專利名稱：汽車油箱內(nèi)低溫燃料的充注/提取裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于將處于氣態(tài)和液態(tài)的低溫燃料注入油箱或從油箱提出的裝置，它有一調(diào)節(jié)器和一根充注/提取導(dǎo)管。
這種類型的油箱是真空隔熱的儲存容器，其中儲存低溫液化氣(低溫介質(zhì))。液化氣使用于固定式燃燒設(shè)備或汽車上，它們用燃料如氫或甲烷運(yùn)行。燃料低溫液化，以便以高的儲存密度存儲在這種油箱內(nèi)。
低溫液化燃料通過熱滲透被加熱，這種熱滲透穿過真空隔熱裝置、內(nèi)罐吊掛和內(nèi)罐的導(dǎo)管進(jìn)入。由于這種加熱使部分液化燃料汽化，從而提高了油箱的內(nèi)壓。其結(jié)果是在達(dá)到為此所確定的壓力水平時最終導(dǎo)致起動油箱安全閥。油箱安全閥防止破壞油箱，由于過壓會造成這種破壞。為了預(yù)防在汽車運(yùn)行期間起動油箱安全閥，試圖將油箱的內(nèi)壓降到一個非危急的水平。
為了降低油箱的內(nèi)壓，已知采用所謂省油器開關(guān)。此開關(guān)設(shè)兩根導(dǎo)管，通過它們此開關(guān)可釋放和閉合配屬的閥。
第一根導(dǎo)管終止在油箱上部并與氣態(tài)的燃料接觸。第二根導(dǎo)管終止在油箱下部并與液態(tài)的燃料接觸。在汽車具有一個高于規(guī)定的壓力水平的油箱內(nèi)壓運(yùn)行時，上部第一根導(dǎo)管的閥打開。從油箱取出氣態(tài)的燃料，由此達(dá)到快速降壓。
若油箱內(nèi)壓通過這種壓力下降達(dá)到了一個接近于為克服油箱與消耗器之間導(dǎo)管組件(閥、換熱器、管彎頭等)的壓力損失所需的最小工作壓力的水平時，上部第一導(dǎo)管的閥閉合，而下部的第二導(dǎo)管的閥打開。從現(xiàn)在起從油箱提取液態(tài)燃料，因此只有降低了的壓差。
這種用于保證向消耗器供應(yīng)低溫介質(zhì)的已知系統(tǒng)值得改進(jìn)。為了對它進(jìn)行控制需要一電的壓力傳感器，它可以根據(jù)壓力開關(guān)閥門。此外，需要一根上部的和一根下部的通入油箱的導(dǎo)管。這導(dǎo)致增加向油箱內(nèi)的熱滲透，因?yàn)橥饨绲臒峤?jīng)導(dǎo)管外表穿過真空隔熱裝置傳入油箱內(nèi)。
已知系統(tǒng)中的另一個問題發(fā)生在提取燃料時。若提取燃料在原本高的內(nèi)壓的情況下開始，則燃料經(jīng)上部第一導(dǎo)管進(jìn)行提取。最后在油箱內(nèi)壓下降時從通過上部導(dǎo)管的提取轉(zhuǎn)換為經(jīng)下部導(dǎo)管進(jìn)行。由此導(dǎo)致對燃料供應(yīng)的干擾，因?yàn)樵趯?dǎo)管內(nèi)起先存在的是熱的氣體，它以比較高的壓力損失流向消耗器。只有在此導(dǎo)管由于液態(tài)的提取而降溫時，才減少壓力損失以及可按規(guī)定向消耗器供應(yīng)燃料。
因此本發(fā)明的目的是按這樣的方式設(shè)計和改進(jìn)前言所提及的和在上面所介紹的裝置，即，它可以只有小量的熱滲透進(jìn)入油箱。此外值得追求的是，為了從氣態(tài)轉(zhuǎn)換到液態(tài)取消電子輔助機(jī)構(gòu)以及能按規(guī)定向消耗器供應(yīng)燃料。
按本發(fā)明此目的借助于這樣一種裝置達(dá)到，即它在油箱內(nèi)的調(diào)節(jié)器有一油箱閥以及只有充注/提取導(dǎo)管才從油箱內(nèi)部向外引出。
由于只還有一根充注/提取導(dǎo)管直接從油箱內(nèi)部向外引出，所以減少了穿過真空隔熱裝置引入油箱內(nèi)的導(dǎo)管數(shù)量。在先有技術(shù)中，在兩者都從油箱內(nèi)向外引出的上部和下部充注/提取管的地方，現(xiàn)在只還存在唯一的一根導(dǎo)管。由此可靠地降低了向油箱內(nèi)的熱滲透。
按本發(fā)明的另一項(xiàng)規(guī)定，油箱閥設(shè)在油箱下部，尤其在油箱底上，所以直至油箱的剩余液位它仍始終與液態(tài)燃料接觸。
本發(fā)明另一項(xiàng)最佳設(shè)計規(guī)定，一根在上部的和一根在下部的充注/提取管通過油箱內(nèi)的連接段與充注/提取導(dǎo)管連接。采用這種布局可經(jīng)由充注/提取導(dǎo)管從油箱按選擇通過上部充注/提取管提取氣態(tài)燃料或通過下部充注/提取管提取液態(tài)燃料。這尤其適用于在油箱閥通過下部充注/提取管與連接段連通的情況下。
按本發(fā)明的一種最佳實(shí)施形式，此連接段設(shè)計成T形。
為了從油箱提取液態(tài)和氣態(tài)燃料，有利的是，通過上部充注/提取管只提取氣態(tài)燃料，而通過下部充注/提取管只提取液態(tài)燃料。
這一方面通過設(shè)在油箱底上的油箱閥達(dá)到。所以此油箱閥直至達(dá)到油箱內(nèi)的一個剩余液位時仍與處于液態(tài)的燃料接觸。另一方面通過對上部充注/提取管作這種方式的設(shè)計也支持了這種分別提取，亦即它終止在油箱的上部區(qū)內(nèi)，在那里燃料通常處于氣相。
此外，此充注/提取裝置在流動技術(shù)上是最佳的。在油箱閥進(jìn)口與連接段之間的流動阻力與提取的最大質(zhì)量流量相匹配。由此達(dá)到在油箱閥打開時在連接段內(nèi)的壓力決不會降低到要經(jīng)上部充注/提取管提取氣體的程度。
按本發(fā)明的另一項(xiàng)規(guī)定，油箱閥是一種機(jī)械式的閥。采用機(jī)械式油箱閥使得此調(diào)節(jié)器與電子控制無關(guān)。
為使油箱閥結(jié)構(gòu)簡單，此油箱閥有一個圍繞著閥室的閥門外殼，它可通過出口與下部的充注/提取管連通，并通過可用閥蓋封閉的進(jìn)口與油箱內(nèi)腔連通。
若閥蓋彈性加載地與閥門外殼連接，則閥蓋的閉合和開啟取決于油箱的內(nèi)壓和彈性構(gòu)件的彈性力。作為彈性構(gòu)件優(yōu)先采用螺旋彈簧。
原則上可設(shè)想通過“外來氣體”調(diào)整轉(zhuǎn)換壓力。
按本發(fā)明的另一項(xiàng)設(shè)計，螺旋彈簧的彈性力可按這樣的方式調(diào)整，即，螺旋彈簧借助于一個螺柱預(yù)緊。由此可將彈性力調(diào)整為一個所要求的轉(zhuǎn)換壓力。
為了防止油箱因過壓而受損，按一種最佳實(shí)施形式在油箱外設(shè)一安全閥，它連接在充注/提取導(dǎo)管上。
若充注/提取導(dǎo)管在油箱外有一個充注閥，則油箱可通過此充注閥和充注/提取導(dǎo)管加燃料。
若油箱有一真空隔熱套，則在一種最佳實(shí)施形式中它通過過壓保護(hù)器防止被流出的燃料損壞。
下面借助于只表示了一種實(shí)施例的附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。在附圖中表示

圖1#按本發(fā)明的裝置的剖切示意圖；以及圖2#按本發(fā)明的裝置的機(jī)械式閥橫截面。
圖1表示了油箱1，它由真空隔熱套2和內(nèi)部的儲罐3組成。在儲罐3底部有一機(jī)械式油箱閥4。下部的充填/提取管5從油箱閥4通到連接段6。下部充注/提取管5經(jīng)連接段6與上部充注/提取管7及充注/提取導(dǎo)管8連接。此上部的充注/提取管7以其上端7A終止在儲罐3的上部區(qū)內(nèi)。充注/提取導(dǎo)管8穿過真空隔熱套2去消耗器。在油箱1外面的充注/提取導(dǎo)管8上連接有一個安全閥9和一個充注閥10。
圖2表示機(jī)械式的油箱閥4，它裝在儲罐3的底部并穿過其壁進(jìn)入真空隔熱套2中。此油箱閥4由閥門外殼11、閥蓋12、托架13、波紋盒19和調(diào)整機(jī)構(gòu)14組成。
閥門外殼11設(shè)計為圓柱空心體，它向上有一進(jìn)口11A和朝側(cè)向有一出口11B，但向下被調(diào)整機(jī)構(gòu)14封閉。
調(diào)整機(jī)構(gòu)14由底板15、有內(nèi)螺紋的調(diào)整筒16以及螺栓17組成，螺柱17旋在調(diào)整筒16的內(nèi)螺紋中。在螺柱17上支承了一個彈簧18，彈簧的另一端支承著閥蓋12。
在調(diào)整機(jī)構(gòu)14的底板與閥蓋12之間張緊了一個圍繞著彈簧18的波紋盒19。閥蓋12在托架13中導(dǎo)引，托架在閥門外殼11的進(jìn)口11A所在區(qū)內(nèi)固定在閥門外殼11上。下部的充注/提取管5連接在閥門外殼11的側(cè)面出口11B上。
油箱閥4以這種方式安裝在油箱1的儲罐3上，即，閥門外殼11的進(jìn)口11A伸進(jìn)儲罐3內(nèi)，而調(diào)整機(jī)構(gòu)14背對閥門外殼11的一端從真空隔熱套2伸出并可接近。
下面詳細(xì)說明油箱閥4的作用方式。
在閥蓋12上既作用彈簧18的彈性力又作用存在于儲罐3中的內(nèi)壓。若彈簧18的彈性力大于儲罐3的內(nèi)壓，閥蓋12被彈簧18壓靠在托架13上處于上止點(diǎn)。因此釋放了閥門外殼11的進(jìn)口11A。但若儲罐3的內(nèi)壓大于彈簧18的彈性力，那么閥蓋12壓靠在閥門外殼11的進(jìn)口11A上處于下止點(diǎn)并將進(jìn)口關(guān)閉。
儲罐3的內(nèi)壓大于彈簧18彈性力時的那個壓力稱為轉(zhuǎn)換壓力。
彈簧18的預(yù)緊力可通過調(diào)整螺柱17增大或減小。為此，將在調(diào)整筒16內(nèi)螺紋中的螺柱17向上或向下運(yùn)動。
下面說明用于低溫燃料箱的充注/提取裝置的作用方式。
當(dāng)儲罐3的內(nèi)壓大于轉(zhuǎn)換壓力時，閥蓋12克服彈簧18的預(yù)緊力壓靠在其下止點(diǎn)上并關(guān)閉閥門外殼11的進(jìn)口11A。在這一位置只能通過上部充注/提取管7和與之相連的充注/提取導(dǎo)管8從儲罐3提取燃料。
因?yàn)樯喜砍渥?提取管7以其上端7A終止在儲罐3的上部區(qū)內(nèi)，所以通過它只能提取氣態(tài)燃料。由于提取了氣態(tài)燃料，所以迅速降低了儲罐3的內(nèi)壓。
若儲罐3的內(nèi)壓降到低于轉(zhuǎn)換壓力，油箱閥4的閥蓋12被處于預(yù)緊力狀態(tài)的彈簧18從其下部位置壓到其上部位置。于是閥門外殼11的進(jìn)口11A朝儲罐3的方向打開，所以經(jīng)由油箱閥4和下部的充注/提取管5通過充注/提取導(dǎo)管8可從儲罐3提取液態(tài)燃料。
在油箱閥4的進(jìn)口11A與連接段6之間的流動阻力調(diào)諧在消耗器最大的提取質(zhì)量流量上。由此達(dá)到，在提取液態(tài)燃料時，直至儲罐3的最低液位，在連接段6內(nèi)的壓力決不會下降到要通過上部充注/提取管7提取氣體的程度。因此一旦打開油箱閥4便只提取液態(tài)燃料。就此而言這是有決定性意義的，因?yàn)槿衾^續(xù)提取氣態(tài)燃料儲罐3的內(nèi)壓會迅速降低到要求的最小工作壓力之下，而此最小工作壓力是為了克服在儲罐3與消耗器之間的導(dǎo)管組件(閥、換熱器、管彎頭等)的壓力損失所需要的。
若由于外界的熱滲透使儲罐3的內(nèi)壓上升到重新超過轉(zhuǎn)換壓力，則油箱閥4通過閥蓋12從其上部位置壓到其下部位置而關(guān)閉。
在這種情況下，在油箱閥4內(nèi)流動阻力的顯著提高足以開始從儲罐3提取氣體并因而使壓力下降。因?yàn)椴恍枰芊獾仃P(guān)閉油箱閥3，所以油箱閥可以是一種簡單和牢固的結(jié)構(gòu)方式。
按本發(fā)明的低溫燃料箱用的充注/提取裝置還可以為儲罐3加燃料。
通過油箱內(nèi)剩余的量與相應(yīng)地預(yù)調(diào)后添加的燃料量良好混合，可達(dá)到在充注后儲罐3內(nèi)的沸騰壓力與油箱閥4的轉(zhuǎn)換壓力一致。
在這里儲罐3通過閥10和充注/提取導(dǎo)管8加注預(yù)調(diào)的燃料。
若在充注過程中儲罐3內(nèi)的沸騰壓力高于轉(zhuǎn)換壓力，則必須首先冷卻在儲罐3內(nèi)的氣相并冷凝。當(dāng)儲罐3中的內(nèi)壓高于轉(zhuǎn)換壓力時油箱閥4關(guān)閉，所以用預(yù)調(diào)的低溫液化燃料充注只通過上部的充注/提取管7進(jìn)行。此低溫的液化燃料冷卻氣相并使之冷凝。
若在充注過程中儲罐3中的內(nèi)壓降低到了所期望的轉(zhuǎn)換壓力以下，則油箱閥4打開。從現(xiàn)在起，預(yù)調(diào)的低溫液化燃料既通過下部的也通過上部的充注/提取管5、7引入儲罐3。由此做到了在儲罐3內(nèi)的剩余液體與加注的液體燃料附加地攪拌。因此在加燃料結(jié)束時在儲罐內(nèi)形成一個與油箱閥4的轉(zhuǎn)換壓力一致的沸騰壓力。
若在充注過程中儲罐3內(nèi)的沸騰壓力低于轉(zhuǎn)換壓力，則必須通過加燃料來加熱剩余的液體并除此之外使氣相冷凝。當(dāng)儲罐3的內(nèi)壓低于轉(zhuǎn)換壓力時油箱閥4打開。此儲罐既通過上部的也通過下部的充注/提取管7或5充注。在儲罐3內(nèi)的剩余液體與加入的液體燃料混合并加熱，而氣相被加入的液體燃料冷凝。若在充注過程中儲罐3的內(nèi)壓提高到超過轉(zhuǎn)換壓力，則油箱閥4關(guān)閉，以及只通過上部的充注/提取管7進(jìn)行充注。通過油箱閥4的打開和關(guān)閉，做到在加燃料結(jié)束時在儲罐3內(nèi)形成期望的內(nèi)壓。
此外，若充注/提取導(dǎo)管8與上部的充注/提取管7連接，則適用于作為儲罐3安全閥9的導(dǎo)入管。它們不可關(guān)閉地與儲罐3的氣腔連接，并因而在儲罐3與設(shè)在充注/提取導(dǎo)管8下游的安全閥9之間建立直接的連接。油箱閥4的轉(zhuǎn)換壓力設(shè)計為明顯地小于安全閥的起動壓力。由此保證在安全閥9起動時油箱閥4是關(guān)閉的，并因而僅僅通過上部的充注/提取管7和充注/提取導(dǎo)管8從儲罐3輸出氣態(tài)燃料。此外，油箱閥4簡單的結(jié)構(gòu)方式還防止閥蓋12被卡死在其上部位置。由此保證油箱閥4無可指摘地關(guān)閉。而且這還導(dǎo)致在安全閥起動時只提取氣態(tài)燃料。
此外，油箱閥4的結(jié)構(gòu)還包括為保證儲罐3安全的故障自動保險功能。當(dāng)彈簧18折斷時，閥蓋12被儲罐3的內(nèi)壓壓在其下部位置。油箱閥4關(guān)閉。按在高壓氣體容器中的常規(guī)，油箱1的安全閥在可能的起動狀態(tài)下只是與氣相連接。當(dāng)真空隔熱套2真空度被破壞時油箱閥4的轉(zhuǎn)換壓力提高1bar。不過此新的轉(zhuǎn)換壓力仍始終低于安全閥9的起動壓力，所以在這種情況下當(dāng)安全閥9在更高的轉(zhuǎn)換壓力下起動時油箱閥4也是關(guān)閉的。對于油箱閥4假定的最大故障是波紋盒19漏泄。在這種情況下燃料會進(jìn)入油箱的真空隔熱套2內(nèi)。針對這種情況設(shè)真空隔熱套2的過壓保護(hù)器20，將儲罐3的內(nèi)存物排到周圍環(huán)境中去，不使壓力危險地增高。
權(quán)利要求
1.用于將處于氣態(tài)和液態(tài)的低溫燃料注入油箱(1)內(nèi)或從油箱(1)取出的裝置，它有一調(diào)節(jié)器和一根充注/提取導(dǎo)管(8)，其特征為在油箱(1)內(nèi)的調(diào)節(jié)器有一油箱閥(4)，以及只有充注/提取導(dǎo)管(8)才從油箱(1)內(nèi)向外引出。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征為油箱閥(4)裝在油箱(1)底上。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征為油箱(1)有一根在上部的充注/提取管(7)和一根在下部的充注/提取管(5)，它們通過連接段(6)與充注/提取導(dǎo)管(8)連接。
4.按照權(quán)利要求3所述的裝置，其特征為連接段(6)設(shè)計為T形。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的裝置，其特征為油箱閥(4)通過下部的充注/提取管(5)與連接段(6)連接。
6.按照權(quán)利要求3至5之一所述的裝置，其特征為上部的充注/提取管(7)的上端(7A)終止在油箱(1)上部區(qū)內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的裝置，其特征為油箱閥(4)是一個機(jī)械式閥。
8.按照權(quán)利要求7所述的裝置，其特征為油箱閥(4)有一個圍繞著閥室并有進(jìn)口(11A)和出口(11B)的閥門外殼(11)，它的出口(11B)與下部的充注/提取管(5)連通，以及它的進(jìn)口(11A)朝油箱(1)內(nèi)部的方向開口。
9.按照權(quán)利要求7或8所述的裝置，其特征為油箱閥(4)有一閥蓋(12)。
10.按照權(quán)利要求9所述的裝置，其特征為閥蓋(12)彈簧加載地與閥門外殼(11)連接。
11.按照權(quán)利要求10所述的裝置，其特征為閥蓋(12)借助于一個螺旋彈簧(18)與油箱閥(4)的閥門外殼(11)連接。
12.按照權(quán)利要求11所述的裝置，其特征為螺旋彈簧(18)可借助于螺柱(17)預(yù)緊至一個所要求的轉(zhuǎn)換壓力。
13.按照權(quán)利要求1至12之一所述的裝置，其特征為充注/提取導(dǎo)管(8)在油箱(1)外有一安全閥(9)。
14.按照權(quán)利要求1至13之一所述的裝置，其特征為充注/提取導(dǎo)管(8)在油箱(1)外有一充注閥(10)。
15.按照權(quán)利要求1至14之一所述的裝置，其特征為油箱(1)有一隔熱套(2)，它設(shè)有一過壓保護(hù)器(20)。
全文摘要
圖示和說明了一種用于將處于氣態(tài)和液態(tài)的低溫燃料注入油箱(1)內(nèi)或從油箱(1)取出的裝置,它有一調(diào)節(jié)器和一根充注/提取導(dǎo)管。為了避免使用控制閥用的附加的電氣元件以及減少熱滲透,規(guī)定,油箱(1)內(nèi)的調(diào)節(jié)器有一機(jī)械式油箱閥(4);以及,只有唯一的一根充注/提取導(dǎo)管(8)從油箱(1)內(nèi)向外引出。
文檔編號F17C5/06GK1255597SQ9912439
公開日2000年6月7日 申請日期1999年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月28日
發(fā)明者邁克爾·馬歇爾, 約阿希姆·克呂爾 申請人:梅塞爾·格里斯海姆有限公司