CN101362584B - 用于燃料分配装置的防泡沫除气设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃料分配装置的防泡沫除气设备，其具有燃料循环泵(1)、与泵(1)的出口连接的涡流除气罩(2)、与轴向出口管(9)连接的分离容器(3)和控制装置(20)，所述除气罩(2)具有用于除气后燃料的横向出口管(8)和用于富含气体的燃料部分的轴向出口管(9)，分离容器(3)中的液体燃料在被输送回泵(1)之前由于重力作用而分离，所述控制装置(20)能够根据气体含量改变由轴向出口管(9)收集的部分的流速。轴向出口管(9)通到分离容器(3)的下部并且进入由重力作用而分离的液体燃料中，从而防止在该容器中形成泡沫。

Description

用于燃料分配装置的防泡沫除气设备
技术领域
本发明涉及一种对被分配的液体进行除气的设备，用于燃料分配装置中、并且尤其用于分配生物燃料的装置中。 
背景技术
燃料分配装置通常安装有除气系统，以确保传送给使用者的燃料容量的测量实际上是基于液体燃料而不是液体燃料和气体(以空气和碳氢化合物蒸汽的形式)的混合物。 
液体中气体的允许百分比通常在OIML(国际法制计量组织)的条款R117中限定。 
通常，该类型的除气系统包括： 
泵，用于循环从储存罐中抽出的燃料， 
除气罩，特别是涡流式的，由连接到泵出口的入口管供应液体燃料和气体的混合物，并且设有两个出口管，即用于除气后液体燃料的横向管和用于富含气体的燃料部分的轴向管，和 
大气压下的分离容器，与除气罩的轴向出口管相连，其中富含气体部分中的液体燃料在重新运送回泵的抽吸端之前，由于重力作用而分离出来，该分离容器具有安全孔，使得分离出的气体能够向外释放。 
通常除气罩为细长圆柱形，使由入口管流入的混合物产生螺旋流动，并使除气后的燃料可由横向出口管收集，而富含气体的部分可由轴向出口管收集。 
在EP 0 357 513中描述了一个上述类型的除气系统的例子。 
根据这一在先的公开，除气罩与探测装置连接，该探测装置用于根据气体含量来控制液体燃料的分配，并且如果气体含量超过了 预定水平，必要情况下可以停止燃料的分配。 
该系统的缺陷是，如果进入除气罩的燃料包含有非常少的气体(这种情况是很常见的)，那么由轴向出口管收集的并且被输送至分离容器的部分会保持很低的气体含量。 
这部分燃料在再循环至泵的入口之前要在分离容器中停留一段时间，这就降低了分配装置的效率，尤其是因为低气体含量的液体由于泵的搅动而易于在泵中形成泡沫。 
为此，需要能够减少除气罩轴向出口管收集的液体燃料与气体混合物的流速，但在实际情况下很难做到，因为，如果燃料偶然具有高气体含量，出口管必须具有足够大的直径来保证该燃料的有效除气。 
为了克服这个困难，FR2730484提出，将控制装置与除气罩的轴向出口管连接，从而可以根据燃料的气体含量来改变由出口管收集的富含气体的燃料部分的流速。 
根据这个方法，如果燃料的气体含量高，则燃料大流量地被收集并输送到分离容器中，而如果燃料仅仅具有低的气体含量，燃料的流量就会减小。 
这种除气设备在与石油基燃料的分配设备适配时，通常是令人满意的。 
然而，在使用这样的设备分配生物燃料，尤其是基于醇类如乙醇的燃料，或基于酯类的燃料如生物柴油或没有防泡沫添加剂的家用燃料油时，情况就不同了。 
可用石油的减少导致石油价格的增长和环保问题意识的增加，并且已经激发了对经济可行的替代能源，如生物燃料的研究。 
在发动机专业领域，通常由甘蔗、甜菜或谷类如小麦获得的基于醇类的生物燃料，或从植物油如玉米、菜籽或棕榈油获得的基于酯类的生物燃料，成为石油的非常有用的替代品，尤其是因为它们提供了农业废料的有利应用并能增加耕地面积。 
因此，越来越多的供给站配备了生物燃料分配设备。生物燃料 通常由基于植物的化合物和基于石油的燃料混合而成，如称为“E85”的燃料包括大约85％的醇(尤其是乙醇)和15％的标准石油燃料，或者生物柴油“B30”包含30％的农作物衍生物和70％的石油衍生物。 
然而，该类型的生物燃料的组成可能改变，例如，根据它们的产地和季节因素，它们通常包含甲醇、高级醇如丙醇或丁醇、发酵残留物中的酯类、乙酸、不可忽视的量的水，除了石油基燃料、乙醇和酯之间的不同比例，它们还包含用于长时间保存该燃料的添加剂。 
因此，人们发现某些燃料有时表现出很强的产生泡沫的趋势，在将其浓缩成液体形式之前需要在分离容器中进行更长时间的倾析。 
在前述类型的已知的除气设备中，除气罩的轴向出口管通常通到分离容器的上部，在重力分离的液体燃料水平线之上，这个结构在石油基燃料的情况下是合适的。 
然而，由于该管的直径必须尽可能小以便于与前述要求相适应，并且限制“泄漏”流速，如果输送的燃料是生物燃料，尤其是生物柴油型的燃料，那么该结构可能产生问题。 
这是因为，在这个情况下，液体燃料和气体的混合物根据气体和液体的各自比例能够形成泡沫并一直升高，直到充满分离容器并从安全孔中溢出。 
这同样也提高了风险，即泡沫通过用于重力分离后的液体燃料的回流管向循环泵溢出，这会尤其是通过导致泵的故障和降低泵的效率而严重地中断燃料分配设备的操作。 
发明内容
本发明的一个目的是为燃料分配装置尤其是分配前述类型的生物燃料的设备，提供一种除气设备来克服这些缺陷，其中控制装置与除气罩的轴向出口管连接，该控制装置不会导致泡沫的形成。 
根据本发明，该类型设备的特征是，除气罩的轴向出口管通向 分离容器的下部，即通入已经由重力作用而分离出的液体燃料中，以防止容器内泡沫的形成。 
从除气罩流出的液体燃料和气体的混合物由此被输送到分离容器的下部，该部分已填充有液体燃料，从而防止或至少限制了泡沫的产生。 
根据本发明的一个显著有利的特征，控制设备包括控制缸，该缸一方面配置有与除气罩的轴向出口管连接的前开口，并且配置有与分离容器下部中的排出管开口连接的横向开口，另一方面，该缸配置有具有孔板的活塞，该活塞随着复位弹簧的动作而运动并且对除气罩的轴向出口管中流动的燃料中富含气体部分的单位体积的质量敏感，因而对于该部分中气体的含量敏感，活塞能够根据该含量按比例地打开或关闭控制缸的横向开口。 
根据这个特征，在除气罩的轴向出口管中流动的富含气体的部分通过活塞的孔板，该活塞由复位弹簧推回。 
由活塞加载在弹簧上的力取决于孔板产生的压力降。 
压力降P是以孔板中的湍流为特征的，因而可由方程式P＝Kρv2 来表示，在此，K是几何参数，ρ表示富含气体的燃料每单位体积的质量，v是该燃料的流速。 
因此，压力降P取决于流经孔板的混合物的气体含量。 
因而，活塞在控制缸中的位置取决于在除气罩中分离的富含气体部分的气体含量。 
根据这个位置，活塞根据燃料中气体的量适当地打开或关闭控制缸的横向开口。 
根据本发明，控制缸和/或孔板活塞和/或除气罩的轴向出口管对于纯石油产品能够有利地由黄铜制成，对于含有高生物燃料组分的燃料能够有利地由不锈钢制成，或由合适的塑料材料制成。 
根据本发明的另一个特征，控制缸的与前开口相反的前表面具有活塞导向销，其具有能够密封住孔板的锥形端部。 
应当注意的是，该导向销在燃料除气过程中没有作用，但由于 它的锥形端部确保了孔板合适地密封。 
当活塞被推回到它的最大限度时，导向销使得液体向着活塞附近的控制缸的横向开口的内部泄漏最小。 
根据本发明，排出管的自由端可以直接通向回收容器底部的重力分离液体燃料中。 
根据本发明的另一个特征，排出管可在其自由端设有过滤器。 
此类型的过滤器用于限制剩余气体的出口流速，并且增加他们在分离容器底部处的液体燃料中的扩散，通过这个方法这些气体可更加快地向表面上升。 
根据本发明的另一个特征，排出管在其自由端设有“板堆型”(plate stack)气体分离器。 
本领域技术人员熟知的气体分离器可用于产生液体燃料的层流，使得燃料中的微小泡沫沿着板壁自己成组并重新结合成相当大的气泡，从而能够由于重力作用迅速升到分离容器中的液体的表面上。 
根据本发明另一个尤其有利的特征，分离容器的安全孔与用于回收废弃燃料蒸汽的系统连接。 
该系统越来越普遍地被安装在燃料分配器上，以减少空气污染的风险。 
应当注意的是，该安全孔也可带有火焰消除器或校准阀，其只能在与除气元件的正确操作相兼容的预设压力之上打开。 
附图说明
本发明所提及的除气设备的防泡沫特征通过参考非限制性的附图而更全面地描述，在此： 
图1是根据现有的除气设备的示意图， 
图2是与图1相似的示意图，但是示出根据本发明的防泡沫除气设备， 
图3是除气罩和控制装置的详细示图。 
具体实施方式
如图1所示，除气设备基本包括燃料循环泵1、涡流除气罩2和分离容器3。 
需要注意的是，泵1可以是任何类型，尤其是如图1所示的齿轮泵或图2所示的叶轮泵。 
泵1与止回阀4和过滤器5相连接，使得燃料可以从储存容器(未示出)沿箭头A的方向流过供应管6。 
除气罩2为细长的圆柱形，并带有两个出口管，即横向管8和轴向管9；所述除气罩2被设计成使内部的液体燃料和气体的混合物通过入口管7沿着箭头B的方向产生螺旋流动。 
除气后的燃料由横向出口管8沿箭头C的方向收集用于注入车辆的油箱中。 
由箭头E示意性示出的富含气体的部分由轴向出口管9收集，轴向出口管9与传输管10连接，传输管10自身通过控制装置30与分离容器连接，控制装置30可根据气体含量改变由轴向出口管9收集的富含气体的部分的流速。 
如图1所示，除气罩2还具有设有阀4的再循环回路或旁路11，没有传输到车辆油箱的多余燃料流通过该再循环回路或旁路沿箭头D的方向再次被引入。 
通过轴向出口管9离开除气罩2的富含气体的部分通过输送管10沿着箭头E的方向被传输到控制装置30中，随后沿着箭头I的方向进入分离容器3的上部。 
如图1所示，这些控制装置30由控制缸37构成，缸37内有一组在复位弹簧38作用下运动的两个活塞，即第一活塞34，其作用在固定在其上的第二活塞35上，从而打开或关闭横向排放开口36，空气和燃料混合物通过该开口36沿箭头I的方向被排向分离容器3中。 
控制缸37还具有与输送管10连接的第一入口33和与同再循环回路11相连的管32连接的第二入口31。 
该组活塞34，35在控制缸37内的往复运动是由在再循环回路11中流动的假定待除气的液体压力和输送管10内流动的富含气体部分的压力之间的压力差来控制的。 
如图1所示，包含在通过横向排放开口36的开口沿箭头I方向输送到分离容器3上部的部分中的液体燃料通过重力作用与气体分离，并被收集在该容器的下部中。 
由浮子15致动的阀13使得以这种方式注入的液体燃料能够沿箭头G所示的方向朝向泵1的入口再循环。 
浮子15由位于分离容器3的下部中的液体燃料逐渐升高，并且当液体达到预定水平时自动打开阀13。 
如图1所示，分离容器3还具有安全孔14，用于沿箭头H的方向向外释放分离出的气体。 
安全孔14以图中未示出的方式有利地连接到用于回收废弃燃料蒸汽的系统中。 
与图1所示设备适配的控制装置30通常满足石油基燃料的除气，但它们对于能产生大量泡沫的燃料并不十分有效。 
与图2和3所示的防泡沫除气设备适配的控制装置20能够克服这个缺陷。 
应当注意的是，除了这些控制装置20，该设备的其他元件基本上和那些与图1所示设备适配的元件相似，并由相同的附图标记表示。 
如图2和图3所示，控制装置20由控制缸27组成，所述控制缸27具有连接到传输管10的前开口28，所述传输管10与除气罩2的轴向出口管9连接，所述控制缸27还具有连接到排出管24的横向出口23，排出管24通到分离容器3的内部并且低于在该容器下部中已通过重力作用分离的液体燃料的水平。 
如图2所示，排出管的自由端25直接通向容器3底部的分离后的燃料。 
排出管24的自由端25还可具有图中未示出的过滤器或“板堆型”气体分离器。
如图2和图3所示，控制汽缸27在其内部具有带有隔板26的活塞21，隔板26随复位弹簧22的动作而运动并且能根据沿箭头E的方向在管9和10中流动的、富含气体的部分中的气体含量部分地或完全地关闭横向开口23。 
一个导向销40具有锥形端部，如图3所示，但未在图2中示出，为了减少在横向开口23完全闭合时的泄漏，隔板26在复位弹簧22被推回到最大限度时被密封。 
如图2所示，从控制器20中沿箭头F的方向通过排出管24排出的燃料被输送到回收容器3的底部并且低于已经被注入到该容器的液体燃料的水平线。 

Claims (8)

1.一种应用于燃料分配装置的防泡沫除气设备，具有：
泵(1)，用于循环从储存罐中抽出的燃料，
除气罩，其由连接到泵(1)的出口上的入口管(7)供应液体燃料和气体的混合物，并且具有两个出口管，即用于除气后的液体燃料的横向管(8)和用于富含气体的部分的轴向管(9)，
大气压下的分离容器(3)，其与除气罩(2)的轴向管(9)相连，富含气体的部分中的液体燃料在被重新运送回泵(1)的抽吸端之前由于重力作用而分离出来，该分离容器(3)具有能向外释放分离出的气体的孔(14)，和
控制装置(20)，其与除气罩(2)的轴向管(9)连接，并能够根据气体含量改变由该轴向管(9)收集的富含气体的部分的流速，
其特征在于：
除气罩(2)的轴向管(9)通到分离容器(3)的下部并进入到由重力作用而分离的液体燃料中，从而防止在该容器中产生泡沫。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于：
控制装置(20)由控制缸(27)组成，所述控制缸(27)一方面具有与除气罩(2)的轴向管(9)连接的前开口(28)并具有与通到分离容器(3)下部的排出管(24)连接的横向开口(23)，另一方面具有带有孔板(26)的活塞(21)，该活塞(21)随着复位弹簧(22)的动作而运动并且对在除气罩(2)的轴向管(9)中流动的燃料的富含气体部分的每单位体积的质量敏感，因而对于该部分中的气体含量来说，活塞能够根据所述气体含量按比例打开或关闭控制缸(27)的横向开口(23)。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：
控制缸的与前开口相反的前表面设置有用于活塞(21)的导向销(40)，该导向销(40)具有能够密封住孔板(26)的锥形端部。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于：
排出管(24)在其自由端(25)处设置有过滤器。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的设备，其特征在于：
分离容器(3)的孔(14)与用于回收废弃燃料蒸汽的系统连接。
6.根据权利要求2至4中的任意一项所述的设备，其特征在于：
控制缸(27)和/或带有孔板(26)的活塞(21)和/或除气罩的轴向管(9)由黄铜、不锈钢或塑料材质制成。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述燃料分配装置是生物燃料分配装置。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述除气罩是涡流式的除气罩。
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