CN104781538B - 包括液体分离器的碳罐 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料蒸汽存储和回收装置(1)，包括填充有吸附材料的至少一个主蒸汽存储隔室(3)、至少一个蒸汽入口端口(7)、至少一个大气排出端口(8)以及至少一个净化端口(9)，所述蒸汽入口端口(7)能连接至燃料箱排气线路并且所述净化端口(9)能连接至发动机进气线路，其中所述主蒸汽存储隔室(3)包括净化缓冲区域(14)以及填充有吸附材料的第一燃料蒸汽分配室(10)。所述第一燃料蒸汽分配室(10)包括集液器。

Description

包括液体分离器的碳罐

技术领域

本发明涉及一种燃料蒸汽存储和回收装置，其包括壳体，所述壳体限定填充有吸附材料的至少一个主蒸汽存储隔室、至少一个大气排出端口以及至少一个净化端口，所述蒸汽入口端口连接至燃料箱排气线路并且所述净化端口能连接至发动机进气线路，其中所述主蒸汽存储隔室包括净化缓冲区域。

背景技术

以上所提到种类的燃料蒸汽存储和回收装置为众所周知的现有技术，并且有时被称作所谓的碳罐。在很多内燃机中所使用的汽油燃料是非常易挥发的。燃料蒸汽从具有内燃机的车辆的蒸发性排放主要是由于车辆的燃料箱的排气引起的。当车辆停放时，温度或压力的变化致使充满碳氢化合物的空气从燃料箱漏出。燃料中的一部分不可避免地蒸发至燃料箱内的空气中并因此表现为蒸汽的形式。若从燃料箱所排放的空气容许未经处理地流入大气中，则这将不可避免地携带该燃料蒸汽。

为了防止燃料蒸汽损耗至大气中，通过导管将汽车的燃料箱排放式连通至含有合适的燃料吸附材料(比如活性炭)的罐。高表面面积的颗粒状或丸状活性炭材料被广泛地使用并且暂时地吸附燃料蒸汽。

由于碳罐/燃料蒸汽存储和回收装置具有有限的吸附能力，所以通常必须不时地使碳罐再生。通常经由从发动机歧管进行净化而实现再生，亦即，发动机进气线路将大气空气向后抽吸通过碳罐，以使得碳氢化合物被传递至发动机，用以与发动机的进入的空气一同燃烧掉。

通常，在净化操作一开始的时候，充满碳氢化合物的气体被经由燃料箱排气线路通过碳罐抽吸至发动机进气线路中。一旦净化线路/发动机进气线路中的抽吸作用完全地形成，环境空气就通过大气排出端口从碳罐的上游端部被朝向它的下游端部(亦即从这一端至另一端)抽吸，从而使碳床再生。

为了防止直接地净化从燃料箱直接地进入发动机进气线路中并因此部分地绕开碳罐内的吸附材料的碳氢化合物，众所周知的是，在碳罐内设置所谓的净化缓冲区。通常，这样的净化缓冲区消除了发动机进气流内的、偶尔在控制废气排放方面造成困难的碳氢化合物峰值。更具体地，碳罐内的净化缓冲区避免了发动机进入的混合物在发动机起动期间变得太多。

以上所提到种类的、具有净化缓冲区的碳罐例如在WO 2009/073323 A2中有所公开。根据WO 2009/073323 A2所述的燃料蒸汽回收装置包括传递导管，所述传递导管被构造成提供了装置，所述装置用于将发动机中所产生的真空连通至壳体的内部区域中的碳床，以使从碳床所释放的、充满碳氢化合物材料的燃料蒸汽混合物从壳体的内部区域排出，以使得燃料蒸汽混合物可以在发动机中燃烧。该传递导管包括被形成为包括燃料蒸汽出口的虹吸管入口(siphon portal)，所述燃料蒸汽出口适于联接于联接至发动机的蒸汽传输系统中。所述传递导管包括床式虹吸管，所述床式虹吸管布置成延伸至壳体的内部区域中以及延伸至碳床中并且形成为包括位于碳床中的主空气入口，以确保被准许通过外部空气端口进入壳体的内部区域中的某些燃料蒸汽在通过所述主空气入口进入床式虹吸管之前必须穿过碳床。传递导管的床式虹吸管向下延伸至碳床中，以沿将碳床分离成上部碳床和下部碳床的假想的分隔线将所述主空气入口定位于碳床中。因此，从蒸汽入口端口/燃料箱端口被直接抽吸至净化线路中的任何充满碳氢化合物的气体必须首先流动通过碳床的一部分。

由于延伸至碳床中的传递导管的设计，在净化期间在碳床内形成所谓的碳盲区。这样的碳盲区通常导致它的工作能力的丧失，因为总是存在未被完全地净化的碳床的区域。由于碳仍然吸附碳氢化合物的这样的碳盲区的形成，在蒸汽入口端口/燃料箱端口至大气排出端口之间的过滤路径最终将变得更短。这引起DBL(Diurnal Breathing Loss：昼间换气损失)工作能力的部分损失。

包括活性炭缓冲室(其被定位成与罐的净化端口相邻并且形成所谓的净化缓冲区)的另一种碳罐例如由US 7,047,952B1公开。另外地，在燃料箱端口与净化端口之间设置有隔板，用于防止这些部件与彼此直接地连通。US 7,047,952B1所公开的碳罐包括主吸附室以及设置于所述主吸附室与所述净化端口之间的第一和第二室，所述第一和第二室中的一个含有活性炭，所述室中的另一个充当空气室。所述第一和第二室布置于所述主吸附室的上游端部处并且通过缓冲板中的通道与彼此连通。所述布置使得实际上净化缓冲区布置于单独的室中，并且空气室和净化缓冲区并排地布置，使得所述室之间的分隔壁也在主碳室内形成碳盲区。

申请人创造了以上所提到种类的、包括有净化缓冲体积的燃料蒸汽存储和回收装置的设计，该净化缓冲体积布置成使得尽可能地使在净化期间在吸附材料内形成的盲区最小化。

然而，对于这样的设计并不能完全地消除碳罐内的碳盲区。

如在现有技术中众所周知的，吸附床的吸附能力受进入的液态碳氢化合物的强烈地影响，因为燃料液滴堵塞活性炭的微多孔结构，所以至少在燃料箱排气线路中或者在燃料蒸汽存储和回收装置的蒸汽入口端口上游必须设置至少一个集液器，以保证液态碳氢化合物从碳床分离。

现有技术中已知的集液器隔室或液滴分离器需要相当大的空间。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种包括有净化缓冲体积的燃料蒸汽存储和回收装置，该净化缓冲体积被布置成使得一方面使在吸附材料内形成的盲区最小化以及另一方面有效防止燃料液滴进入吸附床中。

通过所附权利要求实现这些以及其它目的。

根据本发明的一个方面，提供一种燃料蒸汽存储和回收装置，包括壳体，所述壳体限定填充有吸附材料的至少一个主蒸汽存储隔室、至少一个蒸汽入口端口、至少一个大气排出端口以及至少一个净化端口，所述蒸汽入口端口能连接至燃料箱排气线路并且所述净化端口能连接至发动机进气线路，其中所述主蒸汽存储隔室包括未填充有吸附材料的至少一个第一燃料蒸汽分配室，其中所述第一燃料蒸汽存储分配室液压地布置于所述净化缓冲区域上游并且与所述燃料蒸汽入口端口直接地连通，其中所述第一燃料蒸汽分配室包括集液器。

根据本发明的另一个方面，燃料蒸汽存储和回收装置可包括净化缓冲区域。

根据本发明，所述净化缓冲区域可为主蒸汽存储隔室的一部分，所述第一燃料蒸汽存储分配室液压地布置于所述净化缓冲区域上游，以使得这种设计至少在净化操作期间提供通过整个净化缓冲区域的均匀分布的气体流。第一燃料蒸汽分配室优选地为包括集液器的周向延伸的室。本发明的思想基本上是提供一种具有双重用途的空气分配室，即一方面均匀地分配通过缓冲区域的气体流以及另一方面提供集液器以及用于液态燃料的存储器。

净化缓冲区域在本申请的意义上的确形成主蒸汽存储隔室的部分的事实并不必然地排除通过过滤网、筛或类似物将净化缓冲区域与主蒸汽存储隔室隔开。

当在本文中使用时，术语“上游”以及“下游”相对于碳罐的所描述的操作(亦即排气操作或净化操作)进行理解。在净化操作期间，通常从大气排出端口至碳床朝向净化端口在碳罐内引起反向气体流动。在排气操作期间，从燃料箱端口朝向大气排出端口引起通过碳罐的气体流动。在净化的初始阶段中，只要通过燃料箱排气线路的流动阻力小于通过碳罐的碳床的流动阻力，就会从燃料箱端口朝向净化端口引起一种捷径气体流动。

尽管在下文中有时将吸附材料和吸附床称作碳床或碳，然而本领域技术人员应当理解的是，吸附材料可为活性炭或其它任何合适的吸附剂。吸附剂可呈由颗粒状材料所构成的床的形式，替代地和/或另外地吸附剂包括整体式碳和/或其它整体式吸附材料。

在根据本申请所述的燃料蒸汽存储和回收装置的一个特别优选的实施例中，所述净化缓冲区域被所述第一燃料蒸汽分配室包围。这就容许对空间具有最大利用的燃料蒸汽存储和回收装置的非常紧凑的设计。根据本发明的另一个优选实施例，所述集液器包括至少一个液滴分离器。

所述液滴分离器为所述第一燃料蒸汽分配室内的周向中间分隔壁的形式。

所述分隔壁简单地为在任何旋转位置处焊接于所述罐内部的环的形式。

所以，所述第一燃料蒸汽分配室包括两层，这些层中的一层(优选地上面的一层)形成集液器体积，特别地在燃料蒸汽存储和回收装置的壳体的安装位置为基本水平的(亦即平放)的情况下。

在根据本申请所述的燃料蒸汽存储和回收装置的一个特别优选的实施例中，所述第一燃料蒸汽分配室包括圆周底部分隔壁，所述分隔壁朝向壳体的外围倾斜。

术语“底部”在以上所提到的意思中也意味着液压地，而不是指壳体的安装位置。

由于所述第一燃料蒸汽分配室的这种特别的设计，燃料蒸汽分配室至少部分地具有一种三角形横截面。在其中底部分隔壁形成一定角度的该区域中，在净化期间通常将形成碳盲区。所以根据本申请所述的设计非常有效地将该空间用于燃料蒸汽分配室的下游延伸部，以使得可形成另外的集液器体积，其按最小的空间要求完全地集成至壳体中。

优选地，所述底部分隔壁包括栅格或框架结构。

该栅格或框架结构可支撑能透过燃料蒸汽的筛。

在所述中间分隔壁中，可设置至少一个孔/开孔，其在空气分配室的上游与空气分配室的下游部分之间建立连通，以便形成用于进入燃料蒸汽入口端口的气体的蜿蜒的部分或迷宫。

如果所述燃料蒸汽存储和回收装置要被竖直地安装，则在燃料蒸汽分配室内设置用于液态燃料的另外的竖直的壁或另外的体积。这样的另外的体积可由从中间分隔壁悬挂的杯状物提供。

在另一个实施例中，所述燃料蒸汽存储和回收装置包括第一和第二燃料蒸汽分配室，其中所述第二燃料蒸汽分配室布置于所述净化缓冲区域下游并且与所述净化端口连通，所述第一和所述第二燃料蒸汽存储隔室两者并未填充有吸附材料。

有利地，所述净化缓冲区域形成所述主蒸汽存储隔室的吸附性填料的部分，并且在排气操作期间所述净化缓冲区域布置于所述主蒸汽存储隔室的下游端部部分处，在吸附材料的盲区中。“盲区”在本文中意味着，在燃料蒸汽存储和回收装置的正常的排气操作的过程期间从燃料箱端口所提供的充满碳氢化合物的气体并未或者几乎未穿过所述吸附材料。

根据本申请所述的燃料蒸汽存储装置的一个特别有用的实施例的特征在于，吸附材料在所述主蒸汽存储隔室的所述端部部分处具有阶梯式构造，其较高的部分形成所述净化缓冲区域。

所述净化缓冲区域为所述主蒸汽存储隔室的吸附性填料的端面处的缓冲环的形式。所述环在本申请的意义上并不意味着净化缓冲区域必须一定具有圆形横截面。

所述净化缓冲区域可由第二蒸汽存储隔室的内壁以及由所述燃料蒸汽分配室的所述分隔壁限定。

本文中所公开的、根据本发明所述的燃料蒸汽存储和回收装置可包括一个或多个蒸汽存储隔室，该蒸汽存储隔室能串联地连接。在一个优选实施例中，所述燃料蒸汽存储和回收装置包括至少一个另外的或次级蒸汽存储隔室，其与所述主蒸汽存储隔室串联地连接。

为了满足受限制的空间要求，所述主蒸汽存储隔室和次级蒸汽存储隔室可以相互同心关系布置。主蒸汽存储隔室可包括管状吸附床或者包括包围管状或圆柱状内部通道以形成另外的吸附床的管状构造，所述另外的吸附床与所述主蒸汽存储隔室内的主吸附床串联地连接。

附图说明

下文中将参考附图对一个优选实施例进行描述，其中：

图1示出根据本发明所述的燃料蒸汽存储和回收装置的剖视图；以及

图2示出第一空气分配室的底部分隔壁以及所述第一空气分配室内的中间分隔壁的立体图。

具体实施方式

根据本发明所述的燃料蒸汽存储和回收装置1示出于图1中。燃料蒸汽存储和回收装置1包括大致圆柱形壳体2，其包围主蒸汽存储隔室3以及另外的蒸汽存储隔室4、5、6。所述壳体包括蒸汽入口端口7、大气排出端口8以及净化端口9。

所有蒸汽存储隔室3、4、5以及6串联地连接并且主蒸汽存储隔室3包围第二和第三蒸汽存储隔室4和5，亦即主蒸汽存储隔室3与第二和第三蒸汽存储隔室4和5相互以同心关系布置。主蒸汽存储隔室3以及第二和第四蒸汽存储隔室4和6填充/装填有颗粒状或丸状活性炭作为吸附剂。第三蒸汽存储隔室5可填充有比如整体式碳的整体式吸附材料。另外地和/或替代地，第三蒸汽存储隔室可包括一个或多个净化加热器或热交换器。

在根据本发明所述的燃料蒸汽存储和回收装置1的正常的排气操作期间，来自连接至蒸汽入口端口7的燃料箱线路的燃料蒸汽被引导至第一燃料蒸汽分配室10中，所述第一燃料蒸汽分配室10在所描述的优选实施例中具有环形形状并且沿主燃料蒸汽存储隔室3的上游端面延伸。第一燃料蒸汽分配室10未填充或未装填有任何吸附材料，亦即基本为空的并且经由多孔结构11与主蒸汽存储隔室3连通。在这里描述的本发明的意思中，多孔结构可为单一的结构(其为自支撑式的刚性的)，或者为组件(其包括例如框架结构的支撑件和过滤网)。多孔结构11由第一燃料蒸汽分配室10的倾斜的底部分隔壁提供。所述第一燃料蒸汽分配室包括外壁12(为圆柱形壳体2的部分)，以及内部分隔壁13，其相对于燃料蒸汽分配室10保护或密封净化缓冲区域14。所述净化缓冲区域14包围所述第四蒸汽存储隔室6。

应当指出的是，代替第二、第三以及第四蒸汽存储隔室4、5以及6，仅存在一个次级或第二蒸汽存储隔室，其不必一定与主蒸汽存储隔室3以相互同心关系布置。

如以上所提到的，在正常的排气操作的过程中，充满碳氢化合物的气体在主蒸汽存储隔室3的上游面上均匀地分配，并且将通过主蒸汽存储隔室3传输至主蒸汽存储隔室3的下游端部处的空气室15中。

该空气室15设置于壳体2的底板16与主蒸汽存储隔室3的“下游端部”处的多孔结构17或底部栅格之间。“下游”在这里参照燃料蒸汽存储和回收装置1的正常的排气操作。

第二、第三以及第四蒸汽存储隔室4、5以及6由管状插入件18、19限定，所述管状插入件18、19在壳体2内延伸并且被主蒸汽存储隔室3包围。管状插入件18包括圆柱形分隔器20，其与底板16的圆柱形分隔器20a配合。更具体地，盖式保持器32的圆柱形分隔器20a延伸至管状插入件18的分隔器20之间的间隙中，以便形成延长的空气流动路径，所述空气流动路径的长度由分隔器20和20a的数量确定。所述盖式保持器32支撑多孔结构17。在该空气流动路径21中，使离开第一蒸汽存储隔室的下游端部的、完全地或部分地清洁的气体多次方向偏转180°直至进入第二蒸汽存储隔室4。第三蒸汽存储隔室5包括杯状插入件22，其同样限定延长的蜿蜒的空气流动路径或空气流动间隙23，在所述空气流动路径或空气流动间隙23中再一次使气流多次方向偏转180°直至进入第三蒸汽存储隔室5。

最后，在气体流动间隙23的最下游端部处，设置有第四蒸汽存储隔室6，其也可装填有吸附材料。

在下文中，将更具体地描述燃料蒸汽存储和回收装置1的净化功能。

如一开始所提到的，壳体2包括净化端口9，其与第二燃料蒸汽分配室24连通。第二燃料蒸汽分配室24也形成为环形室，其由外壁25、内壁26以及底部栅格部分27限定。底部栅格部分27为如之前所提到的多孔结构并且通常为自支撑式刚性的。底部栅格部分27可另外地支撑过滤网。底部栅格部分27同时限定净化缓冲区域14的上游面。第二燃料蒸汽分配室的外壁25由分隔壁13的内径限定。

净化缓冲区域14并不与主蒸汽存储隔室3的吸附性填料隔开。然而，本领域技术人员应当理解的是，可通过多孔构件将净化缓冲区域14隔开。

第二燃料蒸汽分配室24的底部栅格部分27完全地覆盖净化缓冲区域14的下游面。

在净化操作的过程中，将经由发动机进气线路将抽吸作用应用至净化端口9。该抽吸作用将经由第二蒸汽分配室24被均匀地应用至净化缓冲区域14的整个横截面。这首先在蒸汽入口端口7处引起压降，以使得在净化操作一开始的时候，燃料蒸汽将经由蒸汽入口端口从燃料箱线路被抽吸至第一蒸汽分配室10中。当然，燃料蒸汽最初趋向于采取从燃料蒸汽入口端口7至净化端口9的最短的路线，然而分隔壁13防止它这么做，以使得燃料蒸汽必须穿过多孔结构11并且必须进入主蒸汽存储隔室3中。从主蒸汽存储隔室3的该上游端部，充满燃料的气体将从下方进入净化缓冲区域14并因此将均匀地分布于净化缓冲区域14的整个横截面上方。气体将接着从净化缓冲区域14进入第二燃料蒸汽分配室24中，所述第二燃料蒸汽分配室24完全地在燃料缓冲区域14的下游面上方延伸并且与燃料缓冲区域14的下游面连通，以使得气体将均匀地分布于净化缓冲区域14的整个横截面上方。

如从图1可看到的，所述第一燃料蒸汽分配室10的所述底部分隔壁29朝向壳体2的外围倾斜，并且形成主蒸汽存储隔室的倾斜的肩部。由于这种设计，第一燃料蒸汽分配室10在它的底部区域中具有三角形底部横截面并且占据一定的空间，所述空间通常将形成碳盲区。

底部分隔壁29包括模制的框架结构，其支撑筛或网。

第二燃料蒸汽分配室24的底壁27具有相同结构。

通过焊接至内部分隔壁13上的集液器环30将所述第一燃料蒸汽分配室10分成上部部分10a以及下部部分10b，以使得第一燃料蒸汽分配室10的上游层充当集液器存储器。集液器环30充当液滴收集器。经由蒸汽入口端口7进入所述第一空气分配室10的所述上部部分10a的气体将被通过集液器环30中的狭槽31引导至空气分配室10的下部部分10b。

燃料蒸汽存储和回收装置1的壳体2基本水平地延伸，以使得所述第一燃料蒸汽分配室10的上部上游部分10a限定液体体积以及具有限定气体的蜿蜒的路径的狭槽31的集液器环30。应当理解的是，狭槽31布置于集液器环30的半径上，以使得集液器环30在任何情况下都形成用于最终在第一燃料蒸汽分配室10的上部部分10a中收集的液态碳氢化合物的屏障。

Claims (4)

1.一种燃料蒸汽存储和回收装置(1)，包括壳体，所述壳体限定填充有吸附材料的至少一个主蒸汽存储隔室(3)、至少一个蒸汽入口端口(7)、至少一个大气排出端口(8)以及至少一个净化端口(9)，所述蒸汽入口端口(7)能连接至燃料箱排气线路并且所述净化端口(9)能连接至发动机进气线路，其特征在于，所述主蒸汽存储隔室(3)包括净化缓冲区域(14)以及未填充有吸附材料的至少一个第一燃料蒸汽分配室(10)，其中所述第一燃料蒸汽存储分配室(10)液压地布置于所述净化缓冲区域(14)上游并且与所述燃料蒸汽入口端口(7)直接地连通，其中所述第一燃料蒸汽分配室(10)包括集液器其中，所述集液器包括至少一个液滴分离器，所述液滴分离器包括在所述第一燃料蒸汽分配室(10)内的圆周中间分隔壁，将所述第一燃料蒸汽分配室(10)分成上部部分(10a)以及下部部分(10b)。

2.根据权利要求1所述的燃料蒸汽存储和回收装置，其特征在于，所述第一燃料蒸汽分配室(10)与所述主蒸汽存储隔室(3)一同包括圆周底部分隔壁(29)，所述圆周底部分隔壁(29)朝向壳体(2)的外围倾斜。

3.根据权利要求2所述的燃料蒸汽存储和回收装置，其特征在于，所述圆周底部分隔壁(29)包括栅格或框架结构。

4.根据权利要求3所述的燃料蒸汽存储和回收装置，其特征在于，所述栅格或框架结构支撑能透过燃料蒸汽的筛。