<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft ein System zur Leitung von flüssigen Medien, beispielsweise Kraftstoffen, zwischen einem Tank und einer Abgabestelle, insbesonders Kraftstoffver- brauch-Messsysteme oder Kraftstoff-Konditioniersysteme, sowie Filterelement zur Verwendung in einem derartigen System.
In vielen Systemen zum Transport und zur Leitung von flüssigen Medien, insbesonders in Kraftstoffverbrauchmesssystemen oder Kraftstoffkonditioniersystemen, haben Gasbläschen in der Flüssigkeit einen wesentlichen Einfluss, speziell auf die Genauigkeit der Verbrauchsmesswerte oder auf die Genauigkeit der Dosierung des Massenstromes der Flüssigkeit. Daher sind Gasbläschen, die sich stochastisch durch das System bewegen, absolut unerwünscht, da sie beispielsweise die Verbrauchsmesswerte durch ihre Volumsänderung bei Druckgradienten entscheidend negativ beeinflussen. Die Aufspürung und allfällige Abscheidung von Gasbläschen ist aber mit vielen Schwierigkeiten verbunden.
So ist bereits der Ort im Gesamtsystem, wo die Bläschen bevorzugt in Erscheinung treten und sich sammeln könnten, aufgrund verschiedenster Einbauten, wie Filter, Ventile, Pumpen, Druckminderventils, etc., nicht exakt definierbar, sondern abhängig von der jeweiligen Installation Aber auch die Detektion der Bläschen selbst birgt viele Schwierigkeiten. Zumeist werden optische Verfahren mit Durchstrahlung der Flüssigkeit verwendet, wobei aber die durch die Bläschen verursachte Schwächung des transmittierten Lichts durch verschiedene Störfaktoren beeinflusst wird, beispielsweise vom Blasendurchmesser, der Blasenkonzentration, der Farbe und Trübheit der Flüssigkeit und dergleichen mehr.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher ein System und ein Filterelement zur einfachen und effektiven Detektierung und Abscheidung von Bläschen und allenfalls zur zusätzlichen Bestimmung von deren Volumen und damit Berücksichtigung bei allfälligen Messungen.
Zum Erreichen des oben genannten Zieles ist das erfindungsgemässe System gekennzeichnet durch eine Bläschen-Abscheideeinrichtung Damit werden alle
<Desc/Clms Page number 2>
Schwierigkeiten bei der optischen Detektierung von Bläschen vermieden und ein von allfälligen Druckgradienten im System nicht mehr beeinflussbarer Volumens- und Massestrom ab einer je nach Einbaustelle der Abscheideeinrichtung im System bestimmten Stelle, vorzugsweise an der Stelle einer Verbrauchsmessung, erreicht.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bläschen- Abscheideeinrichtung durch ein Filterelement gebildet ist. Durch diese Ausbildung wird in einfacher und verlässlicher Weise eine Abscheidung der im Medium befindlichen Gasbläschen erreicht, welche aufgrund ihrer Oberflächenspannung dem Durchtritt durch ein Filtermedium einen höheren Widerstand entgegensetzen als die Flüssigkeit selbst und somit an der Filterfläche hängen bleiben. Je nach Strömungszustand bewegen sie sich dann weiter, im Idealfall steigen die Bläschen mit ihrer Blasenaufsteiggeschwindigkeit nach oben und können derart gesammelt werden. Dabei kommt es ausserdem zur Blasenkoaleszenz, d h. zur Vereinigung von Bläschen und zur Bildung grösserer Gasblasen bzw. eines Gasvolumens.
Vorzugweise ist ein ein mit der Bläschen-Abscheideeinrichtung in Verbindung stehendes Bläschen-Auffangvolumen vorgesehen, so dass dann die aufsteigenden Bläschen in einfacher und nicht aufwendiger Weise gesammelt können und deren Volumen bestimmt werden kann
Wenn dabei das Bläschen-Auffangvolumen oberhalb, vorzugsweise unmittelbar oberhalb, der Bläschen-Abscheideeinrichtung angeordnet ist, können aufwendige Transportleitungen und-einrichtung für das gebildete Gasvolumen vermieden werden. Die Bewegung der Gasbläschen erfolgt allein aufgrund der physikalischen Gegebenheiten und somit auch ohne zusätzlichen Energieaufwand.
Die Berücksichtigung des abgeschiedenen Gasvolumens aus dem flüssigen Medium für allfällige Messwertkorrekturen ist in einfacher Weise möglich, wenn gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Füllstandsanzeigeeinrichtung für das Bläschen-Auffangvolumen vorgesehen ist.
<Desc/Clms Page number 3>
Um einen durchgehenden Betrieb des Systems zu gewährleisten und keine Unterbrechungen bei vollständiger Füllung des Bläschen-Auffangvolumens vorsehen zu müssen, ist vorteilhafterweise eine vorzugsweise automatische und dabei vorzugsweise mit der Füllstandsanzeigeeinrichtung verbundene Entlüftungsvorrichtung für das Bläschen- Auffangvolumen im System vorhanden.
Wenn dabei der Ausgang der Entlüftungsvorrichtung mit einer Rückleitung in das System, vorzugsweise mit einem allfälligen Tank, verbunden ist, wird einerseits die Umwelt geschont, da im Gasvolumen enthaltene Flüssigkeitsdämpfe nicht in die Umgebungsluft abgegeben werden.
Vorzugweise und in bewährter und verlässlicher Art und Weise kann sogar eine Rückgewinnung der Flüssigkeitsdämpfe dadurch erfolgen, dass eine Abscheidevorrichtung für die Flüssigkeitsdämpfe in der von der Bläschen-Abscheideeinrichtung ausgehenden Rückleitung vorgesehen ist. Diese Abscheidevorrichtungen können als Adsorptionsfilter mit beispielsweise Silicagel in der Entlüftungsleitung oder auch durch beispielsweise einen Dampfkondensator, etwa eine Kühlfalle, unmittelbar bei der Bläschen-Abscheideeinrichtung gebildet sein, wobei letztere Lösung den Vorteil aufweist, dass kondensierte Flüssigkeitsdämpfe an der selben Stelle wieder zurückgeführt werden, an der sie entnommen wurden.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zumindest eine Einrichtung zur Manifestierung von latent vorhandenen Bläschen vorgesehen, vorzugsweise eine von der Flüssigkeit angeströmte scharfe Kante. Dadurch, speziell durch die lokal hohen Strömungsgeschwindigkeiten und Druckgradienten an der Kante, kann erreicht werden, dass die je nach Druck und Temperatur der Flüssigkeit teilweise als Lösung und teilweise als Bläschen unterschiedlicher Grösse vorhandenen Gase tatsächlich in Erscheinung treten und somit die Bildung abscheidbarer und damit auch störender Gasblasen bevorzugt an einer definierten Stelle, vorzugsweise unmittelbar vor der Bläschen-Abscheideeinrichtung und nicht unkontrolliert an beliebiger Stelle des Systems erfolgt.
<Desc/Clms Page number 4>
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung ist eine Ultraschall- Beschallungseinrichtung vor oder bei der Bläschen-Abscheideeinrichtung vorgesehen. Damit kann die Manifestierung der Gasbläschen aufgrund hoher Druckamplituden und damit hoher Druckgradienten auch bereits mit relativ geringer Schalleistung erreicht werden, wenn nur das Schallfeld einen entsprechenden Stehwellenanteil aufweist, was aber durch den Einsatz von Schallreflektoren und/oder mehreren Schallwandlern sichergestellt werden kann. Die Wirkung des Schallfeldes erfolgt dabei nicht nur lokal, sondern sehr effizient im gesamten beschallten Flüssigkeitsvolumen.
Weiters bietet die Beschallung den wichtigen Vorteil der Förderung der Blasenkoaleszenz, da die Bläschen durch die in den Ebenen gleicher Amplitude des Schallfeldes wirkenden Schallkräfte aufeinander zu getrieben werden, so dass sie sich schliesslich berühren und sich zu grösseren Blasen vereinigen, die leicht aufsteigen und abgeschieden werden können.
Um ein möglichst ungehindertes, schnelles und damit vollständiges Aufsteigen der Bläschen zu bewirken, ist vorteilhafterweise die Beschallungseinrichtung derart orientiert, dass die Ausbreitungsrichtung des Ultraschalls im wesentlichen horizontal ist. Die Ebenen gleicher Schallfeldamplitude sind dabei im wesentlichen vertikal orientiert und bei im wesentlichen horizontaler Strömung sinnvollerweise parallel zur Strömungsrichtung. Ein infolge der Schwerkraft aufsteigendes Gasbläschen muss dabei die Ebene, in der es durch die Druckgradienten geformt wurde, nicht verlassen bzw. wird durch die Schallkräfte in dieser Ebene festgehalten und kann daher umso leichter aufsteigen. Dabei sei noch erwähnt, dass das Schallfeld in an sich bekannter Weise auch dazu verwendet werden kann, um die Bläschen in einer gewünschten Richtung zu transportieren.
Bei horizontaler bzw. von unten nach oben hin verlaufender Strömungsrichtung des flüssigen Mediums unterstützt dieses zusätzlich das Aufsteigen der Bläschen in die Abscheideeinrichtung.
Zum Erreichen des Ziels der vorliegenden Erfindung ist auch eine Filtervorrichtung geeignet, die zur Verwendung in einem System nach einem der vorhergehenden Absätze gedacht ist und aus einem Filtergehäuse und einem darin befindlichen, vom flüssigen
<Desc/Clms Page number 5>
Medium durchströmten Filterelement besteht Erfindungsgemäss ist diese Filtervorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die vom noch ungefilterten Medienstrom angeströmte Filterfläche einen Winkel ungleich 90 mit der Lotrechten einschliesst, vorzugsweise dazu parallel orientiert ist.
Im Medium befindliche Gasbläschen, welche aufgrund ihrer Oberflächenspannung dem Durchtritt durch ein Filtermedium einen höheren Widerstand entgegensetzen als die Flüssigkeit selbst, bleiben somit an der Filterfläche hängen und bewegen sich dann je nach Strömungszustand weiter, wobei sie im Idealfall mit ihrer Blasenaufsteiggeschwindigkeit nach oben steigen und derart gesammelt werden können Dieses Aufsteigen wird bei möglichst vertikaler Ausrichtung der Filterfläche bestmöglich erleichtert. Beim Aufsteigen entlang einer im wesentlichen vertikal orientierten Filterfläche kommt es ausserdem optimal zur Blasenkoaleszenz, d. h. zur Vereinigung von Bläschen und zur Bildung grösserer Gasblasen bzw. eines Gasvolumens, was die Abscheidung weiter erleichtert.
Wenn das Filterelement als im wesentlichen ringförmiger bzw. hohlzylindrischer Körper ausgebildet ist, dessen Filterfläche auf dem Mantel des Ringes bzw. Hohlzylinders liegt und dessen Achse mit der Lotrechten einen vorzugsweise spitzen Winkel einschliesst, insbesonders parallel dazu ausgerichtet ist, kann auf bewährte und wirtschaftlich herstellbare Bauteile zurückgegriffen und der Aufwand für die Verbesserung des Systems, für welchen die Filtervorrichtung bestimmt ist, gering gehalten werden. Überdies bietet ein derart ausgebildetes Filterelement ein optimales Verhältnis von durchströmbarer Filterfläche zu Bauvolumen.
Vorteilhafterweise ist bei geringem Fertigungsaufwand und kompaktem Aufbau der Vorrichtung im Filtergehäuse oberhalb des Filterelementes ein Hohlraum als Bläschen- Auffangvolumen ausgearbeitet und mit dem das Filterelement enthaltenden Raum verbunden.
Den geringsten Platzbedarf und einfachsten Aufbau weist dabei eine Vorrichtung auf, bei welcher gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal der Hohlraum als Ausbuchtung des
<Desc/Clms Page number 6>
das Filterelement enthaltenden Raumes ausgebildet ist. Auch wird durch den geringen Abstand von Filterelement und Auffangraum die rasche und unmittelbare Entfernung der Bläschen gewährleistet.
@
Um das Volumen der abgeschiedenen Bläschen erkennen zu können, diese Volumen betragsmässig allenfalls zur Korrektur von Messwerten im System heranziehen zu können und auch eine vollständige Füllung des Auffangraumes mit Bläschen erkennen zu können, welcher Zustand ein Eingreifen zum weiteren ordnungsgemässen Betrieb erforderlich macht, ist die Filtervorrichtung vorteilhafterweise gekennzeichnet durch eine Füllstandsanzeigeeinrichtung im oder in Verbindung mit dem Hohlraum.
Wenn dabei eine vorzugsweise mit einer automatischen Entlüftungsvorrichtung versehene Entlüftungsöffnung für den Hohlraum vorhanden ist, kann dabei ein unterbrechungsfreier Betrieb der Filtervorrichtung und damit auch des Systems durch fallweise Entleerung des Auffangraumes für die Gasbläschen sichergestellt werden. Wenn die Entlüftungsvorrichtung dabei auch noch automatisch arbeitet, vorteilhafterweise unmittelbar oder mittelbar gesteuert über die Füllstandsanzeigeeinrichtung, dann kann der unterbrechungfreie Betrieb auch ohne notwendige Eingriffe durch den Betreiber oder Benutzer gewährleistet werden.
In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden. Dabei zeigt die Fig. 1 eine erfindungsgemässe Filtervorrichtung als Bläschen- Abscheideeinrichtung und Fig. 2 ist eine schematische Systemskizze zur erfindungsgemässen Anordnung der Bläschen-Abscheideeinrichtung.
Im Gehäuse 1 der in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemässen Filtervorrichtung, die als Bläschen-Abscheideeinrichtung in einem System für flüssige Medien zur Anwendung kommen kann, ist ein Filterelement 2 angeordnet. Dieses Filterelement 2 ist bei günstigem Verhältnis von durchströmbarer Filterfläche und Bauvolumen als aufrecht stehender Hohlzylinder ausgebildet, der in an sich bekannter Weise von aussen nach innen von der
<Desc/Clms Page number 7>
Flüssigkeit durchströmt wird.
Die durchströmbare Filterfläche erstreckt sich dabei vorzugsweise über die gesamte Fläche des Mantels und die obere und untere Deckfläche dienen dem Zusammenhalt und der Handhabung des Fiterelementes 2 Die über einen seitlichen Anschluss 3 im untersten Bereich zugeführte Flüssigkeit, beispielsweise Kraftstoff im Falle von Kraftstoffverbrauchs-Messsystemen od.
dgl., füllt die äussere, das Filterelement 2 umgebende, im wesentlichen ringförmige Kammer 4, durchströmt das Filterelement 2 quer zu dessen im wesentlichen vertikal stehender Achse und strömt dann entlang dieser Achse in der zentralen Passage 5 des hohlzylindrischen Filterelements 2 nach oben und tritt durch die Passage 6, bestehend aus einer Bohrung im Kopf 7 des Filtergehäuses 1 in Verlängerung der zentralen Passage 5, eine anschliessende, im wesentlichen senkrecht dazu verlaufende Bohrung und ein weiteres seitliches (nicht dargestelltes) Anschlussstück am Kopf 7 des Gehäuses 1 wieder gefiltert und von Gasbläschen befreit aus. Am Boden 8 des Filtergehäuses 1 sind noch Anschlüsse 9,10 zur Entleerung der Filtervorrichtung vorgesehen.
Die an der äusseren Filterfläche des Filterelementes 2 hängenbleibenden Gasbläschen steigen entlang des Filterelementes 2 nach oben und sammeln sich in einem Bläschen-Auffangvolumen 11, das durch einen im Kopf 7 des Gehäuses 1 ausgearbeiteten Hohlraum definiert ist, welcher Hohlraum vorzugsweise unmittelbar an den Einbauraum für das Filterelement 2 anschliesst und im wesentlichen vertikal oberhalb der äusseren Kammer 4 liegt. Das Auffangvolumen 11besteht vorteilhafterweise zum Auffangen der Bläschen über den gesamten Umfang des Filterelementes 2 aus einem ringförmigen Bereich 12 unmittelbar oberhalb des Filterelementes 2 und an zumindest einer Stelle von dessen Umfang einer Verlängerung 13, die sich länglich nach oben hin erstreckt.
Im Auffangvolumen 11, beispielsweise in einer ganz oben vorgesehenen Messkammer 14 ist ein Füllstandssensor vorgesehen, der automatisch oder auf Abfrage erkennbar macht, welcher Teil des Auffangvolumens 11 bereits mit Gas aus der gefilterten Flüssigkeit gefüllt ist. Als Messsysteme für die Niveaumessung im Auffangvolumen 11 können verschiedenste
<Desc/Clms Page number 8>
Sensorsysteme verwendet werden, bevorzugt jene mit kleiner Baugrösse, beispielsweise unter Verwendung optischer, kapazitiver oder thermischer Verfahren.
Vorteilhafterweise ist dieser Füllstandssensor mit einer Entlüftungsvorrichtung verbunden, entweder direkt oder über eine zentrale Auswerteeinheit, welche Entlüftungsvorrichtung vorzugsweise automatisch bei Bedarf das im Auffangvolumen 11 angesammelte Gas über die Entlüfungsöffnung 15 abzieht und vorzugsweise wieder in das System rückführt Damit können etwa bei Kraftstoffsystemen die in der Gasmenge enthaltenen Kraftstoffdämpfe nicht in die Umgebungsluft gelangen und sogar rückgewonnen werden.
Dies kann über Adsorptionsfilter oder auch Dampfkondensatoren, beispielsweise eine Kühlfalle, unmittelbar bei der Filtervorrichtung erreicht werden Dabei ist es besonders vorteilhaft, den Kondensator noch vor dem Ventil der Entlüftungsvorrichtung, also noch im Bereich des Flüssigkeitssystems, anzuordnen und vorzugsweise mit einer kleinen, stark gekühlten Abtropfstelle im Kopf 7 des Filtergehäuses 1 auszubilden, dort wo sich die Gasblasen sammeln. Auf diese Art und Weise können Dämpfe kontinuierlich kondensieren und laufend ins System rückgeführt werden. Als Kühler kann dabei vorteilhafterweise ein Peltier-Element zum Einsatz kommen.
Statt einer Niveaumessung mit gesteuerter Entlüftung kann bei einfacherer Ausführung auch eine selbsttätige Entlüftung mit z. B. einem Schwimmerventil eingesetzt werden. Dabei ist aber zu beachten, dass die durch die selbsttätige und je nach Blasenmenge zufällig stattfindende Entlüftung bewirkte Änderung des Volumens der Flüssigkeit ohne Auswirkungen auf allfällige Messwerte für beispielsweise Verbrauchsmessungen bleibt bzw. ausreichend berücksichtigt wird. Das kann beispielsweise durch eine Bestimmung der Öffnungs- und Schliessbewegungen des Entlüftungsventils erreicht werden.
Vorteilhafterweise können - ausser der Beschallung - auch alternativ oder zusätzlich Bauteile vorgesehen oder ohnedies vorhandene Bauteile derart ausgeführt sein, dass latent vorhandene Gasbläschen auch tatsächlich in Erscheinung treten. Beispielsweise können
<Desc/Clms Page number 9>
scharfe, von der Flüssigkeit vorzugsweise kurz vor Erreichen des Filterelementes 2 angeströmte Kanten zu lokal hohen Strömungsgeschwindigkeiten, damit hohen Druckgradienten und somit zum Manifestieren der Gasbläschen führen.
In der Fig. 2 ist ein erfindungsgemässes System zur Leitung von flüssigen Medien, hier insbesonders Kraftstoff, zwischen einem Tank T und einem Verbraucher U dargestellt.
Dabei ist eine prinzipiell in jeder beliebigen Weise ausbildbare Kraftstoffverbrauchs- Messstelle M vorgesehen und strömungsmässig vorzugsweise unmittelbar hinter dem Tank T in das System eingesetzt. Zwischen der Stelle M der Verbrauchsmessung und dem Verbraucher U befindet sich nun gemäss der vorliegenden Erfindung eine Anordnung E, die zur Erzielung eines von Druckgradienten im System unabhängigen Volums- oder Massestroms des Kraftstoffes an der Verbrauchs-Messstelle M mit einer Bläschen- Abscheideeinrichtung B versehen ist.
Diese Abscheideeinrichtung ist dabei vorzugsweise in Form des in Fig. 1 dargestellten Filters ausgebildet. Über eine Rückleitung R, vorzugsweise in den Tank T mündend, werden die über das Entlüftungsventil V der Bläschen- Abscheideeinrichtung B abgezogenen Gase und/oder die darin enthaltenen und vorzugsweise bereits abgeschiedenen Kraftstoff-Anteile in das System rückgeführt. Den Transport des Kraftstoffes im System bewirkt eine Pumpe P, die vorteilhafterweise in die Anordnung E integriert ist.