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Die Erfindung betrifft eine Treibstoffabscheidevorrichtung zum Abscheiden von Wasser aus einem Treibstoff-Wasser-Gemisch mittels einer Filtereinrichtung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Treibstoff bzw. Kraftstoff wird üblicherweise in mobilen oder immobilen tankartigen Einrichtungen gelagert, zum jeweiligen Einsatzort transportiert oder für den Betrieb von Maschinen, Fahrzeugen, Fluggeräten oder Schiffen in Tankeinrichtungen vorgehalten. Der in solchen Einrichtungen gespeicherte Treibstoff weist in Abhängigkeit der jeweils vorliegenden Temperatur und des jeweils vorliegenden Tankinnendruckes einen definierten Wasseranteil auf. Das Wasser des Treibstoff-Wasser-Gemisches ist zu einem Teil im Treibstoff gelöst, während der weitere Teil des gesamten Wasseranteiles in ungelöstem Zustand als eigene flüssige Phase im Treibstoff-Wasser-Gemisch vorliegt.
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Da ungelöstes Wasser von Treibstoff-Wasser-Gemischen das Wachstum von Mikroorganismen, wie Bakterien und Pilze, in Tankeinrichtungen begünstigt, wird versucht, den Anteil von ungelöstem Wasser in Treibstoffen möglichst gering zu halten. Besonders Mikroorganismen, die Wasser zum Wachstum benötigen, vermehren sich in Treibstofftanks konzentriert im Bereich einer Treibstoff-Wasser-Grenzschicht. Zunehmende Mengen von Mikroorganismen können beispielsweise den Durchfluss von Filtern, Kraftstoffleitungen und dergleichen in unerwünschtem Umfang beeinträchtigen oder sogar vollständig verstopfen und damit deren Funktionsweise nachteilig beeinflussen. Zusätzlich erzeugen manche Mikroorganismen säurehaltige Nebenprodukte und beschleunigen damit unter Umständen Korrosionsprozesse im Bereich von Treibstofftanks.
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Um ein unerwünscht großes Wachstum von Mikroorganismen in Treibstofftanks zu vermeiden, ist es bekannt, Treibstoff-Wasser-Gemischen sogenannte Biozide zuzusetzen. Allerdings sind auch derartigen Bioziden Grenzen gesetzt, weshalb Treibstofftanks zur Entfernung der Mikroorganismen trotzdem geleert und mechanisch gereinigt werden müssen, um die im Treibstofftank angesammelte Biomasse insbesondere zur Vermeidung einer Verstopfung von Ventilen und Rohren zu entfernen. Da Biozide auch toxisch sein können, ist aus dem Tank entnommenes Wasser entsprechend zu entsorgen, was wiederum aufwändig ist und hohe Kosten verursacht.
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Da Umgebungstemperaturen von Flugzeugen in größeren Flughöhen weit unter dem Gefrierpunkt von Wasser liegen, besteht des Weiteren nachteilhafterweise die Möglichkeit, dass ungelöstes Wasser eines Treibstoff-Wasser-Gemisches in einem Treibstofftank eines Flugzeug gefriert. Da sich ungelöstes Wasser aufgrund der im Vergleich zur Dichte von Treibstoffen höheren Dichte in unteren Bereichen von Tankeinrichtungen sammelt, in welchen funktionsbedingt auch Treibstoffeinlässe angeordnet sind, werden die Treibstoffeinlässe und diesen zugeordnete Filter in unerwünschtem Umfang durch das gefrorene Wasser blockiert, womit eine Treibstoffversorgung von Triebwerken eines Flugzeuges unter Umständen nicht länger gewährleistet ist. Um das Gefrieren von ungelöstem Wasser zu verhindern, werden beispielsweise sogenannte Treibstofferhitzer verwendet. Allerdings begünstigt diese Vorgehensweise aufgrund der damit erzeugten Temperaturen des Treibstoffs wiederum ein Wachstum von Mikroorganismen und die sich daraus ergebenden vorbeschriebenen Nachteile.
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Zusätzlich wird versucht, den Anteil von in Flugzeugtanks vorhandenem ungelöstem Wasser durch den Einsatz sogenannter Treibstoff-Wasser-Trenneinrichtungen, wie Durchlauffiltern, zu reduzieren. Treibstoff-Wasser-Gemische werden vor einer Befüllung eines Tanks durch solche Durchlauffilter geführt, um den Anteil von ungelöstem Wasser in Treibstoff-Wasser-Gemischen zu verringern. Stromab der Durchlauffilter werden die Treibstoff-Wasser-Gemische mit reduziertem Wasseranteil in Richtung eines Tanks gefördert, während das abgeschiedene Wasser beispielsweise im Bereich eines Durchlauffilters über ein Auslassventil abgeführt wird. Derartige Durchlauffilter sind zum Abscheiden von ungelöstem Wasser üblicherweise mit einem Filtermedium ausgeführt, wobei die Filtermedien unter anderem aus Zellulose und schmelzgeblasenen synthetischen Schichten hergestellt sind.
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Hohe Abscheideleistungen sind mit bekannten Treibstoff-Wasser-Trenneinrichtungen nachteilhafterweise nur mit entsprechend groß ausgelegten Dicken bzw. Wandstärken im Bereich der Filtermedien erzielbar, weshalb gängige Trenneinrichtungen ein unerwünscht hohes Eigengewicht aufweisen und durch einen großen Bauraumbedarf gekennzeichnet sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bauraumgünstige und effektive Treibstoffabscheidevorrichtung zur Verfügung zu stellen, die ein geringes Eigengewicht aufweist und mittels der ein Anteil an ungelöstem Wasser in einem Treibstoff-Wasser-Gemisch auf ein gewünschtes Maß einstellbar ist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Treibstoffabscheidevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Es wird eine Treibstoffabscheidevorrichtung zum Abscheiden von Wasser aus einem Treibstoff-Wasser-Gemisch mit einer Filtereinrichtung vorgeschlagen, welche einen Abscheideraum zumindest bereichsweise begrenzt.
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Die erfindungsgemäße Ausführung der Treibstoffabscheidevorrichtung mit einer Graphen-Membran und/oder einer Graphen-Oxid-Membran im Bereich der Filtereinrichtung ermöglicht auf bauraumgünstige Art und Weise den Anteil von ungelöstem Wasser in einem Treibstoff-Wasser-Gemisch bei gleichzeitig geringem Eigengewicht der Treibstoffabscheidevorrichtung zu reduzieren.
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Der Erfindung liegt dabei die Kenntnis zugrunde, dass eine mit einer Graphen- und/oder Graphen-Oxid-Membran ausgebildete Filtereinrichtung sehr dünn und entsprechend leicht ausführbar ist, die im Vergleich zu aus der Praxis bekannten Lösungen bei gleichem Bauraumbedarf durch eine wesentlich größere Abscheideleistung gekennzeichnet ist. Dies resultiert auch aus der Tatsache, dass Graphen- und/oder Graphen-Oxid-Membranen bekannterweise lediglich eine Durchlässigkeit für Wasserdampf aufweisen, während alle anderen Flüssigkeiten und Gase, einschließlich Helium, Graphen- und/oder Graphen-Oxid-Membranen nicht passieren können.
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Aufgrund der effektiven Abscheideeigenschaften von Graphen- und/oder Graphen-Oxid-Membranen und deren hoher Festigkeit ist der Materialeinsatz im Bereich der Graphen- und/oder Graphen-Oxid-Membranen gering, womit eine erfindungsgemäß ausgeführte Treibstoffabscheidevorrichtung auch kostengünstig herstellbar ist.
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Die mit einer Graphen- und/oder Graphen-Oxid-Membran ausgeführte Filtereinrichtung kann beispielsweise folienartig, transparent und flexibel ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Filtereinrichtung auf einfache Weise jede gewünschte Form aufweisen und ist mit geringem Aufwand an einen Abscheideraum anpassbar, in dessen Bereich ungelöstes Wasser aus einem Treibstoff-Wasser-Gemisch über die erfindungsgemäße Treibstoffabscheidevorrichtung abgeschieden werden soll. Ein Verhältnis aus einer Oberfläche der Filtereinrichtung zu einem Volumen des Abscheideraums ist hierdurch auf einfache Weise in gewünschtem Umfang einstellbar und maximierbar.
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Da die erfindungsgemäße Treibstoffabscheidevorrichtung eine gute Abscheideleistung von ungelöstem Wasser aus dem Treibstoff-Wasser-Gemisch zur Verfügung stellt, ist ein Wachstum von Mikroorganismen im Bereich der Treibstoffabscheidevorrichtung stark reduzierbar oder vollständig vermeidbar. Dies bietet wiederum vorteilhafterweise die Möglichkeit, auf eine Zugabe von Additiven zur Hemmung von Korrosion, zum Frostschutz oder zur Verhinderung bzw. Begrenzung eines Wachstums von Mikroorganismen, wie Bioziden, zu verzichten oder die zugegebene Menge gegenüber bekannten Ausführungen reduzieren zu können. Zudem kann bei entsprechend geringem Anteil von ungelöstem Wasser in einem Treibstoff-Wasser-Gemisch unter Umständen vorteilhafterweise auf Treibstofferhitzer verzichtet werden, womit wiederum die Herstellkosten eines Treibstofftanks eines Flugzeuges im Vergleich zu bekannten Lösungen reduzierbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Treibstoffabscheidevorrichtung ist es vorgesehen, dass die Filtereinrichtung den Abscheideraum zumindest bereichsweise von einem Wassersammelraum abgrenzt. Der Wassersammelraum ist somit auf einer dem Abscheideraum gegenüberliegenden Seite der Filtereinrichtung angeordnet. In dem Wassersammelraum kann Wasser somit auf einfache Weise gesammelt und entfernt werden.
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Die Filtereinrichtung, der Abscheideraum und der Wassersammelraum sind bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Treibstoffabscheidevorrichtung ist hierbei insbesondere einer Treibstoffspeichervorrichtung, beispielsweise einem Treibstofftank, zuordenbar, und beispielsweise in jedem Bereich der Treibstofflieferkette, beispielsweise im Bereich einer Raffinerie, im Bereich eines immobilen Treibstofftanks eines Treibstofflagers, im Bereich eines mobilen Treibstofftanks eines Tanklastzuges, eines Kraftfahrzeuges, eines Fluggerätes, einer mit einer Brennkraftmaschine ausgeführten Maschine, eines Schiffes oder dergleichen, einsetzbar. Im Bereich von Fluggeräten eingesetzte Treibstoffspeichervorrichtungen können beispielsweise als in das Fluggerät integrierte und nicht entnehmbare Tanks, als starre entnehmbare Tanks oder als sogenannte Bladdertanks mit verstärkten gummierten Beuteln ausgeführt sein, die auch selbstdichtend ausgebildet sein können.
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In dem Wassersammelraum der jeweiligen Treibstoffspeichervorrichtung gesammeltes Wasser kann dabei insbesondere über ein Ventil, einen Hahn oder dergleichen manuell oder automatisiert aus dem Wassersammelraum entfernt bzw. abgelassen werden.
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Ist die Treibstoffabscheidevorrichtung einer Treibstoffspeichervorrichtung zugeordnet, wird auch während einer Lagerung des Treibstoffs kontinuierlich Wasser aus dem Treibstoff abgeschieden. Die Ausführung eines Tanks eines Fluggerätes mit der erfindungsgemäßen Treibstoffabscheidevorrichtung bietet den Vorteil, dass der Anteil von ungelöstem Wasser eines Treibstoff-Wasser-Gemischs während eines Flugs, während dem aufgrund sinkender Umgebungstemperaturen und der damit einhergehenden abnehmenden Löslichkeit von Wasser im Treibstoff der Anteil an ungelöstem Wasser zunimmt, über die Filtereinrichtung auf ein erforderliches Maß begrenzbar ist.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung bildet die Filtereinrichtung zumindest teilweise, insbesondere vollständig, eine äußere Begrenzung des Abscheideraumes. Die Filtereinrichtung, die hierbei eine Begrenzungswand oder eine Tankwand bildet, begrenzt den Abscheideraum, der dann den gesamten Tankinnenraum darstellt. Ein zusätzlicher Wassersammelraum ist bei einer derartigen Ausführung der Treibstoffspeichervorrichtung nicht zwingend erforderlich. Das von dem Treibstoff abgetrennte Wasser wird dann auf konstruktiv einfache Art und Weise direkt an die Umgebung abgegeben. Eine derartige Treibstoffabscheidevorrichtung ersetzt dann beispielsweise bekannte Treibstofftanks von Tanklastfahrzeugen, Fluggeräten, Schiffen oder weiteren mobilen oder immobilen Einrichtungenvollständig.
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Die Filtereinrichtung kann hinsichtlich ihrer Form sehr flexibel und zumindest bereichsweise plan und/oder zumindest bereichsweise gekrümmt bzw. gebogen ausgeführt sein. Beispielsweise kann die Form der Filtereinrichtung an die Form eines Gehäuses einer Tankvorrichtung angepasst sein, so dass zwischen der Filtereinrichtung und dem Gehäuse jeweils ein definierter, unter Umständen ein im Wesentlichen konstanter Abstand im Bereich der gesamten Treibstoffspeichervorrichtung vorliegt. Die Filtereinrichtung kann beispielsweise auch zumindest bereichsweise hohlzylindrisch ausgeführt sein.
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Bei der erfindungsgemäßen Treibstoffabscheidevorrichtung kann in dem Abscheideraum vorzugsweise Benzin, Diesel oder Kerosin angeordnet sein, das beispielsweise für einen Antrieb eines Triebwerks eines Flugzeuges verwendet wird. Allerdings sind prinzipiell auch von Treibstoff-Wasser-Gemischen bzw. Kraftstoff-Wasser-Gemische in den Abscheideraum einleitbar, um ungelöstes Wasser abzuscheiden.
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Ist die Treibstoffabscheidevorrichtung aufgrund eines begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraumangebotes nur mit geringen Abmessungen ausführbar, ist die Treibstoffabscheidevorrichtung vorzugsweise mit einer Fördereinrichtung ausgeführt, mittels der ein Treibstoff-Wasser-Gemisch in den Abscheideraum förderbar ist. Eine derartige Treibstoffabscheidevorrichtung stellt eine Art Durchlauffilter dar, in dessen Bereich ungelöstes Wasser aus einem strömenden Treibstoff-Wasser-Gemisch abscheidbar ist.
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Sowohl die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale als auch die in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Treibstoffabscheidevorrichtung angegebenen Merkmale sind jeweils für sich alleine oder in beliebiger Kombination miteinander geeignet, den erfindungsgemäßen Gegenstand weiterzubilden. Die jeweiligen Merkmalskombinationen stellen hinsichtlich der Weiterbildung des Gegenstandes nach der Erfindung keine Einschränkung dar, sondern weisen im Wesentlichen lediglich beispielhaften Charakter auf.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Treibstoffabscheidevorrichtung ergeben sich aus den Patentansprüchen und den nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung prinzipmäßig beschriebenen Ausführungsbeispielen, wobei zugunsten der Übersichtlichkeit jeweils für bau- und funktionsgleiche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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Es zeigt:
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1 eine stark schematisierte Ansicht einer Lieferkette von Kerosin, wobei eine Raffinerie, ein Tanklaster, ein unterirdischer Tank im Bereich eines Flughafens und ein Flugzeug näher ersichtlich sind, die jeweils mit einer Treibstoffabscheidevorrichtung ausgeführt sind; und
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2 eine stark vereinfacht gezeigte Schnittansicht einer weiteren Treibstoffabscheidevorrichtung mit einer eine Graphen-Membran aufweisenden Filtereinrichtung.
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In 1 ist eine vereinfachte Lieferkette von Treibstoff bzw. Kerosin gezeigt, das zum Betrieb von Fluggeräten, insbesondere von Flugzeugen verwendet wird. Die Lieferkette umfasst neben einer Raffinerie 1, einen Tanklastwagen 3, einen hier unterirdisch angeordneten Tank 5 im Bereich eines Flughafens sowie ein Flugzeug 7. Sowohl im Bereich der Raffinerie 1, im Bereich des Tanklastwagens 3, im Bereich des Tanks 5 als auch im Bereich des Flugzeuges 7 ist jeweils eine Treibstoffabscheidevorrichtung 9, 11, 13, 15 vorgesehen, um einen Anteil von ungelöstem Wasser in dem Treibstoff-Wasser-Gemisch reduzieren zu können bzw. auf ein erforderliches Maß einstellen zu können. Die Treibstoffabscheidevorrichtungen 9, 11, 13, 15 sind jeweils im Bereich von Treibstoffspeichervorrichtungen bzw. Treibstofftanks vorgesehen und gleichen sich hinsichtlich ihres Aufbaus im Wesentlichen.
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In 2 ist eine stark vereinfachte Schnittansicht einer Treibstoffabscheidevorrichtung 16 dargestellt, die ebenfalls einen den Treibstoffabscheidevorrichtungen 9, 11, 13, 15 entsprechenden Aufbau aufweist, der nachfolgend näher beschrieben wird.
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Die Treibstoffabscheidevorrichtung 16 ist mit einer ein Gehäuse 17 darstellenden Außenwand ausgeführt, die die Treibstoffabscheidevorrichtung 16 gegenüber einer Umgebung begrenzt. Innerhalb des Gehäuses 17 ist ein Abscheideraum 19 vorgesehen, in dem Treibstoff bzw. ein Treibstoff-Wasser-Gemisch 31 angeordnet werden kann. Des Weiteren begrenzt das Gehäuse 17 einen Wassersammelraum 21, der gegenüber dem vom Abscheideraum 19 durch eine Filtereinrichtung 23 vollständig abgeschirmt ist.
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Die Form der Filtereinrichtung 23 entspricht bei der gezeigten Ausführung der Treibstoffabscheidevorrichtung 16 im Wesentlichen der Form des Gehäuses 17 und umfasst den im Inneren der Treibstoffabscheidevorrichtung 16 angeordneten Abscheideraum 19 vollständig, der in dem in 2 dargestellten Umfang mit einem Treibstoff-Wasser-Gemisch 31 befüllt ist. Die Filtereinrichtung 23 ist hierfür sowohl mit planen und ebenen Bereichen als auch mit gekurvt bzw. gekrümmt gestalteten Bereichen ausgebildet.
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Der Wassersammelraum 21 befindet sich zwischen dem Gehäuse 17 und der Filtereinrichtung 23 und ist um ein Vielfaches kleiner als der Abscheideraum 19 ausgeführt. Des Weiteren ist ein Ventil 24 vorgesehen, über das Treibstoff, hier Kerosin zur Verbrennung im Bereich eines Triebwerks des Flugzeuges 7, aus dem Abscheideraum 19 entnehmbar oder in den Abscheideraum 19, der einem Tankraum entspricht, einführbar ist.
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Die Filtereinrichtung 23 ist vorliegend mit einer Graphen-Oxid-Membran 25 ausgebildet. Die Graphen-Oxid-Membran 25 ist folienartig ausgeführt, deren Dicke im Nanometer-Bereich liegt und daher entsprechend dünn ist sowie durch einen geringen Bauraumbedarf und ein geringes Eigengewicht gekennzeichnet ist. Über die Graphen-Oxid-Membran 25, die alternativ oder zusätzlich auch als Graphen-Membran ausgeführt sein kann, ist ungelöstes Wasser aus in dem Abscheideraum 19 gespeichertem Treibstoff-Wasser-Gemisch effektiv abscheidbar, wobei das ungelöste Wasser aus dem Abscheideraum 19 durch die Graphen-Oxid-Membran 25 in den Wassersammelraum 21 übertritt. Zusätzlich ist auch ein Ventil bzw. ein Ablasshahn 27 vorhanden, über den im Wassersammelraum 21 gesammeltes Wasser 33 aus diesem ablassbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Raffinerie
- 3
- Tanklastwagen
- 5
- Tank
- 7
- Flugzeug
- 9, 11, 13, 15, 16
- Treibstoffabscheidevorrichtung
- 17
- Gehäuse
- 19
- Raum zur Anordnung von Treibstoff
- 21
- Wassersammelraum
- 23
- Filtereinrichtung
- 24
- Ventil
- 25
- Graphen-Oxid-Membran
- 27
- Ventil
- 29
- Füllstand des Treibstoffs
- 31
- Treibstoff-Wasser-Gemisch
