时是特别有利的如果第一段沿气流方向具有螺旋状段的螺纹表面的逆时针旋转方向，那么随后设置的螺旋状段具有螺纹表面或相关联的流动路径的顺时针旋转方向。
现在已经惊讶地确定，利用至少两个这种液体分离器段的这种连续设置(使得由一个接一个设置的基架的各液体分离器元件的螺旋状段和通流管形成了气体的共用流动路径)，其中各段有利地其长度最大相应于其节距的0.5倍，能够以非常有效的方式实现分离，当连续的段的旋转方向处于彼此相反的方向时同样也确实是如此，从而气体必须在两个液体分离器元件的连续连接的通流管内从一个旋转方向偏转到另一旋转方向。
利用这些以相反的旋转方向连续连接的螺旋状段，产生了撞击表面，在该表面上液体或液雾以非常好的方式分离。螺旋状段的螺纹表面可同时这样设置随后的段的螺纹表面突入到由前一段的螺纹表面形成的流动路径中。同时，如果第一段的螺纹表面大体上突入到由第二相邻段的螺纹表面形成的流动路径的中间位置，这会特别有利。
然而，带有沿同一方向对齐的段的基架可彼此相邻而设置。
第一段的出口侧边缘和随后设置的第二段的入口侧边缘——所述边缘彼此相邻设置——可有利地绕着共用流动路径的中心轴彼此旋转(扭转)一定角度而设置，该角度具体在45度和135度之间，特别优选为约90度。
由此，利用首先提及的液体分离设备，段(螺旋)的旋转方向在每种情况下在相邻基架之间变化。由此，对于整个分离器单元，仅需连续装配两个旋转方向相反的基架，以便通过旋转方向的改变或者它们分别必然带有的撞击表面获得气流的高分离性能。不考虑一个接一个设置的基架的数量，那么整个液体分离设备可仅由两个不同类型的基架构建。对于分离性能要求较低的情况下，或者在作为粗分离器的应用中，人们也可仅使用一个板状基架。
有利地，每个分离器元件具有至少两个行程(flight)或流动路径。为此，通流管以如下方式垂直于纵向轴线细分产生了彼此分离的两个或更多个螺纹。为此一个段的螺纹表面就足够了。然而，也能够设置数个相互交织的螺纹表面。
在另一有利的实施方式中，至少一个流动路径的最小截面积在1mm2至800mm2之间。特别有利地是这种流动路径的最小截面积≥2mm2并且/或者≤400mm2，优选地≥4mm2并且/或者≤200mm2。
有利地，至少一个流动路径以相对于轴向呈大约45度的角度延伸。有利地，液体分离设备的至少两个连续的、彼此邻接的螺旋状段设置成直接彼此连接或者在轴向上具有正配合。然而，该段可不在整个通流管上设置，而是在通流管的开头、中间和末端设置。由此，在后一情况下，同样相邻的段可设置成沿轴向彼此之间有一些分离。
气流可轴向地进入通流管或者在某些情况下切向地进入，并且可轴向地和/或切向地离开。相对于轴向和/或切向呈有限角度的进出是可能的。然而，气体轴向地进入和/或离开在技术上是有利的。
有利地，通流管的入口以如下方式设置通流管的入流角度相对于轴向≤45度或者相对于通流管的外周的切向≤45度。有利地，出口以如下方式设置气体以相对于轴向≤45度的角度或者相对于通流管的外周的切向≤45度的角度流出流管。
彼此相邻设置的通流管和/或流动路径有利地具有相同的直径，由此在通流管或流动路径的长度上具有相同的压降。
有利地，至少一个通流管在其最细的位置的直径≤30mm，优选≤25mm，优选≤12mm，优选≤7mm。有利地，由数个连续设置的通流管形成的通流管和/或流管在其最细的位置或在其全长上的直径≥1mm，优选≥2mm并且优选≤10mm。
在另一有利实施方式中，一个段的螺纹表面在其最细的位置或在其全长上的壁厚大于通流管或流管的1/20并且/或者小于其一半，有利地大于通流管或流管的1/10并且/或者小于其1/3。
在另一优选实施方式中，段的节距大于或等于相关通流管的直径的1/8倍并且/或者小于或等于通流管直径的10倍，有利地大于或等于通流管直径的1/4倍并且/或者小于或等于通流管直径的5倍，有利地大于或等于通流管直径的1/2并且/或者小于或等于通流管直径的2倍。
通流管可有利地在其起始处和/或其末端圆锥形扩张，以便降低在通流管内的压力损失。在通流管末端的扩张进一步降低了气体速度，从而在最后的段的末端、在螺纹表面的可能的边缘处没有液滴穿越，从而实现了已经分离的液体的雾化。
在全长上借助于该装置形成的一个或多个连续段和/或共用流管可在截面上减小或者在全长上其直径减小。
在另一实施方式中，液体分离元件的段(或者连续设置的基体的数个或所有的彼此相关联的连续设置的液体分离器元件的段)沿轴向、在起始处和/或末端具有段或末端段的加厚的轴向芯部，所述芯部朝向起始处或末端呈圆锥方式加厚。
在另一实施方式中，对于至少一个段或者对于共用流管的数个或所有连续设置的段，在螺旋状段的芯部和流管的壁之间的距离沿轴向减少。
在另一有利实施方式中，对于一个段或对于共用流管的数个或所有连续设置的段，螺旋状段的芯部的半径以及/或者通流管或共用流管的直径沿轴向减小。
在另一实施方式中，对于至少一个段或对于共用流管的数个或所有连续设置的段，在段内的节距至少分部分地沿轴向增大或减小。
在另一有利实施方式中，同样至少液体分离器元件的通流管，或者连续设置的液体分离器元件的共用流管，作为入口区，可包括起始部分和/或作为出口区的末端部分，其中不设置螺旋状段。
这种起始或末端部分的长度有利地大于通流管的直径的两倍。
各基架可有利地设计为平板(例如以圆柱形方式)。基本上，其形状从安装位置及其空间状况导出，并且能够以无限方式选择。板的高度(沿各液体分离器元件的通流管的轴向方向)然后有利地小于各液体分离器段的螺旋状段的节距的1.5倍，优选小于该节距的一倍，并且特别优选地小于该节距的0.5倍。
若数个基架连续设置，那么若这种设置以彼此正配合的方式实现则是有利的。为此，基架可彼此连接，例如通过粘接、螺接和/或锁定连接。为了固定基架彼此之间的相对位置，有利地以如下方式设计基架它们包括一种装置，利用该装置，两个彼此相邻设置的基架彼此相互限定。例如这可以通过舌和沟槽元件等实现，这些元件设置在连续的基架的侧部，所述侧部彼此面对。还能够提供具有孔的基架，该孔穿过所有的基架，在孔内可引入心轴。该孔和心轴可例如类似地具有舌和沟槽，该舌或沟槽然后确定了各基架的位置。
对于基架来说，它们可通过在围绕它们的部件内——例如在燃料电池中的水分离器内或用于内燃机的阀罩内——的轨道紧固，其中如下选择该轨道的尺寸和设置方式在每种情况下，一个轨道利用其边缘之一容纳基架。以此方式，借助于各轨道的设置，基架的数目及其相对位置可类似地固定。这种轨道系统还有利于本发明的模块化。
为了带走在连续连接的通流管的壁上分离的液体，其壁优选沿轴向可包括沟槽和通道。还能够沿轴向附着腹板用于将分离的液体引导到通流管的出口。螺纹表面同样可包括带走分离的液体的槽和/或通道。如果沟槽沿螺纹表面的外边缘延伸是特别优选的。
根据本发明的液体分离设备具有一系列优点—用于液体分离设备的所需各部件(螺旋状段、通流管或液体分离器元件)的数量可显著减少。
—这导致相当大的成本节约和装配的简化。
—此外取消了各元件的固定。
—与其它旋流类分离器相比，分离强度最大化。当多个液体分离器通道(通过至少一个或多个连续设置并且彼此分配的液体分离器元件形成)以彼此平行的方式操作时，尤其会产生这种情况。
—由此，能够实现紧凑的、一体的液体分离设备，该设备具有低的压力损失、高的容量和稳定的气流。
—各通流管或共用气流路径的数目可根据例如燃料电池内的条件(其中在阴极侧比在阳极侧产生更多的水)、根据马达的漏气特征、根据最大压降和/或最多可允许输送的液体而选择。
若通流管的直径≤30mm，那么它们也可安装在平的阀盖(阀罩)内。对于燃料电池，存在显著更多的结合的可能性，因此无需在尺寸方面的这种极端的限制。
螺旋状段的芯部(中心)还可从入口和/或出口区去除，特别是从流动路径的第一和/或最后通流管中去除。由此实现了流动压力损失的进一步降低。芯部的圆锥形去除是特别优选的，这使得沿着段或连续连接的段的中轴线存在自由流动区域。
下面描述本发明的几个示例。这里，在下文中，相同或相类似的参考标号用于相同或相类似的元件，从而描述在某些情形下不重复。
图中示出图1是带有安装的油分离器的圆柱头罩；图2是穿过圆柱头罩的截面；图3是带有两个基架的油分离器；图4是两个基架以及用于形成根据本发明的油分离设备的集成的液体分离器元件；图5和6是根据图4的基架的轴向的平面图；图7是螺旋状段的各种形状；
图8是带有两个基础支架的油分离设备的立体图和平面图以及两个油分离器元件的两个螺旋状段，所述段彼此邻接并且连续设置在一个共用流管内；以及图9是带有液体分离设备的电化学电池。
具体实施例方式
图1示出了一个圆柱头罩1，其可以附连到内燃机的圆柱头上。该圆柱头罩1包括一个空腔2，该空腔2具有用于气体的入口3和出口4。现在经过入口3的渗漏气体被从内燃机的曲柄外壳吹出，进入空腔2，并且经过出口4离开此空腔2。曲柄外壳气体从在此空腔2内与携带的油或油雾分离。该油雾或分离的油收集在虹吸管6内并且被连续地带回集油池内或被部分带回。
撞击板5设置在圆柱头罩1的空腔2内，紧接在入口3之后。这些撞击板具有的效应是在这些撞击板上已经实现油滴的粗分离。用于此的撞击板5偏移地设置，从而产生了气体通过撞击板的迷宫状路径。
根据本发明的分离设备10设置在气体路径内，位于撞击板5的油粗分离器之后，并且该设备包括两个独立的元件10a和10b。每个元件10a和10b分别包括一个板状基架21a和21b，其中在每种情况下至少设置一个分离器元件20a、20b，可识别出该分离器元件的横截面。基架21a和21b紧固在轨道上，轨道形成于圆柱头罩1的外壳内。分离器元件20a和20b在每种情况下包括通流管22a、22b，在每种情况下在通流管22a、22b内分别设置有螺旋状段23a和23b。渗漏气体进入通流管22a和22b，并且借助于螺旋状段23a和23b做旋转运动。借助于此，油或油雾从气体中旋出并且分离在通流管22a和22b的壁上。以此方式分离的油沿着通流管22a和22b的壁在气体方向上输送，并且随后进入虹吸管6。在圆柱头罩内，通流管22a和22b同时表示在用于渗漏气体的入口和出口4之间的仅有的(单一的)通道。
在图1中可识别出，螺旋状段23a安装并且以旋转方式固定，从而使得气体做顺时针旋转运动(顺时针方向)。在此之后设置的段23b具有沿其它方向的旋转方向，从而在这里气体的旋转方向反转为逆时针旋转(与顺时针方向相反)。具体地，由于旋转方向的这种反转，产生了这里表示的分离设备10的特别好的分离率。必须指出，螺旋状段本身不旋转，而是固定在通流管内。
图2示出了剖开的相应的圆柱头罩1，这里一个空腔2类似地设置在阀罩1内，并且其中类似地设置了一个分离设备10。一个用于收集分离的油的虹吸管6类似地沿气体流动方向设置在撞击板5和分离设备10之后。
从该图中，现在容易识别出分离元件10如何由两个板状基架21a和21b构建。两个基架21a和21b分别设置在轨道状保持器7a、7a′和7b、7b′内。每个基架还包括三个垂直于气体流动方向一个接一个地设置的分离器元件，这些分离器元件包括用于基架21a的分离器元件20a，以及用于基架21b的分离器元件20b、20b′和20b″。通流管22a′和22b、22b′和22b″的其它设置以及相应的标号的螺旋状段23a以及23b、23b′和23b″与图1中的相对应。这里同样在基架21a和21b之间实现了气流的旋转方向的反转。
蜗杆状元件——这里利用蜗杆状元件23a来进行解释——具有通流管22a的入口26a、入口侧边缘29a，以及利用流管22b进行解释的在出口27b上的出口侧边缘30b。在其它流管内的状况相应于此，因此没有单独描述。
在此图中，可以特别清楚地识别出，分离器元件20a的出口侧边缘30a和分离器元件20b的入口侧边缘29b彼此偏置90度，从而入口侧边缘29b突入分离器元件20a的气体的流动路径。借助于此，可实现油和油雾的特别有效的分离。
图3然后示出了分离器设备10的两个基架21a和21b，该分离器设备10例如用于图2中。这里，如同在所有前面和后面的图中一样，类似的或相应的元件标示以类似的或相应的参考标号(仅通过增加例如a、b、′、″、等有所改变)。这里看到，基架21a和21b是板状的，并且通流管22a、22a′、22a等分别从各基架21a和21b突出。通流管包括螺旋状段，例如23b、23b′、23b″，…。至于本发明，特别有利的是，各基架21a和21b以及分别设置在其内的通流管22a、22a′…以及22b、22b′…，以及设置在各通流管内的螺旋状段可制造为一件，分别用于每个基架21a和21b。若螺旋状段的长度小于或等于各蜗杆状元件的节距的一半，那么这可以例如借助于注模法或压模铸造法以经济的方式完成。考虑到制造技术，更长的螺旋状段仅能以非常昂贵的成本制造。
图4示出了一个油分离设备10，其包括两个、在每种情况下扁平的圆柱形基架21a和21b。为了更好地显示，两个基架21a、21b沿着圆柱的对称轴方向彼此间隔一段距离绘出。然而在根据本发明的此油分离设备10中，两个板状基架21a、21b彼此直接邻接设置，从而它们形成了一个共同的圆柱，该圆柱的高度相应于两个板状基架沿对称轴方向的厚度。四个油分离器元件(20a，…，20b，…)及其通流管22a，…，22b，…以及相关联的螺旋状段23a，…，23b，…结合在每个基架21a、21b内。四个油分离器元件20a，…，20b，…沿垂直于圆柱轴心的平面设置在一个绕着圆柱轴心的圆内。螺旋状段23a，…，23b，…的长度在每种情况下相应于节距的一半。每个基架21a、21b、其关联的通流管22a，…以及其关联的蜗杆状元件23a，…在每种情况下制造为一件，作为共用的压模铸造件。借助于此的两个基架21a、21b可结合在单个油分离设备10中，因为两个圆柱21a、21b以两个圆柱轴线重合的方式彼此直接邻接设置。同时，在第一基架21a之一和第二基架21b之一中的每一个的两个通流管22a和22b或者22a′和22b′形成了气体的共用流动路径。从而，通流管22a和22b与其螺旋状段23a和23b一起形成共用流动路径。此后，由于一个基架21a的所有螺旋状段23a、23a′具有逆时针旋转方向，并且另一基架21b的所有螺旋状段23b具有顺时针旋转方向，并且分配到各基架并且形成了共用流动路径的(不同的基架21a和21b的)螺旋状段23a、23b和23a′、23b′，…相对于各流动路径22的中心轴线彼此扭转90度，该扭转位置处于油分离设备10中对于每个共用流动路径来说在从一个基架进入另一个基架的过渡高度处，于是在每种情况下形成了一个撞击表面，该撞击表面改善了油的分离。
为了实现两个基架21a、21b在油分离设备10中的正确对齐，基架21b在邻接另一基架21a的表面上设置有一个呈圆柱形突起的凸出部分16。该突起16以正配合方式接合到一个相应的凹入部内(未示出)，该凹入部在基体21a内呈圆柱形凹入形式。在完全装配状态下，突起16和凹入部用来防止两个基架21a、21b绕着共用圆柱轴线相互转动。突起16和凹入部由此用来保证通过油分离设备10的共用流动路径，并且用来固定每个共用流动路径的各个螺旋状段23a、23b相对设置。
具有多个锁定可能性的实施例是可能的，它替代了仅仅一个突起16和相关联的凹入部。例如利用偶数个螺旋状段的圆形设置——其中交替设置顺时针和逆时针转动的螺旋状段，这提供了利用同一基本模块制造液体分离器的可能性，该液体分离器具有在连续设置的螺旋状段内彼此相同或相反的流动方向。
如果例如在图4中，在每种情况下，彼此相对的两个分离器元件20a、20a′设置有沿同一方向——例如顺时针方向——的螺旋状段23a、23a′，而剩下的彼此相对设置的分离器元件20a″和20a设置有两者都处于扭转的逆时针方向的螺旋状段23a″和23a，那么借助于连续设置的两个这样的基架21a，人们可实现沿旋转方向的任何变化。这是因为两个基架可连续设置，从而在它们之间在各分离器元件内没有产生沿旋转方向的变化，或者通过使一个基架偏置90度而安装，使得实现了在两个基架内连续设置的螺旋状段之间沿旋转方向的变化。然后，若轨道设置在用于连续设置基架的安装位置以便容纳支架，那么可以特别简单的方式实现模块化。借助于基架插入或引入到相应的轨道内时的不同取向，人们能够无限地选择旋转方向的类型，由此实现了在各基架之间沿旋转方向变化。
除了设置连续的螺旋状段23——如在介绍的情况中那样其旋转方向改变，人们还可一个接一个地设置指向相同的螺旋状段，其中在前两种情况下，它们都绕着共用气体流动路径22的中心轴线彼此之间从基体至基体扭转90度。孔15a、15b对中地集成到圆柱形的基架21a、21b，用于对齐基架的圆柱轴线。引导销可以正确配合的方式引入到这些孔15a、15b内。
同时，每个引导孔15a、15b可在每个基体9内沿圆柱轴线方向设置有翼片(弹簧)。然后，相应的引导销可具有相应于此翼片的凹口或凹槽，从而借助于引导销人们可获得两个基架21a、21b彼此之间关于绕着共用圆柱轴线的旋转位置的期望位置。一个舌部或者沟槽也可设置在各个其它部件上以实现期望的旋转固定。
在示出的基架21a、21b中，各油分离器段20或通流管22的轴向平行于基架21a、21b的圆柱轴线。为了在车辆处于倾斜位置时实现流动路径的倾斜而用于带走液体，整个油分离设备10可相对于水平方向倾斜角度α＞0而安装(角度α等于油分离设备的中心圆柱轴线和水平方向之间的角度)。作为该方式的替代，各油分离器元件20可以如下方式结合到基架21内油分离器元件20的轴向相对于基架21的圆柱轴线形成一个角度α＞0°。
图5和图6示出了图4中示出的基架21b的两侧视图。
图7在各分图7A、7B、7C中在每种情况下示出了均顺时针(顺时针方向)旋转的螺旋状段23。人们可识别出，这些螺旋状段23包括在入口侧的边缘30和在出口侧边缘29。同时，螺旋状段23形成了两个螺纹表面28a和28b，并且将气体的流动路径分成两个行程。在分图A、B、C中示出了不同的变化形式，其中入口侧以及出口侧的成斜角的边缘30和29分别在图7A中示出。图7B中的入口侧边缘具有不同的设计，而在图7C中，出口侧边缘29和入口侧边缘30具有不同的形状。此外，图7C与图7A和7B相比具有稳定芯。
图8绘出了两个螺旋状段23a和23b的视图，该螺旋状段23a和23b可借助于油分离设备的一个接一个设置的两个基架施加在共用流动路径25内。两个螺旋状段23a、23b的长度相应于其节距的0.5倍，并且具有相同的旋转方向(顺时针)。
图8还在侧视图中示出了圆柱形分离设备10，其中两个基架以正配合结合，从而它们彼此固定。
该图还绘出了分离设备10的平面图，该分离设备10具有中心引导孔15，并且在相对于该中心引导孔的不同距离处具有多个油分离器元件20a、20b，…。
图9示出了一个PEM燃料电池40，其在阳极侧通过管道43供应燃料，例如分子氢H2。阴极侧反应产物通过管道42带走。阴极侧反应产物基本上是水。在燃料电池中，通过管道43在阳极侧的燃料供应以及这里未示出的阴极侧的燃料(氧气、空气等)供应需要加湿，从而膜不会干燥并失去其功能。为此，并且通过管道43的示例示出，该管道穿过一个加湿气体的设备。在此设备中，阳极侧的燃料被加湿。
另一方面，在阴极侧作为反应产物而产生(纯)水，从而在出口侧在管道42内存在大量的多余的水。通过管道42与反应气体一起带走的这些水可从该废气中去除。为此，根据本发明，一个水分离器设备10然后设置在管道42内。这里在示例中绘出的三个基架21a、21b、21c包括水分离器元件20c、20c′和20c，水分离器元件类似地仅粗略绘出，这三个基架位于该分离设备内。在基架21a和21b内并且安装在气体的流动路径上游的分离器元件这里类似地没有示出，但是它们与分离器元件20c、20c′、20c″一起在每种情况下形成了共用的流动路径。利用这种分离器，在离开燃料电池后间接地在管道42内冷凝的水滴可被分离。
到现在为止，在阴极侧产生的水逃逸到外部空气中并且必须使用以高成本准备的水来加湿所供应的反应气体。
然而，以这种方式从反应气体中去除的纯水现在可通过回水管44引导到加湿设备41，从而无需从外部将水供应到整个系统来维持水循环。
权利要求
1.一种用于从气体中分离液体或液雾的液体分离设备(10)，其具有至少一个板状基架(21)，至少一个液体分离器元件(20)，其设置在该基架(21)内，其中液体分离器元件(20)包括带有气体入口(26)和气体出口(27)的通流管(22)，并且在气体入口(26)和气体出口(27)之间的通流管(22)内设置了螺旋状段(23)，该螺旋状段的螺纹表面与通流管(22)的内壁形成了气体的螺旋状流动路径(25)，其特征在于，所述螺旋状段(23)的长度小于或等于该螺旋状段(23)的节距的0.5倍，并且各个基架(21)和所有设置在其内的通流管(22)和螺旋状段(23)设计为一个单件。
2.根据前述权利要求的液体分离设备，其特征在于，所述至少一个基架(21)包括两个或更多分离器元件(20)，这些分离器元件在所述板的平面内一个接一个地设置。
3.根据前述权利要求中任一项的液体分离设备(10)，其特征在于，在每种情况下具有相同数目和设置的分离器元件(20)的两个或更多基架(21)相对于板的平面以如下方式一个接一个地设置设置在不同基架(21)内的数个分离器元件(20)形成了气体的共用的连贯的流动路径(25)。
4.根据前述权利要求的液体分离设备(10)，其特征在于，在连续设置的螺旋状段(23)的流动路径(25)内的旋转方向是同一方向。
5.根据权利要求3的液体分离设备(10)，其特征在于，在连续设置的螺旋状段(23)的流动路径(25)内的旋转方向是相反的方向。
6.根据权利要求3至5中任一项的液体分离设备(10)，其特征在于，沿同一流动路径直接前后设置的第一螺旋状段(23a)的螺纹表面(28)的出口侧边缘(30)和第二螺旋状段(23b)的螺纹表面(28)的入口侧边缘(29)设置成彼此扭转，优选地彼此之间扭转0度、45度、90度或135度。
7.根据权利要求3至6中任一项的液体分离设备(10)，其特征在于，所述两个或更多基架通过正配合彼此连接或者彼此邻接设置。
8.根据权利要求3至7中任一项的液体分离设备(10)，其特征在于，所述两个或更多基架(21)彼此粘接、螺接或锁定在一起。
9.根据权利要求3至8中任一项的液体分离设备(10)，其特征在于，至少两个相邻基架(21)包括至少一个设备(16、17)，用于固定两个基架(21)彼此之间的相对位置。
10.根据前述权利要求的液体分离设备(10)，其特征在于，作为用于固定两个基架(21)彼此之间的相对位置的设备(16、17)，在第一基架(21b)上至少设置一个突起(16)，而在第二基架(21a)上设置了相同数目的相应的凹入部(17)，它们以如下方式设置利用突起(16)与相应的凹入部(17)的接合，在每种情况下，第一基架(21b)的分离器元件(20b、20a)的通流管(22b)和第二基架(21a)的分离器元件(20a)的通流管(22a)通过正配合彼此邻接设置，并且形成了气体的共用流动路径(25)。
11.根据前述权利要求中任一项的液体分离设备(10)，其特征在于，它们由玻璃和/或塑料和/或金属构成，或者包含这些材料。
12.根据前述权利要求中任一项的液体分离设备(10)，其特征在于，该设备由热硬化塑料、热塑性塑料和/或弹性体——特别是其Tg≥80°——构成，或者包含这些材料。
13.根据前述权利要求中任一项的液体分离设备(10)，其特征在于，该设备由聚酰胺构成或包含该材料。
14.一种制造根据前述权利要求中任一项的液体分离设备(10)的方法，其特征在于，在每种情况下，板状基架(21)及其至少一个分离器元件(20)制造为一件。
15.根据前一权利要求的方法，其特征在于，在每种情况下，板状基架21及其至少一个分离器元件(20)通过压模铸造法或者注模法共同挤压成型。
16.根据权利要求1至13中任一项的液体分离器设备(10)作为油分离设备的应用，特别用于从渗漏气体中分离油，特别是作为内燃机的阀罩内的装置。
17.根据权利要求1至13中任一项的液体分离器设备(10)作为水分离设备的应用，特别用于从电化学电池中分离水，特别是从燃料电池阴极侧和/或阳极侧的废气中分离水。
全文摘要
本发明涉及一种用于从气体中分离液体、油和油雾的液体分离设备(10)。该液体分离设备(10)包括一个基架(21)，在基架(21)内结合了呈通流管形式并且带有设置在其中的螺旋状段(23)的液体分离器元件(20)。螺旋状段(23)同时形成了气体的螺旋状流动路径(25)。它们的最大长度为螺旋状段(23)的节距的一半，从而基架(21)以及相关的液体分离器元件(20)可形成为一件。数个基架可以如下方式一个接一个地设置不同的基架的各液体分离器元件形成了气体的共用流动路径。
文档编号H01M8/04GK1925902SQ200580006460
公开日2007年3月7日 申请日期2005年3月8日 优先权日2004年3月8日
发明者于尔根·瓦格纳, 迪特尔·格拉夫, 阿明·普拉斯卡, 凯-乌韦·莱姆克 申请人:莱茵兹-迪兹通斯-有限公司