CN1039701C - 用于净化流体如水、含水液体和液体燃料的固体材料体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通过直接接触，使水、含水流体和液体燃料等流体体得以净化用的固体材料体，它由一种金属合金构成，所述金属合金的组成如下：占合金总重量50～60%的铜，20～28%的锌，0.5～8%镍，0.005～2.5%的铝，7～15%的锰和1.3～4.5%的锡。
Description
本发明涉及一种用于净化流体，如水、含水液体和液体燃料的固体材料，尤其涉及一种用于处理如水、汽油和柴油等流体的固体材料体，它由一种金属合金构成，所述金属合金的组成如下：占合金总重量50～60％的铜，20～28％的锌，0.5～8％镍，0.005～2.5％的铝，7～15％的锰和1.3～4.5％的锡。用此固体材料体可达到除去溶解或悬浮于含水液体中的杂质以及改善内燃机用的液体燃料的燃烧特性的目的。
以前为了从水或含水液体中除去杂质以及改善燃料的燃烧特性曾提出过几种方法，但是这些方法都是采用两种彼此独立的途径来进行的，就本申请人所知，至现在为止，还没有人以用一种方法解决这两个问题为目标，对这两个相互独立的问题联系起来进行解决。
因此，在水和含水液体的处理中，为了去除不希望有的盐份曾设计过许多处理方法和设备，如：过滤装置、超滤设备、反渗透设备等等，它们要么是效果不佳，要么就是非常昂贵。因此，较为能够被接受的方法是利用某些化合物对水进行处理，这些化合物能够将不希望有的金属盐转化为其它不使水产生硬度的危害性较少的盐类，或者用离子交换物质，如沸石处理水，也可以产生类似的结果。
在燃料处理方面，过去也曾作过许多努力，来改善燃料的燃烧特性。上述的努力包括当燃料流向燃烧室的途中，对其横向施加电场或磁场的处理方法，已知的方法中还包括使用一种合金与液体燃料相接触，以改进燃料的特性。然而，在这些处理方法使用的合金中，需要掺杂贵重金属，如银，因此由上述合金制造出的设备可能比较昂贵，而且这些费用不能从相当小的改进中得到补偿。
申请人也注意到了用来降低水中硬度和腐蚀性有许多不同类型的处理设备，这些设备都是使用用含铅合金制造出来的接触元件。然而，由于上述金属具有众所周知的污染毒性，所有这些含铅合金都有一个严重的问题。
上述为降低硬度和腐蚀性的诸多不同类型的水处理设备中可以例举出一种法国文献FR-2,184,632所述的设备。该文献提出的金属合金组合物按重量％计，含有50铜，15镍、5锡、20锌和10铅。虽然，该文献中提到上述元素中有一些可以删除，而另外一些元素，如Pb、Sn、Fe、Sb和S可以加到该金属合金组合物中，但是，该文献却从来没有像本发明那样清楚地阐明，为了使水和内燃机用的燃料特性得到改善，必须加入那些元素及其加入量。也就是说，FR-2,186,632从未指出或建议：上述元素中具体有哪些元素必须加入，其加入量各为多少。
FR-2,184,632的组合物是基于使用了相当大百分含量的铅。众所周知，金属铅具有毒性，会严重损害人体健康。而本发明的金属合金组合物基本上由铜、锌、镍、锡，以及其它元素，例如铝和镁所组成的。然而，FR-2,184,632的合金固体材料中却不包含铝和镁等其它元素。
本发明的一个目的是提供一种净化流体用的，由固体合金材料构成的固体材料体，所述固体材料体能够使上述流体处理中存在的问题得到最佳解决。
本发明的另一个目的是提供一种净化水和含水液体用的固体材料体，它能够降低水和含水液体的硬度，同时还能消除在输送管道中的结垢、生锈和腐蚀问题。
本发明的另一个目的是提供一种净化液体燃料用的固体材料体，它能够改善液体燃料的纯度和燃烧特性，由此减少了烃类和CO这类污染气体的排放。
本发明包括一种净化流体如水、含水液体和液体燃料用的固体材料体，其特征在于：所用的固体材料是一种金属合金，该合金中含有占合金总重量50～60％的铜，20～28％的锌，0.5～8％的镍，0.005～2.5％的铝，7～15％的锰和1.3～4.5％的锡。
当水或含水液体从一个中空的长形腔室中流过时，会与放置在室内的本发明的长形合金体相接触，这样就会使水或含水液体得到净化，从室中流出的水和含水液体中的硬度就会被降低，从而使上述流体流经的管道或盛放它们的容器不产生有害的水垢，也不会生锈和腐蚀。这是通过使盐类、水锈和产生水垢的物质悬浮在水或含水流体中，因而避免了这些物质与容纳它们的系统发生反应。
在游泳池、水池、水箱等等中，通过使水与本发明的合金进行接触就可以使水得到净化处理，从而使氯的用量减少70～80％，同时降低了氯的气味，对眼睛的刺激和水的硬度，也避免了水在通过的管路、泵和过滤器时生成水锈和水垢。
在另一方面，上述处理提高了含水流体或水的PH值，从而增强了氯的处理效果，并避免了水发生混浊。
另一方面，当内燃机使用的液体燃料流经一个长形的中空室，并与本发明的长形的合金体相接触时，就使液体燃料得到了净化，同时改善了燃料的燃烧特性，并可使排放的污染物减少大约65～75％。由此降低了发动机的维修费用，使火花塞较干净，减少了调节问题，从而改善了喷油嘴的工作性能和寿命，消除了由于低辛烷汽油产生的震动作用，从而节省了燃料，由于减少了烃和CO的排放，而降低了污染，同时也延长了发动机的寿命。
本发明的净化水、含水流体和液体燃料等流体的方法包括以下步骤：使所述的流体通过一中空的长形腔室，并使所述的流体与放置在上述室中的一长形固体材料相接触，然后从室中排出净化后的流体，所述的固体材料是用合金制成的，该合金中含有占合金总重量大约50～60％的铜，大约20～28％的锌，大约0.5～8％的镍，大约0.005～2.5％的铝，大约7～15％的锰和大约1.3～4.5％的锡。
本发明的处理室有一个接收待处理的流体的入口，和一个排出净化后流体的出口，也可以很方便地把上述净化室插入水中，或含水流体和液体燃料的管线中，最好尽可能地靠近水、含水流体或液体燃料等流体的输入源。
例如：对于蒸汽发生器，要在输入管线中对进水进行净化处理，对于锅炉，最好在进水管路中对进水进行净化处理，对于冷却塔，它的进水处理与锅炉的进水处理相同，而对于汽车，则燃料的净化处理最好在燃料箱与汽化器之间进行，而且最好在靠近燃料箱的地方进行。
位于室中的固体材料最好是一个长形棒， 从室的入口到室的出口都具有与流体相接触的表面。
本发明还包括一种制造上述固体材料的合金，以重量计算，合金中含有大约50～60％的铜；大约20～28％的锌；大约0.5～8％的镍；大约0. 005～2.5％的铝；大约7～15％的锰和大约1.3～4.5％的锡。
以重量计算，本发明的合金最好含有大约52～56％的铜；大约23～27％的锌；大约3～7％的镍；大约0.25～1.5％的铝；大约9～13％的锰和大约2～5％的锡，上述所有百分比都是基于合金的总重量计算的。
下面将通过实施例，更清楚地理解本发明，所给出的实施例仅仅是对本发明的说明，而不是对本发明的限制。
实施例1
在大约1900～2200°F的温度下，在一合适的容器中，将5.5公斤的铜，300克的锡，1.1公斤的锰和100克的铝共同加热，至形成熔融体。然后将容器加热至2700～2800°F的温度，并在熔融体中加入500克镍，随后再将容器加热到3200～3400°F的温度，并在熔融体中加入2.5公斤的锌，在至少5分钟后，将熔融体注入一铸模中，使其固化成一个长形的棒。
待长形的棒冷却后，将其装入一个圆筒形的壳中，该圆筒壳有一个流体入口，另一端是流体出口，用一电绝缘衬套将上述组装成的流体处理装置包起来，使其成为电绝缘体，并将其安装在流体泵与内燃机之间的流体管路中，该内燃机是1987马自达(Mazda)626型汽车的内燃机，它没有催化转化器，但却有排出气体的循环装置，按照下面的实施例对该处理装置进行测试。
实施例2
以10～55哩/小时(MPH)的车速对实施例1中所描述的汽车进行平均道路测试，首先对没有安装本发明的流体处理装置的汽车进行测试，然后对装有如实施例1中所描述的流体处理装置的汽车进行测试。
对汽车排出的气体进行分析，上述两种测试结果如下所示：
没有流体 有处理装置 百分比变化
处理装置CO测试 8.08 6.78 -16.10％CO2测试 232.33 205.83 -11.41％总烃类 0.77 0.62 -19.28％NOx 4.18 3.92 -6.34％燃料消耗 10.50 9.27 -11.74％
实施例3
对汽车进行类似于实施例2所进行的测试，但是要在车速是平均20.3公里/小时(KPH)的城市公路速度下进行。
排放废气的测试结果如下所示：
没有流体 有处理装置 百分比变化
处理装置CO测试 21.66 17.13 -20.91％CO2测试 333.20 264.90 -20.50％总烃类 1.52 1.09 -28.29％NOx 5.78 4.49 -22.32％燃料消耗 15.78 12.52 -20.66％
实施例4
在平均40.2公里/小时(KPH)的市郊公路速度下，对上述汽车中的如实施例1中所述的处理装置进行测试，上述汽车排放气体的测试结果如下所示：
没有流体 有处理装置 百分比变化
处理装置CO测试 5.76 5.20 -9.72％CO2测试 212.10 207.20 -2.31％总烃类 0.72 0.68 -5.56％NOx 4.17 4.23 -1.44％燃料消耗 9.48 9.23 -2.64％
实施例5
在汽车以平均59.7公里/小时(KPH)的乡村公路速度行驶时，对如实施例1所述的本发明的装置进行测试，其结果如下：
没有流体 有处理装置 百分比变化
处理装置CO测试 3.89 3.69 -5.14％CO2测试 188.20 181.40 -3.61％总烃类 0.57 0.48 -15.79％NOx 3.48 3.94 13.22％燃料消耗 8.32 8.01 -3.73％
实施例6
当汽车以平均90.3公里/小时(KPH)的高速公路速度行驶时，对如实施例1中所述的处理装置进行测试，其结果如下：
没有流体 有处理装置 百分比变化
处理装置CO测试 0.99 1.08 0.09％CO2测试 195.80 169.80 -13.28％总烃类 0.25 0.22 -12.00％NOx 3.29 3.00 -8.81％燃料消耗 8.41 7.30 -13.20％
从上述的结果可以看到，本发明的流体处理装置可以大大降低所测汽车排放尾气中的污染气体含量，也使汽车的燃料消耗显著降低，尤其是在高速和低速行驶时，当汽车在高速行驶时燃料的节约略少一些。
实施例7
一种类似于实施例1中处理燃料的水处理装置，它是由含有下述比例的合金制成的：23％的锌、4％的镍，1％的铝、10％的锰、3％的锡和59％的铜。
将这样得到的水处理装置安装在以下实施例中所要描述的各种设备的进水管线下，并分析其处理水的效果。
实施例8
把实施例7中所述的装置安装在一个锅炉系统的进水管线中，要想使锅炉系统保持在最佳运行条件下运行，还面临一些非常严重的问题，如水的硬度，碱度和总固体，它们被定在很高或很低的值，而且水处理用品的消耗过高。在安装了如实施例7所述的水处理装置以后，上述参数得到了改进，即在安装了这种水处理装置后，现在的锅炉已经容易控制水了。
分别分析在上述锅炉系统中安装了水处理装置前后的水样，水质各种参数的分析结果如下：参数 处理前 处理后硬度 4.0 0.0PH 11.0 10.5固体 3360.0 3000.0碱度F 245.0 357.0碱度M 382.0 330.0氯化物 78.0 23.0碳酸盐 252.0 412.0碳酸氢盐 0.0 0.0硫酸盐 321.0 156.7氢氧化物 65.3 57.0亚硫酸盐 20.0 10.0磷酸盐 30.0 20.0
上表清楚地表明，那些被认为是对设备有害参数是如何被降低的，而且还必须指出，水处理反应物的加入量比以前锅炉中的常规用量(dosification)减少了。
实施例9
给一饭店里的两个相同的游泳池中的一个安装上如实施例7中所述的水处理装置，以便对该装置的效果进行比较。
对装有处理装置的游泳池进行连续的常规氯气处理，对比的游泳池也进行同样的处理，所得的结果如下所示：
无处理装置的池中的余氯： 3.0ppm初始
有处理装置的池中的余氯： 3.0ppm初始
加氯5小时以后
无处理装置的池中的余氯： 0.0ppm
有处理装置的池中的余氯： 2.0ppm此时对对比游泳池进行氯气处理，另一池不进行氯气处理，得到下述结果：
无处理装置的池中的余氯： 3.0ppm
有处理装置的池中的余氯： 2.0ppm
5小时以后：
无处理装置的池中的余氯： 0.3ppm
有处理装置的池中的余氯： 0.6ppm
从上述结果中可以看到，本发明的水处理装置可以使余氯维持较长的(几乎两倍之久)与水接触时间，而且在相同的时间内，使用一半的剂量就可以得到更高的氯浓度。
当两个游泳池保持相同的氯浓度(3.0ppm)时，对水进行了细菌学分析，得到的结果如下：
菌落数/100毫升，无处理装置的水池 54
菌落数/100毫升，有处理装置的水池 4
气杆菌属/100毫升，无处理装置的水池 17
气杆菌属/100毫升，有处理装置的水池 0
大肠杆菌/100毫升，两个池中的测试都是阴性的
大肠产气杆菌/100毫升，
无处理装置的水池 5
有处理装置的水池 0
当一天结束时，两个水池都含有很少的余氯，其结果如下：
菌落/100毫升，无处理装置的水池 76
菌落/100毫升，有处理装置的水池 2
气杆菌属/100毫升，无处理装置的水池 33
气杆菌属/100毫升，有处理装置的水池 7
有和没有处理装置的水池中大肠杆菌都是阴性的
大肠产气杆菌/100毫升，
有处理装置的水池 9
没有处理装置的水池 38
从上述结果可以看到，无论是有氯还是没有氯，本发明的水处理装置的杀菌效果都是明显的，这是由于对于净化水来说，它的效力比仅仅使用氯的效力要高，而且，即使当水中不再有氯时，其残留的效力也能保持很长的时间。
实施例10
将实施例7中所述的水处理装置安装在家庭用水的管线中，以处理自来水，分析处理前和处理后的水样，得到的结果如下：取样说明 mg/l(ppm)自来水钙 8.8镁 28.1碳酸氢盐 30.6PH 8.85单位处理后的水钙 45.1镁 21.3碳酸氢盐 18.0pH 8.56单位
实施例11
使接收到的黑水穿过如实施例7所述的水处理装置进行处理，然后从Grand Cayman岛返回美国，所述黑水在处理前和处理后的分析结果如下(处理时使水三次通过处理装置)：
处理后 处理前
(3次通过)比重 1.0027 1.0029pH 8.3 8.7导电率，微欧姆/厘米 7200 7300二氧化硅，SiO2，毫克/升 0.69 0.20铝，Al，毫克/升 小于0.05 小于0.05钙，Ca，毫克/升 148 180镁，Mg，毫克/升 195 212钠，Na，毫克/升 1280 1280钾，K，毫克/升 49.8 49.9碳酸盐，CO3毫克/升 28.8 57.6碳酸氢盐，HCO3毫克/升 464 474硫酸盐，SO4，毫克/升 57 67氯化物，Cl，毫克/升 2500 2500氟化物，F，毫克/升 0.42 0.53硝酸盐，NO3，毫克/升 20.2 23.8以CaCO3计算的P-碱度，毫克/升， 48 96以CaCO3计算的T-碱度，毫克/升， 380 388以CaCO3计算的总硬度，毫克/升， 1170 1320总溶解固体，毫克/升 4515 4665总悬浮固体，毫克/升 40 1000
Claims (2)
1.一种通过直接接触，使水、含水流体和液体燃料得以净化的固体材料体，它由一种金属合金构成，所述金属合金的组成如下：占合金总重量50～60％的铜，20～28％的锌，0.5～8％的镍，0.005～2.5％的铝，7～15％的锰和1.3～4.5％的锡。
2.根据权利要求1所述的固体材料体，其中所述合金中含有占合金总重量52～57％的铜，23～27％的锌，3～7％的镍，0.25～1.5％的铝，9～15％的锰和2～4％的锡。
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