CN105413322A - 滤芯、过滤装置以及过滤装置用于内燃机的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从气流中分离液滴的滤芯，该滤芯包括：包括多层过滤介质的介质组，待净化的气流在运行中穿过介质组；底部，该底部参照从气流分离的液体的流走方向设置在滤芯的下部区域内，在介质组的用于细分离的过滤介质与底部之间或在介质组内设有在滤芯的半径上延伸的用于液体的通道，其中，介质组包括至少一个具有毛细管效应的层并且所述具有毛细管效应的层构成为，使得所述具有毛细管效应的层在运行中优选在气体的流入侧和流出侧通过毛细管效应部分地气密地封闭介质组。本发明还涉及一种具有这样的滤芯的过滤装置以及过滤装置用于内燃机的应用。

Description

滤芯、过滤装置以及过滤装置用于内燃机的应用

技术领域

本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的用于从气流中分离液体颗粒的滤芯、一种具有这样的滤芯的过滤装置以及过滤装置用于内燃机的应用。

背景技术

在技术中常见的目的是从气流中分离液滴。

应用于此的分离装置经常这样构造：在壳体中装入通常圆柱形的滤芯(过滤器筒)，该滤芯由待净化的气流沿径向穿流。在此，该穿流可以从周面向内或反之来实现。典型的滤芯包括一个介质组(一组过滤介质)，该介质组通过固定部分固定在盖板面上。

装入滤芯中的过滤介质必须实现两个主要目的：

——通过不同的过滤机理、主要是深度过滤和聚结来分离所携带的液体，

——从过滤介质中连续地排走液体，以便保持过滤介质的小的饱和并且因此保持过滤器的小的背压。

通常的过滤器设计在于一个或多个不同的过滤介质的结构，所述过滤介质具有合适的介质特性如纤维直径、多孔性和表面能。通常沿流动方向在细分离上游设置粗分离。

在考虑对分离度、液体排出和可接受的背压的要求的情况下完成过滤器的设计。

特别是为了高的分离度而需要用于细分离的过滤介质。典型地，用于细分离的过滤介质的特征是小的纤维直径和小的孔隙尺寸。

对此不利的是，所接纳的液体、特别是油在通常的运行条件下未充分地从用于细分离的过滤介质中运走，从而在运行中出现大的流动阻力。

为了将具有分离的液体的过滤介质的饱和保持得尽可能小，则努力改善从过滤介质(用于粗分离的介质和用于细分离的介质)中沿气体流动方向的排液。

AT512506B1公开一种用于从气态的物质流中分离液滴的过滤装置，其中，在过滤层的进入面上设置流动阻挡器，该流动阻挡器部分覆盖进入面的邻接于排液层的区域并且基本上完全覆盖排液层的进入侧的端面。

DE202005004151U1描述一种过滤元件，在该过滤元件中，收集的液体可以通过重力经由间隔织物的下边缘流出并可以接着被收集。

DE69909284T2描述对聚结过滤器的改进。按照该文献，过滤器具有由微纤维材料制成的第一油聚结层和由排油材料制成的第二层，其中，排出层用于接纳来自聚结层的油并且为油提供路径，所述油由于重力而从过滤器中流出。

US2010/031940A1公开一种具有轴向排液和密封的用于过滤漏气的过滤装置。

US8,499,749B2公开一种用于曲轴箱排气的漏气的过滤器，在该过滤器中，在滤芯的底部部分中设置多个用于分离的液体的排液孔。不过该解决方案的缺点是，不可避免地通过排液孔产生气体的旁路。旁路在这里指的是，气体可以通过排液孔逸出并且因此并不完全穿流过滤层。

发明内容

因此，本发明的目的在于，给出一种滤芯，该滤芯具有良好的排液性而没有现有技术的缺点。同样应给出一种在使用这样的滤芯的情况下的过滤装置以及一种具有这样的过滤器的内燃机。

所述目的通过一种具有权利要求1的特征的滤芯、通过一种按权利要求10所述的过滤装置以及按权利要求13所述的用于内燃机的应用来实现。优选的实施形式在从属权利要求中给出。

通过在介质组的用于细分离的过滤介质与滤芯的底部之间或在介质组内设有在滤芯的半径上延伸的用于液体的通道而因此实现，排出的液体可以容易地从过滤元件中流出。

通道意味着，提供流动路径，该流动路径基本上或完全没有过滤介质。液体由此可以显著更容易地流走并且因此不导致上述由于过滤介质饱和而产生的问题和滤芯的与此相联系的提高的流动阻力。

表达“在半径上延伸”是针对滤芯的通常圆柱形的基本形状而言的。在本申请的范围内应该被这样理解：通道沿着占优势的液体流走方向的方向具有贯通的流动路径。当然，本发明也可用在不同于圆柱形形状的形状上。通道也完全可以具有切向的方向分量。通道可以构成为圆柱形的间隙空间或以各个通路的形式构成。

优选可以规定，介质组包括至少一个细过滤器。

还可以优选规定，通道基本上或完全没有细过滤器，因为为了细分离而必不可少的细过滤器以特别大的流动阻力来阻止待排出的液体。

优选可以规定，介质组包括具有毛细管效应的至少一个层。

具有毛细管效应的层的存在的特别的优点在于，所述层在被液体饱和以后是气密的，但对于液体来说是可透过的(对液体开放的)。由此，介质组在通过毛细管效应被液体浸透的区域内被基本上气密封闭。为具有毛细管效应的过滤介质选择相对于液体、例如油可润湿的材料。根据液体相对于过滤介质的表面张力或界面张力进行这种选择。

已证实特别有利的是，具有毛细管效应的过滤介质被这样调整，使得液体在其中达到2至10cm、优选2至5cm的上升高度。该上升高度可以简单地以实验方式确定。在润湿的状态下，具有毛细管效应的过滤介质形成对液体开放的、亦即可由液体(例如油)穿流的、但在通常运行条件(例如20毫巴至50毫巴的过滤器压差)下基本上气密的层。

优选规定，具有毛细管效应的层这样构成，使得所述层优选在气体的流入侧和流出侧部分地气密封闭介质组。在运行中，具有毛细管效应的层通过毛细管效应从聚集在底部上的液体中吸取液体，从而所述层直到上升高度变成气密的。

由此实现，介质组直到确定的高度对于通常的可运行的压差(直至约50毫巴、优选直至20毫巴)来说被基本上气密地封闭。由于气密的部分，气体在不穿流过为过滤而设置的介质组的各层的情况下不会通过上述通道从介质组中被压出。

可以将该效应类比于虹吸管，其允许流走的液体通过，但引导气体通过介质组的未被液体饱和的各区域。

本发明使用如下知识：由饱和所确定的具有液体的过滤介质形成气密的但对于液体允许通过的(对液体开放的)层。通过该层可以继续运走液体。

但是，用于细分离的过滤介质(细过滤器)在被液体饱和时以很大的流动阻力阻止流走的液体。因此优选规定，可能设置于介质组中的细过滤器不在过滤装置的整个长度上延伸，亦即用于细分离的过滤器部分构造成比在介质组中的其余过滤介质短。过滤装置的长度指的是垂直于气流的主穿流方向的延长尺寸。

由此在介质组内得到没有用于细分离的过滤介质的通道。通过该通道实现，用于细分离的过滤介质基本上保持不被在运行中所形成的液位损害。

这是有意义的，因为用于细分离的过滤介质在被液体浸透的状态下具有特别大的流动阻力。

优选可以规定，具有毛细管效应的层构成为排液材料或构成为分离介质。

也可以规定，用于细分离的过滤器部分在运行中延伸直到形成的液位中。具有毛细管效应的过滤介质在这里用作气体阻挡器并且阻止在用于细分离的过滤介质与粘合剂之间的中间空间被穿流。

通道的高度优选处在不大于滤芯的高度的0.5％至2％之间的范围内。由此得到排液作用和分离效率的特别好的折中。

对于常用的过滤器尺寸、特别是对于用于在固定式发动机中进行油雾分离的滤芯，通道的高度特别优选是5mm至20mm。

优选可以规定，多层具有毛细管效应的过滤介质被设置在介质组内、特别是设置在用于细分离的过滤介质的布置结构内以及沿气流的流动方向设置在用于细分离的过滤介质的布置结构上游和下游。换句话说，具有毛细管效应的各层不仅处在用于细分离的部分内而且处在该部分的上游和下游。因此，用于细分离的部分优选被具有毛细管效应的各层“包起来”。

滤芯可以具有不同的形状，例如圆柱形的几何形状是合适的。在这种情况下，各层过滤介质典型地被卷绕，但也可以被堆叠。在长方体形状的情况下各过滤层被堆叠。更上面对圆柱形的几何形状所进行的用于通道的定向的阐述按意义也适用于其它的结构形状。对于圆柱形的几何形状用“沿径向”所表示的内容，对于长方体形状可想到通过“沿流动方向”来代替。

描述的滤芯特别是适于从载有油雾的气体中、例如从内燃机的曲轴箱排气的漏气中分离和排走油雾。为此，滤芯典型地被可更换地装入过滤装置中。

附图说明

接下来通过附图详细阐述本发明。其中：

图1示出滤芯的横剖面的示意图，

图2示出滤芯在一种备选的实施形式中的横剖面的示意图，

图3示出滤芯在另一备选的实施形式中的横剖面的示意图，

图4示出过滤元件的示意图，

图5示出过滤元件的底部，

图6示出具有过滤装置的内燃机。

具体实施方式

图1示出滤芯1的实施例，该滤芯用于从气流G中分离液体的悬浮颗粒、特别是用于从引导气溶胶的气体中分离液滴。在图1中示出的滤芯1构成圆柱形的。通过对称轴线S来表征对称性。因此，在横剖面图中仅示出旋转对称结构的左半部。

在该布置结构中可看出具有不同过滤介质的各层，各所述层共同形成介质组M。

滤芯1具有高度H_F。

气体或者说气流G首先穿流过滤介质2以便接着经过具有毛细管效应的第一过滤层3穿流细过滤器4。沿流动方向在该布置结构的外部又设置具有毛细管效应的层3，现在净化过的气流穿过该层离开滤芯1。

气流G在中央从上面流入滤芯1。流入的气流G首先在过滤介质2中清除较大的液滴。接下来在细过滤器4中完成细分离。气流G在穿过最后的过滤层以后离开滤芯1。

当然，滤芯1在运行中被壳体围绕，该壳体允许气流G在中央并且优选从上面进入过滤元件1内并且在下侧具有油流出口。为了清晰起见，未画入壳体。这样的壳体的设计对于本领域技术人员来说是很熟悉的并且允许装入和更换滤芯1。

为了清晰起见，间隔开地画出介质组M的各个层。实际上这些层是紧密包装的、例如是卷绕的。因此也可理解的是，不通过无细过滤器4的部分(这是长度H_free减去H_p)形成用于气流G的旁路。更确切地说，气流G穿过细过滤器4。

已证实作为对功能重要的是，在通道P上游和下游设置至少一个具有毛细管效应的过滤层3。

液体O在介质组M中或在该介质组上通过重力向滤芯1的底部5的方向流动并且越过边缘R流走(通过在边缘R处的箭头表示)。在此，按质量最大份量的液体分离发生在介质组M的首先由气流流入的面上，该面在这里通过用于液体分离的过滤介质2、优选粗过滤器形成。

在该实施例中构成为圆柱形的过滤介质2、3和4通过具有高度H_k的粘合剂层K连接于底部5。底部5通常实施为深冲的金属板，其中，构成有边缘R。在运行中，液体O在底部5上聚集，因此形成液位。边缘R的高度预定，在运行中在过滤元件内所述液位达到什么高度。液体O在该实施例中沿径向从滤芯中流走。边缘R的高度因此在固定不动的运行条件下预定液位的液面高度。

在按图1的实施例中，边缘R的高度这样选择，使得细过滤器4在运行中不伸入到液位中、亦即与该液位间隔开。

因此，在过滤元件1的运行中得到具有高度H_p的通道P，该通道允许相对于现有技术明显改进的液体流走，因为分离的液体不必流过细过滤器4。

具有毛细管效应的过滤介质3导致，通道P在细过滤器4的下游被气密地封闭。由此，气流G的气体在不首先穿过细过滤器4的情况下不可以离开过滤元件1。高度H_c标明这样的长度，在该长度上，具有毛细管效应的过滤介质3被液体浸透并且因此是气密的。如在说明书的更上面所阐述的那样，高度H_c是液体由于介质3中的毛细管效应而产生的上升高度。

高度H_free标明处在粘合剂层K与细过滤器4之间的高度。

在按图2的实施例中，底部5的边缘R或细过滤器4的长度这样设置，使得在滤芯1的运行中细过滤器4延伸直到液位中。通过边缘R的高度预定液位的高度。通道的高度H_p则相对于按图1的实施例减少了细过滤器4浸入液位中的浸入深度。

在按图3的实施例中，在各层细过滤器4内设置又一层具有毛细管效应的过滤介质3。由此，气流也在介质组内通过具有毛细管效应的过滤介质3的浸透部分的气密阻挡而转向并且必须穿过细过滤器4。这当然可以重复，亦即在介质组M内可以设置多层具有毛细管效应的过滤介质3。

在各图中，在介质组M内分别示出至少一个细过滤器4。本发明并不局限于，介质组M具有用于细分离的过滤介质4并且通道P由无细过滤器的部分形成。相反可以规定，例如借助于在介质组M内的通口或通路，在介质组M内实现通道P。这些通口或通路则优选设置在介质组M的下部区域内。

在各图中分别示出用于细分离的过滤介质4和具有毛细管效应的过滤介质3的仅一个序列。该布置结构当然可以重复。因此可以设置多个序列的细过滤器4和具有毛细管效应的过滤介质3。也可以规定，通道P不在360°的整个角度范围上构成，而只在多个扇区内构成。

通道P在实践中也可以这样实现，粘合剂层K在底部5上在优选同心的圆环形的多个胶条中构成。由此达到，在各粘合剂胶条之间不存在相应的过滤介质与底部5的连接，从而由此实现通道P。

图4示出一种过滤装置8，在该过滤装置中设置过滤元件1。在这里示出的构造方式中，气体G在中央从上面流入过滤装置8中并且从内向外穿流过滤元件1。液体O在介质组M上被分离并且通过重力向下流动。所述液体在底部5上沿径向方向向外流动并且经由液体流出口7离开壳体6。

图5以俯视图示意示出过滤元件1的底部5，在该实施形式中，以沿圆周不封闭的各胶条的形式实施粘合剂层K，从而介质组M(在这里未示出)并不整个面地连接于底部5。按这种方式也可以构成用于流走液体O的通道P。

图6示出具有过滤装置8的内燃机9。用于从气体G中分离液体O的过滤装置8的接线对于本领域技术人员来说是熟悉的并且在这方面不需要更详细地阐述。

附图标记列表

1过滤元件

2用于液体分离的过滤介质

3具有毛细管效应的过滤介质

4用于细分离的过滤介质

5底部

6壳体

7油流出口

8过滤装置

9内燃机

G气体、气流

K粘合剂层

O液体

P通道

R边缘

S对称轴线

Claims (13)

1.用于从气流(G)中分离液滴的滤芯(1)，该滤芯包括介质组(M)和底部(5)，该介质组包括多层过滤介质(2、3和4)，其中，待净化的气流(G)在运行中穿过该介质组(M)，该底部参照从气流(G)分离的液体(O)的流走方向设置在滤芯(1)的下部区域内，

其中，在介质组(M)的用于细分离的过滤介质(4)与底部(5)之间或在介质组(M)内设有在滤芯(1)的半径上延伸的用于液体(O)的通道(P)，其特征在于，介质组(M)包括至少一个具有毛细管效应的层(3)并且所述具有毛细管效应的层(3)构成为，使得所述具有毛细管效应的层在运行中——优选在气体(G)的流入侧和流出侧——通过毛细管效应部分地气密地封闭介质组(M)。

2.按照权利要求1所述的滤芯(1)，其特征在于，介质组(M)包括至少一个细过滤器(4)。

3.按照权利要求1所述的滤芯(1)，其特征在于，通道(P)基本上或完全没有细过滤器(4)。

4.按照权利要求3所述的滤芯(1)，其特征在于，过滤介质(3)具有2至10cm、优选2至5cm的毛细管作用的上升高度(H_c)。

5.按照上述权利要求中至少一项所述的滤芯(1)，其特征在于，多层过滤介质(3)被设置在介质组(M)内、特别是设置在过滤介质(4)的布置结构内以及沿气流(G)的流动方向设置在过滤介质(4)的布置结构上游和下游。

6.按照上述权利要求之一所述的滤芯(1)，其特征在于，通道(P)的高度处在小于滤芯(1)的高度的0.5％至2％的范围内。

7.按照上述权利要求之一所述的滤芯(1)，其特征在于，通道的高度为5mm至20mm。

8.按照上述权利要求之一所述的滤芯(1)，其特征在于，滤芯(1)具有圆柱形的基本形状并且介质组(M)包括优选卷绕的各层过滤介质(2、3和4)。

9.按照权利要求1至7之一所述的滤芯(1)，其特征在于，滤芯(1)具有长方体形的基本形状并且介质组(M)包括堆叠的各层过滤介质(2、3和4)。

10.过滤装置(8)，其包括按照上述权利要求之一所述的滤芯(1)。

11.过滤装置(8)，其包括按照上述权利要求之一所述的滤芯(1)，其特征在于，通道(P)的高度(H_p)小于边缘的高度(H_r)减去粘合剂的高度(H_k)，(H_r-H_k)。

12.过滤装置(8)，其包括按照上述权利要求之一所述的滤芯(1)，其特征在于，通道(P)通过粘合剂(K)的布置结构和/或具有凹槽的底部(5)的形状在过滤介质(4)的区域内构成。

13.按照权利要求10所述的过滤装置(8)的用于内燃机的应用。