CN113242754A - 用于燃料箱排放和精制的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于燃料箱和其它容器的液相分离的系统和方法。具体地，本公开的各方面涉及背压调节器以及在背压调节器的上游和第一管道的下游的疏水膜，该背压调节器构造成当背压调节器上游的混合物压力超过预定设定点时打开。预定设定点可至少由疏水膜的泡点压力确定。附加地，背压调节器可流体连接于第一管道并且在第一管道的下游，并且可流体连接于至少一个泵，该泵可操作地连接于第一管道并且在第一管道的上游，并且疏水膜可流体连接于第二管道并且在第二管道的上游。背压调节器可流体连接于第三管道并且在第三管道的上游，并且第三管道可在第一管道的下游。

Description

用于燃料箱排放和精制的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及液相分离领域，更具体地涉及用于燃料箱和其它容器的液相分离系统和方法。
背景技术
液态烃燃料中的水的存在导致了几个问题。在低温下，水可能结冰并堵塞燃料供应管线。水可能腐蚀金属部件。在高压共轨燃料递送系统中，水可能导致磨蚀和磨损。当存在游离水时，可能会发生微生物生长，从而堵塞燃料过滤器并产生酸性条件，这种酸性条件腐蚀金属部件并削弱位于燃料箱内部的泵和燃料表中的电气连接。
燃料中的水污染可能以3种形式发生。游离水是大量的水，其由于密度较大而聚集并沉淀在燃料箱、燃料过滤器壳体和燃料供应管线的底部。乳化水是悬浮在大量燃料中的小水滴，因为燃料和水不混溶，除非水滴足够大或有足够的时间，否则可能不会沉淀到包含燃料的容器底部。溶解水是大量燃料中存在的分子水，其可高达燃料的溶解度极限。
燃料通过多种途径被水污染。水可能通过填充端口和排出口进入箱。箱内的冷凝水会以游离水的形式积聚。当温度冷却时，溶解水会从溶液中析出并沉淀到低点，在那里它以自由水的形式汇集，当温度升高时，这种自由水不回到溶液中。
存在用于去除燃料中的水污染物的几种常用的方法。沉降利用重力和时间，以允许游离和乳化的水聚集在包含燃料的容器底部，在底部可以将这些水排出。离心机是耗资的机械复杂系统，它通过转动燃料来加速沉降，使得水通过离心力运动到外部，在那里它以自由水的形式收集并可以分离出来。聚结器通常使用非织造亲水过滤介质来增大乳化液滴的尺寸，使其大到足以沉降到过滤壳体的底部。阻隔分离器使用疏水过滤介质来阻挡游离水和乳化水，使得液滴沉降到过滤壳体底部。吸附剂从燃料流中去除水，直到吸附剂变得饱和。
在所有使用液态碳氢燃料的产业和应用场合中，燃料的储存和从燃料中去除燃料所带来的水污染物可能在燃料容器底部形成自由水的聚集，必须定期排放。无论是车载式还是固定式，燃料储存箱、燃料过滤壳体和燃料供应管线都有可能在低点处积聚游离水。
从燃料系统的低点去除游离水通常有两种方法，排放和精制(polishing，精处理/修饰)。在排放时，位于燃料容器底部处的端口打开，从而允许水流出容器，直到完全离开，然后关闭该端口。可以使用电子或浮子传感器和电子激活的关闭阀手动或自动完成排放。在精制时，燃料容器的内容物通过包含精制过滤器的外部泵系统再循环，该过滤器从主容器中去除水并将其收集在副容器中或吸附剂中。
手动排放有3个缺陷。由于评估排放的液体是燃料还是水的正常方法是目视检查，并且由于这些液体可能具有相似的外观，因此难以知道水何时已完全排放，从而可能导致一些水留在容器中，或者一些燃料被不必要地排放。由于需要不断检查流出物以确定它是水还是燃料，该过程可能是费劳力的。此外，流出物是无法使用的废物，因此流出物中存在的任何燃料都是损失。添加自动化可以解决这些问题，但会增加购买和安装传感器和阀的成本以及持续的维护和校准的成本。此外，电子传感器监测诸如浊度、电导率或电容等替代属性，并且容易受到电噪声或电流泄漏的干扰，这可能使它们成为不可靠的指示器。对于精制系统也存在类似的缺点。
遭受这些缺陷的应用场合的一示例是从飞行器燃料箱底部进行的水的常规排放。正常程序是从飞机燃料箱底部手动排放1-4升液体，通常每周一次。在某些情况下，操作者从每个燃料箱中排放1-4升，并且不检查已排放的是水还是燃料。在其它情况下，操作者从每个燃料箱中排放1-4升，然后通过添加食用色素来检查它是水还是燃料。如果排放的液体是水，则排放额外的液体，直到达到燃料。在所有情况下，已排放的液体都作为废物丢弃，没有回收任何燃料的规定。据估计，全球有超过20000架商用喷气式飞机在运营，其中大多数有至少3个燃料箱，通常每周一次排放至少1-4升。
具有与箱排放相关的未满足的需求的另一个应用场合示例是用于向机场的飞机递送燃料的加油卡车上的燃料过滤器壳体。当使用阻水过滤器代替吸附过滤器时，水收集在这些壳体的底部处。这些壳体具有排放端口，但不设计为易于排放，因为它们旨在与将会保持水的吸附剂一起使用。这些壳体通常每天进行排放，但只能目视检查排放的液体是水还是燃料。需要一种易于排放这些壳体的方法，以便能够使用阻水过滤器代替吸附过滤器。
因此，仍然需要改进燃料箱排放和精制。通过阅读以下公开内容，本领域技术人员将清楚本发明的特性和优点。
发明内容
所覆盖的实施例由权利要求而不是本发明内容来限定。本发明内容是各个方面的高级概述，并且介绍了在以下详细描述部分中进一步描述的一些概念。本发明内容并非旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不是旨在孤立地用于确定所要求保护的主题的范围。应参照整个说明书合适的部分、任何或所有附图和每项权利要求来理解主题。
本公开的示例性实施例涉及一种包括背压调节器的组件。背压调节器构造成当背压调节器上游的混合物的压力超过预定设定点时打开。该组件还包括位于背压调节器上游和第一管道下游的疏水膜，其中，混合物包括有机相液体和水相，并且其中，预定设定点至少由疏水膜的泡点压力确定。背压调节器构造成流体连接于第一管道并在第一管道的下游，并且与至少一个泵流体连接，该泵可操作地连接于第一管道并位于第一管道的上游。疏水膜构造成流体连接于第二管道并在第二管道的上游。第二管道构造成在疏水膜的下游输送有机相液体。背压调节器构造成流体连接于第三管道并且在第三管道的上游，并且第三管道构造成在第一管道的下游。第三管道构造成在背压调节器的下游输送水。
在一实施例中，预定设定点由疏水膜的泡点压力和疏水膜的气流(气流量)的组合确定。
在一实施例中，疏水膜的确定气流(气流量)在0.92弗雷泽(Frazier)至40弗雷泽之间。
在一实施例中，疏水膜的确定泡点压力在20.9psi(磅力/平方英寸)至500psi之间。
在一实施例中，第二管道流体连接于清洁燃料收集容器。
在一实施例中，第二管道流体连接于用于混合物的容器，由此被过滤的燃料返回到容器。
在一实施例中，容器选自燃料箱、燃料过滤器壳体和燃料供应系统。
在一实施例中，有机相液体选自燃料、生物燃料和绝缘油。
在一实施例中，背压调节装置包括止回阀。
在一实施例中，背压调节装置包括隔膜阀。
在一实施例中，膜由聚四氟乙烯(PTFE)形成。
在一实施例中，膜由ePTFE形成。
在一实施例中，背压调节器集成到箱、泵或壳体中的一个中。
在一实施例中，水相是不溶解的水。
本公开的另一示例性实施例涉及一种包括容器的系统，该容器构造成接纳包括有机相液体和水相的混合物。该系统还包括将容器流体连接至疏水膜的第一管道。该系统还包括至少一个泵，该泵可操作地连接于第一管道的上游。至少一个泵构造成通过第一管道将混合物从容器输送至疏水膜。该系统还包括流体连接于疏水膜并位于疏水膜的下游的第二管道。该系统还包括在第一管道的下游和疏水膜的上游的第三管道。该系统还包括背压调节器，该背压调节器与第三管道流体连接并位于该第三管道的上游，并且流体连接于该第一管道并位于该第一管道的下游。背压调节器构造成当背压调节器上游的混合物的压力超过至少由疏水膜的泡点压力确定的预定设定点时打开。
在一实施例中，预定设定点由疏水膜的泡点压力和疏水膜的气流(气流量)的组合确定。
在一实施例中，疏水膜的确定气流(气流量)在0.92弗雷泽至40弗雷泽之间。
在一实施例中，疏水膜的确定泡点压力在20.9磅/平方英寸至500磅/平方英寸之间。
本公开的另一示例性实施例涉及一种用于排放包含混合物的容器的方法，该混合物包括有机相液体和水相。该方法包括将混合物输送至过滤器壳体，该过滤器壳体包含背压调节器和位于背压调节器上游的疏水膜。该方法还包括当混合物的压力达到预定设定点时打开位于疏水膜下游的背压调节器。该方法还包括将水相远离疏水膜输送并通过背压调节器，由此将水相与有机相液体分离。该方法还包括将有机相液体输送通过疏水膜并从过滤器壳体下游。该方法还包括收集位于过滤器壳体下游的有机相液体。
在一实施例中，收集步骤包括将有机相液体输送至清洁的燃料收集容器。
在一实施例中，收集步骤包括将有机相液体输送回容器。
在一实施例中，背压调节器的预定设定点至少由疏水膜的泡点压力确定。
在一实施例中，预定设定点由疏水膜的泡点压力和疏水膜的气流(气流量)的组合确定。
附图说明
包括附图以提供对本公开的进一步理解并且附图被纳入并构成本说明书的一部分以说明实施例。附图与说明书一起用于解释本公开的原理。本文中参考的附图不一定是按比例绘制，而有可能放大以说明本公开的各个方面，并且就此而言，附图不应理解为限制性的。
图1是根据本文公开的实施例的燃料箱排放和精制系统的示意图。
图2是如在各示例中讨论的燃料箱排放和精制系统的示意图。
图3是如在各示例中所讨论的各种燃料流速下疏水膜的水污染性能数据图。
图4是如在各示例中所讨论的各种压差水平下疏水膜的水污染性能数据图。
图5是如在各示例中所讨论的在几个泡点下的对于在各种压差水平下的疏水膜的水污染图。
图6是如在各示例中所讨论的在不同燃料渗透率下的疏水膜的弗雷泽气流数据图。
图7是如在各示例中所讨论的在各种泡点下的疏水膜的弗雷泽气流数据图。
具体实施方式
本领域的技术人员将容易理解，本公开的多个方面可通过任何数量的方法和构造为执行预期功能的设备来实现。还应注意的是，文中参考的附图并非都按比例绘制，而是可扩大以示出本申请的各个方面，且在这方面，附图不应被解释为是限制性的。
如下文详细讨论的，本公开的燃料箱排放和/或精制系统、组件和方法完全(或几乎完全)从燃料箱(或燃料过滤器壳体、燃料供应系统或其它包含燃料的容器/系统)的底部排放水，而不浪费燃料，在完成除水时提供积极(正面)的指示，安装操作和维护简单且成本低廉，并且不易受到电气故障。
本文公开了一种燃料箱排放和/或精制系统和组件，该系统和组件采用了疏水膜和当水流被这种膜阻挡时建立的压力。该系统有助于比重力沉降更快地从燃料中完全或接近完全去除水，并且聚结器不可能发生破裂风险，并且燃料浪费最少且操作者参与最少。该系统可以用于燃料箱排放或精制。
本文还公开了一种过滤器壳体，该壳体包括排放/精制系统的一个或多个部件，如下文进一步讨论的。
本文公开的排放/精制系统、组件和过滤器壳体容纳疏水膜或由疏水膜制成的过滤部，以及起到背压调节器作用的减压阀，比如例如弹簧加载的球止回阀或隔膜阀。
在一些实施例中，系统/组件与燃料容器分开。在其它实施例中，系统/组件被容纳到燃料容器中。
通过泵送或泵送/重力组合在系统或组件中产生压力。在一些实施例中，泵是排放/精制系统或组件的一部分。泵可以是能够提供足够压力以启动减压阀的任何流体兼容的泵。这种泵的一种示例是来自大平原工业公司(Great Plains Industries(GPI))的GP8便携式12伏燃料输送泵(部件号147000-01，8加仑/分钟(gpm)流速，10psi工作压力)。在其它实施例中，泵送压力由燃料供应系统提供。
疏水膜可由适合满足系统或组件的流速(流量)和燃料质量需要的任何孔径的任何疏水材料制成，如下文进一步讨论的。
本文公开的系统、组件和过滤器壳体包括减压阀(例如，背压调节器)，当来自容器(例如燃料箱)的混合物或溶液在阀/调节器上游建立管线压力时，减压阀用于打开和关闭水相的流动，从而允许去除水，然后当管线压力由于燃料渗透通过疏水膜而降低时关闭。
本公开的系统、组件和过滤器壳体的示例性实施例在图1中示出。系统10包括容器12，比如例如燃料箱、燃料过滤器壳体或燃料供应系统。容器12包含混合物14，该混合物包括不溶解的水和有机相液体，比如燃料、生物燃料或绝缘油。燃料的示例包括但不限于JetA、Jet A1、JP8、任何符合ASTM D1655或ASTM D7566、ASTM D975、ASTM D6751的烃燃料。
在图1所示的实施例中，容器12包含混合物14，该混合物包括不溶解的水和有机相液体。容器12包括排放端口16。第一管道或入口管线18从容器排放端口16延伸，并且泵20可操作地连接于第一管道18。第一管道18在其入口24处流体连接至过滤器壳体22。泵20将混合物14通过第一管道18输送至过滤器壳体22的入口24。在其它实施例中，可采用多于一个泵。
过滤器壳体22包含疏水膜26，该疏水膜阻挡水流但允许燃料通过其进入第二管道或出口管线28，该第二管道或出口管线28从疏水膜26的下游从过滤器壳体22延伸出。在一些实施例中，第二管道28流体连接于清洁燃料接纳容器(未示出)。在一些实施例中，第二管道28流体连接于容器12，使得过滤后的燃料返回到容器12。
在一些实施例中，疏水膜26是聚四氟乙烯(PTFE)膜。在一些实施例中，疏水膜26是膨胀型PTFE(ePTFE)膜。合适的ePTFE膜包括通过美国专利第7306729号和第4902423号中描述的方法生产的那些以及美国专利第9480953号或美国专利申请第2013/0092639A1号中描述和/或使用的ePTFE膜，它们的全部内容以参见的方式纳入本文。
在一些实施例中，疏水膜26具有超过20.9psi(磅/平方英寸)至500psi的泡点。在一实施例中，聚合物膜具有40psi至400psi之间的泡点。在另一实施例中，泡点压力在50psi至300psi之间。在另一实施例中，泡点压力在60psi至200psi之间。在另一实施例中，泡点压力在100至150psi之间。在另一实施例中，泡点压力在200至300psi之间。在另一实施例中，泡点压力在300至450psi之间。在一些实施例中，疏水膜26具有大于0.92弗雷泽(Frazier)至高达40弗雷泽的气流。在一实施例中，疏水膜26具有5至35弗雷泽之间的气流。在另一实施例中，气流在10至30弗雷泽之间。在另一实施例中，气流在15至25弗雷泽之间。在另一实施例中，气流在20至30弗雷泽之间。疏水膜26的这些特性在以下示例中进一步讨论。
系统10还包括在疏水膜26的上游和第一管道18的下游的第三管道或排出端口30。过滤器壳体22还包含背压调节器32，该背压调节器流体连接于第三管道30且位于其上游。如图1所示，第三管道30和背压调节器32定位在过滤器壳体入口24与疏水膜26之间。在一些实施例中，流体管道30通向废水接纳部(未示出)。如下文进一步讨论的，第一管道18与第三管道30之间的压差打开背压调节器32。
背压调节器32包括减压阀。在一些实施例中，如图1所示，背压调节器32包括止回阀，比如例如球和弹簧组件。例如，背压调节器可以是来自爱默生公司(Emerson)的FisherMR98系列背压调节器，部件号为MR98L(2-38psi设定点)。在其它实施例中，背压调节器32包括隔膜阀。例如，背压调节器可以是来自Equilibar的GSD2通用背压调节器(0-10psi设定点)。背压调节器32构造成当第一管道18与第三管道30之间的压差超过例如5psi至150psi之间的预定设定点时打开。在一些实施例中，该压差由泵20和背压调节器32产生。具体地，在一示例中，泵20的速度和背压调节器32的压力设定成使得在第一管道18与第三管道30之间产生足够的压力以打开背压调节器32。在又一实施例中，因为压差在上述范围内，所以不需要泵。相反地，第一管道18与第三管道30之间的足够压力可由许多其它因素产生，比如但不限于容器12相对于背压调节器32的高度、第一管道18和第三管道30的直径以及混合物的流速14。
现在将描述示例性系统10的运行。在一些实施例中，泵20的速度和背压调节器32的压力设定成使得当第一管道18和过滤器壳体入口24填充有水16时，存在足够的压力(例如，在第一管道18与第三管道30之间)以打开背压调节器32。如上所述，背压调节器构造成当第一管道18与第三管道30之间的系统压力超过例如5psi至150psi之间的预定设定点时打开。在一实施例中，预定设定点在10至125psi之间。在另一实施例中，预定设定点在20至100psi之间。在另一实施例中，预定设定点在30至75psi之间。在另一实施例中，预定设定点在40至50psi之间。在另一实施例中，预定设定点在50至100psi之间。在另一实施例中，预定设定点在75至150psi之间。在另一实施例中，预定设定点在100至140psi之间。在另一实施例中，预定设定点在125至145psi之间。
为了开始排放过程，容器排放端口16打开并且泵20被打开，使得来自容器12(即，燃料箱、燃料过滤器壳体或燃料供应系统)的底部的混合物14开始排出，通过第一管道18并进入过滤器壳体22。在替代实施例中，重力用于开始从容器12中排放混合物14。在另一替代实施例中，重力和泵20一起用于从容器12中排放混合物14。在一实施例中，混合物14中的水已经完全沉降到容器12的底部，使得水在混合物14中的燃料进入第一管道18之前排出。在另一实施例中，水在燃料中被乳化，使得混合物14中的水和燃料同时进入第一管道18。
当来自容器12箱的混合物14到达疏水膜26时，水组分因此被阻塞，从而导致管线压力在第一管道18内建立。该压力打开背压调节器32的阀，从而允许水流过背压调节器32进入第三管道30。在一些实施例中，水流过第三管道30并流出到废水接纳部(未示出)中。
当混合物14中的水流过第三管道30(并进入废水接纳部)时，混合物14中的燃料流过疏水膜26并进入第二管道28。第一管道18内的管线压力降低，因为并非所有被泵送通过的混合物14都被疏水膜26阻挡。当管线压力降低时，背压调节器32的阀关闭，水停止流入废水接纳部，并且燃料继续流过疏水膜26。该燃料基本上是清洁的被过滤的燃料，其可以被捕获在收集容器中(并最终被使用)，或者直接泵回到它最初来自的容器12中。如果在燃料开始流过疏水膜26后水再次积聚在第一管道18中，则该循环将重复，使得第一管道18压力增加并打开背压调节器32的阀，从而允许水流再次进入废水接纳部，直到燃料再次到达疏水膜26。当水停止流入废水接纳部时，这是正(正面/积极)信号，即(i)基本上大部分水已从容器12中排出，其中至少80％、至少85％、至少90％、至少95％，至少99％或更高比例的游离水已被去除；(ii)大部分燃料留在容器12中，并且(iii)可以关闭泵20。如果泵20继续运行，容器12中的所有燃料都可以通过系统10(包括疏水膜26)再循环并被精制。
示例
以下实施例提供了本发明的各种非限制性实施例和特性。尽管以下描述了某些方法和设备，但是可以替代地利用由本领域普通技术人员确定的其它方法或设备。
如图2中示意性示出的那样设置实验。所有的箱都对于大气通风以保持处于大气压。Jet-A燃料从燃料箱通过重力馈送至微型泵415A型磁力驱动齿轮泵和控制器系统。使用Cole Parmer型号MMR1-010023注射泵注入水，其在齿轮泵中产生精细的燃料包水乳液。使用电阻率为18.3兆欧-厘米(MΩ-cm)的去离子水。将该乳液馈送至Millipore YY3009000型90毫米不锈钢过滤器的入口端口。出口#1在膜的下游。Orange Research公司的1201-S1018型压差传感器用于监测过滤器两端的压差。定期地，通过打开样品端口上的阀来抽取样品。使用Cole Parmer型号MMR1-090023流量计测量流量。来自出口#1的流体被收集在接纳箱中。出口#2在膜的上游。艾默生公司的Cash Valve 10-K型15-75psi背压调节器连接于出口#2。背压调节器充当过滤器上游收集的水的释放口。开启压力(裂开压力)定义为背压调节器打开时的压力。来自出口#2的流体被收集在接纳箱中。
通过将膜置于两层纺粘聚酯上，所研究的所有膜都支承在过滤器壳体内，每层质量为56克/平方米，透气度为44弗雷泽，厚度为0.004英寸，纵向拉伸强度为25磅力(lbf)，横向拉伸强度为13磅力。
材料
研究和比较了四种ePTFE膜。它们的特性在表1中描述。
表1.所研究的ePTFE膜的特性
Figure BDA0003121291960000111
方法
使用金门技术产品公司(Gammon Technical Products,Inc.)的Aqua-Glow系列V水检测器从图2所示的采样端口采样，来确定燃料中的水污染程度。检测器根据金门公司公布的方法进行校准和操作。简而言之，该检测器用于测量煤油型喷射燃料中的不溶解水的量。测量的燃料样品通过处理过的检测器垫。燃料中不溶解的水将与检测器垫发生反应。当该垫随后被紫外线照射时，与游离水接触的涂层将发出亮黄色荧光，随着燃料样品中游离水量的增加，该亮度增加。水含量由检测器以体积的百万分率(ppm)读出。对于500毫升的样品量，该仪器可以测量1到12ppm的水。对于高度污染的样品，该仪器可以通过将样品量从500毫升减少到100毫升并将读数乘以五倍来测量高达60ppm的水。
紧接在膜测试之前，喷射燃料在没有注水的情况下通过系统加压，并且水污染测量值为<1ppm。背压调节器设定为在50psi时打开(裂开)。然后，将LFHB膜安装在过滤器保持件中。在每次测试中，喷射燃料流经系统30秒，并且操作者记录流速(流量)。然后，以1毫升/分钟的速率注入水。操作者再等待30秒。此时，操作者记录膜两侧的压差(dP开始)并打开采样阀。当收集到合适的样品体积时，操作者记录压差(dP结束)并关闭采样阀。立即测量水污染。然后用燃料冲洗过滤器保持件以去除膜上游的任何大量水。然后针对新的喷射燃料流速重复该测试。然后将该程序用于HFHB1膜。该数据在表2中示出。这些测试是在压差达到打开背压调节器所需的50psi之前完成的。
表2.LFHB膜和HFHB1膜性能的比较。
Figure BDA0003121291960000121
Figure BDA0003121291960000131
由于HFHB1膜的渗透性更强，因此相同流速下，膜两侧的压差较低。为了再次比较HFHB1与LFHB，进行了以下实验。背压调节器设定为在50psi时打开。然后HFHB1膜安装在过滤器保持件中。在每次测试中，喷射燃料流经系统30秒，并且操作者记录流速。然后，以1毫升/分钟的速率注入水。对于给定的流速，操作者一直等到“dP开始”压力与LFHB膜的对应的“dP开始”压力相匹配。此时，操作者记录膜两侧的压差(dP开始)并打开采样阀。当收集到合适的样品体积时，操作者记录压差(dP结束)并关闭采样阀。立即测量水污染。然后用燃料冲洗过滤器保持件以去除膜上游的任何大量水。然后针对新的喷射燃料流速重复该测试。该数据在表3中示出。这些测试是在压差达到打开背压调节器所需的50psi之前完成的。
表3.在对应于LFHB膜的流量和dP下运行的HFHB1膜。通过等待水在膜上游积聚，dP增加到所示出的值。
Figure BDA0003121291960000132
还与高流量、低泡点的膜进行了比较。该测试检查了随着时间的推移压差增加时的水污染。紧接在膜测试之前，喷射燃料在没有注水的情况下通过系统加压，并且水污染测量值为<1ppm。背压调节器设定为在50psi时打开。然后，将HFLB膜安装在过滤器保持件中。喷射燃料流经系统30秒，并且操作者记录流速。然后，以1毫升/分钟的速率注入水。操作者再等待30秒。此时，操作者记录膜两侧的压差(dP开始)并打开采样阀。当收集到合适的样品体积时，操作者记录压差(dP结束)并关闭采样阀。立即测量水污染并安装新的测试垫。同时，燃料流动和注水继续。当压差增加几个psi时，按照上述程序收集新样品。然后将该程序用于HFHB2膜。该数据在表4中示出。
表4.随着dP的增加，测量了HFLB和HFHB2膜的水污染性能。
Figure BDA0003121291960000141
Figure BDA0003121291960000151
讨论
水污染性能相对于燃料流速在图3中绘制。“HFHB1，高dP”数据取自表3。该数据表明HFHB1膜在所有流速下都显示出可忽略不计的水污染。虽然LFHB膜在非常低的流速下显示出可接受的性能，但乳化水以高流速通过膜。HFHB1甚至在与LFHB膜类似的高dP下开始时，在高流速下也显示出良好的除水效果。
如图3所示，LFHB膜在高流速下显示出较差的水污染性能。HFHB1膜在所有条件下都显示出良好的水污染性能。
水污染性能相对于图4中的“dP start”绘制(以对数刻度)。HFLB膜显示出良好的初始性能。然而，随着水在膜上游积聚，压差增加，从而发生水污染。压差在20psi时达到最大值。此时的水污染>60ppm，这是Aqua Glo水检测器可以测量的最大值。此外，在使用膜的泡点和水/燃料界面表面张力的情况下，20psi大约是大量水应该受迫通过膜的压力。因此，当压差达到20psi时，很可能不发生过滤，并且进入过滤器的任何水都通过HFLB膜。在图4中，在Aqua Glo读数>60ppm水的点，进入系统的水的计算值被绘制成：对于0.13加仑/分钟的流速为2035ppm，并且对于0.22加仑/分钟的流速为1203ppm。在大约5psi至15psi之间似乎存在性能断层，在此发生高度水污染。因为压力不会增加超过20psi，所以背压调节器从不放水。HFHB2膜在所有测试点都显示出低水污染，并且当压差达到50psi时，背压调节器放出水。
如图4所示，HFLB和LFHB膜在高压下对水污染不稳定，并且在大约5psi以上显示出性能断层。HFHB1和HFHB2膜在所有测试压力下对于水污染均稳定。
有利地，该数据还表明背压调节器可以设定成在显著高于燃料流过系统所需的压力的压力下打开。例如，对于HFLB膜，背压调节器被限制在低于大约5-15psi的开启压力(裂开压力)，以确保低水污染。HFHB1和HFHB2膜可在50psi的开启压力下稳定地去除水。开启压力定义为背压调节器打开5-150psi时的压力。该开启压力是第一管道18与第三管道30之间的压差。由于几个原因，这种开启压力是有利的。(1)背压调节器上的高开启压力可实现稳定的系统。该系统对高的燃料箱产生的高压力头具有稳定性。该系统对于处理来自泵或其它设备的干扰也是稳定的。(2)水在过滤器壳体底部收集，从而堵塞流过膜的燃料，并增加压差直至达到开启压力。高开启压力要求膜在很大程度上被堵塞，从而导致系统中的水的体积相对较大。这是有利的，因为每次调节器打开时，燃料都可能与水一起冲出系统。系统中的大量水将这种可能性降至最低。(3)由于每次调节器打开时都积聚和排出相对大量的水，因此对于给定体积的水排出的情况较少。这使得乳化水有更多的时间分离，并可以改善油水分离性能。
与燃料箱一起使用的许多现有泵设计用于在高达15psi的压差下提供流量。因此，膜最少应在15psi的压差下防止水污染，以确保稳定去除水。根据泵入飞机的燃料的EI标准，如果污染低于15ppm，则认为水被去除。来自所有实验的数据绘制在图5中。可以看到，泡点为37.4psi的ePTFE膜确保了在15psi的压差下除水。在(11.2psi BP、6.5psi dP)和(37.4psi BP、29.5psi dP)的稳定除水之间进行插值，预计泡点高于20.9psi的膜在15psidP下稳定除水。
图5是所有数据的图表。纵轴是“dP开始”和“dP结束”的平均值，因为样品是在该压差范围内收集的。水污染大于15ppm的样品以红色显示。
典型的燃料箱可能是10000加仑，并且可期望在60分钟内排放这样的燃料箱。典型的10英寸长、2英寸直径的褶皱ePTFE过滤器元件具有大约1平方米的膜面积，因此具有十个元件的壳体具有10平方米的膜表面积。为了实现这种排放，系统需要以16.67加仑/(分钟*平方米)(GPM m-2)的速度流动。在15psi的压差下，最小膜喷射燃料渗透率为1.11GPM psi- 1m-2。这与0.92弗雷泽的膜气流相关，如下所示。
通过以下方法将喷射燃料渗透率与弗雷泽气流相关联。对表2中的燃料流量和“dP开始”值进行了线性回归。使用63.6平方厘米的膜面积来计算膜燃料渗透率，如图6所示的LFHB和HFHB1膜。对表4中每个流速开始时的“dP开始”值进行了类似的线性回归。使用63.6平方厘米的膜面积来计算膜燃料渗透率，如图6所示的HFLB和HFHB2膜。
如图6所示，每个膜的弗雷泽气流与计算出的喷射燃料渗透率相关。1.11GPM psi- 1m-2的喷射燃料渗透率与0.92弗雷泽的气流相关。
总结
图7是示出所有测试膜的流动和泡点的图。蓝色阴影区域代表将在本文公开的系统中使用的膜的流动和泡点的下限/范围。许多泵提供高达15psi的压力。为确保在15psi的压差下将水去除至15ppm以下，膜的泡点应至少为20.9psi(垂直线)。为确保在合理的时间内排放水箱，膜还应具有至少0.92弗雷泽(水平线)的气流。
高流量/高泡膜的高流量性质允许低起始压差。高流量/高泡膜的高泡点性质允许背压调节器上的高开启压力(爆裂压力)，比如例如在5psi至150psi之间。在一实施例中，开启压力是10psi至125psi之间。在另一实施例中，开启压力在20至100psi之间。在另一实施例中，开启压力在30至75psi之间。在另一实施例中，开启压力在40至50psi之间。在另一实施例中，开启压力在50至100psi之间。在另一实施例中，开启压力在75至150psi之间。在另一实施例中，开启压力在100至140psi之间。在另一实施例中，开启压力在125至145psi之间。这种组合允许压差发生较大变化，同时维持稳健的燃料过滤和排放。
与低流量/高泡点的膜相比，高流量/高泡点的膜是有利的。在高流速下，低流速/高泡点的膜会产生高压差并具有高水污染。高流量/高泡点的膜在所有流速下都具有低水污染，即使在类似的高压差下也是如此。
与高流量/低泡点的膜相比，高流量/高泡点的膜也是有利的。当水在膜上游积聚时，高流量/低泡点的膜具有水污染。此外，压力无法建立到足以从系统中排出水的程度。即使水在膜上游积聚，高流量/高泡点的膜也具有低水污染，并且可以在50psi的压力下将水从系统中排出。
如本文所使用的，除非另有说明，否则连词“和”旨在是包括性的，连词“或”并非旨在是排他性的。例如，短语“或者，替代地”旨在是排他性的。
在描述本发明的上下文中(特别是在权利要求的上下文中)术语“一”、“一个”、“该”或类似的指代的使用应解释为涵盖单数和复数形式，除非本文中另有指明或与上下文明显矛盾。
术语“包括”、“具有”和“包含”意为开放式术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另外指出。
如本文所用，术语“约”是指如所识别的特定性质、组成、量、值或参数的典型偏差程度；比如基于实验误差、测量误差、近似误差、计算误差、与平均值的标准偏差、日常微调等的偏差。
除非在此另外指出，否则本文中数值范围的记载仅旨在用作分别指代落入该范围内的每个单独值的简写方法，并且每个单独值都被包括到说明书中，如同其在本文中被单独地记载一样。
除非本文中另外指出或与上下文明显矛盾，否则本文中描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行。除非另外要求，否则本文提出的任何和所有示例的使用或示例性语言(例如，“诸如”、“例如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明，而不对本发明的范围构成限制。
用于燃料箱排放和精制的系统和方法已经在上面一般性地和关于特定实施例进行了描述。将会对本领域技术人员明了的是，在不偏离本公开的范围的情况下，可对各实施例进行各种改型和改变。因此，各实施例旨在覆盖落入所附权利要求书和其等同物范围内的任何修改和变型。

Claims (23)

1.一种组件，所述组件包括：
背压调节器，其中，所述背压调节器构造成当所述背压调节器的上游的混合物的压力超过预定设定点时打开；以及
疏水膜，所述疏水膜在所述背压调节器的上游并且在第一管道的下游；
其中，所述混合物包括有机相液体和水相；
其中，所述预定设定点至少由所述疏水膜的泡点压力确定；
其中，所述背压调节器构造成流体连接于所述第一管道并在所述第一管道的下游，并且与至少一个泵流体连接，所述至少一个泵可操作地连接于所述第一管道并位于所述第一管道的上游；
其中，所述疏水膜构造成流体连接于第二管道并在所述第二管道的上游，并且其中，所述第二管道构造成在所述疏水膜的下游输送所述有机相液体；以及
其中，所述背压调节器构造成流体连接于第三管道并且在所述第三管道的上游，并且所述第三管道构造成在所述第一管道的下游，并且其中，所述第三管道构造成在所述背压调节器的下游输送水。
2.如权利要求1所述的组件，其特征在于，所述预定设定点由所述疏水膜的所述泡点压力和所述疏水膜的气流的组合确定。
3.如权利要求2所述的组件，其特征在于，所述疏水膜的确定气流在0.92弗雷泽至40弗雷泽之间。
4.如上述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述疏水膜的确定泡点压力在20.9磅/平方英寸至500磅/平方英寸之间。
5.如上述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述第二管道流体连接于清洁燃料收集容器。
6.如权利要求1-4中任一项所述的组件，其特征在于，所述第二管道流体连接于用于所述混合物的容器，由此被过滤的燃料返回到所述容器。
7.如权利要求6所述的组件，其特征在于，所述容器选自燃料箱、燃料过滤器壳体和燃料供应系统。
8.如上述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述有机相液体选自燃料、生物燃料和绝缘油。
9.如上述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述背压调节装置包括止回阀。
10.如上述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述背压调节装置包括隔膜阀。
11.如上述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述膜由聚四氟乙烯(PTFE)形成。
12.如权利要求11所述的组件，其特征在于，所述膜由ePTFE形成。
13.如上述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述背压调节器集成到箱、泵或壳体中的一个中。
14.如上述权利要求中任一项所述的组件，其特征在于，所述水相是不溶解的水。
15.一种系统，所述系统包括：
容器，所述容器构造成接纳混合物，其中，所述混合物包括有机相液体和水相；
第一管道，所述第一管道将所述容器流体连接至疏水膜；
至少一个泵，所述至少一个泵可操作地连接于所述第一管道且位于其上游，其中，所述至少一个泵构造成通过所述第一管道将所述混合物从所述容器输送至所述疏水膜；
第二管道，所述第二管道流体连接于所述疏水膜并位于所述疏水膜的下游；
第三管道，所述第三管道在所述第一管道的下游并且在所述疏水膜的上游；
背压调节器，所述背压调节器流体连接于所述第三管道并位于所述第三管道的上游，并且流体连接于所述第一管道并位于所述第一管道的下游；
其中，所述背压调节器构造成当所述背压调节器上游的混合物的压力超过预定设定点时打开，
其中，所述预定设定点至少由所述疏水膜的泡点压力确定。
16.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述预定设定点由所述疏水膜的所述泡点压力和所述疏水膜的气流的组合确定。
17.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述疏水膜的确定气流在0.92弗雷泽至40弗雷泽之间。
18.如权利要求13、14或15中任一项所述的系统，其特征在于，所述疏水膜的确定泡点压力在20.9磅/平方英寸至500磅/平方英寸之间。
19.一种用于排放包含混合物的容器的方法，其中，所述混合物包括有机相液体和水相；所述方法包括：
将所述混合物输送至过滤器壳体，所述过滤器壳体包含背压调节器和位于所述背压调节器上游的疏水膜；
当所述混合物的压力达到预定设定点时打开所述疏水膜下游的所述背压调节器；
将所述水相远离所述疏水膜输送并通过所述背压调节器，由此将所述水相与所述有机相液体分离；
将所述有机相液体输送通过所述疏水膜并从所述过滤器壳体下游输送；
在所述过滤器壳体下游收集所述有机相液体。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述收集步骤包括将所述有机相液体输送至清洁燃料收集容器。
21.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述收集步骤包括将所述有机相液体输送回所述容器。
22.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述背压调节器的预定设定点至少由所述疏水膜的泡点压力确定。
23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述预定设定点由所述疏水膜的所述泡点压力和所述疏水膜的气流的组合确定。
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