ES2307151T3 - Dispositivo de separacion de fluido. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo (10) de separación de fluido para separar un fluido o una pulverización de fluido de un gas con al menos un soporte de base (21) a modo de placa, al menos un elemento (20) separador de fluido dispuesto en el soporte de base (21), en el que el elemento (20) separador de fluido comprende un tubo (22) de paso de flujo con una entrada (26) de gas y con una salida (27) de gas y en el tubo (22) de paso de flujo entre la entrada (26) de gas y la salida (27) de gas hay dispuesto un segmento (23) a modo de tornillo sin fin cuyas superficies roscadas con la pared interior del tubo (22) de paso de flujo forman una vía (25) de flujo a modo de tornillo sin fin para el gas, caracterizado porque el segmento (23) a modo de tornillo sin fin tiene una longitud menor o igual a 0,5 veces el paso del segmento (23) a modo de tornillo sin fin, y cada soporte de base (21) con todos los tubos (22) de paso de flujo y los segmentos (23) a modo de tornillo sin fin, los cuales están dispuestos en aquél, está diseñado como una pieza.

Description

Dispositivo de separación de fluido.

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La presente invención se refiere a un dispositivo de separación de fluido para separadores un fluido y/o una pulverización de fluido de un gas. Dichos separados se aplican, por ejemplo, para separar aceite o una pulverización de aceite de gases de fuga de compresión (gases de cárteres, gases de purga) de motores de combustión. Otro ámbito de aplicación de los separadores de fluido se encuentra en el campo de las pilas electroquímicas, en particular, pilas de combustible PEM, en particular las que operan en un margen de temperatura apropiado para el H_{2}O, en particular entre 20ºC y 160ºC.

Dichas pilas de combustible típicamente tienen unas potencias que oscilan entre unos pocos vatios y varios kilovatios. Dichas pilas de combustible PEM (pilas de combustible con membranas de electrólitos de polímero) tienen una membrana de polímero permeable a los protones. Esta membrana necesita tener un cierto contenido de humedad con el fin de no secarse y con ello perder su capacidad funcional debido a ello. Por esta razón, los gases de reacción suministrados son previamente humidificados. Para ello, de acuerdo con el estado de la técnica, se utiliza agua tratada dentro de un humidificador para los gases de reacción correspondientes suministrados sobre el lado del ánodo y del cátodo. Por otro lado, en el lado del cátodo de las pilas de combustible se genera agua como producto de reacción de forma que en ese momento, en el lado de salida aparece un enorme exceso de agua en los gases que son expulsados, los cuales se condensan directamente después de abandonar la pila de combustible. Con el fin de separar este agua de los gases que son expulsados, se aplican unos dispositivos de separación de fluido con el fin de recuperar este agua con fines de humidificación.

De acuerdo con el estado de la técnica, se utilizan para separar el fluido unos laberintos comunes o unas telas tricotadas de metal.

Para separar las partículas de polvo de los gases, se conocen unos separadores tubulares que comprenden un tubo de purga a través del cual es conducido el gas. Unos tornillos sin fin están dispuestos en el tubo de paso de flujo que fuerzan el gas sobre una trayectoria circular (órbita) a lo largo de la periferia interior de los tubos y de esta manera separan las partículas situadas sobre la pared interior de los tubos.

Por el documento DE 101 27 820 A1 se conoce un separador de fluido consistente en un separador de aceite o un separador de pulverización de aceite. En este documento, se utiliza un separador tubular que tiene un diámetro de más de 5 cm. De acuerdo con ello únicamente se efectúa una separación preliminar del aceite respecto de los gases de compresión dentro de esta vía de flujo espiral. Por esta razón después de este dispositivo de separación se encuentra un dispositivo de separación adicional sutil.

Unos separadores de fluido también conocidos consistentes en unos separadores tubulares, como por ejemplo los descritos en las Solicitudes de Patente del mismo solicitante con el número de solicitud DE 102004011176.6 y DE 102004011177.4 así como las correspondientes solicitudes internacionales solicitadas el mismo día que la presente solicitud por el mismo solicitante, que reivindican las prioridades de estas solicitudes, consisten en un cuerpo de base a través del cual pasan unos tubos a través de los cuales pasa un flujo, y para cada tubo de paso de flujo, está situado un segmento a modo de tornillo sin fin (inserto espiral) dentro del respectivo tubo de paso de flujo. Otro separador se describe en el documento US-A-4 158 449.

Al mismo tiempo, como es habitual en el lenguaje técnico, un tornillo sin fin se define como una rosca helicoidal o también espiral situado alrededor de un eje medio.

La longitud de los segmentos introducidos al mismo tiempo está relacionada con las condiciones de instalación y las prestaciones de la separación exigida y es a menudo un múltiplo del paso del segmento. Una fabricación en una pieza de unos segmentos tan largos combinados con los tubos de paso del flujo, sin embargo, tiene que enfrentarse con grandes dificultades relacionadas con la tecnología de fabricación llegando incluso a no ser posible con relación a ciertos materiales y procedimientos de fabricación.

El cuerpo de base, los tubos de paso de flujo y los segmentos a modo de tornillo sin fin de los tubos de paso de flujo individuales, por consiguiente, son piezas separadas o que se fabrican separadamente. Ello requiere que las piezas individuales tengan que ser firmemente conectadas entre sí. Por tanto, en concreto, los segmentos a modo de tornillo sin fin necesitan ser fijados en los respectivos tubos de paso de flujo.

Dado que varios elementos pequeños del separador de fluido de un cuerpo de base son más eficientes que un gran elemento separador de fluido, y dado que varios elementos pequeños separadores de fluido pueden estar mejor adaptados para la tarea respectiva (por ejemplo para separar una cantidad de aceite existente en un motor o para separar una cantidad de agua existente en una pila de combustible, y también para que se adapte a las condiciones de instalación), continúa la tendencia a ofrecer un mayor número de elementos individuales separadores de fluido en cada cuerpo de base o en cada dispositivo de separación de fluido.

Constituye el objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo de separación de fluido con el cual el número de piezas se reduzca de manera considerable, en el que el dispositivo de separación de fluido, a pesar de ello, puede ser fabricado de forma económica y con un bajo porcentaje de fallos.

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Esto se consigue mediante un dispositivo de separación de fluido de acuerdo con la reivindicación 1 así como mediante un procedimiento de fabricación de acuerdo con la reivindicación 14. Determinados diseños ventajosos se describen en las respectivas reivindicaciones dependientes. El empleo de dichos dispositivos de separación de fluido se especifican en las reivindicaciones 16 y 17.

El elemento de separación de fluido de acuerdo con la invención (y por tanto también el dispositivo de separación de fluido) pertenece a la clase de los separadores tubulares dado que está provisto de un tubo de paso de flujo con una entrada y con una salida para el gas.

Como resultado de ello la base del dispositivo de separación de fluido de acuerdo con la invención es un elemento separador de fluido con un tubo de paso de flujo y un segmento a modo de tornillo sin fin dispuesto en su interior.

De acuerdo con la invención, esta se caracteriza porque el tubo de paso de flujo y el segmento a modo de tornillo sin fin han sido fabricados como una pieza como un elemento separador de fluido común.

Estos elementos separadores de fluido están integrados en un cuerpo de base a modo de placa, en el que su dirección de paso de flujo es de forma ventajosa esencialmente perpendicular al plano de la placa del soporte de base. Los elementos individuales separadores de fluido así como el soporte de base asociado (cuerpo de base) están diseñados como una pieza como un componente común.

Los segmentos individuales al mismo tiempo tienen una longitud (en la dirección longitudinal) de menos de 0,5 pasos. Sin embargo, el flujo pasante propiamente dicho que incluye una zona de entrada y/o de salida puede tener una longitud mayor. El paso al mismo tiempo es definido como la longitud del segmento a modo de tornillo sin fin en la dirección axial del paso cuyo segmento tuviera que tener una revolución completa de las superficies roscadas (= superficies de tornillo) en 360º.

Dado que los segmentos a modo de tornillo sin fin tienen una longitud máxima de hasta medio paso, cada soporte de base puede ser fabricado como una pieza fundida, en particular, como una pieza fundida en coquilla o una pieza moldeada por inyección. De esta forma resulta posible fabricar el tubo de paso de flujo y el segmento a modo de tornillo sin fin de un elemento de separación de fluido, o todos los elementos de separación de fluido y sus soportes de base en el mismo ciclo de fabricación. Así, pueden ser fabricados muchos tubos de paso de flujo en un mismo proceso con un segmento a modo de tornillo sin fin integrado dentro del mismo conjunto. Unos diámetros interiores muy pequeños para los tubos de paso de flujo, por ejemplo de 3 mm, son posibles debido a esto.

En una forma de realización ventajosa, al menos dos soportes de base están fabricados de tal manera que están dispuestos lindando uno con otro de forma que los elementos individuales separadores de fluido (o sus tubos de paso de flujo) de los soportes de base estén situados entre sí de tal forma que, en cada caso, un elemento separador de fluido o un tubo de paso de flujo de un soporte de base, con el elemento separador de fluido asociado o con el tubo de paso de fluido del al menos un soporte de base adyacente, forme una vía de flujo común para el gas, alcanzando dicha trayectoria de flujo a todos los soportes de base dispuestos unos sobre otros.

Resulta particularmente ventajoso cuando al mismo tiempo la dirección rotacional (en sentido dextrorso o sinistrorso) del gas que es producido por los segmentos a modo de tornillo sin fin cambia entre dos soportes de base dispuestos adyacentes entre sí: si un primer segmento tiene una dirección rotacional antisinistrorso de las superficies roscadas del segmento a modo de tornillo sin fin en la dirección de flujo del gas, entonces el segmento a modo de tornillo sin fin dispuesto a continuación tiene una dirección rotacional en sentido dextrorso de las superficies roscadas o de la trayectoria o vías de flujo asociadas.

Ahora se ha constatado con sorpresa que con dicha disposición en serie (de forma que una vía de flujo común para el gas se forma mediante los tubos de paso de flujo y los segmentos a modo de tornillo sin fin de los elementos individuales separadores de fluido de los soportes de base dispuestos uno después del otro) de al menos dos segmentos separadores de fluido del tipo indicado, en la que los segmentos individuales tienen de forma ventajosa máximamente una longitud correspondiente a 0,5 veces su paso, la separación puede llevarse a cabo de una forma extremadamente eficiente, también y especialmente cuando la dirección rotacional de los elementos sucesivos están en direcciones opuestas entre sí, de forma que el gas debe ser desviado de una dirección rotacional a la otra dirección rotacional dentro de los tubos de paso de flujo conectados en serie de dos elementos separadores de fluido.

Mediante estos segmentos a modo de tornillo sin fin conectados en serie con una dirección rotacional opuesta, las superficies de choque aparecen donde el fluido o el pulverizador de fluido están separados de modo excelente. Las superficies roscadas de los segmentos a modo de tornillo sin fin pueden al mismo tiempo estar dispuestas de tal forma que las superficies roscadas del segmento subsecuente se proyecten penetrando en la vía de flujo formada por la superficie roscada del segmento precedente. Al mismo tiempo, es particularmente ventajoso si la superficie roscada del primer segmento se proyecta aproximadamente hasta la mitad por el interior de la vía de flujo formada por la superficie roscada del segundo segmento adyacente.

Sin embargo, los soportes de base con segmentos que estén alineados en la misma dirección pueden disponerse lindando unos con otros.

El borde del lado de salida de un primer segmento y el borde del lado de entrada del segundo segmento dispuesto de forma subsecuente, estando dichos bordes dispuestos adyacentes entre sí, pueden ventajosamente estar dispuestos rotados (torsionados) uno con respecto a otro alrededor del eje central de la vía de flujo común en un ángulo, en particular, entre 45º y 135º, de forma particularmente preferente en aproximadamente un ángulo de 90º.

Así, con el dispositivo de separación de fluido primeramente mencionado, la dirección rotacional de los segmentos (espirales) cambia en cada caso entre soportes de base adyacentes. Así, para la completa unidad de separador solo dos soportes de base invertidos en dirección rotacional necesitan estar montados en serie, con el fin de conseguir un elevado rendimiento de separación del flujo de gas en base al cambio de la dirección rotacional o de las superficies de choque que comportan respectivamente. Con independencia del número de soportes de base dispuestos uno después de otro, el entero dispositivo de separación de fluido puede ser construido simplemente mediante dos tipos diferentes de soportes de base. Con exigencias menores con respecto al rendimiento de separación, o respecto de la aplicación de un separador preliminar, o puede también utilizar solo un soporte de base a modo de placa.

Ventajosamente, cada uno de los elementos separadores tiene al menos dos tramos o vías de flujo. Para ello, el tubo de paso de flujo se subdivide perpendicularmente sobre el eje longitudinal de tal forma que se producen dos o más tramos separados entre sí. Para ello es suficiente una superficie roscada de un segmento. Sin embargo, también es posible la disposición de varias superficies roscadas entretejidas.

En una forma de realización ventajosa adicional al menos una de las vías de flujo tiene una sección transversal más pequeña entre 1 mm^{2} y 800 mm^{2}. Es particularmente ventajoso si dicha vía de flujo tiene una sección transversal más pequeña de \geq 2 mm^{2} y/o \leq 400 mm^{2}, preferentemente \geq 4 mm^{2} y/o \leq 200 mm^{2}.

Ventajosamente, al menos una vía de flujo discurre en un ángulo de aproximadamente 45º con respecto a la dirección axial. Ventajosamente al menos dos de los sucesivos segmentos a modo de tornillo sin fin de los dispositivos de separación de fluido adyacentes entre sí están dispuestos directamente conectados uno con otro o con un encaje positivo en la dirección axial. Los segmentos pueden, sin embargo, estar dispuestos no a lo largo de todo el tubo de paso de flujo, sino al principio, en la mitad y al final del tubo de paso de flujo. En este último caso, por tanto, pueden estar dispuestos los segmentos adyacentes algo separados entre sí en la dirección axial.

El flujo puede penetrar por el interior del tubo de paso de flujo axialmente o bajo ciertas circunstancias también tangencialmente, y puede salir de éste axialmente y/o tangencialmente. Es posible una entrada y salida en un ángulo limitado con respecto a la dirección axial y/o la dirección tangencial. Sin embargo, una entrada y/o salida axial de los gases es técnicamente ventajosa.

Ventajosamente, la entrada de tubo de paso de flujo está dispuesta de forma que el tubo de paso de flujo tiene una entrada de flujo en un ángulo de \leq 45º con respecto a la dirección axial o en un ángulo de \leq 45º con respecto a la tangente sobre la periferia del tubo de paso del flujo. Ventajosamente, la salida está dispuesta de tal forma que el gas fluye por fuera del tubo de flujo en un ángulo de \leq 45º con respecto a la dirección axial o en ángulo de \leq 45 con respecto a la tangente sobre la periferia del paso de tubo de flujo.

Los tubos de paso de flujo y/o las vías de flujo dispuestas una después de la otra, ventajosamente tiene el mismo diámetro y por tanto la misma caída de presión a través de las longitudes de tubo del paso de flujo o de las vías de flujo.

Ventajosamente, al menos uno de los tubos de paso de flujo en su emplazamiento más delgado tiene un diámetro interior \leq 30 mm, preferentemente \leq 25 mm, preferentemente \leq 12 mm, preferentemente \leq 7 mm. Ventajosamente, un tubo de paso de flujo y/o un tubo de flujo formado por varios tubos de paso de flujo dispuestos en serie, en su emplazamiento más delgado, o en su entera longitud tiene un diámetro interior de \geq 1 mm, preferentemente \geq 2 mm y preferentemente \leq 10 mm.

En una forma de realización ventajosa adicional el grosor de pared de la superficie roscada de un segmento en su emplazamiento más delgado sobre su entera longitud es más de 1/20 y/o menos de la mitad, ventajosamente más de 1/10 y/o menos de 1/3 del diámetro del tubo de paso de flujo o tubo de paso.

En una forma de realización ventajosa adicional, el paso de un segmento es de un pliegue en \geq 1/8 y/o en un pliegue de \leq 10, ventajosamente un pliegue en \geq ¼ y o de \leq 5, ventajosamente de \geq1/2 y/o dos veces, el diámetro del tubo de flujo pasante asociado.

Los tubos de paso de flujo pueden ventajosamente también estar cónicamente ensanchados en el inicio y/o en su extremo, con el fin de reducir al mínimo la pérdida de presión dentro del tubo de paso de flujo. Un ensanchamiento en el extremo de un tubo de paso de flujo reduce también la velocidad del gas de forma que en los bordes posibles de las superficies roscadas en el extremo del último segmento no se efectúa el cizallamiento de las cutículas y por tanto la atomización del fluido ya separado.

Uno o más segmentos sucesivos y/o el tubo de flujo común constituido por toda la extensión por medio de la disposición pueden estar reducidos en secciones o a lo largo de la entera extensión con respecto al diámetro.

En otra forma de realización un segmento de un elemento de separación de fluido (o también varios o todos los segmentos dispuestos en serie de los elementos separadores de fluido asociados entre sí, de los cuerpos de base dispuestos en serie) en la dirección axial, al principio y/o al final tiene un núcleo axial engrosado del segmento o segmentos o de los segmentos terminales, estando dicho núcleo engrosado de forma cónica hacia el principio o hacia el final.

En una forma de realización adicional para al menos uno de los segmentos o para varios o para todos los segmentos dispuestos en serie de un tubo de flujo común, la distancia entre el núcleo del segmento a modo de tornillo sin fin o de los segmentos a modo de tornillo sin fin y la pared del tubo de flujo se reduce en la dirección axial.

En una forma de realización ventajosa adicional para un segmento o para varios o para todos los segmentos dispuestos en serie de un tubo de flujo común, el radio del núcleo del segmento a modo de tornillo sin fin o de los segmentos a modo de tornillo sin fin y/o el diámetro del tubo de paso de flujo o del tubo de flujo común se reduce en la dirección axial.

En una forma de realización adicional para al menos un segmento o para todos o para varios segmentos dispuestos en serie de un tubo de flujo común, el paso dentro de un segmento o de los segmentos al menos en secciones se incrementa o reduce en la dirección axial.

En una forma de realización ventajosa adicional también al menos el tubo de paso de flujo de un elemento separador de fluido, o de un tubo de flujo común de los elementos separadores de fluido dispuestos en serie, como zona de entrada, puede comprender una sección de arranque y/o como zona de salida una sección terminal, en la cual no hay dispuestos segmentos a modo de tornillo sin fin.

Dicha sección de arranque o terminal ventajosamente tiene una longitud de más del doble del diámetro del tubo de paso de flujo.

Los soportes de base individuales pueden ventajosamente estar diseñados como una placa plana (por ejemplo con una configuración en forma de cilindro). Básicamente su forma se deduce de la situación de instalación con sus condiciones espaciales y puede seleccionarse de infinitos modos. La altura de la placa (en la dirección axial de los tubos de paso de flujo de los elementos individuales separadores de fluido) es por consiguiente ventajosamente inferior a aproximadamente 1,5 veces, preferentemente inferior a una vez y muy concretamente preferentemente inferior a 0,5 veces el paso de los segmentos a modo de tornillo sin fin de los segmentos individuales separadores de fluido.

Si varios soportes de base están dispuestos en serie entonces es ventajoso si ello se efectúa a modo de encaje positivo de unos con otros. Para ello, los soportes de base pueden estar conectados entre sí, por ejemplo mediante adhesivo, atornillados y/o inmovilizados. Con el fin de fijar la posición relativa de los soportes de base entre sí, es ventajoso diseñar los soportes de base de forma que comprendan unos medios con los cuales la posición relativa de dos soportes de base dispuestos adyacentes entre sí se defina en su relación mutua. Esto puede por ejemplo llevarse a cabo por medio de elementos machihembrados, los cuales estén provistos de lados de sucesivos soportes de base, estando dichos lados encarados entre sí. También es posible dotar al soporte de base de un calibre que atraviese todos los soportes de base, dentro del cual pueda ser introducido un mandril. El calibre y el mandril pueden por ejemplo tener unos elementos machihembrados los cuales determinen entonces la posición de los soportes de base
individuales.

Los soportes de base por su parte pueden estar sujetos por medio de raíles situados en el componente que los rodea, por ejemplo en un separador de agua de una pila de combustible o de una tapa de las válvulas de un motor de combustión, en la que el tamaño y disposición de los raíles se selecciona de tal forma que en cada caso un raíl recibe un soporte de base con uno de sus bordes. De esta manera, por medio de la disposición de raíles individuales, puede fijarse el número de los soportes de base así como su posición relativa. Dicho sistema de raíles contribuye también a la modularidad de la presente invención.

Con el fin de expulsar el fluido separado en la pared de los tubos de paso de flujo, la pared de estos, puede ventajosamente comprender, en la dirección axial, uno surcos y unos canales. También es posible fijar en la dirección axial unas bandas para conducir el fluido separado hasta la salida del tubo de paso de flujo. Las superficies roscadas pueden comprender también unas ranuras y/o canales que expulsen el fluido separado. Esto es particularmente favorable si los surcos discurren por los bordes superiores de las superficies roscadas.

El dispositivo de separación de fluido de acuerdo con la invención tiene una serie de ventajas:

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el número de las piezas individuales requeridas por el dispositivo de separación de fluido (segmentos a modo de tornillo sin fin, tubos de paso de flujo o elementos separadores de fluido) puede reducirse considerablemente.

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Esto supone un ahorro considerable de coste y la simplificación del montaje.

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Así mismo se prescinde de la sujeción de los elementos individuales.

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La intensidad de la separación se potencia al máximo en comparación con otros separadores de tipo ciclón. Esto se produce especialmente cuando una multitud de canales de separadores de fluido (constituidos mediante al menos uno o una pluralidad de elementos separadores de fluido dispuestos en serie y unidos entre sí) operan de forma paralela unos con respecto a otros.

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De esta forma es posible un dispositivo de separación de fluido integrado con una pérdida de presión baja, una alta capacidad y unos flujos de gas estables.

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El número de los tubos individuales de paso de flujo o de las vías de flujo de gas comunes puede seleccionarse dependiendo, por ejemplo, de las condiciones existentes en una pila de combustible, donde hay más agua en el lado del cátodo que en el lado del ánodo, de las características de fuga de compresión de un motor, de la caída de presión máxima y/o de la transferencia máxima permisible de fluido.

Si los tubos de paso de flujo tienen un diámetro de \leq 30 mm entonces dichos tubos pueden también ser instalados dentro de tapas de las válvulas planas (cubiertas de válvula). En las pilas de combustible existen considerablemente más posibilidades de incorporación de forma que no se requieren dichas limitaciones extremas con respecto a las dimensiones.

El núcleo (corazón) del segmento a modo de tornillo sin fin puede también ser retirado en la zona de entrada y/o de salida, en particular con el (visto en la dirección de flujo de gas) primer y/o último paso de flujo de una vía de flujo. De esta forma se lleva a cabo una reducción adicional de las pérdidas de presión de flujo. Una retirada tipo cono del núcleo es particularmente favorable de forma que resulta una zona de flujo libre en el eje intermedio del segmento o de los segmentos conectados en serie.

A continuación se describen unos pocos ejemplos de la presente invención. Aquí, como en lo sucesivo, se utilizan las mismas o similares referencias numerales para los mismos o similares elementos para que la descripción hasta cierto punto no se repita.

En la presente memoria se muestra:

Figura 1 una tapa de culata de cilindro con unos separadores de aceite instalados;

Figura 2 una sección a través de una tapa de culata de cilindro;

Figura 3 un separador de aceite con 2 soportes de base;

Figura 4 dos soportes de base junto con unos elementos integrados separadores de fluido para constituir un dispositivo de separador de aceite de acuerdo con la invención;

Figuras 5 y 6 la vista en planta en la dirección axial del soporte de base de acuerdo con la Fig. 4;

Figura 7 diversas formas de segmentos de tornillo sin fin;

Figura 8 un dispositivo de separación de aceite con dos soportes de base en una vista en perspectiva y una vista en planta así como dos segmentos de tornillo sin fin de dos elementos separadores de aceite, lindando dichos elementos entre sí y dispuestos en serie dentro de un tubo de flujo común; y

Figura 9 una pila electroquímica con un dispositivo de separación de fluido.

La Figura 1 muestra una tapa 1 de culata de cilindro que puede fijarse a una culata de cilindro de un motor de combustión. Esta tapa 1 de culata de cilindro comprende una cavidad 2 que tiene una entrada 3 y una salida 4 de los gases. En este momento los gases de fuga de compresión, por medio de la entrada 3 son expulsados del cárter del motor de combustión penetrando en la cavidad 2 y abandonan esta cavidad 2 por la salida 4. Los gases del cárter son liberados del aceite arrastrado o de la pulverización de aceite existente dentro de está cavidad 2. Esta pulverización de aceite o el aceite separado es recogido en un sifón 6 y reintroducido continuamente dentro del pozo de aceite o también reintroducido en porciones.

Unas placas de choque 5 están dispuestas dentro de la cavidad 2 de la tapa 1 de culata de cilindro situadas directamente detrás de la entrada 3. Estas placas de choque tienen el efecto de que se efectúa ya en ellas una separación preliminar de gotículas de aceite. Para ello las placas de choque 5 están dispuestas descentradas de tal forma que se constituye una vía de carácter laberíntico del gas a través de las placas de choque.

Un dispositivo de separación 10 de acuerdo con la invención está dispuesto en la vía de gas detrás del separador preliminar de aceite de la placa de choque 5 y este dispositivo se compone de dos elementos individuales 10a y 10b. Cada uno de los elementos 10a y 10b comprenden un soporte de base 21a y 21b, respectivamente, a modo de placa en los cuales en cada caso al menos está dispuesto un elemento separador 20a, 20b que puede observarse en sección transversal. El soporte de base 21a y 21b está fijado dentro de unos raíles que están constituidos en la carcasa de la tapa 1 de culata de cilindro. Los elementos separadores 20a y 20b en cada caso comprenden un tubo de paso de flujo 22a, 22b en los cuales en cada caso está dispuesto un segmento 23a y 23b, respectivamente, a modo de tornillo sin fin. Los gases de fuga de compresión entran en los tubos de paso de flujo 22a y 22b y fluyen en un movimiento rotatorio por medio de los segmentos a modo de tornillo sin fin 23a, y 23b. De esta forma el aceite o la pulverización de aceite es centrifugado y separado del gas sobre la pared del tubo de paso de flujo 22a y 22b. El aceite que es separado de esta forma es transportado a lo largo de la pared del tubo de paso de flujo 22a y 22b en la dirección del gas y a continuación desemboca en el sifón 6. Dentro de la tapa de culata de cilindro los tubos de paso de flujo 22a y 22b al mismo tiempo representan el único (el solo) paso entre la entrada y la salida 4 para los gases de fuga de compresión.

Como puede observarse en la Figura 1, el segmento a modo de tornillo sin fin 23a está instalado y fijado de forma rotatoria de tal forma que el gas fluye en un movimiento rotatorio en sentido dextrorso (dirección dextrorso). El segmento 23b dispuesto después del primero tiene una dirección rotatoria de signo contrario de forma que la dirección rotatoria del gas se invierte en una dirección en sentido sinistrorso (opuesta a la dirección dextrorso). En particular, a causa de dicha inversión de la dirección rotatoria, se produce una velocidad de separación particularmente satisfactoria del dispositivo de separación 10 aquí representado. Debe destacarse que los segmentos a modo de tornillo sin fin ellos mismos no rotan, sino que están fijados dentro del tubo de paso de flujo.

La Figura 2 muestra una correspondiente tapa 1 de culata de cilindro, en la que una cavidad 2 está también dispuesta dentro de la tapa 1 de la válvulas, y en la cual está también dispuesto un dispositivo de separación 10. Un sifón 6 para la recogida del aceite separado está también dispuesto después de las placas de choque 5 y del dispositivo de separación 10 en la dirección de flujo del gas.

A partir de esta figura puede ahora fácilmente apreciarse cómo el elemento de separación 10 está construido con dos soportes de base 21a y 21b a modo de placas. Los dos soportes de base 21a y 21b están dispuestos en unas monturas 7a, 7a' y 7b, 7b', respectivamente, a modo de raíles. Cada uno de los soportes de base comprende así mismo tres elementos separadores 20a dispuestos uno a continuación de otro transversalmente respecto de la dirección de flujo del gas, para el soporte de base 21a y 20b, 20b' y 20b'' para el soporte de base 21b. La disposición complementaria de los tubos de paso de flujo 22a' y 22b, 22b' y 22b'', así como la de los segmentos marcados de forma correspondiente 23a así como 23b, 23b' y 23b'' a modo de tornillo sin fin se corresponde con la de la Figura 1. Aquí también se lleva a cabo una inversión de la dirección rotatoria del flujo de gas entre los soportes de base 21a y 21b.

Los elementos a modo de tornillo sin fin, expuestos aquí con el ejemplo del elemento 23a de tornillo sin fin tienen una entrada 26a del tubo de paso de flujo 22a, un borde 29a del lado de la entrada y como se ha expuesto con el ejemplo del tubo de flujo 22b, un borde 30b del lado de la salida en una salida 27b. Las condiciones de los demás tubos de flujo se corresponden con éstas y, por consiguiente, no se describirán de forma separada.

En esta figura puede apreciarse particularmente bien que el borde 30a del lado de la salida del elemento separador 20a y el borde 29b del lado de la entrada del elementos separador 20b están descentrados en un ángulo de 90º uno de otro, de forma que el borde 29b del lado de la entrada se proyecta dentro de la vía de flujo del gas del elemento separador 20a. De este modo, puede llevarse a cabo una separación particularmente efectiva de aceite y de pulverización de aceite.

La Figura 3 muestra a continuación 2 soportes de base 21a y 21b de un dispositivo separador 10. Aquí, como en todas las figuras anteriores y posteriores, los elementos separadores o correspondientes se indican con numerales de referencia similares o correspondientes (solo modificados con adiciones tales como a, b, ', '', '''). Aquí, debe observarse que el soporte de base 21a y 21b tiene forma de placa y los tubos de paso de flujo 22a, 22a', 22a''' etc. se proyectan desde los respectivos soportes de base 21a y 21b, respectivamente. Los tubos de paso de flujo contienen unos segmentos a modo de tornillos sin fin, por ejemplo 23b, 23b', 23b'', ... Con respecto a la invención es particularmente ventajoso que el respectivo soporte de base 21a y 21b con los tubos de paso de flujo 22a, 22a', ... y 22b,
22b', ... dispuestos, respectivamente en aquél, y los segmentos a modo de tornillo sin fin dispuestos en los respectivos tubos de paso de flujo pueden ser fabricados como una pieza para cada soporte de base 21a y 21b, respectivamente. Pero esto puede entonces llevarse únicamente a cabo de forma económica, por ejemplo mediante el procedimiento de moldeo por inyección o mediante el procedimiento de fundición en coquilla si los segmentos a modo de tornillo sin fin tienen una longitud que sea menor o igual a medio paso del correspondiente elemento a modo de tornillo sin fin. Unos segmentos a modo de tornillo sin fin más largos con respecto a la tecnología de fabricación podrían solo fabricarse con un coste grandísimo.

La Figura 4 muestra un dispositivo 10 de separación de aceite que comprende, en cada caso dos soportes de base 21a y 21b en forma de cilindros planos. Los dos soportes de base 21a, 21b para obtener una ilustración mejorada están dibujados a una cierta a distancia uno de otro en la dirección del eje de simetría del cilindro. En este dispositivo 10 de separación de aceite de acuerdo con la invención, los dos soportes de base 21a, 21b a modo de placa sin embargo están dispuestos directamente lindando uno con otro de manera que constituyen un cilindro común con una altura del cilindro que se corresponde con el grosor de los dos soportes de base a modo de placas en la dirección del eje de simetría. Cuatro elementos separadores de aceite (20a, ..., 20b, ...) con sus tubos de paso de flujo 22a, ..., 22b, ... junto con los segmentos 23a, ..., 23b, ... a modo de tornillo sin fin están integrados en cada soporte de base 21a, 21b. Los cuatro elementos separadores de aceite 20a, ..., 20b, ... están dispuestos en círculo alrededor del eje del cilindro en el plano perpendicular al eje del cilindro. Los segmentos 23a, ..., 23b, ... a modo de tornillo sin fin tienen en cada caso una longitud correspondiente a medio paso. Cada soporte de base 21a, 21b, sus tubos de paso de flujo asociados
22a, ... y sus segmentos asociados 23a, ... a modo de tornillo sin fin, están, en cada caso, fabricados de una pieza como una pieza común de fundición en coquilla. Ambos soportes de base 21a, 21b de esta forma pueden quedar integrados en un único dispositivo 10 de separación de aceite de forma que los dos cilindros 21a, 21b estén dispuestos directamente lindando uno con otro de tal forma que los dos ejes de los cilindros coincidan. Al mismo tiempo los dos tubos de paso de flujo 22a y 22b o 22a' y 22b', dentro de cada uno del primero soporte de base 21a y del segundo soporte de base 21b, forman una vía de flujo común para el gas. Así, los tubos de paso de flujo 22a y 22b junto con sus segmentos 23a y 23b a modo de tornillos sin fin forman una vía de flujo común. Dado que por tanto todos los segmentos 23a, 23a', ... a modo de tornillo sin fin del primer soporte de base 21a tienen una dirección rotatoria en sentido sinistrorso y dado que todos los segmentos 23b a modo de tornillo sin fin del otro soporte de base 21b tienen una dirección rotatorio en sentido dextrorso, y dado que los segmentos 23a, 23b, y 23a', 23b', ... a modo de tornillos sin fin (de los diferentes soportes de base 21 y 21b) los cuales están situados unos junto a otros y forman una vía de flujo común están girados entre sí en un ángulo de 90º con respecto al eje central de la vía de flujo respectiva 22, en el dispositivo 10 de separación de aceite para cada vía de flujo común a la altura de la transición de un soporte de base a otro, en cada caso se forma una superficie de choque que mejora la separación del aceite.

Con el fin de conseguir una alineación de exacto encaje de los dos soportes de base 21a, 21b del dispositivo 10 de separación de aceite, el soporte de base 21b situado sobre la superficie que linda con el otro soporte de base 21a está provisto de un tetón 16 en forma de proyección cilíndrica. Esta proyección 16 encaja con ajuste positivo dentro de una correspondiente indentación (no mostrada) consistente en un rebajo en forma de cilindro situado dentro del cuerpo de base 21a. El tetón 16 y la indentación sirven para impedir la rotación mutua de los dos soportes de base 21a, 21b alrededor del eje común del cilindro en el estado de montaje terminado. El tetón 16 y la indentación sirven así para asegurar las vías de flujo común a lo largo del dispositivo 10 de separación de aceite y para fijar la disposición relativa de los segmentos individuales 23a y 23b a modo de tornillo sin fin de cada vía individual de flujo común.

En lugar de un solo tetón 16 y de la indentación asociada, son posibles ejemplos de formas de realización con una pluralidad de posibilidades de bloqueo. Estas consisten, por ejemplo, en una disposición circular de una pluralidad uniforme de segmentos a modo de tornillos sin fin con unos segmentos a modo de tornillos sin fin que rotan en sentido dextrorso y sinistrorso dispuestos alternados y que ofrecen la posibilidad de utilizar los mismos módulos básicos para la fabricación de un separador de fluido con una dirección de flujo que sea la misma o contraria entre sí de los segmentos a modo de tornillo sin fin dispuestos en serie.

Si por ejemplo, en la Figura 4, en cada caso dos elementos separadores 20a, 20a' que están situados opuestos entre sí están provistos de unos segmentos 23a, 23a' a modo de tornillo sin fin los cuales están en la misma dirección, por ejemplo en sentido dextrorso, y los restantes elementos separadores 20a'' y 20a''' que están situados opuestos entre sí están provistos de unos segmentos 23a'' y 23a''' a modo de tornillos sin fin que están ambos girados en sentido sinistrorso, entonces mediante la disposición en serie de dos soportes de base 21a del tipo indicado se puede efectuar cualquier cambio en la dirección rotatoria. Esto es porque dos soportes de base pueden estar dispuestos en serie de forma que entre ellos no se lleve a cabo ningún cambio en la dirección rotatoria de los respectivos elementos separadores, o también mediante la instalación de uno de los soportes de base descentrado en un ángulo de 90º de forma que se lleve a cabo un cambio en dirección rotatoria entre los segmentos dispuestos a modo de tornillo sin fin en los dos soportes de base. La modularidad puede entonces llevarse a cabo de una forma particularmente sencilla si los raíles están dispuestos en un emplazamiento de instalación de los soportes de base dispuestos en serie, con el fin de alojar los soportes. Mediante la diferente orientación de los soportes de base en la introducción o separación dentro de los correspondientes raíles se puede entonces seleccionar entre múltiples formas de llevar a cabo el tipo de dirección rotatoria y con ello modificar la dirección rotatoria entre los soportes de base.

Aparte de una disposición de segmentos sucesivos 23 a modo de tornillos sin fin que alternen con respecto a la dirección rotatoria como en el caso expuesto, se pueden también disponer segmentos a modo de tornillos sin fin orientados de la misma manera uno después del otro, de forma que en ambos casos estos segmentos estén girados unos con respecto a otros de cuerpo de base a cuerpo de base en cada caso en un ángulo de 90º alrededor del eje central de la vía de flujo de gas común 22. Unos calibres 15a, 15b se incorporan en posición central dentro del soporte de base 21a, 21b en forma de cilindro para alinear los ejes del cilindro del soporte de base. Unos pasadores de guía pueden ser introducidos en estos calibres 15a, 15b de forma que encajen exactamente.

Los calibres de guía 15a, 15b pueden al mismo tiempo, en cada cuerpo de base 9, estar provistos cada uno con una aleta (muelle) en la dirección del eje del cilindro. El correspondiente pasador de guía puede entonces presentar una muesca o surco correspondiente a esta aleta de forma que puede conseguirse por medio del pasador de guía la colocación deseada de los dos soportes de base 21a, 21b uno con respecto a otro con relación a la posición rotatoria alrededor del eje común del cilindro. Un encaje machihembrado puede también disponerse sobre el respectivo otro componente con el fin de conseguir la sujeción rotatoria deseada.

En los soportes de base mostrados 21a, 21b, las direcciones axiales de los segmentos individuales 20 del separador de aceite o los tubos de paso de flujo 22 están dirigidos en paralelo al eje del cilindro del soporte de base 21a, 21b. Para conseguir una inclinación de las vías de flujo para expulsar el fluido también cuando el vehículo ha sido situado oblicuamente, el dispositivo completo 10 de separación de aceite puede ser instalado inclinado en un ángulo \alpha > 0 con respecto a la horizontal (ángulo \alpha = al ángulo entre el eje central del cilindro del dispositivo de separación de aceite y la horizontal). Como una alternativa a ello, los elementos individuales 20 del separador de aceite pueden estar integrados dentro del soporte de base 21 de tal forma que las direcciones axiales de los elementos 20 del separador de aceite formen un ángulo > 0º con respecto al eje del cilindro del soporte de base 21.

Las Figuras 5 y 6 muestran vistas de los dos lados del soporte de base 21b representado en la Figura 4.

La Figura 7 dividida en los dibujos 7A, 7B, y 7C muestran en cada caso unos segmentos 23 a modo de tornillo sin fin que rotan todos en sentido dextrorso (dirección dextrorso). Se puede advertir que estos segmentos 23 a modo de tornillos sin fin comprenden unos bordes 30 situados en los bordes de entrada y unos bordes 29 situados sobre el lado de salida. Los segmentos 23 a modo de tornillos sin fin al mismo tiempo forman dos superficies roscadas o superficies roscadas 28a y 28b y dividen la vía de flujo del gas en dos tramos. En las figuras parciales A, B, C se representan distintas variantes, en las que los bordes biselados 30 y 29, respectivamente del lado de entrada así como del lado de salida aparecen en la Figura 7A. El borde del lado de entrada de la Figura 7A está diseñado de manera diferente, mientras que en la Figura 7C el borde 29 del lado de salida y el borde 30 del lado de entrada tienen forma diferente. La Figura 7C así mismo, frente a las Figuras 7A y 7B tiene un núcleo estabilizante.

La Figura 8 representa una vista de dos segmentos 23a y 23b a modo de tornillo sin fin que pueden ser aplicados en una vía de flujo común 25 por medio de dos soportes de base de un dispositivo de separación de aceite que están dispuestos uno después del otro. Ambos segmentos 23a, 23b a modo de tornillo sin fin tienen una longitud correspondiente a 0,5 veces su paso así como la misma dirección rotatoria (en sentido dextrorso).

La Figura 8 muestra así mismo un dispositivo 10 de separación en forma de cilindro en una vista lateral en la cual dos soportes de base están integrados con un ajuste positivo de tal forma que están fijos uno con respecto a otro.

La figura así mismo ilustra una vista en planta del dispositivo de separación 10 con un calibre de guía central 15 y a una distancia diferente respecto del calibre de guía central, una pluralidad de elementos separadores de aceite 20a, 20b, ....

La Figura 9 muestra una pila de combustible PEM 40 la cual en el lado del ánodo es alimentada, mediante un conducto 43, con combustible, por ejemplo hidrógeno molecular H_{2}. Los productos de reacción del lado del cátodo son expulsados por medio de un conducto 42. El producto de reacción del lado del cátodo es esencialmente H_{2}O. En las pilas de combustible se requiere una humidificación del suministro de combustible sobre el lado del ánodo a través del conducto 43 así como el suministro de combustible a través del lado del cátodo (O_{2}, aire o elemento similar) que aquí no se muestra, para que la membrana no se seque y pierda su función. Para ello, y como se muestra mediante el ejemplo del conducto 43, este conducto discurre a través de un dispositivo para la humidificación de gas. En este dispositivo se humidifica el combustible del lado del ánodo.

Por otro lado, en el lado del cátodo se produce agua (pura) como producto de reacción de forma que existe un enorme exceso de agua en el conducto 42 en el lado de la salida. Este agua que es expulsada con los gases de reacción por medio del conducto 42 puede ser extraída de este gas de desecho. Para ello, por tanto, de acuerdo con la invención, se dispone un dispositivo 10 separador del agua dentro del conducto 42. Tres soportes de base 21a, 21b, 21c, que se ilustran aquí a modo de ejemplo, contienen unos elementos 20c, 20c' y 20c''' separadores de agua, los cuales se ilustran así mismo de forma esquemática, están situados dentro de este dispositivo de separación. Los elementos separadores situados en los soportes de base 21a y 21b y que están montados corriente arriba en la vía de flujo del gas tampoco se muestran también aquí, pero conjuntamente con los separadores 20c, 20c', 20c'' en cada caso forman vías de flujo comunes. Con dicho separador pueden ser separadas las gotícolas de agua que se condensan indirectamente después de abandonar la pila de combustible del conducto 42.

Hasta la invención solicitada el agua producida en el lado del cátodo escapaba hacia el aire exterior debiendo utilizarse, con el coste correspondiente, un agua preparada con el fin de humidificar los gases de reacción suministrados.

Ahora, sin embargo, el agua pura que de esta forma es extraída del gas de reacción puede ser conducida hasta el dispositivo de humidificación 41 por medio de un conducto 44 de retorno del agua de forma que no hay necesidades de agua suministrada externamente al completo sistema con el fin de mantener la circulación del agua.

Claims (17)

1. Un dispositivo (10) de separación de fluido para separar un fluido o una pulverización de fluido de un gas con al menos un soporte de base (21) a modo de placa,

al menos un elemento (20) separador de fluido dispuesto en el soporte de base (21), en el que el elemento (20) separador de fluido comprende un tubo (22) de paso de flujo con una entrada (26) de gas y con una salida (27) de gas y en el tubo (22) de paso de flujo entre la entrada (26) de gas y la salida (27) de gas hay dispuesto un segmento (23) a modo de tornillo sin fin cuyas superficies roscadas con la pared interior del tubo (22) de paso de flujo forman una vía (25) de flujo a modo de tornillo sin fin para el gas,

caracterizado porque

el segmento (23) a modo de tornillo sin fin tiene una longitud menor o igual a 0,5 veces el paso del segmento (23) a modo de tornillo sin fin, y cada soporte de base (21) con todos los tubos (22) de paso de flujo y los segmentos (23) a modo de tornillo sin fin, los cuales están dispuestos en aquél, está diseñado como una pieza.

2. Un dispositivo de separación de fluido de acuerdo con la reivindicación precedente, caracterizado porque el al menos un soporte de base (21) comprende dos o más elementos separadores (20) los cuales están dispuestos uno a continuación del otro en el plano de la placa.

3. Un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dos o más soportes de base (21) con en cada caso el mismo número y disposición de elementos separadores (20), con respecto al plano de la placa están dispuestos unos después de otros de tal forma que los varios elementos separadores (20) dispuestos en los diferentes soportes de base (21) forman una vía de flujo común coherente (25) para el gas.

4. Un dispositivo (10) separador de fluido de acuerdo con las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la dirección rotatoria en la vía de flujo (25) de los segmentos (23) a modo de tornillo sin fin dispuestos en serie está en la misma dirección.

5. Un separador de fluido (10) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la dirección rotatoria en una vía de flujo (25) de los segmentos (23) a modo de tornillo sin fin dispuestos en serie es en direcciones opuestas.

6. Un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque el borde (30) del lado de salida de las superficies roscadas (28) de un primer segmento (23a) a modo de tornillo sin fin y un borde (29) del lado de salida de las superficies roscadas (28) de un segundo segmento (23b) a modo de tornillo sin fin dispuesto directamente después de la misma vía de flujo están dispuestos torsionados uno con respecto a otro, preferentemente torsionados unos con respecto a otro en un ángulo de 0º, 45º, 90º o 135º.

7. Un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado porque los dos o más soportes de base están dispuestos entre sí o conectados entre sí, con un encaje positivo.

8. Un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado porque los dos o más soportes de base (21), están unidos por adhesivo, atornillados y/o inmovilizados entre sí.

9. Un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizado porque al menos dos soportes de base adyacentes (21) comprenden al menos un dispositivo (16, 17) para fijar la poción relativa de los dos soportes de base (21) entre sí.

10. Un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque un dispositivo (16, 17) para fijar la poción relativa de los dos soportes de base (21) entre sí, sobre un primer soporte de base (21b) al menos un tetón (16) y sobre un segundo soporte de base (21a) está dispuesto el mismo número de rebajos correspondientes (17), los cuales están dispuestos de tal forma que con un encaje de un tetón (16) dentro de un rebajo correspondiente (17), en cada caso el tubo (22b) de paso de flujo de un elemento separador (20b, 20a) del primer soporte de base (21b) y del tubo (22a) de paso de flujo de un elemento separador (20a) del segundo soporte de base (21a) están dispuestos uno sobre otro con un ajuste positivo y forman una vía de soporte común (25) para el gas.

11. Un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque está hecho de vidrio y/o plástico y/o de metal, o contienen estos materiales.

12. Un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque está hecho de un material duroplástico, termoplástico y/o de un material elastomérico, en particular de un Tg \geq 80º, o contienen estos materiales.

13. Un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque está hecho de poliamida o contiene este material.

14. Un procedimiento para la fabricación de un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en cada caso un soporte de base (21) a modo de placa con su al menos un elemento separador (20) está fabricado como una pieza.

15. Un procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en cada caso un soporte de base (21) a modo de placa con su al menos un elemento separador (20) está coextruído en un procedimiento de fundición en coquilla o en un procedimiento de moldeo por inyección.

16. El uso de un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13 como un dispositivo de separación de aceite, en particular para la separación de aceite de los gases de fuga de compresión, en particular como una disposición dentro de una tapa de las válvulas de un motor de combustión.

17. El uso de un dispositivo (10) de separación de fluido de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13 como un dispositivo de separación de agua, en particular para la separación de agua de unas pilas electroquímicas, en particular de los gases de desecho del lado del cátodo y/o del lado del ánodo de una pila de combustible.