CN113316556B - 排出和导回流体的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于排出第一流体并且导回第二流体的装置，该装置包括用于排出第一流体的主通道(13)和用于导回第二流体的回流通道(14)。根据本发明，提供一测试通道(15)，其将主通道(13)与回流通道(14)连接，其中，主通道(13)具有收缩部(16)，并且测试通道(15)在收缩部(16)的区域中通入到主通道(13)中，其中，该装置还具有传感器(17)，该传感器用于得出测试通道(15)中的压力。本发明还涉及具有根据本发明的装置的出口管、龙头和加油泵。借助于本发明，能够以简单且可靠的方式关闭第二流体的主动回流。

Description

排出和导回流体的装置
技术领域
本发明涉及一种用于排出第一流体并且导回第二流体的装置，该装置包括用于排出第一流体的主通道和用于导回第二流体的回流通道。
背景技术
这种装置例如在给车辆加油时使用。在此，将龙头插入车辆的注入管接头中，然后将燃料给出到车辆的油箱中。在此过程中，已经在油箱中存在的燃油蒸气会从油箱中挤出。因此，燃料蒸汽不逸出到环境中，在现有技术中已知的是，经过回流通道将蒸气吸出并且例如将其引导至地下的燃料容器。这种过程在下面也被称为“主动回流”。
避免燃油蒸气逸出的另一种解决方案是为车辆本身配备一个用于收集燃油蒸气的系统。这种系统也被称为“车载加油蒸气回收”系统(用于在车辆侧回收加油蒸气的系统，下面也称为ORVR系统)。在具有这种ORVR系统的车辆中，挤出的燃料蒸汽被收集在机动车内部，并且例如为了分离而送入活性炭罐。
当配备有ORVR系统的车辆通过具有主动回流功能的加油设备加油时，则必须关闭主动回流，因为所有燃料蒸汽或至少大部分燃料蒸汽已通过ORVR系统导出，并且附加的主动回流在本质上抽吸外部空气并将其引导到燃油箱中。在任何情况下都必须避免这种情况，因为吸入的空气会与燃料储存器中的气体蒸汽混合并导致压力升高。由于物理原因，相对于引入的空气量，大量的空气气体蒸汽混合物将经过燃料储存器的排气系统逸出，这同样对环境和经济效率有害。
为了保证关闭主动回流，在现有技术中已知为龙头配备传感器，该传感器识别待加油的车辆是否具有ORVR系统(例如，参见US 2013/0180600 A1或WO 2012/138623 A1)。例如，已知的是，在龙头的出口管上配备波纹管，该波纹管确保围绕加注口颈部的气密密封。如果配备有ORVR系统的车辆利用这种龙头加油，则气密性密封会产生负压，负压导致主动回流被关闭。
这些已知系统的缺点是它们的不可靠性和复杂的结构设计。特别地，如果龙头倾斜放置，则通过波纹管通常不能产生足够的气密密封，从而不能安全地关闭主动回流。
此外，从CH 600 221 A5中已知一种控制阀，该控制阀通过使用通过流体穿流过第一管线产生的压差来切换位于第二管线中的阀门，使第一管线中的流体流量与第二管线中的流体流量成比例。然而，该控制阀不适合解决上述使主动回流关闭的问题。
发明内容
在此背景下，本发明的目的是提供一种用于排出第一流体并且用于导回第二流体的装置，该装置以简单的结构构造使得能够安全地关闭第二流体的主动回流。该问题利用独立权利要求的特征来解决。在从属权利要求中给出了有利的实施方式。根据本发明的装置具有将主通道与回流通道连接的测试通道，其中，主通道具有收缩部，并且该测试通道在该收缩部区域中通入到该主通道中，其中，该装置还具有传感器，传感器设计用于得出测试通道中的压力。
首先，解释在本发明的范畴中使用的一些术语。在本发明的范畴中，术语“流体”表示液体或气体介质。第一流体尤其能够是燃料，第二流体例如能够是燃料蒸汽、空气或燃料蒸汽与空气的混合物。
根据本发明的装置包括用于排出第一流体的主通道和用于导回第二流体的回流通道。能够通过将相应的排放泵或相应的回流泵连接到相应的通道来进行排出和导回。在本发明的范畴中，根据本发明的装置本身不必包括这些泵。
术语“用于得出压力的传感器”应在本发明的范畴中广义地解释，传感器能够当并不必须被设计用于指示在测试通道中存在的压力的数值。能够提出，压力传感器被设计用于检测压力阈值的超过和/或低于。
当排出第一流体时，该第一流体穿流过根据本发明的装置的主通道。在主通道的收缩部的区域中，由于伯努利的流动定律静液压力下降，从而通过测试通道汇入主通道在测试通道中产生负压。这种作用也称为“文丘里效应(Venturi-Effekt)”。由于负压，第二种流体从回流通道被吸入测试通道中。
在本发明的范畴中，还利用以下事实，即当第二流体从回流通道进入测试通道时，测试通道的孔口后方的压力下降，压力下降的量取决于第二流体的物理材料特性(例如密度和/或粘度)。原则上已知的是，特定的压差在通过开口或者经过局部的流动阻力部之后下降的效应，压差的水平取决于流体的物理材料特性，并且例如在所谓的“计量隔膜”或“节流阀”的情况中使用。本发明通过借助于根据本发明的传感器得出测试通道中的压力来利用这种效果。然后能够从测得的压力得出结论，例如关于穿流过测试通道的流体的质量密度和/或粘度。特别地，由于燃料蒸汽与空气相比具有不同的物理材料特性，因此能够以此方式区分被吸入的第二流体是燃料蒸汽还是空气。因此，在本发明的范畴中能够利用空气密度(在室温和常压下约1.2kg/m3)和燃料蒸汽密度(在室温和常压下约3.4kg/m3)之间的明显差或者能够利用空气的粘度(在室温和常压下约为18μPa*s)与燃料蒸汽的粘度(在室温和常压下约为7-12μPa*s)之间的差。然后，根据测量的压力值能够决定是否需要第二流体的主动回流。与现有技术相比具有特别的优点，即不需要利用波纹管来建立到油箱的气密密封，从而根据本发明的装置在结构上更简单并且在此显著地更可靠地工作。
在一个优选的实施方式中，测试通道具有隔档物。在本发明的范畴中，隔档物表示限制通道中可用的流动横截面的物体。隔档物也能够称为局部流动阻力部。例如，隔档物能够设计成环形，并且在隔档物的中央具有圆形的通过区域。使用隔档物时能够产生较大的压差，从而简化了测试通道中的压力确定。为此，传感器优选布置在隔档物的后方(从回流通道看)。隔档物能够尤其布置在回流通道中的测试通道的口区域中。
主通道优选地设计用于将基本恒定的体积流量通过收缩部。通过收缩部的恒定体积流量具有的优点是，使得通过文丘里效应产生的抽吸功率也基本恒定。由于抽吸功率会影响测试通道中的压力，因此在恒定的抽吸功率时，能够简化得出的压力值与被吸流体的质量密度的对应关系。通过收缩部的体积流量优选在2l/min至20l/min之间，更优选在5l/min至15l/min之间，甚至更优选在8l/min至12l/min之间。由于文丘里效应，所提及的体积流量导致足够的抽吸功率，从而能够可靠地得出测试通道中的压力值。例如，布置在收缩部上游(相对于主通道的流动方向)的排放泵能够被设计成通过主通道输送基本恒定的体积流量。
然而，有时能够希望改变通过主通道的体积流量，以便能够更灵活地排出第一流体。因此，在一个有利的实施方式中，主通道具有桥接收缩部的旁路通道。属于“桥接”在此是指旁路通道从主通道的收缩部上游分支(参考流动方向)，然后在收缩部后方再次通入到主通道中。该设计方案尤其是有利的，当第一流体应该以可变的流量应通过主通道被引导，但通过收缩部的流量应保持恒定。通过根据本发明的旁路通道，体积流量能够活着被引导绕过收缩部，从而使通过收缩部的体积流量能够保持恒定。为此，根据本发明的装置还能够具有旁路阀，该旁路阀被设计用于控制通过旁路通道的流量。优选地，旁路阀被预加应力到关闭位置中，在该关闭位置中，旁路通道被关闭。还有利的是，旁路阀能够由主通道中起主导作用的流体压力从关闭位置进入到打开位置中，在该打开位置中，第一流体的至少一部分穿流过旁路通道。特别地，能够提出，由旁路阀允许通过旁路通道的体积流量取决于进入主通道的第一流体的总体积流量。根据本发明的旁路阀能够通过这种方式确保第一流体的体积流量通过收缩部基本保持恒定。能够在本发明的范畴中使用的优选的总体积流量在2l/min至100l/min的范围内，优选在6l/min至80l/min的范围内，更优选在8l/min至50l/min的范围内。
在一个优选的实施方式中，第二流体的回流通道也能够设计用于通过基本恒定的体积流量。特别地，回流通道能够被设计用于通过基本上与第一流体的体积流量相同的体积流量。为此，根据本发明的装置能够具有相应的回流泵，该回流泵适合于产生相应的体积流量。能够提供一种用于根据第一流体的体积流量来调节第二流体的体积流量的装置，该装置能够是根据本发明的装置的一部分，或者也能够是下面所述的根据本发明的龙头的一部分、或者下面描述的根据本发明的加油泵的一部分。
在一个优选的实施方式中，根据本发明的装置还包括布置在测试通道后方的回流通道中的切换阀，该切换阀能够在打开位置与关闭位置之间进行切换，其中，切换阀在打开位置中释放用于导回第二流体的回流通道，并且在关闭位置中关闭回流通道。传感器优选与切换阀作用连接，其中，切换阀根据得出的压力被切换。以这种方式，能够根据由传感器得出的压力通过关闭切换阀来关闭回流功能，或通过直接打开切换阀来开启回流功能。
在油箱中加注燃油时优选使用根据本发明的装置。为此，通常使用具有出口管的龙头，其中，该龙头能够与加油泵连接。在本发明的意义上，主通道以及回流通道能够从出口管经过龙头延伸至加油泵。因此，根据本发明的特征原则上能够布置在这种系统中的任意位置处，系统包括出口管、龙头和加油泵。
然而，根据本发明的特征实现了特别紧凑的设计，从而能够将根据本发明的特征集成到龙头的出口管中。此外，本发明的主题是龙头的出口管，该龙头具有根据本发明的用于排出第一流体和用于导回第二流体的装置。根据本发明的出口管能够通过在根据本发明的装置的范畴中已经描述的其他特征来改进。如果根据本发明的装置的特征在出口管中实现，则能够在根据现有技术的龙头的情况下用根据本发明的出口管替换出口管，并以这种方式用根据本发明的特征对龙头进行改装。包括根据本发明的这种出口管的相应的龙头也是本发明的主题。最后，本发明还涉及一种具有根据本发明的龙头的加油泵。
此外，本发明的另一个对象还是一种龙头，其具有根据本发明的装置；以及一种加油泵，其具有根据本发明的装置。
附图说明
下面参照附图示例性地解释本发明的优选实施方式。图中示出：
图1A：根据本发明的用于排出第一流体并导回第二流体的装置的示意图；
图1B：根据本发明的用于排出第一流体并导回第二流体的装置的替代实施方式的示意图；
图2A：在以低体积流量排出第一流体并且导回第二流体时，穿过根据本发明的出口管的剖视图；
图2B：图2A的局部放大图；
图2C：图2A的局部放大图；
图3A：在以高体积流量排出第一流体时的图2A的截面图；
图3B：图3A的局部放大图；
图4A：在以低体积流量排出第一流体时，其中，没有第二流体的导回时，穿过根据本发明的出口管的剖视图；
图4B：图4A的局部放大图。
具体实施方式
1A示出用于排出第一流体并用于导回第二流体的装置的根据本发明的实施方式包括主通道13，该主通道被设计用于输送第一流体，例如液体燃料。主通道13能够连接至未示出的燃料储存器，借助于燃料泵将燃料从燃料储存器中泵送通过主通道13。主通道13包括收缩部16。
该装置还具有回流通道14，第二流体、例如气体、特别是燃料蒸汽、空气或燃料蒸汽与空气的混合物，能够通过该通道被导回。为此，回流通道14同样能够与未示出的燃料储存器连接，其中，第二流体经过回流泵被泵送到燃料储存器中。
测试通道15在主通道13与回流通道14之间延伸，并在第一开口12的区域内通入主通道13，在第二开口19的区域内通入回流通道14。第一开口12布置在收缩部16的区域中。在第二开口19的区域中存在流动阻力部18，其在本发明的意义上代表隔档物。流动阻力部18限制了可用于过渡到测试通道14中的流动横截面。测试通道14还与压力传感器17连接，该压力传感器被设计用于得出测试通道15中的流体压力。
当通过主通道13泵送燃料时，由于文丘里效应，在收缩部16区域内的静液压力下降。由于负压，在回流通道14中的气体被吸入测试通道15中。在此，当进入测试通道时，在流动阻力部处会产生压差，这取决于吸入的气体的物理材料特性。以这种方式能够根据得出的压力值确定，吸入的气体是否是空气还是燃料蒸汽。
图1B示出了根据本发明的用于排出第一流体并导回第二流体的装置的替代实施方式。该实施方式的基本元件与图1A的那些相同并且设有相同的附图标记。
与图1A的实施方式不同，在收缩部16的区域中布置了另一个孔口126，该孔口经过基准口46与周围空气连通。因此，当经过主通道13泵送燃料时，会经过基准口46吸入外部空气。
在图1B的实施方式中，压力传感器17还具有测试室40，该测试室经过测试通道41与测试通道15流体连通。传感器17还包括参考室42，该参考室经过参考管线45与基准口46连接。最后，传感器包括压敏膜43，该压敏膜将测试室40与参考室42分开。
隔档物43经过未示出的释放机构与柱塞44连接。隔档物43被设计用于根据测试室40与参考室42之间的压差来致动释放机构，并且因此将柱塞44从打开位置移动到图1B中示出的关闭位置，其中，在回流通道14打开位置中是打开的(未示出)，其中，回流通道在关闭位置中是关闭的。为此，柱塞44被释放机构移动。
只要通过回流通道14引导燃料蒸汽，测试室40内的压力就保持在使得柱塞44保持在打开位置中的值。当通过回流通道14引导大量的空气时，则测试室40中的压力会上升。一旦超过一定的压力阈值，隔档物43就会移动并触发释放机构，柱塞44就会通过该释放机构移动到在图2中示出的关闭位置中。
图2A示出了穿过根据本发明的出口管30的横截面图，该出口管用于排放燃料并且用于导回气体，其中，燃料以低体积流量被排出。已经结合图1A和1B描述的根据本发明的元件在图2A中具有相同的附图标记，并且在下面不再赘述。在图2A中示出了圆形截面A和矩形截面B，他们在图2B和2C中被分别放大示出。
出口管30具有前端部31和后端部32。前端部31能够例如被插入到车辆油箱(未示出)的注入管接头中以排出燃料。后端部32能够引入到未示出的龙头中。代替柱塞44，根据本发明的出口管包括切换阀22，该切换阀与释放机构23连接。在图2A的实施方式中，类似于图1B的实施方式，压力传感器17具有压敏隔档物43，该压敏隔档物与释放机构23作用连接。出口管还包括旁路通道21和旁路阀20。旁路阀20由复位装置25预加应力到关闭位置，在该关闭位置中，旁路阀抵靠在阀座24上。
在图2A所示的状态下，燃料以大约10l/min的低体积流量通过主通道13。主通道13中的低体积流量不能克服复位装置25的关闭力而打开旁路阀20，从而旁路阀20保持在其关闭位置中。这尤其能够在图2C中看出，其中能够看到，旁路阀20抵靠在相关联的阀座24上并且旁路通道21关闭。因此，流动通过主通道13的体积流量完全通过收缩部16。当通过主通道13的体积流量增加时(例如增加到50l/min)，旁路阀20由流体压力从关闭位置移动到打开位置，使得一部分体积流量通过旁路通道21绕过收缩部16流动。这在图3A和3B中示出，这此外也与图2A和2C相一致。通过主通道13的体积流量越高，旁路阀20打开得越大。通过收缩部16的体积流量能够以此方式保持恒定在大约10l/min，从而以恒定的抽吸功率对测试通道15进行抽真空。
此外，在图2A所示的状态下，燃料蒸汽经过回流通道14导出。燃料蒸汽的导出理想地以与燃料被引导通过主通道13的体积流量相同的体积流量来实现，使得燃料与燃料蒸汽的比率恒定。如已经参照图1A描述的那样，当通过主通道13的燃料在测试通道15中产生负压时，导致位于回流通道14中的燃料蒸汽被吸入。通过测试通道15吸入的燃料蒸汽的体积流量与主通道13中的燃料的体积流量混合，并且相对于主通道其体积流量能够忽略不计。
隔档物43上方的空间对应于图1B中所示的测试室40，但是由于空间原因未设置附图标记。测试室与测试通道15连接，其中，该连接在所示的截面图中不可见。在测试通道15中占主导的压力直接作用在隔档物43上。隔档物下方的空间对应于图1B中所示的参考室42。如图1B所示，参考室经过参考管线45与基准口46连接，其中，参考室在图2A-4B中不可见。在图2A-4B中也看不到另一个孔口126。
隔档物43经过释放机构23与切换阀22作用连接，该释放机构在示出的实施方式中例如通过弹簧被预紧。在替代的实施方式中，释放机构也能够被压力加载或通过磁力被加载。在图2A中所示的运行条件下(当抽吸燃料蒸汽时)，相对于参考室，在测试室中建立了大约-0.060bar的负压。该负压低于使隔档物43移动并触发释放机构23的压力阈值(例如，能够是-0.050bar)。因此，切换阀22保持在所示的打开状态，在该打开状态中，燃料气体经过回流通道14导出。
当待加油的车辆是具有ORVR设施的车辆时，基本上经由回流通道15导出空气。由于导出的空气与燃料蒸汽相比具有不同的物理材料特性，因此在测试通道15中以及因此在测试室中存在压力增加，因此相对于参考室的负压仅约为-0.045bar。因此，当导出空气时，使隔档物43运动并触发释放机构23的压力阈值-0.050bar被超过。在这种情况下，释放机构引起切换阀22切换到关闭位置。在图4A和4B中示出了该状态，此外该状态与图2A和2C相一致。因此，在图4A所示的状态下，通过切换阀22防止了气体回流。

Claims (22)

1.一种用于排出第一流体并且导回第二流体的装置，所述装置包括用于排出所述第一流体的主通道(13)和用于导回所述第二流体的回流通道(14)，其中，所述主通道(13)具有收缩部(16)，其特征在于设置有测试通道(15)，所述测试通道将所述主通道(13)与所述回流通道(14)连接，其中，所述测试通道(15)在所述收缩部(16)的区域中通入到所述主通道(13)中，其中，所述装置还具有传感器(17)，所述传感器设计用于得出所述测试通道(15)中的压力。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述测试通道(15)具有隔档物(18)。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述传感器(17)被设计用于得出所述隔档物(18)后方的压力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述主通道(13)被设计用于引导基本恒定的体积流量通过所述收缩部(16)。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述主通道(13)具有桥接所述收缩部(16)的旁路通道(21)。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，旁路阀(20)被预紧在关闭位置，所述旁路通道(21)在所述关闭位置中被关闭，其中，所述旁路阀(20)能够由在所述主通道(13)中起主导作用的流体压力从所述关闭位置移动到打开位置，在所述打开位置中，所述第一流体的至少一部分穿流过所述旁路通道(21)。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其中，旁路阀(20)允许通过所述旁路通道(21)的体积流量取决于进入所述主通道中的所述第一流体的总体积流量。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述回流通道(14)被设计用于引导基本上与所述第一流体的体积流量相同的体积流量穿过所述回流通道。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，所述装置还具有在所述回流通道(14)中布置在所述测试通道(15)后方的切换阀(22)，所述切换阀(22)能够在打开位置与关闭位置之间进行切换，所述切换阀(22)在所述打开位置中释放用于导回所述第二流体的所述回流通道(14)，并且，所述切换阀(22)在关闭位置中关闭所述回流通道。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述传感器(17)与所述切换阀(21)作用连接，其中，所述切换阀(22)根据所得出的压力被切换。
11.根据权利要求4所述的装置，其中，通过所述收缩部的体积流量在21/min至201/min之间。
12.根据权利要求4所述的装置，其中，通过所述收缩部的体积流量在51/min至151/min之间。
13.根据权利要求4所述的装置，其中，通过所述收缩部的体积流量在81/min至121/min之间。
14.根据权利要求5所述的装置，其中，设置有旁路阀，所述旁路阀用于控制通过所述旁路通道(21)的流量。
15.根据权利要求8所述的装置，其中，该体积流量在51/min至1001/min之间。
16.根据权利要求8所述的装置，其中，该体积流量在81/min至801/min之间。
17.根据权利要求8所述的装置，其中，该体积流量在101/min至501/min之间。
18.一种龙头的出口管，其特征在于，所述出口管具有根据权利要求1至17中任一项所述的装置。
19.一种龙头，包括根据权利要求18所述的出口管。
20.一种龙头，其特征在于，具有根据权利要求1至17中任一项所述的装置。
21.一种加油泵，其特征在于，具有根据权利要求1至17中任一项所述的装置。
22.一种加油泵，包括根据权利要求19所述的龙头。
CN201980086593.9A 2018-10-30 2019-10-28 排出和导回流体的装置 Active CN113316556B (zh)

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