CN112166246B - 用于排空与储液罐连接的至少一个管线的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种装置(100)，其具有：储液罐(10)；连接到所述储液罐(10)的至少一个管线(11、11a，11b)，通过该管线能够从所述储液罐(10)输送液体(F)；以及泵(13)，其连接到所述至少一个管线(11、11a，11b)，以在运行阶段中从所述储液罐(10)通过所述至少一个管线(11、11a、11b)沿流动方向(R)输送液体(F)，其中设置与所述至少一个管线(11、11a、11b)连接的蓄压器(14)，通过所述蓄压器可以在非运行阶段在所述至少一个管线(11、11a、11b)中产生压力，并且沿所述至少一个管线(11、11a、11b)布置能够在打开位置和关闭位置转换的通风元件(15、15a、15b)，其中在非运行阶段中，通过所述蓄压器(14)产生的压力以及随后将所述通风元件(15、15a、15b)转换到打开位置，可以在所述至少一个管线(11、11a、11b)内产生压力脉冲，以从管线(11、11a、11b)排空液体(F)。

Description

用于排空与储液罐连接的至少一个管线的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种装置，该装置具有：储液罐；连接至该储液罐的至少一个管线，通过所述至少一个管线可从储液罐输送液体；以及与所述至少一个管线连接的泵，所述泵用于在运行阶段从所述储液罐通过至少一个管线沿流动方向输送液体。本发明还涉及一种用于排空连接至储液罐的至少一个管线的方法，在运行阶段中借助于泵将液体从储液罐中沿流动方向输送通过所述管线。
背景技术
这种装置例如可以设置在机动车中。在储液罐中，例如可以将水储藏为液体，可以通过连接到储液罐的管线将水送入内燃机的燃烧室中，以便例如实现内燃机的排放减少和/或性能提高。也可以应用于其他领域。
例如当内燃机停机时，如果不再有任何液体通过管线输送，通常会在管线中残留液体。在环境温度较低的情况下，残留的液体会在管线中冻结，从而在内燃机启动时造成重启延迟。此外还会在管线上造成霜冻损伤，因为当液体冻结时会出现液体的体积膨胀，使得管线也可能发生膨胀并受损。
为了防止残留在管线中的液体冻结，目前已知之举是对管线进行电加热。但此举耗能且成本高昂。另外，加热元件需要额外的空间，该加热元件必须布置在较大长度的管线上。另外，为了在管线的整个长度上实现恒定的加热功率，具有若干加热元件的整个加热装置的设计是昂贵的。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种装置和一种方法，从而以低能耗低成本的方式可靠地防止管线的冻结。
根据本发明，该目的通过独立权利要求的特征实现。在从属权利要求中给出本发明的有利的技术方案和有利的改进方案。
根据本发明的装置的独特之处在于，设置连接到所述至少一个管线的蓄压器，从而在非运行阶段在所述至少一条管线中产生压力，并且沿着所述至少一个管线布置可在打开位置和关闭位置转换的通风元件，其中可以在非运行阶段通过由蓄压器产生的压力并随后将通风装置转换至打开位置而在所述至少一个管线的内部产生压力脉冲以从管线排空液体。
此外，根据本发明的方法的独特之处在于，借助于连接到所述至少一个管线的蓄压器在非运行阶段在所述至少一个管线中产生压力，并随后通过将沿所述至少一个管线布置的通风元件转换到打开位置而在所述至少一个管线的内部产生压力脉冲，借助于所述压力脉冲将所述至少一个管线中留存的液体从所述至少一个管线移除。
通过本发明就能通过在管线中产生压力脉冲以在运行阶段之后去除残留在管线中的液体的剩余部分，从而可靠地防止管线在低温下冻结。另外，这使得即使在结霜的情况下也可以重启装置并由此启动运行阶段，而没有明显的时间延迟。因此，不再需要用于在非运行阶段加热管线的加热元件，这可以明显地降低能耗和成本。通过蓄压器与沿着待通风的管线布置的通风元件的相互作用而产生压力脉冲。通过该泵可以产生压缩空气并将其储藏在蓄压器中，从而在蓄压器在非运行阶段被打开时，可以使压缩空气通过待排空的管线。在待排空的管线中产生这种压力之后，可以立即打开在管线上设置的通风元件，以便通过管线的压缩空气能够与大气平衡并同时从管线中流出，其中管线中的残留液体可被空气夹带和/或被空气压出管线，使得管线中的残留液体可以从管线中移除。所述蓄压器可以提供足够的蓄压器容积，当排空管线时可以抽空所述蓄压器容积，因此可以产生特别大的压力脉冲，从而可以确保在管线的整个长度上排空液体。蓄压器可以设计成蓄压室的形式。通过蓄压器的容积可以产生气体弹簧。通风元件优选地布置在待排空的管线的端部，使得通风元件优选地布置在与距蓄压器的最远距离处。在运行阶段中，液体从储液罐通过管线流到消耗器(Verbraucher)，在此，通风元件优选地关闭。如果运行阶段结束，也就是说在非运行阶段，当没有更多的液体从储液罐通过管线流到消耗器时，可以在短时间内打开通风元件以排空管线的残留液体。通风元件例如可以是通风阀。优选地，通过蓄压器对管线进行抽空，然后使用通风元件对管线进行反复通风，从而可以在管线中相继地产生多个压力脉冲，以便可以彻底地排空管线的液体。蓄压器优选地以这样的方式连接到管线，使得蓄压器被集成到管线中，并且液体在运行阶段在通过管线从储液罐到消耗器的运输过程中流过蓄压器。
所述蓄压器可以具有容积VD，并且所述至少一个管线可以具有容积VL，其中优选地，VD≥VL。因此，蓄压器的容积优选地和管线的容积至少一样大。通过蓄压器的容积与待排空的管线的容积的这种容积比，可以在非运行阶段借助于蓄压器在管线中产生足够高的压力，以可以特别有效地排空管线。
在运行阶段，借助于泵将液体从储液罐输送通过管线。优选地，该泵还可以用于在非运行阶段操作蓄压器，以便在蓄压器中和由此的管线中产生压力。因此，泵优选地是具有可逆输送方向的泵，从而可以改变泵的旋转方向。在运行阶段，泵可以向前旋转，而在非运行阶段，用于操作蓄压器时，泵可以向后旋转。该泵可以是例如轨道泵，蠕动泵，往复活塞泵或隔膜泵。泵优选地布置成紧邻或靠近蓄压器。但是，可替代地，也可以将单独的附加的泵分配给蓄压器，该泵仅用于在非运行阶段操作蓄压器。然后，在运行阶段用于输送液体通过管道的泵可以是标准泵，其输送方向不是可逆的。
所述蓄压器例如可以设计成，使得可以借助于蓄压器产生负压，通过该负压，在非运行阶段该液体可以沿与蓄压器的流动方向相反的方向从至少一个管线中被吸出。因此，排空方向与流动方向相反地定向。在这种情况下，待排空的管线优选在蓄压器的上侧连接至蓄压器。由于产生的负压，可以在非运行阶段将液体从待排空的管线沿蓄压器的方向吸出。为此，蓄压器优选地通过其基部连接到泵，特别是连接到泵的抽吸侧。负压可以优选地多达-200mbar。
如果所述蓄压器设计成可以产生负压且残留的液体可以从待排空的管线在蓄压器的方向上抽出，则蓄压器可以具有收集容器，用于收集从至少一个管线中排空的液体。通过因负压产生的抽吸作用，在排空管线时，液体可以在蓄压器方向上被吸出。如果蓄压器具有收集容器，则吸出的液体可直接收集在蓄压器中，特别是蓄压器的收集容器中，因此无需设置额外的容器来收集从管线中排出的液体，而额外的容器将需要额外的安装空间。当运行阶段重新开始时，可以通过操作泵将收集在收集容器中的液体输送回管线中，然后从那里输送到与管线相连的消耗器。
此外，所述蓄压器可以设计成使得可以通过蓄压器产生超压，通过该超压，在非运行阶段该液体可以从至少一个管线在流动方向上被移除。因此，排空的方向与流动方向相同地定向。通过此实施例，蓄压器可以产生超压，利用该超压可以将残留的液体冲洗出管线。排空管线时将液体推离蓄压器。在该实施例中，管线优选地在蓄压器的基部的区域中与蓄压器连接，从而当排空管线时也可以排空蓄压器中的液体。超压可优选地高达+400mbar。
在该实施例中，可以优选地规定，以与所述蓄压器间隔开的方式，布置有与所述至少一个管线连接的收集容器，所述收集容器用于收集从所述至少一个管线移除的液体。因此，收集容器在此可以与蓄压器分开地设置。收集容器可以连接到消耗器，例如挡风玻璃清洗器，从而可以进一步利用收集在收集容器中的液体。
为了能够特别快速和有效地移除残留的液体，所述至少一个管线可以优选地具有由低能量材料形成的内表面。通过在管线的内表面上使用低能量材料，管线在与液体接触的区域中可以具有较低的表面能，使得管线中的残留的液体可以以液滴状附在内表面上，因为由于较低的表面能而使液体聚集。由此可以防止在管线的内表面上出现液膜。液体的液滴状可以允许借助于产生的压力脉冲而更快、更容易地移除残留的液体。所使用的低能量材料的表面能优选小于30mN/m，优选地小于20mN/m。管线的内表面的材料优选地由塑料形成。所述材料可以特别优选地是PTFE(聚四氟乙烯)或ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)。为了形成相应的内表面，管线可以完全由低能量材料制成，或者管线可以在其内部具有低能量材料的涂层，其中该涂层形成管线的内表面。
此外，所述蓄压器的内表面也可以由这种低能量的材料制成，以便即使在蓄压器处于非运行阶段时也能借助压力脉冲有效地移除液体，特别是在该蓄压器并非用作用于从管线吸出的液体的收集容器的情况下。
所述装置可以具有一个或多个管线，可以通过蓄压器和与该蓄压器配合的通风元件排空所述管线。例如可以设有设计为输入管线的第一管线和设计为回流管线的第二管线，每个管线均具有一个通风元件，其中第一管线和第二管线可以连接至蓄压器，从而可以在非运行阶段在第一管线中产生压力脉冲以排空第一管线的液体，并可以在第二管线中产生压力脉冲以排空第二管线的液体。这样就能设置同一蓄压器以排空一个以上的管线。在此也可以设置两个以上的管线。优选地，各个管线排空存在时间延迟，并因此一个接一个地排空，从而例如在第一管线中首先产生一个或多个压力脉冲，然后在第二管线中产生一个或多个压力脉冲。
为了提高装置的紧凑性并简化安装，可以将泵和蓄压器布置在模块化单元中，该模块化单元又可以布置在储液罐上。因此，可以将泵、蓄压器以及其他元件(例如温度传感器和/或压力传感器)预先安装在模块化单元内部，以便将它们作为一个单元一起布置在储液罐上。
附图说明
下面参考附图使用优选实施例更详细地阐述本发明。
图1示出了根据本发明的实施例的装置的示意图，
图2示出了根据本发明的另一实施例的装置的示意图，
图3示出了实施例的示意图，其中蓄压器和泵特别地布置在模块化单元中，
图4示出了根据本发明的装置的示意图，其中，在图3中所示的模块化单元布置在储液罐上，
图5示出了用于排空管线的液体的流程的图表，以及
图6示出管线中形成液滴的示意图。
具体实施方式
图1和图2分别示出了具有储液罐10的装置100，液体F从该储液罐通过管线11在流动方向R上被输送或引导至消耗器12。消耗器12可以例如是机动车的一部分，例如内燃机，来自储液罐10的以水的形式的液体F可以被引入、特别是注入到消耗器中，以便减少排放和/或提高性能。
在运行阶段期间，液体F在流动方向R上借助于与管线11连接的泵13通过管线11输送到消耗器12。
在完成运行阶段之后，即，当不再有液体F输送到消耗器12时，应防止在管线11中残留液体，以防止液体F在低温下冻结。
为了从管线11中移除残留的液体F，设置有蓄压器14，通过该蓄压器可以在非运行阶段在管线11中产生高于或低于大气压的压力。在此处所示的装置100中，蓄压器14以这样的方式连接到管线11，即，在运行阶段液体F在运输到消耗器12时通过蓄压器14。蓄压器14在此设计成蓄压室的形式。
蓄压器14紧邻泵13布置。借助于泵13将空气吸出，这样就能借助于泵13来产生用于蓄压器14的压力。为使泵13在运行期间将液体F输送至消耗器12并在非运行期间操作蓄压器14，其中通过吸出空气来在蓄压器14中产生压力，泵13设计成具有可逆输送方向的泵13的形式。
除了蓄压器14之外，为了在非运行阶段将管线11的液体F排空，沿管线11布置有通风元件15，该通风元件可以转换到打开位置和关闭位置。此外，通风元件15被设计成使得可以在从外部到管线11的空气供应和从储液罐10到管线11的液体F的供应之间切换。通风元件15可以设计成通风阀的形式。通风阀例如是3通阀/2通阀。在图1所示的实施例中，通风元件15布置在管线11的端部，该通风连接到计量单元16，在运行阶段，液体F可以通过该计量单元从储液罐10以计量方式引入到管线11中，以输送或引导至消耗器12。在图2所示的实施例中，通风元件15布置在从罐10到管线11的过渡处。
通过蓄压器14与通风元件15的相互作用，可以在非运行阶段在管线11中产生压力脉冲，借助该压力脉冲可以尽可能彻底地从管线11中移除液体F。借助于泵13和蓄压器14产生压力，使得加压空气可以被引导通过待排空的管线11。在待排空的管线11中产生压力之后，立即打开设置在管线11上的通风元件15，从而引导通过管线11的压缩空气可以与大气平衡，从而可以从管线11中逸出，其中在管线11中残留的液体F被空气夹带并由此可以从管线11中移除。蓄压器14使得能够提供足够的蓄压器容积，该蓄压器容积在排空管线11时被抽空，从而可以产生特别大的压力脉冲，由此可以确保在管线11的整个长度上排空液体F。优选地，借助于蓄压器14对管线11进行抽空并随后经由通风元件15对管线11的进行多次反复排气，从而可以在管线11中一个接一个地产生多个压力脉冲，以便能够实现管线11的彻底排空。
在图1所示的实施例中，蓄压器14被设计成使得可以通过蓄压器14产生负压，即低于大气压的压力，通过该负压，可以在非运行阶段将液体F从管线11中吸出。蓄压器14在泵13的抽吸侧连接到该泵。液体F的抽吸在与流动方向R相反的方向上进行，从而当抽吸液体时，排空方向L与流动方向R相反。从管线11吸出的液体F被收集在蓄压器14中。如图1所示，蓄压器14可以具有收集容器或者可以自身形成收集容器。管线11在蓄压器14的顶侧17上连接至蓄压器14。泵13布置在与蓄压器14的基部18相同的高度处。这可以防止收集在蓄压器14中的液体F回到管线11中。多个通风元件15在此布置成靠近计量单元16。通风元件15形成计量单元16的阀。通风元件15周期性地打开并且因此在每次压力脉冲时打开，使得空气可以间歇地流入。
图2示出了实施例，其中，蓄压器14设计成使得可以通过蓄压器14产生超压，即高于大气压的压力，通过此超压，在非运行阶段在流动方向R上从管线11排空液体F，如以液滴形式流出的液体F之间的箭头所示。因此，此处排空方向L与流动方向R相同。吸出的空气在压力下储存在蓄压器14中。在该实施例中，管线11在蓄压器14的基部18连接到蓄压器14，使得液体F也可以经由管线11在流动方向R上完全从蓄压器14流出。液体F在此不从管线11中吸出，而是在流动方向R上从管线11中压出。泵13布置在与蓄压器14的顶侧17相同的高度处。在管线11的端部布置有单独的收集容器19，从管线11压出的液体F流入该收集容器并收集在该收集容器中。收集容器19分配有阀24，该阀在排空管线11时打开。在运行阶段中，阀24关闭，使得没有液体F可以从管线11流入收集容器。在图2所示的实施例中，在排空管线11中的液体F时关闭计量单元16的阀，从而可以防止液体F流回到计量单元16中。
为了防止液体F以薄膜形式沉积在管线11的内表面20上，管线11的内表面20由低能量材料形成，例如具有低表面能的PTFE或ETFE，因此，液体F以液滴的形式在非运行阶段从管线11排空，如图6所示。蓄压器14的内表面也可以由这种低能量的材料形成。
图3示出了装置100的实施例，其中蓄压器14和泵13布置在装置100的模块化单元21中。可以在该模块化单元21中布置其他元件，例如温度传感器22、压力传感器23。
如图4所示，模块化单元21可以作为整体单元布置在储液罐10上。
在图3所示的实施例中，装置100不是仅具有一个管线11，而是具有两个管线11a、11b，其中设有设计成输入管线的第一管线11a和设计成回流管线的第二管线11b，每个管线均具有一个通风元件15a、15b，其中第一管线11a和第二管线11b连接到蓄压器14，使得在第一管线11a中可以产生用于排空第一管线11a的液体F的压力脉冲，而在第二管线11b中可以产生用于排空第二管线11b的液体F的压力脉冲。在这种情况下，设置同一蓄压器14以排空一个以上的管线11a、11b。
图5示出了在运行阶段之后以及在非运行阶段从图4所示的管线11a、11b排空残留的液体F的过程流程的图表。各个管线11a、11b的排空存在时间延迟，因此在时段S1-S5中一个接一个地排空，这表示“非运行阶段”的状态。
首先，在时间段S1-S2中排空第一管线11a。为了排空第一管线11a，在第一管线11a中快速连续地产生多个压力脉冲，其中所述压力脉冲在第一管线11a的通风元件15a短暂打开时发生。在第一管线11a被排空之后，第二管线11b在时间段S3-S4中被排空，其中在第二管线11b中也快速连续地产生多个压力脉冲，所述压力脉冲在第二管线11b的通风元件15b短暂打开时发生。
在整个时段S1-S5中操作泵13，以在蓄压器14中产生压力，特别是超压或负压，并将该压力提供给管线11a、11b，这样一来，这个压力就能与管线11a、11b通过通风元件15a、15b的通风过程相互作用以产生压力脉冲。
附图标记表
装置 100
储液罐 10
管线 11、11a、11b
消耗器 12
泵 13
蓄压器 14
通风元件 15、15a、15b
计量单元 16
顶侧 17
基部 18
收集容器 19
内表面 20
模块化单元 21
温度传感器 22
压力传感器 23
阀 24
液体 F
流动方向 R
排空方向 L

Claims (10)

1.一种装置(100)，其具有：
储液罐(10)，
连接至所述储液罐(10)的至少一个管线(11、11a、11b)，通过所述至少一个管线能够从所述储液罐(10)输送液体(F)，以及
泵(13)，其与所述至少一个管线(11、11a、11b)连接，以在运行过程中从所述储液罐(10)通过所述至少一个管线(11、11a、11b)沿流动方向(R)输送液体(F)，
其中，设置连接到所述至少一个管线(11、11a、11b)的蓄压器(14)，通过所述蓄压器，能够在非运行阶段在所述至少一个管线(11、11a、11b)中产生压力，并且沿所述至少一个管线(11、11a、11b)布置能够在打开位置和关闭位置转换的通风元件(15、15a、15b)，其中，在非运行阶段中通过所述蓄压器(14)产生的压力以及随后将所述通风元件(15、15a、15b)转换到打开位置能够在所述至少一个管线(11、11a、11b)内产生压力脉冲，以从所述管线(11、11a、11b)排空液体(F)，其特征在于，所述至少一个管线(11、11a、11b)具有由低能量材料形成的内表面(20)，
其中，所述低能量材料的表面能小于30mN/m，优选地小于20mN/m。
2.根据权利要求1所述的装置(100)，
其特征在于，所述蓄压器(14)具有容积VD，并且所述至少一个管线(11、11a、11b)具有容积VL，其中，VD≥VL。
3.根据权利要求1或2所述的装置(100)，
其特征在于，所述泵(13)是具有可逆输送方向的泵，其中，所述蓄压器(14)能够在非运行阶段借助于所述泵(13)进行操作。
4.根据权利要求1所述的装置(100)，
其特征在于，能够通过所述蓄压器(14)产生负压，通过所述负压，在非运行阶段中所述液体(F)能够与该流动方向(R)相反地朝向所述蓄压器(14)从所述至少一个管线(11、11a、11b)被吸出。
5.根据权利要求4所述的装置(100)，
其特征在于，所述蓄压器(14)具有收集容器，所述收集容器用于收集从所述至少一个管线(11、11a、11b)吸出的液体(F)。
6.根据权利要求1所述的装置(100)，
其特征在于，可以通过所述蓄压器(14)产生超压，通过所述超压，在非运行阶段中所述液体(F)能够在流动方向(R)上从所述至少一个管线(11、11a、11b)中被移除。
7.根据权利要求6所述的装置(100)，
其特征在于，以与所述蓄压器(14)间隔开的方式，布置有与所述至少一个管线(11、11a、11b)连接的收集容器(19)，所述收集容器用于收集从所述至少一个管线(11、11a、11b)移除的液体(F)。
8.根据权利要求1所述的装置(100)，
其特征在于，设置有设计成输入管线的第一管线(11a)和设计成回流管线的第二管线(11b)，所述管线均具有一个通风元件(15a、15b)，其中，所述第一管线(11a)和所述第二管线(11b)连接到所述蓄压器(14)，使得在非运行阶段中，在所述第一管线(11a)中能够产生用于排空所述第一管线(11a)的液体(F)的压力脉冲，在所述第二管线(11b)中能够产生用于排空所述第二管线(11b)的液体(F)的压力脉冲。
9.根据权利要求1所述的装置(100)，
其特征在于，所述泵(13)和所述蓄压器(14)布置在模块化单元(21)中，所述模块化单元布置在所述储液罐(10)上。
10.一种用于排空连接到储液罐(10)的至少一个管线(11、11a、11b)的方法，通过所述至少一个管线在运行阶段借助于泵(13)从所述储液罐(10)沿流动方向(R)输送液体(F)，其中，在非运行阶段中通过连接至所述至少一个管线(11、11a、11b)的蓄压器(14)在所述至少一个管线(11、11a、11b)中产生压力，并随后通过将沿所述至少一个管线(11、11a、11b)布置的通风元件(15、15a、15b)转换到打开位置而在所述至少一个管线(11、11a、11b)内产生压力脉冲，通过所述压力脉冲将在所述至少一个管线(11、11a、11b)中留存的液体(F)从所述至少一个管线中移除，其特征在于，使用根据权利要求1至9中任一项所述的装置。
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