CN101283165A - 油再生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于再生包含液体形式污染物的油(17)的装置和方法。在本发明中使所述油(17)与由至少一个点源(3)构成的点源(3)接触，其中所述点源(3)具有预定温度，所述预定温度在点源(3)和所述油(17)之间界面处对应于最大容许油温。
Description
技术领域
本发明涉及一种包括热源的油再生装置。该油再生装置包括设置以使包含液体形式污染物的油与热源接触的输送装置。
背景技术
当内燃发动机和液压机构装置工作时分别使用润滑油和液压油。例如汽油或柴油等液体燃料可用来使内燃发动机工作。当内燃发动机工作时，润滑发动机的润滑油被非燃烧燃料、水、制冷剂和来自燃料燃烧的物质污染。液压油以相似方式受到污染，但是其不会受到任何燃烧过程的影响，而是会由于油吸收水分而受到影响，所述水分来自空气湿气和油箱内的冷凝水或在转接装置处渗入系统或清洗时的水。
存在这种需求，即在不需要更换装置中的油的情况下，从油中净化掉不想要的物质。
在US 6083406和US 5707515中分别展示了一种净化内燃发动机中润滑油的方法和装置。所述装置包括颗粒物过滤器和液体分离部分，首先所述颗粒物过滤器将颗粒物从油中净化掉，所述液体分离部分用于将呈水的形式的液体以及燃料从无颗粒物的油中分离出来。该液体分离部分包括基本呈圆顶形的热板。在一个实施方式中，圆顶形的热板包括平整的顶部和多个由升高部分连接的倾斜的平整的表面，这些表面呈相继降低的阶梯形的结构。该装置功能如下：
无颗粒物但是受到其他液体污染的油喷洒在圆顶形热板的顶部，然后在重力作用下，所述油会沿着热板的侧面——例如沿着热板的倾斜的平整的表面——以膜的形式流动。升高部分的作用是阻止油的流动以使油在热板上存留特定的时间段。
热板用例如铝等的导热材料制造，并由恒温控制的加热盘管均匀地加热。整个油膜被热板加热到所述液体能够从存留在热板上的油中蒸发掉的温度。
蒸发的液体被收集并输送回到燃烧室，净化后的油被输送回到发动机，例如输送到储油容器或油盘。
在US 6083406中公开的方法和在US 5707515中公开的装置都有许多缺陷。
离开颗粒物过滤器的油的温度约有90℃，这意味着喷洒在热板上的油的温度最高为约90℃。柴油的沸点在250℃到300℃之间，并且润滑油的沸点也相当高。然而润滑油对温度敏感，虽然其能暴露于140℃以上的相对高温，但只能持续较短的时间。即使柴油没有达到它的沸点，但是柴油在较低的温度也会根据温度的增加而以加快的速度部分蒸发。因此，为了最大程度地蒸发柴油，应该将所述润滑油的温度增加到润滑油能承受的最高温度。所述润滑油承受短时高温的能力好于承受长时低温的能力。但是最糟糕的是长时高温的情况，因为所述油会被氧化并遭到破坏。
如US 6083406和US 5707515所述的热板旨在通过使用升高部分来阻止油的流动，从而使所有油都有时间被加热到特定温度，并且这样能够在热板的整个表面上蒸发掉污染物。因为油的高速流动意在在每单位时间内实现更大量的流的净化，所以这是有缺陷的。同时低速流动使得油在热板上停留的时间很长。
油的恰当的流量的例子是0.65l/min。为了在此流速下能将油从90℃加热到近似140℃，需要给油增加1千瓦的能量。如US 6083406和US5707515所述的加热板不能处理此数量级的流速而是将其限制为较低的流速以实现期望的温度增加，结果是由于停留时间过长而使所述油遭到破坏。如果允许增加流速，则为了使所述油有时间受热，需要增加所述整个热板的温度。然而，较高的温度使得油在流速最低的边缘处易于燃烧和粘结和/或由于氧化而遭到破坏。因此，如US 6083406和US 5707515所述的方法和装置仅限于低流速。所述低流速意味着当目的是净化发动机的润滑系统中所有的油时，油循环变得太慢而不能获得有效的净化过程。
由于在世界不同地方、不同气候处的室外温度不同会影响进入液体分离部分的油温，这使得问题区域的情况变得更糟。寒冷的条件下所供给的油较冷，为了使油达到正确温度需要更多的能量。温暖的条件下所供给的油较温，希望能够调节来自热板的热量以抵消热量的增加，从而使油不会达到太高温度而遭到破坏。因此，对于正常工作的系统，用于热板的正常工作调节组件是必要的。这种调节组件包括温度调节装置和其他调节器，所述温度调节装置和其它调节器包括移动部分，在这种易损环境下所述移动部分可能会造成影响使用寿命和破坏高油温的故障。这种调节设置还很昂贵，并且难以安装。
这种装置的其它问题是所述热板必需水平设置，以使从上方供给的油在重力的作用下均匀在板上均匀地分布并以这种方式产生薄的油膜。当发动机位置变化时，例如当车辆转弯时，也会遇到问题。其原因是发动机位置的变化会引起所述装置位置的变化。当油被朝向液体分离部分喷洒时还受到侧向力。位置变化和侧向力两者都会引起油在热板上的不均匀分布，因为在所述条件下仅靠重力不能使油分布均匀。因此所述装置被限制于水平位置并不能沿除与重力成180度之外的其它角度安装，并且在转弯和斜坡处行驶的车辆不能有利地使用这种装置。
被水污染的液压油具有相似的问题。水的沸点是100℃，液压油的最高温度是80℃，但液压油的工作温度是近似50℃。所述油在尽量短持续时间内必须尽可能多地吸热，从而以尽可能高的流速使水得到最好的蒸发。在这种情况下也存在问题，即均匀受热的热板由于与前述相同的原因受限于低流速。
因此存在对用于再生内燃发动机中的油的改进装置和改进方法的需求。除此之外，同样也期望改进液压油的再生。
发明内容
本发明涉及一种油再生装置和一种油再生方法，其消除了上述缺陷。所述油再生装置用于连接到内燃发动机以净化润滑油或连接到液压机构以再生液压油。
所述油再生装置包括热源和设置用来使含有液体形式污染物的油与热源接触的输送装置。本发明的特征在于所述热源包括至少一个具有预定温度的点源，所述预定温度在点源和油之间的界面处对应于最大容许油温。所述最大容许油温取决于油在点源的停留时间——即油受热的时间——以及油的组成。如上所述的，油承受短时高温的能力好于油承受长时低温的能力。在上下文中，低温意味着一高于特定油温的温度，在所述特定油温时，随着时间在所述温度油开始遭到损坏。
本发明的优点是当油接触点源时，所述点源立即对油中的污染物加热，而油不会被破坏、燃烧和粘结。此处的立即加热意味着，与停留时间有关，点源上的表面温度总是与最大油温相应，这使得至少与点源接触的薄油层基本上立即达到污染物至少部分蒸发的最大油温。之后，所述油被输送离开点源使得油不再受热。这提供的优点是油在点源处的停留时间变得最小，提供了使用高温的可能性。
根据本发明的实施方式，所述热源包括至少两个点源。当然，所述热源可包括大量点源，这取决于需要再生的油量或者所需的纯净度。然后，所述油可从点源输送到点源，油在每个点源处都在停留时间期间被加热到最高温度。然而，不能在每个单位面积内都设置这么多的点源，否则会使油连续受相同温度影响，导致总停留时间变得太长。
根据本发明的实施方式，不同的点源根据他们的位置而具有不同的温度。在流速高的地方温度也高，相应地在流速低的地方温度也低。这样设置的优点是，根据给定的停留时间，油总是被加热到其最高温度。
本发明的另一个优点是不需要调节热源，因为点源的尺寸使得可以保持温度恒定，即所述温度是常值。不需要调节组件使得容易应用低成本装置，并且使温度太高的危险最小。
由于所述点源能保持恒定温度，根据本发明的油再生装置在获得油的连续高纯净度的情况下可以在高流速下使用，这是因为保持了较高的油循环。
根据实施方式，所述点源由半导体构成。半导体的优点是当切换到半导体上时，所述半导体可精确地达到恰当的温度，所述温度也是常量，其也具有上述优点。使用半导体的另一个优点是最优地简化了根据不同情况的点源温度调节，仅增大或降低输送到半导体的电流即可。
半导体的优选类型是正温度系数热敏电阻，所谓的PTC(正温度系数)。其他可能的半导体类型是NTC(负温度系数)，其给出电流限制但是也能产生热量。PTC和NTC两者的结合也是可能的。
所述油再生装置还包括用于向点源接电的电连接线。
根据本发明的实施方式，所述输送装置包括支撑热源的支撑底座。所述支撑底座是导热性的并且界面由支撑底座和油之间的接触表面构成。在这种情况下的热源也包括支撑底座，其意味着所述油通过支撑底座与点源接触。为了补偿从点源通过支撑底座到达界面的热传输损失，可使所述点源达到一超过蒸发温度的温度，但是界面处的温度与污染物的蒸发温度相应。
根据本发明的实施方式，所述支撑底座由导热性差或者根本不导热的材料构成。然后，所述点源以这种方式由支撑底座支撑，即所述油直接与点源接触。
根据本发明的实施方式，所述支撑底座包括基本呈圆锥形和/或凸形的单元，和/或阶梯形的单元。支撑底座设计得由于重力而使油沿着所述单元流动，并且使油由于运动而与点源接触。
所述支撑底座能具有任意的几何形状，例如圆形、椭圆形、三角形、方形，多边形或者上述几何形状的组合形状。然而，所述支撑底座一定不能以如下方式设计，即由于油将点源的冷却使得热源输出降低，并因此对再生效率产生负影响。
所述支撑底座能由防水单元构成，油在防水单元的表面上流动。所述支撑底座能由液体可透过的单元构成，油能自由地流过支撑底座。此外，所述支撑底座还能由类似于织物的结构构成，所述油能流过或者受压。在后者的情况下，油被压力迫使而通过支撑底座。具有类似于织物结构的有利点在于所述油具有两种接触点源的可能性。一种可能是在油和支撑底座的分界面中，另一种可能是与点源直接接触。
根据本发明实施方式，所述支撑底座包括呈能够连接到储油容器上的耦连装置形式的输送装置。所述耦连装置有利地由能螺纹连接到储油容器中对应部分的螺纹销构成。颗粒物过滤器可位于储油容器和耦连装置之间。然后，耦连装置耦连到颗粒物过滤器上。在此，储油容器是指用于容纳油的容器。所述储油容器能够是例如内燃发动机或者液压构造。这种设置的典型例子是油收集器，例如油盘，油从所述油收集器输送到使用油的能动部分。在使用中，所述油受污染并又被输送到油再生装置，油再生装置从油中至少分离出部分污染物。然后，油又被输送回到油收集器。
根据本发明的实施方式，所述耦连装置包括至少一个管道，并且管道延伸过油再生装置并设置成将油从储油容器输送到点源。在使用中，所述油再生装置安装成允许油在重力的作用下从管道移动到点源。
所述油再生装置能安装成使得在重力作用下油在支撑底座上对称地或非对称地分布。因此，所述油再生装置关于竖直线直立地安装或者倾斜地安装。所述管道能完全穿过耦连装置以使所述油克服重力而被输送经过耦连装置处的顶部部分，然后，油受重力作用并沿着耦连装置和支撑底座流动。
根据本发明的实施方式，所述支撑底座包括顶板构造，其中所述点源位于耦连装置的口部上方。所述油被喷洒到“顶板”中，也就是沿与重力相反的方向，其中在接触时所述污染物被瞬时加热，然后由于重力作用所述油被输送离开支撑底座。
根据有利的实施方式，所述管道在顶部部分之前分支成多个垂直于提供横向流动的所述管道的管道。
由于不用考虑专门的喷洒组件，所以横向流动使得油再生装置可具有更小的尺寸。另一个优点是横向流动降低了对重力的依赖性。
根据本发明的实施方式，所述耦连装置包括方形部分，所述方形部分包括两个管道，所述管道从一侧延伸到另一侧并在中间处交叉。这些管道与从储油容器引导油的管道交叉连接。这种设计提供了横向流动的可能性，具有上述的优点。此外，所述耦连装置包括线材，其从一侧到一侧穿过每个管道。所述线材随着油的流动振动并且防止油在管道内结块。
从设计的角度说，方形部分的优点是在制造过程中易于将所述支撑底座夹紧到耦连装置上。
根据本发明的实施方式，所述支撑底座由竖直构造构成，其中所述点源位于耦连装置的口部一侧的竖直壁上。油朝向竖直壁喷洒，也就是关于重力成90度，其中在接触时瞬时实现污染物的加热，因此在重力作用下，油沿着垂竖直壁被输送离开支撑底座。
根据本发明的实施方式，所述支撑底座是输送装置的一部分并且实现为使点源与油接触的、以可运动方式设置的支撑底座。在这种情况下，所述输送装置能由实现为圆筒支撑底座构成，所述点源附接到圆筒的包络面。在圆柱体在旋转时，所述圆筒的包络面的一部分，包络面片段浸入到油池中。所述油以油膜的形式被附接到包络面片段并且在油池外面的旋转期间进行期望的加热，此时所述污染物在蒸发阶段被除去并且油在包络面片段再次浸入油池中之前一直保留在包络面片段上。
在本发明的另一实施方式中，所述输送装置包括可动的支撑底座，所述支撑底座包括旋转板，油主要施加到板中心并在离心力作用下移动到板边缘。在朝向板边缘输送的过程中，所述油与点源接触并且蒸发掉污染物。
旋转系统的优点是油的分布不受重力作用限制。
根据本发明的实施方式，油再生装置包括气体和液体不能透过的外壳。所述外壳能够设置在支撑底座上方并且附接到支撑底座的外边缘，使得支撑底座连同外壳一起形成气-液密单元。外壳也能设计成围绕整个支撑底座并且在这种情况下能例如附接到耦连装置上。
所述外壳有利地包括能将所分离的污染物输送走的开口和能将剩余的净化油从油再生装置输送走的开口。所述外壳例如通过到低曲轴箱压力的连接而能承受次大气压。所述次大气压降低了污染物的蒸发温度，因此便于从油中分离污染物。所述次大气压还便于从油再生装置输送走气体污染物。
根据本发明的实施方式，所述油再生装置包括用于油的泵组。所述泵组有利地由耦连到油再生装置的机构内的油压运行。所述泵组由初级侧上通过机构的油压运行的一组齿轮构成，并且初级侧使将油泵送到油再生装置的次级侧运行。在内燃发动机的情况下，通过油压运行的泵组的优点是油再生装置不受发动机/曲轴箱的压力状态限制，以及因此能够增大外壳中的次大气压。
根据本发明的实施方式，可加热在次级侧上的齿轮从而预热所述油。
下面给出了能够连接本发明的油再生装置的内燃发动机的示例。
油盘中油量：30升
油再生装置中油的流量：6分升/分钟
圆筒的容积：9升
350马力
来自发动机的油温：约100℃
颗粒物过滤器中的温度损失：10℃
支撑底座具有直径为15厘米的表面并且点源的数量是20。然而，根据点源的尺寸，所述点源的数量可以更多或更少。
所述点源具有至少1平方厘米并且最大5平方厘米的尺寸。
取决于润滑油耐热性和停留时间，点源温度是140℃-220℃。
示例结束。
在内燃发动机中，流量在大约0.3升/分和大约0.8升/分之间变化。低流量0.3升/分在怠速时有效但并不是最优的流量，然而在当温度在停留时间期间在油的最大温度处保持为常量时，所述装置完全以低流量进行工作。
油再生装置能处理的最大和最小流量根据点源能量和停留时间而显著变化。因此本发明并不受上述的流量和温度的限制。
对于液压机构，大约为80℃的点源温度对于高达大约1.6升/分的流速来说是有效的。根据停留时间和液压油的性质和组成，其它温度和流速当然也是可能的。
附图说明
下面将结合多幅附图描述本发明，图中：
图1示出根据本发明实施方式的油再生装置的侧视截面图的说明性示意图；
图2示出根据图1中实施方式的油再生装置的俯视图的说明性示意图；并且图中
图3示出根据本发明实施方式的油再生装置的立体图的说明性示意图。
具体实施方式
图1示出根据本发明实施方式的油再生装置1的侧视截面图的说明性示意图。
为了能简单地描述本发明，图1中示出了包括X-方向、Y-方向和Z-方向的正交系。有时X-方向和Y-方向统称为横向。
油再生装置1包括支撑底座2、多个用于加热的点源3、耦连装置4和覆盖所述支撑底座的外壳5。在安装所述油再生装置1以使重力将油在支撑底座2上均匀分布时，将竖直方向视为Z-轴，水平面视为X-轴和Y-轴。
外壳5包括上面部分6和下面部分7以及连接上面部分6和下面部分7的中间部分8。所述外壳5包括在上面部分6中的开口9和下面部分7中的开口10。
耦连装置4包括方形部分11，所述方形部分11具有两个在X-方向和Y-方向上延伸的相对侧面12以及在Y-方向和Z-方向上延伸的相对侧面13。所述耦连装置4包括两个管道14、15，所述管道14、15分别在两个相对侧面12、13之间延伸并在中心处交叉。这些管道14、15在交叉处与管道16连接，管道16在Z方向上延伸并从储油容器18输送油17。在Z-方向上延伸的管道16包括在耦连装置4中。耦连装置4进一步包括两个线材19，其分别从一侧到一侧穿过每个横向延伸的管道14、15。所述线材在耦连装置4的外侧彼此连接。
图1示出，通过使外壳5顺着支撑底座2的形状形成，使油横向散布的设计可以使外壳尺寸5达到最小。
耦连装置4进一步包括在Z-方向上延伸的有螺纹的圆形部分20。所述方形部分11和圆形部分20通过凸缘21分开。所述支撑底座2通过支撑底座中的方形开口22附接到方形部分11上。在凸缘21和支撑底座2之间的是例如O型圈等衬垫29。
图1示出通过有螺纹的圆形部分20安装在滤油器24处的油再生装置1。滤油器24是用于除去选定尺寸的颗粒物的颗粒物过滤器。图1用实线箭头示出油17从储油容器18通过滤油器24、耦连装置4到支撑底座2的输送，并且最终通过下部开口10输出以输送回到储油容器18。在凸缘21和滤油器24之间是例如O型圈等衬垫29。
所述点源3附接到支撑底座的下侧而不和油17直接接触。所述支撑底座2是导热性的，这意味着点源3在支撑底座的上侧产生点加热源。
图1用虚线箭头示出蒸发污染物从点源3到上面部分6中的开口9的传输。
图1示出了与将油17输送到滤油器24的泵组25相应的两个齿轮。
图2示出根据图1中实施方式的油再生装置1的俯视图的说明性示意图。图2示出支撑底座由包括多个点加热源3的碟状圆板构成。所述外壳5具有与支撑底座2相应的几何设计。
图3示出根据本发明实施方式的油再生装置的立体图的说明性示意图。
图3示出支撑底座2是可动的并且其被设置成使点源3接触油17。支撑底座2实现为圆筒，所述点源3附接到圆筒的包络面26。在所述圆筒旋转的同时，包络面26的一部分，即包络面片段27被浸入油池28中。所述油17以油膜的形式粘附到包络面片段27并且在油池外面的旋转期间进行所期望的加热，此时所述污染物在蒸发阶段被蒸发掉，并且油17在包络面片段27再次浸入油池28中之前一直保留在包络面片段27上。如图1所示，用实线箭头表示油17输送，用虚线箭头表示蒸发的污染物的输送。
Claims (14)
1.一种油再生装置(1)，其包括热源(3)，其中所述油再生装置(1)包括输送装置(4，25，26)，所述输送装置(4，25，26)设置用来使含有呈液体形式污染物的油(17)与所述热源(3)接触，其特征在于：所述热源(3)包括至少一个具有预定温度的点源(3)，所述预定温度在点源(3)和所述油(17)之间的界面处对应于最大容许油温。
2.如权利要求1所述的油再生装置(1)，其特征在于：所述热源包括至少两个点源(3)。
3.如权利要求1或2所述的油再生装置(1)，其特征在于：所述温度是常量。
4.如前述权利要求中任一项所述的油再生装置(1)，其特征在于：所述输送装置(1)包括带有所述热源(3)的支撑底座(2)。
5.如权利要求4所述的油再生装置(1)，其特征在于：所述支撑底座(2)是导热性的；并且所述界面由所述支撑底座(2)和所述油(17)之间的接触表面构成。
6.如权利要求4或5所述的油再生装置(1)，其特征在于：所述支撑底座(2)包括基本呈圆锥形和/或凸形的单元，和/或阶梯形的单元。
7.如权利要求4-6中任一项所述的油再生装置(1)，其特征在于：所述支撑底座(2)包括能够连接到储油容器(18)的耦连装置(4)。
8.如权利要求7所述的油再生装置(1)，其特征在于：所述耦连装置(4)设计有至少一个管道(16)，并且所述管道(16)被设置成从所述储油容器(18)向所述点源(3)输送油，所述管道(16)至少部分地穿过耦连装置(4)延伸。
9.如权利要求4-5中任一项所述的油再生装置(1)，其特征在于：所述输送装置包括能够运动的支撑底座(2)，所述支撑底座(2)被设置用来使所述点源(3)与所述油(17)接触。
10.如前述权利要求中任一项所述的油再生装置(1)，其特征在于：所述点源(3)实现为半导体。
11.如前述权利要求中任一项所述的油再生装置(1)，其特征在于：所述点源(3)的最大尺寸是5平方厘米。
12.一种用于再生含有液体形式污染物的油(17)的方法，其中使所述油(17)与由至少一个点源(3)构成的热源(3)接触，并且使所述点源(3)达到预定温度，所述预定温度在所述点源(3)和所述油(17)之间界面处对应于最大容许油温。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：使所述油(17)与至少两个点源(3)接触。
14.如权利要求12或13所述的方法，其特征在于：使所述热源(3)具有恒定温度。
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