CN1877200A - 供燃料脱氧的螺旋形卷绕式燃料稳定装置 - Google Patents
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Abstract
一种脱氧器，包括多个螺旋形地卷绕在一根排出管周围的可渗透膜，用于从碳氢化合物燃料中除去溶解的氧。该可渗透膜螺旋形地卷绕在该排出管周围而形成燃料通道和排出通道。该燃料通道和排出通道互相交替，使得每个燃料通道在每个相邻的侧面上被一排出通道形成边界。在该可渗透膜的两边产生一个氧分压差，用以从燃料通道中的燃料内抽取溶解的氧。然后该溶解的氧通过围绕该排出管周面的孔流通而流出该脱氧器。
Description
发明领域
本发明总的涉及一种用于从燃料中除去溶解的氧的方法和装置，尤其涉及一种用于从液体碳氢化合物燃料中除去溶解的氧的螺旋形卷绕的膜。
背景技术
燃料可以用作能量转换装置的各种系统的冷却介质。但是，提高燃料的温度也提高发生氧化反应的速率。一种特定燃料的可用的冷却能力受焦炭生成和淀积的限制，后者取决于燃料内由于早先对空气暴露而存在的溶解氧的量。减少燃料内溶解氧的量能导致减少能量转换装置的燃料输送系统内生成的焦炭。
减少燃料内存在的溶解氧的量能减少被称为“焦炭”或“焦化”的不溶产物的生成。减少燃料内溶解的氧的量能降低焦炭淀积速率和提高最高的可允许温度。换句话说，燃料内溶解的氧越少，在焦炭的积累成为问题之前的温度就越高。对于许多燃料，为了阻止焦炭的淀积，人们通常同意，溶解氧的浓度应当降低到约2ppm或近似3％的饱和度以下，虽然脱氧程度也取决于燃料随后遇到的加热量。对于中等温度，需要较低的脱氧，而对于在高温(高达800°F)下操作的燃料，希望有低于2ppm的溶解氧程度。目前具有改善的焦化性能的燃料一般都比较贵或需要添加剂，因此并非始终能采用。
已知的除去溶解氧的装置包括一种设置在燃料系统内的气体可渗透膜。燃料沿该可渗透膜通过，燃料中的氧分子溶解在该膜中，然后穿过膜扩散而被除去。跨过可渗透膜的真空或氧分压差从燃料中驱赶氧，它不受影响而在膜上通过。
可以理解，可渗透膜难于制造，而且由于制造尺寸和经济的因素而在尺寸和构造方面受到限制。成捆的膜难以改变比例，因为性能高度依赖于间隔空间和几何尺寸，因而难以预测。高的压力对膜的构造也是一个担心的问题。其次，空间和重量对任何系统都是驱动的因素，空间和重量的任何减少都对操作立即产生效益。
因此，希望设计这样一种可渗透膜的系统，它能从燃料中将溶解氧去除到低达阻止生成焦炭的所需程度，并将其构型做成高效地利用空间、减轻重量、易于改变比例、性能可以预测和可以经济地制造。
发明概要
本发明是一种脱氧器，它包括螺旋形地卷绕在一根排出管周围的多层可渗透膜，用以从碳氢化合物燃料中除去溶解的氧。
该示例的螺旋形卷绕式燃料脱氧器包括设置在一外壳内的排出管。外壳限定供燃料流用的一个入口和一个出口。该排出管周围螺旋形地卷绕着多层可渗透膜。这些可渗透膜互相配合而形成燃料通道和排出通道。
燃料通道和排出通道互相交替，使得每个燃料通道在每个相邻侧面上由一个排出通道作为边界。在可渗透膜的两边产生一个氧分压差，用于从燃料通道中的燃料内抽出溶解的氧。然后该溶解的氧通过围绕排出管周面的孔而流通，并从一开口端部流出。
每层可渗透膜安置在一个膜隔离片和一个燃料通道隔离片之间。膜隔离片限定排出通道，用于使溶解的氧向着排出管移动而流出脱氧器。燃料通道隔离片限定燃料通道，燃料通过燃料通道沿轴向流动而从入口向出口通道脱氧器。
因此，本发明的脱氧器提供这样一种可渗透膜系统，该系统能从燃料中将溶解的氧去除到阻止焦炭生成所需的程度，而且其构型可以做成高效地利用空间、减轻重量、易于改变比例、性能可以预测和可以经济地制造。
从下列说明书和附图可以最清楚地理解本发明的上述和其它特点。
附图简述
图1是一种示例的螺旋形卷绕式脱氧器的部分分解图；
图2是通过该示例的螺旋形卷绕式脱氧器的燃料和溶解氧流的示意图；
图3是一部分示例的排出通道和燃料通道的截面图；
图4是一种示例的可渗透膜的截面图。
优选实施例详述
参照图1，一种螺旋形卷绕式燃料脱氧器10包括一根沿轴线15设置在外壳12内的排出管14。外壳12限定一个供燃料流16用的入口18和出口20。进入入口18的燃料流16包括溶解氧38的一些部分。可渗透膜22螺旋形地卷绕在排出管14的周围。示例的可渗透膜22的第一端部24附接在排出管14上，而其第二端部26螺旋形地卷绕在排出管14的周围。示例的脱氧器10包括多层可渗透膜22，它们彼此配合而形成燃料通道28和排出通道30。
燃料通道28和排出通道30彼此交替，使得每个燃料通道28在相邻的每侧上以排出通道30为边界。可渗透膜22的两边产生一个氧分压差，从而从燃料通道28中抽出溶解氧38。在示例的实施例中，该氧分压差由真空源40产生。然后溶解氧38通过围绕排出管14的周面的孔34而传递并从开口端32逸出。在脱氧器10的每个轴向端部处设置一密封件54，以密封排出通道30。因此，离开脱氧器10的燃料16包括的脱氧量比进入的燃料要少得多。
每层可渗透膜22设置在一个膜隔离片42和一个燃料通道隔离片44之间。膜隔离片42限定排出通道30，以便溶解氧38向着排出管14移动而从脱氧器10流出。燃料通道隔离片44限定燃料通道28，燃料通过燃料通道28而沿轴向从入口18通过脱氧器10流到出口20。外卷绕层46保持多层可渗透膜22的所需周面，以便装配到外壳12中。虽然该图中外卷绕层与一燃料通道接触，但它也可与一真空通道接触。
参照图2，排出的溶解氧38在终止于排出管14的螺旋形通道内沿周面流动。孔34与排出通道30连通而不与燃料通道28连通。可渗透膜22的第二端部26是密封的，使得每层膜隔离片42限定一个单独的螺旋形排出通道30。螺旋形排出通道30开始于第二端部26而卷绕在排出管14的周围，直到终止于排出管14的表面上，并与多个孔34之一连通。
燃料通道28用燃料隔离片44限定在可渗透膜22之间。燃料沿轴向在燃料通道28内通过脱氧器10流动。燃料通道内的燃料接触可渗透膜22并对着它流动，使得溶解氧38从燃料中抽出而通过可渗透膜22进入排出通道30。
参照图3，燃料通道28由燃料隔离片44限定。示例的燃料隔离片44包括多个用于引导燃料流动的挡板48。挡板48交替地对着对置的可渗透膜22引导燃料流，从而增大溶解氧从燃料中出来的输运。这种氧输运的增加通过燃料与可渗透膜22的一个表面的优化接触所增强。示例的挡板48是L形的，并包含一个引导燃料横向于脱氧器10的轴线15流动的曲面。该横向的燃料流动增强了与可渗透膜22的接触并由此提高脱氧器10的效率。在该优选的实施例中，示例的燃料隔离片44用塑料片制成并层状安置在相邻的可渗透膜片22之间。虽然图示了挡板48的示例构型，但用于增强燃料与可渗透膜22的接触的其它形状和构型也在本发明考虑之列。
排出通道30是由膜隔离片42限定的。膜隔离片42是一屏或多孔材料，它在相邻的可渗透膜22之间提供所要的间距。所要的间距形成排出通道30的所要体积。排出通道30的终止处与排出管14的孔34成连通(图2)。
真空源40(图1)产生所要的氧分压差，该氧分压差通过排出管14连通并因此遍及排出通道30。膜隔离片42包含尽可能减小对溶解氧流动的任何阻力的细节。示例的膜隔离片42用塑料制成。其次，该技术的专业人员将理解，膜隔离片42的其它材料和构型也在本发明考虑之列。
其次，也可以利用一股带状气体来产生氧分压差。因此，排出管14可包括一个第二孔端部和一股沿轴向流过排出管14的带状气体，后者从可渗透膜22附近的燃料中抽取溶解氧。
参照图4，可渗透膜22包括一个设置在一多孔背衬52上的可渗透层50。多孔背衬52为可渗透层50提供所需的支承结构而仍然允许氧从燃料通道28最大地扩散。可渗透层50涂层在多孔背衬52上而在两者之间形成机械结合。可渗透层50最好是在带有0.1～0.3μm孔径的聚偏二氟乙烯(PVDF)或聚醚酰亚胺(PEI)的0.005英寸厚的多孔背衬52上的厚0.5～20μm的聚四氟乙烯(Teflon)AF 2400。也可以采用能提供必要的强度和开孔度的不同材料、厚度和孔径的其它支承物。
可渗透层50最好是杜邦Teflon AF非晶态氟聚合物；但该技术的专业人员已知的其它材料也在本发明考虑之列，如Solvay Hyflon AD全氟化玻璃状聚合物和Asahi Glass CYTOP聚全氟丁烯乙烯醚。多孔背衬52是可以弯曲的，以便形成围绕排出管14的螺旋形卷绕。
脱氧器10包括多个在第一端部24上粘合到排出管14的可渗透膜22。然后可渗透膜22交替地夹在膜隔离片42和燃料隔离片44之间。燃料隔离片44安置成与每个可渗透膜22的可渗透层50接触，而膜隔离片42安置在对置的多孔背衬52之间。然后可渗透膜22、膜隔离片42和燃料隔离片44的交替各层形成的夹层在排出管14周围卷绕到一个所要的周面。然后每个可渗透膜22的第二端部26被密封，使得排出流只可以流过排出管14的靠近脱氧器10的轴线15附近的第一端部24的孔34。
密封件54密封排出通道30的靠近脱氧器10的轴向两端的端面，从而进一步阻断排出通道30。但是，密封件54并不密封提供通过脱氧器10的所要的轴向燃料流的燃料通道28的轴向两端。螺旋形卷绕的可渗透膜22被装入限定用于燃料流的入口18和出口20的外壳12内。
可渗透膜22的数目和尺寸可以调整到将脱氧器10的比例改变到用途特定的要求。脱氧器10的尺寸可以被定为尽可能减小压力损失、尽可能增大溶解氧的脱涂或安装在一个规定的设计的包壳内。通过改变轴向长度和通过改变可渗透膜22的长度或通过改变可渗透膜22的数目和改变脱氧器10的直径可以修改脱氧器10的尺寸。
虽然已公开了本发明的一个优选实施例，但该技术的普通专业人员将认识到，某些修改将落在本发明的范围内。为此，应当研究下面的权利要求书来确定本发明的真实范围和内容。
Claims (20)
1.一种燃料脱氧器装置，包括：
一个有一入口和一出口的外壳；
一个被设置在所述外壳内而有至少一个从所述外壳伸出的开口端部的排出管；
一个用于供燃料在所述入口和所述出口之间通过所述外壳的第一通道；
一个螺旋形地卷绕在所述外壳内的所述排出管周围并被配置在流经所述第一通道的燃料邻近的可渗透膜；以及
一个用于与所述排出管的所述至少一个开口端部成连通并产生一个氧分压差的第二通道，该氧分压差经所述可渗透膜从所述燃料中将溶解氧抽入所述第二通道并从所述排出管的所述至少一个开口端部流出。
2.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述可渗透膜包含一个附接在所述排出管上的第一端部。
3.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，包含一种在相邻的可渗透膜之间限定所述第一通道的第一隔离片。
4.如权利要求3中所述的装置，其特征在于，所述第一隔离片包含多个在所述第一通道的侧面之间延伸的部件，以促使流经所述第一通道的燃料的混合。
5.如权利要求3中所述的装置，其特征在于，所述第一隔离片被夹在所述可渗透膜的螺旋形卷绕的各层之间，使得所述可渗透膜限定所述第一通道的一部分。
6.如权利要求3中所述的装置，其特征在于，包括一种在相邻的可渗透膜之间限定所述第二通道的第二隔离片。
7.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述可渗透膜包括一种在一多孔背衬上的氟聚合物涂层。
8.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，还包括一种被配置在所述可渗透膜上的Solvay Hyflon AD全氟化合物的玻璃状聚合物。
9.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，还包括一种被配置在所述可渗透膜上的Asahi Glass CYTOP聚全氟丁烯乙烯醚。
10.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，还包含在所述至少一个开口端部处形成的真空度，以产生跨越所述可渗透膜的所述氧分压差。
11.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，还包含一个第二孔，以使一股带状气流通过所述排出管而与所述多孔衬底成连通，从而产生所述氧分压差。
12.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述可渗透膜包括聚四氟乙烯Teflon AF非晶氟聚合物。
13.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述可渗透膜包括一种聚四氟乙烯。
14.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述可渗透膜的厚度约为4微米。
15.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述可渗透膜的厚度为1～4微米。
16.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，所述可渗透膜的厚度小于4微米。
17.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，从所述燃料通道内的燃料中除去该溶解氧的约97％或更多。
18.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，在所述燃料通道内的燃料约为华氏200度。
19.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，在所述燃料通道内的燃料约高于华氏150度。
20.如权利要求1中所述的装置，其特征在于，从所述燃料通道内的燃料中除去被溶解氧的约80％或更多。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |