專利名稱：油水分離中使用導(dǎo)流屏的雙級(jí)過濾的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般而言，本發(fā)明總體上涉及雙級(jí)過濾；更具體地講，本發(fā)明涉及使用了用于油水分離(或稱燃料/水分離，fuel water separation)的導(dǎo)流屏(barrier)的雙級(jí)過濾器。
背景技術(shù)：
使用雙級(jí)過濾介質(zhì)的現(xiàn)有技術(shù)可以進(jìn)行改進(jìn)。更確切地說，可對(duì)現(xiàn)有雙級(jí)分離器進(jìn)行改進(jìn)，例如，現(xiàn)有的用于油水分離的如發(fā)動(dòng)機(jī)各種油系統(tǒng)的雙級(jí)分離器。

發(fā)明內(nèi)容
總體上，本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的雙級(jí)過濾器，其包括導(dǎo)流屏結(jié)構(gòu)，可用于從需要的工作流體中分離不需要的流體。例如，本發(fā)明描述的雙級(jí)過濾器可用于例如發(fā)動(dòng)機(jī)燃料分離系統(tǒng)的油水分離。值得注意的是，該雙級(jí)分離器可用于除了油水分離的應(yīng)用，例如需要從其它污染物流體或者不需要流體中分離出工作流體的場(chǎng)合。本發(fā)明顯示和描述的雙級(jí)過濾器可提高如在油水分離場(chǎng)合中的過濾能力。在本發(fā)明一實(shí)施方式中，如在油分離系統(tǒng)中所周知，雙級(jí)過濾器為筒狀結(jié)構(gòu)，其可與公知的外罩(或外殼)和立管組裝在一起。雙級(jí)過濾器的筒包括具有第一介質(zhì)的外過濾器和具有第二介質(zhì)的內(nèi)過濾器。導(dǎo)流屏設(shè)置于第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間。導(dǎo)流屏在第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間引導(dǎo)流動(dòng)路徑。導(dǎo)流屏在第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間創(chuàng)建流動(dòng)路徑，使得需要流過第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的工作流體，由導(dǎo)流屏引導(dǎo)并流過第二介質(zhì)，并使得不需要流過第二介質(zhì)的另一種流體，由導(dǎo)流屏引導(dǎo)并從工作流體中分離。通過使用導(dǎo)流屏，雙級(jí)過濾筒可使用上行流和下行流之一或全部，以實(shí)現(xiàn)有效的流體分離，例如發(fā)動(dòng)機(jī)燃料過濾器里的油水分離。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)流屏包括壁，該壁延伸到外過濾器底部之下。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)流屏包括壁，該壁延伸到外過濾器底部之下并向外過濾器呈喇叭狀擴(kuò)張。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)流屏包括帶有紋理表面的壁。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)流屏包括螺旋凸緣，該螺旋凸緣設(shè)置于導(dǎo)流屏朝向外過濾器的表面上。在一些實(shí)施方式中，該螺旋凸緣為可與導(dǎo)流屏單獨(dú)組裝的部件。在一些實(shí)施方式中，內(nèi)過濾器包括在第二介質(zhì)之上的額外導(dǎo)流屏部分。在一些實(shí)施方式中，額外的導(dǎo)流屏部分包括朝向?qū)Я髌恋穆菪咕?，該螺旋凸緣以向心力提供其它的流?dòng)輔助，進(jìn)而提供額外分離。在一些實(shí)施方式中，額外的介質(zhì)位于外過濾器和導(dǎo)流屏之間的間隙內(nèi)，并且/或者額外的介質(zhì)位于導(dǎo)流屏和內(nèi)過濾器之間的間隙內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，額外的介質(zhì)靠近過濾器筒的底部。在一實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了一種以雙級(jí)液體過濾從燃料中分離水的方法，該方法包括使燃料水混合物通過第一介質(zhì)。該混合物接觸導(dǎo)流屏。該混合物被引導(dǎo)為環(huán)繞導(dǎo)流屏，使得對(duì)混合物的引導(dǎo)包括改變混合物的流動(dòng)方向，進(jìn)而從燃料中分離出水。然后將該混合物移至第二介質(zhì)，并且從燃料中剝離混合物中可能存在的額外水分。


下面的附圖以及描述提供了關(guān)于雙級(jí)過濾筒的多種發(fā)明構(gòu)思。圖1是具有雙級(jí)介質(zhì)過濾的過濾筒的截面圖，其顯示了在雙級(jí)介質(zhì)中引導(dǎo)流體流動(dòng)的導(dǎo)流屏的多種實(shí)施方式；圖2A是導(dǎo)流屏的壁結(jié)構(gòu)的一實(shí)施方式的側(cè)面圖，其可用于本發(fā)明的過濾筒，例如圖1的過濾筒；圖2B是導(dǎo)流屏的壁結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施方式的側(cè)面圖，其可用于本發(fā)明的過濾筒，例如圖1的過濾筒；圖3是顯示了具有雙級(jí)介質(zhì)過濾的過濾筒的另一實(shí)施方式的外觀的透視圖；圖4是圖3所示過濾筒的截面圖，其顯示了在雙級(jí)介質(zhì)中引導(dǎo)流體流動(dòng)的導(dǎo)流屏的另一實(shí)施方式；圖5是圖3所示過濾筒的仰視圖；圖6是圖3所示過濾筒的俯視圖；圖7是圖4所示導(dǎo)流屏的側(cè)視圖；圖8是圖4所示導(dǎo)流屏的截面圖；圖9是導(dǎo)流屏的另一實(shí)施方式，其可用于本發(fā)明的過濾筒，例如圖3所示的過濾筒；圖10是圖3所示雙級(jí)過濾介質(zhì)的第二級(jí)介質(zhì)組件的一實(shí)施方式的透視圖；圖11是圖10所示第二級(jí)介質(zhì)組件的側(cè)視圖；圖12是具有雙級(jí)介質(zhì)過濾的過濾筒的另一實(shí)施方式的側(cè)視圖，其顯示了在雙級(jí)介質(zhì)中引導(dǎo)流體流動(dòng)的導(dǎo)流屏；圖13是第二級(jí)介質(zhì)組件的另一實(shí)施方式的透視圖，顯示了額外的流動(dòng)輔助元件；圖14是第二級(jí)介質(zhì)組件的側(cè)視圖，其顯示了額外的流動(dòng)輔助元件。
具體實(shí)施例方式圖1-14以及后面的說明顯示并描述了雙級(jí)過濾器的示例性的實(shí)施方式。其總體上描述了一種改進(jìn)的雙級(jí)過濾器，該雙級(jí)過濾器具有能用于從需要的工作流體中分離不需要的流體的導(dǎo)流屏結(jié)構(gòu)。這里描述的雙級(jí)過濾器可用于例如發(fā)動(dòng)機(jī)燃料分離系統(tǒng)的油水分離的應(yīng)用中，例如油為工作流體而水為待分離流體的場(chǎng)合。值得注意的是，雙級(jí)過濾器可用于除了油水分離的應(yīng)用中，例如需要從其它被污染流體或不需要流體中分離工作流體的場(chǎng)
I=I O此處所顯示和描述的雙級(jí)過濾器可以提高過濾能力，例如在油分離應(yīng)用中的油水分離能力。雙級(jí)過濾器可以為筒狀類的結(jié)構(gòu)，其可與例如外罩(或外殼)和立管組裝，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料分離系統(tǒng)中(外罩和立管未顯示)所知。值得注意的是，除了作為與已知的外罩和立管結(jié)構(gòu)一起使用的可替換的筒外，雙級(jí)過濾器可以設(shè)置為其它方式。參考圖1，雙級(jí)過濾筒10包括具有第一介質(zhì)12的外過濾器和具有第二介質(zhì)14的內(nèi)過濾器。如圖所示，內(nèi)過濾器設(shè)置于外過濾器之內(nèi)。如這些過濾器可設(shè)置為已知過濾器結(jié)構(gòu)中的同軸過濾器。外過濾器包括端板22和端板M，分別顯示為頂端板和底端板。同樣地，內(nèi)過濾器包括端板觀和端板沈，分別顯示為頂端板和底端板，并且可以包括用于附加支撐的中央管道38。在一些實(shí)施方式中，外過濾器和內(nèi)過濾器連接到一起。視情況而定，外過濾器和內(nèi)過濾器可使用多種已知的結(jié)構(gòu)和設(shè)置來連接，例如，使用壓合、扣合、焊接或者類似的方法。如圖所示，外過濾器的頂端版22具有階梯式結(jié)構(gòu)，以使第一介質(zhì)和第二介質(zhì)為不同的高度。值得注意的是，端板22可設(shè)置為沒有臺(tái)階，并可以設(shè)置為全部具有同樣的高度。外過濾器和內(nèi)過濾器均包括密封20、30。密封20用于密封外過濾器，例如外過濾器和過濾器外殼之間的縫隙。密封30用于將內(nèi)過濾器密封至立管，該立管用于干凈流體或 “干”流體(例如油)離開過濾器。至于第一介質(zhì)和第二介質(zhì)，下面的內(nèi)容有關(guān)用于油水分離過濾的介質(zhì)。值得注意的是，例如，在除了油水分離的其它應(yīng)用中，可使用其它介質(zhì)。對(duì)于油水分離，外過濾器的第一介質(zhì)設(shè)置為，例如凝聚介質(zhì)(coalescing media) 0 一般而言，該凝聚介質(zhì)能捕捉尺寸范圍在1-20微米內(nèi)的液滴，視情況而定，這種介質(zhì)可為聚酯纖維、尼龍或其它合適的材料。該凝聚介質(zhì)(或結(jié)合劑)能使水從油水混合物中分離， 并能結(jié)合尺寸為1-2毫米的液滴、有時(shí)例如高達(dá)4毫米的液滴?？傮w上，內(nèi)過濾器的第二介質(zhì)設(shè)置為，例如一種細(xì)粒過濾介質(zhì)。在許多實(shí)施例中， 第二介質(zhì)大體上包括親油材料，并且通常不和第一介質(zhì)一樣輕。微粒過濾介質(zhì)作為剝離劑， 其可去除尺寸為0. 5毫米或者更小的，尺寸為50微米的微?；蛭镔|(zhì)。第二介質(zhì)幫助去除這種第一介質(zhì)沒有去除的微粒和物質(zhì)。在一實(shí)施方式中，第二介質(zhì)包括親油材料。值得注意的是，上述關(guān)于第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的描述并非限制性的，在適當(dāng)?shù)那闆r下，材料的類型可以如期望和/或需要修改，以實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)合和微粒過濾效果。進(jìn)一步參考圖1，導(dǎo)流屏(16a或16b)位于第一介質(zhì)12和第二介質(zhì)14之間。導(dǎo)流屏16a、16b代表了不同實(shí)施方式的兩種導(dǎo)流屏類型。導(dǎo)流屏16a、16b之間的區(qū)別將在后文
進(jìn)一步描述?？傮w上，這里顯示和討論的導(dǎo)流屏設(shè)置于第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間的間隙內(nèi)，并且和外過濾器及內(nèi)過濾器同軸。導(dǎo)流屏在第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間引導(dǎo)流體流動(dòng)。導(dǎo)流屏在第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間創(chuàng)建流動(dòng)路徑，以使需要流過第一和第二介質(zhì)的工作流體(例如油)，由導(dǎo)流屏引導(dǎo)并流過第二介質(zhì)；并使不需要流過第二介質(zhì)的另一種流體(例如水)， 由導(dǎo)流屏引導(dǎo)并從工作流體中分離。如圖所示，導(dǎo)流屏和外過濾器設(shè)置和安排為，避免導(dǎo)流屏創(chuàng)建的流動(dòng)路徑旁路。即，導(dǎo)流屏和外過濾器設(shè)置為，沒有導(dǎo)流屏的首先引導(dǎo)，流體混合物(例如，污染的流體)的上行流不會(huì)行進(jìn)到內(nèi)過濾器中。通過使用導(dǎo)流屏，雙級(jí)過濾筒可使用上行流或下行流之一或全部的流體流動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)有效的流體分離，例如發(fā)動(dòng)機(jī)燃料過濾器中的油水分離。
進(jìn)一步參考圖1，導(dǎo)流屏16a和16b提供了流動(dòng)輔助結(jié)構(gòu)的單獨(dú)實(shí)施方式，例如“過濾器中的過濾器”結(jié)構(gòu)，例如，其可提高雙級(jí)介質(zhì)過濾器的油水分離性能。導(dǎo)流屏(16a或 16b)設(shè)置于第一介質(zhì)12和第二介質(zhì)14之間?？傮w上，導(dǎo)流屏(16a或16b)提供了引導(dǎo)油水混合物的流動(dòng)路徑，以制造方向上的顯著改變。方向上的改變創(chuàng)建了允許水從燃料中分離的低速區(qū)域。在圖1中，流動(dòng)路徑包括方向改變，例如，使流體的流動(dòng)方向與重力方向相反的方向改變。如圖所示，圖1顯示了兩種不同的導(dǎo)流屏形狀(16a或16b)。每個(gè)導(dǎo)流屏都與一個(gè)頂端板充分密封，以避免導(dǎo)流屏旁路或者允許最小的導(dǎo)流屏旁路。如圖所示，導(dǎo)流屏與外過濾器的頂端板22之間密封，例如在區(qū)域36處?？墒褂脷饷芊饪?hermetic seal)，但是由于可發(fā)生最小的泄露，并且可允許最小的泄露而不損害過濾器10的功能，因此氣密封口并
非必需。特別參考導(dǎo)流屏16a，圖1的右側(cè)顯示導(dǎo)流屏16a為豎直導(dǎo)流屏，流動(dòng)路徑直接向下延伸至導(dǎo)流屏的底部18a，然后反轉(zhuǎn)方向接近180°，并與重力反向，并朝向第二介質(zhì)14 延伸。如圖所示，包括底部18a的導(dǎo)流屏16a設(shè)置為豎直壁。允許流過第一介質(zhì)12后結(jié)合進(jìn)液滴40的水，在底部18a之下，沉淀出或者分離出流動(dòng)路徑。流經(jīng)第二介質(zhì)12的水，也可以接觸導(dǎo)流屏16a，或者攜帶于導(dǎo)流屏16a上，并且進(jìn)一步結(jié)合以形成更多液滴40或者更大液滴。相對(duì)于水滴以較高速度流動(dòng)或者具有較低密度的油，則允許在通往第二介質(zhì)14的流動(dòng)路徑上繼續(xù)流動(dòng)。S卩，隨著油和結(jié)合的水滴40環(huán)繞導(dǎo)流屏16a流動(dòng)，與重力結(jié)合的更密實(shí)的水相的更大慣性，從油的流動(dòng)中分離出水。例如，可在設(shè)置于導(dǎo)流屏16a下部的水槽中(未顯示) 收集水。值得注意的是，水槽為公知技術(shù)，在此不再贅述。圖1顯示了作為第一級(jí)結(jié)合劑的第一介質(zhì)12。導(dǎo)流屏16a改變流體流動(dòng)的方向， 以使水和水滴轉(zhuǎn)為處于低速區(qū)域并且落到流動(dòng)路徑之外(例如，進(jìn)入水槽)，油繼續(xù)流到第二介質(zhì)14或者第二級(jí)微粒過濾，并且進(jìn)一步除水(若需要)。導(dǎo)流屏16a提供壁，流體離開第一級(jí)結(jié)合劑時(shí)會(huì)撞擊該壁。水可收集于壁上、結(jié)合、從燃料中分離，并且流出過濾器(例如，流進(jìn)水槽中)。進(jìn)一步參考導(dǎo)流屏16a，值得注意的是，導(dǎo)流屏16a可設(shè)置為位于第一介質(zhì)12和第二介質(zhì)14的同軸結(jié)構(gòu)之間的管狀元件。同時(shí)值得注意的是，如果使用導(dǎo)流屏16a，圖1中左側(cè)的過濾器10不會(huì)具有導(dǎo)流屏16b的傾斜(flare)(下文描述)。相反，該管狀元件具有從頂部到底部總體上豎直的壁，并且位于第一介質(zhì)12和第二介質(zhì)14之間的間隙內(nèi)。進(jìn)一步參考導(dǎo)流屏16a，在一些實(shí)施方式中，壁的高度大約與外過濾器相同。在一些實(shí)施方式中，例如圖1所示，導(dǎo)流屏16a包括在過濾器下方延伸的壁。S卩，導(dǎo)流屏16a可為薄壁管，從頂端板22延伸到底端板M之下。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)流屏16a可以延伸至低于外過濾器的底端板M大約0. 25至0. 5英寸。值得注意的是，導(dǎo)流屏16a超過底端板M的長(zhǎng)度可由其它設(shè)計(jì)約束限制。例如， 在具有水槽或者集水池(未顯示)的過濾組件中，如果導(dǎo)流屏16a過于接近水槽延伸，即， 在底端板M之下過遠(yuǎn)，水的再次攜帶可成為問題。這樣，在一些實(shí)施方式中需要，導(dǎo)流屏 16a不延伸得足夠遠(yuǎn)，以使收集到的流體可以達(dá)到允許流體重新向上攜帶回導(dǎo)流屏16a的高度。即，導(dǎo)流屏16a的設(shè)計(jì)為，其不會(huì)距離收集到的流體的高度過近，例如以避免重新攜帶的問題。同樣值得注意的是，若期望和/或需要，導(dǎo)流屏16a可以更短，例如短大約3毫米。只要導(dǎo)流屏16a的壁和第一介質(zhì)12之間的間隙足夠大，以形成液滴并從燃料中分離，導(dǎo)流屏16a的高度可修改為如需要和/或期望，以進(jìn)一步促進(jìn)分離。間隙的尺寸可設(shè)置為可容納或者允許攜帶直徑1-2毫米、有時(shí)直徑高達(dá)4毫米的液滴。在一些實(shí)施方式中，夕卜過濾器的第一介質(zhì)12和導(dǎo)流屏16a的壁之間的距離接近3-4毫米，以發(fā)生結(jié)合并形成液滴。關(guān)于導(dǎo)流屏16a的內(nèi)徑和內(nèi)過濾器的第二介質(zhì)之間的間隙，該間隙的尺寸可與第一介質(zhì)12和導(dǎo)流屏16a之間的間隙相似。值得注意的是，由于本階段流動(dòng)路徑中會(huì)出現(xiàn)更小的液滴，該間隙可以比適合的尺寸更小。特別參考導(dǎo)流屏16b，豎直壁具有朝向外過濾器傾斜并在外過濾器之下傾斜的底部18b。如同與導(dǎo)流屏16a的結(jié)合一樣，導(dǎo)流屏16b顯示了作為第一級(jí)結(jié)合劑的第一介質(zhì) 12。導(dǎo)流屏16b對(duì)流體流動(dòng)的方向提供進(jìn)一步的改變。以使水和水滴轉(zhuǎn)而停留于低速區(qū)域并落到流動(dòng)路徑之外(即，進(jìn)入水槽中)，并且油繼續(xù)向發(fā)生進(jìn)一步微粒過濾和水分去除 (若需要)的第二介質(zhì)14流動(dòng)。導(dǎo)流屏16b提供壁，當(dāng)流體離開第一級(jí)結(jié)合劑時(shí)，其接觸該壁。水可收集于壁上、結(jié)合、從燃料中分離，并被攜帶進(jìn)水槽。經(jīng)過第一介質(zhì)12的水也可以接觸導(dǎo)流屏16b或攜帶于導(dǎo)流屏16b，并進(jìn)一步結(jié)合以形成更多液滴40或更大的液滴。允許相對(duì)于水滴以較高速度流動(dòng)并具有較低密度的油繼續(xù)在流動(dòng)路徑中流向第二介質(zhì)14。如同與導(dǎo)流屏16a的結(jié)合一樣，值得注意的是，導(dǎo)流屏16b可設(shè)置為位于第一介質(zhì) 12和第二介質(zhì)14的同軸結(jié)構(gòu)之間的管狀結(jié)構(gòu)。同樣值得注意的是，如果使用導(dǎo)流屏16b， 圖1中位于左側(cè)的過濾器10不使用導(dǎo)流屏16a。至于高度和間隙的考慮，如同與導(dǎo)流屏16a 的結(jié)合一樣，可使用相似的高度和間隙，而避免結(jié)合液滴的重新攜帶和相容尺寸。傾斜的底部18b將在下文進(jìn)一步描述。圖1的左側(cè)中，導(dǎo)流屏16b設(shè)置為包括底部18b的豎直壁，該豎直壁在過濾器(例如第一級(jí)結(jié)合劑)下方傾斜。傾斜的底部18b通過降低流體流動(dòng)的速度創(chuàng)建了流體發(fā)生反轉(zhuǎn)的點(diǎn)，該點(diǎn)的周長(zhǎng)更大。由于傾斜底部18b的周長(zhǎng)的增加，傾斜底部18b提供了速度上的改變、以及方向上的改變。在一些實(shí)施方式中，該流動(dòng)方向的改變大約為180° (見傾斜底部18b周圍的流動(dòng)箭頭)。這種方向改變可進(jìn)一步推動(dòng)導(dǎo)流屏上所攜帶水的排出，以從燃料中分離水(例如，并收集至水槽中)。傾斜底部18b的使用可進(jìn)一步幫助減少第二介質(zhì)14，例如第二級(jí)微粒過濾介質(zhì)的水分收集。如圖所示，方向改變?yōu)橄蛲獾膬A斜，其可降低水和水滴相對(duì)于油的速度，以允許水和水滴從燃料中分離。圖1顯示了兩個(gè)方向改變，一個(gè)在傾斜底部18b的周圍，另一個(gè)基本上在導(dǎo)流屏16b的周圍(例如，重力的使用)。這種結(jié)構(gòu)可提供兩個(gè)水出口，一個(gè)位于傾斜底部18b的速度改變處，另一個(gè)利用重力(例如上行流)在導(dǎo)流屏16b的周圍。進(jìn)一步參考傾斜底部18b，該傾斜可設(shè)置為從外罩或外殼傾斜大約4-6毫米，以允許足夠大的液滴在方向改變時(shí)落出。如圖所示，傾斜底部18b在其從導(dǎo)流屏16b的豎直部分轉(zhuǎn)向的地方具有半徑，并且其朝向外過濾器的周長(zhǎng)增加。該半徑可設(shè)置為貢獻(xiàn)從導(dǎo)流屏 16bl的豎直壁到沿著傾斜底部18b的平滑過渡和漸變過渡。這種結(jié)構(gòu)可幫助減少斷面流動(dòng) (cross sectional fluid flow)禾口潤(rùn)流。進(jìn)一步參考圖1，一些實(shí)施例可使用額外的介質(zhì)以幫助水從燃料中的進(jìn)一步分離。在一實(shí)施方式中，額外的介質(zhì)32設(shè)置于外過濾器的第一介質(zhì)12和導(dǎo)流屏(16a或16b)之間的間隙內(nèi)。在另一實(shí)施方式中，額外的介質(zhì)34設(shè)置于導(dǎo)流屏(16a或16b)和內(nèi)過濾器的第二介質(zhì)之間的間隙內(nèi)。在一實(shí)施方式中，介質(zhì)32為凝聚介質(zhì)。在一實(shí)施方式中，介質(zhì)34 為親油屏(hydrophobic screen)。在一種實(shí)施例中，介質(zhì)32和34都位于接近過濾筒的底部。值得注意的是，若適合， 介質(zhì)32和34可設(shè)置于其它位置。值得注意的是，介質(zhì)32和34可具有多種形狀。例如，介質(zhì)32和34的之一或全部可設(shè)置為介質(zhì)片或介質(zhì)層，或者作為材料的填塞物，或者更加普遍地，具有深度的元件。介質(zhì)32和34的特定結(jié)構(gòu)可如期望和/或需要修改，上述描述并非限制性的。值得注意的是，介質(zhì)32和34的之一或全部可與導(dǎo)流屏16a或16b —起使用。為了顯示清楚，介質(zhì)32和34僅關(guān)于導(dǎo)流屏16b顯示，但是值得注意的是，介質(zhì)32和34可設(shè)于圖1的右側(cè)。例如，介質(zhì)32和34可同軸地設(shè)置于導(dǎo)流屏和外過濾器之間(例如，介質(zhì)32) 或者導(dǎo)流屏和內(nèi)過濾器之間(例如，介質(zhì)34)。進(jìn)一步參考密封外過濾器的外密封20，例如，其密封外過濾器和過濾器外罩或外殼之間的間隙，外密封20也可由允許水分離的介質(zhì)組成。例如，密封20可為設(shè)置于外過濾器的底端板對(duì)的外徑處的由額外介質(zhì)組成的元件，而非由通用流體密封(材料)組成。該介質(zhì)設(shè)置為從需要的流體(例如油)中分離不流過外過濾器的不需要流體(例如水)。參考圖2A和圖2b，導(dǎo)流屏可具有可應(yīng)用于過濾器10的多種其它的實(shí)現(xiàn)方式，在圖 1的一實(shí)施方式中，導(dǎo)流屏顯示為帶有平滑表面的管狀。在另一實(shí)施方式中，導(dǎo)流屏可設(shè)置為導(dǎo)流屏朝向外過濾器的一面紋刻有壁。如圖2A所示，例如，導(dǎo)流屏16C具有帶有螺旋凸緣18C的紋刻表面。該螺旋凸緣可提供支撐和進(jìn)一步的排出能力。例如，該螺旋可從壁向外延伸并且軟接觸外過濾器的內(nèi)徑，例如第一介質(zhì)12。這種結(jié)構(gòu)對(duì)外過濾器提供支撐，螺旋形狀同時(shí)幫助引導(dǎo)油/水朝向底部，以利于分離。螺旋的間距設(shè)置為不阻礙流體流動(dòng)。在一些實(shí)施例中，該間距為5-6毫米，以允許間距容納結(jié)合的液滴尺寸。值得注意的是，螺旋凸緣18c可以模制于管的表面上，或者形成于導(dǎo)流屏16c(例如管)的表面上。例如，可使用如蛤殼式模具形成螺旋凸緣18c。在一些實(shí)施方式中，螺旋凸緣18c為單獨(dú)組裝于導(dǎo)流屏16c的外表面的部件。例如，該螺旋凸緣18c為“自由狀態(tài)”的彈性螺旋流動(dòng)部件，其可類似于插入過濾器的螺旋彈簧(wound spring)。在一些組裝的情況下，由凝聚介質(zhì)形成的外過濾器的密封(例如密封 20)可能是特別需要或者合適的。例如，單獨(dú)的螺旋流動(dòng)部件可施加荷載于外過濾器和內(nèi)過濾器之間的過濾器的頂部，與外罩和外過濾器之間的felt介質(zhì)(例如，密封20) —起。值得注意的是，導(dǎo)流屏的紋理不限于螺旋凸緣。在其它的適合或者需要的環(huán)境下， 視情況而定，朝向第一介質(zhì)的內(nèi)徑的導(dǎo)流屏可以紋刻或可以不紋刻。并非螺旋結(jié)構(gòu)18c，或者除了螺旋結(jié)構(gòu)18c，導(dǎo)流屏可以具有納米凹凸和/或至少一個(gè)親油部和至少一個(gè)親水部的結(jié)合，以進(jìn)一步輔助水滴結(jié)合。圖2B顯示了另一種導(dǎo)流屏16d。該導(dǎo)流屏16d包括靠近底端有開口 18d的壁。這種導(dǎo)流屏可以設(shè)置于外過濾器和內(nèi)過濾器之間，例如以“過濾器中的過濾器”兩級(jí)結(jié)合劑。 在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)流屏16d為永久性和可再利用性。導(dǎo)流屏16d可為可設(shè)置于過濾器外罩或外殼的，例如從底部但是高于任何集水池的位置，在內(nèi)過濾器和外過濾器之間向上延伸。導(dǎo)流屏的底部包括開口 18d，以促進(jìn)流體流過并環(huán)繞導(dǎo)流屏16d。值得注意的是，如同與其它描述的導(dǎo)流屏的結(jié)合，導(dǎo)流屏16d可設(shè)置為延伸到頂端板，或者在過濾器設(shè)計(jì)的公差范圍內(nèi)盡量接近頂端板。也可以使用圖1中所示的通用過濾筒結(jié)構(gòu)的其它修改。例如，頂端板22J8可結(jié)合為一個(gè)端板，以減少處理和部件成本。同樣，導(dǎo)流屏的管也可以塑形進(jìn)端板(例如，端板 22)以進(jìn)一步減少部件的數(shù)量。參考圖3-11，顯示了雙級(jí)過濾筒的另一實(shí)施方式100。通常，顯示的導(dǎo)流屏116包括螺旋凸緣118，該螺旋凸緣118設(shè)置于導(dǎo)流屏116朝向過濾器的第一介質(zhì)112的表面上。 在一些實(shí)施方式中，螺旋凸緣118靠近/接觸第一介質(zhì)112的內(nèi)徑，并支撐外過濾器。參考雙級(jí)過濾筒100的通用結(jié)構(gòu)，過濾筒10中使用的許多結(jié)構(gòu)與過濾筒100相似，且如下文簡(jiǎn)短描述。過濾筒100包括具有第一介質(zhì)112的外過濾器和內(nèi)過濾器或第二級(jí)介質(zhì)組件114。第二級(jí)介質(zhì)組件114包括主體1 和第二介質(zhì)126。如圖所示，內(nèi)過濾器設(shè)置于外過濾器之內(nèi)，該過濾器可設(shè)置為過濾器結(jié)構(gòu)的同軸過濾器，例如已知的(同軸過濾器)。外過濾器包括端板122和124，分別顯示為頂端板和底端板。第二介質(zhì)組件114，包括帶有開口的主體128，該主體1 包括第二介質(zhì)126。在顯示的實(shí)施方式中，過濾筒100 的頂端包括相對(duì)小的開口 146和密封150，例如，以提供壓力釋放/額外的閥門容量。在顯示的實(shí)施方式中，已過濾的流體流過顯示于過濾筒100底部的主出口 132。外過濾器和內(nèi)過濾器均包括密封120和130。在一實(shí)施方式中，過濾塊120用于密封第二級(jí)介質(zhì)組件114，例如密封第二級(jí)介質(zhì)組件114和立管之間的縫隙，該立管用于干凈或者“干”的流體(例如油)不受污染地從過濾器流出。在一實(shí)施方式中，密封130用于密封，例如用于不需要流體(例如水)的排出的立管。關(guān)于第一介質(zhì)112和第二介質(zhì)126，下文參考可用于油水分離過濾的介質(zhì)。值得注意的是，例如，在除了油水分離的應(yīng)用中，可使用其它介質(zhì)。第一介質(zhì)112設(shè)置為例如凝聚介質(zhì)。該凝聚介質(zhì)(或者結(jié)合劑)可引起水從油水混合物中分離，并結(jié)合尺寸為1-2毫米、有時(shí)例如高達(dá)4毫米的液滴。第二介質(zhì)1 設(shè)置為例如細(xì)粒過濾介質(zhì)。該細(xì)粒過濾介質(zhì)作為可去除尺寸為0. 5毫米以及更小的尺寸為大約50微米的微粒和物質(zhì)的剝離劑。第二介質(zhì)1 幫助去除這種可能未被第一介質(zhì)去除的微粒和物質(zhì)。在一實(shí)施方式中，第二介質(zhì)1 包括親油材料，其可組成為親油屏。如同與上文描述的導(dǎo)流屏結(jié)合，導(dǎo)流屏116位于第一介質(zhì)112和第二介質(zhì)1 之間的間隙內(nèi)，并與外過濾器和內(nèi)過濾器同軸。導(dǎo)流屏116引導(dǎo)第一介質(zhì)112和第二介質(zhì)126 之間的流體流動(dòng)。導(dǎo)流屏116在第一介質(zhì)112和第二介質(zhì)1 之間創(chuàng)建流動(dòng)路徑，以使需要流過第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的工作流體(例如燃料)，由導(dǎo)流屏引導(dǎo)并流過第二介質(zhì)，并使不需要流過第二介質(zhì)的另一種流體(例如水)，由導(dǎo)流屏引導(dǎo)并從工作流體中分離。如圖所示，使用導(dǎo)流屏116采用了上行流以實(shí)現(xiàn)有效的流體分離。如圖4所示，導(dǎo)流屏設(shè)置為，例如，作為外過濾器和內(nèi)過濾器之間的中心管。該中心管具有螺旋凸緣118，該螺旋凸緣118創(chuàng)建引導(dǎo)流體向上流至頂部的流動(dòng)路徑。螺旋凸緣 118引起的漩渦運(yùn)動(dòng)幫助從燃料中分離水。導(dǎo)流屏116頂部的開口 138和螺旋凸緣118，允許流體流過導(dǎo)流屏116。在油水混合物經(jīng)過開口 138之后，可利用重力，在混合物在導(dǎo)流屏116和內(nèi)過濾器主體1 之間向下流的時(shí)候，從燃料中分離水。內(nèi)過濾器的主體128也作為額外的導(dǎo)流屏部分，其例如可在流體到達(dá)第二介質(zhì)126之前提供更多的允許水分離的時(shí)間。進(jìn)一步參考顯示的實(shí)施方式，第一介質(zhì)可為有褶的第一級(jí)介質(zhì)，以適于結(jié)合。具有螺旋凸緣118的導(dǎo)流屏116設(shè)置為，例如，螺旋面形狀的管，其可通過注塑成形。導(dǎo)流屏116 基本上與其中一個(gè)過濾器之間的間隙密封，以保證導(dǎo)流屏沒有旁路或者最小的旁路。如圖所示，導(dǎo)流屏在區(qū)域134與第二級(jí)介質(zhì)組件114密封，并且合作地通過密封150與外過濾器密封。在顯示的實(shí)施方式中，螺旋凸緣118靠近/接觸外過濾器的內(nèi)徑，其為外過濾器提供支撐。在一些實(shí)施方式中，導(dǎo)流屏116和外過濾器之間有大約0. 5毫米的間隙或容差，以避免堆積(stack up)及損害介質(zhì)112。在顯示的實(shí)施方式中，螺旋凸緣118的螺紋之間的間距(螺距)設(shè)置為在流體環(huán)繞并穿過導(dǎo)流屏的過程中，能容納結(jié)合的水或水滴。在一實(shí)施方式中，螺紋之間的間距為大約0. 25至0. 75英寸。在顯示的實(shí)施方式中，第二介質(zhì)1 可代表親油屏作為“第二級(jí)”介質(zhì)。如圖所示， 第二介質(zhì)1 位于內(nèi)過濾器的開口處、主體1 之下。第二介質(zhì)1 提供額外的微粒過濾及水分離，允許油通過。水和水滴從過濾筒流走，并且不會(huì)流過第二介質(zhì)126。隔板142顯示于內(nèi)過濾器的底部，其允許水從過濾筒100的排出口 140流走。過濾筒100的一個(gè)關(guān)鍵是例如以某些流率，導(dǎo)流屏116用于兩級(jí)介質(zhì)112和126 之間，導(dǎo)流屏116 (例如，管)的螺旋凸緣118在到達(dá)第二介質(zhì)1 之前，幫助進(jìn)一步從燃料中分離水。參考圖9，顯示了導(dǎo)流屏116a的另一實(shí)施方式。與導(dǎo)流屏116相似，導(dǎo)流屏116a 也包括螺旋凸緣118a和頂部開口 138a。區(qū)別在于螺旋凸緣118a的特殊形狀。其較少為直線而更多為波浪狀。值得注意的是，螺旋凸緣的特殊形狀可視情況改變。例如圖7或圖 9里的螺旋凸緣118、118a僅僅是典型性的。參考圖12-14，顯示了過濾筒200的另一實(shí)施方式?？傮w上，過濾筒200包括一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)內(nèi)，內(nèi)過濾器或者第二級(jí)介質(zhì)組件214包括額外的導(dǎo)流屏部分228，該額外的導(dǎo)流屏部分2 位于第二介質(zhì)之上且具有另一個(gè)螺旋凸緣M4。螺旋凸緣244設(shè)置于額外導(dǎo)流屏部分228的外表面。該螺旋凸緣244面向?qū)Я髌?16的內(nèi)徑。參考雙級(jí)過濾筒200的通用結(jié)構(gòu)，當(dāng)使用于過濾筒100中，許多結(jié)構(gòu)與過濾筒200 相似，這些結(jié)構(gòu)不會(huì)進(jìn)一步描述。通常，過濾筒200包括具有第一介質(zhì)212的外過濾器，以及具有主體2 和第二介質(zhì)2 的內(nèi)過濾器或第二級(jí)介質(zhì)組件214。如圖所示，第二級(jí)介質(zhì)組件214設(shè)置于外過濾器內(nèi)，該過濾器可設(shè)置為過濾器結(jié)構(gòu)中的同軸過濾器，例如已知的(同軸過濾器)。主體2 作為額外的導(dǎo)流屏部分，其使用了額外的螺旋凸緣對(duì)4以進(jìn)一步促進(jìn)水從燃料中分離。與過濾筒100相似，使用隔板M2以允許水從過濾筒200流走。進(jìn)一步參考螺旋凸緣M4，圖12-14顯示了具有引導(dǎo)上行流的輔助螺旋凸緣的導(dǎo)流屏216，和另一個(gè)具有引導(dǎo)下行流的輔助螺旋凸緣244的導(dǎo)流屏結(jié)合。過濾筒200提供了兩種方式以產(chǎn)生雙渦流效應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)可能有用，例如在高流率的時(shí)候。因?yàn)榭赡苡行枨笫顾退芜\(yùn)動(dòng)距離第二介質(zhì)2 例如親油屏盡量遠(yuǎn)，兩種介質(zhì)級(jí)212、2沈之間的導(dǎo)流屏216可能不會(huì)總是足夠。圖12-14的設(shè)計(jì)提供給了兩級(jí)渦流效應(yīng)(1)通過凸緣218在導(dǎo)流屏管上，(2)通過凸緣244在親油屏2 上。渦流效應(yīng)，例如來自于凸緣M4，提供允許水從親油屏(例如，第二介質(zhì)226)流得盡可能遠(yuǎn)的離心運(yùn)動(dòng)，以使水和水滴與屏有較少接觸。即，渦流效應(yīng)創(chuàng)造的離心力使水和水滴遠(yuǎn)離第二級(jí)介質(zhì)組件214，即，遠(yuǎn)離第二介質(zhì)。進(jìn)一步參考圖3-11的過濾筒100，下面是來自關(guān)于油水分離效率和壓差的測(cè)試結(jié)果的一些數(shù)據(jù)。油水分離測(cè)試流率(flow rate)可實(shí)現(xiàn)為，例如，大約20L/min，第一介質(zhì)元件具有褶計(jì)數(shù)大約 80，褶深度大約22毫米，切開寬度大約184. 8，介質(zhì)面積大約0. 65m2，面速度大約30. 7L/ min · m2，第二介質(zhì)單元具有介質(zhì)面積大約0. 0076m2，面速度大約沈31. 6L/min · m2。流率可實(shí)現(xiàn)為，例如，大約14. 35L/min，第一介質(zhì)元件具有褶計(jì)數(shù)大約80，褶深度大約22毫米，切開寬度大約132. 9. 8，介質(zhì)面積大約0. 468m2，面速度大約30. 7L/min · m2， 第二介質(zhì)單元具有介質(zhì)面積大約0. 005m2，面速度大約觀70. OL/min · m2。顯示的油水分離效率測(cè)試從大約91. 至大約97. 1%，在使用乳化水0. 25%的測(cè)試情況下，液滴尺寸大約5-10微米，界面張力(IFT)大約^mN/m，經(jīng)受150分鐘，使用閥門設(shè)置于水出口以保證流率為0. lL/min。對(duì)兩種設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試，即對(duì)等同的流體密度設(shè)計(jì)和比通常使用過濾筒時(shí)高的流率的設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)某些標(biāo)準(zhǔn)，例如對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃料過濾器的IS0TS16332標(biāo)準(zhǔn)，可獲得高效率，例如流率為14L/min時(shí)效率為96%，流率為17L/min時(shí)效率為87%，流率為20L/min時(shí)效率為78%。這種測(cè)試實(shí)施于以下環(huán)境使用乳化水0. 15%，來自Total的帶有Hitech的參考燃料CEC RF 0603，界面張力(IFT)大約16_19mN/m，耐久性大約90分鐘，使用閥門設(shè)置于水出口以保證流率為0. lL/min,液滴尺寸大約60微米。壓差測(cè)試取決于用于第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的介質(zhì)特定結(jié)合，壓差結(jié)果的范圍為O-IOKI^和 0-8KPa，取決于流率。例如，流率分別為0、300、540、720、840、960(L/h)時(shí)，壓差分別為0、 5、7、8、9、10KPa。在使用另一種介質(zhì)的另一實(shí)施方式中，流率分別為0、300、M0、720、840、 960 (L/h)時(shí)，壓差分別為 0、3、5、6、7、8KPa。在其它的實(shí)施例中，使用過濾筒設(shè)計(jì)100可獲得較低的壓差。例如，帶有壓差9KPa 的流率 840 (L/h)可獲得流率為 14L/min。在不同的流率 0、300、540、600、720、840、900、960、 1200 (L/h)，其壓差分別為 0、5、7、7. 5、8、9、9. 5、10、12KPa。本申請(qǐng)中公開的實(shí)施方式，在所有方面都應(yīng)認(rèn)定為說明性的而非限制性的。本發(fā)明的范圍由附加的權(quán)利要求指定，而非由前文的描述指定。權(quán)利要求的等同的意義和范圍內(nèi)的所有改變，均屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種過濾器，其包括 具有第一介質(zhì)的外過濾器； 具有第二介質(zhì)的內(nèi)過濾器；設(shè)置于所述第一介質(zhì)和所述第二介質(zhì)之間的導(dǎo)流屏；所述導(dǎo)流屏設(shè)置為在所述第一介質(zhì)和所述第二介質(zhì)之間引導(dǎo)流動(dòng)并創(chuàng)建流動(dòng)路徑，使得需要流過所述第一介質(zhì)和所述第二介質(zhì)的工作流體，由所述導(dǎo)流屏引導(dǎo)并流過所述第二介質(zhì)，而使得不需要流過所述第二介質(zhì)的另一種流體，由所述導(dǎo)流屏引導(dǎo)并從所述工作流體中分離出來。
2.如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中，所述的工作流體為燃料，所述的另一種流體為水。
3.如權(quán)利要求1或2所述的過濾器，其中，所述外過濾器和所述內(nèi)過濾器設(shè)置為筒狀結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)過濾器以同軸過濾器的形式設(shè)置于所述外過濾器之內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的過濾器，其中，所述導(dǎo)流屏包括壁，該壁的高度與所述外過濾器大致相同。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的過濾器，其中，所述導(dǎo)流屏包括壁，該壁延伸到所述外過濾器底部之下。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的過濾器，其中，所述導(dǎo)流屏包括壁，該延伸到外過濾器底部之下并向外過濾器呈喇叭狀擴(kuò)張。
7.如權(quán)利要求1-6之一所述的過濾器，其中，所述導(dǎo)流屏朝向所述外過濾器的表面設(shè)有紋理。
8.如權(quán)利要求1-7之一所述的過濾器，其中，所述導(dǎo)流屏包括螺旋凸緣，所述螺旋凸緣設(shè)置于所述導(dǎo)流屏朝向所述外過濾器的表面上。
9.如權(quán)利要求1-8之一所述的過濾器，其中，所述螺旋凸緣接觸所述外過濾器的內(nèi)徑， 并支撐所述外過濾器。
10.如權(quán)利要求1-9之一所述的過濾器，其中，所述螺旋凸緣包括位于螺旋部分之間的間距，該間距大約為0. 25至0. 75英寸。
11.如權(quán)利要求1-10之一所述的過濾器，其中，所述螺旋凸緣為單獨(dú)組裝于所述導(dǎo)流屏外表面的部件。
12.如權(quán)利要求1-11之一所述的過濾器，其中，所述導(dǎo)流屏設(shè)置為永久性的可回收元件，該導(dǎo)流屏設(shè)置于過濾器外殼中，并在所述內(nèi)過濾器和所述外過濾器之間向上延伸。
13.如權(quán)利要求1-12之一所述的過濾器，其中，所述導(dǎo)流屏包括壁，該壁接近底端處設(shè)有開口。
14.如權(quán)利要求1-13之一所述的過濾器，其中，所述導(dǎo)流屏包括至少一種親油基團(tuán)、 至少一種親水基團(tuán)、設(shè)置于所述導(dǎo)流屏面向所述外過濾器的面上的納米凹凸中的一種或多種。
15.如權(quán)利要求1-14之一所述的過濾器，其進(jìn)一步包括設(shè)置于所述外過濾器和所述導(dǎo)流屏之間的間隙內(nèi)的另一種介質(zhì)，該另一種介質(zhì)的位置靠近所述外過濾器的底部。
16.如權(quán)利要求1-15之一所述的過濾器，其進(jìn)一步包括設(shè)置于所述導(dǎo)流屏和所述內(nèi)過濾器之間的間隙內(nèi)的另一種介質(zhì)，該另一種介質(zhì)的位置靠近所述內(nèi)過濾器的底部。
17.如權(quán)利要求1-16之一所述的過濾器，其中，所述外過濾器具有設(shè)置于底端板外徑處的額外的介質(zhì)，該介質(zhì)設(shè)置為從沒有流過所述外過濾器的需要的流體中分離出不需要的流體。
18.如權(quán)利要求1-17之一所述的過濾器，其中，所述外過濾器包括作為第一介質(zhì)的凝聚介質(zhì)，所述內(nèi)過濾器包括作為第二介質(zhì)的親油介質(zhì)。
19.如權(quán)利要求1-18之一所述的過濾器，其中，所述內(nèi)過濾器包括在所述第二介質(zhì)之上的額外的導(dǎo)流屏部分。
20.如權(quán)利要求1-19之一所述的過濾器，其中，所述額外的導(dǎo)流屏部分包括設(shè)置于其外表面的螺旋凸緣，該螺旋凸緣朝向所述導(dǎo)流屏的內(nèi)徑。
21.一種在雙級(jí)流體過濾中從燃料中分離出水的方法，其包括使包括燃料和水的混合物通過第一介質(zhì)；使所述混合物接觸導(dǎo)流屏；弓丨導(dǎo)所述混合物環(huán)繞所述導(dǎo)流屏，使得該引導(dǎo)包括改變混合物的流動(dòng)方向，進(jìn)而從燃料中分離水；將所述混合物移至第二介質(zhì)；脫除所述混合物中可能存在的額外水分。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙級(jí)過濾器，其包括具有第一介質(zhì)的外過濾器和具有第二介質(zhì)的內(nèi)過濾器。導(dǎo)流屏設(shè)置于第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間。該導(dǎo)流屏在第一介質(zhì)和第二介質(zhì)之間引導(dǎo)流動(dòng)并創(chuàng)立流動(dòng)路徑，使得需要流過第一介質(zhì)和第二介質(zhì)的工作流體，由導(dǎo)流屏引導(dǎo)并流過第二介質(zhì)，而使得不需要流過第二介質(zhì)的另一種流體，由導(dǎo)流屏引導(dǎo)并從工作流體中分離處理。使用模制導(dǎo)流屏，該雙級(jí)過濾器可以使用上行流或下行流的一個(gè)或全部，以實(shí)現(xiàn)有效的流體分離，例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)燃料過濾器內(nèi)的油水分離。
文檔編號(hào)B01D29/11GK102481499SQ201080030370
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月8日
發(fā)明者加勒德·繆岡, 巴里·M·佛地庚, 特里·W·舒斯, 瓊-伊夫·皮卡爾, 瓊-呂克·吉沙瓦, 邁克·T·維喬雷克, 阿諾·利文 申請(qǐng)人:康明斯過濾Ip公司