采用物理和化学方式净化液体烃燃料的紧凑型净化器的制作方法

1.本发明属于液体燃料净化装置领域，具体涉及一种采用物理和电化学方法的液体燃料净化器。


背景技术：

2.诸如内燃机或锅炉之类的各种机器都使用液体燃料如汽油或柴油来工作。这些机器要求燃料达到一定等级的纯度，以使这些机器能够以全功率可靠地工作。
3.这些燃料可能会受到不同元素的污染，例如水、二氧化硅、泥土、砂砾等。
4.这些杂质会导致发动机或机器的燃料系统出现故障。例如，柴油内燃机具有主要由低压泵、高压泵和喷射器组成的燃料系统。这些部件专门设计成用于泵送和喷射柴油。这些部件利用柴油的润滑特性来发挥作用，并且它们的运行参数是针对所述流体的密度设计的。在柴油被水污染的情况下，柴油与水的混合物将失去必需的润滑性并且密度更高，这可能导致泵或喷射器的故障。除了被水污染之外，如果燃料还被灰尘、二氧化硅或任何固体元素污染，那么这种情况就更有可能发生，因为这些元素会损坏上面列出的部件。
5.为了解决这些问题，柴油发动机工程中的常见做法是在低压泵和高压泵之间加入普通的纤维素过滤器和/或离心净化器。常见的纤维素过滤器具有纤维素滤纸元件，该元件具有直径在10到60微米之间的小孔，以防止直径大于这些孔的颗粒通过。这样，当燃料通过时，该过滤器留下大部分污染物并使杂质负载较低的燃料通过。
6.另一方面，存在离心式或倾析式的净化器。这些净化器通常包含以离心方式使燃料加速的机构，导致比重大于柴油或汽油的污染物被保留在净化器的下部，而不含水、泥土和其他污染物的燃料则流到净化器的顶部，然后以净化后的状态流到发动机。
7.燃料中要考虑的另一个因素是其微生物含量。这主要是因为汽油和柴油都是容易分解的有机化合物。从这个意义上讲，它们随着时间的流逝而腐烂。发生燃料腐败的原因是需氧和厌氧细菌以烃链中的自由基、燃料中的硫和水分以及燃料箱或储罐中存在的氧为食。这种现象在由christine c.gaylarde、f
á
tima m.bento和joan kelley发表的出版物“储存的烃燃料的微生物污染及其控制”中进行了广泛的描述。
8.当环境中含有或存在污垢、土壤、污染物或水时，燃料分解会加速。在这个意义上讲，倾析式过滤器和净化器具有促进燃料腐败的区域。例如，在过滤器的情况下，滤纸元件充满了污染物，这些污染物保留在细菌形成区中以及燃料和保留在下部的污染物(在离心式净化器的情况下，例如水、沉积物或土地)之间形成的界面中。有时发动机是关闭的，燃料在这些装置内保持滞流，这进一步促进了其腐败。
9.这个问题非常严重，因为燃料中细菌的生长会产生酸等副产物，这会对发动机的金属部件具有非常负面的影响。同样，细菌的大小可以是小于1微米到500微米，因此存在一个不能被过滤器过滤(小于10或20微米)的范围，而另一个范围将有利于滤纸过早饱和。
10.在这个意义上讲，通过物理方式，具体是通过离心来净化燃料的机构的缺点是，当它们没有被更换或清洗时，它们会包含少量的燃料、污染物和污垢的混合物，这会导致它们
加速燃料的腐败，无论是在发动机或机器运行的情况下燃料流经该机构时，还是在发动机或机器关闭且燃料与污染物一起密封在该机构中时。
11.这些技术的一个示例是普通类型的离心式柴油净化产品。可以参考https://purifisagp.com/purificadores-decombustible/#！，描述了其产品的操作如下：当燃料进入净化器时，它以湍流的方式通过管状部分流到净化器的底部。燃料然后撞击将净化器分成两个对称区域的偏转板，并产生强烈的湍流。当发动机泵需要燃料时，燃料以离心方式向上流过净化器，分离出所有比燃料重的固体和液体。此外，固体颗粒的沉淀原理和液体的密度差异有助于分离。
12.杂质积聚在底部并一直留在那里，直至被清洗；只有清洁的燃料才上升到净化器的顶部出口并一直到达发动机，为更快的点火和更好的燃烧做好准备。
13.可以看出，所述装置的操作意味着在其内部、主要是在其下部将产生有利于细菌生长的环境，污染物被保留在这里并与燃料接触。
14.同样，存在用于自发消除燃料中的细菌的电化学装置，其由合金或主要是金属的材料组成。当这些材料被浸没在燃料中或与燃料紧密接触时，它们会产生一种还原环境，以电化学方式攻击细菌的细胞壁，从而阻止它们的增殖并使其死亡，慢慢消失。这种现象在ruma ghosh、claudia koerting、steven l.suib、michael h.best和alvin j.berlin发表的出版物“金属合金燃料催化剂对细菌生长的影响”中进行了广泛的描述。
15.这些材料实际上是通过浸没在燃料箱或储罐内的燃料中的浸渍装置或通过安装在燃料软管中的交叉流装置来使用的。在这两种情况下，化学材料和催化净化材料都包含在装置内，以确保它们之间的紧密接触。
16.这些技术的一些示例是：专利us8298405b2“用于恢复和再生烃燃料的装置和方法”，其中详细说明了以较小比例掺入金属铅和铋，这是实现固体、纳米结构或薄膜的优选形式；以及专利us6306185b1“处理燃料的方法和装置”，其提出了一种含有锌、铈、钯、镁和银的合金，并描述了一种与内燃机喷射系统的燃料软管串联的系统和一种设计成安装在燃料箱内的装置，其中合金的优选形式是颗粒。同样，美国专利no.5580359描述了一种催化元件系统，所述催化元件具有包含在由塑料或金属材料制成的容器中的颗粒或锥体几何形状，并由钢网支撑并分成多层。此外，专利us2002139044提出了另一种组合物，其涉及锡、锑、锌和银的混合物。
17.改进以上装置的一项提议是专利“用于优化催化合金的工作以改善性能并消除烃燃料中的微生物污染物的流体机械系统”，其优先权号是wo2017pe00003(20170302)，其中描述了催化合金颗粒的排列，所述颗粒的体积小于60mm3，紧密地包含在网、外壳和丁腈盖内，其应用方式主要是燃料浸没。这里提到了颗粒的所述排列和几何形状尤其使杀菌处理的强度与普通颗粒相比增至多达3倍。
18.这些技术的缺点是它们只能防止细菌的形成并消灭它们，但对水或土壤等污染物没有作用。相反，包含这些浸没的合金的装置由于坐落在燃料箱底部而可能会被污染物(水、污垢、沉积物等)覆盖，并且不会对燃料产生任何净化效果。同样，安装在燃料管路中的装置也有缺点，即，当被颗粒、沉积物或污垢污染的燃料流经这些装置时，这些装置可能会被堵塞。此外，这些装置对燃料中可能存在的水或土壤含量没有影响。
19.在描述了技术现状之后，现在可以确定技术问题在于如下事实，即：采用物理方式
(主要是通过倾析或离心方式)的燃料净化装置促进了微生物污染物的形成，因此促进了正常燃料运行条件下酸的形成。
20.另一方面，如果目标是通过化学和物理方式净化燃料，则必须在车辆燃料系统的不同部分结合不同的装置，以分别产生这种效果。在这个意义上讲，对于燃料的化学和物理净化，还没有一种也很容易与车辆的燃料系统兼容的紧凑且实用的解决方案。
21.此外，另一个问题是，虽然存在去除微生物污染物的解决方案，但这些解决方案往往设置在燃料管路或燃料箱中，并不能解决燃料净化器内细菌生长的问题。
22.最后，在现有技术中，不可能找到这样一种解决方案：其设法将化学净化方式(例如催化燃料净化合金)和物理净化方式(例如离心或倾析净化方式)集成在单个装置中，该装置不存在背压，紧凑，并且能够方便地安装在车辆发动机的燃料系统中。


技术实现要素：

23.在描述了现有技术和与之相关的技术问题之后，提出了一种采用物理和化学方式净化液体烃燃料的净化器作为解决方案，该净化器在内部具有倾析污染物的机构以及化学和自发净化燃料的装置，主要用于通过电化学方式杀灭细菌。通过这种方式，该系统将能够在易于安装在普通燃料系统中的单个装置中同时进行以下操作：从燃料中分离出水、颗粒和沉积物等污染物，同时抑制细菌的生长，并去除这些污染物。因此，克服了与先前技术中留有污染物、促进细菌生长和燃料腐败的事实相关的技术问题。
24.这种净化器的特点是结构紧凑。为了实现上述目的，该系统包括容器，该容器由主体和盖组成，它们被密封地连接并在内部包含倾析和化学净化机构。该容器具有使燃料进入其内部和外部的装置，例如液压连接件，如外螺纹接头。
25.污染物倾析机构必须是采用物理方式，例如通过离心方式，或通过叶片或滞流板的冲击或通过偏转，后一种方法是应优选使用的方法。
26.使用叶片或滞流板的冲击方法或通过燃料流(或燃料与污染物的混合物)的偏转是优选的，因为叶片竖向地布置，从而也防止了燃料在净化器内的过度移动并将其引导至顶部。
27.该容器还具有用于清洗底部污染物的装置，使得当污染物积聚在容器的下内部时，它们可以被丢弃。例如，这些装置可以是普通类型的清洗阀。
28.化学净化介质主要由自发杀灭燃料中的细菌的合金件组成。这可以通过不同方式来实施，例如颗粒、薄片、板状等。这种合金的示例可以是锡和锑或银、铜和锡等的合金。
29.为了达到上述生长抑制效果，倾析必须发生在用于化学净化的杀菌合金件的水平以下。值得注意的是，这种化学净化机构必须是暴露的并与燃料接触，使得该机构的侧面指向或暴露于净化器的内底部。这是因为污染物在倾析时会沉降在底部。通常，这些污染物不与燃料混合，因为它们不溶于柴油或汽油等燃料，而是形成界面。燃料与污染物相遇的区域可以称为燃料-污染物界面，正是在这个区域细菌生长最旺盛。这样，由于化学净化元件高于发生倾析的水平并且由于它们暴露于燃料，因此确保了由于化学净化可以抑制污染性燃料界面中细菌的生长。
30.为了获得更大的燃料净化效果，除了抑制细菌生长之外，还需要已经不含固体或液体污染物的燃料以非常接近的方式(从旁边、穿过或紧密接触地)流向用于化学净化的合
金件。因此，燃料化学净化系统必须设置在倾析机构的后面并在使燃料向外流动的装置前面，使得燃料必然靠近杀菌合金件流动。优选地，必须强制燃料通过这些杀菌合金件。杀菌合金件可以紧邻地布置在燃料出口的前面，或者两者之间可以有间隙，或者杀菌合金件可以布置在净化器的内中间部中。这些杀菌合金件可以是净化器的结构性部分，或者它们可以包含在板、网或其他允许它们与燃料接触的装置内。建议这些催化合金件具有小尺寸以增加它们与燃料接触的表面积。由于催化合金件位于净化器的中间或靠近燃料出口，因而促进了燃料在离开净化器时尽可能纯净，无论是关于固体元素还是微生物元素方面。
31.回到物理倾析方面并深入研究所提出的净化器的流体力学系统的细节，净化器内部必须包括倾析机构，该倾析机构优选地是由于滞流而发挥作用的倾析机构。该机构的特征在于具有多个偏转板。为了产生倾析，被污染的燃料的流动必须被导向这些偏转板，使得当燃料与它们碰撞时，由于密度不同，固体和水将趋向于流向净化器的下部，而已净化的燃料将流向上部。
32.为了增强由于偏转和滞流引起的倾析效果，被污染的燃料在进入净化器主体后必须立即被导向偏转板，以便更好地利用流体的动能。除了改善污染物的倾析外，立即导向偏转板以及随之而来的更好的动能利用意味着压力损失要低得多，这对燃料系统的运行非常有利。
33.从燃料中倾析污染物是有利的，因为燃料进入主体代表了一种节流装置，其允许燃料的速度增加并且对偏转板的冲击更强烈。该装置可以是喷嘴，它可以是净化器主体本身的一部分，以使其尽可能紧凑。
34.为这种滞流机构提出的设计的另一个特点是，它有一个主偏转板，该主偏转板位于净化器主体的燃料入口的前面，并且在净化器的高度处具有平行的通道，使得进入净化器的流体和固体的混合物射流被分割和引导，从而促进倾析。
35.此外，本设计具有次偏转板，该次偏转板位于主滞流板的前面并且优选在燃料入口或喷嘴的高度处。这样，在非常靠近第一次冲击发生的地方产生第二次冲击，从而污染物被引导至倾析器的底部。
36.这种设计的另一个优点是具有多个辅助偏转板，这些偏转板也平行于净化器的高度，并产生强烈的滞流效应，防止燃料与它带来的污染物再次混合，并显著限制燃料-污染物界面的移位，这有利于杀菌合金件的抑制作用。如果界面处于不断的搅动和运动中，则抑制作用会受阻。
37.还建议所有板在其上部通过垂直基座连接，使得它们连接成单个倾析元件。该基座具有这样的几何形状：其最大直径在外部受到净化器主体的内径限制，这样基座可以密封地配合在主体内，从而基座能够得到保持。同样，基座在没有偏转板或滞流板的区域中具有孔、网格或自由空间，使得燃料可以流向净化器的上部，然后通过杀菌合金件。
38.在该滞流元件中，应该有一个明显更大的板从净化器的一端延伸到另一端，最好在中间，并且比辅助偏转板长，从而形成一个起到主防波堤或密封隔板作用的板。这进一步防止了燃料和燃料-污染物界面的移动。
39.需要考虑的一个设计标准是，在燃料入口所在的滞流板一侧必须有较大数量的偏转板或滞流板，因为这一侧将是流体出现更多搅动的区域。相反，在相对的区域，必须有数量少得多的辅助板，而不是大量的板，以便有更多的自由空间允许燃料流向催化合金件。
40.这样，可以产生具有留下液体和固体污染物并防止细菌形成且净化它们的燃料净化装置的技术优势，该装置是紧凑的，不会对燃料流产生背压并且很容易安装在汽油或柴油发动机的燃料系统中。
附图说明
41.下面介绍描述本发明的附图。
42.图1示出了组装好的燃料净化器的侧视图。
43.1：主体；
44.2：盖；
45.3：入口连接件；
46.4：出口连接件；
47.5：清洗阀；
48.6：螺栓；
49.7：螺母；
50.8：主体喷嘴。
51.图2示出了组装好的燃料净化器的侧俯视图。可以看到燃料是如何通过净化器的中部切向进入净化器的。
52.1：主体；
53.2：盖；
54.3：入口连接件；
55.4：出口连接件；
56.5：清洗阀；
57.6：螺栓；
58.7：螺母；
59.8：主体喷嘴。
60.图3示出了净化器的外部和内部部件的侧视图。
61.1：主体；
62.2：盖；
63.3：入口连接件；
64.4：出口连接件；
65.5：清洗阀；
66.6：螺栓；
67.7：螺母；
68.8：主体喷嘴；
69.9：偏转倾析元件；
70.10：杀菌合金件；
71.11：下容器板；
72.12：上容器板。
73.图4示出了倾析元件9及其部分的下侧视图。
74.13：主偏转板；
75.14：次偏转板；
76.15：辅助偏转板；
77.16：密封隔板；
78.17：主偏转板通道；
79.18：倾析元件基座。
80.图5示出了在主体喷嘴8的水平以下的净化器横截面的仰视图，其中示出了利用偏转的倾析机构、入口连接件3、主体喷嘴8的外部和内部部件以及下容器板。
81.1：主体；
82.3：入口连接件；
83.4：出口连接件；
84.7：螺母；
85.8：主体喷嘴；
86.9：偏转倾析元件；
87.10：杀菌合金件；
88.11：下容器板；
89.13：主偏转板；
90.14：次偏转板；
91.15：辅助偏转板；
92.16：密封隔板；
93.18：倾析元件基座。
94.图6示出了切成两半的组装好的净化器的侧视图。
95.1：主体；
96.2：盖；
97.3：入口连接件；
98.4：出口连接件；
99.5：清洗阀；
100.9：偏转倾析元件；
101.10：杀菌合金件；
102.11：下容器板；
103.12：上容器板。
104.图7示出了净化器部件的侧视截面图。
105.1：主体；
106.2：盖；
107.3：入口连接件；
108.4：出口连接件；
109.8：主体喷嘴；
110.9：偏转倾析元件；
111.10：杀菌合金件；
112.11：下容器板；
113.12：上容器板。
具体实施方式
114.尽管本发明可以用附图中所示的很多不同的方式来实施，并且下面将详细描述本发明的优选实施例，但是应当理解，所公开的内容应被视为本发明原理的示例，并不旨在将本发明的广泛方面限制于所示的示例。
115.燃料净化器具有位于其中部的主体1以及在切向上的喷嘴8，喷嘴8从主体1的外侧开始并在主体1的内部终止。喷嘴8具有通孔，以使得燃料能够从外部流向内部。喷嘴8在其外部具有用于液压连接的阴连接器的形状，从而可以连接入口连接件3，入口连接件3例如可以是外螺纹接头，以将净化器与来自发动机的燃料系统的燃料的排放软管连接。喷嘴8的通孔的横截面随着其越来越靠近净化器主体1的内部而减小，因而在燃料进入净化器内部时产生节流作用，由此导致其速度增大。
116.主体1在其下部具有清洗阀5。清洗阀5用于在净化后的燃料通过净化器后清洗留在净化器内的杂质。
117.偏转倾析元件9具有基座18，基座18具有不同的垂直板。在这些板中，有主偏转板13，主偏转板13位于基座的一端，并且在其中一个面上具有主偏转板通道17。次偏转板14与主偏转板13相对并稍微向基座18的中心偏移。次偏转板也平行于主偏转板13。在基座18的中间有一个从其一端延伸到另一端的密封隔板16。最后，在密封隔板的两侧具有辅助偏转板15。例如，在次偏转板的旁边可以有两个辅助偏转板15，在密封隔板16的另一端有一个辅助偏转板15。
118.偏转倾析元件9的基座18的几何形状使得它不会完全覆盖或分割主体1的内部，而是留出允许燃料流向上部的自由空间。
119.偏转倾析元件9以固定方式安装在净化器的主体内，其基座18靠在主体的喷嘴8上并垂直于主体1的内壁，且与其直径相匹配。此外，主偏转板13应面向主体喷嘴8的排放侧，并且所有的偏转板都应面向净化器的底部。偏转倾析元件9可以使用环氧树脂胶或其他耐燃料胶来固定。
120.在偏转倾析元件的基座18上，安装有下容器板11，下容器板11具有允许燃料流动的装置，例如小孔或网格。
121.杀菌合金件10放置在该下容器板11上，下容器板11将被也具有小孔或网格的上容器板12容纳和压实。
122.杀菌合金件10可以是例如铜、锑和铋的合金。此外，这些杀菌合金件10应当优选为具有圆形几何形状、盘形或近似于前述两种的不规则形状的颗粒，其体积大于30mm3且小于140mm3。建议杀菌合金件10采用该体积和几何形状，因为这将使得它们能够在下容器板11和上容器板12之间被压实，从而能够在它们之间形成促进燃料朝净化器的上部流动的空间，并为消除微生物污染物提供有效和高效的处理。此外，所提出的几何形状和体积将减少所使用的杀菌合金件10的总重量，并使污染物更容易被网格或网保留，其中所述网格或网的开口具有允许燃料自由通过的尺寸。这些因素有助于降低可能在净化器内部产生的背压。
123.这两个板11和12可以使用某种环氧树脂胶或其他耐燃料胶来固定。
124.在将内部部件安装在主体1内之后，将盖2放置在主体1的上部之上，并通过螺栓6和螺母7固定，使得主体1与盖2之间的结合是密封的。可以使用o型圈或密封胶来提高密封性。
125.最后，盖2具有孔，以允许安装出口连接件4，从而将净化器连接到燃料系统。
126.净化器应安装在发动机的燃料系统中，例如柴油发动机的燃料系统中，优选安装在低压泵的后面和高压泵的前面。
127.这样，被污染的燃料由低压泵从燃料箱驱动并流过软管，直至进入入口连接件3并通过主体喷嘴8，在此处被节流，增加其速度并射向主偏转板13，在此处与主偏转板通道17碰撞并导致主要由液体和固体污染物组成的重量较大的元素趋向于朝向净化器的底部移动，而主要由燃料组成的重量较轻的元素趋向于朝向净化器的顶部移动。
128.然后，污染物和燃料与次偏转板14碰撞，使得污染物与燃料的分离被放大。此外，在燃料与污染物的混合物与主偏转板13和次偏转板14碰撞后，燃料会与其他辅助偏转板15碰撞，最终分开。
129.密封隔板16防止燃料在车辆急加速和急减速时因车辆运动而晃出，有助于在车辆急刹车的情况下，燃料与污染物不发生混合或使污染物无法到达净化器的顶部。
130.图5示出了当混合有污染物的燃料通过入口连接件3进入时，它将如何通过主体喷嘴8，被节流并被导向主偏转板13及其通道17，然后被导向次偏转板14，随后以低得多的速度与辅助偏转板15碰撞，其中污染物被导向净化器的下部，而燃料将被导向上部，经过下容器板11，然后经过杀菌合金件10。
131.图6示出了如下机制：其导致液体和固体污染物在与偏转偏析元件9的不同板碰撞后到达净化器的下部，并使净化后的燃料流向顶部，通过杀菌合金件10进行净化处理，然后离开净化器。
132.所有板13、14、15和16还有助于防止燃料与污染物重新混合，这是通过限制燃料的运动，将其流动竖直地导向净化器的顶部来实现的。
133.已去除了液体和固体污染物(水、污垢、颗粒等)的燃料流过基座18与主体1的内壁之间的自由空间，经过下容器板11，经过杀菌合金件10，在此处杀灭微生物污染物。然后燃料继续流到净化器的顶部，经过上容器板12，最终通过出口连接件4并继续通过发动机燃料系统的燃料软管流向高压泵。
134.在发动机关闭并且燃料不流动的情况下，当燃料被密封在倾析器内时，杀菌合金件10—其通过基座18与主体1的内壁之间形成的空间以及下容器板12的网格或孔而暴露于净化器的下部—抑制了清洁燃料与净化器下部所含的污染物形成的界面中细菌的生长。
135.最后，必须通过打开清洗阀5来定期清洗污染物，以使净化器内部不会被污染物饱和。