WO2014009060A1 - Wasserabscheidevorrichtung, filterelement eines kraftstofffilters und kraftstofffilter - Google Patents

Wasserabscheidevorrichtung, filterelement eines kraftstofffilters und kraftstofffilter Download PDF

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WO2014009060A1
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separation
filter
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PCT/EP2013/061549
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Gernot Boiger
Martin Veit
Jochen Reyinger
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Mann+Hummel Gmbh
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    • F02M37/24—Arrangements for purifying liquid fuel specially adapted for, or arranged on, internal-combustion engines, e.g. arrangements in the feeding system characterised by water separating means

Definitions

  • the invention relates to a Wasserabscheidevoriques, in particular a filter element, in particular a fuel filter of an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, for the separation of water from a liquid hydrocarbon, in particular fuel or oil, which is designed as a hollow body Koaleszenzmedium for coalescence of water droplets from the liquid hydrocarbon and in the flow direction of the liquid hydrocarbon behind the coalescence medium and, for example, in its interior or surrounding a hydrophobic designed as a hollow body, permeable for the liquid hydrocarbon separation medium for the separation of water droplets contained in the liquid hydrocarbon has.
  • the invention relates to a filter element of a fuel filter of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, with a Wasserabscheidevoriques for filtering a liquid fuel and for the separation of water from the fuel.
  • the invention also relates to a fuel filter of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, having a housing which has at least one fuel inlet for fuel to be cleaned, at least one fuel outlet for purified fuel and at least one water outlet for water separated from the fuel.
  • US 20080105629 A1 discloses a water / fuel separation system for removing water from a liquid hydrocarbon.
  • the water / fuel separation system includes a filter housing and a separation section disposed in the filter housing. At the separation section, in the liquid Hydrocarbon contained, water droplets retained and separated.
  • the invention has for its object to design a Wasserabscheidevorraum, a filter element and a fuel filter of the type mentioned, with the / a deposition of water from liquid hydrocarbons can be improved. Furthermore, a pressure difference between an inlet side of the liquid hydrocarbon in the Wasserabscheidevortechnik and an outlet side should be reduced as possible.
  • the Wasserabscheidevorraum is multi-stage, so that the deposition of water is improved.
  • the coalescing medium is arranged at a distance upstream of the separation medium in the flow direction. As it flows through the coalescing medium even the smallest water droplets contained in the liquid hydrocarbon can be separated and combined to form larger water droplets. Large water droplets may be precipitated in the flow direction of the liquid hydrocarbon behind the coalescing medium in the precipitation gap. On the separation medium, water droplets, which get into the precipitation gap with the liquid hydrocarbon and have not yet precipitated there, are retained.
  • the precipitation gap In the precipitation gap, the drops of water sink downwards due to their specific weight. If the specific gravity of the hydrocarbon is greater than that of water, the drops of water rise analogously. In this case, the Wasserabscheidevoriques can be arranged vice versa.
  • the precipitation gap in the usual installation position of the water separation device, can be aligned vertically so that the water droplets can pass out of the precipitation gap as unhindered as possible.
  • the water may in particular be collected in a water collecting space, which may be connected to a water outlet of a housing in which the Wasserabscheidevortechnik is located.
  • the coalescing medium and the separation medium can be arranged coaxially. In this way, a uniform expansion of the precipitation gap in Um- direction are possible.
  • a flow of the liquid hydrocarbon can be improved, in particular uniformed.
  • the pressure ratios within the Wasserabscheidevoriques can be improved.
  • a pressure difference between an inlet side and an outlet side of the water separation device can be reduced.
  • the separation medium may also rest against the fold back, so that a precipitation gap is formed in the fold pockets of the coalescing medium. This results in the circumferential direction thus more Aussocilspalte or in the circumferential direction partially interrupted by the fold back Aussocilspalt.
  • the coalescing medium and the separation medium can be optimized for their respective function. Due to the fact that even the smallest water droplets have already been agglomerated by the coalescence medium and can become larger water droplets, the passage openings in the separation medium can be correspondingly larger. In this way, a pressure loss on the separation medium can be reduced. If, advantageously, the coalescing medium is flowed through from radially inward to outward, the separating medium can be located outside of the coalescing medium and surround it. Alternatively, if advantageously the coalescing medium flows through from radially outside to inside, the separating medium can be located in an interior of the filter medium.
  • the separation medium may comprise polytetrafluoroethylene, in particular by a porous media layer of polytetrafluoroethylene, which is preferably expanded polytetrafluoroethylene is formed, wherein the porous media layer in particular forms a film and / or a membrane .
  • the film-like separation medium can also be used as a membrane be designated.
  • Expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) has water-repellent properties.
  • ePTFE is a specially processed form of polytetrafluoroethylene. During processing to ePTFE, the PTFE molecular fibers are oriented, which results in improved strength and cold flow properties in the material compared to non-oriented PTFE.
  • An ePTFE film has a greater water repellency than conventional hydrophobic fabrics.
  • An ePTFE Film can be provided with high strength and chemical resistance due to the aligned molecular fibers. A film can simply be circumferentially closed, so that the entire precipitation gap can be limited circumferentially with her.
  • the ePTFE can be a monodirectional ePTFE in which the molecular fibers are oriented in one direction. Alternatively, it may be multi-directional ePTFE, in which the molecular fibers are oriented in different directions. With multidirectional ePTFE, higher strength and creep resistance in the longitudinal and transverse direction of the film or membrane can be achieved than with monodirectional ePTFE.
  • passage openings for the liquid hydrocarbon in the separation medium diameter of about 0.1 ⁇ and 30 ⁇ have to obtain an effective separation of water.
  • the passage openings can also be referred to as pores or slots, in particular in the case of an ePTFE film. It has been found that diameter or width between about 5 ⁇ and about 20 ⁇ improve a ratio between a separation efficiency of water from the liquid hydrocarbon and a pressure difference between the inlet side and the outlet side of the separator.
  • This advantage results in particular by the upstream coalescence medium, which has, for example, passage openings or pore diameters in the range between 1 ⁇ m and 300 ⁇ m, it being preferred for both small pore and larger pore portions to be present in order to achieve efficient coalescence.
  • a shape-stabilizing support body can be provided which can support and / or support the separation medium and which can have passage openings for the liquid hydrocarbon.
  • the support body is advantageously formed as a support layer, preferably in the form of a support grid, which is connected in area with the separation medium.
  • the separation medium itself may be made of a non-dimensionally stable material.
  • the separation medium can be folded or bent together with the support body, thereby stabilizing the separation medium in the folded form.
  • a folding of an ePTFE film in combination with the support body can be made more dimensionally stable than a corresponding folding of other hydroprocessors known from the prior art. phobic tissues.
  • the focus of the separating medium can be on improving the separation efficiency and reducing the pressure difference between upstream side and downstream side. Its own mechanical dimensional stability does not have to be considered.
  • the passage openings of the support body can be chosen correspondingly large to reduce the pressure difference.
  • the passage openings in the support body may be larger than the passage openings in the separation medium. In this way, the liquid hydrocarbon can flow through the support body without this having a significant influence on the flow, in particular the pressure loss. Thus, overall, the pressure loss in the Wasserabscheidevoriques can be reduced.
  • the support body may advantageously be arranged on the downstream side of the separation medium. In this way, the support body better support the separation medium against the flow direction.
  • the support body can also be arranged on the inflow side of the separation medium.
  • the separation medium can also be clamped between struts of the support body and thus cover its passage openings.
  • the separation medium can be advantageously placed or stretched as a film or membrane on a corresponding peripheral side of the support body.
  • the support body from compared to the liquid hydrocarbon, in particular fuel, preferably diesel fuel, resistant, in particular synthetic material be.
  • the support body may be made of a plastic, in particular of polyacrylic or polyethylene. Alternatively, it may also be composed of organic, in particular cellulose-based, materials. It can also be a mixed material.
  • the support body may advantageously be constructed skeletal or lattice-like. It may advantageously be made from a so-called meltblown process nonwoven fabric, spunbonded fabric, woven fabric, knitted fabric or another type produced nonwoven fabric.
  • the passage openings of the support body diameter of approximately between 100 ⁇ to 15 mm have. It has been shown that at the passage openings of the support body with diameters between 100 ⁇ and 15 mm, the support function of the support body for the separation medium can be improved and a pressure loss between upstream and downstream of the support body can be reduced. Through openings with such diameters can influence the Further reduce the supporting body to a flow of the liquid hydrocarbon.
  • the diameters of the passage openings can also be referred to as a mesh width, in particular in the case of a grid-like support body.
  • the separation medium can have an alternating course over the circumference; in particular, the separation medium can be wavy or zigzag-shaped.
  • a film-like or membrane-like separation medium can be correspondingly shaped or folded.
  • the film-like or membrane-like separation medium can be applied or mounted on a shaping support body and then molded together with the support body and closed circumferentially.
  • the separation medium can be folded into a zigzag shape with the support body and closed circumferentially.
  • the separation medium with the support body then has a star-shaped profile. Due to the alternating course of the peripheral side of the separation medium, a surface of the separation medium to be flowed through can be increased while maintaining the space required, in particular comparable external dimensions. By increasing the inflow area, a mechanical surface load when flowing through the separation medium can be reduced.
  • the separation medium may have a higher degree of water repellency and thus a smaller water permeability, without necessarily increasing a pressure difference between the inflow side and the outflow side.
  • the separation medium can also have a cylindrical course circumferentially instead of an alternating course.
  • the cylindrical separating medium may have a round, oval or angular base.
  • a filter medium designed as a hollow body can be arranged to filter the liquid hydrocarbon in the direction of flow of the liquid hydrocarbon upstream of the separating medium, surrounding it or in its interior.
  • the filter medium in particular particles which contaminate the liquid hydrocarbon can be filtered out, before they get to the separation medium.
  • the separation medium can be protected.
  • the service life of the separation medium can thus be extended.
  • the filter medium can be arranged upstream of the coalescence medium in the flow direction, so that the particles can be filtered out before they reach the coalescence medium.
  • the coalescent medium can also be protected from particles and its service life extended.
  • the properties of the coalescence medium can advantageously be integrated in the filter medium.
  • both the filter function and the coalescing function can thus be made possible with a single medium.
  • the Wasserabscheidevoriques can be arranged interchangeably in a housing.
  • the separation device can optionally be removed from the housing with the filter medium, in particular for maintenance purposes, in particular in the event of contamination.
  • the water separation device may optionally be arranged with the filter medium fixed in the housing. In this case, in particular for maintenance purposes, the complete housing with the Wasserabscheidevoroplasty optionally be replaced with the filter medium.
  • the filter element according to the invention which is designed as a hollow body Koaleszenzmedium for coalescence of water droplets from the fuel and in the flow direction of the fuel behind the coalescence in the interior or this surrounding a designed as a hollow body hydrophobic, permeable to the fuel Separating medium for the separation of water droplets contained in the fuel, wherein a designed as a hollow body filter medium for filtering the fuel in the flow direction of the liquid hydrocarbon in front of the separation medium, this surrounding or in the interior, is arranged and between the coalescer and the separation medium a precipitation gap is realized , All shown in connection with the deposition device according to the invention and its advantageous embodiments advantages and features apply to the filter element according to the invention and its advantageous embodiments accordingly.
  • the technical object is also achieved by the fuel filter according to the invention, in which a filter element according to the invention with a Wasserabscheide noticed is arranged in the housing so that it separates the fuel inlet close to the fuel outlet. All in connection with the separation device according to the invention and the filter element according to the invention and their advantageous embodiments demonstrated advantages and features apply to the fuel filter according to the invention and its advantageous embodiments accordingly.
  • Figure 1 is an isometric view of an open at its top filter element of a fuel filter of an internal combustion engine having a Wasserabscheidevoriques having a separation unit with a star-shaped profile;
  • Figure 2 is a plan view of the filter element of Figure 1 axially to a longitudinal center axis of the filter element;
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of the filter element from FIGS. 1 and 2 along a section line III-III from FIG. 2 in a filter housing of the fuel filter;
  • Figure 4 is a detail section of the separation unit of the filter element of Figures 1 to 3;
  • Figure 5 is a detail view of a downstream side of the separation unit of Figures 1 to 4;
  • FIG 6 is an isometric view of the filter element of Figures 1 to 3, wherein here a radially outer filter element is shown transparent and indicated by dashed lines;
  • Figure 7 shows a second embodiment of a circular cylindrical separation unit, which can be used in conjunction with the filter element of Figures 1 to 3.
  • the same components are provided with the same reference numerals.
  • FIGS. 1 to 6 show a filter element 10 of a fuel filter 12, shown in section in FIG. 3, for diesel fuel of an internal combustion engine of a motor vehicle in different perspectives.
  • the filter element 10 and the fuel filter 12 are shown in Figures 1 to 6 only schematically and not to scale. Some elements have only been schematically indicated or omitted for the sake of clarity.
  • the filter element 10 is arranged in a housing 14 of the fuel filter 12.
  • the housing 14 is indicated by dashed lines.
  • the housing 14 has a fuel inlet 16 for the diesel fuel.
  • a fuel outlet 18, which in the present exemplary embodiment is arranged, for example, on the filter element 10, leads out of this through a peripheral wall of the filter housing 14.
  • the water outlet 20 is arranged on the filter element 10 by way of example in the present exemplary embodiment.
  • the filter element 10 is disposed in the housing 14 so as to tightly separate the fuel inlet 16 from the fuel outlet 18.
  • the fuel inlet 16 is connected outside the housing 14 with a fuel supply line, not shown in the figures. Inside the housing 14, the fuel inlet 16 opens into an inlet chamber 22, which surrounds the filter element 10 in a ring-shaped radially outside.
  • the feed space 22 extends in the axial direction in the interior of the housing 14.
  • "Axial”, “radial”, “coaxial” and “circumferential” refer in the following, unless stated otherwise, to a filter axis 24, which is shown in FIGS. 3 and 6 is indicated by dash-dotted lines.
  • the fuel outlet 18 is connected to a drainage chamber 26, which is located in the normal installation position of the fuel filter 12 at the bottom of the filter element 10. Outside the housing 14, the fuel outlet 18 is connected to a fuel discharge, not shown in the figures, for the purified diesel fuel.
  • the water outlet 20 is connected to a water collection chamber 28, which is located in the normal installation position of the fuel filter 12 at the bottom of the filter element 10. Outside the housing 14, the water outlet 20 is connected to a water drainage line, not shown, via which the separated water can be discharged from the housing 14.
  • the filter element 10 comprises a star-shaped folded, circumferentially closed filter medium 30, with the particular particles can be filtered out of the diesel fuel to be cleaned.
  • the filter medium 30 has an imaginary radially outer envelope and an imaginary radially inner envelope each in the form of a coaxial circular cylinder.
  • the filter medium 30 is sealed to a lower end plate 32.
  • the filter medium 30 is tightly connected to an upper end plate 34, which is shown in FIG.
  • the upper end plate 34 is closed throughout.
  • the lower end disk 32 has a coaxial opening 36, which connects a filter interior 38 within the filter medium 30 with the water collection chamber 28.
  • the coalescing medium 40 is circular cylindrical and circumferentially closed. It extends coaxially to the filter medium 30 between the upper Anschlußendlude 34 and the lower Anschlußendcase 32.
  • the coalescing medium 40 serves the merging of even the smallest water droplets in the diesel fuel to larger water droplets.
  • the coalescing medium 40 may be a nonwoven, for example.
  • the coalescing medium 40 is part of a generally designated 42 Wasserabscheidevoriques for the separation of water contained in the diesel fuel.
  • the Wasserabscheidevoriques 42 further includes a designed as an approximately tubular hollow body separation unit 44.
  • a detail section of a peripheral wall of the separation unit 44 is shown in FIG.
  • FIG. 5 is a plan view of a radially inner downstream side of the separation unit 44 is shown.
  • the separation unit 44 has a support grid 46 radially inward and a separation medium 48 radially outward.
  • the support grid 46 is located on the outflow side of the separation medium 48.
  • An interior 50 of the separation unit 44 is connected to the discharge space 26 at the bottom at the end face of the separation unit 44 in the normal installation position of the fuel filter 12.
  • the support grid 46 is made of a diesel fuel resistant material. It is preferably made of polyacrylic or polyethylene.
  • the support grid 46 is constructed like a mesh. It may preferably have a mesh size of about 100 ⁇ to 15 mm. The mesh size is indicated in FIG. 5 by a double arrow 56.
  • the separation medium 48 is made of a hydrophobic material. It is realized as a membrane made of expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE). The membrane is circumferentially closed. The separation medium 48 serves as a water barrier, which only lets through the diesel fuel.
  • the ePTFE can be a monodirectional ePTFE in which the molecular fibers are oriented in one direction. Alternatively, it can also be multidirectional ePTFE in which the molecular fibers are oriented in different directions. With multidirectional ePTFE, higher strength and creep resistance in the longitudinal and transverse directions of the membrane can be achieved than with monodirectional ePTFE.
  • the separation medium 48 has a pore size of approximately between 10 ⁇ and 30 ⁇ .
  • the mesh size 56 of the support grid 46 is significantly larger than the pore size of the separation medium 48. In this way, an influence of the support grid 46 on the fuel flow through the separation unit 44 is reduced.
  • the separation medium 48 surrounds circumferentially the support grid 46 and lies with its radially inner side on the support grid 46.
  • the membrane of the separation medium 48 is arranged on the later upstream side of the first flat support grid 44.
  • the support grid 46 is folded star-shaped together with the separation medium 48 and circumferentially closed. In this way, the alone in its form labile separation medium 48 can be folded simply star-shaped.
  • the support grid 46 with the coalescing medium 40 is attached to a separation unit support tube 49.
  • the separation unit support tube 49 has a plurality of profile-shaped circumferential circumferential support portions 52.
  • the circumferential support sections 52 are connected to one another via a plurality of axial support sections 54.
  • Axialstützabête 54 extend axially to the filter axis 24th
  • the separation unit 44 is sealed tightly with an upper closed dividing end disk 58. There, the Trennticiansstützrohr 49, the support grid 46 and the separation medium 48 are connected to the upper Tiredulation 58. On the opposite end face of the separation unit 44, the separation unit support tube 49, the support grid 46 and the separation medium 48 are connected to a lower separating end disk 60.
  • the lower separating end disk 60 has an opening 62 coaxial with the filter axis 24, which connects the interior 50 of the separating unit 44 to the discharge space 26.
  • the separation unit 44 extends in the axial direction over the entire filter interior 38.
  • the precipitation gap 64 has the shape of an annular space.
  • the precipitation gap 64 is bounded radially inwardly by the separation medium 48 and radially outward by the coalescing medium 40.
  • the precipitation gap 64 is closed by the upper end disk 34.
  • the precipitation gap 64 is connected to the water collecting space 28 via the opening 36.
  • the diesel fuel to be cleaned which may contain particles and water, as indicated in FIG. 3 by a dot-dashed arrow 66, is supplied from the fuel feed line through the fuel inlet 16 to the inlet space 22. From there, the diesel fuel, indicated by arrows 68, passes through the filter medium 30 from radially outside to radially inward to the coalescing medium 40. The diesel fuel is freed of particles.
  • the filter medium 30 forms a first stage of the overall three-stage fuel filter 12 for the cleaning / water separation. On the clean side of the filter medium 30, the diesel fuel freed of particles flows through the coalescing medium 40 from radially outside to radially inside. In the process, even the smallest water droplets contained in the diesel fuel are captured and combined to form larger drops of water.
  • the coalescing medium 40 forms a second stage for the purification / water separation.
  • the diesel fuel and the water which is mostly in the form of large drops of water, reach the precipitation gap 64.
  • the diesel fuel flows through the separation medium 48, which forms a third stage for the cleaning / water separation, from radially outside to radially inside, indicated by dashed arrows 70.
  • the star-shaped arrangement of the separation medium 48 a corresponding increase in the fürström design is achieved. Due to the larger flow area compared to a circular-cylindrical separation medium, a pressure difference between the inflow side and the outflow side of the separation medium 48 is reduced.
  • the cleaned and freed of water diesel fuel passes, indicated by arrows 72, from the interior 50 of the separation unit 44 down into the drain chamber 26 and from there through the fuel outlet 18 in the fuel discharge.
  • the housing 14 may be designed for maintenance purposes so that it can be opened. In this way, the filter element 10 can be removed from the housing 14, for example for replacement or for cleaning. However, the fuel filter 12 may also be designed so that the filter element fixed in the housing 14th is arranged. In this case, for maintenance purposes, the entire fuel filter 12 can be replaced.
  • FIG. 7 shows a second exemplary embodiment of a separation unit 144.
  • Those elements that are similar to those of the first embodiment of Figures 1 to 6 are provided with the same reference numerals plus 100.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that the separation unit 144 and the separation unit support tube 149 do not have a star-shaped but round profile.
  • the separation unit 144 can be used analogously to the first embodiment in the filter element 10 of the fuel filter 12 of Figures 1 to 6.
  • the invention is not limited to filter elements 10 for diesel fuel. Rather, it can also be used for the purification and / or water separation in other liquid hydrocarbons, such as fuels or oils. If a hydrocarbon is used whose specific gravity is greater than water, the drops of water increase analogously. In this case, the filter element 10 may be reversed. Likewise, the fuel inlet 16, the fuel outlet 18 and the water outlet 20 can be arranged accordingly.
  • the invention can also be used in other types of internal combustion engines, such as industrial engines.
  • the water separation device 42 can also be arranged as a separate component, in particular in a separate housing.
  • the fuel outlet 18 and / or the water outlet 20 may also be fixedly connected to the housing 14 instead of being arranged on the filter element 10.
  • the arrangement of the filter element 10 in the housing 14 can also be done in other ways.
  • a housing-fixed central tube can be provided, on which the filter element 10 can be inserted axially to the filter axis 24.
  • the filter medium 30 can be surrounded radially on the outside by a fluid-permeable, coaxial filter support tube which can connect the upper end disk 34 stably to the lower end disk 32.
  • the filter support tube can also be arranged radially inward. Coalescing medium 40 may then abut the radially outer peripheral side of the filter support tube.
  • the coalescing medium 40 can be realized instead of as a nonwoven in another way, for example as a woven or knitted fabric.
  • the coalescing medium 40 can also be combined with the filter medium 30, for example in the form of a coating.
  • the filter medium 30 may also be provided with a coalescing property.
  • the separation medium 48 can be shaped instead of a star shape and shaped as another type of hollow body so that it has an alternating course circumferentially.
  • a circumferentially wavy course can be provided.
  • an imaginary circular-cylindrical envelope it can also have an imaginary envelope with another base, for example an oval or angled base.
  • the separation medium 48 may also be conical in the axial direction.
  • the separation medium 148 can be realized instead of circular cylindrical as another type of hollow body, for example as a hollow cone.
  • the hollow body may instead of a round base also have a different, for example, oval or angular base.
  • the support grid 46; 146 may be made of a different, fuel-resistant material, in particular a plastic instead of polyacrylic or polyethylene.
  • the filter medium 30 can also be realized as a different kind of hollow body, for example as a hollow cylinder or hollow cone, for example with a round, oval or angular base area.
  • the separation unit support pipe 49; 149 instead of a profile that the separation medium 48; 148 with the support grid 46; 146 also has a different profile.
  • the separation unit support tube 49; 149 have a round, oval or angular profile.
  • radially inner fold edges of the separation medium 48 and the support grid 46 may abut against the radially outer peripheral side of a circular cylindrical separation unit support tube.
  • the coalescing medium 40 can be realized instead of as a nonwoven in another way, for example as a sieve, tissue or granules.
  • the filter medium 30 may be replaced by the coalescing medium 40 and the separation unit 44; 144 to be surrounded radially outside, also in the interior of the separation unit 44; 144 may be arranged.
  • the diesel fuel to be cleaned then flows through the filter medium 30, the coalescing medium 40 and the separation medium 48; 148 from radially outside to inside.
  • the filter medium 30, the coalescing medium 40 and / or the separation medium 48; 148 may instead of axially to the filter axis 24 in other ways, for example, eccentrically to the filter axis 24 may be arranged.

Abstract

Es werden eine Wasserabscheidevorrichtung (42), insbesondere eines Filterelements (10), insbesondere eines Kraftstofffilters einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ein Filterelement (10) und ein Kraftstofffilter (12) zur Abscheidung von Wasser aus einem flüssigen Kohlenwasserstoff, insbesondere Kraftstoff oder Öl, beschrieben. Die Wasserabscheidevorrichtung (42) weist ein als Hohlkörper ausgestaltetes Koaleszenzmedium (40) zur Koaleszenz von Wassertröpfchen aus dem flüssigen Kohlenwasserstoff und in Strömungsrichtung des flüssigen Kohlenwasserstoffs hinter dem Koaleszenzmedium (40) in dessen Innerem oder dieses umgebend ein als Hohlkörper gestaltetes hydrophobes, für den flüssigen Kohlenwasserstoff durchlässiges Trennmedium (48) zur Abscheidung von im flüssigen Kohlenwasserstoff enthaltenen Wassertröpfchen, auf. Zwischen dem Koaleszenzmedium (40) und dem Trennmedium (48) ist ein Ausfällspalt (64) realisiert.

Description

Beschreibung
Wasserabscheidevorrichtung, Filterelement eines
Kraftstofffilters und Kraftstofffilter
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Wasserabscheidevorrichtung, insbesondere eines Filterelements, insbesondere eines Kraftstofffilters einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zur Abscheidung von Wasser aus einem flüssigen Kohlenwasser- stoff, insbesondere Kraftstoff oder Öl, welche ein als Hohlkörper ausgestaltetes Koaleszenzmedium zur Koaleszenz von Wassertröpfchen aus dem flüssigen Kohlenwasserstoff und in Strömungsrichtung des flüssigen Kohlenwasserstoffs hinter dem Koaleszenzmedium und beispielsweise in dessen Innerem oder dieses umgebend ein als Hohlkörper gestaltetes hydrophobes, für den flüssigen Kohlenwasserstoff durchläs- siges Trennmedium zur Abscheidung von im flüssigen Kohlenwasserstoff enthaltenen Wassertröpfchen aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung ein Filterelement eines Kraftstofffilters einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Wasserabscheidevorrichtung zur Filtrierung eines flüssigen Kraftstoffs und zur Abscheidung von Wasser aus dem Kraftstoff.
Außerdem betrifft die Erfindung einen Kraftstofffilter einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, welches wenigstens einen Kraft- stoffeinlass für zu reinigenden Kraftstoff, wenigstens einen Kraftstoffauslass für gereinigten Kraftstoff und wenigstens einen Wasserauslass für vom Kraftstoff abgeschiedenes Wasser aufweist.
Stand der Technik
Aus der US 20080105629 A1 ist ein Wasser-/Kraftstoffabscheidesystem bekannt zur Entfernung von Wasser aus einem flüssigen Kohlenwasserstoff. Das Wasser-/Kraft- stoffabscheidesystem umfasst ein Filtergehäuse und einen Trennungsabschnitt, welcher in dem Filtergehäuse angeordnet ist. An dem Trennungsabschnitt werden im flüs- sigen Kohlenwasserstoff enthaltene, Wassertröpfchen zurückgehalten und abgeschieden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wasserabscheidevorrichtung, ein Filter- element und einen Kraftstofffilter der eingangs genannten Art zu gestalten, mit der/dem eine Abscheidung von Wasser aus flüssigen Kohlenwasserstoffen verbessert werden kann. Ferner soll eine Druckdifferenz zwischen einer Eintrittsseite des flüssigen Kohlenwasserstoffs in die Wasserabscheidevorrichtung und einer Austrittsseite möglichst verringert werden.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen dem Koales- zenzmedium und dem Trennmedium zumindest ein Ausfällspalt realisiert ist. Erfindungsgemäß ist die Wasserabscheidevorrichtung mehrstufig, so dass die Abscheidung von Wasser verbessert wird. Das Koaleszenzmedium ist in einem Abstand dem Trennmedium in Strömungsrichtung vorgelagert. Beim Durchströmen können an dem Koaleszenzmedium auch kleinste Wassertröpfchen, welche in dem flüssigen Kohlenwasserstoff enthalten sind, abgeschieden und zu größeren Wassertröpfchen vereinigt werden. Große Wassertropfen können in Strömungsrichtung des flüssigen Kohlenwasserstoffs hinter dem Koaleszenzmedium in dem Ausfällspalt ausgefällt werden. An dem Trennmedium werden Wassertropfen, welche mit dem flüssigen Kohlenwasserstoff in den Ausfällspalt gelangen und dort noch nicht ausgefällt wurden, zurückgehalten. In dem Ausfällspalt sinken die Wassertropfen aufgrund ihres spezifischen Gewichts nach unten. Wenn das spezifische Gewicht des Kohlenwasserstoffs größer ist als das von Wasser, steigen analog die Wassertropfen auf. In diesem Fall kann die Wasserabscheidevorrichtung umgekehrt angeordnet werden. Vorteilhafterweise kann in der üblichen Einbaulage der Wasserabscheidevorrichtung der Ausfällspalt vertikal ausgerichtet sein, so dass die Wassertropfen möglichst ungehindert aus dem Ausfällspalt heraus gelangen können. Vorteilhafterweise kann das Wasser insbesondere in einem Wassersammeiraum gesammelt werden, welcher mit einem Wasserauslass eines Gehäuses, in denen sich die Wasserabscheidevorrichtung befindet, verbunden sein kann. Vorteilhafterweise können das Koaleszenzmedium und das Trennmedium koaxial angeordnet sein. Auf diese Weise kann eine gleichmäßige Ausdehnung des Ausfällspalts in Um- fangsrichtung ermöglicht werden. Auf diese Weise kann eine Strömung des flüssigen Kohlenwasserstoffs verbessert, insbesondere vergleichmäßigt, werden. So können ferner die Druckverhältnisse innerhalb der Wasserabscheidevorrichtung verbessert werden. Insbesondere kann eine Druckdifferenz zwischen einer Einlassseite und einer Aus- lassseite der Wasserabscheidevorrichtung verringert werden. Beispielsweise kann das Trennmedium bei einem sterngefalteten Koaleszenzmedium aber auch an den Faltenrücken anliegen, so dass sich in den Faltentaschen des Koaleszenzmediums ein Ausfällspalt bildet. Es ergeben sich in Umfangsrichtung damit mehrere Ausfällspalte bzw. ein in Umfangsrichtung teilweise durch die Faltenrücken unterbrochener Ausfällspalt.
Wegen der getrennten Anordnung können das Koaleszenzmedium und das Trennmedium für ihre jeweilige Funktion optimiert sein. Dadurch, dass selbst kleinste Wassertröpfchen bereits durch das Koaleszenzmedium zusammengeballt wurden und zu größeren Wassertropfen werden können, können die Durchlassöffnungen in dem Trennmedium entsprechend größer sein. Auf diese Weise kann ein Druckverlust am Trennmedium verringert werden. Wenn vorteilhafterweise das Koaleszenzmedium von radial innen nach außen durchströmt wird, kann sich das Trennmedium außerhalb des Koaleszenzmediums befinden und dieses umgeben. Wenn alternativ vorteilhafterweise das Koaleszenzmedium von radial außen nach innen durchströmt wird, kann sich das Trennmedium in einem Innenraum des Filtermediums befinden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform kann das Trennmedium Polytetrafluorethylen aufweisen, insbesondere durch eine poröse Medienlage aus Polytetrafluorethylen, welches vorzugsweise expandiertes Polytetrafluorethylen darstellt, gebildet ist, wobei die poröse Medienlage im Speziellen eine Folie und/oder eine Membran bildet.. Das folienartige Trennmedium kann auch als Membran bezeichnet werden. Expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE) hat wasserabweisende Eigenschaften. ePTFE ist eine speziell verarbeitete Form des Polytetrafluorethylens. Während des Verarbeitungsprozesses zu ePTFE werden die PTFE-Molekülfasern orientiert, wodurch im Material im Vergleich zu nicht-orientiertem PTFE verbesserte Festigkeits- und Kaltfließeigenschaften erzeugt werden. An der Anströmseite der ePTFE-Folie können die Wassertropfen, die nicht in vorgelagerten Abscheidestufen abgeschieden wurden, abperlen und vertikal, aufgrund der Schwerkraft, nach unten fallen. Eine ePTFE-Folie weist eine größere wasserabstoßende Wirkung auf als herkömmliche hydrophobe Gewebe. Eine ePTFE- Folie kann aufgrund der ausgerichteten Molekülfasern mit einer hohen Festigkeit und chemischen Beständigkeit ausgestattet werden. Eine Folie kann einfach umfangsmaßig geschlossen werden, sodass der gesamte Ausfällspalt mit ihr umfangsmäßig begrenzt werden kann. Bei dem ePTFE kann es sich um monodirektionales ePTFE handeln, bei dem die Molekülfasern in eine Richtung orientiert sind. Alternativ kann es sich um multi- direktionales ePTFE handeln, bei dem die Molekülfasern in unterschiedliche Richtung orientiert sind. Mit multidirektionalem ePTFE kann eine höhere Festigkeit und Kriechbeständigkeit in Längs- und in Querrichtung der Folie oder Membran erreicht werden als bei monodirektionalem ePTFE.
Vorteilhafterweise können Durchlassöffnungen für den flüssigen Kohlenwasserstoff im Trennmedium Durchmesser von etwa zwischen 0.1 μιτι und 30 μιτι haben, um eine wirkungsvolle Wasserabscheidung zu erhalten. Die Durchlassöffnungen können insbesondere bei einer ePTFE-Folie auch als Poren bzw. Schlitze bezeichnet werden. Es hat sich gezeigt, dass Durchmesser bzw. breiten zwischen etwa 5 μιτι und etwa 20 μιτι ein Verhältnis zwischen einem Abscheidegrad von Wasser aus dem flüssigen Kohlenwasserstoff und einem Druckunterschied zwischen der Einlassseite und der Auslassseite der Abscheidevorrichtung verbessern. Dieser Vorteil ergibt insbesondere durch den vorgeschaltet Koaleszenzmedium, welche beispielsweise Durchlassöffnungen bzw. Porendurchmesser im Bereich zwischen 1 μιτι und 300 μιτι aufweist, wobei vorzugsweis sowohl Anteile von kleinen Poren als auch von größeren Poren vorhanden sein sollten, um ein effiziente Koaleszenz zu erreichen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein formstabilisierender Stütz- körper vorgesehen sein, welcher das Trennmedium stützen und/oder tragen kann und der Durchlassöffnungen für den flüssigen Kohlenwasserstoff aufweisen kann. Der Stützkörper ist vorteilhafterweise als Stützlage, vorzugsweise in Form eines Stützgitters, ausgebildet, die flächig mit dem Trennmedium verbunden ist. Auf diese Weise kann das Trennmedium selbst aus einem nicht formstabilen Material sein. Mit dem Stützkörper kann eine Formvielfalt für das Trennmedium vergrößert werden. Vorteilhafterweise kann das Trennmedium mit dem Stützkörper zusammen gefaltet oder gebogen werden und dadurch das Trennmedium in der gefalteten Form stabilisiert werden. Eine Faltung einer ePTFE-Folie in Kombination mit dem Stützkörper kann maßhaltiger erfolgen als eine entsprechende Faltung von aus dem Stand der Technik bekannten anderen hydro- phoben Geweben. Durch die Trennung von Trennfunktion und Stützfun ktion/form- gebender Funktion kann bei dem Trennmedium der Fokus auf eine Verbesserung der Abscheideeffizienz und eine Verringerung des Druckunterschieds zwischen Anströmseite und Abströmseite gerichtet werden. Seine eigene mechanische Formstabilität muss dabei nicht berücksichtigt werden. Die Durchlassöffnungen des Stützkörpers können zur Verringerung des Druckunterschieds entsprechend groß gewählt werden. Vorteilhafterweise können die Durchlassöffnungen in dem Stützkörper größer sein als die Durchlassöffnungen im Trennmedium. Auf diese Weise kann der flüssige Kohlenwasserstoff durch den Stützkörper hindurchströmen, ohne dass dies einen maßgeb- liehen Einfluss auf die Strömung, insbesondere den Druckverlust, hat. So kann insgesamt der Druckverlust in der Wasserabscheidevorrichtung verringert werden. Der Stützkörper kann vorteilhafterweise auf der Abströmseite des Trennmediums angeordnet sein. Auf diese Weise kann der Stützkörper das Trennmedium entgegen der Strömungsrichtung besser abstützen. Der Stützkörper kann aber auch auf der Anströmseite des Trennmediums angeordnet sein. Das Trennmedium kann auch zwischen Streben des Stützkörpers eingespannt sein und so dessen Durchlassöffnungen abdecken. Das Trennmedium kann vorteilhafterweise als Folie oder Membran auf eine entsprechende Umfangsseite des Stützkörpers aufgelegt oder aufgespannt sein. Vorteilhafterweise kann der Stützkörper aus gegenüber dem flüssigen Kohlenwasserstoff, insbesondere Kraftstoff, bevorzugt Dieselkraftstoff, beständigem, insbesondere synthetischem, Material sein. Vorteilhafterweise kann der Stützkörper aus einem Kunststoff, insbesondere aus Polyacryl oder Polyethylen, sein. Alternativ kann er auch aus organischen, insbesondere auf Zellulose basierenden, Materialien aufgebaut sein. Es kann sich auch um ein Mischmaterial handeln. Der Stützkörper kann vorteilhafterweise skelettartig oder gitterartig aufgebaut sein. Er kann vorteilhafterweise aus nach einem so genannten Meltblown-Verfahren hergestellten Vlies, Spinnvlies, Gewebe, Gestrick oder einem andersartigen hergestellten Vlies sein.
Vorteilhafterweise können die Durchlassöffnungen des Stützkörpers Durchmesser von etwa zwischen 100 μιτι bis 15 mm haben. Es hat sich gezeigt, dass bei Durchlassöffnungen des Stützkörpers mit Durchmessern zwischen 100 μιτι und 15 mm die Stützfunktion des Stützkörpers für das Trennmedium verbessert werden kann und ein Druckverlust zwischen Anströmseite und Abströmseite des Stützkörpers verringert werden kann. Durchlassöffnungen mit derartigen Durchmessern können einen Einfluss des Stützkörpers auf eine Strömung des flüssigen Kohlenwasserstoffs weiter verringern. Die Durchmesser der Durchlassöffnungen können insbesondere bei einem gitterartigen Stützkörper auch als Maschenweite bezeichnet werden. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Trennmedium umfangsmaßig einen alternierenden Verlauf haben, insbesondere kann das Trennmedium wellenförmig oder zickzackförmig verlaufen. Vorteilhafterweise kann ein folienartiges oder membranartiges Trennmedium entsprechend geformt oder gefaltet sein. Vorteilhafterweise kann das folienartige oder membranartige Trennmedium auf einen formgebenden Stützkörper aufgebracht oder aufgezogen werden und anschließend gemeinsam mit dem Stützkörper geformt und umfangsmaßig geschlossen werden. Vorteilhafterweise kann das Trennmedium mit dem Stützkörper zickzackförmig gefaltet und umfangsmaßig geschlossen werden. Das Trennmedium mit dem Stützkörper hat dann ein sternförmiges Profil. Durch den alternierenden Verlauf der Umfangsseite des Trennmediums kann bei gleich bleibendem Raumbedarf, insbesondere vergleichbaren Außenabmessungen, eine zu durchströmende Oberfläche des Trennmediums vergrößert werden. Durch die Vergrößerung der Anströmfläche kann eine mechanische Flächenbelastung beim Durchströmen des Trennmediums verringert werden. Durch die Vergrößerung der Anströmfläche im Vergleich zu einem kreiszylindrischen Trenn- medium kann der spezifische Durchfluss von flüssigem Kohlenwasserstoff durch das Trennmedium, die Strömungsgeschwindigkeit und der Druckabfall am Trennmedium verringert werden. Vorteilhafterweise kann das Trennmedium einen höheren Grad an Wasserabstoßung und damit eine kleinere Wasserdurchlässigkeit aufweisen, ohne dass eine Druckdifferenz zwischen der Anströmseite und der Abströmseite dadurch not- wendigerweise vergrößert wird. Bei einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform kann das Trennmedium umfangsmäßig statt eines alternierenden Verlaufs auch einen zylindrischen Verlauf haben. Das zylindrische Trennmedium kann eine runde, ovale oder eckige Grundfläche haben. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein als Hohlkörper ausgestaltetes Filtermedium zu Filtrierung des flüssigen Kohlenwasserstoffs in Strömungsrichtung des flüssigen Kohlenwasserstoffs vor dem Trennmedium, dieses umgebend oder in dessen Innerem, angeordnet sein. Mit dem Filtermedium können insbesondere Partikel, welche den flüssigen Kohlenwasserstoff verunreinigen, herausgefiltert werden, bevor sie zu dem Trennmedium gelangen. Auf diese Weise kann das Trennmedium geschützt werden. Die Standzeiten des Trennmediums können somit verlängert werden. Vorteilhafterweise kann das Filtermedium in Strömungsrichtung vor dem Koales- zenzmedium angeordnet sein, so dass die Partikel herausgefiltert werden können, be- vor sie zu dem Koaleszenzmedium gelangen. Auf diese Weise kann auch das Koales- zenzmedium vor Partikeln geschützt werden und dessen Standzeit verlängert werden. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhafterweise die Eigenschaften des Koaleszenz- mediums in dem Filtermedium integriert sein. Vorteilhafterweise kann so mit einem einzigen Medium sowohl die Filterfunktion als auch die Koaleszenzfunktion ermöglicht werden.
Vorteilhafterweise kann die Wasserabscheidevorrichtung austauschbar in einem Gehäuse angeordnet werden. Dies hat den Vorteil, dass die Abscheidevorrichtung gegebenenfalls mit dem Filtermedium insbesondere zu Wartungszwecken, insbesondere bei Verschmutzung, aus dem Gehäuse entfernt werden kann. Alternativ kann die Wasserabscheidevorrichtung gegebenenfalls mit dem Filtermedium fest in dem Gehäuse angeordnet werden. In diesem Fall kann insbesondere zu Wartungszwecken das komplette Gehäuse mit der Wasserabscheidevorrichtung gegebenenfalls mit dem Filtermedium ausgetauscht werden.
Die technische Aufgabe wird ferner durch das erfindungsgemäße Filterelement gelöst, das ein als Hohlkörper ausgestaltetes Koaleszenzmedium zur Koaleszenz von Wassertröpfchen aus dem Kraftstoff und in Strömungsrichtung des Kraftstoffs hinter dem Koaleszenzmedium in dessen Innerem oder dieses umgebend ein als Hohlkörper ge- staltetes hydrophobes, für den Kraftstoff durchlässiges Trennmedium zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenen Wassertröpfchen, aufweist, wobei ein als Hohlkörper ausgestaltetes Filtermedium zur Filtrierung des Kraftstoffs in Strömungsrichtung des flüssigen Kohlenwasserstoffs vor dem Trennmedium, dieses umgebend oder in dessen Innerem, angeordnet ist und zwischen dem Koaleszenzmedium und dem Trennmedium ein Ausfällspalt realisiert ist. Alle in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung und deren vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Vorteile und Merkmale gelten für das erfindungsgemäße Filterelement und dessen vorteilhafte Ausführungsformen entsprechend. Die technische Aufgabe wird außerdem durch den erfindungsgemäßen Kraftstofffilter gelöst, bei dem ein erfindungsgemäßes Filterelement mit einer Wasserabscheideeinrichtung so in dem Gehäuse angeordnet ist, dass es den Kraftstoffeinlass dicht von dem Kraftstoffauslass trennt. Alle in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung und dem erfindungsgemäßen Filterelement und deren vorteilhaften Ausgestaltungen aufgezeigten Vorteile und Merkmale gelten für den erfindungsgemäßen Kraftstofffilter und dessen vorteilhafte Ausführungsformen entsprechend.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. 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
Figur 1 eine isometrische Darstellung eines an seiner Oberseite offenen Filterelements eines Kraftstofffilters einer Brennkraftmaschine mit einer Wasserabscheidevorrichtung, die eine Trenneinheit mit einem sternförmigen Profil aufweist;
Figur 2 eine Draufsicht des Filterelements aus der Figur 1 axial zu einer Längsmittelachse des Filterelements;
Figur 3 einen Längsschnitt des Filterelements aus den Figuren 1 und 2 entlang einer Schnittlinie III-III aus der Figur 2 in einem Filtergehäuse des Kraftstofffilters;
Figur 4 einen Detailschnitt der Trenneinheit des Filterelements aus den Figuren 1 bis 3;
Figur 5 eine Detailansicht einer Abströmseite der Trenneinheit aus den Figuren 1 bis 4;
Figur 6 eine isometrische Darstellung des Filterelements aus den Figuren 1 bis 3, wobei hier ein radial äußeres Filterelement transparent gezeigt und mit gestrichelten Linien angedeutet ist; Figur 7 ein zweites Ausführungsbeispiel einer kreiszylindrischen Trenneinheit, welche in Verbindung mit dem Filterelement aus den Figuren 1 bis 3 verwendet werden kann. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsform(en) der Erfindung
In den Figuren 1 bis 6 ist ein Filterelement 10 eines in der Figur 3 im Schnitt gezeigten Kraftstofffilters 12 für Dieselkraftstoff einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs in unterschiedlichen Perspektiven gezeigt. Das Filterelement 10 und der Kraftstofffilter 12 sind in den 1 bis 6 lediglich schematisch und nicht maßstabgetreu dargestellt. Einige Elemente wurden der besseren Übersichtlichkeit wegen nur schematisch angedeutet oder weggelassen. Das Filterelement 10 ist, wie in der Figur 3 gezeigt, in einem Gehäuse 14 des Kraftstofffilters 12 angeordnet. Das Gehäuse 14 ist gestrichelt angedeutet. Das Gehäuse 14 weist einen Kraftstoffeinlass 16 für den Dieselkraftstoff auf. Ein Kraftstoffauslass 18, welcher in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielhaft an dem Filterelement 10 angeordnet ist, führt durch eine Umfangswand des Filtergehäuses 14 aus diesem her- aus. Ein Wasserauslass 20 für Wasser, welches mithilfe des Filterelements 10 aus dem Dieselkraftstoff abgeschieden wird, führt durch einen Boden des Gehäuses 14 aus diesem heraus. Der Wasserauslass 20 ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielhaft an dem Filterelement 10 angeordnet. Das Filterelement 10 ist so in dem Gehäuse 14 angeordnet, dass es den Kraftstoffeinlass 16 von dem Kraftstoffauslass 18 dicht trennt.
Der Kraftstoffeinlass 16 ist außerhalb des Gehäuses 14 mit einer in den Figuren nicht gezeigten Kraftstoffzuleitung verbunden. Im Inneren des Gehäuses 14 mündet der Kraftstoffeinlass 16 in einen Zulaufraum 22, welcher das Filterelement 10 ringförmig radial außen umgibt. Der Zulaufraum 22 erstreckt sich im Inneren des Gehäuses 14 in axialer Richtung.„Axial",„radial",„koaxial" und„umfangsmäßig" beziehen sich im Folgenden, wenn nicht anders angegeben, auf eine Filterachse 24, welche in den Figuren 1 , 3 und 6 strichpunktiert angedeutet ist. Der Kraftstoffauslass 18 ist mit einem Ablaufraum 26 verbunden, der sich in der normalen Einbaulage des Kraftstofffilters 12 unten am Filterelement 10 befindet. Außerhalb des Gehäuses 14 ist der Kraftstoffauslass 18 mit einer in den Figuren nicht gezeigten Kraftstoffableitung für den gereinigten Dieselkraftstoff verbunden.
Der Wasserauslass 20 ist mit einem Wassersammeiraum 28 verbunden, der sich in der normalen Einbaulage des Kraftstofffilters 12 unten am Filterelement 10 befindet. Außerhalb des Gehäuses 14 ist der Wasserauslass 20 mit einer nicht gezeigten Wasserablassleitung verbunden, über die das abgeschiedene Wasser aus dem Gehäuse 14 ab- geleitet werden kann.
Das Filterelement 10 umfasst ein sternförmig gefaltetes, umfangsmäßig geschlossenes Filtermedium 30, mit dem insbesondere Partikel aus dem zu reinigenden Dieselkraftstoff herausgefiltert werden können. Das Filtermedium 30 hat eine gedachte radial äu- ßere Umhüllende und eine gedachte radial innere Umhüllende jeweils in Form eines koaxialen Kreiszylinders. An einer dem Boden des Gehäuses 14 zugewandten unteren Stirnseite ist das Filtermedium 30 dicht mit einer untere Endscheibe 32 verbunden. An seiner gegenüber liegenden Stirnseite ist das Filtermedium 30 dicht mit einer oberen Endscheibe 34 verbunden, welche in der Figur 3 gezeigt ist. Die obere Endscheibe 34 ist durchgängig geschlossen. Die untere Endscheibe 32 weist eine koaxiale Öffnung 36 auf, welche einen Filterinnenraum 38 innerhalb des Filtermediums 30 mit dem Wassersammeiraum 28 verbindet.
An den radial inneren Faltkanten des Filtermediums 30 liegt ein Koaleszenzmedium 40 an. Das Koaleszenzmedium 40 ist kreiszylindrisch und umfangsmäßig geschlossen. Es erstreckt sich koaxial zum Filtermedium 30 zwischen der oberen Anschlussendscheibe 34 und der unteren Anschlussendscheibe 32. Das Koaleszenzmedium 40 dient der Zusammenführung auch von kleinsten Wassertröpfchen im Dieselkraftstoff zu größeren Wassertropfen. Das Koaleszenzmedium 40 kann beispielsweise ein Vlies sein. Das Koaleszenzmedium 40 ist Teil einer insgesamt mit 42 bezeichneten Wasserabscheidevorrichtung zur Abscheidung von in dem Dieselkraftstoff enthaltenem Wasser.
Die Wasserabscheidevorrichtung 42 umfasst ferner eine als etwa röhrenartiger Hohlkörper ausgebildete Trenneinheit 44. Ein Detailschnitt einer Umfangswand der Trenn- einheit 44 ist in der Figur 4 gezeigt. In der Figur 5 ist eine Draufsicht auf eine radial innere Abströmseite der Trenneinheit 44 gezeigt. Die Trenneinheit 44 verfügt über ein Stützgitter 46 radial innen und ein Trennmedium 48 radial außen. Das Stützgitter 46 befindet sich auf der Abströmseite des Trennmediums 48. Ein Innenraum 50 der Trenn- einheit 44 ist in der normalen Einbaulage des Kraftstofffilters 12 unten an der Stirnseite der Trenneinheit 44 mit dem Ablaufraum 26 verbunden.
Das Stützgitter 46 ist aus einem gegenüber Dieselkraftstoff beständigen Material. Bevorzugt ist es aus Polyacryl oder Polyethylen. Das Stützgitter 46 ist maschenartig auf- gebaut. Es kann bevorzugt eine Maschenweite von etwa 100 μιτι bis 15 mm haben. Die Maschenweite ist in der Figur 5 angedeutet durch einen Doppelpfeil 56.
Das Trennmedium 48 ist aus einem hydrophoben Material. Es ist als Membran aus expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE) realisiert. Die Membran ist umfangsmäßig ge- schlössen. Das Trennmedium 48 dient als Wasserbarriere, welche lediglich den Dieselkraftstoff durchlässt. Bei dem ePTFE kann es sich um monodirektionales ePTFE handeln, bei dem die Molekülfasern in eine Richtung orientiert sind. Alternativ kann es sich auch um multidirektionales ePTFE handeln, bei dem die Molekülfasern in unterschiedliche Richtung orientiert sind. Mit multidirektionalem ePTFE kann eine höhere Festigkeit und Kriechbeständigkeit in Längsrichtung und in Querrichtung der Membran erreicht werden als bei monodirektionalem ePTFE. Das Trennmedium 48 hat eine Porengröße von etwa zwischen 10 μιτι und 30 μιτι. Die Maschenweite 56 des Stützgitters 46 ist deutlich größer als die Porengröße des Trennmediums 48. Auf diese Weise wird ein Einfluss des Stützgitters 46 auf die Kraftstoffströmung durch die Trenneinheit 44 ver- ringert.
Das Trennmedium 48 umgibt umfangsmäßig das Stützgitter 46 und liegt mit seiner radial inneren Seite am Stützgitter 46 an. Zur Herstellung der Trenneinheit 44 wird die Membran des Trennmediums 48 auf der späteren Anströmseite des zunächst ebenen Stützgitters 44 angeordnet. Anschließend wird das Stützgitter 46 mit dem Trennmedium 48 gemeinsam sternförmig gefaltet und umfangsmäßig geschlossen. Auf diese Weise kann das für sich alleine in seiner Form labile Trennmedium 48 einfach sternförmig gefaltet werden. Das Stützgitter 46 mit dem Koaleszenzmedium 40 ist auf ein Trenneinheitsstützrohr 49 aufgesteckt. Das Trenneinheitsstützrohr 49 weist eine Mehrzahl von im Profil sternförmigen umfangsmäßigen Umfangsstützabschnitten 52 auf. Die Umfangsstützab- schnitte 52 sind über eine Mehrzahl von Axialstützabschnitten 54 miteinander verbun- den. Die Axialstützabschnitte 54 erstrecken sich axial zur Filterachse 24.
An der dem Ablaufraum 26 abgewandten oberen Stirnseite ist die Trenneinheit 44 dicht mit einer oberen geschlossenen Trennendscheibe 58 verschlossen. Dort sind das Trenneinheitsstützrohr 49, das Stützgitter 46 und das Trennmedium 48 mit der oberen Trennendscheibe 58 verbunden. Auf der gegenüber liegenden Stirnseite der Trenneinheit 44 sind das Trenneinheitsstützrohr 49, das Stützgitter 46 und das Trennmedium 48 mit einer unteren Trennendscheibe 60 verbunden.
Die untere Trennendscheibe 60 weist eine zur Filterachse 24 koaxiale Öffnung 62 auf, welche den Innenraum 50 der Trenneinheit 44 mit dem Ablaufraum 26 verbindet. Die Trenneinheit 44 erstreckt sich in axialer Richtung über den gesamten Filterinnenraum 38.
Zwischen dem Trennmedium 48 und dem Koaleszenzmedium 40 befindet sich ein Aus- fällspalt 64. Der Ausfällspalt 64 hat die Form eines Ringraums. Der Ausfällspalt 64 ist radial innen durch das Trennmedium 48 und radial außen durch das Koaleszenzmedium 40 begrenzt. Auf der dem Wassersammeiraum 28 abgewandten Stirnseite ist der Ausfällspalt 64 durch die obere Endscheibe 34 verschlossen. Auf der gegenüber liegenden Stirnseite ist der Ausfällspalt 64 über die Öffnung 36 mit dem Wasser- sammelraum 28 verbunden.
Beim Betrieb des Kraftstofffilters 12 wird der zu reinigende Dieselkraftstoff, welcher Partikel und Wasser enthalten kann, wie in der Figur 3 durch einen strichgepunkteten Pfeil 66 angedeutet, aus der Kraftstoffzuleitung durch den Kraftstoffeinlass 16 dem Zulauf- räum 22 zugeführt. Von dort aus gelangt der Dieselkraftstoff, angedeutet durch Pfeile 68, durch das Filtermedium 30 von radial außen nach radial innen zu dem Koaleszenzmedium 40. Dabei wird der Dieselkraftstoff von Partikel befreit. Das Filtermedium 30 bildet eine erste Stufe des insgesamt dreistufigen Kraftstofffilters 12 für die Reini- gung/Wasserabscheidung. Auf der Reinseite des Filtermediums 30 durchströmt der von Partikeln befreite Dieselkraftstoff das Koaleszenzmedium 40 von radial außen nach radial innen. Dabei werden im Dieselkraftstoff enthaltene, auch kleinste Wassertröpfchen eingefangen und zu grö- ßeren Wassertropfen vereinigt. Das Koaleszenzmedium 40 bildet eine zweite Stufe für die Reinigung/Wasserabscheidung.
Der Dieselkraftstoff und das Wasser, welches größtenteils in Form von großen Wassertropfen vorliegt, gelangen in den Ausfällspalt 64.
Der Dieselkraftstoff durchströmt das Trennmedium 48, welches eine dritte Stufe für die Reinigung/Wasserabscheidung bildet, von radial außen nach radial innen, angedeutet durch gestrichelte Pfeile 70. Durch die sternförmige Anordnung des Trennmediums 48 wird eine entsprechende Vergrößerung der Durchströmfläche erreicht. Durch die größe- re Durchströmfläche im Vergleich zu einem kreiszylindrischen Trennmedium wird ein Druckunterschied zwischen der Anströmseite und der Abströmseite des Trennmediums 48 verringert.
Der gereinigte und vom Wasser befreite Dieselkraftstoff gelangt, angedeutet durch Pfei- le 72, aus dem Innenraum 50 der Trenneinheit 44 nach unten in den Ablaufraum 26 und von dort durch den Kraftstoffauslass 18 in die Kraftstoffableitung.
Die Wassertropfen hingegen werden durch das Trennmedium 48 zurückgehalten. Sie sinken aufgrund ihres im Vergleich zum Dieselkraftstoff größeren spezifischen Gewichts im Ausfällspalt 64 nach unten, angedeutet durch gepunktete Pfeile 74, und in den Wassersammeiraum 28. Aus dem Wassersammeiraum 28 wird das gesammelte Wasser in hier nicht weiter interessierender Weise über den Wasserauslass 20 in die Wasserablaufleitung abgelassen. Das Gehäuse 14 kann zu Wartungszwecken so ausgestaltet sein, dass es geöffnet werden kann. Auf diese Weise kann das Filterelement 10 aus dem Gehäuse 14, beispielsweise zum Austausch oder zur Reinigung, entnommen werden. Der Kraftstofffilter 12 kann aber auch so ausgestaltet sein, dass das Filterelement fest in dem Gehäuse 14 angeordnet ist. In diesem Fall kann zu Wartungszwecken der gesamte Kraftstofffilter 12 ausgetauscht werden.
In der Figur 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Trenneinheit 144 gezeigt. Die- jenigen Elemente, die zu denen des ersten Ausführungsbeispiels aus den Figuren 1 bis 6 ähnlich sind, sind mit denselben Bezugszeichen zuzüglich 100 versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Trenneinheit 144 und das Trenneinheitsstützrohr 149 keine sternförmigen sondern runde Profil haben. Die Trenneinheit 144 kann analog zum ersten Aus- führungsbeispiel in dem Filterelement 10 des Kraftstofffilters 12 aus den Figuren 1 bis 6 verwendet werden.
Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen eines Filterelements 10, einer Wasserabscheidevorrichtung 42 und eines Kraftstofffilters 12 sind unter anderem fol- gende Modifikationen möglich:
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Filterelemente 10 für Dieselkraftstoff. Vielmehr kann sie auch für die Reinigung und/oder Wasserabscheidung bei andersartigen flüssigen Kohlenwasserstoffen, beispielsweise Kraftstoffe oder Öle, verwendet werden. Wenn ein Kohlenwasserstoff verwendet wird, dessen spezifisches Gewicht größer ist als Wasser, steigen analog die Wassertropfen auf. In diesem Fall kann das Filterelement 10 umgekehrt angeordnet sein. Ebenso können der Kraftstoffeinlass 16, der Kraftstoffauslass 18 und der Wasserauslass 20 entsprechend angeordnet sein. Die Erfindung kann auch bei andersartigen Brennkraftmaschinen, beispielsweise Industriemotoren, eingesetzt werden.
Ferner kann die Wasserabscheidevorrichtung 42 statt in dem Filterelement 10 integriert auch als separates Bauteil insbesondere in einem eigenen Gehäuse angeordnet sein.
Der Kraftstoffauslass 18 und/oder der Wasserauslass 20 können statt an dem Filterelement 10 angeordnet auch fest mit dem Gehäuse 14 verbunden sein. Die Anordnung des Filterelements 10 in dem Gehäuse 14 kann auch in anderer Weise geschehen. Beispielsweise kann ein gehäusefestes Mittelrohr vorgesehen sein, auf das das Filterelement 10 axial zur Filterachse 24 gesteckt werden kann. Ferner kann das Filtermedium 30 radial außen von einem fluiddurchlässigen, koaxialen Filterstützrohr umgeben sein, welches die obere Endscheibe 34 mit der unteren Endscheibe 32 stabil verbinden kann. Das Filterstützrohr kann auch radial innen angeordnet sein. Das Koaleszenzmedium 40 kann dann an der radial äußeren Umfangsseite des Filterstützrohrs anliegen.
Das Koaleszenzmedium 40 kann statt als Vlies auch in anderer Art, beispielsweise als Gewebe oder Gestrick, realisiert sein. Das Koaleszenzmedium 40 kann auch mit dem Filtermedium 30 kombiniert sein, beispielsweise in Form einer Beschichtung. Das Filtermedium 30 kann auch mit einer die Koaleszenz bewirkenden Eigenschaft ausgestattet sein.
Beim ersten Ausführungsbeispiel kann das Trennmedium 48 kann statt sternförmig gefaltet auch als andersartiger Hohlkörper so geformt sein, dass es umfangsmäßig einen alternierenden Verlauf hat. Beispielsweise kann ein umfangsmäßig wellenförmiger Ver- lauf vorgesehen sein. Es kann statt einer gedachten kreiszylindrischen Umhüllenden auch eine gedachte Umhüllende mit einer anderen, beispielsweise einer ovalen oder eckigen, Grundfläche haben. Das Trennmedium 48 kann in axialer Richtung auch konisch sein. Beim zweiten Ausführungsbeispiel kann das Trennmedium 148 statt kreiszylindrisch auch als andersartiger Hohlkörper, beispielsweise als Hohlkegel, realisiert sein. Der Hohlkörper kann statt einer runden Grundfläche auch eine andersartige, beispielsweise ovale oder eckige Grundfläche, haben. Das Stützgitter 46; 146 kann statt aus Polyacryl oder Polyethylen auch aus einem andersartigen, kraftstoffbeständigen Material, insbesondere einem Kunststoff, sein. Das Filtermediunn 30 kann statt sternförmig gefaltet auch als andersartiger Hohlkörper, beispielsweise als Hohlzylinder oder Hohlkegel, beispielsweise mit runder, ovaler oder eckiger Grundfläche, realisiert sein. Das Trenneinheitsstützrohr 49; 149 kann statt eines Profils, das dem Trennmedium 48; 148 mit dem Stützgitter 46; 146 entspricht, auch ein andersartiges Profil aufweisen. Beispielsweise kann das Trenneinheitsstützrohr 49; 149 ein rundes, ovales oder eckiges Profil haben. Beim ersten Ausführungsbeispiel können radial inneren Faltkanten des Trennmediums 48 und des Stützgitter 46 an der radial äußeren Umfangsseite eines kreiszylindrischen Trenneinheitsstützrohrs anliegen.
Das Koaleszenzmedium 40 kann statt als Vlies auch in anderer Art, beispielsweise als Sieb, Gewebe oder Granulat, realisiert sein.
Das Filtermedium 30 kann statt das Koaleszenzmedium 40 und die Trenneinheit 44; 144 radial außen zu umgeben, auch im Innenraum der Trenneinheit 44; 144 angeordnet sein. Der zu reinigende Dieselkraftstoff durchströmt dann das Filtermedium 30, das Koaleszenzmedium 40 und das Trennmedium 48; 148 von radial außen nach innen.
Das Filtermedium 30, das Koaleszenzmedium 40 und/oder das Trennmedium 48; 148 können statt axial zur Filterachse 24 auch in anderer Weise, beispielsweise exzentrisch, zur Filterachse 24 angeordnet sein.

Claims

Ansprüche
Wasserabscheidevorrichtung (42), insbesondere eines Filterelements (10), insbesondere eines Kraftstofffilters (12) einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zur Abscheidung von Wasser aus einem flüssigen Kohlenwasserstoff, insbesondere Kraftstoff oder Öl, welche ein als Hohlkörper ausgestaltetes Koaleszenzmedium (40) zur Koaleszenz von Wassertröpfchen aus dem flüssigen Kohlenwasserstoff und in Strömungsrichtung (68) des flüssigen Kohlenwasserstoffs hinter dem Koaleszenzmedium (40), insbesondere in dessen Innerem oder dieses umgebend, ein als Hohlkörper gestaltetes hydrophobes, für den flüssigen Kohlenwasserstoff durchlässiges Trennmedium (48; 148) zur Abscheidung von im flüssigen Kohlenwasserstoff enthaltenen Wassertröpfchen, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Koaleszenzmedium (40) und dem Trennmedium (48; 148) zumindest ein Ausfällspalt (64) realisiert ist.
Wasserabscheidevorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmedium (48; 148) Polytetrafluorethylen aufweist, insbesondere durch eine poröse Medienlage aus Polytetrafluorethylen, welches vorzugsweise expandiertes Polytetrafluorethylen ist, gebildet ist, wobei die poröse Medienlage im Speziellen fo- lien- und/oder membranartig ausgebildet ist.
Wasserabscheidevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Durchlassöffnungen, insbesondere Schlitze, für den flüssigen Kohlenwasserstoff im Trennmedium (48; 148) Durchmesser bzw. Breiten von etwa zwischen 0.1 μιτι und 30 μιτι, vorzugsweise von etwa zwischen 5 μιτι und 20 μιτι, haben.
Wasserabscheidevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein formstabilisierender Stützkörper (46; 146), insbesondere in Form eines formstabilisierendes Stützgitters, vorgesehen ist, welcher das Trennmedium (48; 148) stützt und/oder trägt und der Durchlassöffnungen für den flüssigen Kohlenwasserstoff aufweist.
Wasserabscheidevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnungen des Stützkörpers (48; 148) Durchmesser (56) von etwa zwischen 100 μιτι bis 15 mm haben.
Wasserabscheidevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umfangsseite des Trennmediums einen alternierenden Verlauf hat, insbesondere die Umfangsseite des Trennmediums (48) wellenförmig oder zickzackförmig verläuft.
7. Wasserabscheidevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein als Hohlkörper ausgestaltetes Filtermedium (30) zu Filtrierung des flüssigen Kohlenwasserstoffs in Strömungsrichtung (68) des flüssigen Kohlenwasserstoffs vor dem Trennmedium (48; 148), dieses umgebend oder in dessen Innerem, angeordnet ist.
8. Wasserabscheidevorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie austauschbar in einem Gehäuse (14) angeordnet werden kann.
9. Filterelement (10) eines Kraftstofffilters (12) einer Brennkraftmaschine, insbeson- dere eines Kraftfahrzeugs, mit einer Wasserabscheidevorrichtung (42), insbesondere nach einem der vorigen Ansprüche, zur Filtrierung eines flüssigen Kraftstoffs und zur Abscheidung von Wasser aus dem Kraftstoff, welches ein als Hohlkörper ausgestaltetes Koaleszenzmedium (40) zur Koaleszenz von Wassertröpfchen aus dem Kraftstoff und in Strömungsrichtung (68) des Kraftstoffs hinter dem Koales- zenzmedium (40), insbesondere in dessen Innerem oder dieses umgebend, ein als
Hohlkörper gestaltetes hydrophobes, für den Kraftstoff durchlässiges Trennmedium (48; 148) zur Abscheidung von im Kraftstoff enthaltenen Wassertröpfchen, aufweist, wobei ein als Hohlkörper ausgestaltetes Filtermedium (30) zur Filtrierung des Kraftstoffs in Strömungsrichtung (68) des flüssigen Kohlenwasserstoffs vor dem Trenn- medium (48; 148), insbesondere dieses umgebend oder in dessen Innerem, angeordnet ist und zwischen dem Koaleszenzmedium (40) und dem Trennmedium (48; 148) zumindest ein Ausfällspalt (64) realisiert ist.
10. Kraftstofffilter (12) einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (14), welches wenigstens einen Kraftstoffeinlass (16) für zu rei- nigenden Kraftstoff, wenigstens einen Kraftstoffauslass (18) für gereinigten Kraftstoff und wenigstens einen Wasserauslass (20) für vom Kraftstoff abgeschiedenes Wasser aufweist und in dem ein Filterelement (10) mit einer Wasserabscheideeinrichtung (42), insbesondere nach Anspruch 9, so angeordnet ist, dass es den Kraftstoffeinlass (16) dicht von dem Kraftstoffauslass (18) trennt.
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