DE102015004090A1

DE102015004090A1 - Abscheidevorrichtung zur Abscheidung wenigstens eines Störmediums aus wenigstens einem Betriebsfluid, Filter für Betriebsfluid und Filterelement eines Filters

Info

Publication number: DE102015004090A1
Application number: DE102015004090.1A
Authority: DE
Inventors: Sascha Bauer; Pius Trautmann; Martin Weindorf; Jörg Menssen; Pamela Gohl; Oliver Glück; Ulrich Abel; Andre Holzwarth; Martin Veit
Original assignee: Mann and Hummel GmbH
Current assignee: Mann and Hummel GmbH
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-07-14

Abstract

Es werden eine Abscheidevorrichtung (32) zur Abscheidung wenigstens eines Störmediums, insbesondere Wasser, aus wenigstens einem Betriebsfluid, insbesondere eines Fluidkreislaufs (10), insbesondere Kraftstoff, Öl oder Hydraulikmedium, insbesondere eines Filters (28) für ein Betriebsfluid, insbesondere einer Brennkraftmaschine (12), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ein Filter und ein Filterelement eines Filters beschrieben. Die Abscheidevorrichtung (32) umfasst wenigstens ein Sorptionsmittel (76) zum Sorbieren des wenigstens einen Störmediums. Das wenigstens eine Sorptionsmittel (76) ist an oder in einem Strömungsweg (22) des wenigstens einen Betriebsfluids so angeordnet, dass es beim Betrieb der Abscheidevorrichtung (32) von dem wenigstens einen Betriebsfluid anströmbar, umströmbar und/oder durchströmbar ist. Eine Sorptions-/Desorptionsfähigkeit wenigstens eines Sorptionsmittels (76) für das wenigstens eine Störmedium in Verbindung mit dem wenigstens einen Betriebsfluid ist abhängig von wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere einer Temperatur und/oder einem Aggregatzustand, des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums veränderbar. Der wenigstens eine Betriebszustand kann sich innerhalb von Betriebsbedingungen der Abscheidevorrichtung (32) verändern, die bei einem Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids üblich sind.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Abscheidevorrichtung zur Abscheidung wenigstens eines Störmediums, insbesondere Wasser, aus wenigstens einem Betriebsfluid, insbesondere Kraftstoff, Öl oder Hydraulikmedium, insbesondere eines Filters für ein Betriebsfluid, insbesondere eines Fluidkreislaufs, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Sorptionsmittel zum Sorbieren des wenigstens einen Störmediums.
Die Erfindung betrifft ferner einen Filter für Betriebsfluid, insbesondere Kraftstoff, Öl oder Hydraulikmedium, insbesondere eines Fluidkreislaufs, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens eine Abscheidevorrichtung zur Abscheidung wenigstens eines Störmediums, insbesondere Wasser, aus dem Betriebsfluid, mit wenigstens einem Sorptionsmittel zum Sorbieren des wenigstens einen Störmediums.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Filterelement eines Filters für Betriebsfluid, insbesondere Kraftstoff, Öl oder Hydraulikmedium, insbesondere eines Fluidkreislaufs, insbesondere einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens einen Teil wenigstens einer Abscheidevorrichtung zur Abscheidung wenigstens eines Störmediums, insbesondere Wasser, aus dem Betriebsfluid, mit wenigstens einem Sorptionsmittel zum Sorbieren des wenigstens einen Störmediums.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2009 047 827 A1 ist eine Filtereinrichtung zum Filtern eines Fluides, beispielsweise zum Filtern von Öl beziehungsweise Hydraulikmedium, bekannt. Die Filtereinrichtung weist ein in einem Filtergehäuse angeordnetes Filterelement auf. In Strömungsrichtung nach dem Filterelement ist dabei ein Coalescer zum Abscheiden von in dem zu filtrierenden Fluid enthaltenen Wasser angeordnet. In dem Coalescer sammelt sich das abgeschiedene Wasser und wird aufgrund der Schwerkraft nach unten in einen Wassersammelbehälter abgeleitet. In dem Wassersammelbehälter ist Absorbermaterial angeordnet. Ein derartiges Absorbermaterial kann beispielsweise als Superabsorber und/oder als Molekularsieb und/oder als beliebiges anderes hydrophiles Material, wie beispielsweise hydrophil ausgerüstete Cellulose, ausgebildet sein, wobei insbesondere Superabsorber in der Art von Copolymeren aus Acrylsäure in der Lage sind, bezogen auf dessen Eigengewicht, bis zum Tausendfachen an Wasser aufzunehmen und zu speichern. Prinzipiell ist die Größe des Wassersammelbehälters so ausgelegt, dass er bis zu einem Austausch des Filterelements sämtliches anfallendes Wasser aufnehmen und speichern kann, sodass der Wassersammelbehälter lediglich dann ausgetauscht beziehungsweise zumindest entleert werden muss, wenn auch das Filterelement ausgetauscht werden muss.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abscheidevorrichtung, einen Filter und ein Filterelement der eingangs genannten Art zu gestalten, bei denen eine Abscheidung des wenigstens einen Störmediums vereinfacht, verbessert und/oder ein Wartungsaufwand verringert werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel an oder in einem Strömungsweg des wenigstens einen Betriebsfluids so angeordnet ist, dass es beim Betrieb der Abscheidevorrichtung von dem wenigstens einen Betriebsfluid anströmbar, umströmbar und/oder durchströmbar ist, wobei eine Sorption-/Desorptionsfähigkeit wenigstens eines Sorptionsmittels für das wenigstens eine Störmedium in Verbindung mit dem wenigstens einen Betriebsfluid abhängig von wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere einer Temperatur und/oder einem Aggregatzustand, des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums veränderbar ist, wobei sich der wenigstens eine Betriebszustand innerhalb von Betriebsbedingungen der Abscheidevorrichtung verändern kann, die bei einem Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids üblich sind.
Das wenigstens eine Sorptionsmittel ist im und/oder am Strömungsweg des wenigstens einen Betriebsfluids angeordnet. Auf diese Weise kann das wenigstens eine Betriebsmedium direkt in Kontakt mit dem wenigstens einen Sorptionsmittel treten. Das wenigstens eine Sorptionsmittel kann so unmittelbar etwaiges Störmedium aus dem wenigstens einen Betriebsfluid sorbieren. Das wenigstens eine Sorptionsmittel wirkt somit außer als Speichermittel für das wenigstens eine Störmedium auch als Abscheidemittel. Im Unterschied dazu ist bei der aus dem Stand der Technik bekannten Filtereinrichtung das Absorbermittel in einem Bereich der Filtereinrichtung angeordnet, in dem das Wasser bereits von dem Kraftstoff abgeschieden ist. Das Absorbermittel dient dort lediglich zum Speichern des bereits abgeschiedenen Wassers. Bei der aus dem Stand der Technik bekannten Filtereinrichtung ist also zusätzlich ein weiteres Abscheidemittel, vorliegend ein Coalescer, erforderlich, mit dem das Wasser von dem Kraftstoff abgeschieden werden kann. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung nicht zwingend erforderlich. Das wenigstens eine erfindungsgemäße Sorptionsmittel kann auch als alleiniges Abscheidemittel vorgesehen sein. So kann die erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung insgesamt einfacher und mit einem geringeren Aufwand realisiert werden. Das wenigstens eine erfindungsgemäße Sorptionsmittel kann alternativ auch in Kombination mit zusätzlichen Abscheidemittel oder Abscheidestufen verwendet werden. So kann die Abscheideeffizienz der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung insgesamt weiter erhöht werden.
Das wenigstens eine Sorptionsmittel kann vorteilhafterweise eine Absorptionsfähigkeit und/oder eine Adsorptionsfähigkeit aufweisen. Bei der Absorption kann das wenigstens eine Störmedium ins Innere des wenigstens einen Sorptionsmittels eindringen. Bei der Adsorption kann sich das wenigstens eine Störmedium an einer Oberfläche des wenigstens einen Sorptionsmittels anlagern. Das wenigstens eine Sorptionsmittel kann auch eine Kombination aus Absorptionsfähigkeit und Adsorptionsfähigkeit aufweisen.
Bei der Sorption, insbesondere Absorption, von wenigstens einem Störmedium kann das wenigstens eine Sorptionsmittel sein Volumen ändern. Insbesondere kann das wenigstens eine Sorptionsmittel bei der Sorption aufquellen.
Das wenigstens eine Sorptionsmittel kann von dem wenigstens einen Betriebsfluid anströmbar, umströmbar und/oder durchströmbar sein. Je nach Ausgestaltung und/oder Anordnung des wenigstens einen Sorptionsmittels kann so die Abscheideeffizienz und/oder Abscheidecharakteristik der Abscheidevorrichtung für das wenigstens eine Störmedium entsprechend beeinflusst werden.
Das wenigstens eine Sorptionsmittel kann abhängig von wenigstens einem Betriebszustand des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums das wenigstens eine Störmedium sorbieren oder desorbieren.
Als Betriebszustände können dabei Temperatur und/oder Aggregatzustand des Störmediums und/oder des Betriebsfluids infrage kommen.
Bei einer Veränderung wenigstens eines Betriebszustands des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums kann die Sorptionsfähigkeit des wenigstens einen Sorptionsmittels abnehmen und in die Desorptionsfähigkeit, also die Fähigkeit sorbiertes Störmedium wieder abzugeben, übergehen oder umgekehrt.
Die Sorptions-/Desorptionsfähigkeit des wenigstens einen Sorptionsmittels kann abhängig von wenigstens einem Betriebszustand automatisch so verändert werden oder sich so verändern, dass mit der Betriebsdauer der wenigstens einen Abscheidevorrichtung, insbesondere des Fluidsystems, bevorzugt des Fluidkreislaufs, das sorbierte wenigstens eine Störmedium wieder an das wenigstens eine Betriebsfluid abgegeben werden. So kann insbesondere bei einem Start, insbesondere einem Kaltstart, der wenigstens eine Abscheidevorrichtung, insbesondere des Fluidsystems, in dem die wenigstens eine Abscheidevorrichtung angeordnet ist, die Sorptionsfähigkeit überwiegen. Im Laufe der Betriebsdauer kann die Sorptionsfähigkeit in die Desorptionsfähigkeit übergehen. Vorteilhafterweise kann ein Großteil des, insbesondere das gesamte, von dem wenigstens einen Sorptionsmittel sorbierte Störmedium wieder abgegeben werden. Eine Standzeit der Abscheidevorrichtung, insbesondere des wenigstens einen Sorptionsmittels, kann so verlängert werden. Auf einen Austausch oder eine separate Regeneration des wenigstens einen Sorptionsmittels insbesondere im Rahmen einer Wartung kann verzichtet werden. So können Wartungsintervalle für die wenigstens eine Abscheidevorrichtung verlängert werden. In Verbindung mit einem Filter kann so die wenigstens eine Abscheidevorrichtung gegebenenfalls für eine längere Standzeit verwendet werden als das Filtermedium des wenigstens einen Filters. Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Abscheidevorrichtung, insbesondere das wenigstens eine Sorptionsmittel, als Lebensdauerbauteil realisiert sein.
Die normalen Betriebsbedingungen der Abscheidevorrichtung entsprechen dem Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids insbesondere in einem Fluidsystem. Bei der Verwendung in einem Kraftstoffkreislauf hat der Kraftstoff den Verwendungszweck, der Brennkraftmaschine als Betriebsfluid, insbesondere zur Verbrennung und/oder Kühlung, zu dienen.
Die Erfindung kann bei Fluidsystemen für Betriebsfluid, insbesondere Kraftstoff, Öl oder Hydraulikmedium, von Brennkraftmaschinen und/oder Kraftfahrzeugen und/oder landwirtschaftlichen Maschinen und/oder Baumaschinen eingesetzt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht beschränkt auf derartige Fluidsysteme. Vielmehr kann sie auch bei andersartigen Brennkraftmaschinen, insbesondere Industriemotoren, eingesetzt werden. Sie kann auch außerhalb von Brennkraftmaschinen in der Kraftfahrzeugtechnik oder außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik verwendet werden. Die Abscheidevorrichtung kann bei offenen Fluidsystemen oder geschlossenen Fluidsystemen, insbesondere Fluidkreisläufen, eingesetzt werden.
Vorteilhafterweise kann die Abscheidevorrichtung in einem Fluidkreislauf angeordnet sein. In dem Fluidkreislauf kann wenigstens ein Teil des wenigstens einen Betriebsfluids zirkulieren. Dabei kann sich der Betriebszustand, insbesondere die Temperatur und/oder ein Aggregatzustand, des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums mit der Betriebsdauer verändern.
Vorteilhafterweise kann die Abscheidevorrichtung in einem Kraftstoffkreislauf einer mit flüssigem Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, betriebenen Brennkraftmaschine angeordnet sein. Mit der Abscheidevorrichtung kann im Kraftstoff enthaltenes Wasser abgeschieden werden. In einem Kraftstoffkreislauf wird ein Teil des Kraftstoffs, welcher der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführt wird, im Kraftstoffkreislauf zurück geführt. Beim Betriebsstart der Brennkraftmaschine kann das in dem noch kalten Kraftstoff enthaltene Wasser von dem Sorptionsmittel absorbiert werden. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine erwärmt sich der Kraftstoff im Kraftstoffkreislauf. Bei einer Betriebstemperatur des Kraftstoffs kann das Sorptionsmedium das Wasser wieder an den Kraftstoff abgeben. Der Kraftstoff befördert das Wasser zum Brennraum der Brennkraftmaschine, wo es nach der Verbrennung an die Umgebung abgegeben werden kann.
Die Abscheidevorrichtung kann vorteilhafterweise in dem Kraftstoffkreislauf der Brennkraftmaschine auf einer Druckseite zwischen einer Kraftstoffpumpe oder Kraftstoffförderpumpe und einer Hochdruckpumpe angeordnet sein. Auf der Druckseite kann ein Kraftstoffdruck von größer als 5 bar herrschen. Alternativ oder zusätzlich kann eine Abscheidevorrichtung auf der Ansaugseite in Kraftstoffströmungsrichtung vor der Kraftstoffpumpe oder Kraftstoffförderpumpe angeordnet sein. Auf der Ansaugseite kann ein Kraftstoffdruck von etwa –0,2 bar herrschen.
Wenigstens eine Abscheidevorrichtung kann auch in einer Rückführleitung stromabwärts eines Verteilers oder Verteilerrohrs der Brennkraftmaschine angeordnet sein.
Vorteilhafterweise kann die Abscheidevorrichtung in Verbindung mit einem Filter für das Betriebsfluid eingesetzt werden. Dabei kann die wenigstens eine Abscheidevorrichtung mit einem Filterelement des Filters kombiniert oder in dieses integriert sein. Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens eine Abscheidevorrichtung separat von wenigstens einem Filterelement realisiert sein.
Vorteilhafterweise kann der Filter wenigstens ein Filterelement in der Art eines so genannten Hohlfilterelements aufweisen. Bei dem Hohlfilterelement kann es sich vorteilhafterweise um ein Rundfilterelement mit einem runden Querschnitt, ein ovales Rundfilterelement mit einem ovalen Querschnitt, ein flach-ovales Rundfilterelement mit einem abgeflachten ovalen Querschnitt, ein konisches Rundfilterelement, bei dem sich der runde Querschnitt in axialer Richtung zu einer Hauptachse verjüngt, ein konisch-ovales Rundfilterelement, bei dem sich der ovale Querschnitt in axialer Richtung zumindest in Richtung einer Querachse verjüngt, ein konisches flach-ovales Rundfilterelement, bei dem sich der flach-ovale Querschnitt in axialer Richtung zumindest in Richtung einer Querachse verjüngt, oder ein Hohlfilterelement mit einem andersartigen, insbesondere einem eckigen, Querschnitt und/oder einem andersartigen axialen Querschnittsverlauf in Richtung der Hauptachse, handeln.
Vorteilhafterweise kann das Hohlfilterelement insgesamt koaxial aufgebaut sein.
Vorteilhafterweise kann das Hohlfilterelement von außen nach innen von wenigstens einem Betriebsfluid durchströmbar sein. Es kann auch von innen nach außen durchströmbar sein.
Wenigstens ein Filtermedium des Hohlfilterelements kann vorteilhafterweise bezüglich einer Elementachse umfangsmäßig geschlossen oder offen sein. Das Filtermedium kann insbesondere sternförmig, bevorzugt zickzackförmig oder wellenförmig, gefaltet oder gebogen sein. Das Filtermedium kann auch ungefaltet oder ungebogen sein.
Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Sorptionsmittel in einem Innenraum des Hohlfilterelements angeordnet sein. Es kann sich in einem entsprechenden Sorptionsbehälter befinden, welcher über entsprechende Durchlassöffnungen verfügt. Der Sorptionsbehälter kann vorteilhafterweise in Verbindung mit einem Stützrohr oder Mittelrohr des Hohlfilterelements realisiert sein. Er kann auch in dem Stützrohr oder Mittelrohr angeordnet sein.
Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Filterelement in der Art eines so genannten Flachfilterelements vorgesehen sein. Flachfilterelemente zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Filtermedien im Unterschied zu Hohlfilterelementen umfangsmäßig nicht zusammenhängend sind. Flachfilterelemente können eben oder gebogen sein. Sie können auch in ihrer Dicke variieren.
Wenigstens ein Filtermedium kann zur Filtrierung des wenigstens einen Betriebsfluids geeignet sein. Vorteilhafterweise kann wenigstens ein Filtermedium ein Filtervlies, ein Filterpapier, ein Gewebe, ein Meltblown und/oder einen Filterschaum oder dergleichen oder eine Mischung oder Kombination aus unterschiedlichen Materialien aufweisen.
Wenigstens ein Filterelement insbesondere mit wenigstens einer Abscheidevorrichtung kann austauschbar oder nicht austauschbar in einem entsprechenden Filtergehäuse angeordnet sein. Wenigstens ein Filterelement und wenigstens eine Abscheidevorrichtung können zerstörungsfrei trennbar oder nicht trennbar sein.
Vorteilhafterweise kann wenigstens eine Abscheidevorrichtung strömungstechnisch hinter wenigstens einem Filtermedium des Filters, insbesondere Filterelements, angeordnet sein. Auf diese Weise können etwa im Betriebsfluid enthaltene Partikel, insbesondere Schmutzpartikel, entfernt werden, bevor sie zu der wenigstens einen Abscheidevorrichtung gelangen. So kann vermieden werden, dass die Partikel die Bauteile oder Elemente der Abscheidevorrichtung, insbesondere wenigstens ein Sorptionsmittel, belasten, blockieren oder zerstören können. Es kann verhindert werden, dass Partikel, insbesondere Schmutzpartikel, die Sorptionseigenschaften des wenigstens einen Sorptionsmittels beeinträchtigen oder gar zerstören. Mit dem wenigstens einen Filtermedium kann so die wenigstens eine Abscheidevorrichtung, insbesondere das wenigstens eine Sorptionsmittel, vor Partikeln geschützt werden.
Wenigstens eine Abscheidevorrichtung kann strömungstechnisch vor oder hinter einem Filter, insbesondere einem Filterelement oder Filtermedium, angeordnet sein. Es können auch mehrere Abscheidevorrichtungen und/oder Filter, insbesondere Filterelemente oder Filtermedien, vorgesehen sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Sorptionsmittel so ausgestaltet sein, dass seine Sorptionsfähigkeit bei zunehmender Temperatur des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums in eine Desorptionsfähigkeit zur Desorption des wenigstens einen Störmediums an das wenigstens eine Betriebsfluid übergehen kann und umgekehrt.
Bei einer Erhöhung der Temperatur des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums, insbesondere beim Erreichen der Betriebstemperatur des Betriebsfluids, kann das von dem wenigstens einen Sorptionsmittel sorbierte wenigstens eine Störmedium wieder an das wenigstens eine Betriebsfluid abgegeben werden oder umgekehrt. Die Betriebstemperatur ist die Temperatur des Betriebsfluids nach einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine.
Insbesondere bei der Verwendung der Abscheidevorrichtung in einem Fluidkreislauf kann sich die Temperatur des wenigstens einen Betriebsfluids im Laufe einer Betriebszeit des Fluidsystems verändern, insbesondere vergrößern. Bei einer Inbetriebnahme des Fluidkreislaufs, insbesondere einem Kaltstart, kann das wenigstens eine Betriebsfluid eine Starttemperatur aufweisen, die insbesondere abhängig ist von den Umgebungsbedingungen. Die Starttemperatur kann in der Regel kleiner sein als die Betriebstemperatur nach einer Warmlaufphase. Wenigstens ein Sorptionsmittel kann so ausgestaltet sein, dass es unterhalb der Betriebstemperatur vorwiegend sorbiert. So kann insbesondere nach einem Kaltstart des Fluidsystems das wenigstens eine Störmedium besser von dem wenigstens einen Sorptionsmittel sorbiert werden.
Mit der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine erwärmt sich das Betriebsfluid entsprechend seinem Verwendungszweck. Dabei kann die Sorptionsfähigkeit des wenigstens einen Sorptionsmittels übergehen in die Desorptionsfähigkeit. Das wenigstens eine Störmedium kann von dem wenigstens einen Sorptionsmittel bei höherer Betriebstemperatur wieder abgegeben werden an das wenigstens eine Betriebsfluid Unter normalen Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine kann Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, als Betriebsfluid insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine abhängig von den Umgebungsbedingungen Temperaturen von weniger als 0°C aufweisen. Die normale Betriebstemperatur insbesondere von Dieselkraftstoff in dem Kraftstoffkreislauf, wie sie insbesondere nach einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine vorliegt, kann zwischen etwa 50°C und 80°C betragen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Sorptionsmittel bezüglich seiner Sorptions-/Desorptionsfähigkeit so veränderbar sein, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel das wenigstens eine Störmedium absorbieren kann falls dieses einen Zustand aufweist, in welchem es für den Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids störend, insbesondere schädlich, sein kann, und das wenigstens eine Sorptionsmittel das wenigstens eine Störmedium in einem Zustand desorbieren kann, in welchem das wenigstens eine Störmedium für den Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids nicht oder weniger störend, insbesondere unschädlich, ist.
Vorteilhafterweise kann mit der wenigstens einen Abscheidevorrichtung freies Störmedium, insbesondere Wasser, aus dem Betriebsfluid entfernt, insbesondere gebunden, werden. Mit dem wenigstens einen Sorptionsmittel kann so ein Anteil an emulgierter Phase des wenigstens einen Störmediums in dem wenigstens einen Betriebsfluid verringert werden.
Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Störmedium von dem wenigstens einen Sorptionsmittel abhängig von Betriebszuständen und/oder Betriebsbedingungen sorbiert werden, in denen es für die Verwendung des wenigstens einen Betriebsfluids ansonsten schädlich oder störend wäre. So wird das wenigstens eine Störmedium in dem störenden Zustand gebunden. Es kann darauf verzichtet werden, das wenigstens eine Störmedium in einem separaten Arbeitsschritt oder Wartungsschritt manuell oder mittels einer entsprechenden Ablassvorrichtung aus der Abscheidevorrichtung und damit aus dem Fluidsystem zu entfernen.
Bei der Verwendung der Abscheidevorrichtung zur Abscheidung von Wasser aus Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, kann das wenigstens eine Sorptionsmittel, insbesondere Superabsorber, so ausgestaltet sein, dass es in einer Aufwärmphase des Kraftstoffs, insbesondere unterhalb von 50°C bis 80°C, freies Wasser absorbieren kann. In diesen Temperaturbereichen liegt das Wasser als freie Tropfen oder Emulsion im Kraftstoff vor. Freies Wasser, insbesondere Wassertropfen oder Emulsion, sind für eine Brennkraftmaschine schädlich und müssen daher von der Brennkraftmaschine ferngehalten werden.
Wenn der Kraftstoff seine Betriebstemperatur, insbesondere oberhalb von etwa 50°C bis 80°C, erreicht hat, kann das wenigstens eine Sorptionsmittel das sorbierte Wasser wieder an den Kraftstoff abgeben. In diesen Temperaturbereichen kann die Lösbarkeit des Wassers in Dieselkraftstoff erhöht sein oder der Kraftstoff kann ein höheres Potenzial zur Aufnahme des Wassers aufweisen. Das Wasser kann im Kraftstoff gelöst vorliegen. Das gelöste Wasser liegt nicht in Tropfen oder Emulsion vor. Das im Kraftstoff gelöste Wasser ist in der mit der Abscheidevorrichtung herabsetztbaren Konzentration für die Brennkraftmaschine unschädlich. Der Anteil von Wasser, das in den Kraftstoff desorbiert wird, sollte nicht größer sein, als eine maximale Aufnahmekapazität von gelöstem Wasser, insbesondere zwischen etwa 600 ppm und etwa 1000 ppm bei 80°C im Kraftstoff. Das in dem Kraftstoff gelöste Wasser kann den Brennkammern der Brennkraftmaschine zugeführt und über eine Abgasanlage zur Umgebung abgegeben werden.
Durch die Desorption des Wassers wird die Sorptionskapazität des wenigstens einen Sorptionsmittels wieder erhöht, so dass es unter anderen Betriebsbedingung, insbesondere bei geringeren Kraftstofftemperaturen, wieder in der Lage ist, freies Wasser zu sorbieren.
Auf diese Weise kann mit der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung ein größerer Wasseranteil zuverlässig aus dem Kraftstoffsystem entfernt werden, als dies mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Filtereinrichtungen der Fall ist.
So kann die erfindungsgemäße Abscheidevorrichtung besonders gut auch bei Kraftstoffen mit einem hohen Wasseranteil, insbesondere bei so genannten Biokraftstoffen, eingesetzt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Sorptionsmittel Polymer und/oder Superabsorber wenigstens aufweisen.
Das wenigstens eine Sorptionsmittel kann aus Polymer und/oder Superabsorber und/oder einem weiteren Medium bestehen. Es kann auch ausschließlich aus Polymer oder Superabsorber bestehen.
Mit entsprechenden Polymeren und/oder Superabsorbern kann insbesondere Wasser aus Kraftstoff sehr gut absorbiert werden. Superabsorber können insbesondere freie Wassertropfen gut einfangen, insbesondere absorbieren.
Superabsorber können dabei mit zunehmender Absorptionsmenge aufquellen. Superabsorber können nach dem Ändern der entsprechenden Betriebszustände des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums das absorbierte wenigstens eine Störmedium wieder abgeben. Dabei kann ihr Volumen entsprechend abnehmen.
Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Sorptionsmittel eine Kombination aus Superabsorber und Vliesstoff oder Textil aufweisen. Vorteilhafterweise kann dabei ein Anteil, insbesondere Volumenanteil, von etwa 30% Superabsorber vorgesehen sein.
Durch Variation einer Zusammensetzung des wenigstens einen Sorptionsmittels kann die Sorptionsfähigkeit/Desorptionsfähigkeit verändert werden. Insbesondere kann bei einem Anteil von etwa 75% Superabsorber eine Sorptionsfähigkeit insbesondere für Wasser gegenüber der Desorptionsfähigkeit erhöht werden. Durch einen geringeren Anteil von Superabsorber, insbesondere etwa 30% Superabsorber, kann die Desorptionsfähigkeit insbesondere für Wasser vergrößert werden.
Das wenigstens eine Sorptionsmaterial kann vorteilhafterweise in einem Behälter angeordnet sein. Der Behälter kann vorteilhafterweise von außen nach innen von dem wenigstens einen Betriebsfluid durchströmt werden. Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Sorptionsmittel mit einem Gewebe umhüllt sein.
Eine Außenwandung, insbesondere Außenhülle, des Sorptionsbehälters kann vorteilhafterweise abstoßende Eigenschaften bezüglich des wenigstens eine Störmediums, insbesondere hydrophobe Eigenschaften, aufweisen. Auf diese Weise kann die Außenwandung des Sorptionsbehälters zusätzlich als Trennmedium zur Trennung des wenigstens einen Störmediums von dem wenigstens einen Betriebsfluid wirken. Insbesondere auf der Anströmseite des Sorptionsbehälters können größere Gebilde des wenigstens einen Störmediums, insbesondere größere Wassertropfen, abtropfen oder abperlen. In dem stromabwärtigen wenigstens einen Sorptionsmedium kann anschließend der noch verbleibende Anteil an Störmedium sorbiert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Sorptionsmittel Fasern und/oder Granulat und/oder Kugeln wenigstens aufweisen.
Durch Variation der Gestalt des wenigstens einen Sorptionsmittels und/oder der Zusammensetzung kann ein Verhältnis von einem Volumenbedarf des wenigstens einen Sorptionsmittels zu der zur Sorption/Desorption aktiven Oberfläche verändert werden. Bei Fasern, Granulat und Kugeln kann ein besonders günstiges Verhältnis von dem Volumenbedarf zu der aktiven Oberfläche erreicht werden.
Mit Fasern können insbesondere bei Superabsorbern Vernetzungen realisiert werden. Mit Vernetzungen kann eine Sorptionsfähigkeit und/oder Desorptionsfähigkeit entsprechend verändert, insbesondere verbessert, werden.
Das wenigstens eine Sorptionsmittel kann Kurzfaservlies und/oder Langfaservlies wenigstens aufweisen.
Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Sorptionsmittel in Form von Granulat in einem entsprechenden Behältnis angeordnet sein. Das Behältnis kann Durchlässe für das wenigstens eine Betriebsfluid aufweisen.
Das Behältnis kann vorteilhafterweise als Röhrchen oder Rohr ausgestaltet sein. Das Röhrchen oder Rohr kann in seinen Stirnseiten und/oder seinen Umfangsseiten entsprechende Durchlässe für das Betriebsfluid aufweisen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das wenigstens eine Sorptionsmittel zwangsdurchströmbar im Strömungsweg des wenigstens einen Betriebsfluids angeordnet sein. Auf diese Weise muss das wenigstens eine Betriebsfluid das wenigstens eine Sorptionsmittel durchströmen. So kann eine Abscheideeffizienz weiter vergrößert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens eine Umgehungsleitung für das wenigstens eine Betriebsfluid zur Umgehung des wenigstens einen Sorptionsmittels vorgesehen sein. Auf diese Weise kann wenigstens ein Durchfluss an Betriebsfluid in dem Fluidsystem, in dem die Abscheidevorrichtung angeordnet ist, verbessert, insbesondere ermöglicht, werden, falls eine Fluidströmung durch das wenigstens eine Sorptionsmittel behindert oder verhindert wird.
Falls das wenigstens eine Sorptionsmittel zwangsdurchströmbar im Strömungsweg des wenigstens einen Betriebsfluids angeordnet ist, kann wenigstens eine Umgehungsleitung einen Mindestfluss einen Betriebsfluid ermöglichen, insbesondere sicherstellen.
Insbesondere in einem Betriebszustand, in dem das wenigstens eine Sorptionsmittel, das wenigstens eine Störmedium sorbiert und dadurch aufquillt, kann so verhindert werden, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel einen Durchfluss des wenigstens einen Betriebsfluids durch die wenigstens eine Abscheidevorrichtung gänzlich blockiert.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Umgehungsleitung wenigstens eine Durchflussbarriere, insbesondere ein Umgehungsventil und/oder eine zu überwindende Hürde, aufweisen. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass das wenigstens eine Betriebsfluid auch unter normalen Betriebsbedingungen durch die wenigstens eine Umgehungsleitung das wenigstens eine Sorptionsmittel umgeht.
Vorteilhafterweise kann die wenigstens eine Durchflussbarriere bei einer Druckdifferenz in einer Größenordnung von etwa 100 mbar zwischen einer Einlassseite und einer Auslassseite der Abscheidevorrichtung, insbesondere des wenigstens einen Sorptionsmittels, von dem wenigstens einen Betriebsfluid überwunden werden.
Die zu überwindende Hürde kann auch durch eine eigens positionierte Umgehungsöffnung der wenigstens eine Umgehungsleitung realisiert sein. Die wenigstens eine Umgehungsöffnung kann anströmseitig räumlich oben, insbesondere oberhalb des wenigstens einen Störmediums, angeordnet sein. Unter normalen Betriebsbedingungen, unter denen eine Umleitung nicht erforderlich ist, befindet sich ein Fluidstand des Betriebsfluids auf der Anströmseite des wenigstens einen Störmediums unterhalb der wenigstens einen Umgehungsöffnung. Falls das wenigstens eine Störmedium die Strömung des wenigstens einen Betriebsfluid entsprechend stark behindert, kann der Fluidstand steigen. Das Betriebsfluid kann erst durch die Umgehungsleitung fließen, wenn der Fluidstand die wenigstens eine Umgehungsöffnung erreicht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Abscheidevorrichtung mehrstufig sein. Auf diese Weise kann eine Abscheidung des wenigstens einen Störmediums verbessert werden. Insbesondere können auch größere Konzentrationen von Störmedium in Betriebsfluid besser abgeschieden werden.
Vorteilhafterweise können sich die einzelnen Stufen insbesondere bei veränderten Betriebszuständen des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums insbesondere bezüglich der Zusammenballung von Gebilden aus Störmedium und/oder der Abtrennung von Störmedium und/oder der Sorption/Desorption von Störmedium positiv ergänzen. So kann insbesondere abhängig von einem Betriebszustand insbesondere eine verringerte Koaleszenzeffizienz eines Koaleszenzmediums und/oder eine verringerte Trenneffizienz eines Trennmediums durch eine verbesserte Sorptionseffizienz des wenigstens einen Sorptionsmittels kompensiert werden oder umgekehrt. Die Abscheideeffizienz bezüglich des wenigstens einen Störmediums kann so bei unterschiedlichen Betriebszuständen verbessert werden. Zusätzlich oder alternativ können die Stufen jeweils auch für unterschiedliche Konzentrationen von Störmedium angepasst sein. Zusätzlich oder alternativ kann mit mehreren Abscheidestufen auch eine Bandbreite an unterschiedlichen Konzentrationen von Störmedium, die gehandhabt werden können, vergrößert werden.
Das wenigstens eine Sorptionsmittel kann vorteilhafterweise mit wenigstens einem Bauteil wenigstens einer anderen Stufe der wenigstens einen Abscheidevorrichtung kombiniert oder integriert sein. Das wenigstens eine Sorptionsmittel kann auch separat angeordnet sein.
Vorteilhafterweise kann die mehrstufige Abscheidevorrichtung wenigstens ein Sorptionsmittel und wenigstens ein Koaleszenzmedium und/oder wenigstens ein Trennmedium aufweisen.
Mit dem Koaleszenzmedium können auch kleinste Gebilde, insbesondere Tröpfchen, des wenigstens einen Störmediums zu größeren Gebilden, insbesondere Tropfen, zusammengebracht oder zusammengeballt werden. Größere Tropfen können einfacher aus dem wenigstens einen Betriebsfluid abgeschieden werden.
Mit dem Trennmedium können Gebilde, insbesondere größere Gebilde, bevorzugt Tropfen, des wenigstens einen Störmediums aus dem wenigstens einen Betriebsfluid abgetrennt werden. Das wenigstens eine Trennmedium kann vorteilhafterweise eine Art Gitterstruktur oder Maschenstruktur aufweisen. Das wenigstens eine Trennmedium kann wenigstens ein Material aufweisen, welches das wenigstens eine Störmedium abstößt. Für die Abscheidung von Wasser aus wenigstens einem Betriebsfluid kann das wenigstens eine Trennmedium ein hydrophobes Material aufweisen. An dem abstoßenden Material können die Gebilde des Störmediums abgefangen werden und der Schwerkraft folgend, je nachdem, ob das Störmedium leichter oder schwerer als das wenigstens eine Betriebsfluid ist, nach räumlich unten oder oben ablaufen.
Strömungstechnisch vor dem wenigstens einen Trennmedium kann ein Ausfällspalt vorgesehen sein, in dem das abgetrennte Störmedium ablaufen kann.
Das abgeschiedene oder abgetrennte wenigstens eine Störmedium kann in wenigstens einem Sammelbehälter, insbesondere einem Wassersammelbehälter, aufgefangen werden. Gegebenenfalls kann der Ausfällspalt mit dem wenigstens einen Sammelbehälter verbunden sein. Der Sammelbehälter kann abhängig von dem Dichteunterschied zwischen dem wenigstens einen Störmedium und dem wenigstens einen Betriebsfluid räumlich unten oder oben an/in der Abscheidevorrichtung angeordnet sein. Der wenigstens eine Sammelbehälter kann in vorgegebenen Wartungsintervallen und/oder abhängig von seinem Füllstand automatisch oder manuell geleert werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann wenigstens ein Sorptionsmittel bezüglich des Strömungswegs des Betriebsfluids stromabwärts von wenigstens einem Filtermedium und/oder wenigstens einer Abscheidestufe, insbesondere wenigstens einem Koaleszenzmedium und/oder wenigstens einem Trennrohr, der Abscheidevorrichtung angeordnet sein.
Vorteilhafterweise kann das wenigstens eine Sorptionsmittel strömungstechnisch in einer hinteren, insbesondere letzten, Stufe der mehrstufigen Abscheidevorrichtung angeordnet sein. Mit wenigstens einer vorderen Abscheidestufe kann ein Hauptteil des Störmediums aus dem Betriebsfluid entfernt werden. Mit dem wenigstens einen Sorptionsmittel können in dem wenigstens einen Betriebsfluid noch enthaltene, insbesondere kleinste Mengen von Störmedium, sorbiert werden. Auf diese Weise kann eine Beladung des wenigstens einen Sorptionsmittels minimiert werden. Eine Anforderung an eine Sorptionskapazität, insbesondere eine Menge, des wenigstens einen Sorptionsmittels kann so verringert werden.
Vorteilhafterweise können in Strömungsrichtung des Betriebsfluids hintereinander wenigstens ein Filtermedium zum Filtern von in dem wenigstens einen Betriebsfluid enthaltenen Partikeln, wenigstens ein Koaleszenzelement zum Zusammenballen kleinster Gebilde von Störmedien zu größeren Gebilden von Störmedien, wenigstens ein Trennmittel zum Abtrennen der größeren Gebilde von Störmedien aus dem Betriebsfluid und wenigstens ein Sorptionsmittel zum Sorbieren von noch in dem wenigstens ein Betriebsfluid enthaltenem Störmedium oder zum Desorbieren bereits sorbiertem Störmediums abhängig von den Betriebszuständen des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums.
Die Aufgabe wird ferner bei dem Filter erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel an oder in einem Strömungsweg des wenigstens einen Betriebsfluids so angeordnet ist, dass es beim Betrieb der Abscheidevorrichtung von dem wenigstens einen Betriebsfluid anströmbar, umströmbar und/oder durchströmbar ist, wobei eine Sorptions-/Desorptionsfähigkeit wenigstens eines Sorptionsmittels für das wenigstens eine Störmedium in Verbindung mit dem wenigstens einen Betriebsfluid abhängig von wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere einer Temperatur und/oder einem Aggregatzustand, des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums veränderbar ist, wobei sich der wenigstens eine Betriebszustand innerhalb von Betriebsbedingungen der Abscheidevorrichtung verändern kann, die bei einem Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids üblich sind.
Die Aufgabe wird außerdem bei dem Filterelement erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel an oder in einem Strömungsweg des wenigstens einen Betriebsfluids so angeordnet ist, dass es beim Betrieb der Abscheidevorrichtung von dem wenigstens einen Betriebsfluid anströmbar, umströmbar und/oder durchströmbar ist, wobei eine Sorptions-/Desorptionsfähigkeit wenigstens eines Sorptionsmittels für das wenigstens eine Störmedium in Verbindung mit dem wenigstens einen Betriebsfluid abhängig von wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere einer Temperatur und/oder einem Aggregatzustand, des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums veränderbar ist, wobei sich der wenigstens eine Betriebszustand innerhalb von Betriebsbedingungen der Abscheidevorrichtung verändern kann, die bei einem Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids üblich sind.
Im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung, dem erfindungsgemäßen Filter und dem erfindungsgemäßen Filterelement und deren jeweiligen vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Merkmale und Vorteile untereinander entsprechend und umgekehrt. Die einzelnen Merkmale und Vorteile können selbstverständlich untereinander kombiniert werden, wobei sich weitere vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert wird. Der Fachmann wird die in der Zeichnung, der Beschreibung und den Ansprüchen in Kombination offenbarten Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Es zeigen schematisch
1 einen Kraftstoffkreislauf für Dieselkraftstoff einer Brennkraftmaschine, mit einem Kraftstofffilter, der eine Wasserabscheidevorrichtung für im Kraftstoff enthaltenes Wasser aufweist;
2 einen Längsschnitt des Kraftstofffilters aus der 1.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In der 1 ist ein Kraftstoffkreislauf 10 für Dieselkraftstoff einer Brennkraftmaschine 12 eines Kraftfahrzeugs gezeigt.
Der Kraftstoffkreislauf 10 verfügt über eine Kraftstoffzuleitung 14, welche von einem Kraftstofftank 16 zu einem Verteilerrohr 18 der Brennkraftmaschine 12 führt. Eine Kraftstoffrückleitung 20 des Kraftstoffkreislaufs 10 für nicht verbrauchten Dieselkraftstoff führt von dem Verteilerrohr 18 zurück in den Tank 16.
In der Kraftstoffzuleitung 14 sind in Richtung der Kraftstoffströmung ausgehend vom Tank 16 hintereinander ein Vorfilter 24, eine Kraftstoffförderpumpe 26, ein Kraftstofffilter 28 und eine Hochdruckpumpe 30 angeordnet. Die Kraftstoffströmung in dem Kraftstoffkreislauf 10 ist in der 1 mit Pfeilen 22 angedeutet.
Der Kraftstofffilter 28 ist auf einer Druckseite des Kraftstoffkreislaufs 10 zwischen der Kraftstoffförderpumpe 26 und der Hochdruckpumpe 30 angeordnet. Auf der Druckseite kann beim Betrieb der Brennkraftmaschine 12 ein Kraftstoffdruck beispielsweise von größer als 5 bar herrschen. Der Abschnitt der Kraftstoffzuleitung 14 stromaufwärts der Kraftstoffförderpumpe 26 wird als Ansaugseite bezeichnet. Auf der Ansaugseite kann ein Kraftstoffdruck beispielsweise von etwa –0,2 bar herrschen.
Der in 1 lediglich schematisch angedeutete Kraftstofffilter 28 ist in der 2 im Detail dargestellt. Der Kraftstofffilter 28 verfügt über eine Filtervorrichtung 32, mit der im Dieselkraftstoff etwa enthaltene Partikel herausgefiltert werden. Ferner verfügt der Kraftstofffilter 28 über eine Wasserabscheidevorrichtung 34, mit der im Dieselkraftstoff enthaltenes Wasser abgeschieden wird. Die Wasserabscheidevorrichtung 34 ist bezüglich der Kraftstoffströmung 22 hinter der Filtervorrichtung 32 angeordnet.
Der Kraftstofffilter 28 verfügt, wie in der 2 gezeigt, über ein zweiteiliges Filtergehäuse 36 mit einem Gehäusetopf 38, in der 2 unten, und einem Gehäusedeckel 40, in der 2 oben. Der Gehäusedeckel 40 verschließt den Gehäusetopf 38. Der Gehäusedeckel 40 kann von dem Gehäusetopf 38 getrennt werden, sodass eine Einbau-/Ausbauöffnung für ein in dem Filtergehäuse 36 angeordnetes, austauschbares Filter-/Abscheideelement 42 freigegeben wird.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Filter-/Abscheideelement 42 sowohl die Filtervorrichtung 32 als auch die Wasserabscheidevorrichtung 34. Das Filtergehäuse 36 und das Filter-/Abscheideelement 42 sind jeweils koaxial zu einer Filterachse 44. Wenn im Folgenden von „axial”, „radial”, „koaxial” oder „umfangsmäßig” oder dergleichen die Rede ist, so bezieht sich dies, sofern nicht anders erwähnt, auf die Filterachse 44.
Das Filtergehäuse 36 verfügt über einen in der 2 verdeckten Kraftstoffeinlass für den zu filtrierenden und von Wasser zu befreienden Dieselkraftstoff. Im Gehäusedeckel 40 ist ein als koaxialer Rohrabschnitt ausgestalteter Kraftstoffauslass 46 für gereinigten Dieselkraftstoff angeordnet. Das Filter-/Abscheideelement 42 ist in dem Filtergehäuse 36 so angeordnet, dass es den Kraftstoffeinlass von dem Kraftstoffauslass 46 trennt.
Das Filter-/Abscheideelement 42 ist insgesamt als sogenanntes Rundfilterelement ausgestaltet. Das Filter-/Abscheideelement 42 verfügt über ein zickzackförmig gefaltetes, umfangsmäßig geschlossenes Filtermedium 48 zur Filtrierung des Dieselkraftstoffs. An seiner deckelseitigen Stirnseite, in 2 oben, ist das Filtermedium 48 mit einer deckelseitigen Endscheibe 50 dicht verbunden. An der topfseitigen Stirnseite, unten, ist es mit einer topfseitigen Endscheibe 52 dicht verbunden.
Die deckelseitige Endscheibe 50 verfügt über einen koaxialen Durchlass, durch den ein entsprechender Kraftstoffauslass 46 hindurch sticht und in einem Elementinnenraum des Filter-/Abscheideelements 42 mündet. Zwischen der radial inneren Umfangsseite der deckelseitigen Endscheibe 50 und der radial äußeren Umfangsseite des Kraftstoffauslasses 46 ist eine O-Ringdichtung 54 angeordnet.
Die topfseitige Endscheibe 52 verfügt an ihrer radial äußeren Umfangsseite über eine Dichtungsnut mit einer weiteren O-Ringdichtung 56. Diese O-Ringdichtung 56 befindet sich zwischen der topfseitigen Endscheibe 52 und der radial inneren Umfangsseite des Gehäusetopfs 38.
Ein freier Raum zwischen der topfseitigen Endscheibe 52 und einem Boden des Gehäusetopfs 38 ist als Wassersammelraum 58 für Wasser ausgestaltet, welches mit der Wasserabscheidevorrichtung 34 von dem Dieselkraftstoff abgeschieden wird.
Das Filtermedium 48 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel von radial außen nach radial innen von dem Dieselkraftstoff durchströmt. Die Kraftstoffströmung 22 in dem Filter-/Abscheideelement 42 unter normalen Betriebsbedingungen ist in 2 mit gebogenen durchgängigen Pfeilen angedeutet.
Stromabwärts des Filtermediums 48 erstreckt sich an dessen radial innerer Umfangsseite ein umfangsmäßig zusammenhängendes Koaleszenzmedium 60. Mit dem Koaleszenzmedium 60 können im Dieselkraftstoff enthaltene kleinste Wassertröpfchen zu größeren Wassertropfen zusammengeballt werden. Das Koaleszenzmedium 60 bildet eine erste Stufe der insgesamt dreistufigen Wasserabscheidevorrichtung 34.
Radial innerhalb des Koaleszenzmediums 60 ist ein koaxiales Trennrohr 62 angeordnet. Das Trennrohr 62 verfügt über eine maschenartige Umfangswand aus hydrophobem Material. Das Trennrohr 62 erstreckt sich zwischen der deckelseitigen Endscheibe 50 und der topfseitigen Endscheibe 52. Zur deckelseitigen Endscheibe 50 hin ist das Trennrohr 62 offen. An seiner topfseitigen Stirnseite ist das Trennrohr 62 geschlossen. Die Umfangswand des Trennrohrs 62 ist für Dieselkraftstoff durchlässig. Durch das hydrophobe Material werden im Dieselkraftstoff mitgeführte Wassertropfen an der radial äußeren Umfangsseite des Trennrohrs 62 zurückgehalten. Das Trennrohr 62 bildet eine zweite Stufe der Wasserabscheidevorrichtung 34.
Zwischen dem Trennrohr 62 und dem Koaleszenzmedium 60 befindet sich ein ringförmiger Ausfällspalt 64. In dem Ausfällspalt 64 können Wassertropfen, die von dem Trennrohr 62 zurückgehalten werden, der Schwerkraft folgend nach unten sinken.
Die topfseitige Endscheibe 52 verfügt über Auslassöffnungen, die in der 2 verdeckt sind. Die Auslassöffnungen verbinden den Ausfällspalt 64 mit dem Wassersammelraum 58. Durch die Auslassöffnungen kann das abgeschiedene Wasser aus dem Ausfällspalt 64 in den Wassersammelraum 58 gelangen. Von dort aus kann es über eine nicht gezeigte Ablassvorrichtung aus dem Kraftstofffilter 28 entfernt werden.
Innerhalb des Trennrohrs 62 ist ein koaxialer Absorberbehälter 66 angeordnet. Zwischen einer Umfangswand des Absorberbehälters 66 und der Umfangswand des Trennrohrs 62 befindet sich ein koaxialer Ringraum 68.
Der Absorberbehälter 66 ist auf seiner dem Boden des Gehäusetopfs 38 zugewandten Seite geschlossen. Seine Umfangswand und seine dem Kraftstoffauslass 46 zugewandte deckelseitige Stirnseite weisen jeweils eine Vielzahl von Durchflussöffnungen 70 für den Dieselkraftstoff auf.
Die deckelseitige Stirnseite des Absorberbehälters 66 ist von dem Gehäusedeckel 40 aus betrachtet konkav gebogen. Ein umfangsmäßig zusammenhängender Verlängerungsabschnitt 71 der Umfangswand des Absorberbehälters 66 erstreckt sich leicht trichterförmig bis zur Innenseite der deckelseitigen Endscheibe 50. Mit der deckelseitigen Stirnwand des Absorberbehälters 66, dem Verlängerungsabschnitt 71, der deckelseitigen Endscheibe 50 und dem dortigen Rand des Kraftstoffauslasses 46 wird ein koaxialer Auslassraum 72 für den Dieselkraftstoff begrenzt. Die Durchflussöffnungen 70 in der deckelseitigen Stirnwand des Absorberbehälters 66 verbinden den Auslassraum 72 mit einem Innenraum des Absorberbehälters 66.
Der Verlängerungsabschnitt 71 des Absorberbehälters 66 trennt den Ringraum 68 von dem Auslassraum 72. Der Verlängerungsabschnitt 71 verfügt über durchgängige Umgehungsöffnungen 64, welche den Auslassraum 72 mit dem Ringraum 68 verbinden und eine Umgehungsleitung für den Absorberbehälter 66 bilden.
Der Absorberbehälter 66 besteht aus hydrophobem Material. Auf diese Weise können in dem Dieselkraftstoff noch enthaltene Wassertropfen an der anströmseitigen Außenseite des Absorberbehälters 66 zurückgehalten werden.
Im Innenraum des Absorberbehälters 66 ist ein Absorptionsmittel 76 angeordnet. Der Absorberbehälter 66 mit dem Absorptionsmittel 76 bilden eine dritte Stufe der Wasserabscheidevorrichtung 34.
Das Absorptionsmittel 76 besteht beispielhaft aus einem Vliesstoff oder einem Textil mit einem Anteil von 30% Superabsorberfasern. Das Absorptionsmittel 76 kann auch in anderen Formen und Konzentrationen vorliegen.
Das Absorptionsmittel 76 hat die Eigenschaft, dass es bei verhältnismäßig niedrigen Kraftstofftemperaturen, beispielsweise unterhalb von etwa 50°C, im Dieselkraftstoff enthaltenes freies Wasser zu absorbieren. Dabei quillt es auf. Bei steigenden Kraftstofftemperaturen, beispielsweise oberhalb von etwa 50°C, gibt das Absorptionsmittel 76 das vorher absorbierte Wasser an den Dieselkraftstoff wieder ab. Seine Absorptionsfähigkeit für Wasser geht über in eine Desorptionsfähigkeit.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine 12 wird Dieselkraftstoff aus dem Kraftstofftank 16 der Kraftstoffzuleitung 14 zugeführt. Der etwa mit Wasser belastete Dieselkraftstoff gelangt durch den Kraftstoffeinlass in die Filtervorrichtung 32. Der Dieselkraftstoff mit dem Wasser durchströmt das Filtermedium 48 von radial außen nach radial innen. Etwa enthaltene Schmutzpartikel werden dabei herausgefiltert.
Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 12 weist der Dieselkraftstoff abhängig von den Umgebungsbedingungen in der Regel eine im Vergleich zu seiner üblichen Betriebstemperatur geringere Temperatur auf. Diese kann beispielsweise je nach Umgebungstemperatur etwa zwischen 0°C und 40°C betragen. Die anfängliche Kraftstofftemperatur kann auch niedriger oder höher sein. Bei diesen Kraftstofftemperaturen liegt Wasser im Dieselkraftstoff in der Regel in freier Form, also nicht gelöst, als Emulsion oder in Form von Tropfen vor. Dieses nicht gelöste Wasser ist schädlich für die Brennkraftmaschine 12 und kann zu Beschädigungen führen. Die Menge an nicht gelöstem Wasser im Dieselkraftstoff muss daher reduziert werden. Dies geschieht im Folgenden mithilfe der Wasserabscheidevorrichtung 34
Der Dieselkraftstoff strömt im Anschluss an das Filtermedium 48 von radial außen nach radial innen durch das Koaleszenzmedium 60, wo kleinste Wassertröpfchen zu großen Tropfen vereint werden. Der Dieselkraftstoff mit den großen Tropfen gelangt in den Ausfällspalt 64.
Der Dieselkraftstoff mit dort noch etwa enthaltenen kleinsten Gebilden von Wasser durchströmt die Umfangswand des Trennrohrs 62 von radial außen nach radial innen und gelangt in den Ringraum 68. Die großen Wassertropfen hingegen werden an der radial äußeren Umfangsseite des Trennrohrs 62 zurückgehalten und sinken der Schwerkraft folgend in dem Ausfällspalt 64 nach unten. Durch die Auslassöffnungen in der topfseitigen Endscheibe 52 gelangen die Wassertropfen in den Wassersammelraum 58.
Der Dieselkraftstoff mit dem darin etwa noch enthaltenen Wasser strömt durch die Durchlassöffnungen 70 in der Umfangswand des Absorberbehälters 66 von radial außen nach radial innen. Dabei wird durch die hydrophoben Eigenschaften der Wand des Absorberbehälters 66 nochmals ein Teil des Wassers zurückgehalten. Der Dieselkraftstoff durchströmt das Absorptionsmittel 76, welches sich im Strömungsweg des Dieselkraftstoffs befindet und daher zwangsdurchströmbar ist. Bei einer Kraftstofftemperatur unterhalb der Betriebstemperatur des Dieselkraftstoffs, beispielhaft unter etwa 50°C, wird das im Dieselkraftstoff enthaltene nicht gelöste Wasser von dem Absorptionsmittel 76 absorbiert und von dem Dieselkraftstoff getrennt.
Der von dem nicht gelösten Wasser befreite Dieselkraftstoff verlässt den Absorberbehälter 66 durch die Durchlassöffnungen 70 in der deckelseitigen Stirnwand des Absorberbehälters 66 und gelangt in den Auslassraum 72. Von dort aus strömt der Dieselkraftstoff durch den Kraftstoffauslass 46, verlässt die Filtervorrichtung 32 und wird dem Verteilerrohr 18 zugeführt. Ein Teil des Dieselkraftstoffs wird den Brennkammern zugeführt. Zur Verbrennung nicht benötigter Dieselkraftstoff wird über die Kraftstoffrückleitung 20 zurück in den Kraftstofftank 16 geleitet.
Falls das Absorptionsmittel 76 derart aufquillt, dass ein Kraftstoffdurchfluss durch den Innenraum des Absorberbehälters 66 blockiert wird, steigt der Kraftstoffpegel im Ringraum 68 derart an, dass der Dieselkraftstoff durch die Umgehungsöffnungen 74 unter Umgehung des Absorptionsmittels 76 direkt in den Auslassraum 72 gelangen kann. Der Kraftstoffweg durch die Umgehungsleitung ist in der 2 angedeutet durch gestrichelte gebogene Pfeile.
Mit der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 12 steigt die Kraftstofftemperatur des Dieselkraftstoffs. Die übliche Betriebstemperatur des Dieselkraftstoffs zum Zwecke der Verbrennung in der Brennkraftmaschine 12 und der Kühlung beträgt zwischen etwa 50°C und 80°C. Mit zunehmender Kraftstofftemperatur verändert sich die Absorptionseigenschaft des Absorptionsmittels 76 für in dem Dieselkraftstoff enthaltenes Wasser, bis schließlich das in dem Absorptionsmittel 76 absorbierte Wasser wieder desorbiert und an den Dieselkraftstoff abgegeben wird. Das Volumen des Absorptionsmittels 76 nimmt dabei entsprechend wieder ab. Außerdem nimmt die Absorptionskapazität des Absorptionsmittels 76 wieder zu.
Bei der höheren Kraftstofftemperatur liegt das Wasser im Dieselkraftstoff in gelöster Form vor und bildet keine Tropfen oder Emulsion. In den nach Durchlauf der Wasserabscheidevorrichtung 34 noch vorliegenden Konzentrationen ist gelöstes Wasser für die Brennkraftmaschine 12 unschädlich. Das gelöste Wasser wird mit dem Dieselkraftstoff den Brennkammern der Brennkraftmaschine 12 zugeführt und über die Abgasanlage an die Umgebung abgegeben.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009047827 A1 [0004]

Claims

Abscheidevorrichtung (32) zur Abscheidung wenigstens eines Störmediums, insbesondere Wasser, aus wenigstens einem Betriebsfluid, insbesondere Kraftstoff, Öl oder Hydraulikmedium, insbesondere eines Filters (28) für ein Betriebsfluid, insbesondere eines Fluidkreislaufs (10), insbesondere einer Brennkraftmaschine (12), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit wenigstens einem Sorptionsmittel (76) zum Sorbieren des wenigstens einen Störmediums, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel (76) an oder in einem Strömungsweg (22) des wenigstens einen Betriebsfluids so angeordnet ist, dass es beim Betrieb der Abscheidevorrichtung (32) von dem wenigstens einen Betriebsfluid anströmbar, umströmbar und/oder durchströmbar ist, wobei eine Sorptions-/Desorptionsfähigkeit wenigstens eines Sorptionsmittels (76) für das wenigstens eine Störmedium in Verbindung mit dem wenigstens einen Betriebsfluid abhängig von wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere einer Temperatur und/oder einem Aggregatzustand, des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums veränderbar ist, wobei sich der wenigstens eine Betriebszustand innerhalb von Betriebsbedingungen der Abscheidevorrichtung (32) verändern kann, die bei einem Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids üblich sind.
Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel (76) so ausgestaltet ist, dass seine Sorptionsfähigkeit bei zunehmender Temperatur des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums in eine Desorptionsfähigkeit zur Desorption des wenigstens einen Störmediums an das wenigstens eine Betriebsfluid übergehen kann und umgekehrt.
Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel (76) bezüglich seiner Sorptions-/Desorptionsfähigkeit so veränderbar ist, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel (76) das wenigstens eine Störmedium absorbieren kann falls dieses einen Zustand aufweist, in welchem es für den Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids störend, insbesondere schädlich, sein kann, und das wenigstens eine Sorptionsmittel (76) das wenigstens eine Störmedium in einem Zustand desorbieren kann, in welchem das wenigstens eine Störmedium für den Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids nicht oder weniger störend, insbesondere unschädlich, ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel (76) Polymer und/oder Superabsorber wenigstens aufweist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel (76) Fasern und/oder Granulat und/oder Kugeln wenigstens aufweist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel (76) zwangsdurchströmbar im Strömungsweg (22) des wenigstens einen Betriebsfluids angeordnet ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Umgehungsleitung (74) für das wenigstens eine Betriebsfluid zur Umgehung des wenigstens einen Sorptionsmittels (76) vorgesehen ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung (32) mehrstufig ist.
Abscheidevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sorptionsmittel (76) bezüglich der Strömungswegs (22) des Betriebsfluids stromabwärts von wenigstens einem Filtermedium (48) und/oder wenigstens einer Abscheidestufe, insbesondere wenigstens einem Koaleszenzmedium (60) und/oder wenigstens einem Trennrohr (62), der Abscheidevorrichtung (32), angeordnet ist.
Filter (28) für Betriebsfluid, insbesondere Kraftstoff, Öl oder Hydraulikmedium, insbesondere eines Fluidkreislaufs (10), insbesondere einer Brennkraftmaschine (12), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens eine Abscheidevorrichtung (32) zur Abscheidung wenigstens eines Störmediums, insbesondere Wasser, aus dem Betriebsfluid, mit wenigstens einem Sorptionsmittel (76) zum Sorbieren des wenigstens einen Störmediums, insbesondere nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel (76) an oder in einem Strömungsweg (22) des wenigstens einen Betriebsfluids so angeordnet ist, dass es beim Betrieb der Abscheidevorrichtung (32) von dem wenigstens einen Betriebsfluid anströmbar, umströmbar und/oder durchströmbar ist, wobei eine Sorptions-/Desorptionsfähigkeit wenigstens eines Sorptionsmittels (76) für das wenigstens eine Störmedium in Verbindung mit dem wenigstens einen Betriebsfluid abhängig von wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere einer Temperatur und/oder einem Aggregatzustand, des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums veränderbar ist, wobei sich der wenigstens eine Betriebszustand innerhalb von Betriebsbedingungen der Abscheidevorrichtung (32) verändern kann, die bei einem Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids üblich sind.
Filterelement (42) eines Filters (28) für Betriebsfluid, insbesondere Kraftstoff, Öl oder Hydraulikmedium, insbesondere eines Fluidkreislaufs (10), insbesondere einer Brennkraftmaschine (12), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, aufweisend wenigstens einen Teil wenigstens einer Abscheidevorrichtung (32) zur Abscheidung wenigstens eines Störmediums, insbesondere Wasser, aus dem Betriebsfluid, mit wenigstens einem Sorptionsmittel (76) zum Sorbieren des wenigstens einen Störmediums, insbesondere nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Sorptionsmittel (76) an oder in einem Strömungsweg (22) des wenigstens einen Betriebsfluids so angeordnet ist, dass es beim Betrieb der Abscheidevorrichtung (32) von dem wenigstens einen Betriebsfluid anströmbar, umströmbar und/oder durchströmbar ist, wobei eine Sorptions-/Desorptionsfähigkeit wenigstens eines Sorptionsmittels (76) für das wenigstens eine Störmedium in Verbindung mit dem wenigstens einen Betriebsfluid abhängig von wenigstens einem Betriebszustand, insbesondere einer Temperatur und/oder einem Aggregatzustand, des wenigstens einen Betriebsfluids und/oder des wenigstens einen Störmediums veränderbar ist, wobei sich der wenigstens eine Betriebszustand innerhalb von Betriebsbedingungen der Abscheidevorrichtung (32) verändern kann, die bei einem Verwendungszweck des wenigstens einen Betriebsfluids üblich sind.