CN204865249U - 凝聚过滤器及凝聚介质 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开凝聚过滤器及凝聚介质。本实用新型涉及用于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的凝聚过滤器，其中凝聚过滤器包括用于将流体供给到凝聚过滤器中存在的过滤元件的进口，其中过滤元件包括主凝聚介质，该主凝聚介质被提供用于在流体移位通过主凝聚介质期间在主凝聚介质中凝聚所述至少一种污染物，其中凝聚过滤器进一步包括用于将凝聚后的污染物从过滤元件排出的出口，其中主凝聚介质包括至少一个多孔材料层，其中主凝聚介质的总厚度为至少3.5mm。

Description

凝聚过滤器及凝聚介质
技术领域
本发明涉及一种凝聚过滤器及凝聚介质。
背景技术
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-油系统中分离作为分散相的油。
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500μm的液滴直径。
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。
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。US8,114,183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。US8,114,183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。
根据US8,409,448，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
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。
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3.5mm。
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3.5mm，优选地至少4mm，优选地至少5mm，更优选地至少6mm，最优选地至少7mm，特别是至少7.5mm。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。
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。
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。
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。
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。
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100μm之间，优选地在3和70μm之间，更优选地在5和50μm之间，特别地在5和35μm之间，更特别地在5和30μm之间。
孔隙度如上所述由孔隙提供的主凝聚介质具有疏松结构。
由纤维材料制成的主凝聚介质将通常大体上包含具有0.25-20μm、优选地0.5-10μm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。
本实用新型的主凝聚介质优选地具有至少30l/m2.s、优选地至少50l/m2.s、更优选地至少60l/m2.s、最优选地至少80l/m2.s、特别是至少100l/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2000l/m2.s，优选地最大1750l/m2.s。所述透气率根据DINENISO9237在2mbar下测量。
具有这样的透气率的主凝聚介质具有疏松结构。
根据本实用新型，由此可获得具有改进性能的主凝聚介质，与迄今为止已知的主凝聚介质相比，该主凝聚介质通过将具有大总厚度的主凝聚介质结合更疏松的结构使用，能够提供对存在于流体中的污染物的更好分离收益。
所述疏松结构有助于允许凝聚收益、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。这与现有技术是相反的，现有技术教导为增大过滤效率，要使用具有小厚度的主凝聚介质，其中孔隙具有小的平均直径。发明人已经进一步发现，在使用如上所述具有疏松结构的主凝聚介质时，凝聚流体在流入非润湿性主凝聚介质(例如，抗油的或者亲油的凝聚介质)的孔隙中时要克服的毛细压力能够被明显减小，并且凝聚后的液体在离开润湿性主凝聚介质(例如，油吸附性或者亲油的凝聚介质)时要克服的毛细压力也是如此。该低的毛细压力提供优点：与迄今为止认为可能的方案相比，主凝聚介质能够具有更大的厚度和更疏松的结构，从而能够明显增大凝聚收益，并且即使如此，凝聚过滤器两端的压降可保持为足够低。所述厚度是沿着要凝聚的流体的流动方向来测量。在实践中，这能够意味着主凝聚介质能够以比迄今通常情况更大数目的过滤材料层构成，并且同时，凝聚过滤器两端的压降能够保持为足够的低。
发明人在实际中已经证实，在使用具有小的孔隙且由此具有更为闭合结构的主凝聚介质时，凝聚介质两端的压降证明是相当高的。因此，在使用具有小孔隙的凝聚介质时，需要将厚度保持为较低以确保凝聚过滤器两端的充分低的压降。
降低的毛细压力进一步提供优点：将污染物供给到非润湿性主凝聚介质的孔隙系统中所需的能量能够减小，并且在污染物离开润湿性主凝聚介质时要克服的毛细压力也是如此。非润湿性主凝聚介质理解为是指这样的凝聚介质，其对于凝聚液体呈现低的亲合性，或者换句话说，在两种材料之间发生明显的推斥力。非润湿性主凝聚介质的示例包括疏油性和/或疏水性的主凝聚介质。润湿性主凝聚介质理解为是指这样的主凝聚介质，其对于凝聚液体呈现高的亲合性，或者换句话说，在主凝聚介质和凝聚液体之间发生明显的吸引力。润湿性主凝聚介质的示例包括亲油的和/或亲水性的主凝聚介质。
本领域技术人员能够考虑到主凝聚介质的属性、特别是考虑到凝聚介质的孔隙的平均大小和/或凝聚介质的透气率和/或密度来调整主凝聚介质的厚度，以实现想要的性能。主凝聚介质可以由多个紧密地堆叠的或者紧密地包裹的相邻的片形式多孔过滤材料层制成，但使用具有期望厚度的单个层也是可以的。紧密地堆叠理解为是指相邻层彼此接触，或者换句话说，相邻层相邻地布置。片形式凝聚介质的相邻层优选堆叠或者凝聚介质片材包裹为使得，相邻的凝聚介质层相邻地布置，并且相邻层之间的距离是最小的，并且相邻层之间存在的任何空气层具有最小厚度或者优选地甚至不存在。这使得流体从一个层转移到另一层时要克服的毛细压力可以被保持为尽可能地低。这也使得可以使得流体在相邻层之间流出的风险最小化。
在一实施方式中，相邻的主凝聚介质层可以由相同多孔材料组成。通过堆叠由相同材料形成的层，可以防止流体从上一层进入下一层时需要克服额外的毛细压力，并且因此可以使得凝聚过滤器两端的压降因材料变换而增大的风险最小化。在另一实施方式中，两个或更多个主凝聚介质层由不同材料制成，特别是具有不同平均孔隙度和/或不同平均孔径和/或不同密度和/或不同透气率的材料。还可以由第一主凝聚介质和第二主凝聚介质构建主凝聚介质，所述第一主凝聚介质由一层或多层第一材料组成，例如润湿性、亲油的或者亲水性的凝聚介质，而第二凝聚介质由一层或多层第二材料组成，例如非润湿性、疏油性或者疏水性凝聚介质。
如果主凝聚介质由多个层组成，则各个层的层厚度可以在宽的限界内变化。主凝聚介质的各个层的层厚度可以例如从0.1到1mm、优选地0.4mm、更优选地0.5mm、最优选地0.6mm变化。本领域技术人员能够考虑到凝聚介质的设计总层厚来选择期望的层厚度。
本实用新型的主凝聚介质包括优选地至少4层由相同多孔材料形成的相邻层，以保证足够的凝聚度，更优选地至少6层、最优选地至少10层。层的数目将通常不大于30，因为如果主凝聚介质包括更多层，过滤效率并不明显提高，并且材料成本则趋于变得不相称地高。另外，层数目的进一步增大引起通道压力变得过高的风险，如在上文已经说明的。优选地，构建主凝聚介质的材料的层数不大于25，最优选地不大于20。
发明人已经进一步发现，在如上所述流体流过多层主凝聚介质期间，存在于流体中的污染物在主凝聚介质中的孔隙或者开口中凝聚。相邻层的孔隙似乎形成沿流体的流动方向延伸且通过凝聚介质的准连续通道，并且提供流体沿其移动的优选通路。
但不希望受该理论的束缚，发明人认为组成主凝聚介质的连续材料层的孔隙至少部分地重叠，以便上一层的孔隙至少部分与下一层中的孔隙衔接，且由此提供到下一层中的孔隙的通路。由此，形成延伸通过多个主凝聚介质层的一种通道或者优选的通路，流体通过该通道或者通路移动。相邻层中的优选通路通常将并不优选一致。相反，优选的通路将在更大或更小程度上部分地、但有时也全部地彼此衔接，并且由此形成污染物能够沉积在其中的准连续通道。这些准连续通道在主凝聚介质的材料的整个厚度上沿流体的流动方向延伸。发明人进一步认为，主凝聚介质中的这些准连续通道与周围材料相比对流体呈现更高的渗透性，或者换句话说，形成对流体具有更高的流动能力的通道。
发明人进一步发现，在相邻层中的上述准连续通道在主凝聚介质中布置为彼此侧向接近。但不希望受此理论束缚，发明人认为存在于凝聚介质层中的污染物在某种程度上侧向地分散，并且局部地形成点，或者换句话说，形成局部连续相。想像上，污染物沿着其中要克服的阻力较小的优选通路移动。因此，凝聚后的污染物形成在凝聚介质中侧向地且在流体的深度或者流动方向上延伸的连续相。前述的处理在主凝聚介质的厚度方向上和/或相邻层中重复执行。
优选通路存在于本实用新型的凝聚介质的分层构造中的设想是似乎合理的。多孔过滤材料、特别是纤维材料组成的片形式过滤材料，即使仔细地制成，也会呈现在微尺度上不均质的区域，并且因纤维之间的开口而呈现局部变化的渗透性。空气或者任何其它流体将优选地移动通过具有更高/更好的渗透性的区域。在这些具有更好渗透性的区域中，污染物将首先在孔隙中沉淀且凝聚成为大滴。这些滴随着空气流移动通过具有更好渗透性的区域。由于相邻层中至少部分地彼此对准的强渗透性区域，形成准连续通道。
因此，在本实用新型的范围内，“通道”理解为是指在流体(例如，空气)流动的作用下周期性地移动通过主凝聚介质的大量凝聚液体使用的优选通路。这些通路具有随机形状，并且能够在所有方向上延伸。根据本实用新型，“通道”不必然指筒状管或者管道。对于非润湿性的凝聚介质，这些通道导致在过滤器出口处形成点滴；对于润湿性凝聚介质，这些通道在最后层中扩展成为膜，而必须在毛细力作用下被推出主凝聚介质且因此引起毛细压力滴。
在本实用新型的优选实施方式中，主凝聚介质的密度在从0.05到0.90g/cm3、优选地从0.05到0.75g/cm3、更优选地从0.08到0.50g/cm3的范围内。所述密度通过称重1m2面积上的主凝聚介质的材料的量且将该量乘以该材料的厚度来测量，其中材料厚度利用数字测微计在2N/cm2下测量。
本实用新型的凝聚过滤器优选地包括邻近主凝聚介质的表面的排出层，优选地沿着主凝聚介质的凝聚后的污染物离开主凝聚介质所沿的下游表面，该排出层用于收集且排出凝聚后的污染物并且促进其排出。布置在下游的该排出层另外旨在提供防止凝聚后的污染物回流到凝聚介质和/或特别是回流到存在于流体中的载体的屏障。不希望局限于该假定，排出层被认为形成沿着主凝聚介质的发生排出的边界面的分界或者过渡带，以便通过形成由重力原动力驱动且被沉积在过滤器壳体中用于从过滤器排出的大滴来阻碍污染物在边界面处的积聚。另外，如果是希望的，则在主凝聚介质的上游可以布置与主凝聚介质的流体沿其被供给到主凝聚介质的表面邻近的保护层，以这样方式使得，两种材料接触。在下游，也可以添加与主凝聚介质的表面邻近的保护层，该保护层除保护作用之外也可具有额外的排出功能。本实用新型另外涉及作为如上所述的凝聚过滤器的一部分和/或用于在如上所述的凝聚过滤器中使用的如上所述的凝聚介质。
本实用新型进一步涉及用于净化包含载体和至少一种污染物的流体的方法，其中流体被传导通过如上所述的凝聚过滤器，用于通过在凝聚过滤器中、特别是在主凝聚介质中凝聚至少一种污染物来降低所述至少一种污染物的浓度。流体则可以例如选自由被一种或多种碳氢化合物污染的压缩空气、受污染的水或者污染的碳氢化合物组成的组，但是其它流体可同样使用。本实用新型的凝聚过滤器适用于其中发生流体到主凝聚介质的连续供给的连续过程。但是，将流体以一个或多个分散的批次来供给也是可以的。
此外，本实用新型涉及本专利申请所述的凝聚过滤器用于将一种或多种液体污染物从载体中分离的使用，其中载体能够是气体或者液体。本实用新型特别地涉及本专利申请中所述的凝聚过滤器用于将油悬浮小滴从来自空气压缩机和曲轴箱的压缩空气中分离、将作为分散相的水从燃料-水系统中作为连续相的燃料分离，或者将作为分散相的油从以水作为连续相的水-油系统中分离的使用。
附图说明
下面在附图中以及这些附图的说明中进一步阐释本实用新型。
图1示出用于压缩气体的代表性凝聚过滤器的内部体积的视图。
图2a是主凝聚介质相对于排出层的截面示意图，其中载送流体(CF)以90°的角度供给，并且凝聚介质和排出层被相邻布置。
图2b是主凝聚介质相对于排出层的示意图，其中载送流体(CF)以1°和90°之间的角度供给，并且凝聚介质和排出层被相邻布置。
图3示出在主凝聚介质中形成的准连续通道的横截面，如以沉积液体的较高浓度所示的。图4示出在主凝聚介质中形成的多个准连续通道的等轴测视图，如通过呈现较高的沉积液体浓度的局部区域所示的。图5是载送流体通过根据本实用新型的包括润湿性(亲油的)纤维的凝聚介质的压降作为时间函数的曲线图，假定载送流体与液体沉积、含油污染物一起流动。图6是载送流体通过根据本实用新型的包括疏油性纤维的凝聚介质的压降作为时间函数的曲线图，假定载送流体与液体污染物沉积一起流动。
具体实施方式
图1所示的凝聚过滤器10包括闭合壳体24，在顶部具有过滤头12。过滤头12包括进口16，包含载液和至少一种污染物的流体通过该进口16被引入凝聚过滤器。壳体24包括出口18，用于将已经流过过滤元件的流体和/或载液排出。过滤头12可拆除地连接到壳体24，以便可达到凝聚过滤器的内部空间用于在需要时更换过滤元件。可拆除连接能够以本领域技术人员认为合适的任何方式实施，例如借助于螺纹连接、借助于压力、磨擦力、夹紧等等。进口16与过滤元件连接，以这样方式使得流体能够被传送到过滤元件。过滤元件优选地与过滤头12可拆除地连接，以便可以周期性更换过滤元件，或者根据需要来更换。
图1所示的凝聚过滤器旨在凝聚存在于流体的液体或者气体载体中的一种或多种液体污染物。该一种或多种污染物能够是例如惰性或者活性物质。所述一种或多种污染物可以例如属于液体、悬浮微粒、微滴或者这些材料中两种或更多种材料的混合物组成的组。适用于本实用新型的凝聚过滤器的流体的示例是被油悬浮微粒污染的压缩空气。
过滤元件包括至少一种主凝聚介质22，用于在凝聚介质中凝聚存在于流体中的一种或多种液体污染物，并且将这些污染物从存在于流体中的载体分离。依据预期应用，特别是如果预期用于凝聚多种污染物，则可以选择安装两种或更多种不同的主凝聚介质，各主凝聚介质对于要移去的污染物具有期望的亲合性。在优选实施方式中，过滤元件另外包括与凝聚介质22邻近且位于凝聚介质22下游的至少一个多孔排出层30。该排出层布置成邻近凝聚介质的表面，而在两个介质之间具有或没有空气层或其它物理分离，优选地没有空气层。这样的目的在于允许流体、载体和/或污染物从凝聚介质到排出层的能量有效流动。这在图2a和图2b中示出。排出层通常布置在主凝聚介质下游。定位在下游的排出层30旨在使得在一方面，最大化由于被传送通过过滤器的流体和/或存在于流体中的载体的原动力引起的由主凝聚介质从流体分离的污染物的传送和递送/排出。实现此的材料对于本领域技术人员是已知的。排出层30的材料优选地还提供阻止凝聚后的污染物回流到主凝聚介质22、但特别地回流到载体的屏障。不希望局限于此，假设排出层30提供凝聚介质22的邻接面的分界或者过渡带，这阻碍凝聚后的污染物在此接触面上的任何积聚，因为它促进污染物液体的粗滴的形成。这些滴因此通过额外的原动力、诸如重力被驱离排出层30，并且例如在壳体中沉积或沉淀且从过滤器排出。如果是希望的，则可以提供两个或更多个排出层30。合适材料的示例是结构疏松的聚合物泡沫。
如果期望，则主凝聚介质22的上游而且下游均可以设置保护层25。该保护层25还可以充当排出层，或者在期望方向上引导流体流。适用于保护层25的合适材料的示例是疏松的聚丙烯层，但其它材料也可以使用。优选地，过滤元件另外包括芯部20。至少一个主凝聚介质22布置在过滤器芯部20下游。
凝聚过滤器10优选地包括一个或多个内部支撑结构26，这支持将过滤元件一体化为一个机械整体，使得包括凝聚介质22的过滤材料因流体载荷的影响而发生机械变形的风险减到最小，并且保护过滤材料不受不期望或瞬间冲击作用的影响。
壳体24可以进一步包括排出机构32。合适的排出机构32能够包括自动地、半自动的或者手动操作的阀门，保持在壳体中的凝聚和排出的污染物经由该阀门被移去。
凝聚过滤器10能够进一步包括可选择的部件，这些部件进一步改进过滤器的使用和收益。过滤头12能够包括例如状态指示器14，状态指示器14给出关于凝聚过滤器状态(包括对于周期性更换的可能需要)的指示。状态指示器14可以允许直接或间接地测量凝聚过滤器的收益，并且可以包括借助于例如视觉、听觉或电子信号或其组合提供关于凝聚过滤器10的状态的指示器。指示器14可以气动地或者电气地或者根据技术人员认为合适的任何原理工作。
本实用新型的凝聚过滤器中使用的主凝聚介质具有多孔结构，这能够引起存在于流体中的一种或多种污染物的聚集或者凝聚。存在于主凝聚介质的多孔结构中的孔隙的表面可以相对于要凝聚的一种或多种污染物是润湿性的，或者是非润湿性的。所述表面可以例如是疏油性或者疏水性的，或者是亲油的或者亲水性的。在其中设计用于从液体或者气流中移去油的应用中，凝聚介质能够是亲油的或者疏油性的。主凝聚介质22的材料优选地选择成对于要移去的杂质具有高的亲合性。
为使得可以连续地移去具有各种属性的污染物，本实用新型的凝聚过滤器能够包括具有对要移去的污染物可选的不同亲合性的两种或更多种主凝聚介质22。但是优选地，为将毛细压力保持为尽可能地低，凝聚过滤器包括仅一个主凝聚介质。
主凝聚介质是多孔材料，其能够包括一层或多层多孔材料并且优选地是分层的。主凝聚介质优选地由一层或多层相同层形式的纤维材料组成。在可选实施方式中，凝聚过滤器包括具有不同凝聚介质的两种或更多种过滤元件，即对要移去的污染物具有可选的不同亲合性的多个凝聚介质。
用作主凝聚介质22的合适层形式材料包括由有限长度纤维、连续单纤维和其组合组成的基质或者材料。主凝聚介质优选地包括对施加以允许流体通过主凝聚介质排出的压力、对存在于流体中的液体污染物以及对在过滤器的制造、组装及其使用中材料承受的静载荷和动载荷有抗力的合适材料。合适层形式纤维材料的示例包括纺织或无纺纤维材料、编织材料、褶皱、膜以及这些材料的组合或其层压制件或者复合材料。
主凝聚介质优选地是多层材料，其优选地包括至少4层、更优选地至少6层、最优选地至少10层。通常，纤维材料层的数目将不高于20。凝聚介质各个层的厚度对于本实用新型并不重要，并且可以在宽限界内变化。层厚度可例如是0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.75mm或者1mm的厚度。另一方面，主凝聚介质也可以由一个期望材料层以期望厚度组成。
多层主凝聚介质能够以不同的方法生产，例如通过堆叠、打褶、辊压或者缠绕多个纤维材料层，以便获得期望层数。但是，任何其它方法也能够合适地使用。纤维材料层优选地相对于彼此相邻地布置，以便在相邻层之间存在具有最小可能层厚的空气层。优选地，相邻层布置为使得在它们之间不存在空气层。这能够例如通过将多个堆叠层挤压在一起或者它们夹紧来实现，例如沿着纤维材料的一个或多个侧边挤压或夹紧。但是优选地，纤维材料被缠绕以将损伤风险保持为最小。特别适于制造在本实用新型的主凝聚介质中使用的分层材料的纤维材料的示例包括热塑性材料、热固性材料、有机或者无机材料、金属材料或者合金、混合材、掺合物以及化学改性的材料，例如通过拉拔、纺丝、针刺、水刺法、熔纺(例如，纺粘、纳米纤维、熔吹)、湿法成网、电纺、溶纺、点粘结、粘接、连续纺织/编织、浇注、共挤等等制造。具有特别优先选择的材料包括玻璃纤维、基于硅酸盐的湿法热固胶粘结无纺布，例如具有有限长度的硼硅玻璃，因为它们对于流体、载液以及污染物引起的载荷具有热以及水热抗力，而不需要化学改性，例如通过碳氟化合物表面处理进行的化学改性。
在本实用新型中适用的主凝聚介质的密度优选地在0.05–0.90g/cm3、更优选地在0.05-0.75g/cm3、最优选地在0.08-0.50g/cm3之间变化。具有0.10-0.25g/cm3或者0.12-0.17g/cm3之间的密度的材料也能够是合适的，并且对于有定义明确的流体和/或污染物是优选的。
存在于组成主凝聚介质的材料中的孔隙的平均直径(利用显微镜检查测量)优选地在2至100μm之间、优选地在3和70μm之间、更优选地在5和50μm之间、最优选地在5和35μm之间，特别是在5和30μm之间。
排出层30中使用的材料能够是例如纺织或无纺材料、编织材料、膜、结构疏松的泡沫、浇注件或者旋纺纱布、疏松栅网和前述材料的层压制件或者复合材料的组合。排出层30中使用的材料可以选自例如热塑性或者热固性塑料、有机或者无机物、金属材料或者合金、前述材料的掺合物及其化学改性形式组成的组。前述材料能够由技术人员认为合适的任何方式制成，例如通过拉拔、纺丝、针刺、水刺结、熔纺(例如，纺粘、纳米粘结、熔吹)、湿法成网、电纺、溶纺、点粘结、通气粘结、粘接、连续纺织/编织、浇注、共挤、扩张、溶剂浇注等等实现。特别优选的是聚氨酯泡沫体，因为它们对于由流体和/或存在于流体中的载体和污染物液体引起的热负荷具有良好耐性，但同时阻碍污染物、例如基于碳氢化合物的污染物返回到凝聚介质，而不需要用含氟物质对凝聚过滤器或者排出层的一个或多个部分进行预处理。
主凝聚介质22、排出层30和阻挡层能够作为分离的层形式材料装配在凝聚过滤器10中。但是，也可以将前述材料合并在层压板中，以便它们形成整体，并且保证相邻层之间的最佳接触，以及能够发生流体从一个层到下一层的最佳流动。
本实用新型提供优点：主凝聚介质由一种或多种多孔层的材料或者结构组成，这些材料或结构具有高的总体积和低密度，具有大的孔隙体积，所述孔隙具有较大的平均孔径。这样的疏松结构使得可以将运送流体和凝聚后的污染物通过主凝聚介质时的毛细压力和通道压力均保持为较低，且可以将凝聚过滤器两端的压降保持为较低。毛细压力理解为是指污染物必须克服以进入非润湿性凝聚介质的阻力，还指代污染物在离开润湿性凝聚介质时必须克服的阻力。通道压力理解为是指凝聚后的污染物在其移位通过凝聚介质的孔隙系统时必须克服的阻力。
液体污染物的凝聚部分在凝聚介质中典型地表现为准连续通道，该准连续通道具有增大的凝聚液体浓度。这些通道形成延伸通过过滤材料厚度的离散、可察觉的区域，如图4中所示。被强迫(例如，通过泵送)运送过凝聚过滤器的载体的原动力负责将污染物通过凝聚介质朝向主凝聚介质的出口或者后部、下游外表面运送，其中污染物作为液体部分已经成为足够的集合体，以作为粗滴在重力作用下离开载体。通常认为，本实用新型中主凝聚介质的较大孔隙、低密度和高透气率协作以允许准连续通道在过滤器使用期间的动态发展并且最小化过滤器两端的压降。
不希望局限于该理论，通常认为在流体例如压缩气体与主凝聚介质22最先接触时，形成第一组的不同准连续通道50。随着供给额外流体，一个或多个准连续通道50的可达性因这些通道中集合体或者不互混合成物的形成、胶凝作用以及固体或颗粒的闭塞而可能降低。在流体的连续入流时，准连续通道50可以沿着具有较小阻力的通路在主凝聚介质22的不同方向上发展。因此，形成新的准连续通道。不希望局限于该假想模型，通常认为在将例如包含油悬浮微粒作为污染物的空气的压缩流运送通过主凝聚介质时，该运送继续前进通过一个或多个准连续通道50。在这些通道50中，通过这些通道50中油的凝聚，引起空气中油量的有效减少。
图5示出由亲油纤维结构组成的凝聚介质的实际情况。发明人已经证实，来自流体的液体污染物的凝聚根据逐级的处理而继续进行，具有至少第一和第二离散步骤，各离散步骤与凝聚介质两端的压力降低有关。第二离散步骤在污染物离开凝聚介质被观察到，且与在使凝聚介质离开时克服引力所必须克服的能障有关。第一离散步骤在污染物移动通过一个或多个准连续通道形式的凝聚介质时观察到，因为液体必须被泵送过凝聚介质。
图6示出由疏油性纤维构造组成的凝聚介质的实际情况。发明人已经证实，来自流体的液体污染物的凝聚伴随有凝聚介质两端的逐级压力下降，具有至少第一和第二离散步骤。第一离散步骤在污染物流入凝聚介质以克服推斥力时发生。第二小的离散步骤在污染物通过一个或多个准连续通道被运送通过凝聚介质时发生。
本实用新型由此提供一种凝聚过滤器，该凝聚过滤器具有凝聚介质，凝聚介质包括多个纤维材料层，纤维材料的孔隙具有较大平均直径，具有载体和至少一种污染物的流体移动通过该凝聚过滤器。所述纤维材料具有高透气率、低密度并且包含孔隙具有较大直径的孔隙系统。这使得可以提供确保存在于流体中的污染物的高分离收益的主凝聚介质。该高分离收益伴随有毛细压力的明显减小，该毛细压力在流体注入凝聚介质或者离开凝聚介质时必须克服，并且伴随有通道压力的明显降低，通道压力即是将流体和凝聚后的污染物运送通过主凝聚介质的孔隙系统时要克服的压力。由于可降低凝聚介质两端的压降，能够相当大地改进过滤系统的能量需求。本实用新型由此提供如下凝聚过滤器，该凝聚过滤器具有改进的分离收益以及降低的能量需求。这是惊人的，因为在现有技术的系统中，改进的分离收益会不利地影响能量需求。
利用本实用新型的凝聚过滤器，特别是当被用作用于压缩空气流的凝聚过滤器时，用于存在于空气中的污染物液体的分离收益能够实现为每立方米载送流体或者载气在每1.0mbar压差下至少40μg液体，优选地至少44μg，更优选地至少46μg。
本实用新型进一步在如下示例中且通过如下示例来阐明。
以下规定的纤维材料被作为用于净化被油污染的空气的凝聚过滤器来测试，如ISO12500-1和ISO8573-2中所述的。起始油浓度为10mg/m3。
比较试验A-B
使用的过滤材料包括规定层数的常规市售的疏油性过滤材料，这些疏油性过滤材料具有在表格1中所列的特性。
示例1-2
使用的凝聚介质分别包括14层亲油性玻璃纤维材料和8层疏油性玻璃纤维材料，所述玻璃纤维材料分别具有如下所列的材料特性。透气率根据DINENISO9237确定。
表格2
根据示例1与比较试验A的对比，厚的、疏松包装的过滤材料的过滤效率要好于薄的、紧密堆叠的包装。厚、疏松包装两端的压降甚至表现为更低。
比较试验B与示例2的对比显示，厚的、疏松包装和薄的、紧密填充的包装具有类似的过滤效率。但是，厚的、疏松包装两端的压降低于薄的、紧密填充的包装两端的压降。

Claims (41)

1.一种凝聚过滤器，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动通过所述主凝聚介质期间将所述至少一种污染物凝聚在所述主凝聚介质中，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3.5mm。
2.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的总厚度为至少4mm。
3.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的总厚度为至少5mm。
4.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的总厚度为至少6mm。
5.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的总厚度为至少7mm。
6.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的总厚度为至少7.5mm。
7.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的厚度最大为50mm。
8.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的厚度最大为40mm。
9.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的厚度最大为30mm。
10.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的厚度最大为25mm。
11.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的厚度最大为20mm。
12.根据前述权利要求中任一项所述的凝聚过滤器，其中主凝聚材料中的孔隙的平均孔径在2和100μm之间。
13.根据权利要求12所述的凝聚过滤器，主凝聚材料中的孔隙的平均孔径在3和70μm之间。
14.根据权利要求12所述的凝聚过滤器，主凝聚材料中的孔隙的平均孔径在5和50μm之间。
15.根据权利要求12所述的凝聚过滤器，主凝聚材料中的孔隙的平均孔径在5和35μm之间。
16.根据权利要求12所述的凝聚过滤器，主凝聚材料中的孔隙的平均孔径在5和30μm之间。
17.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的透气率为至少30l/m2.s。
18.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的透气率为至少50l/m2.s。
19.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的透气率为至少100l/m2.s。
20.根据权利要求17所述的凝聚过滤器，其中主凝聚介质的透气率最大为2000l/m2.s。
21.根据权利要求17所述的凝聚过滤器，其中主凝聚介质的透气率最大为1750l/m2.s。
22.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质包括多层相同的多孔材料。
23.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质包括至少4层相同的多孔材料。
24.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质包括至少6层相同的多孔材料。
25.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质包括至少10层相同的多孔材料。
26.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质包括一层或多层第一凝聚介质以及一层或多层不同于所述第一凝聚介质的第二凝聚介质。
27.根据权利要求26所述的凝聚过滤器，其中所述第一凝聚介质相对于要凝聚的污染物是润湿性的，而所述第二凝聚介质相对于要凝聚的污染物是非润湿性的。
28.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的密度在0.08和0.50g/cm3之间。
29.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的密度在0.10和0.25g/cm3之间。
30.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质的密度在0.12到0.17g/cm3之间。
31.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质由一层或多层多孔纤维材料制成，所述多孔纤维材料包括具有0.25-20μm的平均直径的纤维。
32.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质由一层或多层多孔纤维材料制成，所述多孔纤维材料包括具有0.5-10μm的平均直径的纤维。
33.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述凝聚过滤器包括用于接收和排出凝聚后的污染物的排出材料层。
34.根据权利要求33所述的凝聚过滤器，其中所述排出材料层邻近且沿着所述主凝聚介质的下游表面，凝聚后的污染物沿着该下游表面离开所述主凝聚介质。
35.根据权利要求33所述的凝聚过滤器，其中所述排出层由热塑性、热固性塑料、有机材料、无机材料、金属材料或者金属合金制成。
36.根据权利要求35所述的凝聚过滤器，其中所述凝聚过滤器包括保护材料层，该保护材料层邻近且沿着所述主凝聚介质的上游表面，其中所述流体沿着所述上游表面被供给到所述主凝聚介质。
37.根据权利要求1所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质由选自润湿性或者非润湿性、疏水性、亲水性、疏油性或者亲油性纤维材料的组中选取的材料制成。
38.根据权利要求37所述的凝聚过滤器，其中所述主凝聚介质由亲油性或疏油性纤维材料制成。
39.一种凝聚介质，用于在流体移动通过所述凝聚介质期间凝聚所述流体中包含的至少一种液体污染物，其中所述凝聚介质包括至少一个多孔材料层，其中在2N/cm2的压强下测量时，所述凝聚介质的总厚度为至少3.5mm，该凝聚介质为根据权利要求1至38中任一项所述的凝聚过滤器的一部分。
40.根据权利要求39所述的凝聚介质，其中孔隙的平均孔径在2和100μm之间。
41.根据权利要求39或40所述的凝聚介质，其中所述凝聚介质的透气率为至少30l/m2.s。
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