CN103748349A - 用于处理混合动力车辆中的燃料蒸气的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理混合动力车辆中的燃料蒸气的方法，所述混合动力车辆包括内燃发动机即ICE和用于所述ICE的燃料系统，根据该方法利用吸收式制冷装置将所述燃料系统中所产生的燃料蒸气至少部分地冷凝。所述吸收式制冷装置包括再生器，所述再生器使用所述燃料蒸气的一部分在适当的装置中燃烧产生的燃烧热作为热源。

Description

用于处理混合动力车辆中的燃料蒸气的方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理混合动力车辆中的燃料蒸气的方法。
背景技术
近来在汽车市场中引入了一种新型车辆，这种车辆利用电力和内部燃烧来驱动自身。这类车辆被称为“混合动力”车辆。尽管这些车辆仅占全球汽车市场的一小部分，但它们的市场份额每年都在增加。该混合动力车辆的一种新变型仅在给定旅行中的前40至60英里使用电力，假设在旅行前已将该车辆插入电源进行充电达预定量的时间。这些车辆被认为是“插电式混合动力”车辆。
通常，由于燃料压力和温度变化而在燃料箱内部产生燃料蒸气，这些燃料蒸气被贮存在活性碳罐中以防止烃类蒸发排放到大气中。定期地将这些燃料蒸气清除出活性碳罐并输送至发动机，在发动机中燃料蒸气在正常燃烧过程期间被消耗。在标准汽油发动机车辆中，这可以在任何可能的时候进行，以防止由于活性碳罐变塞满而使烃类排放到环境中。通常，这些清除期和相关的清除体积在混合动力车辆上是有限的，并且当车辆在电动模式中运行时根本不能发生清除。“插电式混合动力”车辆可在汽油发动机始终不运行的情况下经历许多驱动循环。因此，燃料系统需要通过保持该系统密封并保持在压力下来容纳蒸气达较长时间段，以限制燃料蒸发。
目前存在用于限制活性碳罐的蒸气负载量的若干解决方法。这些解决方法中的一种是将燃料箱密封。这将使燃料箱的压力增加，因为蒸气产生与燃料箱内部压力有很大关系。蒸气形成导致燃料箱压力积累到某个平衡点，在此平衡点基本上不再产生蒸气。通常假设在积累了30至45kPa的压力之后就不再产生蒸气。因此，压力增加达大约20kPa至大约50kPa的燃料箱，将显著减小活性碳罐中燃料蒸气的负载量。
一般来说，金属燃料箱可以应付该问题，但金属燃料箱较重。目前使用的塑料燃料箱通常不是被设计用于在不显示明显变形的情况下承受超过10kPa的内部压力。然而，要满足的关于箱壁变形的技术规格是非常狭窄的，因此重要的是避免变形的增加。
目前存在用于提高塑料燃料箱的耐压强度/尺寸稳定性的若干解决方法。然而，这些解决方法通常导致更重的燃料系统，因为这些解决方法通常涉及加强件和/或增大的壁厚。
发明内容
因此，本发明的目的是解决这些问题并且提供一种用于混合动力车辆中的燃料蒸气处理的解决方法。
因此，本发明涉及一种用于处理混合动力车辆中的燃料蒸气的方法，所述混合动力车辆包括内燃发动机即ICE和用于所述ICE的燃料系统，根据该方法利用吸收式制冷装置将所述燃料系统中所产生的燃料蒸气至少部分地冷凝。所述吸收式制冷装置包括再生器，所述再生器使用所述燃料蒸气的一部分的燃烧热作为热源，所述燃料蒸气的所述一部分为此在适当的装置中燃烧。
结果，燃料系统中积累较小的压力或者甚至几乎不积累压力，并且可以将所述系统简化并使其重量变轻。
术语“混合动力车辆”意指利用两种或更多种不同的动力源来驱动自身的车辆，动力源中的一种是内燃发动机(ICE)。该术语最通常是指将ICE与一个或多个电动机相结合的混合动力电动车辆(HEV)。
因此，所述车辆包括用于将燃料加入ICE中的燃料系统。
在本发明的框架内，“燃料”表示由内燃发动机(ICE)燃烧的烃。燃料可以是汽油或柴油，任选地与醇混合。因为汽油(纯汽油或者与醇的共混物)比柴油更具挥发性，所以本发明优选地适用于使用汽油的混合动力车辆。
根据本发明的燃料系统通常包括：用于贮存燃料的燃料箱；用于将燃料加入内燃发动机(ICE)的泵；燃料供给管线、电气线路和通风管线。
燃料箱优选地是由塑料制成(即，燃料箱的壁主要是由塑料制成)。
术语“塑料”表示包含至少一种合成树脂聚合物的任何材料。
任何类型的塑料会是合适的。特别合适的塑料属于热塑性塑料的类型。
特别地，可以使用聚烯烃类、热塑性聚酯类、聚酮类、聚酰胺类及其共聚物。也可使用聚合物或共聚物的共混物；类似地，也可以使用聚合材料与无机、有机和/或天然填料(例如但不限于：碳、盐类和其它无机衍生物、天然纤维或聚合物纤维)的共混物。也可以采用由包含上述聚合物或共聚物中的至少一种的堆叠接合层所构成的多层结构。
常用的一种聚合物是聚乙烯。当使用高密度聚乙烯(HDPE)时获得优异的结果。
燃料箱的壁可由单一的热塑性层构成、或者由两层构成。一个或多个其它可能的附加层可以有利地由对于液体和/或气体而言的阻隔材料制成的层所构成。优选地，通过选择阻隔层的性质和厚度，而使与燃料箱内表面接触的液体和气体的渗透最小化。优选地，阻隔层是基于阻隔性树脂，亦即燃料不可透过的树脂，例如EVOH(部分水解的乙烯-乙酸乙烯酯共聚物)。可替代地，为了达到对燃料是不可透过的目的，燃料箱可经过表面处理(氟化或磺化)。
燃料箱优选地包括位于基于HDPE的层之间的基于EVOH的阻隔层。
通常，以密封、不泄漏方式将燃料系统的不同元件连接到一起，从而防止燃料排放到大气中。
根据本发明，将所述燃料系统中产生的至少部分的燃料蒸气冷凝，即，将它们液化。优选地，使液态的、冷凝的燃料回流到燃料箱。
本发明的方法用于冷凝这些燃料蒸气的是吸收式制冷装置，即，利用热源来提供驱动冷却过程所需的能量、基于吸收式制冷原理的装置。吸收式冷却循环可以被描述成三个阶段：
1.蒸发：液体制冷剂在低分压环境中蒸发，因此从其周围(冷冻机)汲取热量。在本发明的框架中，冷冻机通常是接纳来自燃料系统的燃料蒸气的封闭体积。因此，吸收循环中的蒸发起到燃料蒸气的冷凝器的作用。
2.吸收：将气态制冷剂吸收入或溶解入另一种液体、或者吸收在固体上从而降低其在蒸发器中的分压，从而允许更多的液体制冷剂在所述蒸发器中蒸发。
3.再生:将富含制冷剂的液体或固体加热，从而导致制冷剂蒸发出来。然后将其冷凝以补充蒸发器中液体制冷剂的供应。
所述装置使用制冷剂，即其凝结是放热且蒸发是吸热的流体；以及吸收剂，即将制冷剂蒸气吸收到(优选地经过放热反应)其中或其上面的液体或固体。优选的是液体吸收剂，因为这样可以更容易地以连续方式实施其再生，使得该过程/方法循环工作。实践中获得良好结果的一对流体是氨(作为制冷剂)与水(作为吸收剂)，即NH3/H20。
从以上所述可以看出，本发明的吸收式制冷装置通常包括再生器。该吸收式制冷装置还包括：蒸发器、吸收器和冷凝器。通常，该制冷装置还包括：用于将液体从吸收器泵送至再生器的泵、以及允许冷凝的制冷剂蒸发的位于蒸发器入口的膨胀装置(通常为阀)。
再生器需要用于蒸发被吸收的制冷剂蒸气的热源。此热源可以是在车辆上可以利用的任何热源，或者可以是一个特定的外部热源。
在一个优选实施例中，热源是由部分的燃料蒸气自身所组成。在此实施例中，使部分的蒸气在适当的装置中燃烧，然后将如此产生的燃烧热用于再生器。为了这个目的，可以使用配备有热丝或火花点火的小燃烧器。
值得注意的是该实施例也可以有利地应用于任何燃料系统，无论该燃料系统是否将会应用于混合动力车辆的内燃发动机。
在另一个具体实施例中，当所述车辆是HEV时，一种可容易利用的热源是利用电气装置(包括电池和交流发电机)的焦耳效应所产生的热量。另一个热源将会是发动机的热量(可容易地从所述发动机的冷却液以及其排气中获得)。
在又一个具体实施例中，可以提到高热容量或相变材料。相变材料(PCM)是具有高熔化热或结晶热的物质，当该材料在某个温度下熔化和固化时能够储存和释放大量的能量。当该材料从固体变为液体时吸收或释放热量，反之亦然；因此，相变材料(PCM)被分类成潜热存储(LHS)材料。可以使用基于石蜡或者石蜡与盐的混合物的相变材料(PCM)。
本实施例也可以有利地适用于任何燃料系统，无论它是否将会应用于混合动力车辆的内燃发动机(ICE)。
本发明还涉及适合于上述方法的混合动力车辆，因此该混合动力车辆包括ICE、产生燃料蒸气的燃料系统、以及与燃料系统相连通的能够冷凝至少部分这些蒸气的吸收式制冷装置。
在本发明方法框架内的所有上述(优选的)特征也适用于根据本发明的混合动力车辆。
附图说明
下面参照图1和图2更详细地描述本发明，这些附图只是用来说明本发明的一些优选实施例而并非意图将本发明的范围局限于这些实施例。
图1是示意性地示出根据本发明的方法的一个优选实施例的流程图。
图2示出了所述方法中的一个部分的一个优选实施例。
具体实施方式
图1的左侧示出了有关于燃料循环的方法。该图中示出了燃料箱1产生燃料蒸气流2；使燃料蒸气流2与蒸发器3接触，在蒸发器3中使液NH3蒸发从而冷却并冷凝至少部分的燃料蒸气，冷凝后的燃料蒸气以液流4的形式回流到燃料箱1。未被冷凝的蒸气(如果存在)(例如，在极端的燃料蒸气发生水平的情况下)以蒸气流5的形式被输送到辅助罐(未图示)。
图1的右侧示出了有关于吸收式制冷循环的方法。在此循环中，离开蒸发器3的NH3蒸气被吸收器6中的水吸收，因此吸收器6中容纳了富含NH3的NH3水溶液。用泵8将此溶液流送入到再生器7中。
利用如上所述的提供给再生器7的热量而产生NH3蒸气流9，该NH3蒸气流9被输送到冷凝器10，然后液NH3流11离开冷凝器10，液NH3流11在进入蒸发器3之前利用膨胀阀12（例如节流阀）发生膨胀。
将含有剩余(尚未被蒸发的)NH3的水流13送回到吸收器6。
图2示出了上面描述的优选实施例，根据该优选实施例：
-离开燃料系统2的燃料蒸气的部分2'通过被输送到蒸发器3而冷凝，然后以液体燃料4的形式回流到燃料箱；
-使离开燃料系统2的燃料蒸气的另一部分2"在适当的装置中燃烧，然后将如此产生的热量用于再生器7。

Claims (7)

1.一种用于处理混合动力车辆中的燃料蒸气的方法，所述混合动力车辆包括内燃发动机即ICE和用于所述ICE的燃料系统，根据该方法利用吸收式制冷装置将所述燃料系统中所产生的燃料蒸气至少部分地冷凝，所述吸收式制冷装置包括再生器，所述再生器使用所述燃料蒸气的一部分的燃烧热作为热源，所述燃料蒸气的所述一部分为此在适当的装置中燃烧。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述燃料系统包括塑料燃料箱。
3.如权利要求2所述的方法，其中，使液态的、冷凝的燃料回到所述燃料箱。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述吸收式制冷装置使用制冷剂和液体吸收剂。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述制冷剂是氨并且所述液体吸收剂是水。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述吸收式制冷装置还包括蒸发器、吸收器和冷凝器。
7.一种适合于如前述权利要求中任一项所述方法的混合动力车辆，所述混合动力车辆包括内燃发动机、产生燃料蒸气的燃料系统、以及与所述燃料系统相连通从而能够使所述燃料系统中所产生燃料蒸气至少部分地冷凝的吸收式制冷装置，所述吸收式制冷装置包括再生器，所述再生器使用所述燃料蒸气的一部分的燃烧热作为热源，所述燃料蒸气的所述一部分为此在适当的装置中燃烧。
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