用于燃料的过滤结构、筒及过滤组件的制作方法

本发明涉及比如燃料和润滑剂的液体的过滤，具体地，用于供应和润滑内燃机的液体，下文中简称为液体。

本发明特别地涉及液体的悬浮物中的水部分的消除，该水部分在到达发动机的机械机构时造成氧化问题及破坏。

背景技术：

这个问题已经是多年来的研究对象，通常通过其中传送有燃料的过滤结构消除，该过滤结构通常由第一过滤装置、第二过滤装置及第三过滤装置构成，第一过滤装置具有保留固体微粒的功能，第二过滤装置具有凝聚性并且能够将燃料的悬浮物中存在的极小水微粒收集进大尺寸的液滴，第三过滤装置具有疏水性并且保留前面收集的水微粒或水滴而仅允许燃料通过。

所述微粒或液滴在其重力作用下被疏水性装置保留并且落入下方收集区。

以上定义的结构的装置的形状为薄层，可以是相互接触的或甚至至少部分隔开的，通常同形为同轴环形元件，构成常规过滤设备的过滤筒。

至少，所述滤层可以具有带有星形截面的褶皱状。

然而，现有技术的装置实现的悬浮水的分离和消除由于多种原因不适用于响应发动机制造商的更加严格的需求。

首先，发动机供给回路中的压强易于增加，由此水-燃料悬浮物的液滴逐渐减小。

进一步地，旨在与液体接触的机械机构的渐进的更高复杂度和精度导致需要清除悬浮物中的甚至最小量的水残留物，使得已知的燃料过滤器不适用。

更糟糕地，由于所述液体中的添加剂(比如表面活性剂)的存在，水的分离变得更加困难，该添加剂影响界面张力使之减小，由此使得与所述凝聚装置接触的水微粒难以凝聚。

最后，在生物燃料中，水更加牢固地结合至燃料；因此，水的分离更加困难。

在已知过滤结构中，例如美国文件US 2007/0084776中所述，展示了保留固体微粒的第一层，其包括能够保留具有从2μ至50μ的尺寸的微粒的纤维素层，该纤维素层在液体的流动方向的上游与一层接触，该层具有凝聚性并且由一团具有直至50μ的直径的纤维构成，在所述纤维素层的下游的一定距离处设置有用于分离水的第三层。

所述第三层由具有显著的高孔隙度的已知疏水性材料构成，以便使穿过所述第三层的液体的速度最小化。

上述文件表明，通过设置疏水性材料的层，能够实现在下游对水的屏障，并且在一定距离处，所述凝聚装置和所述纤维素装置能够保留所述固体微粒，用于从已过滤液体中分离出水，在水分离装置的有效性的同时实现了改进。

文件WO 2014/009060中描述了利用上述结构的设备，涉及到燃料过滤元件中的水分离装置。

然而，由于水滴自身的小尺寸和高流速，根据现有技术的启示制成的装置展现出不能从燃料中完全分离出水的缺点；这两个因素(水滴的直径、燃料流速)的结合阻止了凝聚过滤壁凝聚小尺寸的液滴，该小尺寸的液滴太过迅速地穿过所述凝聚过滤器，并且可以然后在位于所述过滤器/凝聚过滤壁的下游的疏水性网格的连环之间穿行。

本发明的目的在于公开能够消除上述缺点的有效、简单且相对廉价的方案的结构。

这个目的通过具有独立权利要求中列举的特征的过滤结构以及包括该结构的燃料过滤单元来实现。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种类型的用于燃料流体的过滤结构和水分离器，其包括第一过滤壁、位于该第一过滤壁下游并与之接触的第二凝聚过滤壁以及第三第三疏水性壁，其中所述第一过滤壁包括由具有包含在30°与80°之间的后退接触角θ_rec的材料构成的第一多孔层，所述第二凝聚过滤壁包括由具有比所述第一过滤壁更大的孔隙度的材料构成的第二多孔层，所述第三疏水性壁包括位于所述第二层的一定距离处的层。

具体地，所述后退接触角θ_rec为材料的可湿性的指示性参数。更一般来说，非均匀及理论上非理想材料(比如，涉及水的过滤装置/壁)的可湿性程度认为是水滴与材料的表面的接触角，精确地是从水滴处测量的水滴关于所述表面的切线在水滴与所述表面之间的接触线上形成的角度θ。

当水滴静止在材料的将测量可湿度的表面上时，所述接触角θ在所有方向上都相等。

当水滴移动时，例如，沿着其分散的流动中的推力或由于所述表面已倾斜，形成两个接触角，精确地：

前进接触角θ_av，其由水滴在前进方向的下游的接触点处的切线形成；

后退接触角θ_rec，其由水滴在前进方向的下游的接触点处的切线形成。

明显地，静止水滴的接触角的值包含在所述后退接触角θ_rec和所述前进接触角θ_av之间，即遵守以下关系：

θ_rec<θ_st<θ_av

在本发明的当前实施例中，如上所述，指示构成所述第一层的材料的可湿性程度的参数的后退接触角包含在以下范围内：

30°<θ_rec<80°(六十进制角度)

显著地，指示的范围的极值与现有技术中通常使用的第一过滤壁的材料的相应典型极值是迥然不同的，现有技术中的后退角的值θ_rec包含在以下范围内：0°<θ_rec<20°。

得益于所述材料的可湿性的具体特征，水微粒不保留在所述第一过滤壁中，反而当穿过所述第一壁时由于所述第一壁的小孔隙保留有燃料中存在的固体微粒而被阻碍住。

在本发明的第一实施例的一个方面中，位于液体的流动方向的上游的具有真实且合适的过滤功能的所述第一过滤壁具有包含在1μm和5μm之间的孔隙度。

在本发明的第一实施例的另一方面，所述第一过滤壁具有包含在0.1mm和2.0mm之间的厚度。

在本发明的第一实施例的另一方面，所述第一过滤壁利用具有包含在50和350gr/m³之间的重量的材料制成。

在本发明的第一实施例的另一方面，所述第一过滤壁由聚酯制成。

在优选实施例中，用于所述第一过滤壁的材料是聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)。

在本发明的一个方面，所述第二凝聚过滤壁包括第二多孔层，该第二多孔层由比所述第一过滤壁的孔隙度更大的材料制成。

在本发明的优选方面，位于所述第一过滤壁的下游的所述第二过滤壁展示了包含在3μm和10μm之间的孔隙度。

在本发明的另一方面，所述第二凝聚过滤壁具有比所述第一过滤壁更大的厚度。

在其它实施例中，所述第二凝聚过滤壁可能展示有与所述第一过滤壁相等或大体相等的厚度。

在本发明的优选方面，所述第二凝聚过滤壁具有包含在1mm和5mm之间的厚度。

在其它实施例中，所述第二凝聚过滤壁可能展示有包含在0.5mm和1mm之间的厚度，例如，等于或大体为0.7mm。

在本发明的另一方面，所述第二凝聚过滤壁由具有200和600gr/m³之间的重量的材料制成。

在本发明的第一实施例中，所述第二凝聚过滤壁由具有低可湿度的非亲水性材料制成。通常，所述凝聚过滤壁可能由比如与所述第一过滤壁相同的材料制成。

在本发明的具体方面，所述第二凝聚过滤壁可以由凝聚材料制成，该凝聚材料展示有已知类型的结构和成分，即具有相对于待过滤的液体中存在的水滴的凝聚效果，例如：粘胶、聚酯、玻璃纤维、单组分纤维、双组分纤维和/或双成分纤维。

基于第一和第二过滤壁的描述特征，根据本发明的第一实施例的过滤结构能够收集直径显著地小于现有技术中到目前为止可能的直径的水滴(水微粒)。如上所述，由于所述第一过滤壁具有低可湿度及低孔隙度，水滴在穿过所述第一过滤壁时被减速而不被保留，由此需要更长时间穿过所述第二凝聚过滤壁，这样促进了水滴的收集，即使那些微粒(液滴)具有很小的尺寸。因此，在所述第二凝聚过滤壁中，形成的水滴的直径大于现有技术的过滤结构中形成的水滴的直径，由此水滴可以通过沿流动方向位于所述第二凝聚过滤壁的下游的所述第三疏水性过滤壁更轻易地阻止。

照常具有比所述两个上游过滤壁更大的孔隙度的所述第三过滤器可以保留相对远远高于目前为止可能的百分比的水。

在本发明的具体方面，所述第三疏水性过滤壁具有包含在15μm和100μm之间的孔隙度。

在本发明的另一方面，所述第三疏水性壁具有包含在0.035mm和1mm之间的厚度。

在本发明的另一方面，所述第三疏水性壁具有包含在10和100gr/m³之间的重量。

本发明的第二实施例公开了用于燃料的过滤筒，其包括之间设置有包括第一过滤壁的用于燃料流体的过滤结构的上板和下板、位于所述第一过滤壁下游并与之接触的第二凝聚过滤壁以及疏水性壁，其特征在于：

所述第一过滤壁包括由具有包含在30°和80°之间的后退接触角θ_rec的材料制成的第一多孔层；

所述疏水性壁包括位于所述第二层的一定距离处的层。

在本发明的第三实施例中，公开了包括外壳的过滤组件，该外壳设置有用于将要过滤的燃料的进口管和用于已过滤燃料的出口管，该过滤组件的内部封装有燃料过滤筒并且包括之间设置有用于燃料流体的过滤结构的上板和下平面，该过滤结构包括第一过滤壁、位于所述第一过滤壁下游并与之接触的第二凝聚过滤壁以及疏水性壁，其中：

所述第一过滤壁包括由具有包含在30°和80°之间的后退接触角θ_rec的材料制成的第一多孔层；

所述疏水性壁包括位于所述第二层的一定距离处的层。

在本发明的一个方面，所述第二过滤壁可以包括由孔隙度大于所述第一过滤壁的孔隙度的材料制成的多孔层。

在本发明的另一方面，公开了包括外壳的用于燃料流体的过滤组件，该外壳能够界定第一腔，该第一腔通过开孔用于将要过滤流体的进口供应，与第二腔，流体地相连，该第二腔连通有开孔用于已过滤流体的出口，该过滤组件包括过滤结构，该过滤结构由第一过滤壁、位于该第一过滤壁下游并与之接触的第二凝聚过滤壁以及疏水性壁，其中：

所述第一过滤壁包括由具有包含在30°和80°之间的后退接触角θ_rec的材料制成的第一多孔层；

所述疏水性壁包括位于所述第二层的一定距离处的层。

在这个实施例的一个方面，所述凝聚过滤壁可以包括由孔隙度大于所述第一过滤壁的孔隙度的材料制成的多孔层。

在这个实施例的另一方面，所述第一过滤壁和所述第二凝聚过滤壁可以设置在所述第一腔内，以便在所述第一腔内供燃料穿过。

在这个实施例的另一方面，所述疏水性壁可以设置在所述第二腔内，以便在所述第二腔内供燃料穿过。

附图说明

以下详细描述借助于附加的图表以非限制性示例的方式描述了本发明的一些优选实施例，使本发明的优点以及结构和功能特征变得更加明显。

图1为本发明的机构的剖面图；

图2为根据本发明的过滤组件和过滤筒的剖面图；

图3为根据本发明的替换实施例的过滤组件的俯视剖面图；

图4为图1的IV-IV剖面图。

具体实施方式

图1展示了根据本发明的过滤结构100和水分离器的实施例。

所述结构100包括用于从燃料分离出杂质的第一过滤壁1。根据本发明，所述第一过滤壁包括具有低可湿度的材料制成的多孔层，即该材料具有包含在30°和80°之间的后退接触角θ_rec。

在所述实施例中，所述第一过滤壁由聚对苯二甲酸丁二酯制成并且孔隙度为5μm、厚度为0.5mm、重量为200g/m²。

在本发明的其它实施例中，所述第一过滤壁还可以由聚酯或适合于此目的的任意其它材料制成，并且展示有包含在30°和80°之间的后退接触角θ_rec。

第二凝聚过滤壁2设置在沿流动方向的要被处理的燃料的下游处并且与所述第一过滤壁接触。

所述第二凝聚过滤壁2可以由展示有凝聚结构和已知成分的材料制成，即能够实现关于待过滤流体燃料中存在的水微粒的凝聚效果的材料。

例如，所述第二过滤壁2可以由粘胶、聚酯、玻璃纤维、单组分纤维、双组分纤维和/或双成分纤维制成。在所述实施例中，所述第二过滤壁2由聚酯制成并且孔隙度为5-20μm、厚度为2mm、重量为450g/m²。

通常，依照本发明的所述第二凝聚过滤壁2必须展示有比所述第一过滤壁1更大的孔隙度。进一步地，在优选实施例中，所述第二凝聚过滤壁2具有比所述第一过滤壁1更大的厚度。

然而，所述过滤壁1和2可能具有相同的厚度，例如，包含在0.5mm和1mm之间、优选地大体为0.7mm。

疏水性壁3设置在所述第二过滤壁2的下游，该疏水性壁3能够对在穿过所述第二凝聚过滤壁2时被收集的水滴提供屏障。

所述疏水性壁3设置在所述第二凝聚过滤壁2的一定距离处。优选地，这个距离基于应用从0.1mm至20mm变化。

根据优选实施例，所述疏水性壁3包括具有疏水性表面的已知的过滤网。

所述疏水性壁3优选地由聚酯制成，优选地由涂有疏水性材料的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)制成，例如，硅树脂或氟化材料。

在当前实施例中，所述疏水性壁3的孔隙度为20μm、厚度为38μm、重量为26g/m³。

图1所示的结构100应用在过滤筒40内，例如，将被用于过滤组件10中(见图2)，该过滤筒40旨在用于流体的过滤，具体是用于内燃机的燃料。

所述过滤组件10包括外壳，该外壳整体以20表示，设置有用于待过滤的燃料的进口管23和用于已过滤燃料的出口管24。

在所述实施例中，所述外壳20包括杯状主体21和能够盖住所述杯状主体21的盖体21，在该盖体22上设置有用于燃料过滤的进口管23和用于已过滤燃料的轴向的出口管24。

所述杯状主体21包括位于其底部的排放管25，该排放管25用于累积在所述杯状主体21的底部上的水，设置有封闭帽26。

所述过滤筒40设置在所述外壳20的内部，该过滤筒40将所述外壳20的内部体积划分成两个不同的腔211、212。其中第一腔211用于待过滤的燃料(在示例中位于外部)，与所述进口管23连通；第二腔212用于已过滤燃料(在示例中位于内部)，与所述出口管24连通。

所述过滤筒40包括之间设置有上述过滤结构100的上支撑板41和下支撑板42。

所述上支撑板41为大体盘状并且具有中心位于所述过滤筒40的纵向轴A上的中心孔410。

所述下支撑板42同样为大体盘状并且具有中心位于所述过滤壁43的纵向轴A上的中心孔420。

所述上支撑板41的中心孔410通过在中心孔410处固定进适当基座的常规密封圈411插入所述出口管24的内部末端尾部。

所述下支撑板42反而进入并依靠在圆柱环形基座421的底部，该圆柱环形基座421通过另一个密封圈422设置在所述杯状主体21的底部附近。

在当前实施例中，所述第一过滤壁1和所述第二凝聚壁2实现为环闭褶皱壁，即在水平截面中展示有已知的星形。

所述第一过滤壁1和所述第二凝聚过滤壁2插入连接所述第一和第二板的圆柱芯43的外部。所述芯43展示有大体管状的笼式结构及与所述第二凝聚过滤壁2的内直径大体相等(或稍小)的直径。

具体地，所述芯43的笼式结构由多个竖直立柱430组成(比如等距离的)，该多个竖直立柱430接合界定用于流体的通道的开孔432的多个水平环431(例如，等距离的)。

所述纵向芯43的对立端都是打开的，并且通过比如粘合或焊接各自固定至所述上支撑板41和所述下支撑板42的相对内面。

第二芯45封装在所述芯43的内部，其与所述第一芯43同轴，具有大体管状的笼式结构以及比所述第一芯43更小的直径。

具体地，所述芯45的笼式结构由多个竖直立柱450组成(比如等距离的)，该多个竖直立柱450接合界定用于流体的通道的开孔452的多个水平环451(例如，等距离的)。

所述过滤结构100的疏水性壁3嵌入所述第二芯45的外表面。

在本发明的其它实施例中，所述疏水性壁3可以通过任何已知类型的方法(例如，焊接或粘合)连接至所述第二芯45的外部或内部表面。

所述第二芯45的上端插入所述排放管24的内延伸240，并且展示有位于其边缘处的法兰453，该法兰453的下表面依靠在从所述第一芯43内部分支的环形架433上。基于这个构造，所述芯的法兰453夹紧在所述环形架433和所述上板41之间。

所述第二芯45的下端反而由位于所述下板42的中心孔处的盘状主体454封闭。

如上所述，所述过滤组件10的操作是明显的。

将被处理的燃料流从外围移向所述过滤组件10的中心处。

燃料穿过所述第一过滤壁1，所述第一过滤壁1基于其低孔隙度从流体分离出杂质。当穿过所述第一过滤壁1时，由于制成所述壁的材料的低可湿度以及所述第一过滤壁1的低孔隙度，燃料及其内部的水微粒减速。

随后，流体(燃料和水微粒)穿过所述第二凝聚过滤壁2，所述第二凝聚过滤壁2利用凝聚效果收集水微粒以形成更大尺寸的水滴。收集的水滴被所述疏水性壁3阻止，而所述疏水性壁3允许已过滤燃料穿过，然后已过滤燃料被引导至所述出口管24。

被所述疏水性壁3阻止的水滴在重力作用下落入上面由所述下板42界定的下收集腔，并且在该下收集腔处通过所述排放孔25排出。

如图1所示的结构100同样应用在如图3所示类型的过滤组件61中，还用于流体的过滤，特别是用于内燃机的燃料。

所述过滤组件61包括外部容器62，该外部容器62的形状如同托盘，其口部由盖体63封闭。

所述容器62的底部620具有狭窄且细长的形状，并且展示有彼此平行的两侧621，该两侧621的端部由两个弯曲部分622连接。

异形元件64封装在所述容器的内部，其包括水平板640和第二部分642，第一竖直部分641从该水平板640上升，具有与所述容器62的内表面互补的形状并与之相依；同样为壁的第二部分642从所述第一部分641的一端分支并与之垂直设置，以便界定一竖直壁。该壁将所述容器62的内部体积划分为流体相连的第一腔65和第二腔66；这些腔可以连通，例如，通过固定在界定所述壁的部分642中的竖直槽67。如图所示，所述两个腔65和66可以侧向彼此并且在所述容器的高度方向发展。

燃料的进口管68顶向所述腔65，可以打开所述盖体63；同时，燃料的出口管69顶向所述腔66，可以打开所述容器62的底部620。

过滤筒610封装在所述腔65的内部，用于过滤通过所述进口管68运送至所述过滤组件的内部的燃料。

在所述实施例中，所述过滤筒610是环形的，并且可以被从内至外径向地穿过，这不排除在本发明的其它实施例中被从外至内穿过的可能性，或者其同样具有不同的形状(例如，平面的)。

所述过滤筒610包括过滤结构100的第一过滤壁1和第二凝聚过滤壁2，该第一过滤壁1和第二凝聚过滤壁2如此设置以便供燃料连续穿过：首先，所述第一过滤壁1；然后，所述第二凝聚过滤壁2。

在当前实施例中，所述第一过滤壁1和所述第二凝聚过滤壁2通常为管状，并且一个壁同轴地插入另一个壁。

例如，所述第一过滤壁1和所述第二凝聚过滤壁2可以实现为环闭褶皱壁，即在水平截面展示有已知的星形。

所述异形主体64进一步包括水平上板643，该水平上板643设置在所述盖体63的下面并且具有防止所述过滤壁610轴向平移的作用。

穿过所述过滤壁610的燃料注入封装有所述过滤结构100的疏水性壁3的所述第二腔66，所述第二腔66具有防止由所述凝聚过滤壁2收集的水滴的通道的功能，以便从柴油燃料分离出水。

更详细地，在正常运行过程中，燃料从所述出口管68进入所述腔65，经过所述第一过滤壁1，所述第一过滤壁1基于其低孔隙度从流体分离出杂质。当穿过所述第一过滤壁1时，由于构成所述壁的材料的低可湿度及所述第一过滤壁1的低孔隙度，燃料以及其中的水微粒减速。随后，流体(燃料和水微粒)穿过所述第二凝聚过滤壁2，所述第二凝聚过滤壁2利用凝聚效果收集水微粒以形成更大尺寸的水滴。已过滤燃料收集在所述第二腔66中，穿过比如所述开孔67，收集的水滴在该开孔67中被所述疏水性壁3阻止，而所述疏水性壁3允许已过滤燃料穿过，然后已过滤燃料被引导至所述出口管69。

实际上，水具有大于柴油燃料的重量，以致水滴倾向于收集在所述腔66的底部。

在所述实施例中，所述疏水性壁3应用于平板612，该平板612由所述异形元件64支撑并且设置有多个开孔6120，该多个开孔6120由所述疏水性壁3封闭。

具体地，所述疏水性壁3的一侧依靠在固定在所述元件64的部分641的端部的台阶中，同时对立侧依靠在所述壁642的台阶6420上。

收集在所述第二腔66的底部上的水通过常规排水装置613(例如，设置在所述腔的底部上的常规水龙头)排出。不同地，与水分离的柴油燃料通过所述出口管69从所述第二腔排出。

由以上描述可知，所述过滤组件有利地使得分布成两个不同的腔65和66的过滤结构100是可获得的，其中，所述第一腔65容纳所述过滤壁1和所述凝聚过滤壁2，而所述第二腔66仅容纳所述疏水性壁3。

换句话说，根据本发明公开的过滤组件包括带有流体相通的第一腔65和第二腔66的外部壳体，其中，所述第一过滤壁1和所述第二凝聚过滤壁2设置成彼此接触并且供所述第一腔65中的燃料流连续地穿过，而所述疏水性壁设置在所述第二凝聚过滤壁的一定位置处并且供所述第二腔66中的燃料流穿过。

这样，水的收集腔展示有大尺寸并且能够收集比其它过滤壁中收集的量大得多的一些水。因此，所述组件的维护(即移除腔中收集的水的介入需要)可以是低频的。

所构思的本发明容许各种修改及变化，所有修改及变化都属于本发明构思的范围。

进一步地，所有细节可以由其它技术等同元件替换。

在实践中，在不放弃以下权利要求的保护范围的情况下，可以根据需求使用任意的材料以及可能的形状和尺寸。