Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerventil, welches die Durchflussmenge eines Fluids in einer ersten Leitung proportional zur Durchflussmenge eines Fluids in einer zweiten Leitung hält.
Ein derartiges Ventil wird nachfolgend rein beispielsweise als Teil einer D ampfrückgewinnungsanlage beschrieben. Dies soll jedoch keineswegs die Verwendungsmöglichkeiten des Ventils einschränken: Es kann nämlich überall dort verwendet werden, wo die Durchflussmenge eines Fluids in einer Leitung mindestens proportional zur Durchflussmenge eines Fluids in einer andern Leitung gehalten werden muss. Das Ventil kann z. B. zum Steuern der Durchflüsse zweier Flüssigkeiten, zweier Gase, oder eines Gases und einer Flüssigkeit verwendet werden.
In den Vereinigten Staaten müssen in letzter Zeit Tankstellen vorschriftsmässig mit einer Dampfrückgewinnungsanlage ausgerüstet sein. Der sich beim Auffüllen des Automobil Benzintanks in diesem bildende Dampf wird durch eine Saugleitung abgesaugt und in die Tanksäule weitergeleitet. Ein Gebläse (Pumpe) befördert dann den Dampf von der Tanksäule zu einem Kondensationsapparat, in welchem der Dampf kondensiert; das gewonnene Kondensat wird schliesslich dem Benzinvorratstank (Bodentank) zugeleitet.
Zweck einer derartigen Dampfrückgewinnungsanlage ist es, das Entweichen von Benzindämpfen in die Atmosphäre und die so erfolgte Luftverschmutzung bestmöglich zu verhindern.
Das Steuerventil sollte vorzugsweise in der Dampfleitung der Dampfrückgewinnungsanlage montiert sein, wo es den Durchfluss des Dampfes aus dem Automobil-Benzintank derart steuert, dass die Dampfdurchflussmengen mindestens proportional sind zu den Benzindurchflussmengen. Auf herkömmliche Art wird das Problem durch die Verwendung zweien Solenoidventile oder eines Solenoidventils in Kombination mit einem auf den Durchfluss ansprechenden Schalter gelöst. Da die Ventile elektrisch betätigt werden, müssen sie explosionssicher ausgeführt sein, was zu einer beträchtlichen Verteuerung führt. Da Solenoidventile von sich selbst die Ventilstellung nicht automatisch regeln, sei es eine Proportional- oder eine Zweipunktregelung, müssen sie elektrisch gesteuert werden.
Dies verkürzt jedoch die Lebensdauer solcher Ventile.
Zweck der Erfindung ist es, die aufgeführten und auch andere Nachteile zu beseitigen und ein Ventil anzugeben, welches einen einfachen Aufbau aufweist, automatisch regelt (Pro portional- bzw. Zweipunktregelung) und keine elektrisch gesteuerten Elemente benötigt, die die Explosionsgefahr erhöher und zu einer Verteuerung führen.
Ein derartiges Ventil ist im Patentanspruch beschrieben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nun anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Dampf-Rückgewinnungsanlage in einer Tankstelle,
Fig. 2 einen Schnitt durch eine vereintachte Form des erfindungsgemässen Steuerventils, wie es in der Tankstelle gemäss Fig. 1 verwendet wird,
Fig. 3 einen Schnitt durch ein erfindungsgemässes Steuerventil mit der Möglichkeit, Benzindruckänderungen zu kompensieren,
Fig. 4a einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbei spiel,
Fig. 4b einen zweiten Schnitt durch die Ausführung gemäss 4a und Fig. 5 einen Vertikalschnitt, teilweise im Aufriss, durch eine weitere Ausführungsform eines Steuerventils.
In der Fig. 1 ist mit 10 eine Dampf-Rückgewinnungsanlage einer Tankstelle bezeichnet. Sie enthält einen Benzinvorratstank (Bodentank) 12 und eine Tanksäule 14. Eine Leitung 16 verbindet den Benzinvorratstank 12 mit einem Steuerventil 18 welches in der Tanksäule 14 montiert ist. Eine zweite, durch das Steuerventil 18 mit der ersten Leitung 16 verbundene Leitung 20 endet in einer herkömmlichen Treibstoffdüse 22, welche in der Fig. 1 im Benzintank eines Automobils 24 steckt. Eine Dampfleitung 26 erstreckt sich gleichfalls vom Steuerventil 18 zur Treibstoffdüse 22. Das Ende der Leitung 26 erstreckt sich bis in den Benzintank des Automobils; durch diese Leitung können die über dem Benzin im Tank vorhandenen Benzindämpfe abgesogen werden.
Eine zweite, über das Steuerventil 18 mit der ersten Dampfleitung verbundene Dampfleitung 26 führt zu einem Kondensationsapparat 30. Eine Leitung 32 erstreckt sich von diesem Apparat in den Benzinvorratstank 12. Eine Pumpe 34 in der Leitung 16 pumpt den Treibstoff vom Tank 12 durch die Leitung 16, durch das Steuerventil 18 und durch die Leitung 20 zur Treibstoffdüse 22. Ein Gebläse 35 in der Leitung 28 erzeugt ein Teilvakuum, welches den Dampf vom Treibstofftank des Automobils durch die Leitung 26 und das Steuerventil 18 abzieht und dem Kondensationsapparat 30 zuführt. Dort kondensiert der Dampf; das Kondensat wird über die Leitung 32 dem Benzinvorratstank 12 zugeführt. Die hier beschriebene Dampf-Rückgewinnungsanlage entspricht dem heutigen Stand der Technik; die vorliegende Erfindung ist in dieser Anlage nicht enthalten.
Das erfindungsgemässe Steuerventil wird in Fig. 2 gezeigt.
Es enthält ein Gehäuse 36 mit einem Paar von Durchgängen 38 und 40. Das Gehäuse kann aus Metall sein. Der Durchgang 38 ist mit den Leitungen 16 und 20 verbunden, der Durchgang 40 mit den Leitungen 26 und 28 der in Fig. 1 gezeigten Anlage.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich, besteht das Gehäuse 36 aus drei selbständigen Teilen: Dem oberen Gehäuseteil 42, dem unteren Gehäuseteil 44 und dem Gehäusezwischenteil 46. Im unteren Teil des oberen Gehäuseteils 42 befindet sich eine zylindrische Ausnehmung 48. Eine komplementäre Ausnehmung 50 wird im oberen Teil des Gehäusezwischenteils 46 gebildet. Die zwei Ausnehmungen 48 und 50 bilden einen zylindrischen Hohlraum 52 zwischen den Durchgängen 38 und 40.
Eine biegsame Membran 54 aus benzinresistentem Material ist zwischen dem oberen Gehäuseteil 42 und dem Gehäusezwischenteil 46 montiert. Diese Membran teilt den Hohlraum 52 in einen oberen Hohlraumteil 52a und einen unteren Hohlraumteil 52b auf.
Im Durchgang 38 ist eine Einschnürung 56 vorhanden. Eine vertikale Bohrung 58 erstreckt sich von dieser Einschnürung 56 bis in den oberen Hohlraumteil 52a hinein. Eine zweite Bohrung 60 erstreckt sich vom uneingeschnürten Teil des Durchgangs 38 bis zum Unterteil des oberen Gehäuseteils 42. Diese Bohrung 60 könnte an einer beliebigen Seite der Einschnürung vorhanden sein. Die Membran 54 weist eine mit der Bohrung 60 verbundene Öffnung 52 auf. Ein mit der Bohrung 60 verbundener Durchgang 64 erstreckt sich von der obern Oberfläche des Gehäusezwischenteils 46 bis zum unteren Hohlraumteil 52b, wodurch eine Verbindung zwischen dem uneingeschnürten Teil des Durchgangs und dem Raum unter der Membran 54 im Hohlraum 52 entsteht.
Während des Durchflusses eines Fluids durch den Durchgang 38 bewirkt die Einschnürung 56 einen Druckabfall, der von der durch den Durchgang 36 fliessenden Durchflussmenge gemäss Venturiprinzip abhängig ist. Der Druck im Teil 52b unter der Membran 54 wird grösser sein als jener in der zylindrischen Ausnehmung 48 über der Membran, so dass sich die Druckdifferenz auf die Membran 54 derart auswirken wird, dass diese gemäss Fig. 2 angehoben wird.
Ein Ventilelement 66 ist koaxlal in dem zylindrischen Hohlraum 52 befestigt. Das obere Ende dieses Elements bildet eine Montageplatte 68, die abgedichtet an der Membrane 54 befestigt ist. Eine Feder 70 liefert gerade genügend Kraft, um das Ventil im Ruhezustand geschlossen zu halten; diese Kraft reicht jedoch nicht aus, um dem Differentialdruck an den ent gegengesetzten Seiten von 54 während des Benzindurchflusses Widerstand zu leisten.
Eine Bohrung 72 erstreckt sich in senkrechter Richtung vom Hohlraum 52 in den Dampfdurchgang 40. Ein Flansch 74 erstreckt sich in die Bohrung 72. Dieser Flansch berührt eine vertikale Wand 76, die sich als Barriere im Durchgang 40 erstreckt. Der Flansch weist eine Bohrung 78 auf, die koaxial mit dem zylindrischen Hohlraum 52 verläuft. Die Kante des Flan- sches 74 umgibt das obere Ende dieser Bohrung 78 und bildet einen Ventilsitz 80. Das untere Ende des Ventilelements 66 ist als konisches Glied 82 ausgebildet, welches unter der Federkraft der Feder 70 in den Sitz gepresst wird, um im Ruhezustand den Durchfluss des Fluids durch den Durchgang 40 zu verhindern. Eine zweite Gummimembran 84 liegt zwischen dem Gehäusezwischenteil 46 und dem unteren Gehäuseteil 44.
Das untere Ende des Ventilelements 66 wird durch einen Flansch 86 über dem konischen Teil 82 gebildet. Dieser Flansch ist dicht an der Membran 84 befestigt. Die Membran 84 verhindert folglich das Eintreten des über 60 und 64 in dem Hohlraum 52b eingeführten Fluids in die Bohrung 78 und von dort in den Durchgang 40. Dies ist bei einer Rückgewinnungsanlage nötig, da es wünschenswert ist, den Eintritt vor Benzin in die Dampfrückführungsleitung zu verhindern.
Wie bereits früher erwähnt, wird die Membran 54 einer Druckdifferenz unterworfen, die aus dem Durchfluss von Benzin durch den Durchgang 38 resultiert. Eine derartige Druckdifferenz ist der Durchflussmenge des Benzins durch das Proportionalventil. Die dem Druck im unteren Hohlraumteil 52b ausgesetzte Fläche der Membran 54 ist grösser als jene der Membran 84; die Membran 54 hebt sich folglich an, wenn der Druck unter ihr jenen über ihr übersteigt, und zwar unabhängig von der anfänglichen Druckdifferenz, die zwischen den zwei Flächen der Membran 84 herrschte. Durch das Anheben der Membran 54 wird auch das konische Glied 82 vom Sitz 80 gehoben: Der Dampf kann den Durchgang 40 passieren, wobei die Dampfmenge eine direkte Funktion der durch das Ventil fliessenden Benzinmenge ist.
Die Membran 84 hat auch eine druckregulierende Funktion im Ventil; z. B. beim Absinken des Drucks in der Bohrung 72 unter der Membran 84 verursacht der Druck im Hohlraumteil 52b eine Bewegung der Membran und folglich auch des Ventilelements 66 in Richtung nach unten, wodurch die Bohrung 68 teilweise geschlossen wird und der Druck in der Bohrung ansteigt. Wenn ähnlicherweise der Druck im Durchgang 40 grösser wird als jener im Hohlraum 52, wird das Ventilelement 66 die Tendenz aufweisen, sich vom Sitz 80 abzuheben, und zwar in einem höheren Masse als es durch den Benzindurchfluss angezeigt wäre, wodurch der Druck im Durchgang reduziert wird.
Ein separater Druckregler 90 kann dem Ventil angeschlossen werden, falls dieses in einer Rückgewinnungsanlage verwendet wird. Dieser Regler soll ein genügend grosses Vakuum in der Saugleitung 26 aufrechterhalten, um den Benzindampf aus dem Automobil-Treibstofftank entfernen zu können; das Vakuum muss jedoch auf einem solchen Wert gehalten werden, dass keine Aussenluft in den Tank gesaugt wird, denn es könnte hierbei zu einer explosiven Mischung kommen. Die Konstruktion des Reglers ist beliebig, er kann auch einen Teil des Ventils bilden.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel werden als bewegliche, druckabhängige Glieder biegsame Membranen verwendet; anstatt dieser können jedoch auch gleitende, durch O-Ringe abgedichtete Kolben Anwendung finden. Diese eignen sich insbesondere für Ventile, welche einem hohen Druck unterworfen sind.
Fig. 3 beschreibt ein Ausführungsbeispiel, in welchem die Vorrichtung gemäss der Erfindung eine Kompensierung der Benzindruckänderungen enthält.
Aus der Fig. 2 ist bekannt, dass eine Erhöhung des Benzindrucks im Durchgang 38 eine Bewegung des Ventilelements 66 in Richtung Ventilsitz 80 zur Folge haben kann, trotz der Tatsache, dass die Druckdifferenz über der Membrane 54 durch den bereits erwähnten Venturieffekt in der Einschnürung 56 bestimmt wird. Dies kann so erklärt werden, dass die Benzindruckänderung den Differentialdruck über der Membrane 84 beeinflusst, wobei Benzin in flüssiger Form mit der oberen Fläche der Membran 84 in Berührung steht, ohne dass ein Gegendruck von der Dampfkammer von unten bestünde.
In Fig. 3 werden die mit der Fig. 2 identischen Elemente mit gleichen Überweisungszeichen bezeichnet.
Fig. 3 enthält grundsätzlich eine dritte Membran 91, welche Hohlräume 93a und 93b voneinander trennt. Diese Hohlräume sind zwischen einem modifizierten Gehäuseteil 44a und einem zusätzlichen Gehäuseteil 90 gebildet. 44a und 90 sind in derselben Weise verbunden wie 42 und 46 gemäss Fig. 2.
Ein Durchgang 97 verbindet den Hohlraum 52a mit dem Hohlraum 93b. Flüssiges Benzin von 52a übt also eine nach oben gerichtete Kraft auf die Membran 91 aus, welche Kraft proportional zum Benzindruck ist, da der Hohlraum 93a durch den Durchgang 96 direkt mit der Atmosphäre verbunden ist.
Der Durchgang 97 passiert die Gehäuseteile 42, 46, 44a und 90, steht jedoch mit keinem Hohlraum und mit keiner Bohrung in Verbindung, da seine einzige Funktion darin besteht, die Hohlräume 52 und 93b zu verbinden.
Die die Hohlräume 93a und 93b trennende Membran 91 weist praktisch dieselbe Fläche auf wie Membran 54 innerhalb der Bohrung unterhalb 52b.
Ein Verbindungsstab 94 dient zur mechanischen Verbindung des konischen Ventilglieds 82 mit der Membran 91 und wird durch eine Feder 95 geführt. Diese Feder gestattet Änderungen der mechanischen Beziehungen; sie könnte auch durch eine Fortsetzung des Stabes 94 ersetzt werden, wodurch eine direkte Bewegungsbeziehung zwischen 82 und 91 entstünde.
Ein Verschluss 98 dichtet den Durchgang 40 gegen den Hohlraum 93a ab. Zu dieser Abdichtung genügt eine minimale Dichtwirkung des Verschlusses, da über diesem lediglich die Druckdifferenz zwischen der zur Pumpe 35 (Fig. 1) führenden Dampfleitung und Atmosphäre besteht.
Die Teile 68 und 92 dienen praktisch demselben Zweck.
Um die Funktion der zusätzlichen Teile der Fig. 3 beschreiben zu können, soll der Venturidruck im Hohlraum 52a mit Pv, der Dampfeintrittsdruck mit PA und der atmosphärische Druck mit PO bezeichnet werden.
Die Grösse PvPo, die den Aufwärtsdruck auf 91 angibt, wird immer kleiner sein als die Grösse von PVPA, wobei der Differenzdruck während des Betriebs auf die Membran 84 wirkt. Die reine effektive Kraft A91 (Po-PA) wirkt (Fig. 3) in Abwärtsrichtung und weist die Tendenz auf, die Dampf mündung (gebildet zwischen 80 und 82) des Ventils einzuschränken. Da die wirksamen Flächen der Membranen 84 und 91 praktisch gleich sind, hat Pv die Tendenz zum Ausgleich, wodurch die Vorrichtung praktisch unabhängig von Benzindruckänderungen wird. Ag, ist die wirksame Fläche der Membran 91.
Der beschriebene Vorgang hat eine regulierende Wirkung auf den Dampfeintrittsdruck mit Änderungen in Saug- oder Dampfausgangsdruck. Dadurch wird ein automatischer Zurichtevorgang auf die Regellage des Dampfventils in Folge der Regelung der Benzindurchflussmenge erreicht.
Die Membran 91 kann wie auch die Membranen 54 und 84 entweder aus benzinbeständigem Gummi oder aber aus Metall hergestellt sein.
Anhand der Fig. 4a und 5 wird nun eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In ihr ist die Benzin-Venturieinschnürung gegenüber dem Ventilgehäuse teilweise versetzt.
100 zeigt einen Schnitt durch eine durch die Mittellinie der Funktionsteile des Ventils gelegte Ebene; Fig. 4a zeigt eine weitere Schnittansicht durch die Mittellinie der Venturieinschnürung, wobei der Schnitt hinter jenem der Fig. 5 vorgenommen wurde.
Für die Ausführungsform gemäss Fig. 4 und 5 können herkömmliche Materialien wie z. B. Aluminiumlegierungen verwendet werden.
100a und 100b in Fig. 4a können vorspringende Teile auf der Rückseite des Gehäuses gemäss Fig. 5 sein, welche mittels einer Schraube 130 an dem Venturikörper 100 angeschraubt sind. Es sind Durchgänge 101 und 110 vorhanden, die mit 58 und 60 aus Fig. 2 vergleichbar sind. Der Teil 129 ( Schnorchel ) ist eine Verlängerung des Durchgangs 110; seine Funktion wird später erklärt und ist lediglich mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 verwendbar. In Fig. 4a durchbricht der Durchgang als Seitenbohrung die Venturirohrwand, siehe vergleichbar 60 in Fig. 2, jedoch ohne Schnorchel 129.
Fig. 5 zeigt eine vereinfachte EIN-AUS -Version der Vor- richtung. Der Reglerteil 114 ist hier nicht vorhanden und das haubenförmige Gussstück 127 ist auf dem Teil 128 aufgesetzt.
Der ringförmige Kammerteil 137 ist auch nicht vorhanden, da die Bohrungen von 127 und 128 aufeinanderpassen.
Es wird eine kürzere Spindel 106 verwendet und die sich in Fig. 1 über 104 befindenden Teile sind nun dem Bauteil 107 benachbart. Der Durchgang 102 kann durch Verschliessen der Öffnungen des Gussstücks weggelassen werden.
In Fig. 5 wird vorausgesetzt, dass die Saugleistung des Gebläses 35 hoch ist oder dass die Treibstoffdüse 22 dicht im Treibstofftank des Automobils sitzt. Das während des Auffüllens des Treibstofftanks des Automobils in diesen eintretende Gas verdrängt den Benzindampf und treibt ihn zurück in den Benzinvorratstank im Boden, ohne dass man ein Gebläse 35 benötigen würde.
Der Schnorchel 129 übt nun einen gewissen Fluiddruck aus, wodurch der Druck in der Kammer 131 ansteigt. Dies bewirkt eine Aufwärtsbewegung der Spindel 106 und folglich eine maximale Öffnung des Ventils bei 126/125.
Das bereits erwähnte Nichtvorhandensein des Reglerteils 114 beseitigt die Benzinverbindung zur Venturieinschnürung; es tritt also kein Regelvorgang des Dampf-Rückgewinnungsflusses als Funktion des Ventilöffnung auf. Die Kammer 131 ist vorzugsweise geschlossen, um ein Entweichen von Benzin oder Dampf im Falle der Beschädigung der Membran 109 zu verhindern.
Die Ausführungsform gemäss Fig. 4b weist gewisse Vorteile den bisher beschriebenen Ausführungsformen gegenüber auf.
Durch die in der Figur gezeigte Anordnung der einzelnen Ventilteile wird es möglich, die Gleitabsperrung zu eliminieren und die Regelung des Benzindrucks zu verbessern, so dass Spentzu- stände des Hauptdampfventils wegen hohem Benzindruck weitgehend vermieden werden können. Auch der Einfluss der Änderungen des Dampfgebläsedrucks auf das Hauptdampfventil wird verringert.
Auch in Fig. 4b ist die Benzin-Venturieinschnürung gegen über dem Ventilgehäuse mit den übrigen Komponenten ein wenig versetzt. 100' aus Fig. 4b enthält Teile, die mit jenen gemäss 4a identisch sind, jedoch ohne den Schnorchel 129.
Es werden keine Gleitabsperrungen verwendet. Die Spindel 106 trägt die Hauptdampfsperre 126, die sich auf und ab bewegt, wie gezeigt, und mit ihr die Abdichtungsscheiben 111 und 112, die Lagerbüchse, die Abdichtungsscheiben 107 und 108, die Lagerbüchse 114', die Abdichtungsscheiben 104 und 105 und die Feder-Rückhalteunterlage 136. Die erwähnten Auf- und Abbewegungen biegen gleichzeitig die Membranen 103, 109 und 113 in derselben Richtung. Die entlang der Innendurchmesser der Lagerbüchsen 117' und 115 angebrachten Verschlüsse sind fixe Verschlüsse, die lediglich die Kammern zwischeneinander abdichten sollen.
Das Ventilgehäuse setzt sich grundsätzlich aus drei Teilen zusammen, nämlich aus 127, 114 und 128. Der Teil 114 enthält den Benzindruck-Kompensator. Die Spindel 106 und alle mit ihr verbundenen mechanischen Teile, die die Auf- und Abbewegungen bewerkstelligen, verwenden keinerlei reibungstechnische Mittel, um eine seitliche Ausrichtung zu erlangen.
Die Membranen 103, 109 und 113 weisen eine genügende seitliche Festigkeit auf, um die Ausrichtung der Spindel und der ihr zugeordneten Teile zu gewährleisten.
Die Hauptdampfsperre 126 mit dem dazugehörenden Ventilsitz 125 regelt den Dampffluss in Richtung Pumpe 35; in der in Fig. 4b gezeigten Lage wird dieser Dampffluss völlig unterbrochen. Diese Dampfflussregelung durch den Dampf-Hauptdurchgang 128 ist von der gegenseitigen Lage der Hauptdampfsperre 126 und des Ventilsitzes 125 abhängig.
Die sich über 126 befindenden innern Hohlräume des Ventils enthalten: einen unteren Hohlraum 135, der mit dem Dampf.
eintritt in Verbindung steht; eine zwischen den Membranen 109 und 113 liegende Kammer 134; eine zwischen den Membranen 103 und 109 liegende Kammer, die sowohl 132 als auch 133 enthält, und schliesslich eine zwischen der Membran 103 und dem haubenförmigen, oberen Gehäuseteil 127 liegende obere Kammer. Durch das Auflegen des haubenförmigen Gehäuseteils 127 auf den Reglerteil 114 entsteht ein kleiner, ringförmiger Kammerteil 137, welcher zum Hohlraum 131 gehört.
Der Teil 127 enthält eine durch eine Dichtung 141 gegen dessen innere Bohrung abgedichtete Hülse 118. Ein innerer Schulterteil der Hülse 118 übt einen Druck auf eine Feder 116 aus, welche die Spindel 106 hinunterdrückt (in Richtung Ventilschliessung). Der Druck kann durch Ein- bzw. Ausschrauben der Hülse 118 im Gewinde 119 eingestellt werden.
Eine innere Bohrung in 118 enthält einen mit einem Gewinde versehenen Stöpsel 120; dieser gewährleistet eine zusätzliche Justierungsmöglichkeit des auf die Spindel 106 ausgeübten Drucks, und zwar über eine Feder 117, die zwischen dem Oberteil der Spindel und einem hervorragenden Teil der Hülse 118 angebracht ist. Das Ausmass dieser zusätzlichen Justierung kann durch das Ein- bzw. Ausschrauben des Stöpsels eingestellt werden; das entsprechende Gewinde ist mit 121, der entsprechende Schraubenzieherschlitz mit 122 bezeichnet.
Schliesslich befindet sich ein kappenförmiger Stöpsel 123 im oberen Teil von 127; die Schraubenverbindung ist mit 124 bezeichnet, die dazugehörende Dichtung mit 142.
Ein hervorragender Stutzen 138 am haubenförmigen Gussstück 127 weist eine zentrale Bohrung 139 auf, die mit dem Durchgang 102 in Verbindung steht und durch eine aufgeschraubte Kappe 140, vorzugsweise mit einem elastischen 0 Ring versehen, abgeschlossen ist. Die Verbindung des Durchgangs 102 mit der Aussenwelt gestattet es folglich, ein Manometer oder ein anderes Instrument anzubringen, um die Justierung durch Drehen des Stöpsels 120 verfolgen zu können.
Der Durchgang 102 nimmt praktisch den im Ventil zu irgendeiner Zeit auftretenden D ampfeingangsdruck-Zustand auf, welcher ein wichtiger unabhängiger Parameter in Verbindung mit der Justierung der Vorrichtung ist.
Was den Betrieb der Vorrichtung anbelangt, kann gesagt werden, dass die Druckdifferenz über der Membrane 109 praktisch die tatsächliche algebraische Differenz zwischen den Drücken in den Durchgängen 101 und 110 ist, d. h. dass die Druckdifferenz nur eine Funktion der Treibstoff-Anliefermenge durch 100 ist.
Änderungen des Treibstoff-Eingangsdrucks werden durch die Membran 109 ausgeglichen und da die untere Seite der Membran 103 und die obere Seite der Membran 113 dem Treibstoffdruck dieselbe Fläche bieten, annullieren sich die durch die Druckänderungen des Treibstoffs entstandenen Kräfte. Der Durchgang 102 gleicht den Dampfdruck zwischen den Hohlräumen 131 und 135 aus (oberer Teil der Membran 103 und unterer Teil der Membran 113), wodurch gleichzeitig ein Ausgleich der Differenzkräfte stattfindet, die vom Dampfgebläsedruck herrühren und z. B. durch die gleichzeitige Änderung der in einer Anlage eingesetzten, parallel arbeitenden Anzahl von Treibstoffpumpen verursacht werden.
Durch die bereits erwähnte Beseitigung des Reglerteils verschwindet auch die Verbindung mit dem Venturirohr, so dass keine Regelung des Dampfrückflusses als Funktion der Ventil öffnung stattfindet. Der Hohlraum 131 ist vorzugsweise geschlossen, um ein Entweichen von Treibstoff oder Dampf im Falle des Versagens der Membran 109 zu verhindern.
The present invention relates to a control valve which keeps the flow rate of a fluid in a first line proportional to the flow rate of a fluid in a second line.
Such a valve is described below purely for example as part of a vapor recovery system. However, this is in no way intended to restrict the possible uses of the valve: it can be used wherever the flow rate of a fluid in one line must be kept at least proportional to the flow rate of a fluid in another line. The valve can e.g. B. can be used to control the flow rates of two liquids, two gases, or a gas and a liquid.
Recently in the United States, gas stations have been required to be equipped with a vapor recovery system by law. The vapor that forms in the automobile fuel tank when it is filled is sucked off through a suction line and passed on to the fuel pump. A fan (pump) then conveys the steam from the tank column to a condenser in which the steam condenses; the condensate obtained is then fed to the petrol storage tank (floor tank).
The purpose of such a vapor recovery system is to prevent gasoline vapors from escaping into the atmosphere and the resulting air pollution as well as possible.
The control valve should preferably be mounted in the vapor line of the vapor recovery system, where it controls the flow of vapor from the automobile gasoline tank such that the vapor flow rates are at least proportional to the gasoline flow rates. Conventionally, the problem is solved by using two solenoid valves or one solenoid valve in combination with a flow responsive switch. Since the valves are electrically operated, they must be made explosion-proof, which leads to a considerable increase in the cost. Since solenoid valves do not automatically regulate the valve position by themselves, be it a proportional or a two-point control, they must be controlled electrically.
However, this shortens the life of such valves.
The purpose of the invention is to eliminate the listed and other disadvantages and to provide a valve which has a simple structure, regulates automatically (proportional or two-point control) and does not require any electrically controlled elements that increase the risk of explosion and make it more expensive to lead.
Such a valve is described in claim.
Embodiments of the invention will now be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
1 shows a schematic representation of a steam recovery system in a gas station,
FIG. 2 shows a section through a combined form of the control valve according to the invention, as it is used in the filling station according to FIG. 1,
3 shows a section through a control valve according to the invention with the possibility of compensating for changes in fuel pressure,
Fig. 4a is a section through a further Ausführungsbei game,
4b shows a second section through the embodiment according to 4a and FIG. 5 shows a vertical section, partially in elevation, through a further embodiment of a control valve.
In Fig. 1, 10 denotes a steam recovery system of a gas station. It contains a gasoline storage tank (floor tank) 12 and a fuel pump 14. A line 16 connects the gasoline supply tank 12 to a control valve 18 which is mounted in the fuel pump 14. A second line 20 connected to the first line 16 by the control valve 18 ends in a conventional fuel nozzle 22 which, in FIG. 1, is inserted in the gasoline tank of an automobile 24. A steam line 26 also extends from the control valve 18 to the fuel nozzle 22. The end of the line 26 extends into the gasoline tank of the automobile; The gasoline vapors present above the gasoline in the tank can be extracted through this line.
A second steam line 26 connected to the first steam line via the control valve 18 leads to a condensation apparatus 30. A line 32 extends from this apparatus into the gasoline storage tank 12. A pump 34 in the line 16 pumps the fuel from the tank 12 through the line 16 , through the control valve 18 and through the line 20 to the fuel nozzle 22. A fan 35 in the line 28 creates a partial vacuum which draws the steam from the fuel tank of the automobile through the line 26 and the control valve 18 and supplies it to the condenser 30. There the steam condenses; the condensate is fed to the gasoline storage tank 12 via the line 32. The steam recovery system described here corresponds to the current state of the art; the present invention is not included in this Appendix.
The control valve according to the invention is shown in FIG.
It includes a housing 36 with a pair of passages 38 and 40. The housing can be made of metal. The passage 38 is connected to the lines 16 and 20, the passage 40 to the lines 26 and 28 of the system shown in FIG.
As can be seen from FIG. 2, the housing 36 consists of three independent parts: the upper housing part 42, the lower housing part 44 and the intermediate housing part 46. In the lower part of the upper housing part 42 there is a cylindrical recess 48. A complementary recess 50 is formed in the upper part of the intermediate housing part 46. The two recesses 48 and 50 form a cylindrical cavity 52 between the passages 38 and 40.
A flexible membrane 54 made of gasoline-resistant material is mounted between the upper housing part 42 and the housing intermediate part 46. This membrane divides the cavity 52 into an upper cavity part 52a and a lower cavity part 52b.
A constriction 56 is present in the passage 38. A vertical bore 58 extends from this constriction 56 into the upper cavity part 52a. A second bore 60 extends from the unconstricted part of the passage 38 to the lower part of the upper housing part 42. This bore 60 could be present on any side of the constriction. The membrane 54 has an opening 52 connected to the bore 60. A passage 64 connected to the bore 60 extends from the top surface of the intermediate housing portion 46 to the lower cavity portion 52b, thereby communicating between the unconstricted portion of the passage and the space under the membrane 54 in the cavity 52.
During the flow of a fluid through the passage 38, the constriction 56 causes a pressure drop which is dependent on the flow rate flowing through the passage 36 according to the Venturi principle. The pressure in the part 52b under the diaphragm 54 will be greater than that in the cylindrical recess 48 above the diaphragm, so that the pressure difference will affect the diaphragm 54 in such a way that it is raised according to FIG.
A valve element 66 is mounted coaxially in the cylindrical cavity 52. The upper end of this element forms a mounting plate 68 which is attached to the diaphragm 54 in a sealed manner. A spring 70 provides just enough force to keep the valve closed at rest; however, this force is insufficient to withstand the differential pressure on the opposite sides of 54 during the gasoline flow.
A bore 72 extends vertically from the cavity 52 into the steam passage 40. A flange 74 extends into the bore 72. This flange contacts a vertical wall 76 which extends in the passage 40 as a barrier. The flange has a bore 78 which is coaxial with the cylindrical cavity 52. The edge of the flange 74 surrounds the upper end of this bore 78 and forms a valve seat 80. The lower end of the valve element 66 is designed as a conical member 82 which is pressed into the seat under the spring force of the spring 70 in order to achieve the Prevent fluid flow through passage 40. A second rubber membrane 84 lies between the housing intermediate part 46 and the lower housing part 44.
The lower end of the valve element 66 is formed by a flange 86 over the conical portion 82. This flange is tightly attached to the membrane 84. The membrane 84 consequently prevents the fluid introduced through 60 and 64 in the cavity 52b from entering the bore 78 and from there into the passage 40. This is necessary in a recovery system since it is desirable to prevent gasoline from entering the vapor return line prevent.
As mentioned earlier, the membrane 54 is subjected to a pressure differential resulting from the flow of gasoline through the passage 38. Such a pressure difference is the flow rate of the gasoline through the proportional valve. The area of the diaphragm 54 exposed to the pressure in the lower cavity part 52b is greater than that of the diaphragm 84; the membrane 54 consequently rises when the pressure below it exceeds that above it, regardless of the initial pressure difference that prevailed between the two surfaces of the membrane 84. Lifting the diaphragm 54 also lifts the conical member 82 from the seat 80: the steam can pass through the passage 40, the amount of steam being a direct function of the amount of gasoline flowing through the valve.
The membrane 84 also has a pressure-regulating function in the valve; z. B. when the pressure in the bore 72 drops below the diaphragm 84, the pressure in the cavity part 52b causes the diaphragm and consequently also the valve element 66 to move in a downward direction, whereby the bore 68 is partially closed and the pressure in the bore increases. Similarly, if the pressure in passage 40 becomes greater than that in cavity 52, valve element 66 will tend to lift off seat 80 to a greater extent than would be indicated by the gasoline flow, thereby reducing the pressure in the passage .
A separate pressure regulator 90 can be connected to the valve if used in a recovery system. This regulator is intended to maintain a sufficient vacuum in the suction line 26 to be able to remove the gasoline vapor from the automobile fuel tank; However, the vacuum must be kept at such a level that no outside air is sucked into the tank, as this could lead to an explosive mixture. The construction of the regulator is arbitrary, it can also form part of the valve.
In the embodiment described, flexible membranes are used as the movable, pressure-dependent members; instead of these, however, sliding pistons sealed by O-rings can also be used. These are particularly suitable for valves that are subjected to high pressure.
Fig. 3 describes an embodiment in which the device according to the invention contains a compensation of the fuel pressure changes.
It is known from FIG. 2 that an increase in the fuel pressure in the passage 38 can result in a movement of the valve element 66 in the direction of the valve seat 80, despite the fact that the pressure difference across the membrane 54 is caused by the aforementioned Venturi effect in the constriction 56 is determined. This can be explained by the fact that the change in fuel pressure affects the differential pressure across the diaphragm 84, with gasoline in liquid form in contact with the upper surface of the diaphragm 84 without any back pressure from the vapor chamber from below.
In FIG. 3, the elements identical to those of FIG. 2 are denoted by the same transfer symbols.
3 basically contains a third membrane 91 which separates cavities 93a and 93b from one another. These cavities are formed between a modified housing part 44 a and an additional housing part 90. 44a and 90 are connected in the same way as 42 and 46 according to FIG. 2.
A passage 97 connects the cavity 52a to the cavity 93b. Liquid gasoline from 52a thus exerts an upward force on diaphragm 91, which force is proportional to the gasoline pressure, since cavity 93a is directly connected to the atmosphere through passage 96.
Passage 97 passes through housing parts 42, 46, 44a and 90, but is not in communication with any cavity or bore since its only function is to connect cavities 52 and 93b.
The membrane 91 separating the cavities 93a and 93b has practically the same area as membrane 54 within the bore below 52b.
A connecting rod 94 is used to mechanically connect the conical valve member 82 to the membrane 91 and is guided by a spring 95. This spring allows changes in the mechanical relationships; it could also be replaced by a continuation of the rod 94, whereby a direct movement relationship between 82 and 91 would arise.
A closure 98 seals the passage 40 from the cavity 93a. A minimal sealing effect of the closure is sufficient for this sealing, since above this there is only the pressure difference between the steam line leading to the pump 35 (FIG. 1) and the atmosphere.
Parts 68 and 92 serve practically the same purpose.
In order to be able to describe the function of the additional parts of FIG. 3, the Venturi pressure in the cavity 52a is to be denoted by Pv, the steam inlet pressure by PA and the atmospheric pressure by PO.
The quantity PvPo, which indicates the upward pressure on 91, will always be smaller than the quantity of PVPA, the differential pressure acting on the diaphragm 84 during operation. The pure effective force A91 (Po-PA) acts (Fig. 3) in the downward direction and has the tendency to restrict the steam orifice (formed between 80 and 82) of the valve. Since the effective areas of the diaphragms 84 and 91 are practically equal, Pv has a tendency to equalize, making the device practically independent of changes in fuel pressure. Ag, is the effective area of the membrane 91.
The process described has a regulating effect on the steam inlet pressure with changes in the suction or steam outlet pressure. As a result, an automatic adjustment process to the control position of the steam valve is achieved as a result of the control of the gasoline flow rate.
The membrane 91, like the membranes 54 and 84, can either be made of gasoline-resistant rubber or of metal.
A third embodiment of the invention will now be described with reference to FIGS. 4a and 5. In it, the gasoline Venturi constriction is partially offset from the valve housing.
100 shows a section through a plane passing through the center line of the functional parts of the valve; FIG. 4a shows a further sectional view through the center line of the Venturi constriction, the section being made behind that of FIG.
For the embodiment according to FIGS. 4 and 5, conventional materials such as. B. aluminum alloys can be used.
100a and 100b in FIG. 4a can be projecting parts on the rear side of the housing according to FIG. 5, which are screwed to the venturi body 100 by means of a screw 130. There are passages 101 and 110 which are comparable to 58 and 60 from FIG. The part 129 (snorkel) is an extension of the passage 110; its function will be explained later and can only be used with the embodiment according to FIG. In FIG. 4 a, the passage breaks through the venturi tube wall as a side bore, see comparable 60 in FIG. 2, but without a snorkel 129.
5 shows a simplified ON-OFF version of the device. The regulator part 114 is not present here and the hood-shaped casting 127 is placed on the part 128.
The annular chamber part 137 is also absent, since the bores of 127 and 128 fit together.
A shorter spindle 106 is used and the parts located above 104 in FIG. 1 are now adjacent to component 107. The passage 102 can be omitted by closing the openings of the casting.
In FIG. 5, it is assumed that the suction power of the blower 35 is high or that the fuel nozzle 22 is seated tightly in the fuel tank of the automobile. The gas entering the automobile's fuel tank while it is being filled displaces the gasoline vapor and drives it back into the gasoline storage tank in the ground without the need for a blower 35.
The snorkel 129 now exerts a certain fluid pressure, as a result of which the pressure in the chamber 131 increases. This causes the spindle 106 to move upwards and consequently the valve to maximally open at 126/125.
The previously mentioned absence of the regulator part 114 eliminates the gasoline connection to the venturi constriction; so there is no control of the steam recovery flow as a function of the valve opening. The chamber 131 is preferably closed in order to prevent gasoline or steam from escaping in the event of the membrane 109 being damaged.
The embodiment according to FIG. 4b has certain advantages over the embodiments described so far.
The arrangement of the individual valve parts shown in the figure makes it possible to eliminate the sliding shut-off and to improve the control of the fuel pressure so that the main steam valve can be largely avoided due to high fuel pressure. The influence of changes in steam blower pressure on the main steam valve is also reduced.
In FIG. 4b, too, the gasoline Venturi constriction is slightly offset from the valve housing with the other components. 100 ′ from FIG. 4b contains parts which are identical to those according to FIG. 4a, but without the snorkel 129.
No sliding barriers are used. The spindle 106 carries the main vapor barrier 126, which moves up and down as shown, and with it the sealing washers 111 and 112, the bearing bushing, the sealing washers 107 and 108, the bearing bushing 114 ', the sealing washers 104 and 105 and the spring Retaining pad 136. The aforementioned up and down movements simultaneously bend membranes 103, 109 and 113 in the same direction. The closures attached along the inner diameter of the bearing bushes 117 'and 115 are fixed closures which are only intended to seal the chambers between one another.
The valve housing is basically composed of three parts, namely 127, 114 and 128. Part 114 contains the fuel pressure compensator. The spindle 106 and all of the mechanical parts connected to it, which make the up and down movements, do not use any frictional means in order to achieve lateral alignment.
The diaphragms 103, 109 and 113 have sufficient lateral strength to ensure the alignment of the spindle and its associated parts.
The main steam barrier 126 with the associated valve seat 125 regulates the steam flow in the direction of the pump 35; in the position shown in FIG. 4b, this steam flow is completely interrupted. This steam flow control through the main steam passage 128 is dependent on the mutual position of the main steam barrier 126 and the valve seat 125.
The internal cavities of the valve, located above 126, include: a lower cavity 135, which is connected to the steam.
enters communicating; a chamber 134 located between the membranes 109 and 113; a chamber lying between the membranes 103 and 109, which contains both 132 and 133, and finally an upper chamber lying between the membrane 103 and the hood-shaped, upper housing part 127. By placing the hood-shaped housing part 127 on the regulator part 114, a small, ring-shaped chamber part 137 is created which belongs to the cavity 131.
The part 127 contains a sleeve 118 sealed by a seal 141 against its inner bore. An inner shoulder part of the sleeve 118 exerts a pressure on a spring 116 which presses the spindle 106 down (in the direction of valve closure). The pressure can be adjusted by screwing in or unscrewing the sleeve 118 in the thread 119.
An internal bore in 118 contains a threaded plug 120; this ensures an additional possibility of adjusting the pressure exerted on the spindle 106, to be precise via a spring 117 which is attached between the upper part of the spindle and a protruding part of the sleeve 118. The extent of this additional adjustment can be adjusted by screwing in or unscrewing the plug; the corresponding thread is labeled 121, the corresponding screwdriver slot 122.
Finally, there is a cap-shaped plug 123 in the upper part of 127; the screw connection is designated with 124, the associated seal with 142.
A protruding nozzle 138 on the hood-shaped casting 127 has a central bore 139 which is connected to the passage 102 and is closed off by a screwed-on cap 140, preferably provided with an elastic O ring. The connection of the passage 102 with the outside world consequently makes it possible to attach a manometer or another instrument in order to be able to follow the adjustment by turning the plug 120.
The passage 102 effectively picks up the vapor inlet pressure condition occurring at any time in the valve, which is an important independent parameter in connection with the adjustment of the device.
As for the operation of the device, it can be said that the pressure difference across the diaphragm 109 is practically the actual algebraic difference between the pressures in the passages 101 and 110; H. that the pressure difference is only a function of the amount of fuel delivered by 100.
Changes in the fuel inlet pressure are compensated for by the diaphragm 109 and since the lower side of the diaphragm 103 and the upper side of the diaphragm 113 present the same area for the fuel pressure, the forces created by the pressure changes in the fuel cancel each other. The passage 102 balances the vapor pressure between the cavities 131 and 135 (upper part of the membrane 103 and lower part of the membrane 113), whereby at the same time a balance of the differential forces takes place, which result from the steam blower pressure and z. B. caused by the simultaneous change in the number of fuel pumps used in a system, working in parallel.
As a result of the aforementioned elimination of the regulator part, the connection with the Venturi tube also disappears, so that there is no regulation of the steam return flow as a function of the valve opening. The cavity 131 is preferably closed to prevent the escape of fuel or steam in the event of the membrane 109 failing.