CN108778460A - 用于燃料过滤器的滤芯的过滤材料、滤芯和燃料过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于将固体颗粒和水微滴从燃料中分离的燃料过滤器的滤芯的过滤材料(1)，其中，过滤材料(1)由在使用中首先由燃料穿流的颗粒过滤介质层(2)且由至少一个在流出侧处在颗粒过滤介质层(2)上的聚结介质层(3)构成。根据本发明的过滤材料(1)的特征在于，聚结介质层(3)或由多个聚结介质层(3)构成的组件鉴于其几何结构和/或其物理特性和/或其化学特性在穿流方向上无梯度地构造且聚结介质层(3)或由多个聚结介质层(3)构成的组件具有最大与颗粒过滤介质层(2)的在穿流方向上测得的厚度一样大的在穿流方向上测得的厚度。此外，本发明涉及一种滤芯和一种燃料过滤器。

Description

用于燃料过滤器的滤芯的过滤材料、滤芯和燃料过滤器
技术领域
本发明涉及一种用于将固体颗粒和水微滴从燃料中分离的燃料过滤器的滤芯(Filtereinsatz)的过滤材料，其中，过滤材料由在使用中首先由燃料穿流的颗粒过滤介质层且由至少一个在流出侧处在颗粒过滤介质层上的聚结介质层(Koaleszermediumlage)构成。此外，本发明涉及一种滤芯和一种燃料过滤器。
背景技术
由文件WO 2007/041 559 A2已知一种开头所提到的形式的过滤材料。在此，颗粒过滤介质层由纤维素纤维(Cellulosefaser)构成。聚结介质层由亲水性人工合成纤维构成，其具有在穿流方向上变得更大的平均直径。为了获得较高的水分离程度(Wasserabscheidegrad)，此处提出了一种相比颗粒过滤介质层相对较厚的聚结介质层，以便于实现水微滴在聚结介质层中的尽可能长的停留时间(Verweilzeit)。
在已知的过滤材料的情形中如下被视作为不利的，即，一方面其制造是耗费的，因为由人工合成纤维形成的聚结介质层在平均纤维直径增加的意义中必须具有其平均纤维直径在穿流方向上延伸的梯度，且另一方面聚结介质层相比颗粒过滤介质层应相对较厚，这引起对聚结介质和对用于其安置的空间的高需求。
发明内容
因此对于本发明而言提出了如下任务，即，创造一种开头所提到的形式的过滤材料，其避免所说明的缺点且其可尤其以较少制造耗费来制成且具有对每个面积单位过滤材料的聚结介质和对用于安置的空间的较低的数量需求。此外应创造一种相应的滤芯和燃料过滤器。
该任务的涉及过滤材料的第一部分的解决方案根据本发明以一种开头所提及的形式的过滤材料实现，其特征在于，聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件鉴于其几何结构和/或其物理特征和/或其化学特性在穿流方向上无梯度地构造，且聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件具有最大与颗粒过滤介质层在穿流方向上测得的厚度一样大的在穿流方向上测得的厚度。
有利地，聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件可在生产技术上被容易地制造，因为其鉴于其几何结构和/或其物理特性和/或其化学特性在穿流方向上无梯度地构造。由此，更成本适宜的材料可被用于一个或多个聚结介质层，这降低了过滤材料的成本。
无梯度的构造此处意思是，聚结介质的一个或多个相关特性在一个或多个聚结介质层的在穿流方向上观察的厚度上不具有超出较小的对于分离效果而言实际上不重要的程度的变化。在聚结介质中在其厚度上看的轻微变化可例如在制造过程的进程中必然形成，但是不具有对聚结介质的分离效果的影响。同样地，必要时存在的额外的较薄的在一个或多个聚结介质层的一个或两个扁平侧(Flachseite)上的保护层此处不应被理解为引起或示出梯度的层，因为这样的保护层仅形成例如防止实际聚结介质层在其加工和处理的情形中以及在过滤运行中的起绒(Ausfusseln)或散开(Ausfasern)的机械保护，而不影响分离效果。
此外如下是有利的，即，每个面积单位过滤材料的较少量的聚结介质必须被使用，因为聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件具有最大与颗粒过滤介质层的在穿流方向上测得的厚度一样大的在穿流方向上测得的厚度。
尽管更简单的聚结介质且尽管聚结介质层或多个聚结介质层的组件的相对较小的厚度，利用根据本发明的过滤材料确保包含固体颗粒和水微滴的燃料的有效过滤。过滤材料的该良好的过滤效果基于如下认识，即，在过滤材料内颗粒过滤介质层不仅挡住固体颗粒，而且同时同样地形成用于将水微滴从燃料中分离的有效的预阶段(Vorstufe)，在其中原本较小的水微滴已被聚结成不那么小的水微滴或水膜(Wasserfilme)或滴聚集(Tropfenansammlung)。颗粒过滤介质层的该效果在使用通用的不仅亲水性的而且疏水性的颗粒过滤介质的情形中同样出现。聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件然后仅还必须将已经较大的、从颗粒过滤介质层中与燃料流一起传递的水微滴或水膜最终聚结成足够大的水滴且在一个或多个聚结介质层内借助于重力排空且/或连同燃料流给出，由此其然后在从聚结介质层或从多个聚结介质层的组件中的离开之后以本身已知的形式和方式、例如借助于重力和/或滤网从燃料流中分离且自行排出或聚集。对于该最终的聚结而言或对于相对较大的水滴的最终产生和其到纯净侧的燃料状态(Kraftstoffphase，有时也称为燃料相)中的排空和/或给出而言，根据本发明聚结介质层或多个聚结介质层的组件的相对较薄的、不超过颗粒过滤介质层的厚度的厚度足够。
在根据本发明的过滤材料的情形中出现鉴于水微滴从燃料中的分离的协同效应(Synergie-Effekt)，因为发明者的根据实验的调查得出如下，即，在一个或多个较薄聚结介质层的单独的与颗粒过滤介质层间隔开的组件的情形中、也就是说在没有其到颗粒过滤介质处的直接连结的情形中，在如此形成的过滤系统中相比于带有根据本发明的过滤材料的过滤系统不产生有效的聚结且因此同样不产生足够的水分离效果。
为了获得较大的对于聚结而言可用的在聚结介质中的表面，在本发明的另外的设计方案中优选地作如下设置，即，该/每个聚结介质层由一种纤维材料形成。备选地，该/每个聚结介质层同样可由一种带有相应特性的泡沫材料或烧结材料形成。
进一步优选地，在此该/每个聚结介质层由熔喷非织造织物("Meltblown-Vlies"，熔喷非织造织物)或湿式铺设的非织造织物或织物或毡形成。
如上面所提及的那样，聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件鉴于其几何结构和/或其物理特征和/或其化学特性在穿流方向上无梯度地构造。与此相关的具体情况设置成，即，聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件鉴于其纤维厚度和/或其纤维密度和/或其多孔性和/或其孔直径(Porendurchmesser)和/或其气道(Luftdurchlass)和/或其渗透性和/或修整(Ausrüstung，有时也称为修饰)和/或其表面能和/或其亲水性无梯度地构造。在此，聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件可在上面提到的特性或参数中的所有或多个或仅一个中无梯度地构造。
该/每个聚结介质层优选地由人工合成纤维、优选地由聚酯纤维、进一步优选地由聚酰胺纤维或由亲水性纤维、优选地纤维素、天然羊毛或天然纤维形成，因为这些材料具有对于聚结过程需要的特性且因为其可成本适宜地使用。人工合成纤维可以是修整的纤维，以便于提高其亲水性的程度或将其调整到期望的值上。
对于在一个或多个聚结介质层中的有效的聚结效应而言如下是适宜的，该/每个聚结介质层的纤维具有在0.3与50μm之间、优选地在1与40μm之间、进一步优选地在3与30μm之间的纤维直径，且具有大于2μm、优选地大于5μm、进一步优选地大于10μm的平均纤维直径。
当该/每个聚结介质层具有在0.5与150μm之间、优选地在2与120μm之间的孔径范围(Porengrößenbereich)且具有大于4μm、优选地大于8μm的平均孔径时，进一步有助于在一个或多个聚结介质层中的有效的聚结效应。
为了良好的聚结效应的目的，进一步优选地作如下设置，即，该/每个聚结介质层具有大于8μm、优选地大于12μm、进一步优选地大于25μm的MFP值("Mean Flow Pore Size"，平均流量孔径)。
另外如下对于良好的聚结效应而言是有利的，该/每个聚结介质层具有可预先给定的最小亲水性，其中，亲水性的程度根据水痕测试(Wassernotentest)与25%、优选地20%、进一步优选地15%的异丙醇容积比(Isopropanol-Volumenanteil)相符。水痕测试(也被称作"3M"测试)虽然未标准化，但是依靠根据DIN ISO 14419的油痕(Ölnotentest)测试被用于定义用于介质的亲水性的程度。水痕测试的基础是由水与不同容积比的异丙醇组成的多液体混合物。水痕通过以下方式被确定或者定义，即，液体混合物的滴被给到介质上。液体混合物(其滴刚好尚未润湿介质)定义了水痕且进而定义了介质的亲水性的程度。异丙醇容积比越大，被检测的介质越少亲水性。
根据本发明进一步作如下设置，即，聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件在200Pa的压差的情形中具有小于3000l/m2s、优选地小于2000l/m2s的透气性。
如上面提及的那样，在根据本发明的过滤材料的情形中仅需要相对较薄的聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件。具体地在此优选作如下设置，即，聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件具有在0.1与1.5mm之间、优选地在0.2与0.6mm之间的厚度，其中，这些厚度但是一直最大与颗粒过滤介质层的厚度一样大。因为过滤材料的层至少部分地在使用相应材料的情形中是松软的(nachgiebig)，所以为了确保类似的值进行根据DIN ISO534的上文所说明的厚度值的测量，此处具体地以12.5kPa的压靠压力和2cm2的检测面积。
为了确保根据本发明的过滤材料的期望的功能，在许多应用情况中唯一的聚结介质层足够。备选地，过滤材料同样可具有由多个聚结介质层构成的组件，其中，然后该组件优选地包括两个或三个层。在此，多个聚结介质层适宜地彼此相同。
过滤材料的颗粒过滤介质层可由对于颗粒过滤而言通用的材料构成；优选地，颗粒过滤介质层由过滤纸或过滤非织造织物(Filtervlies)或过滤毡或过滤无纺布(Filternonwoven)或过滤织物或烧结成形元件或过滤元件成形元件构成。
为了可将尽可能大的过滤面安置在预先给定的空间中，适宜地过滤材料被呈锯齿状地折叠成空心柱形或呈正方形的物体。在经折叠的过滤材料的处在下游的侧处，聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件额外地有利地充当在颗粒过滤介质层的褶皱(Falten)之间的间距保持件且因此使得较高的折叠密度(Faltendichte)成为可能，其不必小于在仅由一个颗粒过滤介质层构成的过滤材料的情形中。备选地，过滤材料可被成形成空心管道或多个平行的空心管道的组件。在最后所提到的设计方案中，管道可交替地在一端处和在另一端处被封闭，以便于因此确保过滤材料的穿流。进一步备选地，过滤材料同样可以以平坦的过滤器的形式成形或成形成扁平材料过滤器(Flachmaterialfilter)。
如开头所提及的那样，过滤材料由颗粒过滤介质层且由至少一个处在颗粒过滤介质层上的聚结介质层构成。按照层的机械特性如下可能足够，即，聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件被松弛地安放到颗粒过滤介质层上。当在层之间的较强凝聚(Zusammenhalt)是必要的或期望的时，那么聚结介质层或由多个聚结介质层构成的组件可被贴上到颗粒过滤介质层上或被热固定或热压延在该颗粒过滤介质层上。
在需要时，至少在一个或多个聚结介质层的形成流出侧的表面上可布置或安装有保护层，其形成例如防止聚结介质层的起绒或散开的机械保护，而不影响聚结过程。
为了解决该任务的涉及滤芯的第二部分，提出了一种用于将固体颗粒和水微滴从燃料中分离的燃料过滤器的滤芯，其特征在于，该滤芯具有至少一个由根据权利要求1至15中任一项所述的过滤材料构成的过滤材料体。
除了过滤材料体之外，滤芯可以以已知的方式具有围上过滤材料体的端盘(Endscheibe，有时也称为端片)和/或具有将过滤材料体支撑在其处在下游的表面处的、保护防止崩塌(Kollabieren)的支撑格栅(Stützgitter)。
另外对于根据本发明的滤芯而言优选作如下设置，即，在穿流方向上看在过滤材料体下游与其间隔地布置有滤网。以滤网实现在该处到达的较大水滴从燃料中的最终分离，其中，以滤网到滤芯中的集成确保如下，即，在每次带有滤芯更换的过滤器维护的情形中同时也将新的滤网装入到附属的过滤器中。
为了可靠地挡住在滤网处到达的水滴而不形成对于经过滤的燃料的过大的流动阻力，作如下设置，即，滤网具有在5与200μm、优选地在10与100μm之间、进一步优选地在10与30μm之间的通过开口尺寸。
为了解决该任务的涉及燃料过滤器的第三部分，提出了一种用于将固体颗粒和水微滴从燃料中分离的燃料过滤器，其特征在于，其具有至少一个根据权利要求16至18中任一项所述的滤芯。
由于根据本发明的过滤材料的较小厚度和根据本发明的滤芯的由此实现的紧凑的结构形式，后者可有利地同样在常规的燃料过滤器中简单地作为常规滤芯的替代被使用，而在燃料过滤器处、尤其在其壳体处不需要结构上的改变。
附图说明
在下面，根据图纸对本发明的一个实施例进行阐释。图纸的附图：
图1以横截面显示了由两层过滤材料与中间滤网一起构成的呈星形折叠的过滤材料体，且
图2以纵截面显示了根据图1的过滤材料体和滤网。
在下面的附图说明中，在不同图纸图(Zeichnungsfigure)中的相同零件始终设有相同的附图标记，从而不必对于每个图纸图重新阐释所有附图标记。
具体实施方式
图纸的图1以横截面显示了由两层过滤材料1与中间的空心柱形的滤网5一起构成的对称于纵向中轴线40呈星形折叠的、空心柱形的过滤材料体4。过滤材料体4是此处此外未示出的用于燃料过滤器的滤芯的部分且用于将固体污垢颗粒和水微滴从燃料、尤其柴油燃料(例如用于供应机动车的内燃机)中分离。
在图纸中示出的示例的情形中，在过滤材料体4的操作上的使用中燃料由外部穿过过滤材料1向内流动。
过滤材料1的外部的第一层通过例如由过滤纸或过滤非织造织物或过滤毡或过滤无纺布或过滤织物构成的颗粒过滤介质层2形成。颗粒过滤介质层2的通常的第一功能是挡住在可预先给定的极限尺寸之上的尺寸的与待过滤的燃料一起被供应的固体污垢颗粒。该颗粒过滤介质层2的第二功能此处是，降低与待过滤的燃料一起被供应的水微滴的运动速度且已引起水微滴的一定的聚结，这如令人意外地被确定的那样同样以对于颗粒过滤介质层2而言通用的材料起作用。通过特别选出用于颗粒过滤介质层2的材料，在没有用于待分离的固体颗粒的过滤功能恶化的情形中，颗粒过滤介质层2的聚结效应按需要还可被提高。
过滤材料1的内部的第二层通过聚结介质层3形成，其直接安放在颗粒过滤介质层2上。在此按照机械特性，聚结介质层3可被松弛地安放到颗粒过滤介质层2上或备选地与该颗粒过滤介质层2相连接，例如粘接或热固定。
如下是聚结介质层3的功能，即，与燃料流一起被供应的、在颗粒过滤介质层2中已相对于其原有尺寸增大的水微滴聚结成还更大的、与燃料可分离的水滴且该水滴然后在重力作用下被排空或与燃料流一起被给出至在下游相对过滤材料体4间隔开的滤网5处的紧接着的分离部(Separierung)。为此，聚结介质层3适宜地由具有足够亲水性的材料、如例如由聚酰胺纤维或聚酯纤维构成的、或备选地由天然纤维构成的熔喷非织造织物("Melt-blown"-Vlies，熔喷非织造织物)构成。
聚结介质层3对于前面提到的功能而言仅需要具有相对较小的厚度，其最大与颗粒过滤介质层2的厚度一样大，或如在示例中示出的那样，甚至可明显小于颗粒过滤介质层2的厚度，因为颗粒过滤介质层2已满足用于水微滴的聚结功能的部分。在颗粒过滤介质层2和处在其上的聚结介质层3的共同作用中鉴于水分离的效率出现协同效应，其明显超出在相同的颗粒过滤介质层2和相同的较薄的聚结介质层3彼此间隔的组件的情形中达到的效率。
图2以纵截面显示了对称于纵向中轴线40布置的、由过滤材料1形成的根据图1的过滤材料体4。在径向内部，同样对称于纵向中轴线40布置的、呈空心柱形的滤网5以纵截面可见。
在操作上的使用中，过滤材料体4在径向上由外向内由待过滤的燃料穿流。在此，在待过滤的燃料中所携带的固体污垢颗粒被挡住在根据图1的外部的颗粒过滤介质层2中。同样在待过滤的燃料中所携带的水微滴在颗粒过滤介质层2内在其运动速度上被制动且被聚结成已经较大的水微滴且然后传递到在内部处在颗粒过滤介质层2上的聚结介质层3处。在具有适配的亲水性的聚结介质层3中，水微滴被聚结成如此大的水滴，即，其从燃料中通过重力且/或在滤网5处的分离变得可能。
附图标记列表：
标记 名称
1 过滤材料
2 颗粒过滤介质层
3 聚结介质层
4 过滤材料体
40 纵向中轴线
5 滤网。

Claims (19)

1.一种用于将固体颗粒和水微滴从燃料中分离的燃料过滤器的滤芯的过滤材料(1)，其中，所述过滤材料(1)由在使用中首先由所述燃料穿流的颗粒过滤介质层(2)且由至少一个在流出侧处在所述颗粒过滤介质层(2)上的聚结介质层(3)构成，
其特征在于，
所述聚结介质层(3)或由多个聚结介质层(3)构成的组件鉴于其几何结构和/或其物理特性和/或其化学特性在穿流方向上无梯度地构造，且
所述聚结介质层(3)或由多个聚结介质层(3)构成的组件具有最大与所述颗粒过滤介质层(2)的在穿流方向上测得的厚度一样大的在穿流方向上测得的厚度。
2.根据权利要求1所述的过滤材料，其特征在于，所述/每个聚结介质层(3)由纤维材料形成。
3.根据权利要求2所述的过滤材料，其特征在于，所述/每个聚结介质层(3)由熔喷非织造织物("Meltblown-Vlies"，熔喷非织造织物)或湿式铺设的非织造织物或织物或毡形成。
4.根据权利要求2或3所述的过滤材料，其特征在于，所述/每个聚结介质层(3)由人工合成纤维、优选地由聚酯纤维、进一步优选地由聚酰胺纤维、或由亲水性纤维、优选地纤维素、天然羊毛或天然纤维形成。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述聚结介质层(3)或由多个聚结介质层(3)构成的组件鉴于其纤维厚度和/或其纤维密度和/或其多孔性和/或其孔直径和/或其气道和/或其渗透性和/或修整和/或其表面能和/或其亲水性无梯度地构造。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述/每个聚结介质层(3)的纤维具有在0.3与50μm之间、优选地在1与40μm之间、进一步优选地在3与30μm之间的纤维直径且具有大于2μm、优选地大于5μm、进一步优选地大于10μm的平均纤维直径。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的过滤材料，所述/每个聚结介质层(3)具有在0.5至150μm之间、优选地在2与120μm之间的孔径范围且具有大于4μm、优选地大于8μm的平均孔径。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述/每个聚结介质层(3)具有大于8μm、优选地大于12μm、进一步优选地大于25μm的MFP值("Mean Flow PoreSize"，平均流量孔径)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述/每个聚结介质层(3)具有可预先给定的最小亲水性，其中，亲水性的程度根据水痕测试与25%、优选地20%、进一步优选地15%的异丙醇容积比相符。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述聚结介质层(3)或由多个聚结介质层(3)构成的组件在200Pa的压差的情形中具有小于3000l/m2s、优选地小于2000l/m2s的透气性。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述聚结介质层(3)或由多个聚结介质层(3)构成的组件具有在0.1与1.5mm之间、优选地在0.2与0.6mm之间的厚度。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的过滤材料，其特征在于，由多个聚结介质层(3)构成的组件包括两个或三个层。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述颗粒过滤介质层(2)由过滤纸或过滤非织造织物或过滤毡或过滤无纺布或过滤织物或烧结成形元件或过滤元件成形元件构成。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的过滤材料，其特征在于，其呈锯齿状地被折叠成空心柱形的或呈正方形的物体，或被成形成空心管道或成形成多个平行的空心管道的组件或以平坦的过滤器的形式或作为扁平材料过滤器来成形。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的过滤材料，其特征在于，所述聚结介质层(3)或由多个聚结介质层(3)构成的组件被松弛地安放或贴上或热固定或热压延到所述颗粒过滤介质层(2)上。
16.一种用于将固体颗粒和水微滴从燃料中分离的燃料过滤器的滤芯，
其特征在于，
所述滤芯具有至少一个由根据权利要求1至15中任一项所述的过滤材料(1)构成的过滤材料体(4)。
17.根据权利要求16所述的滤芯，其特征在于，在穿流方向上看在所述过滤材料体(4)下游与该过滤材料体间隔地布置有滤网(5)。
18.根据权利要求17所述的滤芯，其特征在于，所述滤网(5)具有在5与200μm之间、优选地在10与100μm之间、进一步优选地在10与30μm之间的通过开口尺寸。
19.一种用于将固体颗粒和水微滴从燃料中分离的燃料过滤器，其特征在于，所述燃料过滤器具有至少一个根据权利要求16至18中任一项所述的滤芯。
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