TANQUE DE COMBUSTIBLE EN MULTICAPAS CON CUBIERTA Y CÁMARA DE RECOLECCIÓN DE VAPOR DE COMBUSTIBLE
CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención es concerniente con los tanques de combustible para automóviles y en particular con tanques de combustible en multicapas, de plástico, que impiden que los vapores de combustible de hidrocarburos escapen al medio ambiente.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Debido a preocupaciones ambientales concernientes con la emisión de vapores de hidrocarburos de los sistemas de ( tanques de combustible en los vehículos motorizados, el gobierno de los Estados Unidos de América, entre otros, está ahora demandando que los sistemas de tanque de combustible del vehículo motorizado de 2003 no proporcionen virtualmente ninguna emisión de vapores de hidrocarburo al medio ambiente.
Además, las especificaciones requerirán que los tanques de combustible mantengan este bajo nivel de emisiones en toda la vida del vehículo motorizado. Actualmente, la mayoría de los sistemas de tanque de combustible de vehículo motorizado fabricados son de plástico, sin embargo una desventaja es que tienden a emitir alguna cantidad de vapores de combustible de hidrocarburo al medio ambiente. La mayor parte de estas emisiones de vapores
REF: 132563 de hidrocarburos ocurren a través de las mangueras del tanque de combustible, conectadores, sellos, juntas del tanque, etc., en general localizados en la parte superior de los tanques de combustible. La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra en general la emisión de vapores de hidrocarburo desde estos sitios en los tanques de combustible de la técnica previa. La técnica previa tiene varios ejemplos de tanques de combustible que incluyen medios para atrapar combustible líquido o vapor. Sin embargo, ninguno de los tanques de combustible de la técnica previa están diseñados y propuestos para impedir o minimizar las fugas de vapor de hidrocarburo al medio ambiente. La patente norteamericana No. 3,804,291 expedida a Fricker describe un dispositivo de ventilación y liberación de presión para tanques de combustible, en el cual un contenedor o recipiente (de preferencia elaborado de material de plástico sintético) es provisto sobre el interior del tanque de combustible con el área más alta y localizado por lo menos parcialmente por encima de la altura de llenado máxima. Los vapores de combustible en el tanque de combustible viajan a través de una diversidad de canales entre la pared superior del tanque y la pared superior del contenedor o recipiente a una estructura de domo montada sobre o arreglada en lo alto o parte superior del tanque de combustible antes de salir del tanque vía otra serie de espacios y canales y un tubo de ventilación. El domo también puede ser elaborado de una pieza con las partes superiores del contenedor o montado sobre el mismo . Fricker también enseña un principio de tanque en el cual solamente una línea, posiblemente rígida, para ia ventilación del tanque tiene que ser extendida al exterior, de tal manera que los lugares de conexión situados al exterior del tanque son eliminados. La patente norteamericana No. 3,917,109 expedida a
MacDonald revela un sistema de ventilación que minimiza la posibilidad de fugas de vapor a la atmósfera. Revela un tanque de combustible para vehículos motorizados que tienen una porción en forma de domo que se eleva por encima de la superficie superior del tanque. La porción de domo proporciona un espacio de vapor y en el cual un separador de líquido -vapor es montado. El separador es un recipiente encerrado que sirve como un sitio para la recolección de aquellos vapores mediante el flujo de los mismos a un conducto de ventilación de vapor además de ser un dispositivo para separar vapores de combustible líquido y que actúa como un deflector para impedir el arrastre del combustible líquido. MacDonald enseña que los vapores del combustible salen del tanque de combustible y del separador al entrar a un solo conducto de ventilación de vapor que comunica entre el interior del separador y el exterior del tanque de combustible. Un extremo del conducto de ventilación de vapor es extendido a la porción de domo y el otro extremo es extendido a un recipiente de carbón y finalmente a un motor o cualesquier medios receptores de vapor apropiados en el vehículo motorizado. La patente norteamericana No. 4,714,171 expedida a Sasaki et al. revela un sistema de ventilación para ventilar vapor de combustible desde un tanque de combustible de un vehículo motorizado. El sistema de ventilación de Sasaki comprende un tanque de combustible construido de plástico moldeado con una porción rebajada que sobresale a una cámara de vapor definida en una porción superior del interior del tanque de combustible; una estructura de plástico moldeado que define una cámara encerrada en una posición por encima del nivel máximo de combustible en el tanque de combustible y medios para comunicación fluida; es decir, tubos, conectadores y tubería. Los vapores de combustible producidos en el tanque de combustible son conducidos a la cámara encerrada y luego los vapores son conducidos a un recipiente y atrapados por el mismo. La cámara encerrada puede ser un hueco o rebajo profundo formado en una porción hinchada hacia arriba del tanque de combustible o puede ser la cámara de un separador de vapor separado de plástico moldeado que es ya sea montado de manera separable sobre el tanque de combustible o montado sobre la pared superior del tanque de combustible. La cámara encerrada también puede tener una abertura que tiene una tapa unida de manera sellante a la misma. La patente norteamericana No. 4,836,402 expedida a
Sasaki revela un sistema de ventilación para ventilar vapor de combustible desde un tanque de combustible de un vehículo motorizado. El tanque de combustible de Sasaki tiene una pared superior, un espacio vacante entre la pared superior y la superficie del tanque lleno y una cámara separadora en el espacio vacante que tiene un número de tubos de ventilación para ventilar el vapor combustible desde el tanque de combustible. El vapor de combustible es primero atraído a través de los tubos de ventilación a la cámara separadora y luego a un recipiente de carbón al exterior del tanque de combustible. La patente norteamericana No. 5,398,839 expedida a Kyeln revela un tanque de combustible encapsulado mediante una cubierta externa (de preferencia elaborada de material de plástico moldeado) y que tiene un espacio entre la cubierta externa y el tanque de combustible. Cualquier fuga de combustible líquido del tanque de combustible es atrapada mediante el material absorbente de combustible que llena el espacio entre el tanque de combustible y la cubierta externa e impide que escape al medio ambiente. El tanque de combustible de Kyeln también puede ser conectado a un sistema de recuperación de vapor. Kyeln también describe un aparato de moldeo por inyección para elaborar tal tanque de combustible. La presente invención trata estos problemas ambientales asociados con los tanques de combustible de plástico y también otros problemas como se describen posteriormente en la presente. Así, es un objeto de un aspecto de la presente invención proporcionar un tanque de combustible en el cual las fugas de vapor de hidrocarburo del cuerpo del tanque son contenidas y encapsuladas dentro de una cámara de vapor separada. Esta cámara de recolección de vapor adicional del tanque de combustible atrapa los vapores en lugar de ser liberados al medio ambiente. En una modalidad preferida, el filtro del recipiente de carbón en el tanque de combustible es conectado operativamente a la cámara de vapor para dirigir los vapores de hidrocarburo fugados al motor para la combustión. Es otro objeto de otro aspecto de la presente invención proporcionar un método para impedir que el combustible vapor escape de un tanque de combustible de vehículo motorizado al medio ambiente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Así, en un aspecto de la presente invención, se proporciona un tanque de combustible en multicapas para un vehículo motorizado, que comprende: (a) un cuerpo del tanque de combustible para contener combustible líquido y vapor, que comprende una pared inferior, paredes laterales y una pared superior; (b) una pluralidad de componentes del tanque de combustible localizados en la pared superior y juntas localizadas en las paredes laterales y (c) una cubierta del tanque conectada al cuerpo del tanque de combustible y que define una cámara de recolección de vapor, la cubierta del tanque protege y encapsula la pared superior y los componentes y juntas del tanque de combustible, atrapando mediante esto cualesquier vapores de combustible que escapan del cuerpo del tanque, los componentes y juntas del tanque de combustible. En un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un accesorio para un tanque de combustible de vehículo motorizado que comprende una pared inferior, paredes laterales, una pared superior, juntas y una pluralidad de componentes del tanque de combustible localizados en la pared superior, el accesorio comprende: una cubierta del tanque para unión al tanque de combustible para definir una cámara de recolección de vapor, la cubierta del tanque protege y encapsula la pared superior, los componentes del tanque de combustible y las juntas, atrapando mediante esto cualesquier vapores de combustible que pueden escapar del cuerpo del tanque, los componentes del tanque de combustible y las juntas durante el uso del tanque de combustible. En un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un método para elaborar un tanque de combustible en multicapas para impedir el escape de vapor de combustible al medio ambiente, el método comprende: (a) proporcionar un cuerpo del tanque de combustible para contener combustible líquido y vapor, que comprende una pared inferior, paredes laterales y una pared superior y una pluralidad de componentes del tanque de combustible localizados sobre la pared superior y juntas localizadas en las paredes laterales y (b) conectar una cubierta del tanque al cuerpo del tanque de combustible, la cubierta del tanque define una cámara de recolección de vapor y protege y encapsula la pared superior y los componentes del tanque de combustible y juntas, atrapando mediante esto cualesquier vapores de combustible que pueden escapar del cuerpo del tanque, los componentes del tanque de combustible y las juntas cuando está en uso. En una modalidad adicional de la presente invención, se proporciona un método para impedir que el vapor de combustible escape de un tanque de combustible para vehículos motorizados al medio ambiente, que comprende: (a) proporcionar un cuerpo del tanque de combustible para contener combustible líquido y vapor, que comprende una pared inferior, paredes laterales y una pared superior y una pluralidad de componentes del tanque de combustible localizados sobre la pared superior y juntas localizadas en las paredes laterales; (b) conectar una cubierta del tanque al cuerpo del tanque de combustible, la cubierta del tanque define una cámara de recolección de vapor y protege y encapsula la pared superior y los componentes del tanque de combustible y juntas, atrapando mediante esto cualesquier vapores de combustible que pueden escapar del cuerpo del tanque, los componentes del tanque de combustible y las juntas y (c) dirigir los vapores de combustible atrapados a través de un filtro de recipiente de carbón al motor del vehículo motorizado para su combustión.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las modalidades preferidas de la presente invención serán descritas con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales los números de referencia semejantes se refieren a las mismas partes en las varias vistas y en los cuales: -
La figura 1 es una vista esquemática de un tanque de combustible de vehículo motorizado de ia técnica previa que ilustra el escape de vapores de hidrocarburo; La figura 2 es una vista en sección transversal de una modalidad del tanque de combustible de la presente invención, que muestra una cubierta pegada a un cuerpo del tanque y que define una cámara de recolección de vapor; Las figuras 3a y 3b ilustran el pegado o enlace de la cubierta del tanque al cuerpo del tanque de combustible; La figura 4 ilustra las propiedades de resistencia al fuego del tanque de combustible de la presente invención y La figura 5 ilustra las prcpiedates de prueba de scnido del tanque de carfcustibLe de la presente ipvercám. La figura 6 ilustra una cubierta que crea una d±¿Le pared para la parcicn superior del tanque de orrfcustible. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La figura 1 ilustra un tanque 10 de combustible de vehiculo motorizado típico, utilizado actualmente por fabricantes de vehículos motorizados. El tanque 10 de combustible es en general construido de dos partes, una porción inferior 12 y una porción superior 14 unidas conjuntamente en la junta 16. Localizados sobre la pared superior 18 se encuentran los componentes 20 del tanque de combustible, que pueden incluir mangueras, válvulas, conectadores, filtros del recipiente de carbón y cables. La figura 1 ilustra además áreas sobre el tanque de combustible 10 que pueden provocar fugas de vapor de hidrocarburo (designadas mediante flechas) . La figura 2 ilustra una modalidad del tanque 30 de combustible en multicapas de la presente invención. El tanque 30 de combustible consiste de un cuerpo 32 del tanque que contiene combustible líquido y vapor y una cámara 34 de recolección de vapor adicional 34 o compartimiento que encapsula todos los componentes 35 y juntas 37 del tanque de combustible para atrapar cualesquier fugas de hidrocarburo del mismo. Los vapores de hidrocarburo atrapados en la cámara 34 de recolección de vapor son luego dirigidos a y capturados en un filtro 39 de recipiente de carbón o los semejantes y enviados al motor del vehículo motorizado (no mostrado) para su combustión como combustible. La cámara 34 de recolección de vapor es separada del depósito 40 de combustible del cuerpo 32 del tanque y es creada por encima del cuerpo 32 del tanque al conectar una cubierta 36 sobre la porción superior 42 del tanque 30 de combustible para proporcionar un espacio (la cámara de recolección de vapor 34) que encapsula todos los componentes 35 del tanque (tales como válvulas, mangueras, conectadores, etc.) y juntas 37 del tanque. Como resultado, todos los vapores de hidrocarburo emitidos a través de los componentes 35 del tanque y juntas 37 son capturados dentro de la cámara 34 de recolección de vapor.
La cubierta 36 usada para crear la cámara 34 de recolección de vapor es conectada o pegada a las paredes laterales 45 del cuerpo 32 del tanque u otro sitio apropiado sobre el cuerpo 34 del tanque, para impedir que los vapores de hidrocarburo escapen al medio ambiente. De preferencia, la cubierta 36 encapsula las juntas 37 del cuerpo del tanque, para capturar el vapor de combustible que se puede fugar de las juntas 37. La forma de la cubierta 36 es en general paralela a aquella de la pared superior 44 y los componentes 35 del tanque. El espacio entre la cubierta 36 y la pared superior 44 y los componentes 35 del tanque es en general de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 3 mm, pero puede ser mayor en el área en donde los componentes 35 del tanque están localizados . La cubierta 36 puede ser elaborada a partir de cualquier número de materiales apropiados. Por ejemplo, puede ser elaborada de polietileno de alta densidad o puede ser elaborada del mismo material a partir del cual el cuerpo 32 del tanque es elaborado (comúnmente un material de barrera de seis capas) o de cualquier otro material apropiado. Opcionalmente, la cubierta 36 que define la cámara 34 de recolección de vapor puede ser elaborada de una o más piezas o segmentos de cubierta separados que son luego unidos conjuntamente y sellados sobre la porción superior 42 del cuerpo 32 del tanque. La cubierta 36 también puede incluir una tapa separable (no mostrada) para permitir el acceso a la cámara de recolección de vapor 34 para dar servicio a los componentes 35 del tanque de combustible. Como se ilustra en la figura 2, se comprenderá que la cubierta -36 puede ser unida a cualquier parte del cuerpo 32 del tanque, en tanto que la cubierta 36 defina una cámara 34 de recolección de vapor que aisla y encapsula la mayor parte, si no es que todas las áreas a través de las cuales pueden ocurrir emisiones de hidrocarburos. En la modalidad particular de la figura 2, la cubierta 36 es unida o conectada en los sitios 50 debajo de las juntas 37 del tanque y en un sitio 52 sobre la pared superior 44. Las emisiones de vapor de hidrocarburo que son atrapadas dentro de la cámara 34 de recolección de vapor pueden ser dirigidas a través de un filtro 39 de recipiente de carbón, unido operativamente a la cámara 34 y al motor del vehículo motorizado, en donde se someten a combustión. La cubierta 36 de la presente invención también permite la opción de colocar el filtro 39 de recipiente de carbón sobre la pared superior 44 del cuerpo 32 del tanque, en lugar de en un sitio alejado en el vehículo motorizado. Esto tiene la ventaja de que el filtro 39 del recipiente y cualesquier conexiones, mangueras, etc., al filtro están localizadas dentro de la cámara 34 de recolección de vapor, reduciendo de esta manera las emisiones de hidrocarburo del filtro 39 y eliminando mediante esto una fuente adicional de emisiones . En una modalidad de la presente invención, el tanque 30 de combustible en multicapas puede ser suministrado con la cubierta 36 instalada sobre el cuerpo 32 del tanque. En otra modalidad, la cubierta 36 puede ser provista como un accesorio que es conectado a los tanques de combustible usados actualmente (tal como aquel mostrado en la figura 1) antes de la instalación del tanque de combustible en un vehículo motorizado. La cubierta 36 es conectada a la porción superior 42 del cuerpo 32 del tanque, de tal manera que la porción inferior 46 permanece sin cubrirse para permitir el contacto de sujeción/tanque directo necesario para asegurar el tanque 30 de combustible al vehículo motorizado. Así, la cubierta 36 no es un recipiente externo que contiene un tanque de combustible interno. Además, no hay conexión directa entre la cámara 34 de recolección de vapor y el depósito del cuerpo 32 del tanque. La cubierta 36 puede ser manufacturada utilizando procesos de moldeo por inyección y soplado conocidos. Un proceso típico comprende moldeo por soplado de dos cubiertas por ciclo en un molde, la pared de las cubiertas comprende cinco capas y tiene un espesor de aproximadamente 2 mm. Luego, las dos cubiertas pueden ser separadas mediante corte por robot y conectadas al cuerpo del tanque mediante encolado o mediante métodos de soldadura plástica, tales como soldadura infrarroja, libre de contacto, soldadura ultrasónica y emabond. Alternativamente, la cubierta 36 puede ser moldeada directamente sobre el cuerpo 32 del tanque de combustible. Las figuras 3a, 3b y 4 ilustran la soldadura normal de la cubierta 36 al cuerpo 32 del tanque. En la figura 3a, la cubierta 36 es conectada a una pared lateral 45 del cuerpo 32 del tanque, de preferencia debajo de una junta del tanque (no mostrada en la figura 3a) . En la figura 3b, la cubierta 36 es conectada a por lo menos un punto sobre la pared superior 44 del cuerpo 32 del tanque. En la figura 4, la cubierta 36 es mostrada unida en dos sitios. En primer lugar, la cubierta 36 es sellada en el sitio 50 debajo de la junta 37 del tanque. En una modalidad preferida, la junta 37 es creada en un área de la pared lateral 45 en donde la pared es indentada hacia adentro hacia el depósito 40 de combustible, por consiguiente en esta área, la distancia entre la cubierta 36 y la pared lateral 45 puede ser mayor de 1 a 3 mm. Por consiguiente, la cámara 34 de recolección de vapor encapsula la junta 37 del tanque para capturar cualesquier vapores de hidrocarburo que se fugan de la junta 37. El segundo sitio de soldadura 52 es sobre la pared superior 44 del cuerpo 32 del tanque. Se comprenderá que puede no haber ningún sitio de soldadura sobre la pared superior 44 o pueden haber una pluralidad de tales sitios. Por ejemplo, la figura 6 muestra la cubierta 36 unida a la pared superior 44 en varios sitios 52. Hay varias ventajas asociadas con cada una de las varias modalidades de la cubierta 36 y cámara de recolección de vapor 34 de la presente invención. Incluyen las siguientes: 1. La cubierta 32 está localizada sobre todos los componentes 35 y juntas 37 del tanque de combustible para crear una cámara 34 de recolección de vapor encapsulada, en donde los vapores de hidrocarburo que se fugan del cuerpo 32 del tanque son capturados; 2. El tanque de combustible en multicapas 30 de la presente invención no permitirá virtualmente ninguna emisión de vapor de hidrocarburo al ambiente en la vida promedio de un vehículo motorizado. Esto en contraste con los tanques de combustible disponibles actualmente que experimentan un incremento en emisiones de vapor de hidrocarburo liberado debido al envejecimiento de los componentes sin proteger del tanque en la parte superior del tanque de combustible; 3. Los diseños de tanque de combustible actualmente disponibles pueden ser usados con la cubierta 36 debido a que los componentes 35 del tanque, tales como las mangueras, conectadores, filtro del recipiente de carbón, etc., no tienen que ser alterados de ninguna manera para que la cubierta 36 sea usada para recolectar emisiones de vapor de hidrocarburo; 4. La mayoría, si no es que todas, las juntas 37 del tanque de combustible están al interior de la cámara 34 de recolección de vapor, capturando por consiguiente todas las emisiones de vapor de hidrocarburo de las juntas 37 e impidiendo que escapen al medio ambiente; 5. Los vapores de hidrocarburo capturados dentro de la cámara 34 de recolección de vapor son luego dirigidos al filtro 39 de recipiente de carbón y subsecuentemente enviados al motor para el quemado; 6. Ya que todos los componentes 35 del tanque de combustible están localizados en la cámara 34 de recolección de vapor definida por la cubierta 36, están provistos con protección extra de daños durante el embalaje del tanque de combustible 30 a la planta de montaje o ensamble, instalación del tanque 30 de combustible en un vehículo motorizado y durante impactos tales como accidentes, pruebas de choque, etc. ; 7. Las paredes superiores de los tanques de plástico usados actualmente tienden a flexionarse durante condiciones de presión negativa al interior del depósito del tanque de combustible. La adición de la cubierta 36 con su unión o pegado en varios sitios en la pared superior 44 proporciona rigidez adicional a la pared superior 44 del cuerpo 32 del tanque; 8. La cámara 34 de recolección de vapor también proporciona protección contra el fuego adicional a la pared superior 44 y componentes 35 del tanque, que son especialmente vulnerables durante pruebas de fuego en donde la parte superior del tanque es especialmente vulnerable en un incendio (figura 5) ; 9. La cubierta 36 actúa como una barrera adicional para impedir fugas de combustible de los componentes del tanque dañados como resultado de un accidente, incrementando mediante esto la seguridad del vehículo motorizado y 10. La cubierta 36 crea una doble pared para la porción superior 42 del tanque 30 de combustible, que proporciona amortiguación adicional de ruido (ilustrado por las flechas) creado por la bomba 48 de combustible en el tanque 30 de combustible (figura 6) . También se proporciona en esta invención un método para elaborar un tanque 30 de combustible en multicapas para impedir el escape de vapor de combustible de hidrocarburo al medio ambiente. El método comprende en general las etapas de: (a) proporcionar un cuerpo 32 de tanque de combustible para contener combustible líquido 33 y vapor, que comprende una pared superior 44 y una diversidad de componentes 35 del tanque de combustible y juntas 37 localizadas en la pared superior 44 y (b) conectar la cubierta 36 al cuerpo 32 del tanque de combustible. La cubierta 36 define la cámara 34 de recolección -de vapor y encapsula la pared superior 44 y los componentes 35 del tanque de combustible y juntas 37, atrapando mediante esto cualesquier vapores de hidrocarburo que pueden escapar del cuerpo 32 del tanque, los componentes 35 del tanque de combustible y las juntas 37 cuando está en uso. También se proporciona un método para impedir que el vapor de hidrocarburo de combustible escape de un tanque 30 de combustible al medio ambiente. El método incluye: (a) proporcionar un cuerpo 32 de tanque de combustible para contener combustible liquido 33 y vapor, que comprende una pared superior 44 y una diversidad de componentes 35 del tanque de combustible y juntas 37 localizadas en la pared superior 44; (b) conectar la cubierta 36 al cuerpo 32 del tanque de combustible, la cubierta 36 define una cámara 34 de recolección de vapor y encapsula la pared superior 44 y los componentes 35 del tanque de combustible y juntas 37. Mediante esto, los vapores de hidrocarburo de combustible son atrapados, en lugar de escapar del cuerpo 32 del tanque, los componentes 35 del tanque de combustible y las juntas 37 al medio ambiente y (c) dirigir los vapores de hidrocarburo combustibles atrapados a través del filtro 39 del recipiente de carbón al motor del vehiculo motorizado para su combustión. Aunque la presente invención se ha mostrado y descrito con respecto a sus modalidades preferidas, se comprenderá por aquellos experimentados en la técnica que otros cambios, modificaciones, adiciones y omisiones se pueden efectuar sin desviarse de la esencia y alcance de la presente invención como se define mediante las reivindicaciones adjuntas . Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.