凝聚过滤器及凝聚介质的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种凝聚过滤器及凝聚介质。
【背景技术】
[0002] 使用凝聚过滤器从两种不混溶相（连续相和分散相）的混合物中凝聚分散相本身 是已知的。实际应用的示例包括从来自空气压缩机和曲轴箱的压缩空气中分离油悬浮小 滴、从作为燃料-水系统中的连续相的燃料中分离作为分散相的水，或者从具有为连续相 的水的水-油系统中分尚作为分散相的油。
[0003] 凝聚由凝聚介质引起，凝聚介质典型地包括由一种或多种多孔纤维基质形成的多 个层，所述纤维基质可以是可润湿的（亲油的或者吸流体的或者能吸收的）或者不可润湿 的（疏油性的或者排斥流体的）。所述纤维材料具有引起分散相的聚集或者凝聚的表面。 带有分散相小滴的分散流体通过流体的连续相或者载体移动通过凝聚介质，例如油-污染 空气。所述分散相通常在凝聚介质的纤维上的第一层中已经凝聚。在连续供给流体时，小 滴成长为大滴。所述滴被利用空气流运送通过过滤器，并且一旦它们到达不再粘附到凝聚 介质的纤维的大小，则它们典型地在重力作用下离开过滤器。在有时使用时，过滤器通常达 到稳态条件，其中液滴的分散相在凝聚介质中的积累率对应于过滤器的排出速率。凝聚后 的液滴典型地具有5至500 μ m的液滴直径。
[0004] 为制成凝聚过滤器，使用多种类型的材料，例如，有机和无机的纤维材料或者多孔 性材料。这些材料可以以多种形式获得，例如，作为均质、非均质、成层或打褶或压延材料、 复合材料、层压制件以及它们的组合。适用于凝聚过滤器的形式典型地是网、布、筒、立方体 或者其它简单或复杂的几何形状。过滤材料的分离能力依赖于许多参数，包括过滤器或者 凝聚介质中纤维的成分和定向、过滤材料在实际状态下的收益、载体（连续相）中污染物 (分散相）的浓度、过滤材料承受的压力以及过滤器随时间暴露于连续相的体积。
[0005] 过去进行了许多尝试来改进凝聚过滤器单元的分离能力，尤其是通过在凝聚介质 中使用复合纤维结构或者多孔结构。US 8, 114, 183描述一种用于分离不互混的连续相和分 散相的凝聚过滤器。所述凝聚过滤器包括轴向延伸的带有凝聚介质的凝聚元件，凝聚介质 包括沿重力方向定向的许多纤维。由于凝聚介质的纤维沿着凝聚元件的周界切向地延伸， 减少流动阻力并且促进底部出口处的排出。凝聚元件在其轴线的横向方向上具有包括内部 空腔的闭环形式的横截面。为实现最高可能的排出压力，凝聚元件的竖直尺寸尽可能地大， 并且凝聚元件的横向尺寸朝向底部减小。US 8, 114, 183进一步描述使得凝聚元件的纤维平 均直径和/或孔隙度朝向凝聚元件中央减小，意在捕获较大尺寸的污染物，这会在起始的 疏松的弱约束性层中引起凝聚元件的闭塞。
[0006] 根据US 8, 409, 448,已知用于分别从连续亲水性的或者亲脂性的液相去除不互混 的亲脂性的或者亲水性的液体的凝聚过滤器是由具有变化疏水性和亲水性的表面性质的 纤维的掺合物构建成。凝聚和润湿性能够通过控制疏水性和亲水性的纤维的量来控制。但 是，现有技术的凝聚过滤器具有缺陷：过滤器两端的压降通常仍过大，换句话说，在过滤器 两端发生大的压力下降，这不利地影响过滤器性能。用于减小该压降的已知措施是取走或 者减少过滤材料的层数。但是，这不利地影响到过滤效率。过滤效率是指凝聚过滤器过滤 的流体的量与过滤器进口处的流体的量的相对值。由此，存在对于在使用中呈现最高可能 过滤效率的凝聚过滤器的需要。 【实用新型内容】
[0007] 因此，本实用新型构思提供具有改进的过滤效率的凝聚过滤器。
[0008] 根据本实用新型，这利用凝聚过滤器实现，该凝聚过滤器通过凝聚至少一种污染 物而净化包含载体和该至少一种液体污染物的流体，其中所述凝聚过滤器包括用于将所述 流体供给到所述凝聚过滤器中的过滤元件的进口，其中所述过滤元件包括主凝聚介质，该 主凝聚介质被提供用于在所述流体移位通过所述主凝聚介质期间在所述主凝聚介质中凝 聚所述至少一种污染物，其中所述凝聚过滤器进一步包括用于将凝聚后的污染物从所述过 滤元件排出的出口，其中所述主凝聚介质包括至少一个多孔材料层，其特征在于，在2N/cm2的压强下测量时，所述主凝聚介质的总厚度为至少3. 5_。
[0009] 相应地，本实用新型的凝聚过滤器的特征在于，在2N/cm2的压力下且在要凝聚的 流体的流动方向上测量，主凝聚介质的总厚度为至少3. 5_，优选地至少4_，优选地至少 5_，更优选地至少6_，最优选地至少7_，特别是至少7. 5_。在本实用新型的范围内，"总 厚度"理解为是指沿流体流过凝聚过滤器且因此流过凝聚介质的方向同时主凝聚介质受到 2N/cm2的环境压力情况下测量的主凝聚介质的厚度。
[0010] 与现有技术的凝聚过滤器相比，根据本实用新型的主凝聚介质的大层厚使得可以 提高过滤效率。大层厚特别地允许凝聚收益、即主凝聚介质过滤的或者在主凝聚介质中凝 聚的污染物的量与过滤器进口处的污染物的量的相对值的明显增大。
[0011] 发明人已经发现，在本实用新型的凝聚介质中，主凝聚介质的大层厚几乎不影响 毛细压力，而且流体在其移位通过主凝聚介质期间要克服的阻力（所谓的通道压力）保持 受限且与毛细压力相比较小。这是令人惊讶的，因为现有技术中为增大过滤效率通常会限 制或降低凝聚过滤器的层厚，例如用受限数目的多孔材料层，以将过滤器两端的压降保持 为较低。本实用新型现在使得可以不仅提高过滤效率，而且可以降低凝聚过滤器两端的压 降，且由此改进过滤器性能。
[0012] 为在现有过滤器装置中实际可用的目的并且考虑到成本，主凝聚介质优选地具有 最大50mm、优选地最大40mm、更优选地最大30mm、最优选地最大25mm，特别是最大20mm的 总厚度。实际上，发明人已经发现，主凝聚介质的更大厚度并不明显改进过滤效率，而材料 成本趋于变得不成比例地高。另外，随着厚度增大，存在凝聚后的污染物穿过主凝聚介质要 克服的压力（所谓的通道压力）变得过高的风险。实际上，发明人已经发现，一旦已经发生 污染物凝聚成为大滴，则在存在于通过凝聚介质的流体中的载体的运送的作用下，发生通 过主凝聚介质的运送。由此表现为，以延伸通过凝聚介质的厚度的通道形式将凝聚后的滴 运送通过主凝聚介质要克服的压力依赖于主凝聚介质的厚度。
[0013] 本实用新型的主凝聚介质能够例如通过处理诸如玻璃纤维的纤维材料来简单地 制成，以这样的方式在纤维之间提供具有孔隙或者开口的层形式或者片形式的材料。在流 体从中移动通过的且发生凝聚的凝聚介质的纤维材料中的孔隙大体由存在于纤维材料的 纤维之间的空间形成。使此可行的适用技术对于本领域技术人员是已知的，并且具体地包 括制造一个或多个片材，例如纺织或无纺纤维材料、编织材料、编带纤维、薄膜、纱布以及前 述材料的组合或者其层压制件或者复合材料。适用于本实用新型的主凝聚介质中使用的纤 维材料对于本领域技术人员是已知的，并且优选地选择为能够影响污染物在凝聚介质中的 捕获和凝聚。但是，其它的多孔性材料应也适合用作主凝聚介质。
[0014] 主凝聚介质优选地为多孔材料，该多孔材料的孔隙的平均直径在2和100 μπι之 间，优选地在3和70 μ m之间，更优选地在5和50 μ m之间，特别地在5和35 μ m之间，更特 别地在5和30 μ m之间。
[0015] 孔隙度如上所述由孔隙提供的主凝聚介质具有疏松结构。
[0016] 由纤维材料制成的主凝聚介质将通常大体上包含具有0. 25-20 μπκ优选地 0. 5-10 μπι的平均直径的纤维，但具有更小或更大直径的纤维可以存在。通常，主凝聚介质 将由直径在前述限界内变化的许多纤维组成。
[0017] 本实用新型的主凝聚介质优选地具有至少301/m2. s、优选地至少501/m2. s、更优 选地至少601/m2. s、最优选地至少801/m2. s、特别是至少1001/m2. s或以上的透气率。该 透气率能够在宽限界内变化，且在实践中将典型地不高于最大20001/m2. s，优