具有循環系統的流體分配單元和用於使流體在流體分配單元中循環的方法

2023-04-28 05:00:31

專利名稱：具有循環系統的流體分配單元和用於使流體在流體分配單元中循環的方法
技術領域：
本發明涉及能夠使流體循環的分配單元和用於使流體循環的方法。
背景技術：
目前，柴油供能車輛造成了通常稱作NOx的氮氧化物的大量排放。NOx排放物對環境有害，暗示著使用了若干技術以便試圖減少這些排放物 。用於減少有害的NOx排放物的量的一種技術是選擇性催化還原(SCR)。SCR的基本構思是將NOxR換成無害的雙原子氮(N2)和水(H2O)。使用添加到催化劑的還原劑，能夠進行該反應。可以使用諸如無水氨、氨水或尿素的若干種還原劑。目前，確立了在柴油供能車輛中使用SCR還原劑的標準。所用的還原劑為具有32. 5%的尿素濃度的尿素水溶液。該溶液被稱作AUS32。為了獲得正確的濃度，尿素與去礦質水混合。當柴油發動機運行時，AUS32在之前或在催化轉換器中以對應於3%_5%柴油消耗的量添加到排氣流中。當AUS32添加到柴油發動機的排氣流時，發動機可以更劇烈地運轉，而不會生成更多的NOx排放物。在歐洲，AUS32通常在AdBlue 的商標下銷售，而在北美，AUS32的商品名稱為Diesel Exhaust Fluid 或 DEF0AUS32通常可以在世界各地的服務站獲得。為了在柴油供能車輛的用於此用途的(therefore intended)箱中再填充AUS32,使用了各種種類的分配器。然而，存在著與AUS32的再填充和儲存相關的若干問題。例如，AUS32流體在遇到空氣時即在變幹時將容易結晶。這暗示著晶體將開始累積在噴嘴處及未被緊密密封隔離空氣的分配器的其它部件處。這實際上意味著導致減小流動的堵塞將成為問題。AUS32在分配器中遇到的另一個更加嚴重的問題是由於流體的凍結引起的結晶。AUS32流體將在-7°C開始結晶，形成軟泥(slush)。在-11°C，流體將凍結而形成固體。一旦溫度降到低於_7°C，控制受到AUS32流體影響的分配器的部件的環境是至關重要的。用於對抗流體凍結的常用解決方案是將分配器的受到流體影響的所有部件放置在受控制的受熱環境中。該解決方案使得再填充對於使用者而言變得顯著更加複雜，因為再填充軟管和噴嘴實際上必須放置在熱櫃(heated cabinet)或類似物中。在再填充過程中，使用者因而必須在能夠再填充他/她的車輛的AUS箱之前打開該櫃。一旦完成，使用者必須閉合該櫃，以便不招致再填充軟管中的流體將凍結的風險。如果在再填充過程之後並未充分地閉合該櫃，那麼再填充軟管和噴嘴中的流體可能凍結，使得分配器對於下一使用者而言是無用的。熱櫃的使用確實也帶來了大量的能量消耗，特別是當該櫃在再填充過程之後未被充分閉合時。AUS32也常常在罐中銷售。通過提供罐中的AUS32，能夠防止流體在儲存期間凍結，例如通過將罐儲存在受控環境中，如在服務站內。填充了 AUS32的罐的使用帶來了不同的問題。使用者例如將必須手動地打開罐並隨後將AUS32流體傾倒至車輛的用於此用途的箱中。這意味著在再填充期間存在著溢出AUS32的重大風險。

發明內容
本發明的一個目的是提供上述技術和現有技術的改進。一個特定目的是提供具有用於對抗流體結晶的循環系統的分配單元。通過根據相應獨立權利要求的分配單元和用於使流體在分配單元中循環的方法，實現了根據本發明的下列描述將顯而易見的這些和其它目的以及優點。優選實施例限定於從屬權利要求中。因此，提供了一種分配單元，其包括用於使流體在分配單元中循環的循環系統。該循環系統包括循環迴路和用於使流體在該循環迴路中循環的裝置，使得所述流體對抗結 晶。本發明的分配單元是有利的，因為流體在分配單元中循環，意味著對抗流體的結晶。這繼而意味著使用者將不會遇到汙染或堵塞的噴嘴的任何問題或至少減少的問題。另夕卜，從分配器排除了由於堵塞引起的減小流動的風險。分配單元的循環系統可包括用於加熱流體的加熱元件，這是有利的，因為流體對抗凍結。分配單元的循環迴路可包括具有同軸設置的流體通道的軟管。這意味著可使用標準軟管布置使流體在軟管和同軸設置的流體通道中循環。循環系統還可包括閥，在流體通過軟管和流動通道循環時，該閥控制流體，這是有利的，因為可通過切換該閥來控制流體循環。循環系統還可包括量塊，在流體通過所述軟管和所述流體通道循環時，該量塊控制所述流體，這導致軟管和流體通道中的循環能以簡單且高效的方式進行。循環系統可包括具有噴嘴的軟管和噴嘴保護罩，這是有利的，因為在使流體循環時，噴嘴可放置於噴嘴保護罩中。分配單元的噴嘴在插入噴嘴保護罩中時可適於獲得與噴嘴保護罩流體連通的防洩漏連接。這是實現噴嘴與噴嘴保護罩之間的防洩漏流體連通的簡單方式。循環迴路還可包括連接到噴嘴保護罩的管，這是有利的，因為流體可通過噴嘴保護罩和管而循環。循環系統還可包括適於保持流體的儲器，儲器可連接到循環迴路，這是有利的，因為流體可從儲器提取並在循環後返回到儲器。加熱元件可位於循環系統中，這導致流體可在循環期間被加熱。這意味著在循環期間，流體可容易地被加熱和/或維持在高溫。加熱元件可位於儲器中，這是有利的，因為儲器中的流體可被加熱，這使得具有高溫的流體可在循環系統中循環。加熱元件可包括熱纜線，這導致可以使用標準的構件以簡單且具成本效益的方式來加熱流體。用於使流體在分配單元中循環的裝置可包括泵，這是有利的，因為可使用具成本效益的標準解決方案來有效地使流體循環。
循環系統還可包括連接到控制單元的溫度傳感器，控制單元控制用於使流體循環的裝置，這是有利的，因為流體可以僅僅在某些溫度條件下循環。控制單元還可控制加熱元件，這導致流體可以僅僅在某些溫度條件下被加熱。分配單元的循環系統還可包括用於測量循環流體量的裝置，這是有利的，因為可以容易地檢測到洩漏和其它操作幹擾。分配單元的流體可以是尿素水溶液，這導致分配單元可用於再填充具有專用於尿素水溶液的箱的車輛。循環系統的至少一部分可以是絕熱的，這是有利的，因為當加熱流體時可顯著地降低能量消耗。根據本發明的另一方面，提供了用於使流體在具有循環系統的分配單元中循環的方法。該方法包括藉助於泵而使流體在循環系統的循環迴路中循環。通過這樣做，可以對 抗流體結晶。該方法還包括以下步驟藉助於循環系統中的加熱元件來加熱流體，這是有利的，因為流體可被加熱和/或維持在高溫。應當注意到，本發明的方法可併入上文結合本發明的分配單元所述的特徵中的任何特徵，並且具有相同的對應優點。


現在將參照所附示意圖以示例的方式描述本發明的實施例，附圖顯示了作為非限制性示例給出的本發明的目前優選實施例的示例。圖I為根據本發明的第一方面的分配單元的示意正視圖。圖2a為根據本發明的一個實施例的分配單元的截面圖，其中使用閥來控制流體的循環。圖3為顯示了通過使用量塊(gauge block)來控制流體循環的實施例的示意細節圖。圖4為根據本發明的一個實施例的分配單元的截面圖，其中使用返回管來控制流體的循環。圖5為根據本發明的一個實施例的絕熱軟管的示意細節圖。圖6為示出了根據本發明的一個實施例的如何在儲器中布置熱纜線的示意細節圖。圖7為根據本發明的一個實施例的分配單元的截面圖，其中從地下流體儲器提取流體。圖8為示出了根據本發明的第二方面的方法的框圖。
具體實施例方式圖I顯示了分配單元1，在分配單元I的每個相對側上具有多個軟管儲存空間2。對於諸如汽油、柴油和尿素水溶液(AUS)的不同流體，提供了不同的再填充軟管3。包含用於分配單元I的電子器件的電氣櫃4設於液壓櫃5的頂部上。液壓櫃5包含流體分配裝置(未圖示)，例如流體計量裝置、閥、管路等。多個軟管儲存空間布置在豎直延伸的柱6中。分配單元I連接到保持不同流體的多個儲器(未圖示)。保持不同燃料(例如汽油或柴油)的儲器通常位於地下。保持AUS的儲器通常位於液壓櫃5中，但是也可位於地下。當分配流體時，藉助於位於液壓櫃5中的泵從其中一個儲器抽吸流體並經由其中一個再填充軟管3從那裡抽吸到柱6且從噴嘴出來。當分配單元I不用於分配任何流體時，所有再填充軟管3位於它們相應的軟管儲存空間2中。圖2示出了本發明的分配單元I內部的部件。分配單元包括用於分配AUS及使AUS循環的系統7。現在將更加詳細地描述系統7的功能和構造。在該描述中省略了用於分配AUS之外的其它流體的系統，儘管存在於分配單元I中。處於AUS形式的流體儲存在位於液壓櫃5中的儲器8中。結合測量裝置(未圖示)採用的泵9用於從儲器8抽吸流體，將其傳遞到包括軟管10的管道系統中。當再填充箱時，軟管10用於將流體傳遞到噴嘴11，該噴嘴繼而用於將流體傳遞到車輛的箱中。噴嘴11在不用於再填充車輛的箱時放直在嗔嘴保護罩(boot) 12中。嗔嘴保護罩12為能夠接納和/或保持噴嘴11的任何裝置。噴嘴保護罩12的大小和形狀取決於相關的噴嘴11的大小和形狀。另外，軟管具有處於具有更小直徑的軟管的形式的同軸設置的流體通道13。流 體通道13用於在噴嘴11不用於再填充車輛的箱且因此放置於噴嘴保護罩12中時使流體返回到泵9的吸入側。為了檢測噴嘴11是否放置於噴嘴保護罩12中，使用了傳感器14。當傳感器14檢測到噴嘴11恰當地放置於噴嘴保護罩12中時，傳感器指示可以允許流體的循環。為了執行流體循環，閥15需要從打開狀態切換到閉合狀態。用語「打開狀態」是指閥15將使從泵9傳遞來的任何流體繼續從噴嘴11出來的狀態。用語「閉合狀態」是指在起動泵時閥15將把從泵9傳遞來的任何流體引導至流動通道13中且因此使流體返回到泵9的吸入側的狀態。當閥15處於閉合狀態時，可以起動泵9，意味著流體將開始從泵9循環通過軟管10，且在流動通道13中返回到泵9。換而言之，軟管10和流體通道13構成循環迴路。因此，對抗流體結晶。為了以更加複雜的方式控制流體的循環，分配單元I的系統7包括額外的構件。加熱元件16設於軟管10處。加熱元件16是纏繞著軟管10的電力供能的熱纜線。另外，加熱元件16由連接到溫度傳感器18的控制單元17進行控制。由溫度傳感器18測量軟管10中的流體的溫度。當溫度降到低於預定水平時，控制單元17將激活加熱元件16。然後在加熱過程中使流體循環，意味著對抗流體凍結。泵9也由控制單元17控制。供給至加熱元件16的功率由控制單元17控制，使得在循環過程中流體維持在較高的預定溫度。為了對抗儲器8中的流體凍結，使用單獨的加熱元件(未圖示)將液壓櫃5維持在高溫。在循環過程中使用流量計19，以便檢測在流體管道13中返回的流體的量。由於泵9結合測量裝置而採用，因而可以使用來自流量計19的信號以檢測循環過程中的洩漏。為了檢測洩漏，將由泵9的測量裝置檢測的流體流量與由流量計19檢測的流體流量進行比較。如果存在測量流量上的差異，則這是洩漏的跡象。一旦檢測到洩漏，流體的循環就停止。通過這樣做，能夠在洩漏的情況下阻礙該流體流出。現在參照圖3。為了使燃料從噴嘴11返回到流體通道13，將量塊20放置在噴嘴保護罩中。當使用量塊20時，省略了圖2的閥15。量塊20具體地設計成獲得圍繞噴嘴11的外周邊的防洩漏裝配，使得軟管10和流體通道11之間的流體連通成為可能。當操作泵9時，流體將藉助於量塊20從軟管10經由噴嘴11流回到流體通道13中，意味著軟管10和流體通道13構成循環迴路。而且，當使用量塊時，傳感器14用於檢測噴嘴11放置在噴嘴保護罩12中。然後以上文結合圖2所述的相同方式來執行循環過程，即，當操作泵9時，流體將在軟管10中流動並藉助於量塊20返回到流體通道13中的泵9。圖4示出了如何使用單獨的管21將流體引導回到泵9的吸入側。在圖4中使用的噴嘴11具體地設計成獲得與噴嘴保護罩12的防洩漏連接，經由噴嘴保護罩12而使軟管10與管21之間的燃料連通成為可能。在該實施例中，軟管10和管21構成循環迴路。以上文結合圖2所述的相同方式來執行循環過程。圖5顯示了根據可選實施例的軟管10。軟管10由絕熱材料22覆蓋。引入絕熱材 料22的目的是減少能量消耗。絕熱軟管將向周圍洩漏更少的熱量，意味著需要使用更少的功率，以便將流體維持在預定溫度。圖6顯示了加熱元件16放置在儲器8中的可選實施例。通過將加熱元件16放置於儲器8中，可以不需要將額外的加熱施加至液壓櫃5。在該實施例中，需要流體從流體通道13或管21的返回，以供給回到儲器8。圖7示出了流體儲存在地下儲器(未圖示)中的可選實施例。通過將流體儲存於地下儲器中，儲器中的流體通常被防止凍結。僅僅經由噴嘴11和泵9而在軟管10和流體通道13中循環的流體需要被加熱並維持在高溫，以便對抗凍結。下面，將描述根據本發明的第二方面的方法。在圖8中示意性地示出了該方法。在方法100的第一步，使用泵而使流體在循環迴路中循環。通過使流體在循環迴路中循環，從而對抗流體結晶。在圖8中的方法的第二任選步驟200中，使用加熱元件來加熱流體。通過在循環期間加熱流體，從而對抗流體凍結。本領域技術人員將認識到，在限定於所附權利要求中的本發明的範圍內，可設想到本文所述的本發明的實施例的大量修改。例如，可以使用本發明的分配單元來分配任何流體。自然，有可能分配除了 AUS之外的其它還原劑，諸如無水氨或氨水。例如，用於分配AUS及使AUS循環的系統7可以使用各種構件以許多不同方式來實施。軟管10可以至少部分地由在液壓櫃5之外或之內包括導管或管路的導管布置來替換，這些導管或管路中的一些在不需要柔性的情況下可以是剛性的。這些導管或管路可由任何合適的材料製成，諸如金屬、塑料、橡膠或陶瓷。對於不同的再填充軟管3，用於使流體循環的若干循環迴路可用在相同的分配單元I內。例如，可以提供僅僅具有用於分配AUS及使AUS循環的一個或若干個系統的分配單元I。這意味著在該具體實施例中在分配單元I中並不存在用於分配諸如汽油或柴油的其它流體的裝置。例如可以更改並調適液壓櫃5的大小和形狀，以能夠保持具有不同大小和形狀的儲器8。例如，液壓櫃5可以更寬以保持更大的儲器8，而無須顯著地改變分配單元I的設計。可在分配單元I中使用能夠分配流體及使流體循環的任何類型的泵9。合適的泵類型包括排量泵、浮力泵、衝擊式泵和速度泵。例如，可以使用任何類型的合適傳感器14，以便檢測噴嘴11是否放置在噴嘴保護罩12中。合適的傳感器類型包括光學傳感器、電容傳感器、磁性傳感器以及霍爾效應傳感器。例如，還有可能機械地檢測噴嘴11是否放置於噴嘴保護罩12中。噴嘴11可包括機械切換裝置，當噴嘴11插入噴嘴保護罩12中時，該機械切換裝置切換閥15。例如，這可通過將槓桿連接到閥15來執行，當噴嘴11插入噴嘴保護罩12中時，該槓桿被按到閥15上。加熱元件16例如可以是產生足夠熱量用於加熱流體的任何種類的元件。例如可成功地使用各種種類的浸沒式加熱器和電散熱器。例如，可以使用任何種類的燃料供能的加熱元件16來加熱流體。另外，由加熱元件16產生的熱例如可以使用受熱空氣或氣體來傳遞。為了改進熱傳遞，例如可以使用形成強制流的一個或若干風扇。例如，加熱元件16可放置在上文所述位置之外的各種位置。加熱元件可放置在軟管10、流體通道13、管21或者泵9內。也有可能將加熱元件16放置在循環迴路的任何構件附近。換而言之，有可能將加熱元件放置於在循環過程中使用的任一構件附近或內部。
例如，可以使用若干不同的策略來控制加熱元件16。有可能將功率切換至加熱元件16，意味著以一定間隔操作加熱元件16。通過控制間隔的時機，可以控制供給至加熱元件16的平均功率。例如，也有可能控制供給至加熱元件的電壓，意味著功率可以被控制。當加熱元件16放置於軟管10處時，如圖2或圖4所示的那樣，儲器8中的流體也可對抗凍結。為了在此情況下實現期望的抗凍結效果，流體通道13或管21需要供給回到儲器8，如上文結合圖6所述的那樣。也有可能將來自流體通道13或管21的流體直接引導回到地下儲器。而且，地下儲器的使用自然可用於圖2、圖3和圖4的實施例。而且，溫度傳感器18可放置在有可能測量流體溫度的任何合適位置。這意味著溫度傳感器可放置於在循環過程中與流體接觸的任一部件附近或內部。例如，有可能使用各種類型的流量計19來測量流體通道13或管21中的流量。流量計19包括機械的、基於壓力的、光學的、熱質量、渦流、科裡奧利、磁性的以及超聲的流量計。例如，量塊20可使用不同的材料精製成各種形狀。例如，可以使用不同的策略來執行循環過程。當分配單元I不用於填充車輛箱時，可以連續地執行循環過程。也有可能以預定間隔或者根據諸如溫度、溼度和風速的外部條件的間隔來進行循環過程。另一方案是使用從前次使用分配單元I起的時間來測量，並且，如果該時間超過預定的時限，則開始循環過程。而且，可以相對於外部條件來調適時限。返回管21例如可由諸如金屬、塑料或陶瓷的任何合適材料製成。另外，結合管21使用的噴嘴11和噴嘴保護罩12例如可以結合自閉閥而採用，意味著獲得無溢出系統。換而言之，一旦噴嘴11從噴嘴保護罩移除，則噴嘴11和噴嘴保護罩12中的閥將會閉合，意味著在噴嘴11或噴嘴保護罩12處不會發生溢出。例如，絕熱材料22可由諸如玻璃棉、石棉、玻璃纖維、微孔塑料或EPDM泡沫的任何合適材料製成。
權利要求
1.一種分配(I)單元，其具有用於使流體在所述分配單元(I)中循環的循環系統(7)，所述循環系統(7)包括 循環迴路，以及 用於使所述流體在所述循環迴路中循環的裝置(9)， 使得所述流體對抗結晶。
2.根據權利要求I所述的分配單元(I)，其特徵在於，所述循環系統(7)還包括用於加熱所述流體的加熱元件(16)。
3.根據權利要求I或2所述的分配單元(I)，其特徵在於，所述循環迴路包括具有同軸設置的流體通道(13)的軟管(10)。
4.根據權利要求3所述的分配單元(I)，其特徵在於，所述循環系統(7)還包括閥(15)，當所述流體通過所述軟管(10)和所述流體通道(13)循環時，所述閥(15)控制所述流體。
5.根據權利要求3所述的分配單元(I)，其特徵在於，所述循環系統(7)還包括量塊(20)，當所述流體通過所述軟管(10)和所述流體通道(13)循環時，所述量塊(20)控制所述流體。
6.根據權利要求I所述的分配單元(I)，其特徵在於，所述循環迴路包括 包括噴嘴(11)的軟管(10)，以及 嗔嘴保護罩(12)。
7.根據權利要求6所述的分配單元(I)，其特徵在於，所述噴嘴(11)在插入所述噴嘴保護罩(12)中時適於獲得與所述噴嘴保護罩(12)流體連通的防洩漏連接。
8.根據權利要求6或7中的任一項所述的分配單位(I)，其特徵在於，所述循環迴路還包括連接到所述噴嘴保護罩(12)的管(21)。
9.根據前述權利要求中的任一項所述的分配單元(I)，其特徵在於，所述循環系統(7)還包括適於保持所述流體的儲器(8)，所述儲器(8)連接到所述循環迴路。
10.根據前述權利要求中的任一項所述的分配單元(I)，其特徵在於，所述循環系統(7)還包括連接到控制單元(17)的溫度傳感器(18)，所述控制單元(17)控制用於使所述流體循環的所述裝置(9)。
11.根據權利要求2至10中的任一項所述的分配單元(I)，其特徵在於，所述控制單元(17)還控制所述加熱元件(16)。
12.根據前述權利要求中的任一項所述的分配單元(I)，其特徵在於，所述循環系統(7)還包括用於測量循環流體量的裝置(19)。
13.根據前述權利要求中的任一項所述的分配單元(I)，其特徵在於，所述流體為尿素水溶液。
14.一種用於使流體在具有循環系統(7)的分配單元(I)中循環的方法，包括 藉助於泵(9)而使所述流體在所述循環系統(7)的循環迴路中循環(100)， 使得所述流體對抗結晶。
15.根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，還包括以下步驟 藉助於所述循環系統(7)中的加熱元件(16)來加熱(200)所述流體。
全文摘要
一種分配(1)單元，其具有用於使流體在分配單元(1)中循環的循環系統(7)。循環系統(7)包括循環迴路；以及用於使流體在循環迴路中循環的裝置(9)。通過使流體循環，從而對抗流體結晶。還提供了一種用於使流體在分配單元(1)中循環的方法。
文檔編號B67D7/02GK102725223SQ200980163273
公開日2012年10月10日 申請日期2009年11月9日 優先權日2009年11月9日
發明者B.I.拉松 申請人:德雷瑟韋恩有限公司