ES2299966T3 - Filtro de combustible, en especial para automoviles y procedimiento par su funcionamiento. - Google Patents
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Abstract
Filtro de combustible, en especial para automóviles, presentando una carcasa de filtro (10) con una entrada (14) y una salida (15), y un dispositivo de remoción de agua (23), disponiendo entre la entrada (14) y la salida (15) un elemento filtrante (16) para la limpieza de combustible, disponiendo en la carcasa de filtro (10) un espacio colector (20) en el que se acumula el agua separada del combustible, disponiendo el dispositivo de remoción de agua (23) de una carcasa (24) que dispone de una entrada (33) y una salida (28), disponiendo en la carcasa (24) una membrana (25) permeable a moléculas de agua que separa la entrada (33) de la salida (28), caracterizado porque las moléculas de agua que atraviesan la membrana (25) conforman gotas de agua que se reúnen en estructuras de canales (26), estando las estructuras de canales (26) cerradas herméticamente en su extremo superior mediante la carcasa (24), desembocando los extremos abiertos de las estructuras de canales (26) en una base (27) con un canal de drenaje (28), de forma que las gotas de agua de las distintas estructuras de canales (26) se reúnen y descargan.
Description
Filtro de combustible, en especial para
automóviles y procedimiento para su funcionamiento.
El invento se refiere a un sistema de filtrado
de combustible, según el preámbulo de la reivindicación 1, así como
un procedimiento para el funcionamiento del sistema de filtrado de
combustible, según la reivindicación 9.
El documento DE 101 38 695 da a conocer un
dispositivo para la remoción de agua de un sistema de combustible.
El sistema de combustible dispone de un elemento filtrante, en el
cual se separa agua. El agua separada se acumula en una cámara
colectora. Debajo de la cámara colectora está dispuesta un área de
captación, estando dispuesta una membrana entre la cámara colectora
y el área de captación. La membrana está configurada de forma que
solamente puede pasar agua ultrapurificada. La membrana es
impermeable a moléculas de combustible. En la cámara colectora está
dispuesto un sensor de agua conectado a una válvula dispuesta en el
área de captación.
El objetivo del invento es la creación de un
sistema de filtrado de combustible que dispone de un dispositivo de
remoción de agua compacto. Dicho objetivo se consigue mediante las
características de la reivindicación 1.
El filtro de combustible, según el invento,
sirve para la limpieza de combustible, en especial de combustible
gasóleo, en automóviles o máquinas de trabajo. El filtro de
combustible presenta una carcasa de filtro con una entrada para
combustible sin limpiar y una salida para combustible filtrado. En
la carcasa de filtro está dispuesto un elemento filtrante que
separa de forma hermética la entrada de la salida. Además, en el
elemento filtrante se remueve el agua contenida en el combustible.
Debido a que el agua es más pesada que el combustible, el agua
separada desciende al sector inferior del filtro de combustible y se
acumula en la cámara colectora. En la zona de la cámara colectora
está dispuesto un dispositivo de remoción de agua que dispone de una
carcasa. La carcasa presenta una entrada y una salida. En la
carcasa hay dispuesta una membrana permeable a moléculas de agua,
que separa la entrada de la salida. La membrana, por ejemplo
compuesta de un polímero, dispone de estructuras de canales
cerradas herméticamente en un extremo. El cierre está fabricado de
un material inalterable por el agua y el combustible, para que el
cierre obture las estructuras de canales de forma permanente.
Además, el cierre es impermeable al menos para componentes de
combustibles. En una configuración ventajosa, el cierre se compone
del mismo material que la propia membrana, por lo cual puede
utilizarse también el área del cierre como superficie de membrana.
El agua contenida en la cámara colectora todavía está contaminada
con componentes del combustible, por lo que dicha agua no debe
liberarse sin purificar al medioambiente. Esta agua sin purificar
penetra por la entrada a la carcasa del dispositivo de remoción de
agua y humecta la membrana. Debido a que la canalización está
cerrada por un extremo, el agua no puede penetrar directamente en
las estructuras de canales. Con una diferencia de presión entre la
parte externa de la membrana y la estructura de canales, la
membrana es atravesada por moléculas de agua del agua contaminada.
Los componentes de combustible permanecen del otro lado de la
membrana. Las moléculas de agua que atravesaron la membrana forman
gotas de agua que pueden cederse directamente del dispositivo de
remoción de agua al medioambiente. Con este propósito, las gotas de
agua fluyen a través del extremo abierto de las estructuras de
canales. Los extremos abiertos desembocan en una base que dispone
de un canal de drenaje. En el canal de drenaje, las gotas de agua de
las diferentes estructuras de canales se juntan y descargan. Debido
a la utilización de una membrana con estructuras de canales puede
crearse una superficie de membrana relativamente grande sobre un
espacio de construcción relativamente pequeño. De esta forma, la
membrana puede ser configurada como membrana plana o redonda dotada
de canales integrados. Pero también es posible utilizar fibras
huecas individuales que se empaquetan en un haz. La diferencia de
presión entre el lado exterior de la membrana y la estructura de
canales puede crearse mediante la presión existente en la carcasa
del filtro, producida mediante una bomba de combustible. Entonces,
la presión en la estructura de canales puede ser, por ejemplo, la
presión ambiental.
Conforme a una configuración ventajosa, la
membrana se compone de un material inorgánico, en especial cerámica.
Dicho material también es estable a temperaturas variables. Tanto
temperaturas muy altas como temperaturas muy bajas no destruyen
este material, por lo que la función del dispositivo de remoción de
agua es garantizada en forma permanente.
Conforme a una configuración ventajosa del
invento, se encuentra dispuesta una válvula entre la entrada y la
salida, por lo cual puede realizarse o bien impedirse en forma
controlada el flujo a través del dispositivo de remoción de agua.
La disposición de la válvula entre la entrada y la membrana es
especialmente ventajosa, porque la válvula en estado cerrada impide
que la membrana entre en contacto directo con el combustible y se
obstruya la membrana. La válvula solamente se abre cuando está
disponible una suficiente cantidad de agua, con lo que el agua
puede fluir a la membrana. Para registrar si en la cámara colectora
se encuentra una cantidad suficiente de agua, es ventajoso que en
la cámara colectora esté dispuesto un sensor conectado en forma
correspondiente con la válvula. Este sensor se conecta con la
válvula, por lo que la válvula se abre frente a una suficiente
cantidad de agua o bien se cierra al no llegar a una cantidad mínima
de agua.
En una configuración ventajosa del invento, la
carcasa dispone de un espacio muerto, en el que se acumulan restos
de combustible que han sido separados por la membrana. El espacio
muerto está dispuesto en la parte geodésica superior de la carcasa.
Debido a que los restos de combustible retenidos por la membrana son
más livianos que el agua, dichos restos de combustible suben,
ayudados por las vibraciones permanentes del motor, y se acumulan.
En forma controlada también pueden introducirse vibraciones, en
especial vibraciones de alta frecuencia, para ayudar a desprender
restos de combustible de la superficie de la membrana. Para
transmitir las vibraciones al sistema de combustible pueden
colocarse en determinadas zonas de la carrocería elementos de
aumento o de reducción. De esta forma, la superficie de la membrana
es liberada de restos de combustible y no es bloqueada para la
acumulación de restos de combus-
tible.
tible.
En un perfeccionamiento del invento, el espacio
muerto dispone de una válvula de drenaje, conectada de forma
comunicante con la cámara colectora en la carcasa del filtro. Dicha
válvula de drenaje puede abrirse cuando en el espacio muerto se
acumuló una cantidad importante de restos de combustible. Mediante
la apertura de la válvula de drenaje escapan los restos de
combustible a la cámara colectora de la carcasa del filtro y pueden
usarse para la combustión. Al mismo tiempo aumenta la vida útil de
la membrana, porque la superficie de la membrana no es obturada,
sino que está disponible para el agua a remover.
Es ventajoso que el dispositivo de remoción de
agua está unido de forma desconectable, en especial atornillado,
con la cámara colectora. De esta forma puede realizarse un recambio
rápido del dispositivo de remoción de agua.
En otra configuración del invento, la salida
está conectada a una bomba, por lo que en el dispositivo de remoción
de agua puede realizarse una presión diferencial respecto de la
presión interior de la carcasa del filtro. En este caso, la bomba
puede ser una bomba de vacío o de presión, que succiona o presiona
la molécula de agua a través de la membrana. En vez de una bomba
también pueden utilizarse acumuladores de presión existentes, como
los que se usan, por ejemplo, en el automóvil. De esta forma puede
ahorrarse espacio y los costes de una bomba.
El procedimiento, según el invento, para operar
un filtro de combustible descrito anteriormente prevé que el agua
contaminada separada de la cámara colectora fluye a través de la
entrada al dispositivo de remoción de agua. Debido a una diferencia
de presión entre la entrada y la salida, las moléculas de agua del
agua contaminada con combustible migran a través de la membrana y
pueden liberarse como agua limpia al medioambiente.
Según un perfeccionamiento ventajoso, la
membrana es cargada con el agua contaminada solamente después de un
periodo especificado. En este caso se abre una válvula que libera el
camino del flujo hacia la membrana. Por un lado, el periodo puede
ser un periodo especificado a partir de la puesta en servicio del
filtro de combustible. En este caso, el periodo es seleccionado de
manera que en la cámara colectora se encuentre una cantidad de agua
suficiente como para que la membrana no se obture con combustible.
Además, el periodo también puede ser un periodo después de parar el
motor de combustión interna. Después de parar el motor de combustión
interna ya no fluye combustible a través del filtro de combustible,
con lo cual la mezcla de combustible y agua se separa por si sola.
Debido a este proceso de separación, se envía a la membrana agua de
una menor concentración de combustible, lo que aumenta la vida útil
de la membrana.
En un procedimiento ventajoso se prevén periodos
que en la membrana producen estados despresurizados. Estos periodos
pueden estar previstos para antes, durante o después del
funcionamiento del filtro de combustible. La extensión del periodo
es elegido de manera tal, que los restos de combustible tienen
tiempo suficiente para difundirse fuera de la membrana. Para ello,
un periodo puede ser, por ejemplo, de pocos minutos. Sin embargo,
en otras configuraciones el periodo puede extenderse por varias
horas, pudiendo naturalmente elegirse cualquier valor intermedio.
En estos periodos, las membranas están separadas de la presión
existente en el filtro de combustible. También otras fuentes de
presión, como por ejemplo bombas, están en estos periodos separadas
de las membranas, de forma que no existe fuera de la membrana ningún
nivel de presión superior que en las estructuras de canales de la
membrana. Durante estos periodos se realiza una redifusión de los
restos de combustible, de la membrana al agua circundante de la
membrana. Para esta redifusión no es necesario un accionamiento
especial, porque son suficientes las diferencias de concentración.
Debido a la redifusión se desprende la capa superficial de restos
de combustible de la membrana o bien no se forma una capa
superficial. Para la ayuda del proceso de desprendimiento pueden
inducirse vibraciones. Alternativamente, la membrana también puede
relavarse por medio de presión sobre la membrana, contraria a la
dirección regular del flujo. Para ello se genera una mayor presión
sobre las estructuras de canales, comparada con la presión
circundante de la membrana. Debido a los periodos en estado
despresurizado puede aumentarse considerablemente la vida útil de la
membrana.
Otros detalles del invento se explican a
continuación en base a las figuras. En este caso,
la figura 1 muestra en sección un filtro de
combustible,
la figura 2, un dispositivo de remoción de agua
sin carcasa,
la figura 3, un detalle seccional de un
dispositivo de remoción de agua, y
la figura 4, un detalle seccional del filtro de
combustible.
En la figura 1 se muestra una vista seccional
del filtro de combustible. El filtro de combustible dispone de una
carcasa de filtro 10, que dispone de una pieza superior 11 y una
pieza inferior 12. La pieza superior 11 está unida herméticamente
con la pieza inferior 12 mediante una unión atornillada 13. Además,
la pieza superior 11 está dotada de una entrada 14 y una salida 15.
Entre la entrada 14 y la salida 15 está dispuesto un elemento
filtrante 16. El elemento filtrante 16 incluye una lado limpio 17
separado en forma hermética de un lado bruto 18 conectado con la
entrada 14. En el elemento filtrante 16 se separan gotitas de agua
19 que descienden a una cámara colectora 20. La cámara colectora 20
está dispuesta en la pieza inferior 12 de la carcasa de filtro 10.
Además, en la pieza inferior 12 está dispuesto un sensor de agua 21
que se introduce en la cámara colectora 20 y registra el nivel de
agua. La pieza inferior 12 dispone, además, de una conexión 22, a
la cual se encuentra atornillado un dispositivo de remoción de agua
23. El dispositivo de remoción de agua 23 dispone de una carcasa
bipartida 24 en la que se encuentran pegadas herméticamente
membranas planas 25. Las superficies externas de las membranas 25
se extienden verticales, de modo que los restos de combustible
separados pueden subir sin obstáculos. Las membranas 25 disponen de
estructuras de canales 26 extendidas verticalmente (mostradas con
línea de trazos) que en su extremo superior están cerradas
herméticamente por la carcasa 24. En su extremo inferior, las
membranas 25 están conectadas a una base 27, comunicándose las
estructuras de canales 26 con su extremo abierto a una salida 28.
Las estructuras de canales 26 pueden, por ejemplo, disponer de un
área transversal circular, pudiendo realizarse, naturalmente,
también otras áreas transversales, como rectangulares u ovaladas. A
la base 27 se acopla una unidad de control 29 que dispone de una
válvula 30 y una bomba 31. La válvula está conectada mediante un
canal de flujo 32 a una entrada 33 dispuesta en la base 27. El
canal de flujo 32 está alineado verticalmente, al menos en parte,
delante de la válvula 30, por lo que el agua se acumula en este
sector.
Debido a una mayor permanencia del agua en el
canal de flujo 32 flotan componentes de combustible y salen del
canal de flujo 32, con lo que en el canal de flujo 32 se encuentra
agua relativamente pura.
El combustible a limpiar pasa en dirección de la
flecha a través de la entrada 14 a la carcasa de filtro 10. El
combustible fluye a través del elemento filtrante 16 y sale por la
salida 15 de la carcasa de filtro 10. Las impurezas contenidas en
el combustible son separadas por el elemento filtrante 16.
Igualmente, el agua contenida en el combustible es separada en
forma de gotitas 19 por el elemento filtrante 16. Debido a que el
agua tiene una densidad mayor que el combustible, las gotitas 19
descienden a la cámara colectora 20 y desplazan gradualmente el
combustible de esta área. El agua acumulada penetra también en el
canal de flujo 32 y también allí desplaza el combustible. Después
que se ha acumulado una cantidad importante de agua, ello es
registrado por el sensor 21, que transmite una señal a la válvula
30. La válvula 30 abre y la bomba 31 comienza a impeler el agua al
dispositivo de remoción de agua 23, en contra de la presión
existente en la carcasa de filtro 10. Esta realización ha de ser
utilizada en un filtro de combustible operado a succión. Si el
filtro de combustible es operado a presión, también puede omitirse
la bomba 31.
El agua se encuentra en el interior de la
carcasa 24. Debido a la presión existente dentro de la carcasa 24,
las moléculas de agua son forzadas a través de la membrana 25 y se
acumulan como agua pura en las estructuras de canales 26. A
continuación, el agua escurre a las estructuras de canales 26 y
llega, atravesando la base 27, a la salida 28, donde el agua puede
descargarse sin objeciones al medioambiente. En cuanto el nivel de
agua desciende en la cámara colectora 20 por debajo de un valor
especificado, el sensor 21 transmite una señal respectiva a la
válvula 30, con lo que se cierra el canal de flujo 32.
En la figura 2 se muestra un dispositivo de
remoción de agua 23 sin carcasa 24. Los componentes equivalentes a
la figura 1 están dotados de las mismas referencias. Las membranas
25 están conformadas en forma de componentes planos con una
estructura de canales 26 extendida verticalmente. En su extremo
superior 34, las estructuras de canales 26 están herméticamente
cerradas. La estanqueidad también puede realizarse mediante un disco
sellador introducido en la carcasa 24.
En la figura 3 se muestra un detalle seccional
de un dispositivo de remoción de agua 23. Las membranas 25 están
conectadas herméticamente en sus extremos superiores 34 con puentes
35, estando los puentes 35 moldeados en una pieza con la carcasa
24. En otras configuraciones, los puentes 35 también pueden
realizarse separados y conectarse a la carcasa 24. Debido a la
conexión de los puentes 35 con las membranas 25, los extremos
superiores 34 de las membranas 25 están cerrados herméticamente.
Además, los puentes 35 forman en común con la carcasa 24 un espacio
muerto 36 en el que se acumulan los restos de combustible separados
en la membrana 25. El espacio muerto 36 dispone de una válvula de
drenaje 37 por medio de la que pueden escapar del espacio muerto 36
los restos de combustible. Estos restos de combustible refluyen a
la carcasa de filtro 10, donde son adicionados al combustible.
En la figura 4 se muestra una vista seccional de
un filtro de combustible según la figura 1. Los componentes
equivalentes a la figura 1 están dotados de las mismas referencias.
Las membranas 25 están unidas con su extremo superior con la
carcasa 24 de modo tal, que las estructuras de canales 26 están
herméticamente cerradas. El extremo inferior de las membranas 25
está conectado a la base 27, disponiendo la base 27 de un canal de
drenaje 38. Las estructuras de canales 26 desembocan con sus
extremos abiertos en dicho canal de drenaje 38. El canal de drenaje
38 está conformado de modo que todas las estructuras de canales 26
desembocan en el canal de drenaje 38. Con este propósito, el canal
de drenaje 38 dispone de múltiples brazos laterales que, conforme a
la configuración de las membranas 25, se extienden en la base 27.
El canal de drenaje 38 desemboca en un tubo de caída central 39.
Para una mejor evacuación de las gotas de agua, el canal de drenaje
38 se extiende en pendiente en dirección al tubo de caída 39.
Las gotas de agua descargadas a las estructuras
de canales 26 se acumulan en el canal de drenaje 38 y son dirigidas
en dirección de la flecha a un espacio de captación de agua 40, a
través del tubo de caída 39. La salida 28, por medio de la cual
puede descargarse el agua, está conectada a dicho espacio de
captación 40.
Claims (10)
1. Filtro de combustible, en especial para
automóviles, presentando una carcasa de filtro (10) con una entrada
(14) y una salida (15), y un dispositivo de remoción de agua (23),
disponiendo entre la entrada (14) y la salida (15) un elemento
filtrante (16) para la limpieza de combustible, disponiendo en la
carcasa de filtro (10) un espacio colector (20) en el que se
acumula el agua separada del combustible, disponiendo el dispositivo
de remoción de agua (23) de una carcasa (24) que dispone de una
entrada (33) y una salida (28), disponiendo en la carcasa (24) una
membrana (25) permeable a moléculas de agua que separa la entrada
(33) de la salida (28), caracterizado porque las moléculas
de agua que atraviesan la membrana (25) conforman gotas de agua que
se reúnen en estructuras de canales (26), estando las estructuras de
canales (26) cerradas herméticamente en su extremo superior
mediante la carcasa (24), desembocando los extremos abiertos de las
estructuras de canales (26) en una base (27) con un canal de
drenaje (28), de forma que las gotas de agua de las distintas
estructuras de canales (26) se reúnen y descargan.
2. Filtro de combustible, según la
reivindicación 1, caracterizado porque la membrana (25) se
compone de un material inorgánico, en especial cerámica.
3. Filtro de combustible, según la
reivindicación 2, caracterizado porque entre la entrada (33)
y la salida (28) se encuentra dispuesta una válvula (30).
4. Filtro de combustible, según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en la
cámara colectora (20) se encuentra dispuesto un sensor (21)
conectado correspondientemente con la válvula (30).
5. Filtro de combustible, según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la carcasa
(24) dispone de un espacio muerto (36) en el que se acumulan los
restos de combustible separados por la membrana (25).
6. Filtro de combustible, según la
reivindicación 5, caracterizado porque el espacio muerto (36)
está comunicado con la cámara colectora (20) mediante la válvula de
drenaje (37).
7. Filtro de combustible, según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
dispositivo de remoción de agua (23) está unido de modo
desconectable, en especial atornillado, con la cámara colectora
(20).
8. Filtro de combustible, según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la salida
(28) está conectada a una bomba (31), por lo que en el dispositivo
de remoción de agua (23) puede generarse una presión diferente a la
presión interna existente en la carcasa de filtro (10).
9. Procedimiento para operar un filtro de
combustible, según una de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el agua contaminada separada afluye de
la cámara colectora (20) al dispositivo de remoción de agua (23), a
través de la entrada (33), las moléculas de agua atraviesan la
membrana (25) debido a una diferencia de presión entre la entrada
(33) y la salida (28) y pueden ser descargadas al medioambiente en
forma de agua pura.
10. Procedimiento, según la reivindicación 9,
caracterizado porque la membrana (25) es cargada con el agua
contaminada solamente después de un periodo especificado.
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