CN113164845B - 用于水/柴油分离过滤器的高性能织物 - Google Patents

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Abstract

一种用于将水从水/柴油乳液分离的过滤器的织物，所述织物具有长方形网眼(11)，其边(12、13)由相应的线(26、27)形成。与用于水/柴油过滤器的现有技术的织物相比，本发明的织物提供了具有较高分离效率的优点，因此允许在过滤器下游分离具有较低残留水含量的柴油。

Description

用于水/柴油分离过滤器的高性能织物
发明背景
本发明涉及一种高性能织物，该织物可用于柴油燃料过滤器中以执行从水/柴油乳液(emulsion)中分离水的功能。
众所周知，柴油，例如用于机动交通工具的柴油，在乳液中具有水含量，这对喷射系统的使用寿命和发动机效率有害。因此，有必要将含水部分与进入喷射系统的柴油分离。
为了所述目的，已知使用包括正方形网眼织物的过滤器，选择该正方形网眼织物的尺寸以阻挡水滴。过滤器通常由具有不同功能的两种或三种过滤介质形成；本发明的织物主题占据最后的过滤阶段。第一过滤介质通常是无纺布或纸，其执行过滤固体颗粒的功能。第二过滤介质也由类似的材料组成，该材料以某种方式经过适当的表面处理或使用特定的材料生产，从而获得分散在柴油中的水滴的聚结效果，以便简化随后对所述水滴的阻挡。在这两种情况下，通常使用廉价的材料，其利用纤维材料的无规分布和孔的无规分布来生产。在聚结阶段之后，由于重量差异，较大的水滴将沉淀到过滤器的底部上，然后在该处将其排出，而较小的水滴将继续其流动。为了防止这些水滴与交通工具的液压-机械回路的精密部件接触，它们通过本发明的织物对象被阻挡，该织物对象代表第三过滤阶段。在这种情况下，与前两个阶段不同，优先使用精密过滤介质，该精密过滤介质在空间和时间上的孔(网眼)尺寸均匀，以便合理地确定将阻挡尺寸大于网眼开口的特征尺寸(均彼此相同)的所有水滴。因此，由合适的聚合物制成的合成精密织物经过适当处理并具有正方形网眼，代表了此类应用的理想介质。
从柴油燃料中分离水的问题变得越来越重要，其原因有两个：
1.在生物柴油中使用稳定乳液的物质。
2.使用泵，以实现越来越高的发动机性能，其将水滴打碎，减小水滴尺寸，并因此使其更难阻挡。
为了提高过滤器的分离效率(该分离效率定义为被织物停止的水相对于到达过滤器的水/柴油乳液中存在的水的总量的百分比)，减小所用织物的正方形网眼的边的长度是已知的，从而获得具有越来越小的网眼的织物。显然，必须根据进入织物过滤介质的水滴的尺寸对上述操作进行校准。
有两种减小网眼尺寸的可能方法。第一种是插入数量不断增加的织物线，保持相同的直径。第二种方法是使用相同数量的线，但线直径较大。显然，在两种情况下，空/满比率都会降低。因此，为了在保持空/满比恒定的同时获得较小的网眼尺寸，显然会认为唯一的解决方案是使用数量不断增加的线，同时使线直径越来越小。但是，这种看似理想的第三种方法有两个局限性：
-线加工阶段的技术限制，因为在一定直径以下无法挤出单丝或编织单丝；
-在编织阶段的技术限制，因为不可能将线/cm的数量增加到超过特定阈值：通过使用较小的线直径，不可能获得特别小的网眼尺寸。因此，不可避免的是，超出一定的阈值，要减少自由(空/满)表面。
基于以上描述，所引用的传统做法(即减小网眼尺寸)的缺点是还减小了网眼的自由表面。实际上，当现有技术的正方形网眼太小或太窄时，由于保留在过滤器或柴油机输送部分上的水滴的主体或足迹阻塞了网眼表面，因此过滤器或柴油机输送部分的上游段中流体的压力会增加。这种类型的在柴油输送区域上的压力增加能够使水滴变形，推动水滴直到其能够通过网眼，从而降低了过滤器的分离效率。
狭窄的网眼的存在还具有降低过滤后的柴油流向发动机的流速的缺点，从而降低了其效率。
因此，在某些情况下，自由表面的平行减小可能会使减小网眼尺寸的好处无效。
发明概述
本发明的主要目的是提供一种用于水/柴油分离过滤器的高性能织物，与已知的织物不同，该织物具有更好的水/柴油分离效率。
本发明的另一个目的是提供一种上述类型的织物，该织物虽然具有高的分离效率，但是不妨碍柴油通过该织物的期望的通过，因此避免了过分降低燃料流速或显著增加压降。
这些和其他目的是通过权利要求1的主题实现的。在其余的权利要求中公开了本发明的优选实施方案。
与用于水/柴油过滤器的现有技术的织物相比，根据本发明的织物提供了具有较高分离效率的优点，因此允许在过滤器下游分离具有较低残留水含量的柴油。
根据本发明的织物的另一个优点是，尽管具有高分离效率，但是它不会过度地降低柴油流速，因此不会损害发动机效率。
附图简述
根据本发明，在以非限制性示例的方式在附图中示出的织物的一些优选实施方案的以下描述中，说明了这些和其他目的、优点和特性。
其中：
-图1示出了设置有根据本发明的织物的现代水/柴油分离过滤器的横截面；
-图2是图1中的过滤器的操作图；
-图3、图4a和图4b示出了现有技术织物的正方形网眼；
-图5示出了当被水滴阻塞时的图3的网眼；
-图6、图7a和图7b示出了根据本发明的织物的长方形网眼；
-图8示出了当其被水滴阻塞时的图6的网眼；
-图9示意性地示出了用于确定水/柴油织物的分离效率的测试台；
-图10和图11是示出用图9的测试台进行的测试的结果的图。
-图12是分别示出了现有技术的织物和根据本发明的织物的乳液的比流量和压力之间的关系的图。
优选实施方案的公开内容
在图1所示的示例中，示出了用于水/柴油分离的过滤器1，其设置有主体，在主体内容纳有过滤织物2。
在过滤器的操作中，如图2所示，柴油流(箭头F1)沿织物2的方向输送，以便获得下游的柴油流F2，上游流F1中存在的水滴3已从该柴油流F2过滤掉。
在图3以及图4a和图4b所示的现有技术中，织物2的网眼4是正方形的，并且由形成正方形网眼4的相应边6的线5组成。
如图4a和图4b所示，所述现有技术的网眼4的自由表面被计算为较小正方形7的表面和较大正方形8的表面之间的百分比比率，该较小正方形7的表面包括在形成网眼4的边6的线5的轮廓或内边缘之间，较大正方形8的表面测量到直到所述线5的粗度的中心线为止。
当现有技术的网眼4从待过滤的柴油流F1中接收到具有与所述正方形网眼的边6的长度相当的直径的水滴3时，该正方形网眼的边6的开口被阻塞，仅留下网眼4的较小正方形7的表面的小部分10使柴油流自由通过(图5)。
作为所述现象的结果，在织物2的上游部分(图2的箭头F1)中会发生流体压力的增加，该流体压力的增加能够使水滴3变形，从而允许水滴穿过网眼4。以这种方式，与过滤器的设计值相比，降低了织物分离效率，该织物分离效率被计算为被织物阻挡的水相对于输送到过滤器的柴油中存在的水的总量的百分比。
另外，所描述的对现有技术正方形网眼4的阻塞增加了过滤织物上的压力损失，因此增加了维持流向发动机的相同的柴油流速所需的能量。
为了克服这些缺点，根据本发明的织物25具有长方形网眼11，其具有较长的边12和较短的边13(图6)。网眼11的自由表面被计算为较小长方形14的表面和较大长方形15的表面之间的百分比比率，较小长方形14的表面是在面对网眼11的内部并形成其相应边12、13的线26、27的轮廓或边缘之间测得的，较大长方形15的表面被测量为直到所引用的线26、27的粗度的中心线为止。根据本发明的织物的长方形网眼的边使得较短边和较长边之间的比率包括在0.38和1之间。
优选地，通过编织由直径为10-90μm的合成单丝或复丝组成的线26、27获得本发明的织物，其中织物网眼的较短边的长度从5μm-150μm变化。
根据本发明，所述线26、27由属于聚酯、聚酰胺、聚芳醚酮、聚对苯硫醚(polyparaphenylene sulfide)、聚丙烯、全氟碳化合物、聚氨酯或聚氯乙烯的族的合成技术聚合物(synthetic technopolymer)制成。可选地，所述线包括属于纤维素或粘胶纤维的族的人造聚合物。本发明的织物也可以由金属纱线制成。
当根据本发明的织物25的网眼11从待过滤的柴油流F1中接收水滴3时(该水滴3的直径与所述长方形网眼11的较短边13的长度相当)，所述长方形网眼11的开口并不像现有技术的正方形网眼4的情况那样被完全阻塞，而是当柴油流通过时，所述网眼11的自由表面的大部分16未被阻塞(图8)。
以这种方式实现了双重目的，即，将水滴3保留在网眼11上，同时允许柴油流通过其自由部分16。这避免了水/柴油乳液的输送F1上的压力增加，当使用现有技术的织物2时，压力增加能够将水滴3推动超过正方形网眼4。
为了提供更大的分离效率，本发明的织物可以按原样使用或实施为具有碳氟化合物或硅树脂的拒水和/或拒水/油处理。
形成本发明织物的线26、27的直径在经向方向和纬向方向中的一者或两者上在10μm至90μm变化。此外，本发明的织物可以用要求每厘米的线数从23至350变化的织物构造来生产。
可以通过不同的纺织品结构并在纬向和经向中使用不同类型或不同直径的线来生产织物。本发明的织物主题的网眼开口可以具有5μm至15μm范围内的短边。
由于本发明，还可以生产具有甚至比现有技术的织物2的正方形网眼4的边6更短的边13更短的长方形网眼11，从而进一步提高了根据本发明的织物25的分离效率。长方形网眼的最小尺寸显然必须使得不允许任何变形的水滴通过。类似地，长方形的较长边的尺寸不能是无限的，因为很明显，一旦水滴变形，它将倾向于穿过长方形网眼的长边。因此，在上文引用的范围内限定了长方形11的较短边13的尺寸和较长边12的尺寸之间的0.38–1的比率，其取决于过滤器的工作参数。
从本说明书中可以看出，通过将长方形网眼的较长边和较短边的比率调整在所引用的范围内，可以获得：
-通过固定长方形的较短边的尺寸等于正方形的边的尺寸，与正方形网眼相比，获得更大的自由表面；例如，将线直径固定为24μm，对于边为18μm的正方形，获得的自由表面为18％，而边为18×20μm的长方形，自由表面为20％。
-在具有相同自由表面的情况下，长方形的较短边的尺寸与正方形的边的尺寸相比更小；例如，将线直径固定为24μm，具有18％自由表面的正方形的边为18μm，而具有18％自由表面的长方形的边为16×20μm；
-甚至在具有更大的自由表面的情况下，长方形的较短边的尺寸与正方形的边的尺寸相比更小；例如，将线直径固定为24μm，则具有18％自由表面的正方形的边为18μm，而具有19％的自由表面的长方形的边为16×22μm。
根据以上所述，分离效率与网眼尺寸成反比，而与自由表面成正比。因此，通过调整长方形网眼，使较长边和较短边之间的比率包括在0.38和1之间，可以优化过滤器分离效率。例如，如果以3.33l/h/cm2的比流速和20μm的水滴尺寸进行测试，边为23×25μm(因此比率为0.92)的长方形网眼的分离效率为35％。另一方面，如果以3.33l/h/cm2的比流速和20μm的水滴尺寸进行测试，则边为15×21μm(因此比率为0.7)的长方形网眼的分离效率为48％。
图9示出了用于测量现有技术的织物2和根据本发明的织物25的分离效率的测试台的图，该分离效率被计算为由过滤织物停止的水量与存在于向织物输送的水/柴油乳液中的水的总量之间的百分比比率。
该测试是根据ISO16332标准进行的，需要使水3和柴油9的乳液17通过过滤织物2、25。在织物上游的阶段19中分离出的水18被收集在合适的测量装置20中。
图10中给出的曲线图示出了在具有正方形网眼的现有技术织物2上和在具有长方形网眼的根据本发明的织物25上执行的测试结果。
特别是：
-现有技术的织物2由尺寸为18×18μm且网眼的自由表面为18％的正方形网眼形成；
-根据本发明的织物25由尺寸为15×20μm且网眼的自由表面为22％的长方形网眼形成。
该测试是在水/柴油乳液的特定流速为30l/h的情况下，对表面面积为9cm2(比流速为3.33l/h/cm2)的过滤织物样品进行的，其中水滴的尺寸分布的变化降低。
附图标记21示出了通过现有技术的正方形网眼织物2获得的分离效率值，而附图标记22示出了根据本发明的长方形网眼织物25的分离效率值。
进行的测试表明：
-对于20μm的水滴直径的水滴分布，现有技术织物2的分离效率为45％，而根据本发明的织物25的分离效率为51％；
-对于30μm的水滴直径的水滴分布，现有技术织物2的分离效率为59％，而根据本发明的织物25的分离效率为66％；
-对于45μm的水滴直径的水滴分布，现有技术织物2的分离效率为78％，而根据本发明的织物25的分离效率为82％。
图11中的图示出了在现有技术的正方形网眼织物和根据本发明的长方形网眼织物上进行的测试结果，该正方形网眼织物和长方形网眼织物已经参照图10中的测试进行了描述。这次该测试在以下情况下进行：保持水滴的尺寸分布恒定在30μm，并且反而改变水/柴油乳液的比流速。附图标记23示出了正方形网眼织物2的分离效率曲线，而附图标记24示出了使用根据本发明的长方形网眼织物25获得的分离效率曲线。
测试表明：
-对于1.7l/h/cm 2的比流速，现有技术织物2的分离效率为68％，而根据本发明的织物25的分离效率为74％；
-对于6.7l/h/cm2的比流速，现有技术织物2的分离效率为50％，而根据本发明的织物25的分离效率为57％。
在进入过滤器的水/柴油乳液的比流速相同的情况下，根据本发明的织物上的压降小于现有技术织物上的压降。特别是：
-对于0.07l/min cm2的比流量，根据本发明的织物提供1.70kPa的压降，而现有技术的织物提供1.98kPa的压降；
-对于0.21l/min cm2的比流量，根据本发明的织物提供了3.92kPa的压降，而现有技术的织物提供了4.89kPa的压降。
图12示出了所引用的比流量/压力曲线的趋势，分别对于根据本发明的长方形网眼织物的(I)和对于现有技术的正方形网眼织物的(PA)。
本申请还提供了以下方面：
1)一种用于将水从水/柴油乳液分离的过滤器的织物，其中，所述织物具有长方形网眼，所述长方形网眼的边由相应的线形成，其中所述网眼的长方形开口的较短边和较长边之间的尺寸比率在0.38至1的范围内。
2)根据1)所述的织物，其中，所述网眼的所述较短边的范围为5μm至150μm。
3)根据1)所述的织物，其中，所述线是直径为10-90μm的合成单丝或复丝。
4)根据1)所述的织物，其中，所述织物具有范围为23至350的每厘米的线数。
5)根据1)所述的织物，其中，所述线的制造材料是属于聚酯、聚酰胺、聚芳醚酮、聚对苯硫醚、聚丙烯、全氟碳化合物、聚氨酯或聚氯乙烯的族的合成技术聚合物。
6)根据1)所述的织物，其中，所述线由属于纤维素或粘胶纤维的族的人造聚合物制成或包括金属纱线。
7)根据1)所述的织物，其中，所述线具有拒水或拒水/油涂层。
8)根据1)所述的织物，其中，所述网眼的尺寸在纬向方向和经向方向中的一者或二者上变化，其中，不同性质或不同尺寸的线被组合地提供或以相同的方向提供或以两个不同的纬向方向和经向方向提供。
9)一种根据前述中的一项或更多项所述的织物的用途，其中，所述长方形网眼阻挡水滴，同时允许柴油流通过所述长方形网眼的未被所述水滴阻塞的部分。
10)一种根据前述中的一项或更多项所述的织物的用途，用于汽车柴油燃料过滤系统。

Claims (8)

1.一种用于在汽车柴油燃料过滤系统中将水从水/柴油乳液分离的过滤器的织物的用途，所述织物具有长方形网眼(11)，所述长方形网眼(11)的边(12、13)由相应的线(26、27)形成，其中所述长方形网眼(11)阻挡水滴(3)，同时允许柴油流通过所述长方形网眼(11)的未被所述水滴(3)阻塞的部分(16)，并且其中，所述长方形网眼(11)具有在较短边和较长边之间的在0.38至1的范围内的尺寸比率，其中当所述长方形网眼(11)从待过滤的所述柴油流接收具有与所述长方形网眼(11)的所述较短边的长度相当的直径的水滴(3)时，所述水滴(3)被保留在所述长方形网眼(11)上，同时所述长方形网眼的部分(16)被形成为允许所述柴油流从中通过，其中所述长方形网眼的所述较短边的范围为5μm至150μm。
2.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述线(26、27)是直径为10-90μm的合成单丝或复丝。
3.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述织物具有范围为23至350的每厘米的线数。
4.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述线(26、27)的制造材料是属于聚酯、聚酰胺、聚芳醚酮、聚对苯硫醚、聚丙烯、全氟碳化合物、聚氨酯或聚氯乙烯的族的合成技术聚合物。
5.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述线(26、27)由属于纤维素或粘胶纤维的族的人造聚合物制成或包括金属纱线。
6.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述线(26、27)具有拒水涂层。
7.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述长方形网眼(11)的尺寸在纬向方向和经向方向中的一者或二者上变化，其中，不同性质的线(26、27)被组合地提供或以相同的方向提供或以两个不同的纬向方向和经向方向提供。
8.根据权利要求1所述的用途，其特征在于，所述长方形网眼(11)的尺寸在纬向方向和经向方向中的一者或二者上变化，其中，不同尺寸的线(26、27)被组合地提供或以相同的方向提供或以两个不同的纬向方向和经向方向提供。
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