CN102725223B - 具有循环系统的流体分配单元和用于使流体在流体分配单元中循环的方法 - Google Patents

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Abstract

一种分配(1)单元，其具有用于使流体在分配单元(1)中循环的循环系统(7)。循环系统(7)包括：循环回路；以及用于使流体在循环回路中循环的装置(9)。通过使流体循环，从而对抗流体结晶。还提供了一种用于使流体在分配单元(1)中循环的方法。

Description

具有循环系统的流体分配单元和用于使流体在流体分配单元中循环的方法
技术领域
本发明涉及能够使流体循环的分配单元和用于使流体循环的方法。
背景技术
目前，柴油供能车辆造成了通常称作NOx的氮氧化物的大量排放。NOx排放物对环境有害，暗示着使用了若干技术以便试图减少这些排放物。
用于减少有害的NOx排放物的量的一种技术是选择性催化还原(SCR)。SCR的基本构思是将NOx转换成无害的双原子氮(N2)和水(H2O)。使用添加到催化剂的还原剂，能够进行该反应。可以使用诸如无水氨、氨水或尿素的若干种还原剂。
目前，确立了在柴油供能车辆中使用SCR还原剂的标准。所用的还原剂为具有32.5%的尿素浓度的尿素水溶液。该溶液被称作AUS32。为了获得正确的浓度，尿素与去矿质水混合。
当柴油发动机运行时，AUS32在之前或在催化转换器中以对应于3%-5%柴油消耗的量添加到排气流中。当AUS32添加到柴油发动机的排气流时，发动机可以更剧烈地运转，而不会生成更多的NOx排放物。
在欧洲，AUS32通常在AdBlue®的商标下销售，而在北美，AUS32的商品名称为Diesel Exhaust Fluid或DEF。
AUS32通常可以在世界各地的服务站获得。为了在柴油供能车辆的用于此用途的(therefore intended)箱中再填充AUS32，使用了各种种类的分配器。
然而，存在着与AUS32的再填充和储存相关的若干问题。例如，AUS32流体在遇到空气时即在变干时将容易结晶。这暗示着晶体将开始累积在喷嘴处及未被紧密密封隔离空气的分配器的其它部件处。这实际上意味着导致减小流动的堵塞将成为问题。
AUS32在分配器中遇到的另一个更加严重的问题是由于流体的冻结引起的结晶。AUS32流体将在-7℃开始结晶，形成软泥(slush)。在-11℃，流体将冻结而形成固体。一旦温度降到低于-7℃，控制受到AUS32流体影响的分配器的部件的环境是至关重要的。用于对抗流体冻结的常用解决方案是将分配器的受到流体影响的所有部件放置在受控制的受热环境中。该解决方案使得再填充对于使用者而言变得显著更加复杂，因为再填充软管和喷嘴实际上必须放置在热柜(heated cabinet)或类似物中。在再填充过程中，使用者因而必须在能够再填充他/她的车辆的AUS箱之前打开该柜。一旦完成，使用者必须闭合该柜，以便不招致再填充软管中的流体将冻结的风险。如果在再填充过程之后并未充分地闭合该柜，那么再填充软管和喷嘴中的流体可能冻结，使得分配器对于下一使用者而言是无用的。热柜的使用确实也带来了大量的能量消耗，特别是当该柜在再填充过程之后未被充分闭合时。
AUS32也常常在罐中销售。通过提供罐中的AUS32，能够防止流体在储存期间冻结，例如通过将罐储存在受控环境中，如在服务站内。填充了AUS32的罐的使用带来了不同的问题。使用者例如将必须手动地打开罐并随后将AUS32流体倾倒至车辆的用于此用途的箱中。这意味着在再填充期间存在着溢出AUS32的重大风险。
发明内容
本发明的一个目的是提供上述技术和现有技术的改进。
一个特定目的是提供具有用于对抗流体结晶的循环系统的分配单元。
通过根据相应独立权利要求的分配单元和用于使流体在分配单元中循环的方法，实现了根据本发明的下列描述将显而易见的这些和其它目的以及优点。优选实施例限定于从属权利要求中。
因此，提供了一种分配单元，其包括用于使流体在分配单元中循环的循环系统。该循环系统包括循环回路和用于使流体在该循环回路中循环的装置，使得所述流体对抗结晶。
本发明的分配单元是有利的，因为流体在分配单元中循环，意味着对抗流体的结晶。这继而意味着使用者将不会遇到污染或堵塞的喷嘴的任何问题或至少减少的问题。另外，从分配器排除了由于堵塞引起的减小流动的风险。
分配单元的循环系统可包括用于加热流体的加热元件，这是有利的，因为流体对抗冻结。
分配单元的循环回路可包括具有同轴设置的流体通道的软管。这意味着可使用标准软管布置使流体在软管和同轴设置的流体通道中循环。
循环系统还可包括阀，在流体通过软管和流动通道循环时，该阀控制流体，这是有利的，因为可通过切换该阀来控制流体循环。
循环系统还可包括量块，在流体通过所述软管和所述流体通道循环时，该量块控制所述流体，这导致软管和流体通道中的循环能以简单且高效的方式进行。
循环系统可包括具有喷嘴的软管和喷嘴保护罩，这是有利的，因为在使流体循环时，喷嘴可放置于喷嘴保护罩中。
分配单元的喷嘴在插入喷嘴保护罩中时可适于获得与喷嘴保护罩流体连通的防泄漏连接。这是实现喷嘴与喷嘴保护罩之间的防泄漏流体连通的简单方式。
循环回路还可包括连接到喷嘴保护罩的管，这是有利的，因为流体可通过喷嘴保护罩和管而循环。
循环系统还可包括适于保持流体的储器，储器可连接到循环回路，这是有利的，因为流体可从储器提取并在循环后返回到储器。
加热元件可位于循环系统中，这导致流体可在循环期间被加热。这意味着在循环期间，流体可容易地被加热和/或维持在高温。
加热元件可位于储器中，这是有利的，因为储器中的流体可被加热，这使得具有高温的流体可在循环系统中循环。
加热元件可包括热缆线，这导致可以使用标准的构件以简单且具成本效益的方式来加热流体。
用于使流体在分配单元中循环的装置可包括泵，这是有利的，因为可使用具成本效益的标准解决方案来有效地使流体循环。
循环系统还可包括连接到控制单元的温度传感器，控制单元控制用于使流体循环的装置，这是有利的，因为流体可以仅仅在某些温度条件下循环。
控制单元还可控制加热元件，这导致流体可以仅仅在某些温度条件下被加热。
分配单元的循环系统还可包括用于测量循环流体量的装置，这是有利的，因为可以容易地检测到泄漏和其它操作干扰。
分配单元的流体可以是尿素水溶液，这导致分配单元可用于再填充具有专用于尿素水溶液的箱的车辆。
循环系统的至少一部分可以是绝热的，这是有利的，因为当加热流体时可显著地降低能量消耗。
根据本发明的另一方面，提供了用于使流体在具有循环系统的分配单元中循环的方法。该方法包括：借助于泵而使流体在循环系统的循环回路中循环。通过这样做，可以对抗流体结晶。
该方法还包括以下步骤：借助于循环系统中的加热元件来加热流体，这是有利的，因为流体可被加热和/或维持在高温。
应当注意到，本发明的方法可并入上文结合本发明的分配单元所述的特征中的任何特征，并且具有相同的对应优点。
附图说明
现在将参照所附示意图以示例的方式描述本发明的实施例，附图显示了作为非限制性示例给出的本发明的目前优选实施例的示例。
图1为根据本发明的第一方面的分配单元的示意正视图。
图2a为根据本发明的一个实施例的分配单元的截面图，其中使用阀来控制流体的循环。
图3为显示了通过使用量块(gauge block)来控制流体循环的实施例的示意细节图。
图4为根据本发明的一个实施例的分配单元的截面图，其中使用返回管来控制流体的循环。
图5为根据本发明的一个实施例的绝热软管的示意细节图。
图6为示出了根据本发明的一个实施例的如何在储器中布置热缆线的示意细节图。
图7为根据本发明的一个实施例的分配单元的截面图，其中从地下流体储器提取流体。
图8为示出了根据本发明的第二方面的方法的框图。
具体实施方式
图1显示了分配单元1，在分配单元1的每个相对侧上具有多个软管储存空间2。对于诸如汽油、柴油和尿素水溶液(AUS)的不同流体，提供了不同的再填充软管3。包含用于分配单元1的电子器件的电气柜4设于液压柜5的顶部上。液压柜5包含流体分配装置(未图示)，例如流体计量装置、阀、管路等。多个软管储存空间布置在竖直延伸的柱6中。分配单元1连接到保持不同流体的多个储器(未图示)。保持不同燃料(例如汽油或柴油)的储器通常位于地下。保持AUS的储器通常位于液压柜5中，但是也可位于地下。当分配流体时，借助于位于液压柜5中的泵从其中一个储器抽吸流体并经由其中一个再填充软管3从那里抽吸到柱6且从喷嘴出来。当分配单元1不用于分配任何流体时，所有再填充软管3位于它们相应的软管储存空间2中。
图2示出了本发明的分配单元1内部的部件。分配单元包括用于分配AUS及使AUS循环的系统7。现在将更加详细地描述系统7的功能和构造。在该描述中省略了用于分配AUS之外的其它流体的系统，尽管存在于分配单元1中。
处于AUS形式的流体储存在位于液压柜5中的储器 8中。结合测量装置(未图示)采用的泵9用于从储器8抽吸流体，将其传递到包括软管10的管道系统中。当再填充箱时，软管10用于将流体传递到喷嘴11，该喷嘴继而用于将流体传递到车辆的箱中。喷嘴11在不用于再填充车辆的箱时放置在喷嘴保护罩(boot)12中。喷嘴保护罩12为能够接纳和/或保持喷嘴11的任何装置。喷嘴保护罩12的大小和形状取决于相关的喷嘴11的大小和形状。另外，软管具有处于具有更小直径的软管的形式的同轴设置的流体通道13。流体通道13用于在喷嘴11不用于再填充车辆的箱且因此放置于喷嘴保护罩12中时使流体返回到泵9的吸入侧。为了检测喷嘴11是否放置于喷嘴保护罩12中，使用了传感器 14。当传感器14检测到喷嘴11恰当地放置于喷嘴保护罩12中时，传感器指示可以允许流体的循环。为了执行流体循环，阀15需要从打开状态切换到闭合状态。用语“打开状态”是指阀15将使从泵9传递来的任何流体继续从喷嘴11出来的状态。用语“闭合状态”是指在起动泵时阀15将把从泵9传递来的任何流体引导至流动通道13中且因此使流体返回到泵9的吸入侧的状态。当阀15处于闭合状态时，可以起动泵9，意味着流体将开始从泵9循环通过软管10，且在流动通道13中返回到泵9。换而言之，软管10和流体通道13构成循环回路。因此，对抗流体结晶。
为了以更加复杂的方式控制流体的循环，分配单元1的系统7包括额外的构件。加热元件16设于软管10处。加热元件16是缠绕着软管10的电力供能的热缆线。另外，加热元件16由连接到温度传感器18的控制单元17进行控制。由温度传感器18测量软管10中的流体的温度。当温度降到低于预定水平时，控制单元17将激活加热元件16。然后在加热过程中使流体循环，意味着对抗流体冻结。泵9也由控制单元17控制。供给至加热元件16的功率由控制单元17控制，使得在循环过程中流体维持在较高的预定温度。为了对抗储器8中的流体冻结，使用单独的加热元件(未图示)将液压柜5维持在高温。
在循环过程中使用流量计19，以便检测在流体管道13中返回的流体的量。由于泵9结合测量装置而采用，因而可以使用来自流量计19的信号以检测循环过程中的泄漏。为了检测泄漏，将由泵9的测量装置检测的流体流量与由流量计19检测的流体流量进行比较。如果存在测量流量上的差异，则这是泄漏的迹象。一旦检测到泄漏，流体的循环就停止。通过这样做，能够在泄漏的情况下阻碍该流体流出。
现在参照图3。为了使燃料从喷嘴11返回到流体通道13，将量块20放置在喷嘴保护罩中。当使用量块20时，省略了图2的阀15。量块20具体地设计成获得围绕喷嘴11的外周边的防泄漏装配，使得软管10和流体通道11之间的流体连通成为可能。当操作泵9时，流体将借助于量块20从软管10经由喷嘴11流回到流体通道13中，意味着软管10和流体通道13构成循环回路。而且，当使用量块时，传感器14用于检测喷嘴11放置在喷嘴保护罩12中。然后以上文结合图2所述的相同方式来执行循环过程，即，当操作泵9时，流体将在软管10中流动并借助于量块20返回到流体通道13中的泵9。
图4示出了如何使用单独的管21将流体引导回到泵9的吸入侧。在图4中使用的喷嘴11具体地设计成获得与喷嘴保护罩12的防泄漏连接，经由喷嘴保护罩12而使软管10与管21之间的燃料连通成为可能。在该实施例中，软管10和管21构成循环回路。以上文结合图2所述的相同方式来执行循环过程。
图5显示了根据可选实施例的软管10。软管10由绝热材料22覆盖。引入绝热材料22的目的是减少能量消耗。绝热软管将向周围泄漏更少的热量，意味着需要使用更少的功率，以便将流体维持在预定温度。
图6显示了加热元件16放置在储器8中的可选实施例。通过将加热元件16放置于储器8中，可以不需要将额外的加热施加至液压柜5。在该实施例中，需要流体从流体通道13或管21的返回，以供给回到储器8。
图7示出了流体储存在地下储器(未图示)中的可选实施例。通过将流体储存于地下储器中，储器中的流体通常被防止冻结。仅仅经由喷嘴11和泵9而在软管10和流体通道13中循环的流体需要被加热并维持在高温，以便对抗冻结。
下面，将描述根据本发明的第二方面的方法。在图8中示意性地示出了该方法。在方法100的第一步，使用泵而使流体在循环回路中循环。通过使流体在循环回路中循环，从而对抗流体结晶。
在图8中的方法的第二任选步骤200中，使用加热元件来加热流体。通过在循环期间加热流体，从而对抗流体冻结。
本领域技术人员将认识到，在限定于所附权利要求中的本发明的范围内，可设想到本文所述的本发明的实施例的大量修改。
例如，可以使用本发明的分配单元来分配任何流体。自然，有可能分配除了AUS之外的其它还原剂，诸如无水氨或氨水。
例如，用于分配AUS及使AUS循环的系统7可以使用各种构件以许多不同方式来实施。软管10可以至少部分地由在液压柜5之外或之内包括导管或管路的导管布置来替换，这些导管或管路中的一些在不需要柔性的情况下可以是刚性的。这些导管或管路可由任何合适的材料制成，诸如金属、塑料、橡胶或陶瓷。
对于不同的再填充软管3，用于使流体循环的若干循环回路可用在相同的分配单元1内。例如，可以提供仅仅具有用于分配AUS及使AUS循环的一个或若干个系统的分配单元1。这意味着在该具体实施例中在分配单元1中并不存在用于分配诸如汽油或柴油的其它流体的装置。
例如可以更改并调适液压柜5的大小和形状，以能够保持具有不同大小和形状的储器8。例如，液压柜5可以更宽以保持更大的储器8，而无须显著地改变分配单元1的设计。
可在分配单元1中使用能够分配流体及使流体循环的任何类型的泵9。合适的泵类型包括排量泵、浮力泵、冲击式泵和速度泵。
例如，可以使用任何类型的合适传感器14，以便检测喷嘴11是否放置在喷嘴保护罩12中。合适的传感器类型包括光学传感器、电容传感器、磁性传感器以及霍尔效应传感器。例如，还有可能机械地检测喷嘴11是否放置于喷嘴保护罩12中。喷嘴11可包括机械切换装置，当喷嘴11插入喷嘴保护罩12中时，该机械切换装置切换阀15。例如，这可通过将杠杆连接到阀15来执行，当喷嘴11插入喷嘴保护罩12中时，该杠杆被按到阀15上。
加热元件16例如可以是产生足够热量用于加热流体的任何种类的元件。例如可成功地使用各种种类的浸没式加热器和电散热器。例如，可以使用任何种类的燃料供能的加热元件16来加热流体。另外，由加热元件16产生的热例如可以使用受热空气或气体来传递。为了改进热传递，例如可以使用形成强制流的一个或若干风扇。
例如，加热元件16可放置在上文所述位置之外的各种位置。加热元件可放置在软管10、流体通道13、管21或者泵9内。也有可能将加热元件16放置在循环回路的任何构件附近。换而言之，有可能将加热元件放置于在循环过程中使用的任一构件附近或内部。
例如，可以使用若干不同的策略来控制加热元件16。有可能将功率切换至加热元件16，意味着以一定间隔操作加热元件16。通过控制间隔的时机，可以控制供给至加热元件16的平均功率。例如，也有可能控制供给至加热元件的电压，意味着功率可以被控制。
当加热元件16放置于软管10处时，如图2或图4所示的那样，储器8中的流体也可对抗冻结。为了在此情况下实现期望的抗冻结效果，流体通道13或管21需要供给回到储器8，如上文结合图6所述的那样。
也有可能将来自流体通道13或管21的流体直接引导回到地下储器。而且，地下储器的使用自然可用于图2、图3和图4的实施例。
而且，温度传感器18可放置在有可能测量流体温度的任何合适位置。这意味着温度传感器可放置于在循环过程中与流体接触的任一部件附近或内部。
例如，有可能使用各种类型的流量计19来测量流体通道13或管21中的流量。流量计19包括机械的、基于压力的、光学的、热质量、涡流、科里奥利、磁性的以及超声的流量计。
例如，量块20可使用不同的材料精制成各种形状。
例如，可以使用不同的策略来执行循环过程。当分配单元1不用于填充车辆箱时，可以连续地执行循环过程。也有可能以预定间隔或者根据诸如温度、湿度和风速的外部条件的间隔来进行循环过程。另一方案是使用从前次使用分配单元1起的时间来测量，并且，如果该时间超过预定的时限，则开始循环过程。而且，可以相对于外部条件来调适时限。
返回管21例如可由诸如金属、塑料或陶瓷的任何合适材料制成。
另外，结合管21使用的喷嘴11和喷嘴保护罩12例如可以结合自闭阀而采用，意味着获得无溢出系统。换而言之，一旦喷嘴11从喷嘴保护罩移除，则喷嘴11和喷嘴保护罩12中的阀将会闭合，意味着在喷嘴11或喷嘴保护罩12处不会发生溢出。
例如，绝热材料22可由诸如玻璃棉、石棉、玻璃纤维、微孔塑料或EPDM泡沫的任何合适材料制成。

Claims (13)

1.一种分配单元(1)，其具有用于使流体在所述分配单元(1)中循环的循环系统(7)，所述循环系统(7)包括：循环回路，以及用于使所述流体在所述循环回路中循环的装置(9)，使得所述流体对抗结晶，其中，所述循环回路包括具有同轴设置的流体通道(13)的软管(10)，所述分配单元(1)还包括喷嘴(11)和喷嘴保护罩(12)，所述分配单元可操作而在如下之间切换：i)将所述流体从所述软管(10)传递到所述喷嘴(11)，以便将所述流体传递到车辆；和ii)使所述流体循环通过所述软管(10)，且进入所述循环回路的所述流体通道(13)；所述循环系统(7)还包括用于检测所述喷嘴(11)是否放置在所述喷嘴保护罩(12)中的传感器(14)，其中，在所述传感器(14)检测到所述喷嘴(11)放置在所述喷嘴保护罩(12)中时，所述流体被循环通过所述软管而进入所述流体通道中。
2.根据权利要求1所述的分配单元(1)，其特征在于，所述循环系统(7)还包括阀(15)，所述阀(15)具有：
i)用于使所述流体继续从所述喷嘴(11)出来的打开状态，和
ii)用于在所述传感器(14)检测到所述喷嘴(11)放置在所述喷嘴保护罩(12)中时将循环通过所述软管(10)的流体导入所述流体通道(13)中的“闭合状态”。
3.根据权利要求1所述的分配单元(1)，其特征在于，所述循环系统(7)还包括量块(20)，其中，在所述传感器(14)检测到所述喷嘴(11)放置在所述喷嘴保护罩(12)中时，所述量块(20)将循环通过所述软管(10)的流体导入所述流体通道(13)中。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的分配单元(1)，其特征在于，所述喷嘴(11)在插入所述喷嘴保护罩(12)中时适于获得与所述喷嘴保护罩(12)流体连通的防泄漏连接。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的分配单元(1)，其特征在于，所述循环回路还包括连接到所述喷嘴保护罩(12)的管(21)。
6.根据权利要求1-3中的任一项所述的分配单元(1)，其特征在于，所述循环系统(7)还包括适于保持所述流体的储器(8)，所述储器(8)连接到所述循环回路。
7.根据权利要求1-3中的任一项所述的分配单元(1)，其特征在于，所述循环系统(7)还包括用于加热所述流体的加热元件(16)。
8.根据权利要求1-3中的任一项所述的分配单元(1)，其特征在于，所述循环系统(7)还包括连接到控制单元(17)的温度传感器(18)，所述控制单元(17)控制用于使所述流体循环的所述装置(9)。
9.根据权利要求8所述的分配单元(1)，其特征在于，所述循环系统(7)还包括用于加热所述流体的加热元件(16)，且所述控制单元(17)还控制所述加热元件(16)。
10.根据权利要求1-3中的任一项所述的分配单元(1)，其特征在于，所述循环系统(7)还包括用于测量循环流体量的装置(19)。
11.根据权利要求1-3中的任一项所述的分配单元(1)，其特征在于，所述流体为尿素水溶液。
12.一种用于使流体在具有循环系统(7)的分配单元(1)中循环的方法，所述循环系统(7)的循环回路包括具有同轴设置的流体通道(13)的软管(10)，所述分配单元(1)还包括喷嘴(11)和喷嘴保护罩(12)，所述方法包括：
在检测到所述喷嘴(11)放置在所述喷嘴保护罩(12)中时在如下i)与ii)之间切换：
i)将所述流体从所述软管(10)传递到所述喷嘴(11)，以便将所述流体传递到车辆；和ii)借助于泵(9)使所述流体循环通过所述软管(10)，且进入所述循环回路的所述流体通道(13)；使得所述流体对抗结晶。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
借助于所述循环系统(7)中的加热元件(16)来加热(200)所述流体。
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Address after: Malmo, Sweden

Applicant after: WAYNE FUELING SYSTEMS LLC

Address before: Malmo, Sweden

Applicant before: Dresser Wayne AB

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Granted publication date: 20150318

Termination date: 20151109

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