CN105987028B - 具有流体动力学的流体处理和核化的流体存储容器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流体存储容器，其包括容器主体和过滤单元。容器主体限定内部腔体、入口、和至少一个出口。过滤单元流体连通地置于容器主体的入口与至少一个出口之间。过滤单元包括分散机构和过滤器。分散机构定位在内部腔体内。过滤器与入口流体连通并且定位在分散机构内。流出过滤单元的流体当流体流进内部腔体的围绕过滤单元的主存储区域时经过分散机构。

Description

具有流体动力学的流体处理和核化的流体存储容器

相关专利申请的交叉引用

本发明申请要求享有申请号为62/135,416，申请日为2015年3月19日的美国临时专利申请以及申请号为62/272,350,申请日为2015年12月29日的美国临时专利申请的权益，上述申请的全部的技术和公开内容通过引用的方式结合在本申请中。

技术领域

本发明通常涉及流体存储容器，并且更具体地，涉及配置成减少夹带到存储在流体存储容器内的流体中的空气的流体存储容器。

背景技术

许多机械装置使用流体用于操作。例如，许多拖拉机、卡车或者其他类型的移动式设备通常包括液压机系统，用于为由机械控制的系统提供动力和控制所述系统。液压缸和变速箱是这样的系统的两个实施方式。

经过机械和系统的使用，流体可能变得不纯，具有颗粒以及夹带的空气。流体中包括的杂质能够对系统的操作造成不利的影响，并且潜在地损坏使用流体的系统。譬如，包括的杂质，例如夹带的空气，能够导致系统对于流体压力的变化的响应性变差。进一步地，杂质能够导致系统组件的故障或者阻塞流体流动通道。

发明内容

本发明的实施方式涉及新的和经过改进的流体存储容器。更具体地，本发明的实施方式涉及新的和经过改进的流体存储容器，所述流体存储容器包括在一个主要流体区域中的所有流体。

在一些实施方式中，过滤单元也定位在主流体区域内。所述系统可以包括用于降低流体速度以促进流体异核化作用(即，从流体中移除夹带的空气)的组件和布置。

在一个实施方式中，提供一种包括容器主体和过滤单元的流体存储容器。容器主体限定内部腔体、入口和至少一个出口。过滤单元流体连通地置于容器主体的入口与至少一个出口之间。过滤单元包括分散机构和过滤器。分散机构定位在内部腔体内。过滤器与入口流体连通，并且定位在分散机构内。流出过滤单元的流体当流体进入内部腔体的围绕过滤单元的主存储区域时经过分散机构。

在具体实施方式中，分散机构呈锥形体的形式，过滤器定位在所述锥形体中。流体通过限定在过滤器的外表面与锥形体的内表面之间的环状缝隙流出锥形体。

在具体实施方式中，入口的第一横截面面积小于由形成在锥形体的内表面与过滤器的外表面之间的间隙限定的第二横截面面积，从而允许流体速度减小。

在具体实施方式中，锥形体的直径在从容器主体的底部朝向容器主体的顶部延伸的方向上变大。

在具体实施方式中，至少一个流体出口接近容器主体的底部定位。

在具体实施方式中，出口处于锥形体的开放出口端部的竖直下方，从而使得流体在流出锥形体之后必须竖直向下流向出口。

在具体实施方式中，第二横截面面积至少比第一横截面面积大10％。

在具体实施方式中，出口与主存储区域直接地流体连通。

在具体实施方式中，分散机构是穿孔管，所述穿孔管包括多个通过其的通孔。穿孔管围绕过滤器。穿孔管置于过滤器与至少一个出口之间。

在具体实施方式中，出口的第一横截面面积小于由多个孔的横截面面积的组合限定的第二横截面面积，从而允许流体速度从通过出口的速度和流出穿孔管并且进入主存储区域的速度减小。

在具体实施方式中，流体不会从过滤单元通过穿孔管以单一的流体流的形式进入主存储区域。

在具体实施方式中，穿孔管的孔围绕穿孔管的中心轴线分布，从而使得流体围绕中心轴线基本上均匀地流出穿孔管。

在一个实施方式中，提供一种存储流体的方法。该方法包括通过入口将流体接收到具有入口和至少一个的出口的容器主体的内部腔体中。该方法包括通过过滤单元的过滤器过滤流体，所述过滤单元流体连通地置于容器主体的入口与至少一个出口之间。过滤器定位在分散机构内。该方法包括，使流体在流体流入内部腔体的围绕在过滤单元周围的主存储区域时流经内部腔体内的分散机构。

在具体实施方式中，分散机构呈锥形体的形式，过滤器定位在所述锥形体中。流体通过限定在过滤器的外表面与锥形体的内表面之间的环状的缝隙流出锥形体。

在具体实施方式中，入口的第一横截面面积小于由形成在锥形体的内表面与过滤器的外表面之间的间隙限定的第二横截面面积，从而允许流体速度减小。

在具体实施方式中，锥形体的直径在从容器主体的底部朝向容器主体的顶部延伸的方向上变大。

在具体实施方式中，分散机构是穿孔管，所述穿孔管包括通过其延伸的多个孔。穿孔管围绕过滤器。穿孔管置于过滤器与至少一个出口之间。

在具体实施方式中，出口的第一横截面面积小于由多个孔的组合横截面区域限定的第二横截面面积，从而允许流体速度从通过出口的速度和流出穿孔管并且进入主存储区域的速度减小。

在具体实施方式中，流体不会从过滤单元通过穿孔管以单一的流体流的形式进入主存储区域。

在具体实施方式中，穿孔管的孔围绕穿孔管的中心轴线分布，从而使得流体围绕中心轴线基本上均匀地流出穿孔管。

本发明的其他的方面、目标和优点当下文中的详细描述与附图相结合时将会更显而易见。

附图说明

结合在说明书中并且形成说明书一部分的附图用于图解本发明的几个方面，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本发明具体实施方式的流体存储容器的简化的横截面视图；

图2是图1中的流体存储容器的简化视图，其中侧壁被示为透视的以图示内部组件；

图3是根据本发明的具体实施方式的流体存储容器的简化视图，其具有的侧壁和穿孔管被示为透视的以图示另外的内部组件；以及

图4是图3中的流体存储容器的简化的横截面视图。

当本发明结合某一优选的实施方式被描述时，并未意图将其限制在这些实施方式。正相反，意图是覆盖如包括本发明的由附加权利要求限定的精神和范围内的所有的替代例、改型和等同方案。

具体实施方式

图1是根据本发明的教导的流体存储容器100的实施方式的简化视图。流体存储容器100配置成存储由下游系统使用的流体。在具体实施方式中，流体存储容器100配置成用于存储液压流体的流体存储容器100。

流体存储容器100限定内部腔体101，并且具有与内部腔体101可操作地流体连通的入口102。流体靠近并且优选地通过流体存储容器100的底部104进入内部腔体101。在图示的实施方式中，入口102呈钩形回流孔形式，所述钩形回流孔能够可操作地耦合到系统的回流线路。其他的连结结构也是可预期的。

过滤单元106定位在内部腔体101的主流体存储区域108内。回流到流体存储容器100的脏流体通过入口102进入流体存储容器100。脏流体将首先进入过滤单元106的过滤器110的由过滤器110的过滤介质限定的内部。脏流体在进入流体存储容器100的主流体存储区域108之前流经过滤器110。这是进出式流体流，其中流体径向向外流经过滤器110。

流体流出过滤单元106并且朝向流体与空气的接触面112(例如朝向板126)向上流动。流体由锥形体114形式的分散机构的内表面向上引导。锥形体的角度对应于入口的横截面面积，以当流体流出过滤器110时控制流体的速度，以便限定过滤器110的外表面与锥形体114的内表面之间的适当出口区域。如下文中充分讨论的一样，角度α通常选定成使得出口区域的横截面面积A1比入口102的横截面面积A2大10-30％。

锥形体114通常围绕过滤器110，从而使得过滤器110与内表面之间的出口区域是在围绕过滤器110的连续环状带中大体上连续的。包括锥形体114的内表面的锥度的这种配置以示意图形式由虚线示出，所述配置允许流向流出锥形体114的流体空气接触表面112的平滑锥形流。

在流出锥形体114之后，流体改变流动方向并且流向存储容器100的底部104流到呈吸入口形式的出口120。流动方向的改变或者减速促进流体异核化作用和已经夹带到流体内的空气分子的释放。

过滤单元106作为扩散器，并且当流体进入主流体区域108时降低流体的速度。锥形体114与过滤器110之间的出口区域的横截面面积A1大于入口102的横截面面积A2。优选地，横截面面积A1至少比面积A2大10％，更优选地是大20％，并且可以大30％。在一些实施方式中，面积A1可以比面积A2大100％。锥形体114与过滤器110之间的面积的增加引起流体速度降低。这种降低有助于流体异核化作用和已经夹带到流体中的空气分子的释放。

这与现有的设计不一样，现有设计中，过滤单元通常是存储容器中的分离的罩，所述罩限定过滤器出口管。多数情况下，过滤器出口管的横截面面积小于出口102的横截面面积，这导致当流体进入存储容器通常的存储空间时加速。值得注意的是，这种加速能够增加空气的紊流和夹带。进一步地，由于罩用于出口管，因此以单一流束流出的流体与存储容器中增加的流体流一起受到引导。实施方式中的出口区域的扩散性质有助于防止存储容器100内的紊流。

除了扩散的作用之外，过滤器110自身也降低流体速度从而进一步有助于流体异核化作用。

波动抑制板126将内部腔体101分隔为主流体区域108和附加区域128。波动抑制板126抑制在流体和空气接触表面112处的流体紊流或晃动。这样抑制空气到流体中的夹带。

因此，过滤单元106及其结构提供了流体异核化作用以从流体移除夹带的空气。在图示的实施方式中，过滤器110包括外板129，所述外板包括多个孔，所述孔也能够当流体流经所述孔时促进夹带空气的流体异核化作用。优选地，过滤器110的外板129上的孔的横截面面积的组合大于入口的横截面面积A2，从而使得流体无需当流体流经所述孔时加速。

通过移除夹带空气，流体(例如混合的流体和空气)的总体积得以减小，进而允许流体存储容器100的尺寸减小。而且，将夹带的空气移除能够有助于利用流体的系统的响应。

流体存储容器100的外壁130优选地是圆形的或者椭圆形的。由于包括波动抑制板126，因此外壁130的壁厚度可以减小，因为已提供足够结构强度。

流体存储容器100可以由钢材、铝和/或非金属材料制成。

存储容器配置成可扩展的，从而使得所需的容积尺寸能够按照系统所需的存储容量调节。

另外，存储容器设计是灵活的，因为可以使用不同的过滤介质而不改变存储容器几何尺寸。

流体存储容器100包括具有流体高度测量尺134的通气孔填充盖132，所述流体高度测量尺由用于使流体渗出的填充滤篮围绕，以便最初为系统填充流体。

由分散机构部分提供的上文中确定的减速还在流体被引导朝向流体空气接触表面112时降低流体的速度，这有助于防止空气在接触表面112处的紊流和夹带。流体的减速有助于减小动能的扰动。在过去减小动能扰动的一种方式是增加容器的尺寸和存储在其中的流体的量，然而，这增加了重量和成本。

流体循环通过系统的周期数量被称为水箱轮换。水箱轮换是流体流速与水箱容量的比值。例如，100加仑的水箱经受每分钟100加仑的流速是1轮/每分钟。然而，如果水箱尺寸减低到比方说20加仑并且流速保持一样，这通常是连接的系统的功能，流体每分钟将会轮转5次，显著增加流体存储在流体容器100内的流体的紊动能。本发明减小紊动能的量，这允许增加水箱轮换的数量，从而使得容器的容积能够减小，而不会不期望地增加紊动能的量或者夹带空气增多的可能性。本发明的概念将会发现特别用于具有5到300加仑之间的容积的储罐，所述储罐与暴露于每分钟3到20轮之间且更优选地在每分钟5到15轮之间的水箱轮换的系统一起使用。

图3是流体存储容器200的另外的实施方式的简化视图。流体存储容器200具有与前面的实施方式类似的多个特征，并且也强调减少夹带空气的量以及存储在存储容器中的流体的紊动能，从而使得流体存储区域208的容积能减小，而不增加夹带空气。

流体存储容器200还具有入口202，所述入口延伸通过流体存储容器200的外部罩的底部204，流体在多个出口孔处从流体存储区域208去除。

过滤单元206被罩在流体存储区域208内。此外，未提供具有出口管的过滤器存储罩。而且，该实施方式在流体离开入口孔202经过过滤单元206然后最终回到出口孔220时持续地使流体减速。

在先前的实施方式中过滤单元包括呈锥形体114形式的分散机构不同的是，过滤单元206包括呈穿孔管221形式的分散机构，所述穿孔管可以是具有多个孔的金属板、筛子等。穿孔管221围绕过滤器210和中心轴线223。穿孔管221内的孔的横截面面积大于入口202的横截面面积以防止流体在经过穿孔管221时的加速。穿孔管221中的孔的横截面面积总和取决于实施方式可以比入口202面积大10％、20％、30％、100％或者200％。

孔优选地围绕内部过滤器210和中心轴线223基本上均匀地分布，这样，通过穿孔板221的孔完全地围绕过滤器210。此外，这有助于流体在流体进入围绕过滤单元206的存储区域208时基本上均匀地分散。

此外，过滤器210包括外板229，所述外板也包括多个孔。理想地，外板229中的多个孔的横截面面积总和大于入口202的横截面面积，但是等于或者小于穿孔板221中的孔的横截面面积总和。

此外，通过利用集中的出口管消除过滤单元，允许流体在围绕过滤器206的基本上所有方向上分散，从而使得表现得像流体喷射流一样的集中流体流没有如同先前的系统中一样进入存储区域208。这在流体出口过滤器210和穿孔板221的情况下都是成立的。

由于这个配置生成的低压，系统还包括多个低压回流孔231，所述低压回流孔使流体回流到形成在穿孔板221的内表面与过滤器210的外表面之间的区域中。这些回流孔231可以使在非常低的压力下的流体回流，所述流体不需要与通过入口202进入存储容器200的较高压力的流体(例如用于润滑轴承的流体)结合。这在不期望用于特殊目的的低压流体具有背压的情况下尤其正确，这可能导致所述低压流体与通过入口202进入的流体结合。穿孔管221能够有助于提供针对所述低压流体的过滤水平。

虽然穿孔管221展示为圆形的横截面，但是，其他实施方式可以使用其他形状，例如矩形、三角形、椭圆形、长圆形等等。

所有参考文献，包括出版物，专利申请和本文引用的专利在此通过引用并入，其程度等同于每个参考文献被单独并具体地指出以通过引用并入和以其整体阐述本文。

在本发明的说明书的上下文中(特别是在后续的权利要求的上下文中)的“一个”和“一”和“这”这些词组和相类似的指示的使用被解释为包括单数和复数这两种，除非本文另有指示或者同上下文明显冲突。词组“包括”、“具有”、“包含”以及“容纳”被解释开放的词组(即，意思是“包括但不限于”)除非另有说明。本文中的值的范围的叙述仅打算用做个别地引用各自分离的值落入范围中的简化的方法，除非本文另有说明，并且，每个单独的值被结合到本说明书中，就好像其在本文中单独列举一样。本文中描述的所有的方法以任何适当的顺序都能实现，除非本文另有说明或者同上下文明显冲突。本文中提供的任何以及所有的实施例的使用或者示例性语言(例如，“诸如”)，仅打算用于更好的说明本发明，并未造成本发明的范围的限制，除非另有说明。说明书中没有术语应该被解释为指示任何未要求的元件作为本发明的实际的必要。

本文中描述的本发明的优选实施方式包括对于发明者已知的用于实现本发明的最佳模式。这些优选实施方式的变化对于本领域技术人员在阅读前述的说明书后变得显而易见。发明者希望本领域技术人员合理应用这些变化，并且本发明人希望本发明以不同于本文具体描述的方式实施。由此，本发明按照适用法律的允许包括所附的权利要求的主体所述的所有改型和等同方案。而且，因此，上述要素的所有可能变体的任意组合都包含在本发明中，除非本文另有说明或者同上下文明显地相冲突。

Claims (10)

1.一种流体存储容器，其包括：

容器主体，其限定内部腔体、入口、和至少一个出口；

过滤单元，其流体连通地置于容器主体的入口与至少一个出口之间，所述过滤单元包括：

在内部腔体内的分散机构，其中分散机构呈锥形体的形式，过滤器定位在所述锥形体中；

过滤器，其与入口流体连通并且定位在分散机构内，分散机构限定过滤器的外表面与锥体的内表面之间的出口区域，流出过滤单元的流体在所述流体流进内部腔体的围绕过滤单元的主存储区域时经过分散机构，分散机构在流体流出过滤器之后将流体向上引导通过出口区域到流体与空气的接触面；

容器主体的所述至少一个出口位于分散机构的出口区域的垂直下方，使得流体在离开分散机构之后必须朝向所述至少一个出口垂直向下流动。

2.如权利要求1所述的流体存储容器，其中，出口区域是限定在过滤器的外表面与锥形体的内表面之间的环状缝隙。

3.如权利要求2所述的流体存储容器，其中，入口的第一横截面面积小于由形成在锥形体的内表面与过滤器的外表面之间的缝隙限定的第二横截面面积，以便允许流体速度减小。

4.如权利要求2或3所述的流体存储容器，其中，锥形体的直径在从容器主体的底部朝向容器主体的顶部延伸的方向上变大。

5.如权利要求3所述的流体存储容器，其中，第二横截面面积比第一横截面面积大至少10％。

6.如权利要求1所述的流体存储容器，其中，出口与主存储区域直接地流体连通。

7.一种存储流体的方法，其包括：

将流体通过入口接收到具有入口和至少一个出口的容器主体的内部腔体中；

利用过滤单元的过滤器过滤流体，所述过滤单元置于容器主体的入口与至少一个出口之间，过滤器定位在分散机构内，其中分散机构呈锥形体的形式，过滤器定位在所述锥形体中，分散机构限定过滤器的外表面与锥体的内表面之间的出口区域；以及

使流体在所述流体流入内部腔体的围绕在过滤单元周围的主存储区域时流经内部腔体内的分散机构；

在流体流出过滤器之后，利用分散机构将流体向上引导通过出口区域到流体与空气的接触面；

在流出分散机构之后，将流体向下引导到容器主体的位于分散机构的出口区域的垂直下方的所述至少一个出口。

8.如权利要求7所述的方法，其中，出口区域是限定在过滤器的外表面与锥形体的内表面之间的环状缝隙。

9.如权利要求8所述的方法，其中，入口的第一横截面面积小于由形成在锥形体的内表面与过滤器的外表面之间的缝隙限定的第二横截面面积，从而允许流体速度减小。

10.如权利要求8或9所述的方法，其中，锥形体的直径在从容器主体的底部朝向容器主体的顶部延伸的方向上变大。