变得足够大时，阻力或 引力诱导它们从介质材料的上游面向下流动，直到它们被释放。富集在聚结介质材料的上 游面上的增大的小液滴和介质材料的相对不可润湿性，利于在介质材料的上游表面的液滴 聚结。利用具有相对光滑的表面的上游面的介质材料利于从介质材料排出聚结液滴
[0059] 本发明可被应用到任何一套不混溶的流体，如柴油中的水，生物柴油中的水，水中 的油，和从发动机被气体吹出的曲轴箱油。在进一步的【具体实施方式】中，目前在聚结系统中 的聚结介质进一步包括除去聚结介质聚结的液滴的设备。例如，聚结系统进一步可包括一 个或多个重力分离器、离心机、取样器、斜板分离器、倾斜叠放的板、过滤器、静止室及类似 物。
[0060] 本文所披露的聚结器、系统和方法可包括或利用单层介质材料，或可选地多层介 质材料，其中聚结原理被优化过（即聚结器、系统和方法，其中的介质材料的物理的、结构的 和表面的属性都得到了优化）。下面的讨论提供了典范的规则和介质材料层中变量P、0、M、d 和ε之间最佳的关系。然而，最后所选用的优选值可能取决于在流体中将被聚结的固体和准 固体的浓度和粒度分布，由于这些属性影响了聚结器的寿命;和上游的小液滴的粒度分布、 和预期的γ、应用的界面张力;直接影响到该层的设计。这些披露的原则可能被用来设计展 现更好的性能的聚结器、系统或方法。
[0061] 所披露的原则可被利用于设计用于从连续相(例如，烃类燃料)除去分散相(例如， 水)的聚结器、系统和方法。例如，所披露的聚结器、系统和方法可被利用于从连续相去除分 散相，其中至少大约93、95、97或99%的分散相在这些相被经过聚结器、系统、或是受到本文 所披露的方法之后被从连续相除去。
[0062] 表面聚结器系统的一个【具体实施方式】示于图1，其运作如下：
[0063] 1、由悬浮在第二不混溶的流体中（连续相）的小液滴(分散相)组成的受污染的流 体，这可能含有或也可能不含有固体颗粒，流经该系统和接触介质材料层。
[0064] 2、小液滴和固体颗粒保留在或靠近介质材料的上游表面，介质材料作为屏障防止 它们流经并且富集液滴。
[0065] 3、被过滤、被清洗的连续相离开介质材料层。
[0066] 4、由于介质材料的上游表面的被捕获的小液滴的局部浓度增加，它们聚结并且成 长，通过介质材料的相对不可润湿性质便利了聚结和成长。
[0067] 5、来自介质材料表面的聚结液滴是被相对不可润湿表面排斥，并且沿介质材料的 不可润湿上游面排下来。
[0068] 6、聚结分散相和汲吸(wicked)分散相的排出也从介质洗掉一些捕获的固体颗粒。 [0069]介质材料可被描述成具有至少三个基本功能：
[0070] 1、防止大于一定的尺寸小液滴(和固体颗粒)经过；
[0071] 2、通过富集在其上游表面的保留液滴来便利聚结，和
[0072] 3、便利从表面释放液滴和小液滴。
[0073]优选地，为了便利释放，是否通过重力沉降、阻力或其他手段，并防止液滴渗透介 质；介质材料关于混合物的分散相是高度不可润湿的。同样，优选地，在介质材料中的分散 相的毛细管压力是负的，并且幅度应当大于穿越介质材料的液滴的压力。进一步，分散的液 滴优选地应该既不渗透，也不经过介质材料。
[0074]毛细管压力可被定义为：
[0076] 其中，P =局部毛细管压力；
[0077] γ=界面张力；
[0078] Θ=流体中介质上的液滴的接触角；
[0079] M =孔径。
[0080] 接触角Θ可以被定义为如图2所示。其中Θ被定义为顶点90在连续相、分散相和介质 相的交叉处，一射线92从顶点平行延伸到介质表面，另一射线94在顶点切向地延伸至分散 相的表面的角度。通常情况下，角Θ报道为通过分散相测量。在某些【具体实施方式】中，接触角 可针对个别的介质材料的纤维上的小液滴测量。在其他【具体实施方式】中，接触角可针对小 块介质材料上的小液滴测量。其他估计和测量Θ的方法是本领域已知的。
[0081] 穿越介质的压降Δ P和临界毛细管压力Pc之间的关系由：
[0082] -Pc > Δ P (2)
[0083]给出，临界毛细管压力Pc是介质材料防止大于一定尺寸的液滴经过的所需的最低 毛细管压力。
[0084]临界毛细管压力化可使用公式（1)求出，并代入以下值：γ =被设计为聚结器运作 的最低界面张力;M =介质的最大孔径(应小于将被除去的最小液滴的尺寸）；和Θ =用于系 统的介质的接触角。关于本文所披露的聚结介质的某些【具体实施方式】，Θ和M可能是重要的 设计属性，而γ是一个应用属性，通常在过滤器的制造商的控制之外，但在过滤器的设计中 被考虑。
[0085]在介质材料中，小液滴捕获通常通过一个或多个过滤原理发生，如扩散，拦截，惯 性碰撞，或筛选。对于高效去除尺寸接近IMi或更小的液滴，扩散或筛选可能是最有效的。因 为聚结发生在介质表面是可取的，而不是如在传统的聚结器中那样在介质的深度范围内， 本发明的介质被优化以增强通过筛选的除去。对于目前披露的聚结介质，介质材料的孔径 Μ，通常是小于期望被除去的最小液滴尺寸。
[0086]作为一个近似，介质材料可被模仿为如图3所示的一个假设的单位立体图，以测定 最佳的物理特性。图3展现了过滤或筛选的三维表象。操作上，M可被定义为孔的等同大小， 如被气孔计所测定的。在模型中，室单元的面是正方形，具有相当于由气孔计测定的圆形截 面的开放区域。正方形的边长m是：
[0089] 单位立方体的总体积Vt是：
[0090] Vx= (m+d)3 (5)
[0091] 其中d =介质的纤维直径。
[0092] 单位立方体中纤维的体积Vf是：
[0094] 并且ε从M和d的信息估计：
[0105] 对于一个给定的M(M=2R)，方程(8)显示d和ε之间的近似关系，被需要来产生所期 望的孔径和液滴尺寸以通过筛选被除去。
[0106] 使用以前开发的方程，介质材料的特点可以被确定。对于所给的应用的优化设计， 方程和模型可以被用于特定条件的液滴大小γ和△ ρ。在图4中，从不同液滴大小（即不同的 M值)的方程(8)的结果被用于显示ε和d之间的关系。对于在高压共轨系统中燃料水的除去， 系统被设计以除去小于~3μπι的液滴。在某些【具体实施方式】中，小于~0.2μπι的液滴能被考 虑为被溶解或反胶束。对于纤维介质材料，介质拥有ε>〇. 8可能是可取的。因此，在某些具体 实施方式中，〇 . 07μL? < cK 3 . ΟμL?，并且优选地，0.15μπι < cK 1.5μπι。在其它【具体实施方式】中， 介质材料可能包含纤维薄层，纤维具有在〇. 07μπι和3. ομπι之间的直径，具有足以产生在0.2 至12μπι之间的孔径(优选地，在2.0至?ομπι之间，并且更优选地，在4.0至8. ομπι之间）的ε，被 支撑在具有大于细纤维的平均直径的平均直径的粗纤维(例如，其中相对粗纤维有大于大 约ΙΟμπι的平均直径，优选地，大于大约20μπι)的基底上。在进一步的【具体实施方式】中，介质材 料可包含不均匀的混合物，该混合物包含细纤维和粗纤维，细纤维平均直径在〇. 〇7μι至3.0 μπι之间，具有足以产生在0 · 2至12μπι之间的平均孔径（优选地，在2 · 0至1 Ομπι之间，并且更优 选地，在4.0至8. Ομπι之间）的ε ;粗纤维具有大于细纤维的平均直径的平均直径(例如，其中 相对粗纤维具有大于大约IOym的平均直径，优选地，大于大约20μπι)。
[0107] 在某些【具体实施方式】中，为了实现高效率、低压降、或增加的寿命，使用纤维、非织 造介质材料可能是可取的，与膜或粒状材料相对。〇. 〇7μπι到3. Ομπι之间的细纤维通常有能力 产生低压降和高效率。然而，当单独使用时，这些纤维可能缺乏保持过滤元件的所希望的形 状不倒塌或爆裂所需的结构特点。因此，在某些【具体实施方式】中，细纤维和粗结构纤维的结 合是优选的。这可以在几个方面实现，包括但不限于，使用：
[0108] 1、粘合于结构纤维的基底或由结构纤维的基底支撑的一层细纤维，例如，熔吹聚 酯，其他聚合物纤维，玻璃纤维，纤维素或其他合适的结构的纤维。这可能通过静电纺或其 它在由粗纤维组成的过滤介质的基底上生产和铺设纳米纤维层来实现，粗纤维如3至30μπι 的聚酯纤维。纳米纤维层通常具有产生低压降和高效率的能力。结构纤维提供支撑，并且可 允许打褶和处理。两层可被相互连接，通过超声波粘合、粘合剂的使用、物理上的限制的方 式，或仅仅通过提供新鲜制作的、温热的、未干透的，未固化的纳米纤维来冷却和黏附到支 撑纤维的方式。
[0109] 2、父级过滤介质：主要组成为大于ΙμπκΙΟμπι或20μπι的粗结构纤维，例如熔吹聚酯 FWS介质、微玻璃和浸渍直径小于0.3μπι的碳纳米管。基底材料可以是聚合的，例如，聚酯、尼 龙、聚丙烯、聚苯硫醚、聚氨酯、氟碳、热塑性聚合物，或其他可被形成无纺布纤维或其他多 孔结构的高分子材料。基底可通过湿铺、熔吹、熔融纺丝或其他合适的方法形成无纺布纤维 结构。然后基底介质被加工以致碳纳米管被纳入介质以在微孔建桥，微孔由具有碳纳米管 的纳米纤维的粗纤维形成，例如在第7,211，320和7,419,601美国专利（它们通过全部引用 合并于本文）中所描述的，通过热粘合纳米管到父级介质，或通过使用树脂或其他粘合剂附 加纳米管到父级介质。
[0110]无纺布过滤介质通常包含一系列不同尺寸的孔隙和纤维。对于高除去率的聚结 (例如，大于~98%的范围），Μ的范围优选地受控制。如上文所讨论的方程(I)，Μ是介质材料 的平均孔径。平均孔径可通过气孔计测定。对于高效率的聚结器，最大孔径Μμ，被优选地受 控制。具体来说，Mm与M的比率，孔径比率，优选地符合标准
[0112] 这个比例的控制对高效率、单层表面的聚结器的设计是重要的，因为乳液的流动 将倾向向于优先地经过更大、更开放的孔，而不是更小、更限制性的孔。因此，高除去效率优 选地包括控制最大孔径，其中优选地是，最大孔径接近平均孔径。作为一个先前未确认的第 二个好处，具有接近1的孔径比的介质将有一个窄的孔径分布和更均一的、更容易让液滴排 出的表面。在某些【具体实施方式】中，碾压可被用于产生介质材料的更光滑的表面。这可能便 利聚结液滴的排出以从介质排出。因此，在优选的【具体实施方式】中，介质材料的孔径比小于 3，更优选地小于2，以及甚至更优选地接近1。
[0113] 除了这些物理特性，在介质上的连续相中的液滴的接触角可能是一个重要的特 征。在优选的【具体