DE102014015942A1 - Coalescing element and filter element with a coalescing element - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Koaleszenzelement (30) einer Abscheidevorrichtung einer dispersen Phase aus einer kontinuierlichen Phase eines Fluids, insbesondere von Wasser aus Kraftstoff in einem Kraftstofffilter, das wenigstens ein Koaleszenzmedium (32) umfasst, welches zur Koaleszenz der in dem Fluid enthaltenen dispersen Phase vorgesehen ist, wobei ein Fluidpfad (40) für das Fluid zwischen einer Eintrittsseite (53) und einer Austrittsseite (51) durch das Koaleszenzmedium (32) angeordnet ist. Weiter umfasst das Koaleszenzelement (30) wenigstens ein hydrodynamisches Fokussierungselement (34), welches zur Strömungsoptimierung der Fluidströmung vorgesehen ist und in Strömungsrichtung (41) vor dem Koaleszenzmedium (32) angeordnet ist. Dabei weist das Fokussierungselement (34) für die Fluidströmung erste Bereiche (36) und zweite Bereiche (38) auf, die voneinander verschiedene Durchlässigkeiten für die Fluidströmung aufweisen, wobei die Durchlässigkeit der zweiten Bereiche (38) höchstens halb so groß ist wie die der ersten Bereiche (36). Die Erfindung betrifft ferner ein Filterelement (10) mit einem solchen Koaleszenzelement (30), ein Filtersystem (100) mit einem solchen Filterelement (10) sowie die Verwendung des Filterelements zum Filtern von Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff.The invention relates to a coalescing element (30) of a disperse phase separation device comprising a continuous phase of a fluid, in particular water from fuel in a fuel filter, comprising at least one coalescing medium (32) provided for coalescing the disperse phase contained in the fluid in that a fluid path (40) for the fluid is arranged between an inlet side (53) and an outlet side (51) through the coalescence medium (32). Furthermore, the coalescing element (30) comprises at least one hydrodynamic focusing element (34), which is provided for the flow optimization of the fluid flow and is arranged in the flow direction (41) in front of the coalescing medium (32). In this case, the fluid flow focusing element (34) has first regions (36) and second regions (38) which have different fluid flow permeabilities, the permeability of the second regions (38) being at most half that of the first Areas (36). The invention further relates to a filter element (10) with such a coalescing element (30), a filter system (100) with such a filter element (10) and the use of the filter element for filtering fuel, in particular diesel fuel.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Koaleszenzelement, sowie ein Filterelement mit einem Koaleszenzelement zur Abscheidung einer dispersen Phase aus einer kontinuierlichen Phase eines Fluids sowie ein Filtersystem mit einem Filterelement, insbesondere zur Abscheidung von Wasser aus Kraftstoff in einem Kraftstofffilter eines Kraftfahrzeugs.The invention relates to a coalescence element and to a filter element having a coalescing element for separating a disperse phase from a continuous phase of a fluid and to a filter system having a filter element, in particular for separating water from fuel in a fuel filter of a motor vehicle.
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein Koaleszenzelement zur Abscheidung einer dispersen Phase aus einer kontinuierlichen Phase eines Fluids so auszubilden, dass das Koaleszenzelement kompakt und einfach aufgebaut ist und dabei die Abscheidung der dispersen Phase aus der kontinuierlichen Phase des Fluids weiter verbessert wird.An object of the invention is to form a coalescing element for depositing a disperse phase from a continuous phase of a fluid such that the coalescing element is compact and simple, thereby further improving the separation of the disperse phase from the continuous phase of the fluid.
Weitere Aufgaben der Erfindung sind es, ein Filterelement mit einem Koaleszenzelement zur Abscheidung einer dispersen Phase aus einem Fluid sowie ein Filtersystem zur Aufnahme eines solchen wechselbaren Filterelements mit einem Koaleszenzelement zu schaffen, welches kompakt und einfach aufgebaut ist und wobei die Abscheidung der dispersen Phase aus der kontinuierlichen Phase des Fluids weiter verbessert wird.Other objects of the invention are to provide a filter element with a coalescing element for separating a disperse phase from a fluid and a filter system for receiving such a replaceable filter element with a coalescing element, which is compact and simple and wherein the deposition of the disperse phase of the continuous phase of the fluid is further improved.
Die vorgenannte Aufgabe wird nach einem Aspekt der Erfindung bei einem Koaleszenzelement einer Abscheidevorrichtung einer dispersen Phase aus einer kontinuierlichen Phase eines Fluids, insbesondere von Wasser aus Kraftstoff in einem Kraftstofffilter, dadurch gelöst, dass das Koaleszenzelement wenigstens ein Koaleszenzmedium, welches zur Koaleszenz der in dem Fluid enthaltenen dispersen Phase vorgesehen ist, sowie wenigstens ein hydrodynamisches Fokussierungselement umfasst, welches zur Strömungsoptimierung der Fluidströmung vorgesehen ist und in Strömungsrichtung vor dem Koaleszenzmedium angeordnet ist.The above object is achieved according to one aspect of the invention in a coalescing element of a separating device of a disperse phase from a continuous phase of a fluid, in particular water from fuel in a fuel filter, characterized in that the coalescing at least one coalescing, which coalescence in the fluid contained disperse phase is provided, and at least one hydrodynamic focusing element comprises, which is provided for the flow optimization of the fluid flow and is arranged in the flow direction in front of the coalescer.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.Favorable embodiments and advantages of the invention will become apparent from the other claims, the description and the drawings.
Es wird ein Koaleszenzelement einer Abscheidevorrichtung einer dispersen Phase aus einer kontinuierlichen Phase eines Fluids, insbesondere von Wasser aus Kraftstoff in einem Kraftstofffilter, vorgeschlagen, welches wenigstens ein Koaleszenzmedium umfasst, welches zur Koaleszenz der in dem Fluid enthaltenen dispersen Phase vorgesehen ist, wobei ein Fluidpfad für das Fluid zwischen einer Eintrittsseite und einer Austrittsseite durch das Koaleszenzmedium angeordnet ist. Weiter umfasst das Koaleszenzelement wenigstens ein hydrodynamisches Fokussierungselement, welches zur Strömungsoptimierung der Fluidströmung vorgesehen ist und in Strömungsrichtung vor dem Koaleszenzmedium angeordnet ist. Dabei weist das Fokussierungselement für die Fluidströmung erste Bereiche und zweite Bereiche auf, die voneinander verschiedene Durchlässigkeiten für die Fluidströmung aufweisen, wobei die Durchlässigkeit der zweiten Bereiche höchstens halb so groß ist wie die der ersten Bereiche. Insbesondere kann die Durchlässigkeit der zweiten Bereiche gleich null sein, wenn die zweiten Bereiche den Werkstoff wie Metall, Kunststoff umfassen, aus dem das Fokussierungselement aufgebaut ist. Dazu können die ersten Bereiche insbesondere Durchbrüche im Werkstoff wie Löcher, Schlitze oder ähnliche Gebilde umfassen. Auch kann das Fokussierungselement aus einem Gewebe aufgebaut sein, wobei in dem Fall die ersten Bereiche die offenen Durchbrüche im Gewebe sind, und die zweiten Bereiche die undurchlässige Struktur des Gewebes.A coalescing element of a disperse phase separation device comprising a continuous phase of a fluid, in particular of water from fuel in a fuel filter, is proposed which comprises at least one coalescing medium which is provided for coalescing the disperse phase contained in the fluid, wherein a fluid path for the fluid is arranged between an inlet side and an outlet side through the coalescing medium. Furthermore, the coalescing element comprises at least one hydrodynamic focusing element, which is provided for the flow optimization of the fluid flow and is arranged in the flow direction in front of the coalescence medium. In this case, the focussing element for the fluid flow has first regions and second regions which have different permeabilities to the fluid flow, the permeability of the second regions being at most half as great as that of the first regions. In particular, the permeability of the second regions may be zero when the second regions comprise the material, such as metal, plastic, of which the focusing element is constructed. For this purpose, the first regions may in particular comprise apertures in the material, such as holes, slots or similar structures. Also, the focusing element may be constructed of a fabric, in which case the first regions are the open apertures in the fabric, and the second regions are the impermeable structure of the fabric.
Das Koaleszenzelement ist dafür ausgelegt, die Mehrheit der dispersen Phase in dem Fluid zu koaleszieren, also die Tropfengröße der dispersen Phase, die bei einem Wasser-Dieselkraftstoff-Gemisch nach
Als Koaleszenzmedium können übliche Medien wie beispielsweise Vliese oder Cellulosemedien zum Einsatz kommen, die in gewickelter oder plissierter Form ausgeführt sein können.The coalescing medium used may be customary media, such as nonwovens or cellulosic media, which may be in wound or pleated form.
Das erfindungsgemäße Koaleszenzelement weist Maßnahmen zur Optimierung von koaleszenzbasierten Flüssig-Flüssig-Filtern auf, die auf dem mehrstufigen Prinzip der Tropfenkoaleszens (Tropfenvergrößerung durch Zusammenfließen) und der anschließenden Tropfenabscheidung aufgrund von Dichteunterschieden beruhen. Die Hauptkoaleszenzstufe zur Vergrößerung der Tropfen besteht aus einer oder mehreren Koaleszenzmedienlagen, die in plissierter oder gewickelter Form einen Koaleszerbalg darstellen.The coalescence element according to the invention has measures for the optimization of coalescence-based liquid-liquid filters, which are based on the multistage principle of droplet coalescence (increase in droplet size due to coalescence) and the subsequent droplet deposition due to density differences. The main coalescing stage for enlarging the droplets consists of one or more coalescing media layers, which in pleated or wound form represent a coalescing bellows.
Üblicherweise werden Koaleszenzmedienlagen ohne weitere vor- oder nachgeschaltete Maßnahmen zu einer Optimierung durchströmt. Dabei beruht die Koaleszenzleistung auf Stoßprozessen von Tropfen, die durch das Koaleszenzmedium verzögert werden. In bestimmten Fällen und vor allem in Koaleszenzmedien mit hohem Porenanteil kommt es zu Ansammlungen der dispersen Phase in dem Koaleszenzmedium. In Kombination mit bestimmten Strömungsbedingungen wird dadurch der sogenannte ”Graping”-Effekt begünstigt. Als ”Graping” wird im Allgemeinen die Agglomeratbildung bezeichnet, auch die Agglomeratbildung von Tropfen-in-Tropfen, also Fluid, das von einem Mantel der dispersen Phase umhüllt ist, welche zu einer drastischen Verschlechterung der Abscheideleistung führt.Usually, coalescing media layers are flowed through without any further upstream or downstream measures for optimization. The coalescing power is based on collision processes of drops that are delayed by the coalescing medium. In certain cases, and especially in coalescing media with a high proportion of pores, accumulations of the disperse phase in the coalescing medium occur. In combination with certain flow conditions, the so-called "Graping" effect is favored. The term "graping" generally refers to agglomeration, including the agglomeration of drops-in-drops, that is to say fluid which is enveloped by a shell of the disperse phase, which leads to a drastic deterioration of the separation efficiency.
Durch das Fokussierungselement, welches das Koaleszenzelement umfasst, wird eine hydrodynamische Fokussierung erzeugt. Bei einer Ansammlung von disperser Phase im Koaleszenzmedium wird dadurch früher die Ablösebedingung für die Bildung von Tropfen der dispersen Phase aus dem Fluid erreicht, und somit der ”Graping”-Effekt und die Bildung von weiteren Tropfen-in-Tropfen-Agglomeraten verhindert oder zumindest minimiert. Ein weiterer, die Koaleszenzleistung optimierender Effekt ist die höhere Eintrittsgeschwindigkeit der dispersen Phase. Dadurch wird die Koaleszenzwahrscheinlichkeit bei Tropfenkontakten drastisch erhöht. In den zweiten Bereichen, die durch die Geometrie verdeckt sind oder zumindest eine geringere Durchlässigkeit für das zu filternde Fluid aufweisen, wird die einströmende Phase schnell verzögert. Es treten hohe Geschwindigkeitsgradienten des Fluids auf, wodurch zusätzlich Stoßprozesse der Tropfen der dispersen Phase begünstigt werden. So kann beispielsweise eine Geschwindigkeitserhöhung auf den doppelten Wert der normalen Fluidströmungsgeschwindigkeit erreicht werden.The focusing element, which comprises the coalescing element, generates a hydrodynamic focusing. In the case of an accumulation of disperse phase in the coalescence medium, the release condition for the formation of droplets of the disperse phase from the fluid is thereby achieved earlier, and thus the "graping" effect and the formation of further droplet-in-droplet agglomerates are prevented or at least minimized , Another effect that optimizes the coalescence performance is the higher entrance velocity of the disperse phase. As a result, the coalescence probability is drastically increased in the case of drop contacts. In the second regions, which are covered by the geometry or at least have a lower permeability for the fluid to be filtered, the inflowing phase is retarded rapidly. There are high velocity gradients of the fluid, which in addition favors the impact processes of the droplets of the disperse phase. For example, a speed increase to twice the normal fluid flow rate can be achieved.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Koaleszenzelements besteht im Zusammenführen der dispersen Phase durch Verringerung der Anströmfläche und dadurch auch einer verbesserten Abscheidung bei einem geringen Anteil der dispersen Phase im Fluid.An advantage of the coalescing element according to the invention is the merging of the disperse phase by reducing the inflow surface and thereby also an improved deposition with a small proportion of the disperse phase in the fluid.
Das Fokussierungselement kann in flexibler oder steifer Form ausgeführt sein und/oder porös sein. Im einfachsten Fall ist es eine Folie, deren Porosität durch Löcher gewährleistet ist. Dabei ist die Anzahl, Größe und Form der Löcher variabel. So kann beispielsweise ein Abstand der Löcher von 5–7 mm bei einem Lochdurchmesser von ca. 5 mm günstig sein. Die Stärke der Folie oder des Blechs kann beispielsweise bei 0,3 mm liegen. Der Bereich mit geringerer Durchlässigkeit kann beispielsweise zwischen 20% und 90% der Gesamtanströmfläche des Fokussierungselements betragen. Durch die freie Fläche wird eine hydrodynamische Fokussierung erreicht, die die Koaleszenzleistung in Abhängigkeit des Gesamtsystems steigert. Durch die zweiten Bereiche mit geringerer Durchlässigkeit wird eine räumliche Trennung zwischen einem Partikelfilter- und dem Koaleszenzmedium erreicht, welche ebenfalls zur Leistungsverbesserung beiträgt.The focusing element may be in flexible or rigid form and / or porous. In the simplest case, it is a film whose porosity is ensured by holes. The number, size and shape of the holes is variable. For example, a distance between the holes of 5-7 mm with a hole diameter of about 5 mm may be favorable. The thickness of the film or sheet may be, for example, 0.3 mm. For example, the region of lesser permeability may be between 20% and 90% of the total inflow area of the focussing element. The free surface achieves hydrodynamic focusing, which increases the coalescing power as a function of the overall system. The second regions with lower permeability, a spatial separation between a particle and the coalescing medium is achieved, which also contributes to performance improvement.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Fokussierungselement am Koaleszenzmedium kraftfrei anliegen. Auf diese Weise wird eine Abstützung des Koaleszenzmediums erreicht, das beispielsweise als Vlies oder schwammartig ausgebildet sein kann und so eine gewisse Formlabilität aufweist. Wird das Fokussierungselement steif ausgeführt, beispielsweise mit einer Folie oder einem Blech, kann so das Koaleszenzmedium gestützt werden, ohne dass es an einem Filterbalg oder einem Gehäuse anliegt. Das Koaleszenzmedium ist so vor Verpressung durch ein Partikelfiltermedium geschützt. Dadurch kann die Koaleszenz der abzuscheidenden dispersen Phase günstig verbessert werden.According to an advantageous embodiment, the focusing element can rest force-free on the coalescing medium. In this way, a support of the coalescing medium is achieved, which may be formed, for example, as a nonwoven or sponge-like and thus has a certain shape lability. If the focusing element is made rigid, for example with a foil or a metal sheet, then the coalescence medium can be supported without it lying against a filter bellows or a housing. The coalescing medium is protected against compression by a particle filter medium. As a result, the coalescence of the disperse phase to be deposited can be favorably improved.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Koaleszenzmedium bestimmungsgemäß in Strömungsrichtung nach einem Partikelfiltermedium angeordnet sein. Da dadurch das Fluid zuerst durch das Partikelfiltermedium fließt und erst danach durch das Koaleszenzmedium, kann das Partikelfiltermedium eventuelle Schmutzpartikel aus dem Fluid herausfiltern, so dass dadurch das Risiko, dass das Koaleszenzmedium von diesen Schmutzpartikeln zugesetzt wird, reduziert werden kann.According to an advantageous embodiment, the coalescing medium can be arranged according to the intended direction in the flow direction after a particle filter medium. Since the fluid first flows through the particle filter medium and only then through the coalescing medium, the particle filter medium can remove any dirt particles from the fluid filter out, so that thereby the risk that the coalescing medium is added by these dirt particles, can be reduced.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein räumlicher Abstand zwischen dem Koaleszenzmedium und dem Partikelfiltermedium vorgesehen sein. Da an oder in einer ersten Filterstufe bei bestimmungsgemäßem Einsatz des Koaleszenzelements in einem Filterelement, wie beispielsweise einem Partikelfiltermedium, in der Regel eine Vorkoaleszenz stattfindet, ist eine räumliche Trennung zwischen Partikelfilter- und Koaleszenzmedium günstig für die Koaleszenz in der Hauptkoaleszenzmedienlage. Durch die räumliche Trennung können sich bis zum Erreichen der durch die Strömung verursachten Ablösebedingung (aufgrund einer sogenannten Rayleigh-Plateau-Instabilität) Tropfen ausbilden. Im Vergleich dazu führt der Kontakt zwischen Partikelfilter- und Koaleszenzmedium zu einer Strukturveränderung und damit zu lokal hohen Strömungsgeschwindigkeiten und zu Umlenkungen der Strömungsrichtung, welche die Ausbildung großer Tropfen überwiegend unterbinden. Dies wird durch das erfindungsgemäße Koaleszenzelement verhindert. Durch die gezielte Beeinflussung der Strömungsbedingungen und die räumliche Trennung bei mehrstufigen Koaleszenzkonzepten durch spezielle Geometrien, wird die Leistung koaleszenzbasierter Flüssig-Flüssig-Filter somit weiter verbessert.According to an advantageous embodiment, a spatial distance between the coalescer and the particulate filter medium may be provided. Since pre-coalescence generally takes place on or in a first filter stage when the coalescing element is used as intended in a filter element, such as a particulate filter medium, a spatial separation between particle filter and coalescing medium is favorable for coalescence in the main coalescence media layer. As a result of the spatial separation, drops can form until reaching the separation condition caused by the flow (due to a so-called Rayleigh plateau instability). In comparison, the contact between the particle filter and the coalescing medium leads to a structural change and thus to locally high flow velocities and to deflections of the flow direction which predominantly prevent the formation of large droplets. This is prevented by the coalescing element according to the invention. By specifically influencing the flow conditions and the spatial separation in multistage coalescence concepts by special geometries, the performance of coalescence-based liquid-liquid filter is thus further improved.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Fokussierungselement in einem Stützrohr integriert sein. Bevorzugt kann die Geometrie des Fokussierungselements, beispielsweise in Form eines Lochblechs, in ein sogenanntes Mittelrohr als Stützrohr eines Filterelements integriert sein. Dies ist insbesondere denkbar, wenn das Stützrohr wie üblich als Kunststoff-Spritzgussteil gefertigt ist und das Fokussierungselement mit eingespritzt wird. Ein Stützrohr weist üblicherweise große Aussparungen zwischen stabilen Stützbereichen auf. Vorteilhaft kann das Fokussierungselement übliche Aussparungen des Mittelrohrs überdecken.According to an advantageous embodiment, the focusing element can be integrated in a support tube. Preferably, the geometry of the focusing element, for example in the form of a perforated plate, can be integrated in a so-called center tube as a support tube of a filter element. This is particularly conceivable if the support tube is made as usual as a plastic injection-molded part and the focusing element is injected with. A support tube usually has large recesses between stable support areas. Advantageously, the focusing element can cover usual recesses of the central tube.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Koaleszenzmedium zur Abscheidung von Tropfen der dispersen Phase bestimmungsgemäß mit einem auf seiner Austrittsseite angeordneten Endabscheider zusammenwirken, der aus einem hydrophoben Material gebildet ist. Ein hydrophobes Material weist den Vorteil auf, dass die disperse Phase besonders leicht an der Oberfläche ablaufen kann und so zurückgehalten wird. Vorteilhafterweise kann der Endabscheider als Trennmedium siebartig sein. Ein siebartiges, insbesondere gewebtes Trennmedium hat den Vorteil, dass die Tropfen der dispersen Phase an den Siebfasern gehalten werden und insbesondere nach unten abtropfen, beziehungsweise, je nach Dichteunterschied disperser und kontinuierlicher Phase, nach oben steigen können. An einem siebartigen Trennmedium kann die disperse Phase optimal zurückgehalten werden. Die Maschenöffnungen eines siebartigen Gewebes können einfach und definiert vorgegeben werden. Es kann optimal durchlässig für den Kraftstoff ausgestaltet sein. Mit einer siebartigen Struktur kann einfach der Druckverlust an dem Trennmedium minimiert werden.According to an advantageous embodiment, the coalescing medium for the purpose of separating droplets of the disperse phase can be intended to interact with a final separator arranged on its outlet side, which is formed from a hydrophobic material. A hydrophobic material has the advantage that the disperse phase is particularly easy to drain on the surface and is thus retained. Advantageously, the end separator can be screen-like as a separation medium. A sieve-like, in particular woven separation medium has the advantage that the droplets of the disperse phase are held on the screen fibers and in particular drip down, or, depending on the density difference of disperse and continuous phase, can rise to the top. On a sieve-like separation medium, the disperse phase can be optimally retained. The mesh openings of a sieve-like fabric can be defined in a simple and defined manner. It can be optimally permeable to the fuel. With a sieve-like structure, it is easy to minimize the pressure loss on the separation medium.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann zwischen dem Koaleszenzmedium und dem Endabscheider ein Sedimentationsspalt vorgesehen sein. Vorteilhafterweise kann der Endabscheider den Sedimentationsspalt auf der dem Koaleszenzmedium gegenüberliegenden Seite begrenzen. Die mit dem Koaleszenzmedium vereinigten Tropfen der dispersen Phase können im Strömungsweg des Fluids hinter dem Koaleszenzmedium in dem Sedimentationsspalt ausgefällt werden. Sie können abhängig vom spezifischen Gewicht des Fluids nach unten sinken oder nach oben steigen.According to an advantageous embodiment, a sedimentation gap can be provided between the coalescing medium and the final separator. Advantageously, the end separator can limit the sedimentation gap on the side opposite the coalescing medium. The droplets of the disperse phase combined with the coalescing medium can be precipitated in the flow path of the fluid behind the coalescence medium in the sedimentation gap. They can fall down or rise up depending on the specific weight of the fluid.
Im Koaleszenzmedium werden die Tropfen der dispersen Phase während des Durchtritts durch das Koaleszenzelement vergrößert. In dem Sedimentationsspalt zwischen dem Koaleszenzelement und dem Endabscheider werden Tropfen schwerkraftunterstützt in einem Sammelraum eines Filtersystems gesammelt, von wo die koaleszierte, ehemals disperse Phase beispielsweise über eine Schraube beim Service nach außen abgelassen werden kann.In the coalescing medium, the droplets of the disperse phase are enlarged during the passage through the coalescing element. In the sedimentation gap between the coalescing element and the final separator, droplets are collected under gravity in a collecting space of a filter system, from where the coalesced, formerly disperse phase can be drained off, for example via a screw during service.
Kleinere Tropfen, die zunächst nicht aufgrund der Schwerkraft abgetrennt wurden, werden an der hydrophoben Oberfläche des Endabscheiders am Durchtritt auf die Reinseite gehindert und werden dann ebenfalls in den Sammelraum abgeschieden.Smaller drops, which were not initially separated due to gravity, are prevented from passing through the hydrophobic surface of the end separator on the clean side and are then also deposited in the collecting space.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Fokussierungselement aus einem Blech, insbesondere aus einem Lochblech gebildet sein. Das Blech kann beispielsweise verzinkt sein, um vor Korrosion geschützt zu sein. Dabei ist die Anzahl, Größe und Form der Löcher variabel. Die Ausführung als Blech ist besonders günstig, da so ein Filterbalg und/oder das Koaleszenzmedium, welche möglicherweise formlabil ausgeführt sind, gegen den Strömungsdruck gestützt werden können. Auch sind andere Geometrien zur Ausgestaltung des hydrodynamischen Fokussierungselements denkbar, wie Gitter, Gewebe, Schlitze, welche zu einer teilweisen Abdeckung oder Verblockung der Gesamtanströmfläche führen können.According to an advantageous embodiment, the focusing element may be formed from a sheet metal, in particular from a perforated plate. The sheet may for example be galvanized to be protected from corrosion. The number, size and shape of the holes is variable. The design as a metal sheet is particularly favorable, since such a filter bellows and / or the coalescing medium, which are possibly designed to be dimensionally stable, can be supported against the flow pressure. Other geometries for the design of the hydrodynamic focusing element are conceivable, such as grid, fabric, slots, which can lead to a partial covering or blocking the Gesamtanströmfläche.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Fokussierungselement aus einer Kunststofffolie, insbesondere aus einer Polyamid(PA)-Folie oder einer Polyethylen(PE)-Folie gebildet sein. Die Polyamid-Folie kann beispielsweise lasergesintert sein. Auch eine Ausführung als laminierte und/oder gestanzte Folie kann günstig sein, da das Fokussierungselement so kostengünstig und flexibel in verschiedenen Ausprägungen sowie mit einer variierenden Verteilung von ersten und zweiten Bereichen mit unterschiedlicher Durchlässigkeit hergestellt werden kann. Auch ist dadurch eine Gewichtseinsparung des Koaleszenzelements möglich.According to an advantageous embodiment, the focusing element may be formed from a plastic film, in particular from a polyamide (PA) film or a polyethylene (PE) film. The polyamide film may, for example be laser sintered. Also, a design as a laminated and / or stamped film may be favorable, since the focusing element can be manufactured as cost-effective and flexible in various forms and with a varying distribution of first and second regions with different permeability. This also makes it possible to save weight of the coalescing element.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Fokussierungselement aus Cellulose gebildet sein. Das Cellulosemedium kann zusätzlich vorteilhaft mit einem Bindemittel getränkt sein, um eine Imprägnierwirkung zu erzielen. Auch damit ist eine kostengünstige und sehr flexible Gestaltung des Fokussierungselements möglich.According to an advantageous embodiment, the focusing element may be formed of cellulose. The cellulose medium may additionally be advantageously impregnated with a binder in order to achieve an impregnating effect. Even so, a cost-effective and very flexible design of the focusing element is possible.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die ersten Bereiche des Fokussierungselements zwischen 20% und 90%, vorzugsweise zwischen 30% und 80% einer Gesamtanströmfläche durch das Fluid umfassen. Durch eine solche Verteilung von ersten und zweiten Bereichen mit unterschiedlicher Durchlässigkeit gegenüber dem Fluid und der darin dispergierten Phase lassen sich bei der hydrodynamischen Fokussierung besonders günstige Werte von Geschwindigkeitsgradienten erzielen, so dass die Koaleszenzleistung weiter verbessert werden kann. Besonders vorteilhaft können die ersten Bereiche über die Gesamtanströmfläche verteilt sein. Insbesondere können die ersten Bereiche über die Gesamtanströmfläche homogen verteilt sein.According to an advantageous embodiment, the first regions of the focusing element may comprise between 20% and 90%, preferably between 30% and 80%, of a total inflow surface through the fluid. By such a distribution of first and second regions with different permeability to the fluid and the phase dispersed therein, particularly favorable values of velocity gradients can be achieved in the hydrodynamic focusing, so that the coalescence performance can be further improved. Particularly advantageously, the first regions can be distributed over the total inflow surface. In particular, the first regions can be distributed homogeneously over the total inflow surface.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Koaleszenzmedium als Hohlkörper, insbesondere als Hohlzylinder gestaltet sein. Auf diese Weise ist der Einsatz im Inneren eines Filterelements, welches häufig auch in hohlzylindrischer Form ausgeführt ist, sehr günstig darstellbar. Gerade im Flüssigkeitsfilterbereich sind runde Filterformen sehr verbreitet, da sie strömungstechnisch und bauraummäßig günstig eingesetzt werden können.According to an advantageous embodiment, the coalescing medium can be designed as a hollow body, in particular as a hollow cylinder. In this way, the use in the interior of a filter element, which is often carried out in a hollow cylindrical shape, can be represented very cheaply. Especially in the liquid filter area round filter shapes are very common, since they can be used in terms of flow and space moderately low.
Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Filterelement zum Filtern eines Fluids, mit einem Fluidpfad zwischen einer Rohseite und einer Reinseite, mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Koaleszenzelement wie vorstehend beschrieben.According to a further aspect, the invention relates to a filter element for filtering a fluid, having a fluid path between a raw side and a clean side, with at least one coalescence element according to the invention as described above.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Filterelement zum Filtern eines Fluids mit einem Fluidpfad zwischen einer Rohseite und einer Reinseite wenigstens einen Filterbalg, der vorzugsweise aus einem Partikelfiltermedium gebildet ist, sowie ein innerhalb des Filterbalgs angeordnetes Stützrohr umfassen. Weiter kann das Filterelement wenigstens einen in Strömungsrichtung nach dem Filterbalg angeordneten Endabscheider, welcher Durchlässe zum Durchströmen des Fluids aufweist, sowie wenigstens ein Koaleszenzelement umfassen, welches wenigstens ein Koaleszenzmedium, sowie wenigstens ein Fokussierungselement in Strömungsrichtung vor dem Koaleszenzmedium umfasst. Dabei ist das Koaleszenzelement in Strömungsrichtung zwischen dem Filterbalg und dem Endabscheider angeordnet und zur Koaleszenz der in dem Fluid enthaltenen dispersen Phase vorgesehen. Weiter kann zwischen dem Filterbalg und dem Koaleszenzelement ein räumlicher Abstand vorgesehen sein, und zwischen dem Koaleszenzelement und dem Endabscheider ein Sedimentationsspalt vorgesehen sein.According to an advantageous embodiment, for filtering a fluid having a fluid path between a raw side and a clean side, the filter element may comprise at least one filter bellows, which is preferably formed from a particulate filter medium, and a support tube arranged inside the filter bellows. Furthermore, the filter element may comprise at least one end separator arranged in the flow direction downstream of the filter bellows, which has passages for flowing through the fluid, and at least one coalescing element which comprises at least one coalescing medium and at least one focusing element in the flow direction in front of the coalescing medium. In this case, the coalescence element is arranged in the flow direction between the filter bellows and the final separator and provided for coalescence of the disperse phase contained in the fluid. Furthermore, a spatial distance can be provided between the filter bellows and the coalescing element, and a sedimentation gap can be provided between the coalescing element and the final separator.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Fokussierungselement an dem Filterbalg anliegen, insbesondere kraftfrei anliegen. Auf diese Weise kann das Fokussierungselement den Filterbalg gegen den Strömungsdruck des zu filternden Fluids abstützen und verhindern, dass der Filterbalg an dem Koaleszenzmedium anliegt. Durch den freien Raum zwischen Filterbalg und Koaleszenzmedium wird die Koaleszenzleistung weiter verbessert.According to an advantageous embodiment, the focusing element may rest against the filter bellows, in particular bear force-free. In this way, the focusing element can support the filter bellows against the flow pressure of the fluid to be filtered and prevent the filter bellows from contacting the coalescing medium. The free space between the filter bellows and the coalescence medium further improves the coalescence performance.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Fokussierungselement in dem Stützrohr integriert sein; bevorzugt kann die Geometrie des Fokussierungselements, beispielsweise in Form eines Lochblechs, in ein sogenanntes Mittelrohr als Stützrohr integriert sein. Dies ist insbesondere denkbar, wenn das Stützrohr wie üblich als Kunststoff-Spritzgussteil gefertigt ist.According to an advantageous embodiment, the focusing element may be integrated in the support tube; Preferably, the geometry of the focusing element, for example in the form of a perforated plate, be integrated into a so-called center tube as a support tube. This is particularly conceivable when the support tube is made as usual as a plastic injection molded part.
Weiter vorteilhaft ist eine mögliche Trennung von Partikelabscheidung und Koaleszenzleistung. Ein Berühren der der Partikelfilter- und Koaleszenzmedien hat oft negativen Einfluss auf die Koaleszenzleistung, beispielsweise durch die einfache Berührung. Vorteilhaft wirkt sich auch aus, dass ein Drücken, besonders nach Beladung, des Partikelfiltermediums auf das Koaleszenzmedium verhindert wird. Außerdem kann das Koaleszenzmedium zur Entfaltung kommen, da es in seiner Ausdehnung nicht unterdrückt wird.Further advantageous is a possible separation of particle separation and coalescence. Touching the particulate filter and coalescing media often has a negative impact on coalescing performance, for example, by simple contact. It is also advantageous that a pressure, especially after loading, of the particle filter medium on the coalescing medium is prevented. In addition, the coalescence medium can develop because it is not suppressed in its extent.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Filterbalg und/oder das Koaleszenzelement hohlzylinderförmig ausgeführt sein, wobei der Fluidpfad radial durch den Filterbalg und das Koaleszenzelement führt, insbesondere von einem Außenbereich in einen Innenbereich der hohlzylindrischen Form führt. Eine solche Hohlzylinderform ist günstig, um das Filterelement in einem Rundfiltersystem einzusetzen, wie sie im Kraftfahrzeugbereich, gerade bei Nutzfahrzeugen, häufig eingesetzt werden. Vorteilhaft kann der erste Fluidpfad radial von einem Außenbereich in einen Innenbereich in das Filterelement führen. Diese Anordnung lässt einen Zufluss beispielsweise von Kraftstoff von außen über den Umfang des Filterelements durch das beispielsweise sterngefaltete Filtermedium des Filterkörpers zu. Der Kraftstoff kann dann das Filterelement nach innen durchströmen und über den Innenbereich des Filterelements in die Kraftstoffzuführung einer Brennkraftmaschine abgeführt werden.According to an advantageous embodiment, the filter bellows and / or the coalescing element can be hollow-cylindrical, with the fluid path leading radially through the filter bellows and the coalescing element, in particular leading from an outside area into an interior area of the hollow cylindrical shape. Such a hollow cylindrical shape is favorable to use the filter element in a round filter system, as they are often used in the automotive sector, especially in commercial vehicles. Advantageously, the first fluid path can lead radially from an outer region into an inner region into the filter element. This arrangement allows an inflow, for example, of fuel from the outside over the circumference of the filter element by the example star-folded filter medium of the filter body. The fuel can then the filter element after flow through the inside and be discharged via the inner region of the filter element in the fuel supply of an internal combustion engine.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können der Filterbalg, das Koaleszenzelement, und der Endabscheider innerhalb des Filterelements koaxial angeordnet sein, und das Koaleszenzmedium und das Fokussierungselement innerhalb des Koaleszenzelements koaxial angeordnet sein. Diese koaxiale Anordnung ist bei einer Ausführung des Filterelements als Hohlzylinder bauraumtechnisch günstig.According to an advantageous embodiment of the filter bellows, the coalescer, and the Endabscheider can be arranged coaxially within the filter element, and the Koaleszenzmedium and the focusing element within the Koaleszenzelements be arranged coaxially. This coaxial arrangement is favorable in terms of space in an embodiment of the filter element as a hollow cylinder.
Die Erfindung betrifft nach einem weiteren Aspekt ein Filtersystem mit einem in einem Filtergehäuse austauschbar angeordneten Filterelement zum Filtern eines Fluids, wobei das Filterelement wenigstens einen hohlzylinderförmigen Filterbalg aufweist. Dabei ist innerhalb des Filterbalgs wenigstens ein Endabscheider angeordnet. Weiter ist ein Koaleszenzelement in Strömungsrichtung zwischen dem Filterbalg und dem Endabscheider angeordnet. Dabei umfasst das Koaleszenzelement wenigstens ein Koaleszenzmedium, sowie wenigstens ein Fokussierungselement in Strömungsrichtung vor dem Koaleszenzmedium, wobei das Koaleszenzelement in Strömungsrichtung zwischen dem Filterbalg und dem Endabscheider angeordnet ist.According to a further aspect, the invention relates to a filter system having a filter element which is exchangeably arranged in a filter housing for filtering a fluid, wherein the filter element has at least one hollow-cylindrical filter bellows. At least one end separator is arranged inside the filter bellows. Further, a coalescing element is arranged in the flow direction between the filter bellows and the end separator. In this case, the coalescing element comprises at least one coalescing medium, as well as at least one focusing element in the flow direction in front of the coalescence medium, the coalescing element being arranged in the flow direction between the filter bellows and the final separator.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Filtersystem zum Filtern eines Fluids mit einem in einem Filtergehäuse austauschbar angeordneten Filterelement ausgestattet sein, wobei das Filterelement auf seiner Reinseite ein Koaleszenzelement zur Koaleszenz einer in dem Fluid enthaltenen dispersen Phase vorsieht.According to an advantageous embodiment, the filter system for filtering a fluid can be equipped with a filter element arranged exchangeably in a filter housing, the filter element providing on its clean side a coalescing element for coalescing a disperse phase contained in the fluid.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Filtersystem mit einem Filterelement ausgestattet sein, wobei das Filterelement einen hohlzylinderförmigen Filterbalg mit einem innerhalb des Filterbalgs angeordneten Endabscheider aufweist. Dabei kann ein Koaleszenzelement in Strömungsrichtung zwischen dem Filterbalg und dem Endabscheider angeordnet sein, und das Koaleszenzelement wenigstens ein Koaleszenzmedium, sowie wenigstens ein Fokussierungselement in Strömungsrichtung vor dem Koaleszenzmedium umfassen, wobei das Koaleszenzelement in Strömungsrichtung zwischen dem Filterbalg und dem Endabscheider angeordnet sein kann.According to an advantageous embodiment, the filter system may be equipped with a filter element, wherein the filter element has a hollow cylindrical filter bellows with an arranged inside the filter bellows end. In this case, a coalescing element can be arranged in the flow direction between the filter bellows and the end separator, and the coalescing element can comprise at least one coalescing medium and at least one focusing element in the flow direction in front of the coalescing medium, wherein the coalescing element can be arranged in the flow direction between the filter bellows and the final separator.
Vorteilhaft ist eine Verwendung des Filtersystems, zum Filtern von Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, insbesondere einer Brennkraftmaschine, und insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Alternativ ist der Einsatz einer solchen Konfiguration für andere flüssige Fluide, die gefiltert werden müssen und eine disperse Phase enthalten, denkbar. Natürlich werden auch solche Filtersysteme für andere flüssige Fluide üblicherweise Koaleszenzelemente vorsehen, so dass der Einsatz des vorgeschlagenen Koaleszenzelements auch beim Filtern anderer Fluide denkbar ist.It is advantageous to use the filter system for filtering fuel, in particular diesel fuel, in particular an internal combustion engine, and in particular a motor vehicle. Alternatively, the use of such a configuration for other liquid fluids that need to be filtered and contain a dispersed phase is conceivable. Of course, such filter systems for other liquid fluids usually coalescing provide, so that the use of the proposed coalescing element is also conceivable when filtering other fluids.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages emerge from the following description of the drawing. In the drawings, embodiments of the invention are shown. The drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. The person skilled in the art will expediently also consider the features individually and combine them into meaningful further combinations.
Es zeigen beispielhaft:They show by way of example:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.In the figures, the same or similar components are numbered with the same reference numerals. The figures are merely examples and are not intended to be limiting.
Die Erfindung ist anhand eines Kraftstofffilters zum Filtern von Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, dargestellt, kann jedoch auch für andere Filtersysteme mit entsprechender Anpassung der Konstruktion vorgesehen sein. The invention is illustrated with reference to a fuel filter for filtering fuel, in particular diesel fuel, but may also be provided for other filter systems with appropriate adaptation of the construction.
Das Fokussierungselement
Bei dem Filterelement
Alternativ zu dem in
Das Koaleszenzmedium
Das Fokussierungselement
Das Filterelement
In
In
Das Filtersystem
Das Filtersystem umfasst ein Filterelement
Die disperse Phase in dem Fluid wird größtenteils durch den Filterbalg
Kleinere Tropfen, die erst mal nicht aufgrund der Schwerkraft abgetrennt wurden, werden an der hydrophoben Oberfläche des Endabscheiders
Das Filtersystem
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |