[发明专利]从内燃机的机油分离水和燃料的加热空气辅助膜分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于从在工作的发动机中循环的润滑油中分离水和汽油(或其他燃料)的方法和装置。更具体地，本发明涉及使用一种装置的改进方法，在该装置中机油沿着膜的表面循环，且水和/或例如汽油、柴油燃料或乙醇等燃料成分通过膜被选择性地从机油中去除。在合适的压力下被引导过膜的渗透侧的加热空气流加强了水和燃料成分从膜表面的去除。

背景技术

大多数汽车由内燃机提供动力，内燃机包括数个互补的汽缸，其中紧密配合的往复活塞接纳引入的燃料空气混合物、压缩该混合物、使混合物燃烧和排出燃烧产物。燃料可以是汽油、柴油燃料、乙醇-燃料混合物、乙醇、生物燃料合成物或者可在空气中燃烧的其他含碳合成物。对移动部件的润滑通过合适的含碳氢化合物液体完成，该液体从发动机下部的曲轴箱中被泵送上来并且分配到发动机的移动部件。当润滑油排回到集油装置中时就完成了润滑油的循环。根据发动机的尺寸，机油的体积可以是若干夸脱。

在汽缸内发生的燃烧过程终结时，汽缸将含有多种化学物质，包括水蒸汽、未燃烧的燃料和颗粒物。这些物质中的大多数将在排气冲程中从汽缸中排出，但是其中一部分将穿过活塞环被输送到曲轴箱内(有时被称为窜漏气体)并且与润滑油相接触。由此，随着发动机工作以及机油的循环，机油积累了颗粒物质，颗粒物质可通过将机油循环过过滤器而去除。但是机油还积累了水、未燃烧的燃料物质和其他液体或气体燃烧副产物，它们不能通过传统的过滤技术去除。

在正常的发动机工作温度下，这些燃烧副产物通常足以挥发掉，因为它们可通过蒸发从机油中排出。然而，当发动机经常仅仅工作相对较短的期间时，特别是在低环境温度下工作时，机油温度没有增加到足以蒸发和驱除这些污染物，因而污染物便逐渐累积起来。累积的水、燃料和燃烧副产物-特别是液体，稀释和污染了机油，从而机油必须在其有用的性能被耗尽之前从发动机中排出。

发明内容

本发明提供了使用合适的膜分离设备以便当润滑油在工作的发动机中循环时从润滑油中有效去除水和/或燃料成分(及类似物)的操作实践和设计，其中工作的发动机可置于车辆内或处于静止工作场合。膜是薄膜状结构的材料，其横向尺寸显著大于其厚度，并且其具有允许被选择的化学物质在合适的驱动力作用下通过其厚度传输的组分和微观结构。

本发明使用在受管理的温度和压力下的空气流来更有效地去除已通过膜扩散的化学物质。该实践可适于从工作的发动机(例如车辆发动机)中去除水或燃料物质或者两者都去除。为了在比较有限的文字中提供更全面的描述，在本说明书的下列章节中将描述本发明的实施方式，其中水和燃料物质(例如窜漏气体物质)被从内燃机润滑油的循环液流中去除。

在本发明的一个总体实施方式中，发动机润滑油的至少一部分循环流被导致沿着合适的膜表面流动。该膜具有与循环油相接触的第一膜表面以及用于回收从机油中分离和去除的物质的相对膜表面。第一膜表面构造成使得不透过机油成分但是该膜允许分布在机油中的水和燃料分子中的至少一种通过。膜表面的化学性质引发和允许水和/或燃料分子从流动的机油中通过膜而扩散到相对表面。根据本发明，一股气流流过而与已扩散过分离膜的至少一些水或燃料物质相接触。在优选实施方式中，气流可被引导过膜的基本上整个相对表面以带走处于渗流中的透过的水分子或燃料分子(或者两者)。气流的温度相对于循环机油的温度被管理以促使渗透物质更快和更彻底地扩散。这种气流被管理而从第二膜表面上蒸发和去除分子，其帮助在穿过膜的厚度上维持污染物质的浓度梯度，从而促使水和/或燃料持续地从流动的机油流中分离(剩下的机油流有时称为滞留液流)。

总体上，可优选地通过第一膜(或膜区域)从机油中去除水并且通过第二膜区域去除燃料或其他含碳污染物，从而回收的水(和可能的溶质，如乙醇)和燃料可分开处理。例如，从机油中去除的水可抛弃到大气环境中；从机油中去除的燃料可存储起来，例如在发动机中重新利用。

在本发明的一些实施方式中，膜可以呈支撑在平板上的扁平薄膜形式。在其他实施方式中，用于该机油清理过程的膜可以呈中空纤维的形式，其中，例如含水和燃料的润滑油在纤维束的外周表面周围流过，并且空气流经纤维的内部空腔以去除作为窜漏副产物的水或者燃料。在其他一些实施方式中，膜可以卷绕成螺旋状或者其他合适构造。各种形式的膜通常支撑在合适的金属或聚合物框架或者壳体内，这些壳体的形状和构造形成为用以接收循环机油(包含水和燃料的液滴)进入壳体，从而将机油沿着被支撑膜的上游侧引导，并且允许清理过的机油离开壳体并且再进入泵送到发动机表面上的机油中。