CN109219473B - 在机动车辆领域中将水从流体中分离的过滤器结构 - Google Patents

Abstract

一种用于从流体中分离水的过滤器结构(100)，所述过滤器(100)包括由无纺织物(20)构成的吸收性过滤膜(2)，其中，无纺织物(20)是由承载格栅(21)和超吸收性材料(22)构成，所述超吸收性材料(22)吸水时膨胀，固定在所述承载格栅(21)上，其中超吸收性材料(22)以比相对于所述无纺织物(20)的干重量的70％的干重量更小的量而存在。

Description

在机动车辆领域中将水从流体中分离的过滤器结构

技术领域

本发明涉及在汽车领域中过滤流体(例如用于供给和/或润滑内燃机的燃料或润滑剂)的过滤器结构。

更具体地，本发明涉及一种过滤器结构，其能够消除流体中悬浮的水的部分，该部分在水到达机械机构时产生其氧化和破裂的问题。

背景技术

长期以来，一直都在关注将水从流体(例如燃料或润滑剂)中消除的问题，并且一般都是利用设置有多个过滤膜的过滤器结构来解决，该多个过滤膜由流体串联穿过。该多个过滤膜包括第一过滤膜、第二膜和第三膜，该第一过滤膜具有保持固体颗粒的作用，该第二膜具有聚结特性并且能够将悬浮在燃料中的存在的微小水颗粒凝聚为更大尺寸的液滴，并且该第三膜具有疏水特性，该疏水特性保持之前凝聚的水液滴，并且仅允许燃料通过，同时将水汇集到收集环境中，从该收集环境中将其排出。

在某些情况下，对于第二膜来说，可以具有水分子的吸收特性而不是聚结特性，实践中，将水捕捉在其内部直到达到饱和状态，此时需要将第二膜移除。过滤器结构通常没有具有疏水特性的第三膜。

在US专利US 5458767对这种过滤器结构的示例进行了描述。

该过滤器结构包括第一过滤膜和第二过滤膜，第一过滤膜适于处理颗粒物，第二过滤膜位于第一过滤膜的下游，由超吸收性的材料制成，其吸收被过滤流体中存在的水并且逐渐膨胀它的体积直到达到饱和状态，在该状态时对于被过滤流体来说其实是大致不可渗透的。

在这些过滤器结构中，为了防止引擎卡住，存在有旁通阀，该旁通阀在超吸收性的第二过滤膜达到膨胀饱和的形态时通过第二过滤膜的压力增加的上游的影响而打开，并且允许被过滤的流体流出(具有可能存在的水分子)到第二过滤膜的下游，直到第二过滤膜被新的超吸收性第二过滤膜更换为止。

然而，这些已知类型的结构并不是没有缺陷的，在这些缺陷中，由于待过滤流体中的存在水量的作用，第二过滤膜可以在工作液中快速地达到饱和状态，并且还由于超吸收性的第二过滤膜的尺寸不能是无限制的，因而需要考虑在过滤环境中超吸收性材料膨胀所需要的空间。

一旦在工作液中达到了饱和状态，即浸没在工作液(机油或柴油)中的超吸收性过滤膜的饱和状态，就看不到超吸收性过滤器释放水。在实践中，水积蓄过程(在工作液中，即在柴油或机油中)是不可逆的，这样一旦水满时就需要将超吸收性过滤膜进行更换。

进一步地，如上所述，旁通阀的存在(同样产生了过滤器结构的额外的成本)使得在从达到超吸收性材料的饱和状态的时刻起到超吸收性第二过滤膜的更换的时刻止的过渡步骤中，能够通过未和水分离的流体。

本发明的目的为通过简单、合理以及相对低廉的方案来克服现有技术的上述缺陷。

该目的通过在独立权利要求中所要求的本发明的特征来实现。从属权利要求描述了本发明的优选和/或特别有利的方面。

发明内容

本发明特别地涉及一种将水从流体中分离的过滤器结构，该过滤器包括由无纺织物构成的吸收性过滤膜，其中该无纺织物由承载格栅和由超吸收性材料构成，该超吸收性材料在吸收水时膨胀，并且与承载格栅相固定(或者相交织)，其中，超吸收性材料存在为非零量，该非零量的干燥重量相对于无纺织物的干燥重量为小于70％以及优选地介于10％和70％之间或者在30％和70％之间。

通过该方案，承载格栅是为了机械支撑超吸收性材料，包括当超吸收性材料在饱和形态时，即其在具有被吸收流体(水)的情况下饱和时，并且同时该方案使得能够具有吸收性过滤膜，该吸收性过滤膜包括在饱和状态时能够由流体穿过并且因此即使在达到了其饱和级别后能够继续使用。

特别地，一旦达到了饱和级别，吸收性过滤膜由于其按上述比例的双部件结构(承载格栅和超吸收性材料)将其特性从吸收性特性改变为准聚结特性，在准聚结特性中，其使得由工作液输送的水滴能够凝聚为相对于从其上游侧持续吸收的那些更大尺寸的液滴，并且在吸收性过滤膜的下游以一尺寸释放这些液滴，使得这些液滴的分离和收集更容易。

还发现，在饱和状态时，超吸收性材料的特征在于包括相对于从传统的聚结性膜出口所获取水滴而言大得多的水滴的形成。

因此，发现可以相对于背景技术提高水分离的效率以及吸收性过滤膜的持续时间，因为在包括达到饱和形态后其使用被延长了。

进一步地，被释放的水滴(当在饱和形态时)是如此地大并且是以非湍流的方式被释放的，使得它们可以从燃料/机油中析出并且因此有效地被分离，甚至不需要(在某些操作形态中)借助于使用位于吸收性过滤膜的下游的疏水屏障或者分离器。

超吸收性材料可以有利地选自由聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺以及官能化合成材料(例如用赋予其超吸收性特性的分子处理过的聚酯纤维和/或聚酰胺)组成的集合。

在优选实施例中，超吸收性材料可以由平均直径在干燥条件介于10μm和40μm之间的纤维组成，并且与承载格栅相交织。

可替换地或额外地，超吸收性材料可以由固定在承载格栅上的颗粒组成。

超吸收性材料在饱和形态时(具有最大吸收容量时)具有的体积是介于该超吸收性材料在干燥形态时的体积的30倍到70倍之间。

例如，超吸收性材料可以在干燥或不饱和形态和饱和形态之间操作，在干燥或不饱和形态中，无纺织物在承载格栅和超吸收性材料之间具有开口孔隙，在饱和形态中，超吸收性材料的膨胀闭合在承载格栅的超吸收性材料之间的开口孔隙。

当超吸收性材料在饱和形态时，无纺织物优选通过承载格栅和超吸收性材料之间的界面处的毛细作用而对流体具有非零的渗透性。

通过该方案，当超吸收性材料在饱和形态时，即使允许柴油穿过由无纺织物限定的屏障(通过由承载格栅限定的通路)，不同于在具有旁通阀的方案中所发生的，水以液滴的形式穿过吸收性过滤膜，该液滴具有相对于吸收性过滤膜进口中的液滴的平均尺寸而言增加的平均尺寸。

有利地，承载格栅由一定量的非吸收性(或者吸收性差或者最多是吸收性并且无论如何不是超吸收性)材料制成，使得无纺材质的100％干燥重量完整。

通过该方案，承载格栅是为了不被改变并且限定在承载格栅和超吸收性材料之间的分离表面，包括当超吸收性材料在饱和形态时。

在第一个实施例中，承载格栅可以由疏水性材料制成，即具有普遍地疏水特性。

通过该方案，保证和促进了沿着承载格栅的纤维的被过滤的流体的流动。

例如，承载格栅由选自由聚酯纤维(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸(PET)、聚丙烯(PP)或其他用硅氧烷或聚四氟硅氧烷官能化的聚合物组成的集合的材料制成。

可替换地或额外地，在第二实施例中，承载格栅可以由亲水性材料制成。

通过该方案，承载格栅的纤维还有助于内部保持、减缓和增大被过滤的流体中存在的水滴，其在任何情况下都沿着它们流动。

例如，承载格栅由选自由聚酰胺、脂肪族聚酰胺、纤维素、人造纤维以及醋酸盐和再生纤维素组成的集合的材料制成。

构成吸收性过滤膜的无纺织物优选地具有不低于85％的干燥孔隙率，优选地不低于95％。

通过该方案，在构成吸收性膜的超吸收性材料的干燥或非饱和形态和饱和形态两者中，都保证了通过在由第二过滤膜过滤中的流体(柴油或机油和水乳液)中所产生的压降比由联接在吸收性过滤膜(例如，负责从流体中过滤固体颗粒(杂质)的过滤膜)上的过滤膜所正在过滤的相同流体所产生的压降低得(非常)多来满足该状态。

出于相同的目的，构成吸收性过滤膜的无纺织物可以具有使得干燥厚度在流体穿过方向上介于0.3mm和30mm之间的尺寸。

过滤器结构可以有利地包括能够从流体中过滤固体颗粒(杂质)的第一过滤膜，该第一过滤膜放置于吸收性过滤膜在流体的穿过方向上的上游。

进一步地，第一过滤膜具有小于4g/g，优选地具有小于3g/g的水吸收性。

第一过滤膜1可以有利地具有聚结特性。

第一过滤膜可以为深度过滤膜。

可替换地或额外地，过滤器结构可以包括疏水性过滤膜，该疏水性过滤膜放置于吸收性膜在被过滤流体的穿过方向上的下游。

本发明的另一个方面涉及一种用于过滤含有水的流体的过滤滤芯，该过滤滤芯包括固定在上述过滤器结构上的支撑板，其中该过滤器结构的吸收性过滤膜为大致环面形状并且支撑板固定在吸收性过滤膜的端部的一个端部上。

在本发明的又另一方面，公开了一种过滤器组，包括壳体和上述的过滤滤芯，该壳体设置有针对待过滤流体的进口、针对已过滤流体的第一出口以及针对从被过滤流体中分离的水的第二出口，其中，聚结性过滤膜能够将壳体的内部体积分离成两个环境，其第一环境与进口相连通而第二环境与第二出口相连通。

附图说明

通过理解由借助于在所附附图中示出的附图的非限定性示例所提供的下述描述，将使得本发明的进一步特征和优点变得明显。

图1为本发明的过滤器结构的(垂直)截面图。

图1a示出了本发明的过滤器结构的优选实施例的横向(水平)截面图。

图2为本发明的过滤器结构的吸收性过滤膜在干燥形态或非饱和形态下的细节(垂直)截面图。

图3示出图2在饱和形态下的细节。

图4为图2在工作状态时的示意图。

图5为包含本发明的过滤器结构的过滤器组和过滤滤芯的截面图。

图6a为第一实施例的过滤器结构沿图5的III-III线的截面图。

图6b为第二实施例的过滤器结构沿图5的III-III线的截面图。

具体实施方式

具体结合附图，附图标记100以其整体表示用于过滤机动车辆领域中流体的过滤器结构，例如，用于过滤燃料(特别是柴油)或者润滑剂(例如机油)以及用于分离在流体中存在的水。

例如，被过滤流体可以由第一流体(例如柴油或机油)、可与第一流体混合的第二流体(例如水)以及分散在第一流体和第二流体中的固体或半固体颗粒组成。

图1示出了过滤器结构100的实施例。

过滤器结构100例如包括能够将固体颗粒从被过滤流体中分离的第一过滤膜1。

第一过滤膜1包括多孔材料层。

例如，第一过滤膜1的孔隙率优选地介于60％和90％之间，优选地介于60％和80％之间，其中孔隙率是指在过滤膜1中存在的所有孔隙的总体积与作为整体的过滤膜1的总体积的比率。

第一过滤膜1的孔隙的平均尺寸大致为小于10μm，优选地小于7μm。第一过滤膜1的纤维的平均直径可以介于50nm和5μm之间。

优选地，例如可通过使用EDANA WSP 10.1标准测量出，第一过滤膜1具有大体上小于4g/g，优选地小于3g/g的水吸收性。

例如，第一过滤膜1由合成材料制成，优选为聚酯纤维(例如聚对苯二甲酸(PET)或者聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT))、尼龙(例如PA6或PA6.6或PA12)或者聚丙烯。

例如，第一过滤膜1由合成纤维的无纺织物制成，例如聚酯纤维(PET或PBT)。

例如，第一过滤膜1由半天然材料制成，例如纤维素、人造纤维或由纤维素制成的材料，例如，溶解性纤维(lyocell)。

例如，第一过滤膜1可以如图1a所示为深度过滤膜。

例如，第一过滤膜1可以为呈现在纵轴A(大致中心的)上的大致环面形状，并且具有大致圆形或星形的横截面积。

被过滤流体流可以穿过过滤器结构100的第一过滤膜1。

第一过滤膜1包括第一端面1a和第二端面1b，该第一端面1a在被过滤流体的穿过方向F上朝向上游，该第二端面1b相对于并且例如平行于第一端面1a，在被过滤流体的穿过方向F上朝向下游。

例如，在使用时将第一过滤膜1的纵轴A设置为垂直或者几乎垂直。

例如，第一过滤膜1可以具有例如在被过滤流体的(优选地)穿过方向F上介于0.5mm和20mm之间的厚度，或者在任何情况下由第一过滤膜1的第一端面1a和第二端面1b之间的距离所限定。

过滤器结构100具体地包括吸收性第二过滤膜2，该吸收性第二过滤膜2能够由被过滤流体穿过并且能够吸收第二流体，即在被过滤流体中存在的水。

第二过滤膜2可以优选地布置在第一过滤膜1在被过滤流体的穿过方向F上的下游。

第二过滤膜2由无纺织物(例如无纺织物层)构成。

例如，该无纺织物20是熔喷的或者通过纺粘制成。

第二过滤膜2包括第一端面2a和第二端面2b，该第一端面2a在被过滤流体的穿过方向F上朝向上游，该第二端面2b相对于并且例如平行于第一端面2a，在被过滤流体的穿过方向F上朝向下游。

例如，朝向第一聚结性过滤膜1的、第二过滤膜2的第一端面2a至少部分地与第一过滤膜1的第二端面1b相接触。

例如，在图6a中所示的实施例中，例如在第一过滤膜1和第二过滤膜2具有大致相同的横向截面(相对于其纵轴A)的情况时，第二过滤膜2的第一端面2a的整个表面可以与第一过滤膜1的第二端面1b相接触。

然而，例如在第一过滤膜1和第二过滤膜2具有大致不同(例如一个是星形，一个是圆形)的横向截面(相对于其纵轴A)的情况时，可以(如在图6b中示出的实施例所示)是第二过滤膜2的第一端面2a的仅限制的表面部分与第一过滤膜1的限制部分相接触。

在后一种情况下，只有星形过滤膜(例如第一过滤膜1)的第二端面1b的顶部是与圆形过滤膜(例如第二过滤膜2)的第一端面2a的相应条带(部分)相直接接触的。

进一步地可以是在某些情况下，第二过滤膜2可以不与第一过滤膜1相接触；在该情况下，朝向第一过滤膜1的、第二过滤膜2的第一端面2a是至少部分地通过间隙(例如空隙)与第一过滤膜1的第二端面1b分离(例如环面形的)。

第一过滤膜1和第二过滤膜2可以是设置为两个独立元件，垂直对齐或者相对于另一个并排放置，并且由待过滤工作液流串联穿过。

无纺织物20是由相对于第二流体(即，水)而言具有不同特性的两个部件所构成。

例如，无纺织物20是由纤维的承载格栅21和交织在或者无论如何固定在或者焊接在承载格栅21上的超吸收性材料22所构成。

构成承载格栅21的纤维在无纺织物20中的存在的量为相对于无纺织物20的干燥重量不少于30％的干燥重量。

构成承载格栅21的纤维至少由合成材料或者半天然材料制成，其在与水接触时不会膨胀其体积(例如其体积不会明显膨胀)。

例如，构成承载格栅21的纤维的膨胀体积不大于其干燥体积的2-3倍。

构成承载格栅21的纤维至少由合成材料或半天然材料制成，其水吸收性小于4g/g，优选地小于3g/g。

构成承载格栅21的纤维至少由非超吸收性合成材料或者半天然材料制成(即，不是吸收性的或者最多简单地吸收性的)。

例如，构成承载格栅21的纤维具有大致弯曲的纵向延伸部，例如大致扭转的，优选地以随机的方式。

构成承载格栅21的纤维可在使用时变形，例如通过牵引和/或机械压缩来拉伸，例如保持其直径大致不变。

实践中，其用于制成构成承载格栅21的纤维的材料不会与水分子产生(如果没到非常限定的程度)化学键合，但是只会产生物理类型的粘接(通过表面相互作用)。

例如，其用于制成构成承载格栅21的纤维的材料具有与水分子相互作用(或粘接)的能量，其密度不大于5KJoule/mol。

构成承载格栅21的纤维(其全部或者不低于80％的百分比)，至少在干燥形态下使得能够限定至少具有上游端部(流体在相关于第二过滤膜2的穿过方向F上)和下游端部(流体在相关于第二过滤膜2的穿过方向F上)的通路，所述上游端部靠近第二过滤膜2的第一端面2a，即所述上游端部限定部分的第一端面2a或者相对于其而言略微突显，所述下游端部靠近第二过滤膜2的第二端面2b，即所述下游端部限定部分的第二端面2b或者从其中略微地突显。

在第一实施例中，构成承载格栅21的纤维可以具有普遍地(或者完全地)疏水特性。

例如，构成承载格栅21的全部或者部分的纤维是由疏水性材料制成(构成)或者由疏水性材料或者低润湿性的包层包覆的。

在该情况下，构成承载格栅21的纤维在无纺织物20中的存在的量为相对于无纺织物20的干燥重量不少于30％的干燥重量。

实践中，构成承载格栅21的疏水性材料的纤维(总体)具有大于90°的静态接触角θ_st(六十进制)，以及介于80°和130°之间的前进接触角θ_av(六十进制)。

构成承载格栅21的疏水性材料的纤维优选地由聚合物材料制成，优选地为选自由聚酯纤维(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸(PET)、聚丙烯(PP)或者其他具有疏水性材料(例如具有硅氧烷或者聚四氟硅氧烷)的聚合物包层所组成的集合，其中通过等离子体功能化过程获得所述包层。

可替换地或额外地，在第二实施例中，构成承载格栅21的纤维可以具有普遍地(或者总体地)疏水特性，即能够在其外部表面上吸附水分子。

例如，构成承载格栅21的总体的或者部分的纤维是由疏水性材料制成(构成)的。

在该情况下，构成承载格栅21的纤维可以以相关于无纺织物20的干燥重量不低于30％的干燥重量的量(例如在相对于纤维是由疏水性材料制成的情况下以较低的百分比)存在在无纺织物20中。

实践中，构成承载格栅21的疏水性材料的纤维(总体)具有小于90°的静态接触角θ_st(六十进制)，以及小于50°的后退接触角(六十进制)。

构成承载格栅21的疏水性材料的纤维优选地由选自由聚酰胺(PA6或者PA66)、脂肪族聚酰胺、纤维素、人造纤维以及醋酸纤维素和再生纤维素组成的集合的材料制成。

在第三实施例中可以是，承载格栅21是由两种类型的纤维构成(例如与另一个相交织(或者共混))，其中第一种纤维类型具有上述的疏水特性，而第二种纤维类型具有上述的亲水特性。

进一步地，构成承载格栅21的纤维具有介于10μm和40μm的平均直径。

构成无纺织物20的剩余部分(承载格栅21以及100％的无纺织物)的超吸收性材料22构成相对于无纺织物20的干燥重量的干燥重量的量不为零并且不大于70％(干燥重量/干燥重量)。

例如，当承载格栅21具有大致疏水特性(构成承载格栅21的全部的或部分的纤维是由疏水性材料或具有疏水性材料或低润湿性的包层制成(构成))时，超吸收性材料22在无纺织物20中存在的量相对于无纺织物20的干重量介于30％和70％的干重量之间。

例如，当承载格栅21具有大致亲水特性(构成承载格栅21的全部的或部分的纤维是由疏水性材料制成(构成)或由疏水性材料或低润湿性包覆)时，超吸收性材料22在无纺织物20中存在的量相对于无纺织物20的干重量介于30％和70％的干重量之间。

超吸收性材料22为聚合物(合成物)，该超吸收性材料22通过将第二流体(即水)保持在其内部(例如利用化学键合)来使其体积(明显地)膨胀。

例如，超吸收性材料22的膨胀体积不小于其本身干燥体积的20倍，优选地在其本身干燥体积的30倍和70倍之间。

超吸收性材料22具有大致大于200g/g(水的克数/干燥超吸收性材料22的克数)，例如大致300g/g。

实践中，超吸收性材料22产生与水分子的化学键合(即氢桥)，该水分子进而被捕捉并被键合在超吸收性材料22的(内部)结构上。

例如，超吸收性材料22具有与水分子键能，其密度大致不大于29KJoule/mol，优选地大致不大于21KJoule/mol。

超吸收性材料22优选地为选自由聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺以及例如一旦官能化后就具有超吸收性特性的聚合物组成的集合的聚合物。

例如，构成无纺织物20的超吸收性材料22具有超吸收性材料22的多个体积或者离散元件的形式，例如，彼此交织和/或相对于彼此间隔开。

在一实施例中，存在在无纺织物20中的超吸收性材料22可以由多个颗粒(例如在干燥形态时为球形或者其他任何形状)构成，该颗粒例如利用焊接连接在承载格栅21上，并且例如大致与承载格栅21相交织。

在优选实施例中，超吸收性材料22由多个纤维构成(具有多个纤维的形状)。

例如，构成超吸收性材料22的纤维(即超吸收性材料纤维22)具有弯曲的纵向延伸部，例如大致扭转的，优选地以随机的方式。

例如，超吸收性材料22的纤维是例如随机地或者根据预设图案与构成承载格栅21的纤维相交织的(并且混合【共混】)。

因此，实际上，无纺织物20由垫子制成，该垫子由超吸收性材料22的纤维与承载格栅21的(非超吸收性材料的)纤维之间的交织限定。

超吸收性材料的纤维在干燥形态下具有介于10μm和40μm的的平均直径。

对于无纺织物的超吸收性材料22而言还可以是由上述多个纤维和上述多个颗粒构成。

无纺织物20以其整体(即承载格栅21与以颗粒或以纤维形式的超吸收性材料22的结合所形成的)具有介于0.3mm和30mm之间的、在流体穿过方向F(即由第二过滤膜2的第一端面2a和第二端面2b之间的距离所限定的)上的干燥厚度。

总体来说，构成第二过滤膜2的无纺织物20具有不低于85％的干燥测量的孔隙率(开口)，优选地不小于95％，孔隙率(开口)指(在干燥形态下)存在在无纺织物20中的空隙体积(孔隙)的总体积和(还是在干燥形态下)作为整体考虑的无纺织物20的总体积的比率。

无纺织物20的开口空隙例如是由介于构成承载格栅21的纤维和超吸收性材料22之间(和/或介于承载格栅21的网格之间以及介于超吸收性材料22的体积/离散元件(即颗粒或纤维)之间的间隙之间)的空隙体积所限定的。

因此，随着超吸收性材料22(即超吸收性材料22的纤维或颗粒)在内部吸收第二流体(水)时逐渐膨胀，该超吸收性材料22将其体积从干燥形态或非饱和形态增大到饱和形态，在干燥形态或非饱和形态中，无纺织物20以其整体(即由承载格栅21和超吸收性材料20之间的交织形成的)具有确定的非零开口孔隙，在饱和形态中，随着超吸收性材料的膨胀体积进行占据上述空隙体积，超吸收性材料22的膨胀(完全地)闭合了开口孔隙，实际上，强制地压靠在承载格栅21的纤维上。

实践中，超吸收性材料22随着其逐渐地吸收水，并且尤其是当其在饱和形态时，采用凝胶(水凝胶)的形式，该凝胶(水凝胶)构成屏障或包含承载格栅21的纤维的大致均匀的膜，承载格栅21的该纤维的尺寸(体积)例如保持不变(或者略微变化)或者随着超吸收性材料22的膨胀最多由其牵拉并且至少部分地拉伸。

例如，如在图3和图4中示意性示出的，包括当超吸收性材料22膨胀到其饱和形体时，构成承载格栅21的纤维(的上游和下游)继续相应地限定第一端面2a和第二端面2b的部分或者相对其而言略微地突显或者在任何情况下，都可以从由膨胀到饱和形态的超吸收材料22形成的屏障或膜的外部进入。

当超吸收性材料22(即超吸收性材料22颗粒或纤维)在饱和形态时，即当形成了包含承载格栅21的纤维的上述屏障或膜时，无纺织物20总体上、以及因此第二过滤膜2具有针对被过滤流体而言非零的、确定的渗透性。

该渗透性是例如通过毛细作用限定在承载格栅21和在饱和(膨胀)的超吸收性材料22之间的界面处，即在承载格栅21和通过在膨胀饱和形态下的超吸收性材料22所限定的屏障或膜的表面之间，该膨胀饱和形态下的超吸收性材料22压靠在(并且接触于)承载格栅21的纤维上。

实践中，在饱和形态下的超吸收性材料22的纤维或颗粒融合在一起以限定上述的屏障或膜，该屏障或膜本身对于被过滤流体是大致不可渗透的，然而在屏障或膜中所包含的承载格栅21使得无纺织物20(以及因此第二过滤膜2)能够通过承载格栅21的纤维来维持对于被过滤流体(至少对于第一流体)的非零的、确定的渗透性。

例如，如在图4中由具有较大厚度的虚线箭头示意性所示的，第一流体(例如柴油或机油)沿着由承载格栅21的纤维所限定的(弯曲的)通路溜入以及流动，进入第二过滤膜2(在饱和形态下)的第一端面2a(例如流进并溜入在膨胀超吸收性材料22与承载格栅21的纤维之间和/或在网格之间和/或在承载格栅21的纤维的不规则体之间的界面处)，并从第二过滤膜2的第二端面2b离开。

例如，优选地引导第一流体以通过由承载格栅21的纤维所限定的通路的上游端部进入第二过滤膜2(在饱和形态下)，并且在穿过由承载格栅21的纤维所限定的通路的内部部分后，从由承载格栅21的纤维所限定的通路的下游端部离开。

第二过滤膜2可以将尺寸确定为，当超吸收性材料22(即超吸收性材料22的颗粒或纤维)在饱和形态时，由第二过滤膜2在被过滤流体(第一流体和第二流体的乳液)上产生的压降(远远)小于由第一过滤膜1过滤的流体所产生的压降。

进一步地，构成第二过滤膜2的、并且即使在超吸收性材料22的饱和形态下也保持大致不变形的、无纺织物20的承载格栅21使得第二过滤膜2能够维持确定的机械抗性(即大致能自我支撑)，包括当超吸收性材料22在饱和形态时，即当具有对变形的较低机械抗性时。

在承载格栅21的纤维具有普遍地疏水性特性的情况时，承载格栅21的纤维往往使水滴远离被推向在饱和形态下的超级吸收性材料22的纤维。

在承载格栅21的纤维具有普遍地亲水性特性的情况时，承载格栅21的纤维往往例如通过利用物理粘接的表面相互作用来积蓄以及增大水滴。

在任何情况时，当超吸收性材料22(即超吸收性材料22的纤维或颗粒)在饱和形态时，在第二过滤膜2的上游的第一流体(柴油或机油)中存在并且分散的第二流体(水)的小尺寸的颗粒或液滴是由超吸收性材料本身所保持和吸收，并且因此不会通过第二过滤膜2的下游。

当超吸收性材料22(即超吸收性材料22的纤维或颗粒)达到了饱和形态时，在第二过滤膜2的上游的第一流体(柴油或机油)中存在或分散的第二流体(水)的小尺寸的颗粒或液滴冲击在其第一端面2a上，其冲击在大部分由在饱和形态下的超吸收性材料22的屏障或膜(水凝胶)所限定的第一端面上，其在饱和形态时凝聚并且将比冲击在第一端面2a的液滴的数量更小的数量的、并且具有比向第一端面2a冲击的单个液滴的体积更大的体积的水滴从相对的第二端面2b(即第二过滤膜2的下游处)分离，该分离是由于该屏障或膜由于流体的冲击力和/或压力和/或在超吸收材料22中所达到的在水分子之间内聚力的影响。

在任何情况时，进入第二过滤膜2的上游处的超吸收性材料22的水量大致等于或小于从其下游处总体离开的量(即超吸收性性材料22一旦达到饱和形态时，就大致为饱和形态均衡)。

实践中，总体上当超吸收性材料22(即超吸收性材料22的纤维或颗粒)达到饱和形态时，则第二过滤膜2具有大致聚结的特性，即聚集水颗粒或水分子以在其下游处释放相对于其从上游处接收的液滴而言增大尺寸的液滴。

特别地，当超吸收性材料22在饱和形态中时，第二流体(水)液滴的尺寸是水的水分子和超吸收材料22之间存在的力或化学键能的函数(例如成比例的)，因此力或(化学)键能越大，则在第二过滤膜2的下游处释放的第二流体(水)的液滴的尺寸就越大。

该现象是由于负责在第二过滤膜2的穿过方向上将液滴从饱和形态下的超吸收性材料22分离的力和/或漂浮力/沉淀力取决于液滴的尺寸，并且必须克服存在于水分子和超吸收性材料22之间的化学键能的力。

例如，当超吸收性材料22在饱和形体时，在第二过滤膜2的下游处释放的第二流体(水)的液滴可以具有大于0.1mm的直径。

除了其他的之外，以低湍流度(即以几乎层流的方式(因为在膨胀形态中的超吸收性材料22的厚度减轻在第二过滤膜2的上游处的被过滤流体的冲击力))释放该尺寸的液滴，该液滴可以在第一流体中自然地和以非受迫的方式沉淀，并且以这种方式可以例如无需借助物理分离器就可以被积蓄或被排除。

可替换地，过滤器结构100还可以包括分离器，该分离器位于在被过滤流体的穿过方向F上第二过滤膜2的下游处，并且能够分离和/或收集尺寸增大、并且当第二过滤膜在饱和形态时由第二过滤膜所释放的水滴。

分离器可以包括流动开关以及收集倾倒盆。

分离器可以优选地包括具有疏水特性的第三过滤膜3，该第三过滤膜3可以设置在被过滤流体的穿过方向F上的第二过滤膜2的下游处并且与其分离(即彼此不接触)。

第三过滤膜3被配置为以便由被过滤流体穿过并且实现已凝聚水滴的屏障以及由在饱和形态的第二过滤膜2释放的时刻增加了其体积(和质量)。

第三过滤膜3包括第一端面3a和第二端面3b，该第一端面3a在被过滤流体的穿过方向F上朝向上游，该第二端面3b相对于并且例如平行于第一端面3a，在被过滤流体的穿过方向F上朝向下游。

例如，第三过滤膜3的朝向第二过滤膜2的第一端面3a以预设且非零距离与第二过滤膜2的第二端面2b分离(不接触)。

根据应用，该预设的差别可以优选地介于0.1mm和20mm之间。

第三过滤膜3包括多孔材料层。

总体上，第三过滤膜3优选地具有大于100°六十进制的静态接触角θ_st。

例如，第三过滤膜3是由合成材料制成，例如聚酯纤维，优选为包覆疏水性材料(例如硅氧烷或氟化材料(例如聚四氟乙烯(PTFE)))的聚对苯二甲酸(PET)，其中例如是通过等离子官能化过程来获得包层的。

例如，第三过滤膜3是由合成纤维的无纺织物制成，例如包覆聚四氟乙烯(PFE)的聚对苯二甲酸(PET)。

例如，第三过滤膜3可以具有介于0.05mm和0.2mm之间的厚度。

例如，第三过滤膜3可以为呈现在纵轴A(大致中心的)上的大致环面形状，并且具有大致圆形或优选地星形(或任何形状)的横截面积。

例如，第三过滤膜3可以同轴地关联于第二聚结性过滤膜2。

例如，将第三过滤膜3的纵轴A设置为垂直或者几乎垂直。以这种方式，在第三过滤膜3的第一端面3a上收集的水滴可以通过重力落向第三过滤膜3的较低端部，它们可以在该处被收集在收集环境中并且从那里被排除。

第三过滤膜3可以具有大致不同于环面形的形状，例如其可以是大致平面的或弯曲的，并且大致垂直于第二过滤膜2的纵轴A或平行于第二过滤膜2的第二端面2b或相对于其而言多种不同的倾斜。

可以将所示出的过滤器结构100应用于任何过滤滤芯，该过滤滤芯例如可以包括至少一个支撑板，该支撑板固定于第二过滤膜2和/或第一过滤膜1和/或第三过滤膜3的端部中的一端，例如位于大致垂直于其纵轴A的平面上。

例如，支撑板固定(例如通过焊接)在第二过滤膜2的轴向端部上，轴向包含该端部。

例如，过滤器结构可以具有对于过滤器结构100的每个轴向端部的支撑板。

支撑板优选地固定(胶粘或焊接)在构成第二过滤膜的无纺织物20的至少部分承载格栅21上。

例如，流体流可以从外部向内部或者等同地从内部向外部(径向地)穿过过滤滤芯(以及因此该过滤器结构100为具有圆形或星形截面的管形和/或环面形/圆柱形结构)。

已知的过滤器组的壳体可以内部地插入过滤滤芯，以便分离被过滤流体。

仅举例而言，可以将过滤器结构100应用于例如预设定在过滤器组10中使用的过滤滤芯40上，用于流体(特别地如图2中所示，用于内燃机的燃料)的过滤。

过滤器组装件10包括外部壳体，以30来表示其整体，该外部壳体设置有用于待过滤燃料的进口管道33和用于已经与水分离的过滤后燃料的出口管道34。

在所示实施例中，壳体30包括杯状体31以及能够闭合杯状体31的罩32，用于燃料过滤的进口管道33和用于过滤后燃料的、轴向的出口管道34位于该罩32上。

杯状体31在其底部包括针对积蓄在杯状体31的底部上的水的排出管道35，该排出管道35设有封盖36。

过滤滤芯40容纳在壳体30的内容，该过滤滤芯40将壳体30的内部体积分为两个不同的腔311、312，其用于待过滤燃料的第一腔311(在示例中为外侧)与进口管道33连通，而过滤后燃料的第二腔312(在示例中为内侧)与出口管道34连通。

过滤滤芯40包括上支撑板41和下支撑板42，上述的过滤器结构100(轴向地)位于两者之间。

上支撑板41为大致盘状，并且提供以过滤滤芯40的纵轴A为中心的中心孔410。

下支撑板42也大致为盘状，并且具有以过滤膜43的纵轴A为中心的中心孔420。

上支撑板41的中心孔410插在出口管道34的末端内端部分上，具有插入的常见密封环411，该密封环411固定在中心孔410的合适座件中。

相反，下支撑板42通过插入另一密封环422而进入并抵靠在圆柱环形座件421的底部上，该圆柱环形座421设置在杯形主体31的底部附近(与其相距一段距离)。

在本实施例中，将第一过滤壁1和第二过滤壁2实现为环闭合的褶皱壁，即，在横向于纵轴A(例如水平)的横截面中呈现已知的星形形状，并且总体上具有大致环面形的形状。

将过滤器结构100的第一过滤膜1和聚结第二过滤膜2插入在连接上支撑板41和下支撑板42的圆柱形芯43的外部上。

芯43呈现出大致管形形状的笼状结构，直径大致等于(或略小于)吸收性第二过滤膜2的内径。

特别地，芯43的笼状结构是由多个垂直立柱430(例如，等距)构成，该多个垂直立柱430连接多个水平环431(例如，等距)，限定用于流体通过的开口432。

纵向芯43的相对的两端部都是开口的，并且例如通过胶粘或焊接分别紧固到上支撑板41和下支撑板42的面朝内的端面上。

第二芯45容纳在芯43的内部，与第一芯共轴，并且具有呈现大致管形形状的笼状结构以及小于芯43的直径的直径。

特别地，第二芯45的笼状结构是由多个垂直立柱450(例如，等距)构成，该多个垂直立柱450连接多个水平环451(例如，等距)，限定用于流体通过的开口452。

将过滤器结构100的疏水性第三过滤膜3插在第二芯45的外表面上。

在本发明的另一个实施例中，可以利用任何已知的技术方案，例如利用焊接或胶接，将第三过滤膜3关联于第二芯45的外部表面或内部表面。

将第二芯45的上端部插进排出管道34的内部细长部340中，并且在其边缘呈现凸缘453，该凸缘453的下表面抵靠于从第一芯43向内分支的环形架433。通过该配置，将芯的凸缘453夹在环形架433和上板41之间。

相反，第二芯45的下端部是由位于下板42的中心孔处的盘状体454闭合的。

基于此，过滤组装件10和/或过滤器结构100的操作如下。

通过例如供应内燃机或内燃机的使用者等的供应泵来被推动压力的被过滤流体，被推动以首先穿过第一过滤膜1，该第一过滤膜1由于孔隙的低平均直径将固体颗粒与第一流体和第二流体分离。在穿过第一过滤膜1的过程中，第一过滤膜没有保持水颗粒。

之后，被过滤流体(即与固体颗粒分离的第一流体和第二流体)遇到吸收性第二过滤膜2。

只要第二过滤膜2(即包含于其中的超吸收性材料22)是非饱和或干燥形态，即由超吸收性材料22所吸收的第二流体(即水)的水平低于超吸收性材料22能够吸收的最大水平，则在被过滤流体中存在的第二流体(水)从其中被去除，并且在被过滤流体穿过其时由在第二过滤膜2中存在的超吸收性材料22所吸收。

当第二过滤膜2(即包含于其中的超吸收性材料22)是(达到)饱和形态时，被过滤流体(特别是与颗粒分离和与第二流体分离的第一流体)被迫通过并沿着由承载格栅21所限定的穿过通路渗透和穿过第二过滤膜2。

另一方面，在被过滤流体中存在的第二流体(水)的颗粒(液滴)被迫冲击或者在任何情况下与包含在第二过滤膜2中的超吸收性材料22粘接，例如普遍地与其第一端面2a粘接，在第二端面2b(即第二过滤膜的下游)处以相比于所接收的液滴而言增加尺寸的液滴释放等量的第二流体(水)，

离开和由第二过滤膜2(即包含于其中的超吸收性材料22)释放的第二流体(水)的液滴在饱和形态时具有的尺寸使得能够为此目的自发地沉淀进收集体积中，例如烧杯体31的底部上。

可替换地或额外地，由此凝聚并且增加体积的第二流体(水)的液滴可以被第三过滤膜3(在包括时)有效地阻挡，该第三过滤膜3可以由被过滤的、与第一流体分离的第一流体(燃料或机油)穿过，该第一流体可以随后被引向出口管道34。

由疏水性第三过滤膜3阻挡的第二流体(水)的液滴通过重力作用落进由下板42限定的下收集腔，并且从此处通过排出孔34或通过合适的抽吸装置被排出。

本发明的构思易于进行多种修改和变形，所有这些都落入本发明构思的范围内。

此外，所有细节都可以用其他技术上的等效元件进行替换。

在实践中，在不脱离以下权利要求的保护范围的情况下，所使用的材料以及可能的形状和尺寸可以根据要求是任意的。

Claims (22)

1.一种过滤器结构(100)，用于从流体中分离水，所述过滤器结构(100)包括由无纺织物(20)构成的吸收性过滤膜(2)，其中，所述吸收性过滤膜(2)包括第一面(2a)和第二面(2b)，所述第一面(2a)面向在被过滤的流体的穿过方向(F)上的上游，所述第二面(2b)与所述第一面(2a)相反并且面向在被过滤的流体的穿过方向(F)上的下游，其中，所述无纺织物(20)是由承载格栅(21)和超吸收性材料(22)构成，所述超吸收性材料(22)吸水时膨胀，所述超吸收性材料(22)固定在所述承载格栅(21)上，其中超吸收性材料(22)以比相对于所述无纺织物(20)的干重量的70％的干重量更小的量而存在，并且其中所述超吸收性材料(22)是在干燥或非饱和形态和饱和形态之间操作；在干燥或非饱和形态时，所述无纺织物(20)在所述承载格栅(21)和所述超吸收性材料(22)之间具有开口孔隙；在饱和形态时，所述超吸收性材料(22)的膨胀闭合在所述承载格栅(21)和所述超吸收性材料(22)之间的所述开口孔隙；其特征在于，构成所述承载格栅(21)的纤维限定至少具有上游端部和下游端部的通路；所述上游端部在所述超吸收性材料(22)的干燥或非饱和形态时以及饱和形态时在所述穿过方向(F)上限定部分的所述第一面(2a)或者相对于其而突显，所述下游端部在所述超吸收性材料(22)的干燥或非饱和形态时以及饱和形态时在所述穿过方向(F)上限定部分的所述第二面(2b)或从中突显，使得当所述超吸收性材料(22)是在饱和形态中时，所述无纺织物(20)通过所述承载格栅(21)和所述超吸收性材料(22)之间的界面处的毛细作用而对流体具有非零的渗透性。

2.根据权利要求1所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述超吸收性材料(22)选自由聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺组成的集合。

3.根据权利要求1所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述超吸收性材料(22)是由平均直径在干燥条件下介于10μm和40μm之间的纤维构成，并且与所述承载格栅(21)相交织。

4.根据权利要求1所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述超吸收性材料(22)是由固定在所述承载格栅(21)上的颗粒构成。

5.根据上述权利要求中的任意一项所述的过滤器结构(100)，其特征在于，在饱和形态时的所述超吸收性材料(22)具有的体积是介于所述超吸收性材料(22)在干燥形态时的体积的30倍到70倍之间。

6.根据权利要求1所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述承载格栅(21)是由一定量的非吸收性材料制成，以便使得所述无纺织物的100％干燥重量完整。

7.根据权利要求1所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述承载格栅(21)是由疏水性材料制成。

8.根据权利要求6或7所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述承载格栅(21)是由选自由聚酯纤维(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸(PET)、聚丙烯(PP)或其他用硅氧烷或聚四氟硅氧烷官能化的聚合物组成的集合的材料制成。

9.根据权利要求1所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述承载格栅(21)是由亲水性材料制成。

10.根据权利要求6或9所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述承载格栅(21)是由选自由聚酰胺、脂肪族聚酰胺、纤维素、人造纤维以及醋酸盐组成的集合的材料制成。

11.根据权利要求1所述的过滤器结构(100)，其特征在于，构成所述吸收性过滤膜(2)的所述无纺织物(20)具有不低于85％的干燥孔隙率。

12.根据权利要求11所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述无纺织物(20)具有不低于95％的干燥孔隙率。

13.根据权利要求1所述的过滤器结构(100)，其特征在于，构成所述吸收性过滤膜(2)的所述无纺织物(20)在所述流体穿过方向上具有介于0.3mm和30mm之间的干燥孔隙率。

14.根据权利要求1所述的过滤器结构(100)，其特征在于，当所述超吸收性材料(22)在饱和形态时，所述吸收性过滤膜(2)具有大致聚结性特性，其中所述吸收性过滤膜(2)在所述流体穿过方向上从所述吸收性过滤膜(2)的下游侧释放水滴，从下游侧释放的水滴具有相对于在到达所述吸收性过滤膜(2)的上游侧的要被过滤的流体中所包含的水滴而言更大的尺寸。

15.根据权利要求1所述的过滤器结构(100)，其特征在于，包括在所述流体的穿过方向上位于所述吸收性过滤膜(2)的上游的第一过滤膜(1)。

16.根据权利要求15所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述吸收性过滤膜(2)以这种方式确定尺寸，使得当所述超吸收性材料(22)在饱和形态时，在被过滤的流体上所产生的压降小于在相同的被过滤的流体上由所述第一过滤膜(1)所产生的压降。

17.根据权利要求16所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述第一过滤膜(1)和所述吸收性过滤膜(2)均具有大致环形形状，所述环形形状具有纵轴(A)以及相应的横截面，所述横截面具有彼此不同的形状。

18.根据权利要求17所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述第一过滤膜(1)具有星形横截面，而所述吸收性过滤膜(2)具有圆形横截面。

19.根据权利要求15所述的过滤器结构(100)，其特征在于，所述第一过滤膜(1)为深度过滤膜。

20.根据上述权利要求1所述的过滤器结构(100)，其特征在于，包括在被过滤的流体的穿过方向上位于所述吸收性过滤膜(2)的下游的疏水性过滤膜(3)。

21.一种过滤滤芯(40)，用于过滤包含水的流体，包括固定在根据上述任意一项权利要求所述的过滤器结构(100)上的支撑板(41、42)，其中，所述过滤器结构(100)的所述吸收性过滤膜(2)具有大致环形形状并且所述支撑板(41、42)固定在所述吸收性过滤膜(2)的端部中的一个端部上。

22.一种过滤器组(10)，包括壳体(30)和根据权利要求21所述的过滤滤芯(40)，所述壳体(30)设置有用于要被过滤的流体的进口(33)、用于过滤后的流体的第一出口(34)和用于将水从被过滤的流体中分离的第二输出端(35)，其中，所述吸收性过滤膜(2)能够将所述壳体(30)的内部体积分为两个环境，其第一环境与所述进口(33)和第二环境连通。

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