ВЫСОКООБЪЕМНАЯ КОАЛЕСЦИРУЮЩАЯ ФИЛЬТРУЮЩАЯ СРЕДА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ Российский патент 2018 года по МПК B01D17/04 

Настоящее изобретение относится к коалесцирующему фильтру, предназначенному для очистки текучей среды, содержащей носитель и по меньшей мере одно жидкое загрязняющее вещество, путем коалесцирования указанного по меньшей мере одного загрязняющего вещества, и имеющему впускное отверстие для подачи текучей среды в фильтрующий элемент, имеющийся в коалесцирующем фильтре и содержащий первичную коалесцирующую среду для коалесцирования указанного по меньшей мере одного загрязняющего вещества в первичной коалесцирующей среде во время вытеснения текучей среды через первичную коалесцирующую среду, причем коалесцирующий фильтр дополнительно имеет выпускное отверстие для выпуска коалесцированного загрязняющего вещества из фильтрующего элемента, а первичная коалесцирующая среда содержит по меньшей мере один слой пористого материала в соответствии с отличительной частью первого пункта формулы изобретения.

Известно использование коалесцирующих фильтров для коалесцирования дисперсной фазы из смеси двух несмешиваемых фаз, а именно непрерывной фазы и дисперсной фазы. Примеры практических применений включают отделение капель масляного аэрозоля от сжатого воздуха, выходящего из воздушных компрессоров и картеров, отделение воды в качестве дисперсной фазы от топлива в качестве непрерывной фазы в водотопливных системах или отделение масла в качестве дисперсной фазы от водомасляной системы с водой в качестве непрерывной фазы.

Коалесцирование вызывают коалесцирующей средой, которая обычно содержит множество слоев с одной или более порами, волокнистые субстраты, которые могут быть смачиваемыми (олеофильными или притягивающими текучую среду или адсорбентами) или несмачиваемыми (олеофобными или отталкивающими текучую среду). Волокнистый материал имеет поверхность, которая вызывает накопление или коалесцирование дисперсной фазы. Дисперсную текучую среду с каплями дисперсной фазы перемещают посредством непрерывной фазы или носителем текучей среды через коалесцирующую среду, например, загрязненный маслом воздух. Дисперсная фаза часто уже коалесцирована в первых слоях на волокнах коалесцирующей среды. После непрерывной подачи текучей среды, капли увеличиваются до капель больших размеров. Капли проходят вместе с потоком воздуха через фильтр, и как только они достигают размера, при котором они более не приклеиваются к волокнам коалесцирующей среды, они выходят из фильтра обычно под действием гравитации. После использования в течение некоторого времени, фильтр обычно достигает устойчивого состояния, в котором скорость накопления дисперсной фазы капель текучей среды в коалесцирующей среде соответствует скорости дренажа из фильтра. Коалесцированные капли обычно имеют диаметр 5-500 мкм.

Для изготовления коалесцирующих фильтров используют различные виды материалов, например, органические и неорганические волокнистые или пористые материалы. Эти материалы доступны в различных видах, например, в виде гомогенных, гетерогенных, слоистых или гофрированных или скрученных материалов, композитных структур, слоистых структур и их комбинаций. Виды материалов, подходящие для использования в качестве коалесцирующего фильтра, обычно представляют собой сетку, сито, цилиндр, куб или имеют другую простую форму, или имеют сложную геометрическую форму. Пропускная способность фильтрующего материала зависит от множества параметров, включая состав и ориентацию волокон в фильтре или коалесцирующей среде, выход фильтрующего материала при фактических условиях, концентрацию загрязняющих веществ (дисперсная фаза) в носителе (непрерывная фаза), давление, воздействию которого подвергают фильтрующий материал, и объем непрерывной фазы, воздействию которого фильтр подвержен со временем.

Для улучшения пропускной способности коалесцирующего фильтрующего блока были предприняты многочисленные попытки, в частности попытка использовать сложные волокнистые структуры или пористые структуры в коалесцирующей среде.

В US 8,114,183 описан коалесцирующий фильтр для отделения несмешиваемой непрервыной и дисперсной фазы. Коалесцирующий фильтр содержит проходящий в осевом направлении коалесцирующий элемент с коалесцирующей средой, содержащей множество волокон, ориентированных в направлении гравитации. В результате того, что волокна коалесцирующей среды проходят по касательной вдоль периметра коалесцирующего элемента, уменьшается сопротивление потоку и поддерживается дренаж к выходу в нижней части. Коалесцирующий элемент имеет сечение в направлении, поперечном его оси, в виде закрытой петли с внутренней полостью. Для обеспечения максимально возможного давления дренажа, вертикальный размер является максимально большим, а поперечные размеры коалесцирующего элемента уменьшаются по направлению к нижней части. В US 8,114,183 также описано то, что средний диаметр волокна и/или пористость коалесцирующего элемента уменьшаются к центру коалесцирующего элемента с расчетом на захват загрязняющих веществ с большими размерами, что может вызвать непроходимость коалесцирующего элемента в первичных открытых и менее ограничивающих слоях.

В US 8,409,448 раскрыт коалесцирующий фильтр для удаления несмешиваемой липофильной или гидрофильной жидкости соответственно из непрерывной гидрофильной или липофильной жидкой фазы, которые должны быть выполнены из смешанных волокон, имеющих изменяющиеся гидрофобные и гидрофильные свойства поверхности. Коалесцированием и смачиванием можно управлять путем управления количеством гидрофобных и гидрофильных волокон.

Однако известные коалесцирующие фильтры имеют недостаток, который состоит в том, что падение давления на фильтре часто находится на слишком высоком уровне, другими словами недостаток состоит в том, что на фильтре возникает большое уменьшение давления, что негативно сказывается на пропускной способности фильтра. Известная мера по уменьшению падения давления состоит в удалении нескольких слоев фильтрующего материала или в уменьшении количества слоев фильтрующего материала. Это, однако, оказывает неблагоприятное воздействие на пропускную способность фильтра. Пропускной способностью фильтра называется количество текучей среды, отфильтрованной коалесцирующим фильтром, по отношению к количеству текучей среды на входе этого фильтра. Таким образом, существует потребность в создании коалесцирующего фильтра, который имеет максимально возможную пропускную способность при его использовании.

В настоящем изобретении предложен коалесцирующий фильтр с улучшенной пропускной способностью.

В настоящем изобретении это обеспечивают посредством коалесцирующего фильтра, имеющего технические признаки, представленные в отличительной части первого пункта формулы изобретения.

Соответственно, коалесцирующий фильтр согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что первичная коалесцирующая среда имеет общую толщину, измеренную в направлении потока коалесцируемой текучей среды при давлении 2 Н/см² и составляющую по меньшей мере 3,5 мм, предпочтительно по меньшей мере 4 мм, предпочтительно по меньшей мере 5 мм, более предпочтительно по меньшей мере 6 мм, наиболее предпочтительно по меньшей мере 7 мм, в частности по меньшей мере 7,5 мм. В рамках объема настоящего изобретения под термином «общая толщина» следует понимать то, что толщину первичной коалесцирующей среды измеряют в направлении, в котором текучая среда протекает через коалесцирующий фильтр и, таким образом, через коалесцирующую среду, а первичная коалесцирующая среда подвержена воздействию внешнего давления 2 Н/см².

Большая толщина слоя первичной коалесцирующей среды согласно настоящему изобретению по сравнению с коалесцирующими фильтрами из уровня техники обеспечивает возможность улучшения пропускной способности фильтра. Большая толщина слоя обеспечивает, в частности, значительное увеличение выхода от коалесцирования, то есть количество загрязняющего вещества, фильтруемого первичной коалесцирующей средой или коалесцируемого в первичной коалесцирующей среде, относительно количества загрязняющего вещества на входе фильтра.

Изобретатели дополнительно обнаружили, что в коалесцирующей среде согласно настоящему изобретению капиллярное давление почти не подвержено влиянию большей толщины слоя первичной коалесцирующей среды, а также обнаружили то, что сопротивление, которое необходимо преодолеть текучей среде во время ее вытеснения через первичную коалесцирующую среду (так называемое давление в канале), остается ограниченным и является небольшим по сравнению с капиллярным давлением. Это является неожиданным результатом, поскольку в области техники принято улучшать пропускную способность фильтра для ограничения или уменьшения толщины слоя коалесцирующего фильтра, например путем использования ограниченного количества слоев пористого материала для сохранения падения давления на фильтре на низком уровне. Настоящее изобретение теперь обеспечивает не только возможность улучшения пропускной способности фильтра, но и возможность уменьшения падения давления на коалесцирующем фильтре и, таким образом, улучшения пропускной способности фильтра.

В практических целях и с точки зрения затрат в существующих фильтрующих устройствах первичная коалесцирующая среда предпочтительно имеет общую толщину максимум 50 мм, предпочтительно максимум 40 мм, более предпочтительно максимум 30 мм, наиболее предпочтительно максимум 25 мм, в частности максимум 20 мм. В действительности, изобретатели обнаружили, что пропускная способность фильтра не оказывается существенно улучшенной при большей толщине первичной коалесцирующей среды и что материальные затраты в дальнейшем становятся несоизмеримо высокими. Кроме того, при увеличении толщины существует риск увеличения давления, которое необходимо преодолеть коалесцированному загрязняющему веществу для перемещения через первичную коалесцирующую среду, так называемого давления в канале, до слишком высокого уровня. В действительности, изобретатели обнаружили, что как только произошло коалесцирование загрязняющего вещества в капли большего размера, передача через первичную коалесцирующую среду происходит под влиянием передачи носителя, представленного в текучей среде через коалесцирующую среду. Затем было выяснено, что давление, которое необходимо преодолеть для передачи коалесцированных капель через первичную коалесцирующую среду в виде каналов, проходящих по всей толщине коалесцирующей среды, зависит от толщины первичной коалесцирующей среды.

Первичная коалесцирующая среда согласно настоящему изобретению может быть просто изготовлена, например, путем обработки волокнистого материала, например стекловолокна, таким образом, что обеспечен слоеобразующий или пластинообразующий материал, имеющий поры или отверстия между волокнами. Поры в волокнистом материале коалесцирующей среды, через который текучая среда совершает перемещение и в котором происходит коалесцирование, по существу образованы пространствами, присутствующими между волокнами волокнистого материала. Специалисту в данной области техники известны подходящие технологии, которые делают это возможным и которые включают, помимо прочего, изготовление одного или более листов, например, тканых или нетканых волокнистых материалов, вязаных материалов, плетеных волокон, пленок, холстов и комбинаций вышеперечисленных материалов, или слоистые структуры, или композитные структуры из этих материалов. Специалисту в данной области техники известны волокнистые материалы, которые подходят для использования в первичной коалесцирующей среде согласно настоящему изобретению и которые предпочтительно выбирают таким образом, чтобы они были способны осуществить захват и коалесцирование загрязняющего вещества в коалесцирующей среде. Однако и другие пористые материалы могут также подходить для использования в качестве первичной коалесцирующей среды.

Первичная коалесцирующая среда предпочтительно представляет собой пористый материал, имеющий поры со средним диаметром между 2 и 100 мкм, предпочтительно между 3 и 70 мкм, более предпочтительно между 5 и 50 мкм, в частности между 5 и 35 мкм, наиболее предпочтительно между 5 и 30 мкм.

Первичная коалесцирующая среда, пористость которой обеспечена порами, как описано выше, имеет открытую структуру.

Первичная коалесцирующая среда, изготовленная из волокнистого материала, будет в основном содержать волокна, имеющие средний диаметр 0,25-20 мкм, предпочтительно 0,5-10 мкм, хотя могут иметься волокна и с меньшим или большим диаметрами. По большей части первичная коалесцирующая среда будет выполнена из множества разных волокон, диаметр которых изменяется в вышеописанных пределах.

Первичная коалесцирующая среда согласно настоящему изобретению предпочтительно имеет воздухопроницаемость по меньшей мере 30 л/м²⋅с, предпочтительно по меньшей мере 50 л/м²⋅с, более предпочтительно по меньшей мере 60 л/м²⋅с, наиболее предпочтительно по меньшей мере 80 л/м²⋅с, в частности по меньшей мере 100 л/м²⋅с или более. Воздухопроницаемость может изменяться в широких пределах, а на практике обычно не будет превышать 2,000 л/м²⋅с, предпочтительно максимум 1,750 л/м²⋅с. Воздухопроницаемость измеряют при 2 мбар в соответствии со стандартом ИСО 9237, разработанным совместно ИСО и Европейской комиссией по стандартизации.

Первичная коалесцирующая среда с такой воздухопроницаемостью имеет открытую структуру.

Таким образом, согласно настоящему изобретению, можно получить первичную коалесцирующую среду, которая имеет улучшенные характеристики и которая способна обеспечить лучший выход от отделения загрязняющего вещества, присутствующего в текучей среде, путем использования первичной коалесцирующей среды, имеющей большую общую толщину в сочетании с более открытой структурой по сравнению с уровнем техники.

Открытая структура способствует обеспечению значительного увеличения выхода при коалесцировании, то есть количества загрязняющего вещества, фильтруемого первичной коалесцирующей средой или коалесцируемого в первичной коалесцирующей среде, относительно количества загрязняющего вещества на входе фильтра. Это отличается от уровня техники, в котором для улучшения пропускной способности фильтра используют первичную коалесцирующую среду меньшей толщины, в которой поры имеют меньший средний диаметр.

Изобретатели дополнительно обнаружили, что при использовании первичной коалесцирующей среды с открытой структурой, как описано выше, капиллярное давление, которое необходимо преодолеть коалесцирующей текучей среде после протекания в поры несмачивающей первичной коалесцирующей среды (например, маслоотталкивающей или олеофильной коалесцирующей среды), может быть существенно уменьшено, а также может быть существенно уменьшено капиллярное давление, которое необходимо преодолеть коалесцированной жидкости после выхода из смачивающей первичной коалесцирующей среды (например, маслоадсорбирующей или олеофильной коалесцирующей среды). Это меньшее капиллярное давление обеспечивает преимущество, которое состоит в том, что первичная коалесцирующая среда может иметь намного большую толщину и более открытую структуру по сравнению со считаемыми возможными ранее, так что выход от коалесцирования может быть значительно увеличен и, несмотря на это, падение давления на коалесцирующем фильтре может быть сохранено на достаточно низком уровне. Толщину измеряют в направлении потока коалесцируемой текучей среды. На практике это может означать, что первичная коалесцирующая среда может быть выполнена из намного большего количества слоев фильтрующего материала по сравнению с тем, что было до этого, и что одновременно с этим падение давления на коалесцирующем фильтре может быть сохранено на достаточно низком уровне.

Изобретатели в действительности установили, что при использовании первичной коалесцирующей среды, имеющей меньшие поры, и, таким образом, более закрытую структуру, падение давления на коалесцирующей среде оказывается значительно больше.

Следовательно, при использовании коалесцирующей среды, имеющей меньшие поры, для обеспечения достаточно низкого уровня падения давления на коалесцирующем фильтре необходимо сохранить небольшую толщину.

Уменьшенное капиллярное давление дополнительно обеспечивает преимущество, которое состоит в том, что энергия, необходимая для подачи загрязняющего вещества в систему пор несмачивающей первичной коалесцирующей среды, может быть уменьшена, а также может быть уменьшено капиллярное давление, которое необходимо преодолеть после выхода загрязняющего вещества из смачивающей первичной коалесцирующей среды. Следует понимать, что несмачивающая первичная коалесцирующая среда означает, что коалесцирующая среда проявляет низкую степень сродства с коалесцирующей жидкостью или, другими словами, что между двумя материалами возникают по существу силы отталкивания. Примеры несмачивающей первичной коалесцирующей среды содержат олеофобную и/или гидрофобную первичную коалесцирующую среду. Под смачивающей первичной коалесцирующей средой следует понимать, что первичная коалесцирующая среда проявляет высокую степень сродства с коалесцирующей жидкостью или, другими словами, что между первичной коалесцирующей средой и коалесцирующей жидкостью возникают существенные силы притяжения. Примеры смачивающей первичной коалесцирующей среды содержат олеофильную и/или гидрофильную первичную коалесцирующую среду.

Специалист в данной области техники способен задать толщину первичной коалесцирующей среды с учетом типа первичной коалесцирующей среды, в частности с учетом среднего размера пор коалесцирующей среды и/или воздухопроницаемости и/или плотности коалесцирующей среды, с тем чтобы обеспечить предполагаемое быстродействие.

Первичная коалесцирующая среда может быть выполнена из множества плотно уложенных в стопу или плотно обернутых смежных слоев листового пористого фильтрующего материала, однако также возможно и использование одиночного слоя, имеющего необходимую толщину. Под плотным укладыванием в стопу следует понимать, что последовательные слои находятся в контакте друг с другом или, другими словами, что последовательные слои расположены вплотную друг к другу. Смежные слои листовой коалесцирующей среды предпочтительно уложены в стопу таким образом или лист коалесцирующей среды обернут таким образом, что последовательные слои коалесцирующей среды расположены вплотную друг к другу, а также что расстояние между последовательными слоями является минимальным и что любой слой воздуха, присутствующего между последовательными слоями, имеет минимальную толщину или даже предпочтительно отсутствует. Это обеспечивает возможность сохранения капиллярного давления, которое необходимо преодолеть после перехода текучей среды из одного слоя в другой слой, на максимально низком уровне.

Это также обеспечивает возможность минимизации риска вытекания текучей среды между последовательными слоями.

В одном из вариантов реализации последовательные слои первичной коалесцирующей среды могут быть выполнены из одного и того же пористого материала. Путем укладывания в стопу слоев из одного и того же материала обеспечена возможность предотвращения необходимости преодоления дополнительного капиллярного давления, когда текучая среда из предыдущего слоя попадает в следующий слой, и, следовательно, можно минимизировать риск увеличения падения давления на коалесцирующем фильтре в результате передач материала. Еще в одном варианте реализации два или более последовательных слоев первичной коалесцирующей среды выполнены из различных материалов, в частности из материалов, имеющих различную среднюю пористость и/или различный средний диаметр пор и/или различную плотность и/или различную воздухопроницаемость. Также можно создать первичную коалесцирующую среду из первой первичной коалесцирующей среды и второй первичной коалесцирующей среды, причем первая первичная коалесцирующая среда выполнена из одного или более слоев первого материала, например смачивающей, олеофильной или гидрофильной коалесцирующей среды, а вторая первичная коалесцирующая среда выполнена из одного или более слоев второго материала, например из несмачивающей, олеофобной или гидрофобной коалесцирующей среды.

В случае, в котором первичная коалесцирующая среда выполнена из множества слоев, толщина слоя отдельных слоев может изменяться в широких пределах. Толщина слоя отдельных слоев первичной коалесцирующей среды может изменяться, например, от 0,1 до 1 мм, а также может предпочтительно составлять 0,4 мм, более предпочтительно 0,5 мм, наиболее предпочтительно 0,6 мм. Специалист в данной области техники способен выбрать необходимую толщину слоя с учетом общей толщины слоя, предназначенного для коалесцирующей среды.

Первичная коалесцирующая среда согласно настоящему изобретению содержит предпочтительно по меньшей мере 4 последовательных слоя из одного и того же пористого материала для обеспечения достаточной степени коалесцирования, более предпочтительно по меньшей мере 6 слоев, а наиболее предпочтительно по меньшей мере 10 слоев. Количество слоев в целом не будет превышать 30, поскольку пропускная способность фильтра не оказывается существенно улучшенной, если первичная коалесцирующая среда содержит большее количество слоев, а материальные затраты в дальнейшем становятся несоизмеримо высокими. Дальнейшее увеличение количества слоев влечет за собой риск увеличения давления в канале до слишком высокого уровня, как было пояснено выше. Предпочтительно, если количество слоев материала, из которого создана первичная коалесцирующая среда, не превышает 25, наиболее предпочтительно не превышает 20.

Изобретатели дополнительно обнаружили, что во время протекания текучей среды через многослойную первичную коалесцирующую среду, как описано выше, загрязняющее вещество, присутствующее в текучей среде, коалесцируется в порах или отверстиях, присутствующих в первичной коалесцирующей среде. Поры последовательных слоев образуют квазинепрерывные каналы, проходящие в направлении потока текучей среды через коалесцирующую среду, и обеспечивают предпочтительные траектории, вдоль которых происходит перемещение текучей среды.

Без привязки к этой гипотезе, изобретатели полагают, что поры последовательных слоев материала, из которых выполнена первичная коалесцирующая среда, по меньшей мере частично перекрывают друг друга, так что поры из предыдущего слоя по меньшей мере частично связаны с порами в следующем слое и, таким образом, обеспечивают к ним доступ. Таким образом, такие каналы или предпочтительные траектории образованы так, что они проходят через несколько слоев первичной коалесцирующей среды, через которые проходит текучая среда. Предпочтительные траектории в последовательных слоях в основном не будут идеально согласованы. Скорее предпочтительные траектории будут частично, то есть большую или меньшую часть своей протяженности, но иногда и полностью, связаны друг с другом и, таким образом, будут образовывать квазинепрерывные каналы, в которых может храниться загрязняющее вещество. Эти квазинепрерывные каналы проходят по всей толщине материала первичной коалесцирующей среды в направлении потока текучей среды. Изобретатели также полагают, что эти квазинепрерывные каналы в первичной коалесцирующей среде проявляют большую проницаемость в отношении текучей среды по сравнению с окружающим материалом или, другими словами, образуют каналы, имеющие высокую пропускную способность для текучей среды.

Изобретатели дополнительно обнаружили, что вышеописанные квазинепрерывные каналы в последовательных слоях расположены сбоку в первичной коалесцирующей среде в непосредственной близости друг от друга. Без привязки к этой гипотезе, изобретатели полагают, что загрязняющее вещество, присутствующее в слое коалесцирующей среды, растекается сбоку до некоторой степени протяженности и локально образует пятно или, другими словами, локальную непрерывную фазу. Предположительно загрязняющее вещество проходит по предпочтительным траекториям, при которых необходимо преодолеть минимальное сопротивление. Таким образом, коалесцированное загрязняющее вещество образует непрерывную фазу, которая проходит сбоку в коалесцирующей среде и по глубине или в направлении потока текучей среды. Вышеописанный процесс повторяется в направлении толщины и/или в последовательных слоях первичной коалесцирующей среды.

Достоверным является предположение о том, что предпочтительные траектории присутствуют в слоистой структуре коалесцирующей среды согласно настоящему изобретению. Пористые фильтрующие материалы, в частности листовые фильтрующие материалы, выполненные из волокнистых материалов, даже если они изготовлены точно, проявляют области, которые на микроуровне не являются гомогенными, и проявляют локально изменяющуюся проницаемость с отверстиями между волокнами. Воздух или любая другая текучая среда будут предпочтительно перемещаться через области с более высокой/лучшей проницаемостью. В этих областях с лучшей проницаемостью загрязняющее вещество будет сначала осаждаться в порах и коалесцировать в капли большего размера. Эти капли перемещают с потоком воздуха через области с лучшей проницаемостью. В результате того, что области с высокой проницаемостью в последовательных слоях по меньшей мере частично выровнены друг с другом, образуются квазинепрерывные каналы.

Следовательно, в пределах объема настоящего изобретения под термином «каналы» следует понимать использование предпочтительной траектории для некоторого количества коалесцирующей жидкости, периодически перемещаемой через первичную коалесцирующую среду под действием потока текучей среды, например воздуха. Эти траектории имеют произвольную форму и могут проходить во всех направлениях. Согласно настоящему изобретению, «каналы» не обязательно относятся к цилиндрическим трубкам или патрубкам. С использованием несмачивающих коалесцирующих сред эти каналы вызывают формирование капель на выходе фильтра; с использованием смачивающих коалесцирующих сред эти каналы растягивают последний слой в пленку, которую необходимо вытолкнуть из первичной коалесцирующей среды под действием капиллярной силы и которая, таким образом, приводит к падению капиллярного давления.

В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения, первичная коалесцирующая среда имеет плотность в диапазоне от 0,05 до 0,90 г/см³, предпочтительно от 0,05 до 0,75 г/см³, более предпочтительно от 0,08 до 0,50 г/см³. Плотность измеряют путем взвешивания некоторого количества материала первичной коалесцирующей среды, имеющей площадь поверхности 1 м², и его умножения на толщину этого материала, измеренной цифровым микрометром при давлении 2 Н/см².

Для впитывания и дренажа коалесцированного загрязняющего вещества и оказания содействия его выпуску коалесцирующий фильтр согласно настоящему изобретению предпочтительно содержит дренажный слой, расположенный вплотную к поверхности первичной коалесцирующей среды, предпочтительно вдоль задней поверхности по ходу течения первичной коалесцирующей среды, вдоль которой коалесцированное загрязняющее вещество выходит из первичной коалесцирующей среды. Этот расположенный ниже по потоку дренажный слой также предназначен для обеспечения барьера для оказания сопротивления оттоку коалесцированного загрязняющего вещества обратно к коалесцирующей среде и/или, в частности, носителю, присутствующему в текучей среде. Без привязки к этой гипотезе, предполагают, что дренажный слой образует границу или переходную зону вдоль граничной поверхности первичной коалесцирующей среды, вдоль которой происходит дренаж, так что предотвращено накопление загрязняющего вещества на граничной поверхности путем образования больших капель, которые перемещают движущей силой гравитации и которые размещены в корпусе фильтра для выпуска из этого фильтра. Кроме того, при необходимости, перед первичной коалесцирующей средой, в частности вплотную к поверхности первичной коалесцирующей среды, вдоль которой текучую среду подают в первичную коалесцирующую среду, защитный слой может быть размещен таким образом, что указанные два материала находятся в контакте. Ниже по потоку, в частности вплотную к поверхности первичной коалесцирующей среды, также может быть добавлен защитный слой, который в дополнение к защитной функции также может иметь дополнительную дренажную функцию.

Настоящее изобретение также относится к коалесцирующей среде, как описано выше, в качестве части коалесцирующего фильтра и/или для использования в коалесцирующем фильтре, как описано выше.

Настоящее изобретение дополнительно относится к способу очистки текучей среды, содержащей носитель и по меньшей мере одно загрязняющее вещество, причем текучую среду проводят через коалесцирующий фильтр, как описано выше, для уменьшения концентрации указанного по меньшей мере одного загрязняющего вещества путем коалесцирования указанного по меньшей мере одного загрязняющего вещества в коалесцирующем фильтре, в частности в первичной коалесцирующей среде. Текучая среда может быть выбрана, например, из группы, состоящей из следующих материалов: сжатый воздух, загрязненный одним или более углеводородами, загрязненная вода или загрязненные углеводороды, однако также могут быть использованы и другие подходящие текучие среды. Коалесцирующий фильтр согласно настоящему изобретению подходит для использования в непрерывном процессе, согласно которому происходит непрерывная подача текучей среды в первичную коалесцирующую среду. Кроме того, однако, можно подавать текучую среду в виде одной или более дискретных доз.

Настоящее изобретение дополнительно относится к использованию коалесцирующего фильтра, описанного в данной патентной заявке для отделения одного или более жидких загрязняющих веществ от носителя, причем носитель может представлять собой газ или жидкость. В частности, настоящее изобретение относится к использованию коалесцирующего фильтра, описанного в данной патентной заявке для отделения капель масляного аэрозоля от сжатого воздуха, выходящего из воздушных компрессоров и картеров, отделения воды в качестве дисперсной фазы от топлива в качестве непрерывной фазы в водотопливных системах или отделения масла в качестве дисперсной фазы от водомасляной системы с водой в качестве непрерывной фазы.

Настоящее изобретение дополнительно пояснено ниже на прилагаемых чертежах и в описании этих чертежей.

На фиг. 1 показан вид внутреннего объема обычного коалесцирующего фильтра для сжатого газа.

На фиг. 2а схематически показан вид в разрезе первичной коалесцирующей среды по отношению к дренажному слою, причем несущую текучую среду (CF) подают по углом 90°, а коалесцирующая среда и дренажный слой расположены вплотную друг к другу.

На фиг. 2b схематически показана первичная коалесцирующая среда по отношению к дренажному слою, причем несущую текучую среду (CF) подают по углом между 1° и 90°, а коалесцирующая среда и дренажный слой расположены вплотную друг к другу.

На фиг. 3 показан вид в разрезе квазинепрерывного канала, образованного в первичной коалесцирующей среде, как показано более высокой концентрацией осажденной жидкости.

На фиг. 4 показан изометрический вид множества квазинепрерывных каналов, образованных в первичной коалесцирующей среде, как показано региональными областями, иллюстрирующими более высокую концентрацию осажденной жидкости.

На фиг. 5 показан график, иллюстрирующий падение давления несущей текучей среды, проходящей через коалесцирующую среду, содержащую смачивающие (олеофильные) волокна, согласно настоящему изобретению, причем поток несущей текучей среды с осадком жидкого маслосодержащего загрязняющего вещества задан в виде функции от времени.

На фиг. 6 показан график, иллюстрирующий падение давления несущей текучей среды, проходящей через коалесцирующую среду, содержащую олеофобные волокна, согласно настоящему изобретению, причем поток несущей текучей среды с осадком жидкого загрязняющего вещества задан в виде функции от времени.

Коалесцирующий фильтр 10, показанный на фиг. 1, содержит закрытый корпус 24, снабженный фильтрующей головкой 12 на верхней части. Фильтрующая головка 12 содержит впускное отверстие 16, через которое в коалесцирующий фильтр вводят текучую среду, содержащую несущую жидкость, и по меньшей мере одно загрязняющее вещество. Корпус 24 содержит выпускное отверстие 18 для выпуска текучей среды и/или несущей жидкости, которые прошли через фильтрующий элемент. Фильтрующая головка 12 соединена с возможностью отсоединения с корпусом 24, так что, при необходимости, обеспечен доступ к внутреннему пространству коалесцирующего фильтра для замены фильтрующего элемента. Разъемное соединение может быть реализовано любым способом, который специалист в данной области техники сочтет подходящим, например, посредством резьбового соединения, посредством давления, трения, зажима и т.д. Впускное отверстие 16 соединено с фильтрующим элементом таким образом, что текучая среда может быть передана на фильтрующий элемент. Фильтрующий элемент предпочтительно соединен с возможностью отсоединения с фильтрующей головкой 12, так что фильтрующий элемент может быть периодически заменен или может быть заменен по мере необходимости.

Коалесцирующий фильтр, показанный на фиг. 1, предназначен для коалесцирования одного или более жидких загрязняющих веществ, присутствующих в жидкости или газовом носителе текучей среды. Одно или более загрязняющих веществ могут представлять собой, например, инертный или реакционноспособный субстрат. Одно или более загрязняющих веществ могут, например, относиться к группе жидкостей, аэрозолей, макроскопических капель или смесей двух или более из этих материалов. Пример текучей среды, подходящей для использования с коалесцирующим фильтром согласно настоящему изобретению, представляет собой сжатый воздух, загрязненный масляным аэрозолем.

Фильтрующий элемент содержит по меньшей мере одну первичную коалесцирующую среду 22 для коалесцирования в коалесцирующей среде одного или более жидких загрязняющих веществ, присутствующих в текучей среде, и отделения этих загрязняющих веществ из носителя, присутствующего в текучей среде. В зависимости от предполагаемого применения, особенно если предполагается коалесцирование множества загрязняющих веществ, он может быть выбран для установки двух или более различных первичных коалесцирующих сред, каждая из которых имеет необходимую степень сродства с удаляемым загрязняющим веществом.

В предпочтительном варианте реализации фильтрующий элемент дополнительно содержит по меньшей мере один пористый дренажный слой 30, расположенный вплотную к коалесцирующей среде 22 и за ней. Этот дренажный слой расположен вплотную к поверхности коалесцирующей среды, причем между этими двумя средами имеется или не имеется слой воздуха или другое физическое разделение, предпочтительно отсутствует слой воздуха. Задача состоит в обеспечении наличия энергоэффективного потока текучей среды, носителя и/или загрязняющего вещества от коалесцирующей среды к дренажному слою. Это показано на фиг. 2а и 2b. Дренажный слой в основном расположен за первичной коалесцирующей средой.

С одной стороны, расположенный ниже по потоку дренажный слой 30 предназначен для максимизации перехода и подачи/выпуска загрязняющего вещества, отделенного от текучей среды первичной коалесцирующей средой за счет движущей силы текучей среды и/или присутствующего в ней носителя, которые подают через фильтр. Специалисту в данной области техники известны материалы, которые это обеспечивают. Кроме того, материал дренажного слоя 30 предпочтительно обеспечивает барьер для оказания сопротивления оттоку коалесцированного загрязняющего вещества обратно к первичной коалесцирующей среде 22, но и, в частности, к носителю. Если не привязываться к этому, то предполагают, что дренажный слой 30 обеспечивает наличие границы или переходной зоны для смежной поверхности коалесцирующей среды 22, которая противодействует какому-либо накоплению коалесцированного загрязняющего вещества на этой контактной поверхности в том смысле, что она стимулирует образование макроскопических капель загрязняющей жидкости. Затем эти капли выводятся из дренажного слоя 30 посредством дополнительной движущей силы, такой как гравитация, и, например, осаждаются или оседают в корпусе и выпускаются из фильтра. При необходимости может быть обеспечено наличие двух или более дренажных слоев 30. Пример подходящего материала представляет собой полимерный пенопласт с открытыми порами.

При необходимости перед первичной коалесцирующей средой 22 и за ней может быть обеспечен защитный слой 25. Этот защитный слой 25 может также служить в качестве дренажного слоя или может направлять поток текучей среды в необходимом направлении. Пример подходящего материала, используемого в качестве защитного слоя 25, представляет собой открытый слой пропилена, однако также могут быть использованы и другие материалы. Предпочтительно, если фильтрующий элемент также содержит сердцевину 20. За сердцевиной 20 фильтра расположена по меньшей мере одна первичная коалесцирующая среда 22.

Коалесцирующий фильтр 10 предпочтительно содержит одну или более внутренних опорных конструкций 26, которые удерживают фильтрующий элемент как механически единое целое, что минимизирует риск механической деформации фильтрующих материалов, содержащих коалесцирующую среду 22, под действием нагрузки, оказываемой текучей средой, и защищает их от действия непредвиденного или мгновенного удара.

Корпус 24 может дополнительно содержать дренажный механизм 32. Подходящий дренажный механизм 32 может содержать автоматические, полуавтоматические или управляемые вручную клапаны, через которые удаляют коалесцированное и осушенное загрязняющее вещество, удерживаемое в корпусе.

Коалесцирующий фильтр 10 может дополнительно содержать необязательные компоненты, которые дополнительно улучшают использование фильтра и выход из этого фильтра. Фильтрующая головка 12 может содержать, например, индикатор 14 состояния, который выдает индикацию состояния коалесцирующего фильтра, включая потенциальную необходимость в периодической замене. Индикатор 14 состояния может быть обеспечен для прямого или косвенного измерения выхода от коалесцирующего фильтра и может содержать индикатор, выдающий индикацию состояния коалесцирующего фильтра 10 посредством, например, визуального, звукового или электронного сигнала или их комбинации. Индикатор 14 может работать в соответствии с пневматическим или электрическим принципом или в соответствии с любым принципом, который специалист данной области техники сочтет подходящим.

Первичная коалесцирующая среда 22, используемая в коалесцирующем фильтре согласно настоящему изобретению, имеет пористую структуру, что может вызывать накопление или коалесцирование одного или более загрязняющих веществ, присутствующих в текучей среде. Поверхность пор, присутствующих в пористой структуре первичной коалесцирующей среды, может быть смачивающей или несмачивающей по отношению к одному или более из коалесцируемых загрязняющих веществ. Поверхность может представлять собой, например, олеофобную или гидрофобную поверхность или олеофильную или гидрофильную поверхность. В областях применения, в которых предполагается удаление масла из жидкого или газового потока, коалесцирующая среда может представлять собой олеофильную или олеофобную среду. Материал первичной коалесцирующей среды 22 предпочтительно выбирают таким образом, что он имеет высокую степень сродства с удаляемой примесью.

Для обеспечения возможности успешного удаления загрязняющих веществ различной природы, коалесцирующий фильтр согласно настоящему изобретению может содержать две или более первичных коалесцирующих сред 22 с различной степенью сродства, выбранной для удаляемого загрязняющего вещества. Предпочтительно, однако, для сохранения капиллярного давления на максимально низком уровне, коалесцирующий фильтр содержит только одну первичную коалесцирующую среду.

Первичная коалесцирующая среда представляет собой пористый материал, который может содержать один или более слоев пористого материала и который предпочтительно выполнен слоистым. Первичная коалесцирующая среда предпочтительно выполнена из одного или более слоев того же самого слоеобразующего волокнистого материала. В альтернативном варианте реализации коалесцирующий фильтр содержит два или более фильтрующих элементов с различными коалесцирующими средами, то есть множество коалесцирующих сред с различной степенью сродства с удаляемым загрязняющим веществом.

Слоеобразующие материалы, подходящие для использования в качестве первичной коалесцирующей среды 22, содержат субстраты или материалы, образованные из волокон конечной длины и/или непрерывных нитей. Первичная коалесцирующая среда предпочтительно содержит подходящие материалы, которые устойчивы к давлению, прикладываемому для обеспечения возможности вытеснения текучей среды через первичную коалесцирующую среду, к жидким загрязняющим веществам, присутствующим в текучей среде, а также к статическим и динамическим нагрузкам, которым подвергают материал во время изготовления фильтра, его сборки и использования. Примеры подходящих слоеобразующих волокнистых материалов содержат тканые или нетканые волокнистые материалы, вязаные материалы, плетеные материалы, пленки и комбинации этих материалов или слоистые структуры или композитные структуры из этих материалов.

Первичная коалесцирующая среда предпочтительно представляет собой многослойный материал, который предпочтительно содержит по меньшей мере 4 слоя, более предпочтительно по меньшей мере 6 слоев, наиболее предпочтительно по меньшей мере 10 слоев. По большей части количество слоев волокнистого материала не будет превышать 20. Толщина отдельных слоев коалесцирующей среды не является критической для настоящего изобретения и может изменяться в широких пределах. Толщина слоя может составлять, например, 0,4 мм, 0,5 мм, 0,6 мм, 0,75 мм или 1 мм. С другой стороны, первичная коалесцирующая среда также может быть выполнена из одного слоя необходимого материала, имеющего необходимую толщину.

Многослойная первичная коалесцирующая среда может быть изготовлена различными способами, например, путем укладывания в стопу, складывания, скручивания или обертывания множества слоев из волокнистого материала, так что получают необходимое количество слоев. Однако может быть применен и любой другой способ. Слои волокнистого материала предпочтительно расположены вплотную друг к другу, так что между смежными слоями присутствует слой воздуха с минимально возможной толщиной. Предпочтительно, если смежные слои расположены таким образом, что между ними отсутствует какой-либо слой воздуха. Это можно получить, например, путем сжатия множества уложенных в стопу слоев или путем их скрепления зажимом, например, вдоль одной или более сторон волокнистого материала. Однако предпочтительно, если волокнистый материал обернут для минимизации риска повреждения.

Примеры волокнистых материалов, которые особенно подходят для изготовления слоистого материала, используемого в первичной коалесцирующей среде согласно настоящему изобретению, содержат термопластичные материалы, термореактивные материалы, органические или неорганические материалы, металлические материалы или сплавы, присадочные материалы, смеси и химически модифицированные материалы, изготовленные, например, путем протяжки, прядения, сшивания иглой, гидросцепления, прядения из расплава (например, сплетения нитей, нановолокна, выдувания расплава), перевода мокрым образом, электропрядения, прядения из раствора, точечного соединения, соединения адгезивом, непрерывного плетения или вязания, отливки, совместной экструзии и т.д. В частности, материалы содержат стекловолокно, силикатные полученные способом мокрой выкладки связанные термоотверждающим адгезивом нетканые материалы, например, боросиликатное стекловолокно конечной длины, вследствие их теплового и гидротермального сопротивления нагрузке, оказываемой текучей средой, несущей жидкостью и загрязняющим веществом, без необходимости в химическом модифицировании, например путем обработки поверхности фторуглеродами.

Первичные коалесцирующие среды, подходящие для использования в настоящем изобретении, имеют плотность, которая предпочтительно изменяется между 0,05-0,90 г/см³, более предпочтительно между 0,05-0,75 г/см³, а наиболее предпочтительно между 0,08-0,50 г/см³. Материалы, имеющие плотность между 0,10-0,25 г/см³ или 0,12-0,17 г/см³, также могут подходить и могут быть предпочтительны для определенных жидкостей и/или загрязняющих веществ.

Средний диаметр пор, присутствующих в материале, из которого выполнена первичная коалесцирующая среда, (измерен способом микроскопии) предпочтительно находится в диапазоне от 2 до 100 мкм, предпочтительно между 3 и 70 мкм, более предпочтительно между 5 и 50 мкм, еще более предпочтительно между 5 и 35 мкм, а наиболее предпочтительно между 5 и 30 мкм.

Материалы, используемые в дренажном слое 30, могут представлять собой, например, тканые или нетканые материалы, вязаные материалы, пленки, пенопласт с открытыми порами, формованные или штапельные холсты, сетки с разбитой петлей и комбинации слоистых структур или композитных структур из вышеуказанных материалов. Материалы, используемые в дренажном слое 30, могут быть выбраны, например, из группы, образованной из следующих материалов: термопластик или термореактивные пластмассы, органические или неорганические субстраты, металлические материалы или сплавы, смеси из вышеуказанных материалов и их химически модифицированные формы. Вышеуказанные материалы могут быть изготовлены любым способом, который специалист в данной области техники сочтет подходящим, например путем протяжки, прядения, сшивания иглой, гидросцепления, прядения из расплава (например, сплетения нитей, нановолокна, выдувания расплава), перевода мокрым образом, электропрядения, прядения из раствора, точечного соединения, соединения воздушной связью, соединения адгезивом, непрерывного плетения или вязания, отливки, совместной экструзии, растяжения, формования окунанием в раствор и т.п. В частности предпочтительны полиуретановые пены, поскольку они имеют хорошее сопротивление тепловой нагрузке, оказываемой текучей средой и/или носителем и загрязняющей жидкостью, присутствующей в текучей среде, однако, одновременно с этим они противодействуют возврату загрязняющих веществ, например углеводородных загрязняющих веществ, в коалесцирующую среду без необходимости в предварительной обработке фторсодержащими субстратами одной или более частей коалесцирующего фильтра или дренажного слоя.

Первичная коалесцирующая среда 22, дренажный слой 30 и барьерный слой могут быть установлены в коалесцирующем фильтре 10 в качестве отдельных слоеобразующих материалов. Однако также можно объединить вышеописанные материалы в слоистую структуру, так что они образуют единое целое, между смежными слоями обеспечен оптимальный контакт, а от одного слоя к другому слою обеспечен оптимальный расход текучей среды.

Настоящее изобретение обеспечивает преимущество, которое состоит в том, что первичная коалесцирующая среда выполнена из одного или более пористых слоистых материалов или структур, имеющих высокий удельный объем и низкую плотность, с большим объемом пор, имеющих относительно большой средний диаметр. Такая открытая структура обеспечивает возможность сохранения на максимально низком уровне капиллярного давления и давления в канале при прохождении текучей среды и коалесцированного загрязняющего вещества через первичную коалесцирующую среду и возможность сохранения на низком уровне падения давления на коалесцирующем фильтре. Под капиллярным давлением следует понимать сопротивление, которое загрязняющее вещество должно преодолеть для попадания в несмачивающую коалесцирующую среду, но также и сопротивление, которое загрязняющее вещество должно преодолеть после выхода из смачивающей коалесцирующей среды. Под давлением в канале следует понимать сопротивление, которое коалесцированное загрязняющее вещество должно преодолеть при его вытеснении через систему пор коалесцирующей среды.

Коалесцированные частицы жидкого загрязняющего вещества обычно возникают в коалесцирующей среде в виде квазинепрерывных каналов с повышенной концентрацией коалесцированной жидкости. Эти каналы образуют дискретные, видимые области, которые проходят через толщину фильтрующего материала, как показано на фиг. 4. Движущая сила носителя, который посредством усилия передают через коалесцирующий фильтр, например путем нагнетания, является ответственной за передачу загрязняющих веществ через коалесцирующую среду к выходу или задней части, в частности задней по ходу течения внешней поверхности первичной коалесцирующей среды, где загрязняющие вещества в качестве жидкой фракции достигли достаточной степени накопления для выхода из носителя в виде макроскопических капель под действием гравитации. Полагают, что относительно большие поры, низкая плотность и высокая воздухопроницаемость первичной коалесцирующей среды согласно настоящему изобретению взаимодействуют для обеспечения динамического развития квазинепрерывных каналов во время срока службы фильтра, а также для минимизации падения давления на фильтре.

Без привязки к этой гипотезе, предполагают, что после первого контакта текучей среды, например сжатого газа, с первичной коалесцирующей средой 22 может быть образована первая совокупность отдельных квазинепрерывных каналов 50. По мере подачи дополнительной жидкости может уменьшиться доступность одного или более квазинепрерывных каналов 50 вследствие образования заполнителей или несмешиваемых смесей, гелеобразования и непроходимости, вызванной твердыми частицами и/или частицами в этих каналах. После непрерывного притока текучей среды возможно прохождение квазинепрерывного канала 50 в другом направлении первичной коалесцирующей среды 22 вдоль траектории меньшего сопротивления. Таким образом, могут образовываться новые квазинепрерывные каналы. Без привязки к данной гипотетической модели, предполагают, что после передачи сжатого потока, например, воздуха, содержащего масляный аэрозоль в качестве загрязняющего вещества, через первичную коалесцирующую среду, передача продолжается через один или более квазинепрерывных каналов 50. В этих каналах 50 эффективное уменьшение количества масла в воздухе обусловлено коалесцированием масла в этих каналах 50.

На фиг. 5 показана практическая ситуация для коалесцирующей среды, выполненной из олеофильной пористой структуры. Изобретатели установили, что коалесцирование жидкого загрязняющего вещества из текучей среды протекает в соответствии с пошаговым процессом по меньшей мере с первым и вторым дискретными этапами, каждый из которых связан с уменьшением давления на коалесцирующей среде. Второй дискретный этап наблюдается тогда, когда загрязняющее вещество выходит из коалесцирующей среды и связан с энергетическим барьером, который необходимо преодолеть после выхода из коалесцирующей среды для преодоления силы притяжения. Первый дискретный этап наблюдался после перемещения загрязняющего вещества через коалесцирующую среду в виде одного или более квазинепрерывных каналов, в которые жидкость должна быть закачана через коалесцирующую среду.

На фиг. 6 показана практическая ситуация для коалесцирующей среды, выполненной из олеофобной пористой структуры. Изобретатели установили, что коалесцирование жидкого загрязняющего вещества из текучей среды сопровождается пошаговым уменьшением давления на коалесцирующей среде при наличии по меньшей мере первого и второго дискретных этапов. Первый дискретный этап возникает после протекания загрязняющего вещества в коалесцирующую среду для преодоления силы отталкивания. Второй кратковременный дискретный этап возникает после прохождения загрязняющего вещества через коалесцирующую среду через один или более квазинепрерывных каналов.

Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает коалесцирующий фильтр с коалесцирующей средой, содержащей множество слоев из волокнистого материала с порами относительно большого среднего диаметра, через который перемещаются текучая среда с носителем и по меньшей мере одно загрязняющее вещество. Волокнистый материал имеет высокую воздухопроницаемость, низкую плотность и содержит систему пор, которые имеют относительно большой диаметр.

Это обеспечивает возможность получения первичной коалесцирующей среды, которая обеспечивает больший выход от отделения загрязняющего вещества, присутствующего в текучей среде. Это больший выход от отделения сопровождается значительным уменьшением капиллярного давления, которое необходимо преодолеть текучей среде после протекания в коалесцирующую среду или выхода из нее, а не только значительным уменьшением давления в канале, которое представляет собой давление, которое необходимо преодолеть при прохождении текучей среды и коалесцированного загрязняющего вещества через систему пор первичной коалесцирующей среды. Поскольку падение давления на коалесцирующей среде может быть уменьшено, то может быть значительно улучшено энергопотребление фильтрующей системы. Таким образом, настоящее изобретение обеспечивает коалесцирующий фильтр, имеющий улучшенный выход от отделения в сочетании с уменьшенным энергопотреблением. Это является неожиданным результатом, поскольку в системах из уровня техники улучшенный выход от отделения отрицательно воздействует на энергопотребление.

С использованием коалесцирующего фильтра согласно настоящему изобретению, в частности при применении в качестве коалесцирующего фильтра для потока сжатого воздуха, может быть получен выход от отделения загрязняющей жидкости, присутствующей в воздухе, по меньшей мере 40 мкг жидкости на м³ несущей текучей среды или несущего газа для разницы давлений 1,0 мбар, предпочтительно по меньшей мере 44 мкг, более предпочтительно по меньшей мере 46 мкг.

Настоящее изобретение дополнительно пояснено в приведенных ниже примерах и посредством этих примеров.

Нижеописанные волокнистые материалы были испытаны в качестве коалесцирующего фильтра для очистки загрязненного маслом воздуха, как описано в стандартах ИСО 12500-1 и ИСО 8573-2. Первичная концентрация масла составляла 10 мг/м³.

Сравнительные испытания А-В

Был использован фильтрующий материал, содержащий конкретное количество слоев из обычного доступного на рынке олеофобного фильтрующего материала со свойствами, указанными в таблице 1.

Примеры 1-2

Была использована коалесцирующая среда, содержащая 14 и 8 слоев, соответственно из олеофильного и олеофобного стекловолокнистого материала, имеющего соответственно приведенные ниже свойства. Воздухопроницаемость была определена в соответствии со стандартом ИСО 9237, разработанным совместно ИСО и Европейской комиссией по стандартизации.

В результате сравнения примера 1 со сравнительным испытанием А выяснено, что фильтрующая способность толстой открытой пачки из фильтрующего материала лучше фильтрующей способности тонкой плотно уложенной пачки. Падение давления на толстой открытой пачке похоже даже имеет меньший уровень.

Сравнение сравнительного испытания В с примером 2 показывает, что пропускная способность фильтра аналогична для толстой открытой пачки и тонкой плотно уложенной пачки. Однако падение давления на толстой открытой пачке меньше падения давления на тонкой плотно уложенной пачке.

Изобретение относится к коалесцирующему фильтру, предназначенному для очистки газа, содержащего по меньшей мере одно жидкое загрязняющее вещество, путем коалесцирования указанного по меньшей мере одного жидкого загрязняющего вещества, и имеющему впускное отверстие для подачи газа в фильтрующий элемент, имеющийся в коалесцирующем фильтре и содержащий первичную коалесцирующую среду, которая обеспечена для коалесцирования указанного по меньшей мере одного загрязняющего вещества в первичной коалесцирующей среде во время вытеснения газа через первичную коалесцирующую среду, причем коалесцирующий фильтр дополнительно имеет выпускное отверстие для выпуска коалесцированного загрязняющего вещества из фильтрующего элемента, а первичная коалесцирующая среда содержит по меньшей мере один слой пористого материала, при этом первичная коалесцирующая среда имеет общую толщину по меньшей мере 3,5 мм. Изобретение обеспечивает возможность получения первичной коалесцирующей среды, которая обеспечивает больший выход от отделения загрязняющего вещества, присутствующего в текучей среде. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 табл., 7 ил.

1. Фильтр для газа, содержащий коалесцирующий фильтр, предназначенный для очистки газа, содержащего по меньшей мере одно жидкое загрязняющее вещество, путем коалесцирования указанного по меньшей мере одного жидкого загрязняющего вещества, и имеющий впускное отверстие для подачи газа в фильтрующий элемент, имеющийся в коалесцирующем фильтре и содержащий первичную коалесцирующую среду, которая обеспечена для коалесцирования указанного по меньшей мере одного загрязняющего вещества в первичной коалесцирующей среде во время вытеснения газа через первичную коалесцирующую среду, причем

коалесцирующий фильтр дополнительно имеет выпускное отверстие для выпуска коалесцированного загрязняющего вещества из фильтрующего элемента, а

первичная коалесцирующая среда содержит по меньшей мере один слой пористого материала,

при этом указанный фильтр для газа характеризуется тем, что

первичная коалесцирующая среда имеет общую толщину, выбранную из группы, содержащей по меньшей мере 3,5 мм, по меньшей мере 4 мм, по меньшей мере 5 мм, по меньшей мере 6 мм, по меньшей мере 7 мм, по меньшей мере 7,5 мм или максимум 50 мм, измеренные при давлении 2 Н/см²;

тем, что первичная коалесцирующая среда имеет воздухопроницаемость по меньшей мере 100 л/м²⋅с;

и тем, что поры в первичном коалесцирующем материале имеют средний диаметр пор между 5 и 50 мкм.

2. Фильтр для газа по п. 1, в котором первичная коалесцирующая среда имеет толщину максимум 40 мм, более предпочтительно максимум 30 мм, наиболее предпочтительно максимум 25 мм, в частности максимум 20 мм.

3. Фильтр для газа по любому из пп. 1 и 2, в котором поры в первичном коалесцирующем материале имеют средний диаметр пор между 5 и 35 мкм, в частности между 5 и 30 мкм.

4. Фильтр для газа по любому из пп. 1 и 2, в котором первичная коалесцирующая среда имеет воздухопроницаемость максимум 2000 л/м²⋅с, предпочтительно максимум 1750 л/м²⋅с.

5. Фильтр для газа по любому из пп. 1 и 2, в котором первичная коалесцирующая среда содержит множество слоев одного и того же пористого материала, предпочтительно по меньшей мере 4 слоя, более предпочтительно по меньшей мере 6 слоев, наиболее предпочтительно по меньшей мере 10 слоев.

6. Фильтр для газа по любому из пп. 1 и 2, в котором первичная коалесцирующая среда содержит один или более слоев первой коалесцирующей среды и один или более слоев второй коалесцирующей среды, отличающейся от первой коалесцирующей среды.

7. Фильтр для газа по п. 6, в котором первая коалесцирующая среда является смачивающей в отношении коалесцируемого загрязняющего вещества, а вторая коалесцирующая среда является несмачивающей в отношении коалесцируемого загрязняющего вещества.

8. Фильтр для газа по любому из пп. 1 и 2, 7, в котором первичная коалесцирующая среда имеет плотность между 0,08 и 0,50 г/см³, предпочтительно между 0,10 и 0,25 г/см³, более предпочтительно между 0,12 до 0,17 г/см³.

9. Фильтр для газа по любому из пп. 1 и 2, 7, в котором первичная коалесцирующая среда выполнена из одного или более слоев пористого волокнистого материала, который по существу содержит волокна со средним диаметром 0,25-20 мкм, предпочтительно 0,5-10 мкм.

10. Фильтр для газа по любому из пп. 1 и 2, 7, в котором для приема и дренажа коалесцированного загрязняющего вещества коалесцирующий фильтр содержит слой дренажного материала, предпочтительно расположенный вплотную к задней по ходу течения поверхности первичной коалесцирующей среды, вдоль которой коалесцированное загрязняющее вещество выходит из первичной коалесцирующей среды, и вдоль нее.

11. Фильтр для газа по предыдущему пункту, в котором дренажный слой изготовлен из термопластика или термореактивной пластмассы, органического или неорганического материала, металлического материала или сплава металлов, или смеси двух или более из указанных материалов и их химически модифицированных форм.

12. Фильтр для газа по любому из пп. 1 и 2, 7, 11, в котором коалесцирующий фильтр содержит слой защитного материала, расположенный вплотную к передней по ходу потока поверхности первичной коалесцирующей среды, вдоль которой газ подают в первичную коалесцирующую среду, и вдоль нее.

13. Фильтр для газа по любому из пп. 1 и 2, 7, 11, в котором первичная коалесцирующая среда изготовлена из материала, выбранного из группы, образованной из следующих материалов: смачивающий или несмачивающий, гидрофобный, гидрофильный, олеофобный или олеофильный волокнистые материалы или смесь двух или более из указанных материалов.

14. Фильтр для газа по любому из пп. 1 и 2, 7, 11, в котором первичная коалесцирующая среда изготовлена из олеофильного или олеофобного волокнистого материала или их смеси.

15. Коалесцирующая среда, используемая в фильтре для газа по любому из пп. 1-14.

16. Способ очистки газа от по меньшей мере одного жидкого загрязняющего вещества, причем согласно указанному способу загрязненный газ проводят через коалесцирующий фильтр по любому из пп. 1-14 для уменьшения концентрации указанного по меньшей мере одного жидкого загрязняющего вещества путем его коалесцирования в коалесцирующем фильтре.

17. Способ по п. 16, согласно которому газ выбирают из группы, образованной из следующих материалов: сжатый воздух, загрязненный одним или более углеводородами, загрязненная вода или загрязненные углеводороды.

18. Способ по п. 16 или 17, согласно которому указанное по меньшей мере одно загрязняющее вещество относится к группе, образованной из следующих материалов: жидкости, аэрозоли, макроскопические капли или смеси двух или более из этих материалов.

19. Способ по любому из пп. 16 и 17, согласно которому непрерывно подают газ в коалесцирующий фильтр.

20. Способ по любому из пп. 16 и 17, согласно которому в коалесцирующую среду по меньшей мере часть газа подают под углом 1-90°.