CN108700094B - 流体二极管止回阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流体二极管，该流体二极管具有壳体，该壳体具有入口和出口，和在其中形成的分开的流体通道，其中所述分开的流体通道由镜像分区限定，每个所述镜像分区通常是泪滴形状，通过恒定宽度的主流体通道被定位为彼此相距第一间隔距离，其尖端大致指向出口，并且被定位为与壳体内壁相距第二间隔距离，所述第二间隔距离限定恒定宽度的次级流体通道；从入口到出口的流体流动通过主流体通道，其中一些另外的流动通过次级流体通道，在靠近出口处并入主流体通道，以便在相同方向上一起流动，并且在与所述主流体通道中的流动大致相反的方向上，从出口到入口通过次级流体通道的流体流动在靠近入口处离开次级流体通道。

Description

流体二极管止回阀
相关申请
本专利申请要求享有于2016年3月3日提交的美国临时申请第62/303076号的权益，本文中通过引用并入了该申请全部内容。
技术领域
本发明涉及一种用作止回阀的流体二极管，更加特别地，涉及一种流体二极管，当压力差被施加在出口和入口上时，该流体二极管具有高流量限制，并且当压力差是相反的时候，该流体二极管具有低流量限制，所述入口和所述出口引导流体流动。
背景技术
在许多情况下，需要一种手段来限制在一个方向的流量，同时允许流体在相反方向上容易流动。实现此目的的一种方法是使用止回阀。止回阀通常在流体流量通道中具有例如密封件的部件，该部件可在打开和关闭位置之间移动，其中在关闭位置，密封件阻止在一个方向上的流动，而在打开位置，密封件允许通过其流动。需要一种手段用这种方式来控制流动，而不增加成本、复杂性和与这些传统形式的止回阀相关的其他问题。
发明内容
本文中公开了代替传统式止回阀的流体二极管，即，没有可在打开位置和关闭位置之间移动的密封构件。相反，穿过流体二极管的内部通道的形状和配置仅使用流过其的流体流动本身操作作为止回阀。在所有方面，本文的流体二极管具有壳体，该壳体限定入口和出口，和在它们之间的被分开的流体通道，该被分开的流体通道由镜像分区限定，镜像分区通常是泪滴形状，通过恒定宽度的主流体通道被定位为彼此相距第一间隔距离，其尖端大致指向出口并与壳体的内壁相距第二间隔距离，以限定恒定宽度的次级流体通道。从入口到出口的流体流动通过主流体通道，其中一些另外的流动通过次级流体通道，在靠近出口处并入所述主流体通道，以便在相同方向上一起流动，并且在与主流体通道中的流动大致相反的方向上，通过次级流体通道从出口到入口流体流动在靠近入口处离开次级流体通道进入主流体通道。
在所有方面中，镜像分区中的每个具有两个直侧，其长度为约4mm至约6mm，通过半径为约1至约2的主弧形侧连接。镜像分区中的每个的尖端具有半径为约0至约0.1的次级弧形侧面。
在所有方面，出口在尺寸上大于入口，并且出口的尺寸与入口的尺寸比为约4：1至约2：1，并且入口的宽度与恒定宽度的主流体通道基本相同。
本文公开的流体二极管可操作地控制发动机内的流体流动，特别地，控制发动机子单元内的流体流动，发动机子单元例如为燃料蒸汽净化系统、更具体地为燃料蒸汽净化喷射器，或控制发动机的进气歧管内的子单元，更具体地说是为了提高发动机容积效率；或例如为具有周期性流动的任何系统或子系统。发动机系统中的流体二极管可具有本文所述的任何和所有特征。
附图说明
参考附图描述所要求保护的主题。下面提供每个图的简要描述。每个图中具有相同附图标记的元件表示相同或功能相似的元件。
图1是流体二极管一实施例的透视图。
图2是沿图1的流体二极管的冠状平面的横截面图，该横截面图横向于中央矢状平面与主流体通道对齐。
图3是从入口到出口的流体流动的流动图。
图4是从出口到入口的流体流动的流动图。
图5是当流体二极管两端出现不同的压降时，流体二极管的止回阀性能的曲线图。
图6是表示增加流体二极管两端的压降导致入口流量至出口流量的比率增加的曲线图。
具体实施方式
以下详细描述将说明本发明的一般原理，其示例在附图中另外示出。在附图中，相似的附图标记表示相同的或功能相似的元件。
图1和图2图示了充当止回阀的流体二极管10，其通过有效地使用流体流动本身来阻止或显著地减少在不期望的方向B(从出口18到入口16)上的流量同时允许在期望的方向A(从入口16到出口18)上流量，而在没有移动的密封构件的情况下起止回阀的作用。如图1所示，流体二极管10具有中央矢状平面M和冠状平面C。中央矢状平面M与主流体通道22的中心纵轴对齐，并且冠状平面C横向于中央矢状平面M。流体二极管10具有壳体12，壳体12具有入口16和出口18，入口16和出口18通过形成在壳体内的分开的流体通道20连接用于它们之间的流体连通。
现在参考图2，该分开的流体通道20由镜像分区14限定，每个镜像分区14通过恒定宽度的主流体通道22被定位为彼此间隔开一定距离，并且被定位为与壳体的内壁28间隔开一定的距离，该距离限定每个镜像分区14和壳体的内壁28之间的、恒定宽度的次级流体通道24。每个镜像分区14具有大致泪滴状的冠状平面横截面，其尖端30大致指向出口18。每个镜像分区14具有从尖端30延伸的两个大致的直侧32，每个直侧的长度为约4mm至约6mm，它们通过半径为约1至约2的主弧形侧面34相互连接。每个镜像分区的尖端30可以是半径为约0至约0.1的次级弧形侧面。
出于示例性目的，下面的数值和范围用于作为燃料蒸汽净化系统的一部分并且可操作地控制燃料蒸汽净化系统中流体流量的流体二极管。入口16和出口18具有不同的尺寸，优选地，出口在尺寸上大于入口，如图2所示。出口的尺寸与入口尺寸相比，通常选择在约4：1至约1.5：1的比例内。当从入口到出口在流体装置两端的压降为约2kPa至约10kPa时，出口尺寸与入口尺寸的比为约1.8：1至约3.4：1，更优选地为约1.9：1至约2.5：1，甚至更优选地为约2：1至约2.2：1。在一个实例中，用于确定比的尺寸是入口的宽度WI和出口的宽度WO，或者它可以是由入口限定的面积和由出口限定的面积。
在另一方面，入口16的宽度WI与恒定宽度的主流体通道22的宽度W1基本相同，并且如图4中通过箭头W2和W1所示，主流体通道22的宽度W1与次级流体通道24的宽度W2基本相同。关于宽度，本文中所使用的“基本相同”意思是宽度在相互之间的比例的±1％至±3％。在另一方面，入口16的宽度WI小于恒定宽度的主流体通道22的宽度W1。关于宽度，本文中使用的“小于”意思是宽度WI约为宽度W1的约70％至约90％。当从入口到出口在流体装置两端的压降为约2kPa至约10kPa时，宽度W1与宽度WI的比为约1：2.4至约1：1.5，更优选地为约1：1.9至约1：1.5，甚至更优选地为约1：1.75至约1：6。
转到图5，绘制的是用于不同delta压力的、流体二极管的入口流量(方向A)与出口流量(方向B)的比vs入口面积与出口面积的比，由此展示流体二极管的止回阀性能。对于每个压降，2kPa，4kPa，6kPa，8kPa和10kPa，存在入口面积与出口面积的峰值比，显示为约48％。换句话说，入口面积尺寸应为出口面积尺寸的48％。例如，如果出口是矩形(2mm×5mm)，面积为10mm2，那么入口的面积优选为4.8mm2。
图6是展示了增加二极管两端的压降导致入口流量与出口流量的比增加的曲线图。在操作中，流体二极管10在不期望的方向B上具有高流量限制，当施加压力差时，该高流量试图出现，该压力差将引导在不期望的方向上的流动。术语高流量限制可以通过流量A(图3)与流量B(图4)的比来量化，其中如果比A/B大于2，则存在高流量限制。通过允许在出口流动的流体流动通过次级流体通道24流量以及在相同方向上的主流体通道22，流体二极管10的构造提供了这种效果，但是在靠近入口16但与主流体通道的流量方向大致相反地，通过次级流体通道24的流量流出进入主流体通道22。在图4的流动图中展示了高流量限制。
基于相对于入口16和出口18施加的适当的压力差，流体二极管10在期望方向A上具有低流量限制(即，发生高流量通过)。低流量限制在图3的流程图中示出。比较图3和图4，箭头的长度与通过流体二极管10的流体的流速成比例。通过允许在入口16处流入的流体在没有阻力地流动的情况下直接朝向出口18流动通过主流体通道22，流体二极管10的构造提供了用于在期望方向A上的低流量限制；此外，通过次级流体通道24的一些另外的流动在靠近出口18处并入主流体通道22，以便在相同方向上一起流动。
虽然上面给出的尺寸和数值是用于燃料蒸汽净化喷射器系统的，但是具有相似尺寸(宽度和/或面积)比的其他几何形状、即更大和更小的几何形状在检查流量方面仍然是有效的。例如，具有本文中公开的形状上的大型流体二极管可以安装在发动机歧管中，在进气歧管或排气歧管中的任一或两个中，以增加发动机容积效率，或者安装在发动机的曲轴箱通风系统中，例如在在美国申请第14/015,456号中公开的位置处。本文公开的流体二极管可以添加到具有周期性流动的任何系统或子系统，例如机械增压器、用于曲轴箱强制通风的空气泵或空气压缩机、罐净化、气动制动器等。
在附图中示出并在上面描述的本发明实施例是可以在所附权利要求的范围内做出的许多实施例的示例。预期可以利用所公开的方法创建流体二极管的许多其他配置。简而言之，申请人的意图是，由此发布的专利的范围仅受所附权利要求的范围的限制。

Claims (16)

1.一种流体二极管，包括：
壳体，所述壳体具有入口和出口、以及在所述壳体中形成的分开的流体通道，其中所述分开的流体通道由镜像分区限定，所述镜像分区通过恒定宽度的主流体通道被定位为彼此相距第一间隔距离，并且被定位为距所述壳体的内壁第二间隔距离，所述第二间隔距离限定在每个分区与所述内壁之间的恒定宽度的次级流体通道；
其中，镜像分区中的每个具有泪滴状的冠状平面横截面，所述冠状平面横截面的尖端指向出口；
其中，从所述入口到所述出口的流动通过所述主流体通道，其中一些另外的流动通过所述次级流体通道，所述次级流体通道在靠近所述出口处与所述主流体通道合并，以便在相同方向上一起流动；
其中，从所述出口到所述入口通过所述次级流体通道的流动在靠近所述入口处离开所述次级流体通道，并在与所述主流体通道中的流动相反的方向上进入所述主流体通道。
2.根据权利要求1所述的流体二极管，其中所述镜像分区中的每个具有两个直边，所述两个直边的长度为4mm至6mm，通过半径为1mm至2mm的主弧形边连接。
3.根据权利要求2所述的流体二极管，其中，所述镜像分区中每个的所述尖端具有半径大于0mm且小于或等于0.1mm的次级弧形侧边。
4.根据权利要求1所述的流体二极管，其中，所述出口在尺寸上大于所述入口。
5.根据权利要求4所述的流体二极管，其中所述出口的尺寸与所述入口的尺寸之比为4：1至2：1。
6.根据权利要求4所述的流体二极管，其中，所述入口的宽度与所述恒定宽度的主流体通道的宽度相同。
7.根据权利要求6所述的流体二极管，其中所述出口的尺寸与所述入口的尺寸之比为4：1至2：1。
8.一种发动机系统，包括根据权利要求1所述的流体二极管。
9.根据权利要求8所述的发动机系统，其中，所述镜像分区中的每个具有长度为4mm至6mm的两个直边，所述两个直边通过半径为1mm至2mm的主弧形边连接。
10.根据权利要求9所述的发动机系统，其中所述镜像分区中的每个的所述尖端包括半径大于0mm且小于或等于0.1mm的次级弧形侧边。
11.根据权利要求8所述的发动机系统，其中，所述出口在尺寸上大于所述入口。
12.根据权利要求11所述的发动机系统，其中，所述流体二极管在燃料蒸汽净化系统中可操作地控制流体流动。
13.根据权利要求12所述的发动机系统，其中，所述出口的尺寸与所述入口的尺寸之比为4：1至2：1。
14.根据权利要求12所述的发动机系统，其中，所述入口的宽度与所述恒定宽度的主流体通道的宽度相同。
15.根据权利要求14所述的发动机系统，其中所述出口的尺寸与所述入口的尺寸之比为4：1至2：1。
16.根据权利要求8所述的发动机系统，其中所述流体二极管可操作地控制发动机歧管、曲轴箱通风系统、增压器、曲轴箱强制通风系统中的空气泵、曲轴箱强制通风系统中的空气压缩机、过滤器净化系统、或气动制动器系统的流体流动。
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