NO312216B1 - Pumpeanordning for relativt flyktige v¶sker - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en pumpeanordning for relativt flyktig kjøretøybrennstoff, som angitt i innledningen av krav 1.

Brennstoffpumpeanordninger av denne type er vanlig kjent og er forsynt med girpumper eller pumper av den type som har en eksentrisk rotor med blader som beveger seg inn og ut.

Disse pumper er selvfyllende, har en omløpsventil for at det kvantum pumpet bensin som ikke pumpes til utsiden gjennom slangen og munnstykket skal kunne returnere til sugekanalen, og er forsynt med en gasseparator som sikrer at det utmålte brennstoff ikke inneholder noen gass.

Ulempene ved disse pumper er følgende:

- Flere bestanddeler som har friksjonskontakt og er utsatt for slitasje; - Nødvendigheten av en omløpsventil som bl.a. er en støykilde; - Et stort antall bestanddeler; - En avgassing som er vanskelig å bevirke og som gjør et se-glass nødvendig på de fleste bensinpumper; - Gjenvinning av utskilt damp er kun mulig ved hjelp av dyrt tilleggsutstyr.

Oppfinnelsen har til formål å tilveiebringe en pumpe av den ovenfor nevnte type hvor i det minste flere av disse ulemper er eliminert.

Ifølge oppfinnelsen oppnås dette formål med en pumpeanordning som definert i krav 1.

Til tross for sine mange fordeler som brennstoffpumper i bensinstasjoner blir en hydrodynamisk pumpe såsom en sentrifugalpumpe ikke benyttet, bl.a. fordi den ikke er selvfyllende.

Fordelene med pumpeanordningen ifølge oppfinnelsen, i tillegg til å være selvfyllende, er som følger: - Den krever ingen omløpsventil fordi dens strømningsmengde innenfor den maksimale grense er kun avhengig av systemets totalmotstand og således hovedsakelig munnstykkeåpningen i tilfelle av bensinpumper; - Den har en meget enkel konstruksjon og har derfor en fordelaktig kostpris; - Den har betydelig bedre gasseparasjonsegenskaper; - Den har mye bedre iboende sikkerhet når det gjelder brennstofflekkasje sammenlignet med eksisterende pumper.

Ved hjelp av de karakteristiske trekk som er angitt i underkravene kan pumpeanordninger tilveiebringes som har én eller flere av de følgende ytterligere fordeler:

- Den kan ha en integrert dampgjenvinnings funksjon.

I tillegg til gassen separert fra væsken vil den også kunne tømme i det minste så mye gass som sin maksimale væskestrømningsmengde; - Den kan konstrueres for to pumpeutløp, som begge er anordnet inne i pumpeanordningen med en servoventil. Denne utførelse har betydelig lavere kostpris enn de klassiske pumper, som i de fleste tilfeller krever to eksterne (dyre) elektromagnetiske ventiler pr. hydraulisk enhet; - Dersom en væskeringpumpe benyttes for vakuumpumpen ifølge en foretrukket utførelse, har pumpemekanismen ingen bestanddeler som har friksjonskontakt, bortsett fra et glidelager. Den er derfor ikke utsatt for friksjonssli-tasje og krever således praktisk talt intet vedlikehold.

Mens den hydrodynamiske pumpe på den ene side trekker inn brennstoff for pumping fra den nedre del av pumpehuset etter at gassboblene tilstede i det inntrukne brennstoff er blitt separert og har samlet seg mot den øvre vegg av pumpehuset, vil på den annen side vakuumpumpen tømme gassen som har ansamlet seg mot den øvre vegg av pumpehuset, slik at under normale omstendigheter vil pumpehuset forbli optimalt fylt med brennstoff med det resultat at den hydrodynamiske pumpe alltid kan trekke gassfritt brennstoff fra den nedre del av pumpehuset.

Avgassing av brennstoffet skjer på en mer effektiv måte enn i tidligere kjente pumpeanordninger.

I tidligere kjente brennstoffpumper blir brennstoffet trukket inn av pumpen sammen med gassboblene som foreligger i dette og tvinges under trykk til et gasseparasjonskammer hvor det hersker et middel trykk på omtrent 2 bar. Gassboblene som separeres fra brennstoffet er derfor under et trykk på 2 bar og er således mindre enn under atmosfærisk trykk (omtrent halvparten så store).

Gasseparasjonen i pumpeanordningen ifølge oppfinnelsen skjer før pumpen bringer brennstoffet under trykk, dvs. i pumpehuset, som under pumping befinner seg ved et undertrykk på i det minste 1/3 bar.

Gassboblene er derfor i det minste 4/3 større enn under atmosfærisk trykk og mer enn dobbelt så store som i tidligere kjente pumper.

Da den oppadrettede kraft og således hastigheten som gassboblene tvinges opp til den øvre del av pumpehuset med også avhenger av deres størrelse, vil gasseparasjonen skje betydelig raskere enn i tidligere kjente pumper.

Pumpen ifølge oppfinnelsen har et gasseparasjonsvolum som er i det minste dobbelt så stort, noe som i betydelig grad minsker medføringen av gassbobler på grunn av (den lavere)

væskehastighet i pumpehuset.

Vakuumpumpen kan lett konstrueres slik at den i tillegg til å tømme gassen separert fra brennstoffet, fortsatt har nok sugekapasitet til å tømme gassene fra brennstofftanken av kjøretøyet under fylling i tilfelle et

"dampgjenvinningssystem" er installert.

Fylleinnretningen er da forsynt med et spesielt fyllemunn-stykke som har en tømmekrave, en koaksial slange hvis indre kanal benyttes for å tømme gassen, og en mekanisk eller elektrisk drevet proporsjonal-styreventil.

I en foretrukket utførelse er begge pumpeutløp forsynt med en servoventil av meget kompakt konstruksjon bygget inn i pumpen og basert på en f jærbelastet membran og aktivisert enten av en elektromagnetisk ventil montert på den øvre, ytre side av pumpehuset, eller av den nederste stilling av en flottør i pumpehuset.

Det skal bemerkes at fra GB-A-724 652 er det kjent en brennstoffpumpeanordning som omfatter en sentrifugalpumpe og en gasspumpe. Gasspumpen trekker damp direkte fra sentrifugalpumpen. Denne brennstof f pumpeanordning er en flybrennstoff pumpe som gjør det mulig å levere brennstoff til flymotoren selv under situasjoner med negativ tyngde-kraft .

Fra US-A-2 3 06 988 er det kjent en vakuumpumpe for dampoppvarming, som omfatter en gasspumpe som er kombinert med en hydrodynamisk pumpe på en slik måte at man får en selvfyllende pumpeenhet. Gasspumpen benyttes til å fjerne gass og luft fra systemet som pumpeanordningen er montert i for å muliggjøre sirkulasjon av den varme damp.

Oppfinnelsen skal belyses ytterligere i den følgende beskrivelse under henvisning til vedføyede tegninger. Fig. 1 viser skjematisk et tverrsnitt av en pumpeanordning ifølge en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, uten dampgj envinning. Fig. 2 viser et parti av en pumpeenhet med dampgjenvinningssystem og tilsvarer for øvrig fig. 1.

På fig. 1 er den hydrodynamiske fluidpumpe en totrinns sentrifugalpumpe bestående av to rotorer 1, to statorer 2 og et trykkammerpumpeutløp 3. Trykkammerpumpeutløpet 3 er forsynt med i det minste én servoventil 4 og i det minste én trykkanal 5 som munner ut i toppen av pumpehuset.

Hele enheten består av to pumpehalvdeler, hvorav den øvre halvdel 6 danner bunnveggen av væskeringpumpen 7 og også den øvre vegg av trykkammeret 3. Den inneholder også et nedre aksellager 9 og i det minste ett servoventilsete 8.

Den nedre halvdel 10 inneholder to statorer 2 og har i det minste én utsparing hvor servoventilmembranen 11 er festet.

På den samme aksel som for den hydrodynamiske pumpe og like over denne er det anordnet en væskeringpumpe hvis innløp munner ut i form av et sugerør 12 mot den øvre vegg av pumpehuset 13.

Utløpet 16 av væskeringpumpen er enten koblet direkte til en dampreturledning, som fører gassen og en del av fyllevæsken tilbake til en tank (under bakken), eller munner ut i en samlebeholder 17 som væskeringpumpen tilfører gassen komprimert til atmosfæretrykk sammen med en del av fyllevæsken. Her blir gassen separert fra brennstoffet og føres til atmosfæren gjennom en åpning 18. Et inn-sugningsrør 19 som ved bunnen er forsynt med en ventil 21 som styres av en flottør 20, er forbundet med pumpehuset og munner ut i dette over det maksimale brennstoffnivå. Når brennstoffet stiger høyt nok i samlebeholderen 17, åpner flottøren 20 ventilen 21, og innsugningsrøret 19 tømmer oppsamlingsbeholderen i så stor grad at ventilen lukker på nytt på grunn av den fallende flottør.

I tilfelle det ikke foreligger noe system for "dampgjenvinning" , blir fyllevæsken som kreves av væskeringpumpen tilført fra trykkammeret 3 gjennom en kalibrert kanal 22.

Denne tilførsel styres av én ventil i den kombinerte ventil 14, som aktiveres av den opp- og nedadgående bevegelse av flottøren 15.

Dersom et system for "dampgjenvinning" er tilkoblet, løper innsugningskanalen 12 gjennom den kombinerte ventil 14 istedenfor kanalen 22, som i dette tilfelle forbinder trykkammeret 3 direkte med væskeringpumpen (se fig. 2).

Integreringen av servoventilen i en støpt bestanddel av den hydrodynamiske pumpe er en viktig kostnadsbesparende faktor.

Servoventilen montert i trykkammeret 3 består av et ventilsete 8, en fjærbelastet ventilmembran 11, en forbindelseskanal 23 mellom trykkammeret 3 og ventilkammeret 24, og en forbindelseskanal 25 mellom ventilkammeret og trykkammeret på den ene side og pumpehuset på den andre side. Forbindelseskanalen 25 forløper først gjennom en ventil av den kombinerte ventil 14 og deretter gjennom en elektromagnetisk drevet ventil 26 før den munner ut i pumpehuset.

Diameteren av kanalen 25 er større enn diameteren av kanalen 23. Denne forholdsregel sikrer at væsketrykket i ventilkammeret 24 avlastes så snart kanalen 25 mellom ventilkammeret og pumpehuset åpnes.

Servoventilen aktiveres enten av stillingen av flottøren 15 eller av elektromagnetventilen 26 som drives av bensinpumpens register.

Flottøren 15 følger brennstoffnivået i pumpehuset og aktiverer ved sin opp- og nedadgående bevegelse den kombinerte ventil 14 bestående av to eller tre ventiler, hvorav én eller to kan lukke forbindelseskanalene som forbinder ventilkammeret eller -kamrene 24 til pumpehuset og den andre lukker enten tilførselen av fyllevæske til væskeringpumpen eller innsugningskanalen 12.

Dersom pumpen utgjør en del av en installasjon forsynt med et system for "dampgjenvinning", har den et tømmegass-inntak 28 som er forbundet langs grenen 27 til væskeringpumpens innløp. Sugekapasiteten av væskeringpumpen er større enn summen av sugestrømningsmengdene nødvendig på den ene side for tømming av separerte gasser i pumpehuset og på den annen side for gassene som tømmes fra kjøre-tøyets bensintank. De tømte gasser føres så tilbake til brennstof f tanken (under bakken) ved hjelp av en gassreturkanal installert på stasjonen. Væskeringpumpeutløpet 16 er forbundet direkte med denne gassreturkanal, og oppsamlingsbeholderen 17 med utstyret er ikke montert på pumpen.

Utførelsen av pumpeanordningen ifølge oppfinnelsen vist på fig. 1 fungerer som følger.

I normal driftstilstand er pumpehuset 13 optimalt fylt med brennstoff. Den hydrodynamiske pumpe trekker brennstoff inn fra den nedre del 29 av pumpehuset og presser det ut av pumpen gjennom trykkanalen 5. Trykkanalen har en servoventil 4, som aktiveres enten av flottørstillingen eller av et elektrisk signal som kommer fra bensinpumpens register.

Væskeringpumpen 7 tømmer gassen som har samlet seg mot den øvre vegg av pumpehuset 13 og tvinger den ut av pumpen. Dette holder pumpehuset optimalt fylt med brennstoff og sikrer at den hydrodynamiske pumpe alltid forblir neddykket i brennstoff. En fotventil 30 forhindrer brennstoffet som befinner seg i pumpehuset fra å strømme tilbake til tanken (under bakken) når pumpen står stille.

En flottørmekanisme 15 aktiverer en kombinert ventil 14 som styrer åpning og lukking av forbindelseskanalen 25 mellom servoventilkammeret 24 og pumpehuset og enten tilførselskanalen 22 for fyllevæsken til væskeringpumpen eller innsugningskanalen 12 (se fig. 2) .

Når pumpemotoren startes, trekker den hydrodynamiske pumpe brennstoff fra den nedre del av pumpehuset, som derved kommer under undertrykk og således trekker brennstoff fra tanken (under bakken) gjennom innsugningskanalen 32 og gjennom filteret 31.

Dette arrangement umuliggjør lekkasje av brennstoff til omgivelsene. (I alle hittil benyttede pumper befinner pumpehusene seg ved et overtrykk på 2 til 3 bar, noe som medfører fare for lekkasje).

Det innsugde brennstoff inneholder et kvantum gassbobler, som når de er kommet inn i pumpehuset har tid til å separere ut av brennstoffet og samle seg mot den øvre vegg av pumpehuset.

Som tidligere beskrevet, skjer avgassingen ved undertrykk og er således mye mer effektiv enn i eksisterende pumper.

Dersom et system for "dampgjenvinning" ikke foreligger, styres brennstof f nivået i pumpehuset på følgende måte: Væskeringpumpen tømmer den separerte gass, sammentrykker den til atmosf æret rykk og tvinger den ut av pumpen. Brennstoffnivået i pumpehuset, og således også flottør-stillingen, stiger til sitt høyeste nivå. Ventilen 14 aktivert av flottøren lukker tilførselskanalen 22 for fyllevæske til væskeringpumpen, noe som har følgende konsekvenser: Fyllevæsken som befinner seg i væskeringpumpen presses av de hydrodynamiske krefter gjennom åpningen 33 tilbake inn i pumpehuset. Dette tap kompenseres alltid for av tilførselen av fyllevæske gjennom kanalen 22.

Åpningen 33 tillater imidlertid mindre fyllevæske å unn-slippe enn det som tilføres gjennom kanalen 22. Forskjel-len i de to strømningsmengder tømmes gjennom pumpeutløpet 16 sammen med gassen komprimert til atmosfæretrykk.

Dersom tilførselen av fyllevæske nå lukkes av ventilen 14, tømmes all væske fra væskeringpumpen gjennom åpningen 33, og pumpingen stopper. Væskeringpumpens rotor roterer nå uten effekt i et tomt pumpehus.

Denne forholdsregel vil for det første forhindre at væskeringpumpen også trekker væske gjennom gasstømmerøret 12 etter at alle gassene er tømt.

Den sikrer også at væskeringpumpen bare bruker energi når den er nødt til å pumpe og at den går på tomgang når den ikke behøver å tømme gasser. (Dersom intet system for "dampgjenvinning" er installert, går væskeringpumpen på tomgang størstedelen av tiden).

En pumpe benyttet sammen med et system for "dampgjenvinning" er utført som beskrevet under henvisning til fig. 2.

Denne modifikasjon er nødvendig fordi væskeringpumpen må tømme gasser så snart pumpen leverer brennstoff, noe som gjelder uansett om innsugningskanalen 12 er lukket eller ikke.

Under den øvre del av flottørens bevegelse åpner ventilen 14 for forbindelseskanalen 25 som tillater brennstoff som presses fra trykkammeret 3 gjennom kanalen 23 til å strømme bort, slik at det ikke blir noen trykkoppbygning i ventilkammeret 24. Væsketrykket på utsiden av ventil-membranen trykker ventilen 4 åpen, hvorved fjæren sammentrykkes. Brennstoffet i trykkammeret tømmes fra pumpen gjennom trykkanalen 5.

Når gassbobler har samlet seg slik at flottøren synker sammen med brennstof f nivået, åpner ventilen 14 kanalen 22 for fyllevæsketilførsel (eller innsugningsrøret 12), og væskeringpumpen tømmer gassen. Brennstoffnivået stiger, og flottøren lukker på nytt kanalen 22 (eller 12).

Under normale omstendigheter holder denne mekanisme brennstof f nivået i optimal stilling. Dersom gassmengden i pumpehuset stiger raskere enn hastigheten væskeringpumpen tømmer gassene med (f.eks. når en tank er tom), faller brennstoffnivået og således også flottøren i pumpehuset.

I det første tilfelle åpner dette kanalen 22 (eller innsugningsrøret 12). Dersom flottøren nærmer seg sin nederste stilling, lukker imidlertid ventilen 14 forbindelseskanalen 25 til servoventilen. Trykket i ventilkammeret 24 bygger seg opp på grunn av forbindelseskanalen 23 inntil det er likt trykket i trykkammeret, og fjæren skyver ventilen mot sitt ventilsete. Servoventilen lukker herved trykkanalen, og pumpens strømningsmengde faller til null. Brennstoffet som blir tilbake i pumpehuset benyttes nå kun som fyllevæske for væskeringpumpen, som ved full kapasitet tømmer gassene som befinner seg i pumpehuset. I versjonen med "dampgjenvinning" har en lukket servoventil til følge at gassinnsugningskanalen lukkes av proporsjonalstyre-ventilen, slik at den fulle sugekapasitet av væskeringpumpen er tilgjengelig for selvfylling av den

hydrodynamiske pumpe.

Etter f.eks. fylling av en tom (nedgravet) tank, må luften i innsugningskanalen mellom tanken og pumpen måtte tømmes. Væskeringpumpen gjør dette med stor hastighet. Når brennstoffet på nytt når pumpehuset bringer det flottøren til å stige, noe som via ventilen 14 på nytt åpner servoventilen slik at pumpen igjen begynner å levere.

Selv om pumpen som utgjør oppfinnelsens gjenstand kan ha ett eller to pumpeutløp, som hvert er forsynt med en servoventil og tilbehør, er det for å forenkle tekst bare beskrevet et pumpeutløp og dettes bestanddeler og funksjon.

I beskrivelsen er en væskeringpumpe benyttet som vakuumpumpe. Dette har den fordel at konstruksjonen ikke behøver å ha noen bestanddeler som har f riks jonskontakt og at hele enheten kan gjøres ganske enkel og kompakt. Brennstoff som skal pumpes benyttes som fyllevæske for væskeringpumpen.

Imidlertid kan enhver annen vakuumpumpe benyttes da kombi-nasjonen av avgassing av brennstoffet under undertrykk, den integrerte dampgjenvinning og selvfyllingen ikke er avhengig av type vakuumpumpe.

I den foregående beskrivelse er den hydrodynamiske pumpe ifølge oppfinnelsen vist som en sentrifugalpumpe. Imidlertid kan enhver annen hydrodynamisk pumpe, såsom en aksialrotorpumpe, også benyttes. I forbindelse med foreliggende søknad henspeiler ordet "hydrodynamisk" på dannelsen og bruken av et kraftfelt for å oppnå pumpe-virkningen og må ses i kontrast til "hydrostatisk", hvor avgrensede fluidvolumer som er adskilt fra strømmen, transporteres fra et første miljø til et annet miljø som vanligvis har høyere trykk enn det første miljø.

Claims (14)

1. Pumpeanordning for relativt flyktig kjøretøybrenn-stoff, omfattende et lukket pumpehus som har et innløp forbundet med et brennstof f tilf ørselsreservoar og i det minste ett avløp forbundet med en leveringsinnretning i en fyllestasjon for kjøretøybrennstof f, en brennstof f pumpe (1,2) med et brennstoffinnløp som trekker fra det indre av pumpehuset og et trykkutløp (3) som er forbundet med avløpet, karakterisert ved en gasspumpe (7) som har et gassinnløp (12) som trekker fra pumpehuset på et høyt nivå og et gassutløp (16) som munner ut på utsiden av pumpehuset, hvor brennstof f pumpen er en hydrodynamisk pumpe såsom en sentrifugalpumpe, og hvor midler er anordnet for å deaktivere gasspumpen når brennstoffnivået stiger til et andre høyt nivå som ligger under nevnte første høye nivå.

2. Pumpeanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den hydrodynamiske pumpe (1,2) er montert i pumpehuset og at dennes brenn-stoffinnløp er anordnet på et lavere nivå enn pumpehusets inntak (32).

3. Pumpeanordning ifølge krav 2, karakterisert ved at gasspumpen (7) er montert i pumpehuset.

4. Pumpeanordning ifølge kravene 2 og 3, karakterisert ved at den hydrodynamiske pumpe (1,2) og gasspumpen (7) begge omfatter i det minste én rotor som er montert på en felles aksel.

5. Pumpeanordning ifølge krav 4, karakterisert ved at den felles aksel er ført på tettende måte gjennom en vegg av pumpehuset og er roterbart forbundet med en drivaksel av en elektromotor anordnet på utsiden av pumpehuset.

6. Pumpeanordning ifølge 5, karakterisert ved at elektromotoren er montert på pumpehuset.

7. Pumpeanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at gasspumpen er en væskeringpumpe (7).

8. Pumpeanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det mellom trykkut-løpet (3) av brennstof f pumpen (1,2) og hvert avløp fra pumpehuset er anordnet en servoventil (4) som omfatter et ventillegeme (11) som er anordnet bevegelig i et kammer (24) , en fjær som tvinger ventillegemet (11) til kontakt med et ventilsete (8) , og at det er anordnet en kontroll-kanal (25) som forbinder kammeret (24) med et høyere nivå av pumpehuset slik at når kammeret (24) er forbundet med et undertrykk via kontrollkanalen (25), beveges ventillegemet (11) bort fra ventilsetet (8) mot virkningen av fjæren, samt at en elektrisk betjent styreventil (26), som vanligvis er lukket, er anordnet i kontrollkanalen (25).

9. Pumpeanordning ifølge krav 8, karakterisert ved at kontrollkanalen (25) er anordnet i en normalt åpen ventil (14) som aktiveres av en flottør (15) montert i pumpehuset, hvilken ventil (14) lukker kontrollkanalen (25) når flottøren (15) faller under et forutbestemt nivå.

10. Pumpeanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det i gasspumpens (7) gassinnløp (12) er anordnet en normalt åpen ventil (14) som aktiveres av en flottør (15) montert i pumpehuset, hvilken ventil (14) lukker gassinnløpet (12) når flottøren (15) stiger over et forutbestemt nivå.

11. Pumpeanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at gassutløpet (16) munner ut i et reservoar (17) som er forsynt med en drena-sjekanal (19) som er forbundet med pumpehuset og i hvilken det er anordnet en normalt lukket ventil (21) som aktiveres av en flottør (20) montert i reservoaret, hvilken ventil (21) åpner drenasjekanalen (19) når flottøren (20) stiger over et forutbestemt nivå.

12. Pumpeanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at en innsugningskanal (28) som er forbundet med gassinnløpet (12), strekker seg til en posisjon nær leveringsinnretningen.

13. Pumpeanordning ifølge krav 12, karakterisert ved at leveringsinnretningen er forbundet ved hjelp av en slange til pumpehusets avløp og at innsugningskanalen (28) strekker seg gjennom slangen.

14. Pumpeanordning ifølge et av kravene 7-13, karakterisert ved at den omfatter en smal forbindelseskanal (22) mellom trykkutløpet av den hydrodynamiske pumpe (1,2) og pumpekammeret (3) av væskeringpumpen (7) .