CN113286867B - 用于从油中去除水的系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于从来自油源的油中去除水的系统，其中该系统包括：壳体，包括内开口；进油管，连接油源和壳体的进油口，其中进油管包括适于沿从油源到进油口的方向提供油流的入口泵；出油管，连接壳体的出油口和油源，其中出油管包括适于沿从出油口到油源的方向提供油流的出口泵；进气管，提供空气供应单元和壳体的进气口之间的气体连接；以及出气管，提供壳体的出气口和空气供应单元之间的气体连接，其中出口泵适于以高于入口泵所提供的泵送流速的泵送流速提供流动。本发明进一步涉及一种从来自油源的油中去除水的方法。

Description

用于从油中去除水的系统

技术领域

本发明涉及一种用于从来自油源的油中去除水的系统，其中该系统包括：壳体，包括内开口；进油管，连接油源和壳体的进油口，其中进油管包括适于沿从油源到进油口的方向提供油流的入口泵；出油管，连接壳体的出油口和油源，其中出油管包括适于沿从出油口到油源的方向提供油流的出口泵；进气管，提供空气供应单元和壳体的进气口之间的气体连接；以及出气管，提供壳体的出气口和空气供应单元之间的气体连接，其中出口泵适于以高于入口泵所提供的泵送流速的泵送流速提供流动。

本发明进一步涉及一种从来自油源的油中去除水的方法。

背景技术

在大量不同类型的机器和发动机中，油被用作润滑剂和冷却剂。在机器或发动机的运行过程中，油特别会缓慢地被因机器磨损而产生的固体颗粒以及可能通过管道和机器接头处的泄漏而被引入油中的水污染。

重要的是尽可能保持油的清洁，不仅要远离颗粒，还要远离水。水不仅会改变油的粘度，从而导致油用作润滑剂的能力发生变化，而且还可能滋生微生物，这将会使油降解，使油的过滤复杂化并导致铁锈的形成。所有这些因素将导致油的降解加剧，从而导致油和机器或发动机元件的使用寿命均缩短。因此，从油中去除水很重要。

已知通过诸如以下的多种不同技术中的一种来从油中去除水：

对油进行加热，

将油离心，

将油暴露于吸水材料，

在真空室中过滤油，或者

沉淀。

然而，这些技术的共同点在于，要么需要大量空间，要么可能非常昂贵。

因此，在诸如船上的可用于操纵和安装除水系统的空间非常有限并且用户对成本非常敏感的情况下，需要一种提供紧凑和简单解决方案的除水系统。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于从来自油源的油中去除水的系统，其中该系统包括：壳体，包括内开口；进油管，连接油源和壳体的进油口，其中进油管包括适于沿从油源到进油口的方向提供油流的入口泵；出油管，连接壳体的出油口和油源，其中出油管包括适于沿从出油口到油源的方向提供油流的出口泵；进气管，提供空气供应单元和壳体的进气口之间的气体连接；以及出气管，提供壳体的出气口和空气供应单元之间的气体连接，其中出口泵适于以高于入口泵所提供的泵送流速的泵送流速提供流动。

通过设置具有引入油和空气两者的壳体的系统，可以利用化学分离过程——剥离，也被称为解吸——以从油中去除水。在解吸过程中，液体流的一种组分(即，水)通过液-气界面以传质进入气相(即，蒸汽)。解吸是一种从油中去除水的有效且简单(因此成本较低)的方法。

通过同时设置入口泵和出口泵来引导油流过壳体，确保可以根据诸如油源中的油量和油中的水量的需要来控制油流，例如，如果油中的水量增加，则降低通过系统的油流。

当使用通过解吸从油中去除水的系统时，油和空气结合。这种结合可能会导致在油的表面形成泡沫(大量的小气泡)。如果没有减小到最小程度，泡沫可能会扩散到系统的其他元件，诸如出口泵、空气管或空气供应单元，这可能会导致这些元件损坏，或者在最好的情况下，也需要清洁这些元件以再次正常工作。

因此，优点在于，出口泵适于以高于入口泵所提供的泵送流速的泵送流速提供流动。因此，确保以高于引入油的泵送流速从壳体中去除泡沫和油，这意味所产生的任何泡沫将在被形成时被尽快地去除。因此消除了系统的其他元件被油和泡沫损坏的风险。

进一步地，确保油在到达壳体的出油口之后立即从壳体中去除，因此不存在油溢出壳体的风险。系统的制造也变得更加简单，例如，可以省去用于检测油是否溢出壳体的传感器。

因此，提供了一种简单且安全的系统，其中消除了对由于油污染而导致的不必要的服务的需求。

在实施例中，壳体的内开口的第一部分可以布置在进油口的下游和出油口的上游。

通过设置将内开口的第一部分布置在进油口的下游和出油口的上游，确保油仅存在于内开口的一部分/区段中，因此不会完全充满内开口，而是仅部分充满内开口。

结果是，内开口的体积/部分/区段没有被油填满(例如，第二部分)，其优点在于，意外绕过出油口的油或泡沫不会立即进入系统的其他元件，而是停留在壳体内，直到经由出油口被去除。

进一步地，壳体中的空气在经由壳体的出气口去除之前，可以在内开口的未充满油的体积/部分/区段中聚集，因此，被空气意外引导经过出油口的油将滴落到出油口之前的位置，而不是例如经由出气口离开壳体。

在实施例中，出油口可以布置在竖直高于进油口的位置处。

竖直更高的位置是指，在系统位于其在操作期间应放置的位置时与重力有关。因此，竖直更高的位置在重力上更大，使得不受其他力的物品会从较高位置的平面落向较低位置的平面。

因此，油可以经由进油口进入壳体并充满内开口，直到油表面到达油离开内开口的出油口。因此，该系统通过油的溢出而工作。

因此，在实施例中，油可以通过油的溢出而离开壳体，并且壳体因此可以是溢出系统。

在实施例中，本发明教导了一种用于从来自油源的油中去除水的系统，其中该系统包括：

壳体，包括内开口，

进油管，连接油源和壳体的进油口，其中进油管包括入口泵，该入口泵适于沿从油源到进油口的方向提供油流，

出油管，连接壳体的出油口和油源，其中出油管包括出口泵，该出口泵适于沿从出油口到油源的方向提供油流，

进气管，在空气供应单元和壳体的进气口之间提供气体连接，以及

出气管，在壳体的出气口和空气供应单元之间提供气体连接，

其特征在于：

出口泵适于以高于入口泵所提供的泵送流速的泵送流速提供流动，并且

出油口布置在竖直高于进油口的位置处。

设置了结合出口泵以高于入口泵的泵送流速操作的溢出系统，使得壳体内部的油量可以保持恒定。这以有效且简单的方式确保了油在壳体中保持足以去除水所需的时间间隔，而无需例如遭受油被氧化或者即使水已被去除但是油仍保持在壳体中的风险。

因此，由出油口的位置竖直高于进油口实现的溢出系统与入口泵和出口泵一起工作，以避免在腔室内部形成泡沫的不利影响。

由于相对于形成气泡壳的液体，泡沫包含大量的气体，因此泡沫往往占据较大的体积。因此，当在腔室内形成泡沫时，泡沫将使腔室内的液体容量的水平升高。这种液位的增加将导致液体到达出口，因此，例如由泡沫形成而引起的液位更快上升将导致液体因腔室内液位到达出油口而更快离开腔室。

这种效果受出口泵的支持，该出口泵适于以高于入口泵所提供的泵送流速的泵送流速提供流动。这确保了具有低密度的泡沫在其形成时将通过出口被驱动或抽取。由于泡沫比油轻，它将在液体油位的上表面形成，并且先于未形成泡沫的液体油到达出油口，因此泡沫将由于首先进入范围而先于液体油感受到出口的拉力。泡沫与液体油相比较低的密度也加强了这种效果，因为移动泡沫所需的力比液体油小。由于出油口在竖直方向上，即在重力方向上高于进油口的腔室位置，这确保了轻质泡沫先于液体油到达出油口，因此实现了有效去除泡沫的益处。如果出油口在重力方向上低于进油口，则仍会在液位的顶部形成泡沫，但较重的液体油会先从腔室中拉出，并且泡沫可能会继续在液体油位顶部上升。

因此，适于以高于入口泵所提供的泵送流速的泵送流速提供流动的出口泵以及布置在竖直高于进油口的位置处的出油口的结合确保了在液体油位顶部形成的任何泡沫被有效地去除，并且允许控制腔室内的液位。

在实施例中，系统可以进一步包括布置在出油口上游的加热元件。

优选地，油在其朝向壳体的出油口的途中接触(流过)加热元件。加热元件可以具有高于流过它的油的温度，使得加热元件对油进行加热。加热元件可以设置为任何所需的功率，从而将油加热到所需的温度，其中所需的功率取决于油在其进入系统时的温度。因此，系统可以进一步包括用于检测油的温度的温度传感器，该温度传感器可以用于操作加热元件。

对油进行加热的优点在于，进入壳体的空气也被加热。这很重要，因为由空气去除的水量取决于空气的温度和湿度——温度越高，可以去除的水量就越大。

可以通过空气去除的水量由公知的莫里尔斯图(Molliers diagram)进行说明。其中，可以看出，空气中可以存在的水量在达到饱和状态之前随着空气温度的升高而增加。

因此，通过设置加热元件，壳体中存在的油和空气的温度可以增加，并且从油中去除的水量可以增加。

在实施例中，壳体的进气口可以布置在进油口的下游。

因此，壳体的进气口可以布置在内开口的第一部分处。

因此，确保了空气与油混合。这种混合导致空气可以被油加热(如果油温高于空气温度)，并且空气可以(作为气泡)移动通过油，这增加了空气从油中去除水的能力。

在实施例中，壳体可以进一步包括布置在内开口的第一部分中的多孔材料。

多孔材料可以布置为使得其覆盖或几乎完全覆盖壳体的横截面。材料的孔隙度应当具有的尺寸使得油可以相对容易地流过该材料而不会出现较大压降。

在实施例中，多孔材料可以至少部分地布置在进气口的下游。

因此，油和空气在分别到达出油口和出气口之前都必须流过多孔材料。

当空气流过多孔材料时，它必须穿过多孔材料散开，以流过材料的孔。优点在于，防止空气聚集成大气泡，而是使空气分散成几个小气泡。这增加了空气的总表面积，因此增加了空气在其通过油的途中能够收集的水量。

在实施例中，出气口可以布置在壳体的内开口的第二部分处，第二部分可以竖直地布置在出油口的上方。

优点在于，在壳体的内开口中还具有第二部分，并且第二部分竖直布置在进油口上方。因此，已经流动通过油的空气因油经由出油口离开壳体而在没有任何油的第二部分处聚集。此外，如上所述，在经由出气口去除之前，空气可以在第二部分中聚集，由此，被空气意外引导经过出油口的油可以滴落/回落到在出油口之前的位置，而不是经由出气口离开壳体。

在实施例中，系统可以进一步包括布置在出油管中的滤油器。

在出油管中设置滤油器的优点在于，油在返回油源之前被过滤。这是众所周知的优点，以这种方式，例如可以从油中去除颗粒污染物，否则会缩短使用油源中的油的机器/设备的使用寿命。

将滤油器布置在壳体下游的优点在于，滤油器不会暴露于油中存在的水。已知水会影响滤油器的过滤效率，因此水是油中不需要的元素。

在实施例中，滤油器可以布置在出口泵的下游。

因此，提供给滤油器的油的压力可以保持相对恒定，使得滤油器的结构不会例如因波动压力而不必要地受压。

在实施例中，系统可以进一步包括连接滤油器和壳体的排气管。

由于出口泵的泵送流速高于入口泵的泵送流速，因此出口泵有时可能干转，并且从壳体中不仅可能泵出油，还会泵出空气。为此，空气也将被引导至滤油器。

了解到，当油中存在空气时，过滤器两边的压降会导致油中的气泡膨胀成更大的体积，并且还可能导致溶解的空气释放。这种空气膨胀将使待过滤的固体颗粒移动通过过滤油器的孔或开口，并且释放已经被捕获的固体污染物，从而导致过滤效率下降。

在滤油器出口处对过滤后的油加压，即设置背压，确保所有空气保持溶解在油中。因此，当油通过过滤器时，不会形成自由气泡。为此，可以在滤油器的出口侧布置背压(例如，阀门)。

然而，系统可以额外或可选地包括将滤油器与系统的壳体连接的排气管。通过具有这种排气管，被引入滤油器的空气的至少主要部分可以经由排气管被引导回到壳体并且经由出气管被重新使用或释放，而不是被引导通过滤油器并引导至油源。

在实施例中，进气管可以包括通风口/风扇。通风口/风扇是提供气流的低成本且有效的方式。

在实施例中，空气供应单元可以包括冷凝系统。冷凝系统可以包括风扇冷却散热器，该风扇冷却散热器是通过冷凝从空气中去除水含量的低成本、简单且有效的方式。

根据本发明，进一步提供了一种从来自油源的油中去除水的方法，其中该方法包括以下步骤：设置壳体，该壳体包括内开口；经由进油管将油从油源引入壳体，其中进油管包括入口泵，该入口泵沿从油源到进油口的方向提供油流；经由出油口将油从壳体释放到引导至油源的出油管，其中出油管包括出口泵，该出口泵沿从出油口到油源的方向提供油流；经由进气管将气流从空气供应单元引入壳体；并且经由出气管从壳体中去除气流，其中出口泵以高于入口泵所提供的泵送流速的泵送流速提供流动。

附图说明

下面将参照附图中示出的示例性实施例，更详细地描述系统的结构和功能以及使用它的方法，其中，

图1示出了根据本发明的系统的实施例。

图2示出了根据本发明的系统的实施例。

具体实施方式

在图1中，示出了用于从来自油源(未示出)的油中去除水的系统1。系统1示出为具有进油管2和出油管3。

进油管2在第一端2a处连接油源，并且在第二端2b处连接壳体5的进油口4。进油管2被引导通过入口泵6，入口泵6适于沿如箭头2'所示的从油源到进油口4的方向提供油流。

可以看出，进油管2可以进一步被引导通过止回阀7，用于防止油经由进油管2回流到油源(即，与箭头2'的方向相反)。止回阀7可以设置为例如4bar，以防止来自油源的油在停机时进入系统。止回阀7可以布置在入口泵6的下游。

进油管2可以进一步被引导通过加热元件8，用于在油进入壳体5之前对其进行加热(例如，加热至50℃-80℃)。然而，可以预见的是，只要在壳体5中处理油之前加热元件8对油进行加热，可以代替地将加热元件8布置在壳体5中。加热元件8可以例如提供1000W并包括温度控制，以确保根据油的特定温度对油进行正确加热，以便达到壳体5中油的所需油温。加热元件8可以布置在入口泵6和/或止回阀7的下游。

在第一端10处，出油管3将壳体5的出油口9连接到第二端11处的油源。出油管3被引导通过出口泵12，出口泵12适于沿如箭头3'所示的从出油口9到油源的方向提供油流。

出口泵12适于以高于入口泵6所提供的泵送流速的泵送流速提供流动。在一个实施例中，出口泵12的泵送流速可以比入口泵6的泵送流速高10％以上。在一个实施例中，出口泵12的泵送流速可以比入口泵6的泵送流速高50％以上。

出油管3可以进一步被引导通过滤油器13和第二止回阀14，滤油器13和第二止回阀14都可以布置在出口泵12的下游。

在本发明的优选实施例中，壳体5的进油口4放置在竖直低于壳体5的出油口9的位置。竖直较低的位置被理解为系统以其在操作期间的方式配置时与重力有关。因此，在竖直方向、即重力方向上较高的出油口9的平面上释放并且不受其他力的物品会落向竖直较低位置的平面，例如放置进油口4的平面。在除竖直方向之外的其他维度上，壳体5的进油口4和出油口9可以彼此独立地放置，使得它们可以在壳体5的同一侧、相对侧或者彼此成角度。

在本发明的变型中，壳体5的进油口4放置在腔室5的下半部。在这种实施例中，壳体5的出油口9可以放置在腔室5的上半部。上和下仍然被视为当腔室5处于其在用于从油中去除水的系统的操作期间应处的位置时与重力方向有关。

将壳体5的进油口4放置在壳体5的出油口9上方使系统能够作为溢出系统操作，其中液体一旦达到一定水平就会离开腔室5。在系统的不同实施例之间，腔室5的尺寸以及腔室5的出油口9的竖直位置可以不同，使得在液体的表面液位到达出油口之前，腔室内可以包含的液体体积与系统的特定实施例匹配。

滤油器13可以布置在过滤器单元(未示出)中，并且可以包括天然或合成的聚合物(由天然或合成的聚合物制成)，例如纤维素材料。滤油器13可以是具有内开口的圆柱形，其中滤油器13的外表面限定滤油器13的入口，使得油在离开滤油器13(和过滤器单元)之前从滤油器13的外表面流向内开口。

第二止回阀14可以是背压阀14，从而对滤油器13施加压力。

如前所述，已知当油中存在例如空气时，滤油器13两侧的压降将会导致油中的气泡膨胀成更大的体积，并且还可能将溶解的空气释放到油中。这种空气膨胀将使待过滤的固体颗粒移动通过滤油器13的孔或开口，并且释放已经被捕获的固体污染物，从而导致过滤效率下降。

在滤油器13的出口处对过滤后的油加压，即使用第二止回阀14的背压，确保流过滤油器13的油中的所有空气保持溶解在油中。因此，当油通过滤油器13时，不会形成自由气泡。为此，可以在滤油器13的出口侧布置背压。

排气管15被示出为将滤油器13与壳体5连接。然而，可以预见的是，排气管15将过滤器单元(在内开口中包含滤油器13)与壳体5连接。

当设置出口泵12以高于入口泵6的泵送流速运行时，不仅油被引导至滤油器13和过滤器单元，而且一定量的空气也被引导至滤油器13和过滤器单元。如前所述，当油流过滤油器13时，在油中需要存在最少量的空气。为此，有利地，系统1包括排气管15，以从由壳体5泵出的油与空气的混合物中去除尽可能多的空气并且将空气如箭头15'所示引导回到壳体5。

有利地，由于空气通常在过滤器单元(滤油器)的竖直上部聚集，因此排气管15连接到竖直上部。

第三止回阀16可以布置在排气管15中，以允许空气离开但不进入滤油器13(过滤器单元)。

在图1中，示出了系统1进一步包括进气管17、出气管18和空气供应单元19。

进气管17在空气供应单元19和壳体5的进气口20之间提供气体连接。空气泵21(风扇/通风口)可以插入进气管17，以沿如箭头17'所示的从空气供应单元19到壳体5的方向提供气流，从而确保将所需的气流引入壳体5。

出气管18在壳体5的出气口22和空气供应单元19之间提供气体连接。与被引入壳体5的空气相比，包含水量增加的空气(甚至可以是饱和空气)然后可以离开壳体5，并且如箭头18'所示流向空气供应单元19。

空气供应单元19可以包括冷凝系统23，用于去除空气中的至少部分的水含量。冷凝系统23可以是风扇冷却散热器、冷却液冷凝系统或其他。从空气中去除的水可以经由排水管24离开系统。

图2示出了根据本发明的系统1的实施例。

对于与图1所示特征相同的特征，使用了相同的附图标记。

如图1所示，图2所示的系统1包括进油管2、出油管3、进气管17和出气管18。然而，在图2中，进油管2和出油管3被示出为连接到油源25。

在图2中，系统1的壳体5被示出为L形，其包括下表面26、中间表面27和顶部水平表面28，以及第一竖直表面29、第二竖直表面30和第三竖直表面31。

在壳体5的内开口32中，可以布置加热元件8和多孔材料33。

如箭头所示，油经由进油口4(下水平表面26)被引入壳体5并充满壳体5的内开口32，并且通过多孔材料33，直到油表面36到达出油口9(第三竖直表面31)。内开口32的填充部分限定内开口32的第一部分34，第一部分34布置在进油口4的下游并且在出油口9的上游。内开口32的其余部分限定壳体5的内开口32的第二部分35，第二部分35竖直布置在出油口9的上方。在从进油口4到出油口9的途中，油被加热元件8加热。

同时，如箭头所示，空气经由布置在第一部分34中的进气口20被引入壳体5，第一部分34位于进油口4的下游和出油口9的上游(中间水平表面27)。空气与油混合，并且在通过多孔材料33时分成若干小气泡。在混合过程中，在经由布置在内开口32的第二部分35处的出气口22离开壳体5之前，空气被加热后的油加热并从油中吸收水，第二部分35竖直布置在出油口9(顶部水平表面28)的上方。

Claims (11)

1.一种用于从来自油源的油中去除水的系统，其中所述系统包括：

-壳体，包括内开口，

-进油管，连接所述油源和所述壳体的进油口，其中所述进油管包括入口泵，所述入口泵适于沿从所述油源到所述进油口的方向提供油流，

-出油管，连接所述壳体的出油口和所述油源，其中所述出油管包括出口泵，所述出口泵适于沿从所述出油口到所述油源的方向提供油流，

-进气管，在空气供应单元和所述壳体的进气口之间提供气体连接，以及

-出气管，在所述壳体的出气口和所述空气供应单元之间提供气体连接，

其特征在于：

- 所述出口泵适于以高于所述入口泵所提供的泵送流速的泵送流速提供流动，并且，

-所述出油口布置在竖直高于所述进油口的位置处。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述壳体的内开口的第一部分布置在所述进油口的下游和所述出油口的上游。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括加热元件，所述加热元件布置在所述出油口的上游。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述壳体的进气口布置在所述进油口的下游。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述壳体进一步包括多孔材料，所述多孔材料布置在所述内开口的第一部分中。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述多孔材料至少部分地布置在所述进气口的下游。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述出气口布置在所述壳体的内开口的第二部分处，所述第二部分竖直布置在所述出油口的上方。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括滤油器，所述滤油器布置在所述出油管中。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述滤油器布置在所述出口泵的下游。

10.根据权利要求8-9中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括排气管，所述排气管连接所述滤油器和所述壳体。

11.一种从来自油源的油中去除水的方法，其中所述方法包括以下步骤：

-设置壳体，所述壳体包括内开口，

-经由进油管将油从所述油源引入所述壳体，其中所述进油管包括入口泵，所述入口泵沿从所述油源到所述进油口的方向提供油流，

-一旦液位上升到出油口的水平，就从所述壳体中释放油以及油表面形成的泡沫，所述出油口的位置竖直地高于所述进油口，油经由所述出油口释放到引导至所述油源的出油管，其中所述出油管包括出口泵，所述出口泵沿从所述出油口到所述油源的方向提供油流，

-经由进气管将气流从空气供应单元引入所述壳体，并且

-经由出气管从所述壳体中去除气流，

其特征在于：

-所述出口泵以高于所述入口泵所提供的泵送流速的泵送流速提供流动。

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