用于从流体中分离介质的分离装置的分离元件及分离装置技术领域
本发明涉及一种至少用于从待处理的流体(尤其地机动车的尤其地内燃机的尤其地燃料(尤其地柴油燃料))中分离至少一种待分离的流体介质(尤其地水)的分离装置(尤其地过滤器)的分离元件，其具有至少一个设计成空心体的聚结介质(Koaleszenzmedium)以用于聚结(Koaleszenz)至少一种待分离的流体介质。
此外，本发明涉及一种至少用于从待处理的流体(尤其地机动车的尤其地内燃机的尤其地燃料(尤其地柴油燃料))中分离至少一种待分离的流体介质(尤其地)水的分离装置(尤其地过滤器)，其带有：壳体，该壳体具有至少一个用于待处理的流体的流体输入部、至少一个用于已处理的流体的流体输出部以及至少一个用于与流体分离的流体介质的介质输出部；以及至少一个设计成空心体的用于分离包含在流体中的待分离的流体介质的聚结介质，其在壳体中布置在待处理的流体的流动路径中。
背景技术
从文献DE102011120647A1中已知一种用于尤其地机动车的内燃机的燃料(尤其地柴油燃料)的燃料过滤器以及这种燃料过滤器的过滤元件。壳体具有至少一个用于待净化的燃料的燃料输入部、至少一个用于已净化的燃料的燃料输出部以及至少一个用于与燃料分离的水的水输出部。在壳体中布置有过滤元件，其使燃料输入部密封地与燃料输出部分开。过滤元件具有设计成空心体的过滤介质，为了过滤燃料该过滤介质可从内向外或从外向内被穿流。过滤元件具有设计成空心体的聚结介质以用于分离包含在燃料中的水。该聚结介质在燃料的流动路径中在过滤介质之后、以包围过滤介质的方式或者在由过滤介质限制的内腔中布置。
发明内容
本发明的目标是，设计开头所述类型的分离元件和分离装置，在其中改进了包含在待处理的流体中的流体介质的分离。
根据本发明该目标通过以下方式实现，即在待处理的流体的流动路径中，在至少一种聚结介质之前、以包围聚结介质的方式或在由聚结介质包围的内腔中布置有至少一种预处理介质以用于预处理待处理的流体。
根据本发明，在至少一种聚结介质上游布置有至少一种预处理介质。利用该至少一种预处理介质可至少在分离方面影响待处理的流体和/或待分离的流体介质的状态和/或性能。由此可改进待分离的流体介质的分离。此外利用至少一种预处理介质可改进尤其地均匀化待处理的流体的流动。由此可改进分离且如有可能改进过滤。
此外，至少一种预处理介质可用于预吸收可能(etwa)包含在待处理的流体中的添加剂。该添加剂在某种程度上可以说可通过至少一种预处理介质“滤除”。下游的处理介质尤其地至少一种聚结介质和/或可能的过滤介质和/或可能的分开介质可由此被保护不受添加剂影响。由此可防止，下游的处理介质通过添加剂在其相应的功能方面受到影响，尤其地受到损害。尤其地添加剂可为表面活性的材料或物质。尤其地在燃料中，相应的添加剂用于改变尤其地改进其性能。
有利地，分离元件可附加地具有过滤性能。该分离元件也可设计成用于过滤待处理的流体的过滤元件并且被称为过滤元件。
有利地，该至少一个聚结介质可包括至少一层适合用于聚结至少一种待分离的流体介质的聚结材料。该至少一种聚结介质也可包括多于一层聚结材料。也可设置带有不同材料的不同层。该至少一种聚结介质也可构建成不同于层式(lageartig)或覆层式(schichtartig)。
利用至少一种聚结介质，也可将包含在待处理的流体中的待分离的流体介质的最小的小液滴结合成较大的液滴。在此，细的介质小液滴可被阻挡在聚结材料处并且被增大，直至其再次由流体流带走并且从至少一种聚结介质中被移走。至少一种聚结介质可由单层的或多层的级组成，其以褶状或缠绕的形式形成波纹管状件(Balg)。
有利地，至少一种聚结介质可包括至少一层适合用于聚结至少一种待分离的流体介质的纤维的聚结材料，尤其地适合用于聚结至少一种待分离的流体介质的非织造织物(Vlies)。
在至少一种聚结介质尤其地分离元件的下游，可布置有支撑体。有利地，支撑体的壁可对于待处理的流体和/或待分离的介质为可透过的。
为了实际上分离流体介质，在至少一种预处理介质下游、优选地在至少一种聚结介质下游，可设置有至少一个分开装置，尤其地至少一种分开介质。
有利地，分离元件可如此布置在分离装置尤其地过滤器的壳体中，即其可使壳体的流体输入部密封地与流体输出部分开。
本发明不限制于机动车的内燃机的分离元件。相反地，本发明也可使用在其它形式的内燃机中，尤其地使用在工业发动机中。
分离元件可用于从柴油燃料中分离水，如有可能也可用于净化柴油燃料。代替用于柴油燃料，分离元件也可用于在其它形式的液态流体中的净化/分离。
在一种有利的实施形式中，至少一种预处理介质可具有多开孔的结构。在该敞开的多孔结构中，即使最小的小水滴也可良好地捕获并且结合成较大的水滴。此外由此可减小这样的可能风险，即至少一种预处理介质通过可能的颗粒尤其地可包含在待处理的流体中的污染颗粒堵塞或阻塞。由此可省去在至少一种预处理介质上游的用于滤除颗粒的过滤介质。
在另一有利的实施形式中，至少一种预处理介质周向上可为封闭的、尤其地缠绕的。
有利地，可设置带有至少一种预处理介质的/由至少一种预处理介质形成的至少一个缠绕层。(多个)缠绕层的数量和/或厚度有利地可根据需要预定。以这种方式，与单独在尤其地星形地折叠的波纹管状件尤其地过滤器波纹管状件中的情况相比，可更好地利用所需的结构空间。
就此而言“周向上”可基于元件轴线和/或过滤器轴线。有利地，至少一种聚结介质可在周向上包围该元件轴线和/或过滤器轴线。
在另一有利的实施形式中，至少一种预处理介质可具有至少一种适合用于聚结待分离的流体介质的聚结材料或者由至少一种该聚结材料组成。
由此，可实现由待处理的流体和待分离的流体介质组成的悬浮物的预调节。该预调节可有利地引起待分离的流体介质的小液滴/液滴的增大。利用至少一种预处理介质可实现一种“预聚结”。那么该至少一种预处理介质可称为预聚结介质。
当尤其地在分离元件和/或分离装置的另一级中继续处理流体时，液滴增大可导致在待分离的流体介质与待处理的流体的分开时更好的可分离性。待分离的流体介质的液滴尺寸由此可还在进入至少一种聚结介质和/或实际的分离级之前显著增大，在该分离级中待分离的流体介质与流体分离。
在至少一种聚结介质中，流体介质的增大的液滴可再次聚结并增大。由此，可简化和/或改进分离。由此可实现更高的分离度。这尤其地在从燃料尤其地柴油燃料中分离水时是有利的。
在另一有利的实施形式中，至少一种预处理介质可具有适合用于过滤可能包含在待处理的流体中的颗粒尤其地污染颗粒的过滤性能。以这种方式，在分离元件中附加地可实现颗粒过滤能力。
有利地，至少一种预处理介质的通过部尤其地开孔或孔口与下游的处理介质尤其地至少一种聚结介质和/或如有可能至少一种过滤介质和/或如有可能至少一种分开介质的相应的通过部尤其地开孔或孔口至少同样大。以这种方式可利用至少一种预处理介质将可能的较大的颗粒在其到达随后的处理介质之前滤除。由此可防止颗粒的至少一部分污染和/或阻塞下游的处理级尤其地处理介质。由此，可保护下游的处理介质不被颗粒加载。由此在限定的污物加载的时间段上可更好地维持和/或改进用于待分离的流体介质的分离度。此外可提高随后的处理介质和/或整个分离元件的使用寿命。
在另一有利的实施形式中，分离元件可具有至少一个设计成空心体的过滤介质，其可从内向外或从外向内被穿流以用于过滤待处理的流体。
利用过滤介质尤其地可滤除弄脏待处理的流体的颗粒。
有利地，至少一种过滤介质可为单层的或多层的。也可使用至少一种不是以层或覆层的方式构建的过滤介质。
至少一种过滤介质有利地可折叠和/或弯曲。
有利地，至少一种预处理介质在待处理的流体的流动路径中在至少一种过滤介质之前、以包围过滤介质的方式或者在由过滤介质限制的内腔中布置。
有利地，至少一种聚结介质在待处理的流体的流动路径中在至少一种过滤介质之后、以包围过滤介质的方式布置或者在由过滤介质限制的内腔中布置。
在另一有利的实施形式中，至少一种过滤介质尤其地可星形地折叠或者弯曲。通过相应的折叠可改进过滤介质的对于过滤起作用的表面相对于所需的结构空间的比例。
代替星形地和/或之字形地折叠，过滤介质也可实现成其它形式的空心体，尤其也可实现成不折叠。
在另一有利的实施形式中，至少一种预处理介质直接贴靠在尤其地折叠的过滤介质的侧边尤其地未净化流体侧处或者与尤其地折叠的过滤介质的侧边尤其地未净化流体侧间隔开，尤其地可利用至少一种预处理介质缠绕过滤介质，或者反之亦然。以这种方式至少一种预处理介质和至少一种过滤介质可以节省空间的方式布置。
有利地，至少一种预处理介质和/或至少一种聚结介质直接贴靠在尤其地折叠的至少一种过滤介质的周缘侧处。尤其地，可利用至少一种预处理介质和/或至少一种聚结介质缠绕至少一种过滤介质，或者反之亦然。
至少一种预处理介质和/或至少一种聚结介质可直接地即无距离地贴靠在至少一种过滤介质处。由此不需要用于支撑至少一种预处理介质和/或至少一种聚结介质的支撑体，这减小了构件成本和装配成本。以这种方式，也可使用这样的预处理介质和/或聚结介质，即其自身不具有足够的形状稳定性。至少一种过滤介质由此也可提供至少一种预处理介质和/或至少一种过滤介质的稳定性和造型。由此此外通过在至少一种过滤介质待径向地从内向外被穿流的情况下至少一种预处理介质和/或至少一种聚结介质可缠绕事先制造的至少一种过滤介质，可简化制造。
附加地或备选地，至少一种预处理介质和/或至少一种聚结介质与至少一种过滤介质的相应的面对的周缘侧间隔开。
在另一有利的实施形式中，至少一种预处理介质和/或如有可能过滤介质和/或至少一种聚结介质可尤其相对于分离元件的元件轴线和/或分离装置的轴线尤其地过滤器轴线同轴地布置。
同轴的布置方案是节省空间的。此外，在同轴的布置方案中可简单地优化径向地从外向内或径向地从内向外的待处理的流体的流动走向。至少一种预处理介质、至少一种聚结介质、如有可能至少一种过滤介质和如有可能至少一种分开介质的基础面在此可为相似的。但是基础面也可为不同的。基础面尤其地可为圆形的、椭圆形的或有角的。有利地，分离元件/过滤元件可为圆形过滤元件或者具有圆形过滤元件。圆形过滤元件可尤其节省空间地构建。利用圆形过滤元件可实现过滤/分离面积与结构空间的最优比例。
至少一种预处理介质、至少一种聚结介质、如有可能至少一种过滤介质和/或如有可能至少一种分开介质也可以与彼此同轴地或者相对于元件轴线同轴地和/或相对于分离装置的轴线同轴地不同的方式布置。
有利地，分离元件可为多级的。在流通方向上观察，首先可布置至少一种预处理介质。如有可能至少一种过滤介质可布置在预处理介质下游。在过滤介质后面可布置至少一种聚结介质。置于前方的过滤介质保护聚结介质不受污染。至少一种聚结介质可布置在至少一种过滤介质上游。
待分离的流体介质的液滴也可在聚结介质下游尤其地在沉降间隙(Ausf?llspalt)中沉降。该沉降间隙在与聚结介质相对而置的侧边上有利地可通过至少一种分开介质限制。该至少一种分开介质可具有至少一种以排斥的方式作用于待分离的流体介质的材料。利用该至少一种分开介质，可使介质液滴与待处理的流体分离。待分离的流体介质的液滴也可由于其比重向下下降。
利用根据本发明的分离装置，也可处理尤其地净化这样的流体尤其地燃料，即其比重大于待分离的流体介质尤其地水，其中相似地流体介质的液滴空间上向上上升。为了该目的，可以翻转的方式布置分离元件。相应地，壳体的相应的输入部和输出部可适宜地不同地布置。
有利地，待分离的流体介质尤其地可在收集腔中被收集，该收集腔可与用于已分离的流体介质的输出部相连接。
至少一种分开介质可布置在至少一种预处理介质和/或至少一种聚结介质和/或如有可能至少一种过滤介质的内腔中。代替布置在内腔中，至少一种分开介质也可以在径向外部包围至少一种预处理介质、至少一种聚结介质和/或如有可能至少一种过滤介质的方式布置。那么，待处理的流体可径向地从内向外穿流相应的处理介质。
如果有利地设置成，至少一种预处理介质径向地从外向内被穿流，那么至少一种聚结介质和如有可能至少一种过滤介质优选地可位于至少一种预处理介质的内腔中。如果备选地设置成，至少一种预处理介质径向地从内向外被穿流，至少一种聚结介质和如有可能至少一种过滤介质优选地位于至少一种预处理介质之外并且将其包围。
至少一种预处理介质、至少一种聚结介质、如有可能至少一种过滤介质和/或如有可能至少一种分开介质可实现成空心柱体，但是也可实现成其它形式、尤其地空心锥体或平截锥体。代替带有圆形的基础面，其也可实现成带有其它形式的、尤其地椭圆形的或有角的基础面。
根据本发明，该目标此外通过分离装置通过以下方式实现，即在待处理的流体的流动路径中，在至少一种聚结介质之前、以包围聚结介质的方式或者在由聚结介质包围的内腔中布置有用于预处理待处理的流体的至少一种预处理介质。
结合根据本发明的分离元件及其有利的实施形式阐述的优点和特征相应地适用于根据本发明的分离装置及其有利的实施形式，且反之亦然。
有利地，壳体可为能够敞开的。分离元件可有利地以能够更换的方式布置在壳体中。为了更换或维护目的，分离元件由此可简单地从壳体中被取出。
代替可更换的分离元件，也可设置相应的、尤其地固定地布置在壳体中的分离元件。
附图说明
从以下描述中得到本发明的其它优点、特征以及细节，在该描述中根据图纸详细解释本发明的实施例。本领域技术人员也适宜地将单独地考虑在图纸中、说明书中以及权利要求书中以组合的形式公开的特征并且将其结合成其它合适的组合。唯一的附图示意性地示出：
图1显示了带有可更换的四级的过滤元件的燃料过滤器的纵截面，该过滤元件具有预聚结介质。
在图中相同的构件设有相同的参考标号。
具体实施方式
在图1中以纵截面显示了机动车的内燃机的燃料系统的燃料过滤器10。燃料过滤器10用于净化为了内燃机的运行使用的燃料例如柴油燃料。此外，燃料过滤器10用于分离包含在燃料中的水。也就是说燃料过滤器10也可称为用于水的分离装置或者水分离装置。燃料可被处理带有/加载有添加剂，其可以在此未进一步关注的方式影响燃料的性能。
燃料过滤器10具有两件式的壳体12，其带有杯形的过滤器钵14和可分离地布置在过滤器钵14上的过滤器罩盖16。在过滤器钵14和过滤器罩盖16之间布置有密封环17。
在罩盖16中近似中心地布置有用于已净化的燃料的输出接头18，其在壳体12之外与在图1中未显示的燃料导出部相连接。在壳体12的内部中，输出接头18与在连接接头22的内腔中的流出腔20相连接。连接接头22在罩盖16的面对壳体12的内部的侧边上与过滤器轴线24同轴地延伸。
在内燃机的正常运行条件下正常的安装位置中，如在图1中显示的那样，过滤器轴线24在空间上垂直地伸延。如果没有另外地说明，在下文中“轴向”、“径向”、“同轴”以及“周向”都基于过滤器轴线24。
径向地在连接接头22之外罩盖16具有用于待净化的燃料的输入接头26，其与在壳体12中的流入腔28相连接。在壳体12之外输入接头26与在图1中未显示的用于燃料的燃料导入部相连接。
在过滤器钵14的底部中相对于过滤器轴线24同轴地布置有水流出接头30。水流出接头30与在壳体12中下部的水收集腔32相连接。在壳体12之外水流出接头30与未显示的水排出管路相连接，与燃料分离的水可通过该水排出管路从壳体12中导出。在水流出接头30中，布置有带有水位传感器的水排出阀34。在静止状态(Ruhezustand，有时称为非操作状态)中关闭水排出阀34，从而没有液体可从水收集腔32中通过水流出接头30从壳体12中逸出。当在水收集腔32中达到预定的最大水位时，水排出阀34自动打开，从而被分离的水可通过水流出接头30被排出。
在壳体12中布置有可更换的过滤元件36。该过滤元件由于其在下文中详细解释的用于从燃料中分离水的分离功能也可称为“分离元件”或“水分离元件”。过滤元件36设计成圆形过滤元件。该过滤元件36将输入接头26密封地与输出接头18分开。
过滤元件36包括星形地折叠的过滤介质38，利用该过滤介质尤其地将颗粒从待净化的燃料中过滤出来。过滤介质38整体具有同轴的圆柱形周面的形状。在该实施例中，过滤元件36的元件轴线相对于过滤器轴线24同轴地伸延。过滤介质38包括一层或多层过滤材料。
在面对过滤器钵14的底部的下端侧处过滤介质38密封地与封闭端部盘40相连接。在其相对而置的面对罩盖16的上端侧处过滤介质38密封地与联接端部盘42相连接。
在联接端部盘42和封闭端部盘40之间骨骼形的、可透过流体的中间管43同轴地在过滤介质38的内腔45中延伸，该中间管43使两个端部盘40和42稳定地相互连接。中间管43包括轴向肋部，其通过环形的周缘肋部相互连接。
封闭端部盘40具有同轴的开口44。该开口44由中间管43包围。开口44使内腔45与水收集腔32相连接。在面对过滤器钵14的底部的外侧上封闭端部盘40具有四个支撑桥接部46，其以均匀分布的方式沿着设想的同轴的圆柱周面延伸。设想的圆柱周面包围开口44和水流出接头30。过滤元件36利用支撑桥接部46支撑抵靠过滤器钵14的底部。在支撑桥接部46之间存在连接开口48，在水收集腔32中的水通过该连接开口还可径向在支撑桥接部46外部分布。
联接端部盘42具有同轴的开口50。开口50由两个同轴的突出部包围，该突出部在联接端部盘42的外侧处在轴向方向上延伸。两个突出部限制用于过滤元件36的分开单元56的环形的插入桥接部54的容纳槽52。
过滤介质38在其未净化侧(Rohseite)处由同轴的预聚结介质57包围。预聚结介质57在周向上封闭并且在联接端部盘42和封闭端部盘40之间延伸。预聚结介质57相对于过滤介质38的径向外部的周缘侧即过滤介质38的径向外部的折叠棱边径向间隔开。预聚结介质57具有同轴的空心柱体的形状。预聚结介质57也用于将在燃料中包含的最小的小水滴聚集成较大的水滴。预聚结介质57围绕过滤介质38缠绕。预聚结介质57具有适合用于水分离的聚结材料。预聚结介质57具有多开孔的结构，在其中可捕获最小的小水滴并且可将其结合成较大的水滴。此外，预聚结介质57附加地具有过滤性能，从而较大的颗粒可在其到达过滤介质38之前从燃料中被滤除。预聚结介质57的孔尺寸大于过滤介质38的相应的孔尺寸。
在过滤介质38的径向内部的周缘侧和中间管43之间，即也在由预聚结介质57包围的内腔之内，存在同轴的聚结介质58。聚结介质58直接地并且以没有距离的方式贴靠在过滤介质38的径向内部的周缘侧处。聚结介质58在周向上是封闭的并且在联接端部盘42和封闭端部盘40之间延伸。聚结介质58也用于将在燃料中包含的小水滴例如由预聚结介质57结合的小水滴结合成较大的水滴。
聚结介质58包括在此未进一步关注的聚结材料。
分开单元56具有带有联接区段64的支撑架62和分开介质66，联接区段64还具有插入桥接部58。
联接区段64近似盘形地带有同轴的开口，罩盖16的连接接头22伸入该开口中。在其面对罩盖16的外侧上联接区段64具有同轴的联接接头68。联接接头68在其自由的端侧处径向向内弯曲90度。异型密封环70安坐在联接接头68的径向内边缘上。连接接头22如此插入到联接接头68中，即与异型密封环70的连接部被密封。
分开单元56以分开介质66在前的方式轴向地穿过联接端部盘42的开口50被插入。支撑架62和分开介质66位于由聚结介质58限制的内腔中即也在过滤介质38的内腔45中。
分开介质66包括疏水的筛布(Siebgewebe)。其具有相对于过滤器轴线24同轴的管的形状。其从联接端部盘42延伸到封闭端部盘40。分开介质68在周向上是封闭的。
支撑架62的周缘壁构建成栅式的并且可透过液体。支撑架62在其与连接接头22关联的端侧上敞开。支撑架62的面对水收集腔32的下端侧是封闭的。分开介质66贴靠在支撑架62的径向外部的周缘侧处。
在分开介质66和聚结介质58之间在内腔45中存在沉降间隙74。该沉降间隙74具有环形腔的形式。沉降间隙74径向外部地通过聚结介质58限制并且径向内部地通过分开介质66限制。
此外在封闭端部盘40的径向外部的周缘侧处布置有密封环72，其径向外部地支撑抵靠过滤器钵14的径向内部的周缘侧。密封环72相对于水收集腔32密封流入腔28。
在燃料过滤器10运行时，待净化的燃料从燃料导入管路中以通过箭头76指出的方式通过输入接头26被输送到流入腔28。
燃料径向从外向内穿流预聚结介质57。包含在燃料中的即使最小的水滴也在预聚结介质57中捕获并且结合成较大的水滴。此外在预聚结介质57中已经从燃料中滤除了较大的颗粒。预聚结介质57形成用于净化/水分离的总共四级的燃料过滤器10的第一级。如果液滴尺寸足够，则大的水滴再次由穿流的燃料带走。
紧接着带有变大的水滴的燃料穿流过滤介质38，以通过箭头78指出的方式从其径向外部的未净化侧流向其径向内部的净化侧。在此为燃料除去还被包含的颗粒。过滤介质38形成用于净化/水分离的第二级。
在净化侧上没有颗粒的燃料径向地从外向内穿流聚结介质58。在聚结介质58中包含在燃料中的小水滴即还是利用聚结介质58结合的小水滴被捕获并且结合成更大的水滴。聚结介质58形成用于净化/水分离的第三级。如果液滴尺寸足够，则大的水滴再次由穿流的燃料带走。
燃料和大的水滴穿流在中间管43的肋部之间的开口并且到达沉降间隙74中。
燃料径向地从外向内以通过箭头80指出的那样穿流形成用于净化/水分离的第四级的分开介质66，并且向上到达流出腔20中。被净化的且没有水的燃料以通过箭头82指出的方式通过输出接头18离开流出腔20并且被输送到燃料导出部。
相反地，大的水滴通过分开介质66被阻挡。大的水滴在沉降间隙74中由于其相对于燃料更大的比重向下以通过箭头84指出的方式下降到水收集腔32中。
一旦水排出阀34的水位传感器探测到达到了预定的最大水位，水排出阀34就自动地打开。水通过水流出接头30离开水收集腔32并且到达水流出管路中。
为了维护目的例如为了更换或为了净化过滤元件36，在轴向方向上从过滤器钵14上移除罩盖16。然后在轴向方向上从过滤器钵14中拉出过滤元件36。
为了安装，将过滤元件36以封闭端部盘40向前的方式在轴向方向上插入过滤器钵14中。紧接着罩盖16以连接接头22向前的方式在轴向方向上被插入到过滤器钵14的敞开的侧边上，从而连接接头22密封地伸入异型密封环70中。