Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства и топливный бак, содержащий такой бачок

Авторы патента:


Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства и топливный бак, содержащий такой бачок
Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства и топливный бак, содержащий такой бачок
Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства и топливный бак, содержащий такой бачок
Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства и топливный бак, содержащий такой бачок
Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства и топливный бак, содержащий такой бачок
Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства и топливный бак, содержащий такой бачок
Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства и топливный бак, содержащий такой бачок
Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства и топливный бак, содержащий такой бачок
Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства и топливный бак, содержащий такой бачок
Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства и топливный бак, содержащий такой бачок

 


Владельцы патента RU 2476715:

МЭСТ КАРБОН ОТОМОТИВ ЛТД. (GB)

Изобретение относится к бачку для хранения паров топлива для установки на моторных транспортных средствах. Абсорбирующий бачок (30) для управления выбросами из топливного бака транспортного средства, содержащий: трубчатый первый слой адсорбента (14), патрубок топливного бака (10), продувочный патрубок (12), второй слой адсорбента (20), проточный канал (18). Первый (14) и второй (20) слои адсорбента (14) выполнены из активированного угля. Первый слой (14) имеет боковую (54) и центральную (62, 64, 66) стенки. Боковая (54) и центральная (62, 64, 66) стенки образуют внутренний канал через бачок. Патрубок топливного бака (10) сообщается с первым концом первого слоя адсорбента (14) и соединен с испарительным трубопроводом топливного бака. Продувочный патрубок (12) сообщается с первым концом первого слоя адсорбента (14) и соединен с продувочным трубопроводом двигателя. Второй слой адсорбента (20) расположен во внутреннем канале. Проточный канал (18) сообщается со вторым концом первого слоя адсорбента (16) и с первым концом второго слоя адсорбента (20) для соединения первого (14) и второго (20) слоев адсорбента последовательно. Проточный канал (18) содержит теплообменник (60). Теплообменник (60) выполнен с возможностью теплообмена между первым слоем адсорбента (16) и атмосферным воздухом. Теплообменник (60) разделен внутри перегородками (102, 104, 106, 108) для направления воздуха по извилистому пути (60a-60d) по внешней стенке первого слоя адсорбента (16). Также представлен топливный бак транспортного средства, имеющий абсорбирующий бачок. Технический результат заключается в обеспечении теплообмена между воздухом в бачке и окружающей средой. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Настоящее изобретение относится к уменьшению выбросов паров топлива в автомобилях и, в частности, к бачку для хранения паров топлива для установки на моторных транспортных средствах с этой целью, к моторному транспортному средству, на котором установлен такой бачок, и к способу управления выбросами паров топлива из топливного бака, используя такой бачок.

Топливо для моторного транспортного средства (например, автомобильный бензин) является относительно летучим, и имеется общее желание уменьшить количество паров топлива, выходящих в атмосферу. Так, во многих странах имеются законодательные акты, которые устанавливают ограничения на количество паров топлива, которое может выделяться из моторных транспортных средств. Выброс паров топлива происходит в первую очередь из-за выхода воздуха вследствие вентиляции из топливного бака (баков). Так как топливо обладает летучестью, воздух в топливном баке будет, как правило, сильно насыщен парами топлива и выход этого воздуха в атмосферу является основным источником выбросов паров топлива из моторных транспортных средств.

Имеются два основных типа выбросов паров топлива из-за выхода воздуха вследствие вентиляции из топливных баков, а именно, так называемые суточные потери от дыхания и потери при заправке топливом. Суточные потери от дыхания (также известные как «выделения»), как правило, происходят относительно медленно во времени, например, когда транспортное средство стоит на стоянке, и изменения температуры и/или давления ведут к выходу воздуха, насыщенного углеводородами, из топливного бака. Потери при заправке топливом происходят более быстро, во время заправки топливом, когда топливо вытесняет воздух из бака. И пока не будут предприняты меры по предотвращению попадания неочищенного воздуха из топливного бака в атмосферу, пары топлива уходят в атмосферу.

Известно обеспечение моторных транспортных средств бачком для хранения паров топлива для временного хранения паров топлива из топливного бака (баков), например абсорбции потерь от выделений, и при заправке топливом, если они происходят (термин «абсорбция», используемый в настоящем описании, необходимо понимать в широком смысле, так что он также включает в себя адсорбцию, если контекст не требует иного). Хранящиеся пары топлива могут затем быть извлечены из бачка для хранения паров топлива и переданы в двигатель транспортного средства для сжигания, когда транспортное средство работает. Эти бачки для хранения паров топлива часто называют «угольные бачки», т.к. в качестве абсорбирующего материала для хранения углеводородов, содержащих пары топлива, обычно используется уголь, например активированный уголь.

В системах улавливания топлива для автомобильного рынка Европы выбросы/потери при заправке топливом не имеют такого важного значения для конструкции угольного бачка, так как выбросы при заправке топливом, как правильно, не обязательно должны выпускаться через угольный бачок согласно европейскому законодательству. Однако в интегрированных системах улавливания и хранения паров топлива, например, для использования на автомобильном рынке Северной Америки, выбросы при заправке топливом выпускаются через угольный бачок, и угольные бачки для этого рынка часто должны быть способны справляться с этими происходящими значительно быстрее потерями.

Практически невозможно сделать систему топливного бака в автомобилях герметичной. Поэтому для уменьшения выброса паров топлива в атмосферу вентилирование топливного бака выполняется через бачок, содержащий подходящие абсорбирующие материалы для топлива. Гранулы активированного угля (или в форме пеллет) с большой площадью поверхности широко используются для временной абсорбции паров топлива. Таким образом, когда насыщенный топливом воздух из топливного бака выходит в окружающую среду при вентиляции, он проходит через бачок, и содержание углеводородов в воздухе уменьшается путем абсорбции в угле. Эта абсорбция паров топлива в бачке может быть названа «загрузкой». Когда двигатель транспортного средства запускается, бачок соединяется через трубопровод с впускным коллектором для воздуха двигателя. Пониженное давление во впускном коллекторе обеспечивает всасывание воздуха из атмосферы через бачок и заставляет пары топлива, сохраненные в бачке во время предыдущей фазы загрузки, отделяться от абсорбирующего материала в бачке (десорбция) и переходить в воздух, засасываемый в двигатель для горения. Это удаление хранящихся углеводородов из бачка может быть названо «продувка». Таким образом, при нормальной работе угольный бачок подвергается ряду циклов загрузки и продувки, когда пары топлива последовательно захватываются в бачке и затем высвобождаются для горения в двигателе транспортного средства.

В патенте США №6540814 раскрыты современные системы бачков, содержащие активированный уголь одинаковой емкости, причем такие системы способны захватывать и высвобождать 100 граммов паров во время цикла адсорбции и регенерации продувкой воздуха. Эти системы бачков также должны были иметь низкое сопротивление потоку, чтобы обеспечить возможность протекания большого потока вытесняемого воздуха и паров углеводородов из топливного бака во время заправки топливом. Однако были изданы законодательные акты, требующие изменения подхода, в соответствии с которым должно осуществляться управление парами. Допустимые уровни выбросов из бачков были уменьшены до таких низких значений, что основной источник выбрасываемых паров, топливный бак, больше не является первоочередной задачей для рассмотрения, поскольку современные обычные системы управления выбросами паров, очевидно, достигли высокой эффективности удаления. Теперь внимание было обращено на углеводороды, остающиеся непосредственно на угольном адсорбенте в виде остаточной примеси после этапа регенерации (продувки). Такие выбросы, которые типично происходят, когда транспортное средство было поставлено на стоянку и подверглось воздействию суточных изменений температуры в течение нескольких дней, принято называть «суточные потери от дыхания». Законодательный акт штата Калифорния, регулирующий низкий уровень выбросов транспортных средств (The California Low Emission Vehicle Regulation), делает для суточных потерь от дыхания желательным уровень выбросов из системы бачка ниже 10 мг («PZEV») для ряда транспортных средств начиная с моделей 2003 года и ниже 50 мг, типично ниже 20 мг («LEV-11») для еще большего ряда транспортных средств начиная с моделей 2004 года («PZEV» и «LEV-11» являются критериями указанного законодательного акта штата Калифорния). Раскрываемое решение предлагает бачок с последовательно соединенными первым, вторым и третьим слоями адсорбента, причем адсорбент в третьем слое или на стороне вентиляции бачка показывает сглаженную изотерму адсорбции в пересчете на объем. Эта форма изотермы была важна с точки зрения эффективности продувки по глубине слоя адсорбента. Для адсорбента с плоской изотермой адсорбции концентрация паров углеводорода, равновесная поглощенному углеводороду, по определению, уменьшается дополнительно, когда поглощенный углеводород удаляется, в сравнении с адсорбентом с изотермой с более высоким наклоном. Таким образом, когда используется такой материал в качестве адсорбирующего объема в области стороны вентиляции бачка, продувка может уменьшить концентрацию паров в области впуска для продувки до очень небольшого уровня. Так как именно пары вблизи впуска для продувки в конечном итоге выходят в виде выделений, уменьшение этой концентрации уменьшает уровень выбросов от выделений.

В патенте США №7114492 раскрывается то, что проблема выбросов за счет выделений является особенно острой в гибридных транспортных средствах. Гибридные транспортные средства сочетают бензиновый двигатель внутреннего сгорания и электрический двигатель для обеспечения лучшей экономии топлива. По оценкам, в гибридном транспортном средстве двигатель внутреннего сгорания выключен почти половину времени работы транспортного средства. Так как продувка угольного бачка происходит только во время работы двигателя внутреннего сгорания, когда извлеченные пары могут использоваться в процессе горения в двигателе, продувка угольного бачка свежим воздухом занимает менее половины времени движения гибридного транспортного средства. Таким образом, хотя гибридное транспортное средство генерирует почти такое же количество испаряющихся паров топлива, что и обычное транспортное средство, более низкая степень продувки в нем может быть недостаточной для удаления адсорбированного топлива из угольного бачка, что ведет к более высоким выбросам паров топлива за счет выделений или дыхания. Раскрытое решение предлагает бачок, имеющий первый, второй и третий слои адсорбента (третий слой адсорбента назван «скруббер» и предназначен для подачи тепла от выпускного коллектора двигателя во время фазы продувки, чтобы облегчить удаление адсорбированных углеводородов).

В международной заявке WO 2009/080127 (описание которой включено сюда посредством ссылки) рассматривается дополнительный вопрос, возникающий при использовании так называемого «гибкого» топлива, которое содержит значительное количество этанола. Этанол является очень летучим топливным веществом, имеющим сравнительно высокое давление насыщенных паров. Например, так называемое топливо Е10 (10% этанола) обладает в настоящее время самым высоким парообразованием на рынке. Это означает, что насыщение угольного бачка парами топлива из топливного бака будет чрезвычайно высоким. С другой стороны, во время нормальных режимов продувки обычного угольного бачка только некоторая процентная доля накопленных паров топлива может быть выгружена. В результате емкость поглощения паров топлива обычного угольного бачка будет исчерпана относительно быстро. Затем выбросы за счет выделений полностью загруженного угольного бачка, как правило, вырастают до значений, которые будут превышать допустимые законом. Был создан бачок для хранения и улавливания паров топлива, который дополнительно улучшен в отношении так называемых выбросов за счет выделений, т.е. который имеет улучшенную эффективность в отношении суточных потерь от дыхания, обеспечивая это с помощью относительно компактной конструкции, имеющей относительно небольшой объем угля, но при этом имеющей большую рабочую емкость. Решение предлагает бачок, имеющий, по меньшей мере, первый и второй слои адсорбента, соединенные последовательно, при этом слои отделены друг от друга барьером для диффузии в виде воздушного зазора. В частности, за счет обеспечения изоляции в виде воздушного зазора между несколькими отделениями для хранения паров или несколькими слоями для хранения паров, диффузия углеводородов в направлении низкой концентрации углеводородов, т.е. в направлении атмосферы, значительно замедляется, тем самым значительно уменьшая суточные потери от дыхания. В одном варианте осуществления устройства для хранения паров топлива, по меньшей мере, первый и второй слои адсорбента располагаются концентрично относительно друг друга, причем здесь термин «концентричный» не обязательно означает, что слои адсорбента имеют круглое поперечное сечение. В других вариантах осуществления предусматривается нагреватель для продувки, который включается во время продувки и который обеспечивает значительное улучшение степени удаления углеводородов во время работы двигателя внутреннего сгорания. Нагреватель для продувки может располагаться в отделении нагревателя для продувки, напрямую связанного с продувочным патрубком. Предпочтительно нагреватель для продувки располагается на верхнем по потоку конце потока воздуха во время цикла продувки, и для увеличения передачи тепла от нагревателя для продувки в слой угля предпочтительно, чтобы отделение нагревателя для продувки было окружено слоем адсорбента без изоляции между ними, тем самым обеспечивая возможность излучения тепла в окружающий слой и улучшение эффективности продувки.

В патенте США №5743943 рассматривается изготовление угольного бачка, в котором диффузия паров углеводородов уменьшается без нежелательного падения давления в бачке. Этот документ раскрывает адсорбирующий бачок, имеющий первую и вторую адсорбирующие камеры, расположенные рядом друг с другом и соединенные друг с другом с помощью связующего канала, имеющего бустрофедонную область (т.е. область, в которой направления прохождения потока чередуются). Однако бустрофедонная область связующего канала используется только для увеличения пути диффузии между адсорбирующими камерами, и она отделена от первого и второго слоев адсорбента с помощью заполненных воздухом отделений. Не упоминается об использовании пути потока, имеющего бустрофедонную или другую нелинейную область, служащую в качестве теплообменника, принимающего тепло от слоя адсорбента за счет тепловой проводимости через стенку указанного слоя.

Согласно первому аспекту изобретения создан абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства, содержащий: трубчатый первый слой адсорбента из активированного угля, выполненный с возможностью прохождения сквозного потока через него и имеющий боковую стенку и центральную стенку, образующие внутренний канал через бачок; патрубок топливного бака, сообщающийся с первым концом первого слоя адсорбента и соединенный с испарительным трубопроводом топливного бака; продувочный патрубок, сообщающийся с указанным первым концом первого слоя адсорбента и соединенный с продувочным трубопроводом двигателя; второй слой адсорбента из активированного угля внутри указанного внутреннего канала; проточный канал, сообщающийся со вторым концом первого слоя адсорбента и с первым концом второго слоя адсорбента для соединения первого и второго слоев адсорбента последовательно, причем второй конец второго слоя адсорбента сообщается с внутренним каналом; при этом проточный канал включает в себя теплообменник, окружающий первый слой адсорбента, покрывающий боковую стенку, и выполненный с возможностью теплообмена между первым слоем адсорбента и атмосферным воздухом, причем теплообменник разделен внутри перегородками, чтобы направлять воздух по извилистому пути по внешней стенке первого слоя адсорбента.

Предпочтительно внутренние перегородки теплообменника выполнены таким образом, что воздух делает два, четыре или шесть проходов по поверхности боковой стенки.

Предпочтительно стенки внутреннего канала образуют воздушное пространство между первым и вторым слоями адсорбента.

Предпочтительно бачок дополнительно содержит третий слой адсорбента и второй проточный канал, соединяющий второй и третий слои адсорбента последовательно.

Предпочтительно третий слой адсорбента располагается во внутреннем канале.

Предпочтительно третий слой выступает из конца внутреннего канала.

Предпочтительно перегородки изгибают второй путь для воздуха таким образом, что воздух делает три прохода между вторым и третьим слоями адсорбента.

Предпочтительно нагреватель присоединен последовательно между третьим слоем адсорбента и выходом внутреннего канала.

Предпочтительно нагреватель содержит один или более трубчатых угольных монолитов.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создан топливный бак транспортного средства, имеющий вышеописанный бачок, присоединенный к нему.

Предпочтительно, топливный бак используется для пассажирского автомобиля.

Предпочтительно, топливный бак используется для гибридного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания/электрическим двигателем.

Таким образом, секция канала для потока воздуха, проходящая между внутренней и наружной стенками корпуса, обеспечивает функцию теплообмена для обмена теплом между воздухом в канале и окружающей средой снаружи наружной стенки, которая может включать в себя атмосферный воздух или теплоотвод, такой как металлическая масса и/или камера, содержащая термовоск. Обеспечение возможности теплообмена может помочь улучшить эффективность работы бачка как при загрузке, так и при продувке, так как процесс загрузки более эффективен при низких температурах, а процесс абсорбции сам по себе является экзотермическим. В соответствии с вариантами осуществления изобретения воздух, нагретый за счет экзотермической абсорбции в первом отделении для паров топлива во время загрузки бачка, проходит через канал рядом с наружной стенкой бачка перед тем, как он достигнет второго отделения для паров топлива для дальнейшей абсорбции паров. Тем самым воздух, нагретый при экзотермической загрузке в первом отделении для паров топлива, может быть охлажден за счет переноса тепла путем теплопроводности через наружную стенку к атмосферному воздуху или к другой тепловой массе/теплоотводу, окружающим бачок. Так как насыщенный парами топлива воздух охлаждается перед тем, как достигнуть второго отделения для паров топлива, процесс абсорбции во втором отделении для паров топлива выполняется более эффективно. Подобным образом, процесс продувки более эффективен при более высоких температурах (отсюда использование нагревателей в конструкции на фиг.1), хотя процесс десорбции сам по себе является эндотермическим. В соответствии с вариантами осуществления изобретения воздух, охлажденный за счет эндотермической десорбции во втором отделении для паров топлива во время продувки бачка, проходит через канал рядом с наружной стенкой бачка перед тем, как он достигнет первого отделения для паров топлива. Тем самым, воздух, охлажденный при эндотермическом процессе продувки во втором отделении для паров топлива, может быть нагрет за счет переноса тепла путем теплопроводности через наружную стенку от атмосферного воздуха или от другой тепловой массы/теплоотвода, окружающих бачок. Так как воздух для продувки нагревается перед тем, как он достигнет первого отделения для паров топлива, процесс десорбции во втором отделении для паров топлива выполняется более эффективно. Кроме того, полость между внутренней и наружной стенками также в целом выполняет функцию изолирующего слоя для уменьшения влияния изменений температуры окружающей среды на бачок, например для замедления потерь из-за диффузии углеводородов, вызываемых увеличением температуры.

Внутренняя стенка и наружная стенка могут располагаться концентрично относительно друг друга, например внутренняя стенка, по меньшей мере, частично окружена наружной стенкой. Это может помочь получить компактную конструкцию. По меньшей мере, участок секции канала для потока воздуха, проходящей между внутренней и наружной стенками, может быть разделен на множество подсекций, отделенных каждая от соседних подсекций с помощью одной или более отклоняющих поток стенок, присоединенных между внутренней и наружной стенками. Этим обеспечивается то, что канал для потока воздуха делает несколько проходов (т.е. идет зигзагообразно назад и вперед) в промежутке между внутренней и задней стенками. За счет этого можно получить эффективную длину канала для потока воздуха, действующую в качестве теплообменника, больше, чем общие габаритные размеры бачка. Это обеспечивает более эффективный теплообмен между воздухом в канале для потока воздуха и окружающей бачок средой, а также обеспечивает увеличенную длину барьера для диффузии между двумя отделениями.

По меньшей мере, часть первого отделения для хранения паров топлива может быть образована внутренней стенкой. Кроме того, первое и второе отделения для хранения паров топлива могут располагаться концентрично относительно друг друга, например второе отделение для хранения паров топлива, по меньшей мере, частично окружено первым отделением для хранения паров топлива. Такой подход может снова обеспечить более компактную конструкцию бачка. По меньшей мере, часть секции канала для потока воздуха, проходящей между внутренней и наружной стенками, может располагаться на противоположной стороне первого отделения для хранения паров топлива относительно части второго отделения для хранения паров топлива, окруженной первым отделением для хранения паров топлива. Первое отделение для хранения паров топлива может иметь круглое поперечное сечение, и часть канала для потока воздуха может содержать, по меньшей мере, соответствующий кольцевой участок рядом с концом первого отделения для хранения паров топлива. Кольцевой участок канала для потока воздуха может быть отделен от первого отделения для хранения паров топлива с помощью, например, стенки с отверстиями. Этим обеспечивается эффективное окно для переноса воздуха между каналом для потока воздуха и первым отделением для хранения паров топлива. Первое и второе отделения для хранения паров топлива могут содержать абсорбирующие материалы для топлива на основе угля, такие как активированный уголь в виде гранул или пеллет, или в виде пористых угольных монолитов.

Бачок для хранения паров топлива может дополнительно содержать третье отделение для хранения паров топлива, сообщающееся по текучей среде со вторым отделением для хранения паров топлива через второй канал для потока воздуха. Этим можно обеспечить большую общую емкость хранения бачка и также обеспечить второй барьер для диффузии. Бачок для хранения паров топлива может дополнительно содержать нагреватель, выполненный с возможностью нагрева воздуха внутри бачка, например нагревательный элемент, намотанный вокруг наружной стенки для дополнительного нагрева воздуха в канале для потока воздуха во время продувки.

Согласно второму аспекту изобретения предлагается способ управления выбросами паров топлива из топливного бака, включающий в себя обеспечение бачка для хранения паров топлива, содержащего: корпус, образующий внутреннюю и наружные стенки; первое отделение для хранения паров топлива, расположенное внутри объема, образованного внутренней стенкой, и связанное с топливным баком; и второе отделение для хранения паров топлива, сообщающееся по текучей среде с первым отделением для хранения паров топлива, и приведение в движение воздуха между первым и вторым отделениями для хранения паров воздуха по пути, проходящему между внутренней и наружной стенками корпуса.

Далее со ссылкой на прилагаемые чертежи будут описаны примеры вариантов осуществления изобретения. На чертежах:

Фиг.1a - структурная схема, показывающая основные компоненты бачка для хранения паров топлива в соответствии с изобретением, и фиг.1b, 1с - вид бачка с фиг.1а в режимах загрузки и продувки соответственно;

Фиг.2 - вид сбоку и немного сверху, показывающий вариант осуществления бачка для хранения паров топлива;

Фиг.3 - схематический вид практической формы бачка с фиг.1а, показанного в вертикальном разрезе, при этом поток воздуха показан для рабочего режима или режима загрузки бачка;

Фиг.4 - схематический развернутый вид участков канала для текучей среды между первым и вторым слоями адсорбента бачка, показывающий его внутренние перегородки и протоки, расположенные по схеме бустрофедона, причем поток показан для рабочего режима или режима загрузки бачка и указаны характерные температуры для этого режима;

Фиг.5 - схематический вертикальный вид в разрезе другого варианта осуществления бачка с фиг.1а, подобного варианту осуществления на фиг.2, за исключением отсутствия перегородок между вторым и третьим слоями адсорбента, и поток показан в рабочем режиме или режиме загрузки, причем указаны характерные температуры в точках внутри бачка;

Фиг.6 и 7 - виды, подобные фиг.4 и 5, за исключением того, что поток показан для режима регенерации или продувки; и

Фиг.8 - детализированный чертеж, показывающий еще один вариант осуществления бачка, в котором третий слой адсорбента располагается во внутреннем пространстве бачка, и также показан нагреватель для использования в режиме регенерации или продувки.

Согласно вариантам осуществления изобретения создан абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака автомобиля, причем бачок содержит первый и второй слои адсорбента и канал для текучей среды, соединяющий слои последовательно, причем канал для текучей среды включает в себя теплообменник, обеспечивающий теплообмен между первым слоем адсорбента и атмосферным воздухом, при этом теплообменник разделен внутри перегородками, чтобы направлять воздух по извилистому пути по внешней стенке первого слоя адсорбента.

Первый слой адсорбента может быть сконфигурирован для сквозного потока через него и может иметь многоугольную, овальную или цилиндрическую боковую стенку, причем теплообменник может закрывать более 50% площади боковой стенки, в других вариантах осуществления более 75% площади боковой стенки, и еще в одних вариантах осуществления более 90% площади боковой стенки. Внутренние перегородки теплообменника могут быть выполнены таким образом, что воздух делает два, четыре или шесть проходов по поверхности боковой стенки. Как было пояснено ранее, в вариантах осуществления бачок имеет внутренний канал, проходящий от одного конца первого слоя адсорбента до другого, причем второй слой адсорбента располагается в канале для текучей среды. Кроме того, стенки внутреннего канала и второй слой адсорбента могут в некоторых вариантах осуществления образовать воздушное пространство между первым и вторым слоями адсорбента. Дополнительно может быть предусмотрен третий слой адсорбента и второй канал для текучей среды, соединяющий второй и третий слои адсорбента последовательно. В некоторых вариантах осуществления третий слой адсорбента располагается во внутреннем канале, и в других вариантах осуществления он выступает от конца внутреннего канала. В последнем случае второй путь для воздуха может быть изогнут с помощью перегородок таким образом, что воздух делает три прохода между вторым и третьим слоями адсорбента. Нагреватель может быть присоединен последовательно между третьим слоем адсорбента и выходом внутреннего канала и может содержать один или более трубчатых угольных монолитов.

Дополнительные варианты осуществления изобретения предлагают топливный бак транспортного средства, имеющий описанный выше бачок, который присоединен к нему, причем топливный бак может использоваться для пассажирского автомобиля, грузового фургона или т.п., включая в некоторых вариантах осуществления гибридное транспортное средство с двигателем внутреннего сгорания/электрическим двигателем.

Бачок для хранения паров топлива согласно изобретению содержит, по меньшей мере, два соединенных последовательно слоя адсорбента для углеводородов. В варианте осуществления с фиг.1а-1с патрубок 10 топливного бака и продувочный патрубок 12 сообщают испарительный трубопровод 11 топливного бака и продувочный трубопровод 13 двигателя с первым концом первого слоя 14 адсорбента из активированного угля или другого адсорбирующего материала для паров топлива. Проточный канал 18 для текучей среды сообщает второй конец слоя 14 с первым концом второго слоя 20 адсорбента. Второй проточный канал 24 для текучей среды сообщает второй конец слоя 20 с первым концом третьего слоя 26 адсорбента, чей второй конец сообщается с атмосферой. Каждый из слоев 14, 20, 26 может содержать разный адсорбирующий материал, причем два из них могут содержать одинаковый материал, а материал третьего может быть другим, или они могут все содержать одинаковый адсорбирующий материал, при этом последняя схема и исключение использования специальных сортов активированного угля является предпочтительным для вариантов осуществления настоящего изобретения. Подходящими материалами являются пеллеты или гранулы активированного угля, причем пеллеты (см. фиг.8) являются предпочтительными, так как они менее склонны к образованию пыли. Следует отметить, что три слоя имеют следующее соотношение объема, диаметра и длины: первый>второй>третий. Заполненные воздухом пространства 16, 22 окружают боковые стенки первого и второго слоев 14, 20 адсорбента, как будет рассмотрено ниже. В испарительном трубопроводе 11 и продувочном трубопроводе 13 предусмотрены электромагнитные клапаны 11а, 13а для управления направлением потока воздуха через бачок.

Во время отключения двигателя моторного транспортного средства, в котором используется угольный бачок, бачок соединяется через патрубок 10 бака (впускной патрубок для паров) с топливным баком моторного транспортного средства и через выход 28 внутреннего канала - с атмосферой. Продувочный патрубок 12 к двигателю может быть закрыт, например, с помощью электромагнитного клапана 13а. Во время отключения двигателя топливо в топливном баке испаряется в воздушное пространство над топливом. Этот насыщенный парами воздух может проходить через впускной патрубок 10 для паров в угольный бачок, при этом электромагнитный клапан 11а открыт. Суточные потери от дыхания (также известные как «выделения»), как правило, происходят относительно медленно во времени, например, когда транспортное средство поставлено на стоянку, и изменения температуры и/или давления заставляют воздух, насыщенный углеводородами, выходить из бака. Потери при заправке топливом происходят более быстро во время заправки топливом, когда топливо вытесняет воздух из бака. Во время заправки топливом транспортного средства (по меньшей мере, в интегрированных системах управления выбросами паров топлива) топливо, закачиваемое в топливный бак, вытесняет воздух из бака, что вызывает поток воздуха через впускной патрубок 10 для паров (потери при заправке топливом). Скорость этого потока в целом соответствует скорости заправки топливом. В этих условиях насыщенный углеводородами воздух из топливного бака может вытесняться через угольный бачок со скоростью потока до 60 литров в минуту. Активированный уголь в различных слоях 14, 20, 26 в угольном бачке абсорбирует углеводороды (т.е. молекулы углеводорода захватываются во внутренней пористой структуре угля), так что воздух выгружается из выхода 28 внутреннего канала в атмосферу с низким содержанием паров топлива. Эта ситуация иллюстрируется на фиг.1b, где поток воздуха и паров топлива обозначен стрелками.

Во время работы двигателя транспортного средства, как показано на фиг.1с, бачок соединяется через продувочный патрубок 12 с впускным трубопроводом 13 для воздуха двигателя, а через выход 28 внутреннего канала с атмосферой, при этом электромагнитный клапан 13а открыт. Впускной патрубок 10 для паров из топливного бака может быть закрыт, например, с помощью электромагнитного клапана 11а. Во время этой фазы продувки двигатель внутреннего сгорания всасывает из атмосферы через выход 28 внутреннего канала некоторое количество воздуха для горения в его цилиндрах, который проходит через угольный бачок и далее через продувочный патрубок 12, тем самым очищая продувкой абсорбирующий материал угольного бачка частично или полностью от адсорбированных паров топлива, так что картридж удерживает свою адсорбирующую емкость, когда двигатель выключается, при этом направление потока воздуха и паров обратно показанному на фиг.1b, как указано стрелками.

На фиг.2 представлен вид сбоку и немного сверху (как видно на этом чертеже), показывающий вариант осуществления бачка для хранения паров топлива с фиг.1а-1с. Бачок для хранения в целом обозначен ссылочной позицией 30. Его структурные компоненты в этом варианте осуществления изготовлены большей частью или полностью из полиэтилена высокой плотности с температурой плавления в некоторых вариантах осуществления 120-130°С, хотя могут использоваться и другие пластиковые материалы, имеющие соответствующую термостойкость и механические свойства, например полипропилен, полибутилен, полиамид, поликарбонат или акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС), или наружная стенка может быть изготовлена из металла. В этом варианте осуществления бачок 30 имеет в целом цилиндрическую общую форму, и является большей частью кругообразно симметричным относительно продольной оси 32 (см. фиг.3). Возможны другие формы, определяемые в первую очередь доступным пространством в транспортном средстве, в котором требуется установить бачок, причем с возможностью его снятия и замены. Например, бачок может быть овальным в сечении, или он может быть в целом квадратным или прямоугольным с закругленными продольными краями. В этом варианте осуществления он имеет длину (параллельно оси 32) около 220 мм и диаметр около 150 мм. Для помощи в описании бачка конец бачка, который является самым верхним на фиг.2 и 3, будет называться «верх» бачка, и конец бачка, который является самым нижним на фиг.2 и фиг.3, будет называться «низ» или «основание» бачка. Конструктивные элементы бачка, соединяющие верх и низ, могут быть названы «боковые стороны». Однако очевидно, что эти термины используются только для облегчения пояснения в отношении ориентации, показанной на фиг.2 и 3. Например, во время работы при установке на легковом автомобиле, фургоне или грузовом автомобиле, бачок 30 может располагаться в любой ориентации, которая потребуется для его размещения в предназначенном для него месте.

Как показано на фиг.2, бачок содержит корпус 32, который в этом варианте осуществления имеет снаружи немного суживающуюся на конус форму, близкую к цилиндрической, и в котором размещены первый и второй слои 14, 20 адсорбента. Корпус имеет на его верхнем конце распределительную область 34, сообщающую патрубок 10 топливного бака и продувочный патрубок 12 с первым концом первого слоя 14 адсорбента. Когда бачок 30 установлен на транспортном средстве, патрубок 10 бака может быть соединен с топливным баком транспортного средства и продувочный патрубок 12 может быть соединен с впуском для воздуха двигателя транспортного средства, например, используя шланги и электромагнитные клапаны, в любом из обычных способов установки угольного бачка в транспортном средстве.

Как показано на фиг.3, угольный бачок 30 имеет три заполненные воздухом пространства, в целом обозначенные ссылочной позицией 31. Распределительная область обеспечивает верхнее перекрытие корпуса 32 и образована короткой в целом цилиндрической боковой стенкой, нижней поверхностью 38 и в целом кольцевой верхней стенкой 40, которая образует кольцевую распределительную камеру 42, сообщающуюся с патрубками 10, 12 и имеющую нижнее кольцевое отверстие к первому концу первого слоя 14, в которое вставлено кольцо из воздухопроницаемого удерживающего слой материала 44, например, полиэфирного сетчатого материала. Центральная нижняя область 38а открывается внутри кольца верхней стенки 40, и имеет окно, которое принимает выступающий вверх третий слой 26. Состоящая из двух частей крышка 46, 48 надевается на верхнюю крышку 40, оставляя область 36 крышки открытой рядом с продувочным патрубком 12, и содержит в целом обращенный вверх цилиндрический выступ, в котором размещена верхняя часть третьего слоя 26 и который оканчивается выходом 28 внутреннего канала. Корпус 32 имеет воздухонепроницаемую боковую стенку 54, являющуюся в целом цилиндрической, воздухонепроницаемую наружную боковую стенку 56, концентричную относительно боковой стенки 54, смещенную радиально наружу относительно нее и проходящую с небольшим уклоном вверх и внутрь, как показано на чертеже, образуя кольцевую полость 60, проходящую в целом по периметру бачка 30. Полость 60 может иметь в настоящем варианте осуществления высоту около 220 мм и длину по периметру бачка около 440 мм. Наружная боковая стенка 56 отогнута внутрь в области 58 на ее верхнем конце до контакта с боковой стенкой 54, и на ее нижнем конце образован отогнутый наружу фланец 50, к которому крепится сопрягаемый фланец нижней крышки 52, обеспечивая непроницаемое по текучей среде перекрытие бачка. Боковая стенка 54 образует внутренний объем бачка. В этом варианте осуществления внутренний объем является цилиндрическим и имеет диаметр около 130 мм. Центральная стенка проходит от основания до верха бачка, образуя внутренний канал через бачок. Центральная стенка образована нижней областью относительно большого диаметра, далее отходящей внутрь имеющей форму усеченного конуса областью 64 на части ее длины, и верхней областью 66 меньшего диаметра.

Первый слой 14 адсорбента является трубчатым, имеет кольцевое поперечное сечение и проходит по существу в длину в осевом направлении бачка между боковой стенкой 54 и центральной стенкой 62, 64, 66, а также имеет в этом варианте осуществления длину в осевом направлении около 200 мм. Его верхняя область ближе к патрубку 10 и распределительной камере 42 имеет относительно большую толщину, в этом варианте осуществления - около 40 мм, и его нижняя область ниже имеющей форму усеченного конуса области 64 в этом варианте осуществления имеет толщину около 20 мм. Нижний конец слоя 14 заключен в крышке 70 с отверстиями, которая установлена по плотной посадке или прикреплена к нижним концам стенок 54, 62, и в воздухопроницаемом кольцевом диффузоре 72 из поролона, нетканого «спанбонд» материала или т.п., так что воздух может проходить через слой 14 в любом направлении, как показано на фиг.1b и 1с. Второй слой 20 адсорбента в этом варианте осуществления является цилиндрическим и располагается внутри внутреннего канала через бачок между имеющей форму усеченного конуса областью 64 и нижним концом канала. Непроницаемая по текучей среде боковая стенка 74 внутреннего канала, удерживающая слой 20, отходит от области 64 в форме усеченного конуса, частично вдоль ее длины, и прикреплена к центральной стенке или выполнена с ней за одно целое. Она образует воздушное пространство 78, формирующее тепловой барьер между нижней частью первого слоя 14 адсорбента и вторым слоем 20, и его нижний конец контактирует с проницаемой по текучей среде областью 76 с отверстиями крышки 70. Второй слой 20 поддерживается и удерживается на его нижнем конце воздухопроницаемым диском 80 из поролона, нетканого «спанбонд» материала или т.п. и удерживается на его верхнем конце диском 82 из воздухопроницаемого материала, например сетки на основе полиэфира. В этом варианте осуществления он имеет диаметр около 65 мм и длину (параллельно оси 32) около 70 мм. Как было ранее пояснено, третий слой 26 адсорбента в этом варианте осуществления содержится не внутри, а выступает вверх от внешней границы, образованной корпусом 32. Он ограничен на его нижнем конце опорой 84 с отверстиями и проницаемым по текучей среде дисковым диффузором 86 из поролона, нетканого «спанбонд» материала или т.п., проходящей вертикально вверх цилиндрической боковой стенкой 88, и на его верхнем конце диском 90, который может быть изготовлен из сетки на основе полиэфира. В этом варианте осуществления третий слой имеет диаметр около 50 мм и длину (параллельно оси 38) также около 50 мм. Третий слой располагается концентрично относительно первого и второго отделений для хранения паров топлива. Очевидно, что термин «концентрично» используется здесь условно и относится не только к настоящему варианту осуществления, в котором бачок имеет цилиндрические стенки или стенки в форме усеченного конуса, но также и к другим вариантам осуществления, в которых форма является овальной, квадратной, прямоугольной или т.п., хотя центры слоев 14, 20, 26 в целом являются соосными, как показано на чертеже. Также очевидно, что допустимо некоторое смещение второго и третьего слоев от точной соосности с первым слоем, при условии что их функционирование и разные каналы для передачи воздуха не будут нежелательным образом нарушены.

Проточный канал 18 для текучей среды между второй стороной первого слоя 14 и первой стороной второго слоя 19 образован участками концевой крышки 52 и заполненной воздухом полости 60, которая окружает первый слой 14. Фиг.4 показывает развертку на плоскости заполненной воздухом полости 60, на которой можно увидеть, что пространство разделено перегородкой 102, проходящей на всю высоту полости 60, и перегородками 104, 106, 108, проходящими поочередно от нижнего и верхнего концов пространства на часть его длины, образуя протоки 60а, 60b, 60с и 60d, по которым воздух проходит по схеме бустрофедона (т.е. направление течения чередуется от одной протоки к следующей) по периметру бачка и с возможностью теплообмена со слоем 14. В этом варианте осуществления имеется три перегородки 104, 106, 108 по высоте, так что поток воздуха делает четыре проходящие параллельно друг другу прохода по длине бачка, хотя возможны и другие конфигурации. Если имеется одна перегородка, то воздух будет делать два прохода по длине бачка. При пяти таких чередующихся перегородках будет шесть проходов и при семи таких перегородках воздух будет делать восемь проходов. Имеется обратная зависимость между длиной пути для воздуха и массой диффузии (грамм/100 мл угля), и очень длинный канал для воздуха между первым и вторым слоями 14, 20 адсорбента помогает уменьшить диффузию углеводородов из одного слоя в другой, например, когда транспортное средство стоит на месте. Полость 60 тем самым выполняет двойную функцию: обеспечение длинного пути для воздуха между слоями адсорбента и обеспечение интегрированного и действующего самостоятельно теплообменника. Имеются окна 94, 98 для входа и выхода воздуха из заполненной воздухом полости 60, которые располагаются на нижних концах проток 60а и 60d, образованных рядом с проходящей на всю высоту перегородкой 102, на ее противоположных сторонах. Как показано на фиг.3, структура, связанная с концевой крышкой 52, включая перегородку 92, образует первое окно 94, обеспечивающее соединение потоков воздуха между вторым концом слоя 14 и полостью 60, как обозначено стрелкой 96, и образует второе окно 98, обеспечивающее соединение потоков воздуха между полостью 60 и первым концом слоя 20, как показано стрелкой 100.

Второй проточный канал 24 для воздуха между вторым и третьим слоями 20, 26 в этом варианте осуществления имеет извилистую конфигурацию в продольном направлении и разделен на протоки 24а, 24b, 24с, так что воздух в канале между двумя слоями делает три прохода вдоль соответствующего участка длины бачка. Извилистая конфигурация образована с помощью вертикальных и зависимых цилиндрических стенок 101, 103, каждая из которых проходит на большую часть, но не всю длину проточного канала 24. Однако извилистая конфигурация канала является опциональной, и в варианте осуществления с фиг.5 образующие извилистую конфигурацию стенки 101, 103 отсутствуют. Независимо от того, является ли канал для воздуха прямым, как на фиг.5 или имеет извилистую конфигурацию, как на фиг.3, длина пути, образуемого им, помогает уменьшить массу диффузии между вторым и третьим слоями 20, 26 и тем самым дополнительно помогает уменьшить выбросы паров углеводородов.

На фиг.4 и 5 поток воздуха через бачок в режиме загрузки схематически указан последовательностью фигурных стрелок, имеющих буквенные обозначения и на которых указаны характерные температуры воздуха. Температуры не были смоделированы для конкретной конструкции бачка и операции загрузки, но были выбраны скорее в качестве примеров для иллюстрирования принципов, лежащих в основе работы бачка. Для режима загрузки, представленного на фиг.4 и 5, патрубок 10 бака свободно соединен с топливным баком транспортного средства. При этом поток воздуха через продувочный патрубок 12 блокируется, например, используя обычный электромагнитный клапан в цепи, соединяющей продувочный патрубок и двигатель транспортного средства, как схематично указано на чертеже с помощью большого креста (в других вариантах осуществления продувочный патрубок может остаться свободно присоединенным к двигателю транспортного средства во время загрузки). Во время загрузки давление воздуха в патрубке 10 бака вырастает. Это происходит или из-за теплового расширения топлива/паров топлива в баке в случае суточных потерь от дыхания (выделения), или когда топливо, закачиваемое в бак транспортного средства, вытесняет воздух в случае потерь при заправке топливом. Выросшее давление в патрубке 10 бака толкает воздух через бачок 30 к выходу 28 внутреннего канала. В этом примере предполагается, что транспортное средство находится в процессе заправки топливом и воздух приводится в движение через бачок за счет этого. Как было ранее пояснено, скорости потока во время загрузки при заправке топливом могут типично достигать 60 литров в минуту, и это означает, что экзотермическая абсорбция углеводородов происходит относительно быстро, что ведет к относительно высоким температурам. Например, насыщенный топливом воздух, проходящий через единичный слой бачка типичных размеров, при этой скорости может нагреться до 90°С или около этого, и возможно до 120°С для «свежего» бачка, который был полностью продут. При этом подобные потоки воздуха также возникают во время выделения, хотя в целом имеют более низкую скорость.

Таким образом, как указано на фиг.4 стрелкой потока воздуха, обозначенной буквой «А», насыщенный топливом воздух, вытесняемый из топливного бака, входит в бачок через патрубок 12. В этом примере предполагается, что температура атмосферного воздуха составляет 25°С и что это является температурой воздуха, входящего в бачок. Стрелки «В», «С» и «D» потока воздуха представляют воздух, когда он проходит через первый слой 14 адсорбента. Пары топлива в воздухе абсорбируются гранулами угля в этом слое, причем этот процесс является экзотермическим, и таким образом воздух нагревается, например, до температуры 90°С за счет адсорбции, когда он проходит через слой 14. Если бы воздух, выходящий из слоя 14 при этой температуре, был направлен напрямую во второй слой 20 адсорбента, адсорбция в этом слое была бы относительно неэффективной из-за высокой температуры воздуха. Однако в соответствии с вариантами осуществления изобретения воздух сначала проходит через полость 60. Воздух, входящий в первый проток 60а, имеет температуру около 90°С, как схематично указано на фиг.4 и фиг.5 стрелкой «Е». Когда воздух перемещается через полость, он близко контактирует с наружной стенкой 56 бачка, которая в свою очередь контактирует с атмосферным воздухом, имеющим температуру 25°С. Наружная стенка 56 охлаждает теплый воздух, вошедший в полость 60, за счет теплопроводности (как схематично указано на фиг.5 волнистыми стрелками, направленными от бачка). В некоторых вариантах осуществления может быть полезно увеличить эффективную тепловую массу стенки 56, например, путем добавления теплоотводящего элемента, такого как металлический радиатор или камера с термовоском, находящегося в термическом контакте с наружной стенкой 56 (или непосредственно сама наружная стенка 56 может быть металлической). Воздух, проходящий через протоки 60а-60d, охлаждается, как указано стрелками «F»-«R», имея на выходе температуру около 54°С, причем скорость охлаждения в протоке 60а немного выше, чем в протоке 60d из-за большей разницы между температурой воздуха в протоке 60а и температурой атмосферного воздуха в сравнении с соответствующими показателями в протоке 60d. Воздух проходит к второму слою 20 адсорбента, имея температуру, близкую к 50°С, а не 90°С, и загрузка во втором слое адсорбента происходит более эффективно, чем это было бы без охлаждения.

Стрелка «Т» (см. фиг.5) представляет воздух на середине пути через второй слой 20 адсорбента. Из этого воздуха были дополнительно извлечены пары топлива за счет адсорбции гранулами угля в слое 20, и в результате дополнительной экзотермической реакции воздух в этой точке снова нагрелся до температуры 60°С.Экзотермический нагрев продолжается во втором слое 20 адсорбента, и предполагается, что воздух выйдет из него и войдет в проточный канал 24 между вторым и третьим отделениями для хранения паров топлива с температурой около 70°С, как указано на фиг.5 стрелкой «U» потока воздуха. Стрелка «V» потока воздуха представляет воздух, когда он достигает третьего слоя 26 адсорбента. Температура воздуха в этой области предполагается 70°С, т.е. такая же, что и в области, представленной стрелкой «U». Стрелка «W» представляет воздух, который проходит через слой 26 и выпускается в атмосферу. При прохождении через третий слой из воздуха осаждается дополнительное количество паров топлива за счет абсорбции гранулами угля. Это ведет к его дальнейшему нагреву, и в этом примере воздух имеет на выходе в атмосферу температуру 80°С. На практике рост температуры в третьем слое 26 может быть относительно небольшим, если уже большая часть паров топлива была извлечена из воздуха в первом и втором слоях (особенно в первом слое), результатом чего будет соответственно меньшая экзотермическая абсорбция в третьем отделении. Однако, как было отмечено выше, здесь используются примерные значения температуры для иллюстрирования принципов вариантов осуществления изобретения и они не представляют точную модель поведения бачка при каких-либо конкретных условиях.

Таким образом, как было описано со ссылкой на фиг.4 и 5, бачок 30, показанный на фиг.2 и 3, может обеспечить возможность более эффективной загрузки углеводородов в абсорбирующий материал для топлива. Эта более эффективная абсорбция достигается за счет обеспечения возможности охлаждения атмосферным воздухом воздуха, нагретого экзотермической абсорбцией во время загрузки в первый слой адсорбента, так что абсорбция в последующем слое (слоях) адсорбента будет более эффективной. Более эффективная загрузка может помочь уменьшить общие выбросы паров топлива, так как более высокая доля паров топлива в воздухе из топливного бака абсорбируется в бачке, результатом чего будет более чистый воздух, выходящий из выхода 28 внутреннего канала в атмосферу.

На фиг.6 и 7 схематично показаны пути потока воздуха в бачке 30 в режиме продувки, т.е. при удалении паров топлива, сохраненных в бачке во время предыдущего цикла загрузки. Здесь опять пути потока воздуха схематично указаны последовательностью фигурных стрелок. В наконечнике каждой стрелки предусмотрена буква для ее идентификации, причем поток воздуха в бачке идет от «А» к «В» к «С» к «D»… и т.д. Каждая стрелка также связана с указателем температуры и представляет температуру протекающего воздуха в области соответствующей стрелки. Эти температуры не были смоделированы для этой конкретной конструкции бачка, и они используются в качестве примеров для иллюстрирования принципов, лежащих в основе работы бачка.

В режиме продувки, представленном на фиг.6 и 7, продувочный патрубок 12 свободно соединен с вакуумным отверстием двигателя транспортного средства, а поток воздуха через патрубок 10 бака блокирован, например, используя обычный электромагнитный клапан в цепи, соединяющей патрубок 10 бака с топливным баком транспортного средства, как схематично указано на чертеже большим крестом. Это предотвращает вход насыщенного парами топлива воздуха из топливного бака транспортного средства в угольный бачок во время продувки. Обычно продувка происходит, когда двигатель транспортного средства работает, и означает, что давление воздуха в выходе 28 внутреннего канала снижается, и воздух из окружающей атмосферы втягивается через бачок. Как указано на фиг.6 стрелкой «А» потока воздуха, сначала в бачок через выход 28 внутреннего канала втягивается воздух, имеющий температуру 25°С. Стрелка «В» представляет воздух, который прошел через третий слой 26 адсорбента и который теперь содержит топливо, извлеченное путем десорбции из гранул угля в этом слое. Десорбция является эндотермическим процессом, и поэтому воздух охлаждается при прохождении через третий слой адсорбента, например, до 20°С. Стрелка «С» представляет воздух, когда он достигает второго слоя 20 адсорбента. Предполагается, что температура воздуха в этой области составляет также 20°С, хотя на практике воздух может немного охладиться при прохождении от стрелки «В» к стрелке «С», так как окружающая первый слой 14 адсорбента среда, вероятно, будет холоднее, чем воздух в проточном канале 24. Стрелка «D» представляет воздух в середине пути через второй слой 20 адсорбента. Этот воздух захватил еще больше паров топлива за счет десорбции из гранул угля в слое 20, что ведет к дальнейшему эндотермическому охлаждению, в этом примере до 15°С. Десорбция менее эффективна при более низких температурах, так что в расчете на одинаковый объем во время продувки пары топлива извлекаются из второго слоя 20 адсорбента с меньшей эффективностью, чем из третьего слоя адсорбента. Эндотермическое охлаждение продолжается, когда воздух проходит через второе отделение для хранения паров топлива, продолжая захватывать извлеченные за счет десорбции пары топлива, и в результате воздух, как здесь предполагается, выходит из слоя 20, имея температуру около 10°С, как указано стрелкой «Е». Если бы воздух, выходящий из слоя 20 с такой температурой, направлялся напрямую в первый слой 14 адсорбента для продолжения продувки, десорбция в первом слое 14 адсорбента была бы неэффективной из-за низкой температуры воздуха. Однако в соответствии с вариантами осуществления изобретения воздух не проходит напрямую к слою 14, а сначала проходит через полость 60 между стенками 54, 56 бачка, где он нагревается за счет теплообмена через стенку 56 с атмосферным воздухом.

Воздух проходит из области стрелки «Е» потока воздуха вдоль второго промежуточного канала 84 для потока воздуха (не показан на фиг.5 и 6), чтобы войти в полость 35 через второе окно полости, как указано на фиг.5 и 6 стрелкой «F» потока воздуха. Воздух в этой области все еще имеет, в этом простом иллюстративном примере, температуру 10°С. Он входит в проток 60d (см. фиг.7) через второе окно 98 и протягивается через путь потока, образованный стенками 54, 56 и перегородками 102-109. Снова путь потока имеет эффективную длину, которая примерно в четыре раза больше высоты полости. Когда воздух перемещается через полость 60, он плотно контактирует с наружной стенкой 56 бачка, которая в свою очередь контактирует с атмосферным воздухом с температурой 25°С. Наружная стенка полости, таким образом, действует в качестве источника тепла для нагрева холодного воздуха, проходящего через полость 60 за счет теплопроводности, как схематично показано на фиг.6 волнистыми стрелками. Опять-таки, в некоторых вариантах осуществления может быть полезно увеличить эффективную тепловую массу стенки 56 полости, например, путем добавления теплоотводящего элемента, такого как металлический радиатор, или путем выполнения наружной стенки 56 из металла. Воздух течет через полость 60 по протокам 60d-60a к окну 94, соответствующие температуры указаны на стрелках «F», «G», «H», «I», «J», «К», «L», «M», «N», «О», «Р», «Q», «R» и «S». В этом примере предполагается, что воздух остается в полости достаточно долго и/или эффективность переноса тепла путем теплопроводности через стенку достаточно высока для того, чтобы воздух полностью нагрелся до температуры атмосферного воздуха (25°С), когда он выходит через окно 61, как указано стрелкой «S». Как указывают температуры, нанесенные на соответствующие стрелки потока воздуха на фиг.1, воздух, проходя через полость в этом примере, нагревается непрерывно вдоль его пути, но на чертеже показано, что в начале пути через полость он нагревается немного быстрее, чем приближаясь к концу, из-за большей разницы температур между воздухом и наружной стенкой 56 бачка (например, 2°С между стрелками «G» и «Н» в сравнении с 1°С между стрелками «Q» и «R»).

Нагретый воздух возвращается из полости 60 через окно 96 в кольцевой первый слой 14 адсорбента через ее сетчатую или пористую нижнюю стенку. Нагретый воздух обеспечивает более эффективную продувку слоя 14, чем это было бы в случае отсутствия теплообменной полости 60. Стрелки «Т», «U» и «V» потока воздуха схематично показывают воздух, проходящий через первый слой 14 в направлении продувочного патрубка 12. Воздух, покидающий бачок 30 через этот патрубок, как схематично указано стрелкой «W» потока воздуха, имеет температуру 5°С, после чего он втягивается в двигатель транспортного средства, и пары топлива, захваченные воздухом во время его прохождения через бачок в процессе десорбции/продувки, сжигаются в двигателе. Соединение от продувочного патрубка 12 к двигателю транспортного средства может оставаться открытым все время, пока двигатель работает, так что воздух продолжает втягиваться через бачок, чтобы извлечь максимально возможное количество паров топлива из гранул угля и регенерировать их для дальнейшей адсорбции, когда двигатель выключается. Альтернативно, может быть решено, что приемлемый уровень продувки достигается после определенного времени и соединение между продувочным патрубком 12 и двигателем транспортного средства блокируется по истечении этого времени (например, с помощью электромагнитного клапана), чтобы больше не втягивать воздух через бачок.

Таким образом, как было описано выше, бачок 30, показанный на фиг.2 и 3, может обеспечить возможность более быстрой десорбции углеводородов, хранящихся в абсорбирующем материале для топлива в многосоставном отделении (в этом случае имеются три отделения, но в других случаях могут использоваться больше или только два отделений), чем было бы возможно в иных случаях, особенно для угольного бачка без нагревателя. Более быстрая десорбция достигается путем обеспечения возможности нагрева окружающим воздухом воздуха, охлажденного при эндотермической десорбции во время продувки, так что последовательная десорбция в воздухе, когда он проходит через бачок, будет более эффективной. Более эффективная продувка может помочь уменьшить общие выбросы паров топлива, так как емкость хранения бачка для цикла загрузки может быть существенно увеличена, если бачок более эффективно «очищается» при промежуточных циклах продувки. Это может быть особенно важным, например, когда доступное время для продувки является относительно коротким, например, из-за того, что транспортное средство используется только для коротких поездок, или из-за того, что двигатель встроен в гибридное транспортное средство. Прогнозируется, что варианты осуществления изобретения могут обеспечить достижение падения давления <1,2 кПа при 60 л/мин, LEVII объем продувки <50 B.V. (объемов слоя), и PZEV объем продувки <80 B.V.

Не выходя из объема изобретения могут быть сделаны различные модификации описанного выше варианта осуществления. Например, на фиг.8 третий слой 26 адсорбента располагается в канале через слой 14 адсорбента на части длины этого канала и контактирует с вторым слоем 20 адсорбента или располагается на расстоянии от него. Между слоем 26 и выходом 28 внутреннего канала предусмотрены нагревательные элементы 120, например, в виде угольных монолитов, как описано в заявке на патент США №2007-0056954. Нагревательные элементы 120 приводятся в действие только во время операции продувки устройства для хранения и улавливания паров топлива и служат для нагрева воздуха, втягиваемого из атмосферы, что, как известно и как было описано выше, улучшает эффективность продувки, так как углеводороды более легко продуваются (извлекаются путем десорбции) из абсорбирующего материала в условиях более высокой температуры, чем в условиях более низкой температуры. В сочетании с извилистым или имеющим много проходов проточным каналом 18 для текучей среды, который также служит в качестве теплообменника для первого слоя адсорбента, прогнозируется, что в гибридном транспортном средстве, которое должно отвечать стандартам PZEV, объем продувки >50 B.V. может быть достаточен при выбросах углеводородов <2 мг/день.

1. Абсорбирующий бачок для управления выбросами из топливного бака транспортного средства, содержащий:
трубчатый первый слой адсорбента из активированного угля, выполненный с возможностью прохождения сквозного потока через него и имеющий боковую стенку и центральную стенку, образующие внутренний канал через бачок;
патрубок топливного бака, сообщающийся с первым концом первого слоя адсорбента и соединенный с испарительным трубопроводом топливного бака;
продувочный патрубок, сообщающиеся с указанным первым концом первого слоя адсорбента и соединенный с продувочным трубопроводом двигателя;
второй слой адсорбента из активированного угля внутри указанного внутреннего канала;
проточный канал, сообщающийся со вторым концом первого слоя адсорбента и с первым концом второго слоя адсорбента для соединения первого и второго слоев адсорбента последовательно, причем второй конец второго слоя адсорбента сообщается с внутренним каналом;
при этом проточный канал включает в себя теплообменник, окружающий первый слой адсорбента, покрывающий боковую стенку, и выполненный с возможностью теплообмена между первым слоем адсорбента и атмосферным воздухом, причем теплообменник разделен внутри перегородками, чтобы направлять воздух по извилистому пути по внешней стенке первого слоя адсорбента.

2. Бачок по п.1, в котором внутренние перегородки теплообменника выполнены таким образом, что воздух делает два, четыре или шесть проходов по поверхности боковой стенки.

3. Бачок по п.2, в котором стенки внутреннего канала образуют воздушное пространство между первым и вторым слоями адсорбента.

4. Бачок по п.1, в котором стенки внутреннего канала образуют воздушное пространство между первым и вторым слоями адсорбента.

5. Бачок по любому из пп.1-4, дополнительно содержащий третий слой адсорбента и второй проточный канал, соединяющий второй и третий слои адсорбента последовательно.

6. Бачок по п.5, в котором третий слой адсорбента располагается во внутреннем канале.

7. Бачок по п.5, в котором третий слой выступает из конца внутреннего канала.

8. Бачок по п.6 или 7, в котором перегородки изгибают второй путь для воздуха таким образом, что воздух делает три прохода между вторым и третьим слоями адсорбента.

9. Бачок по п.6 или 7, в котором нагреватель присоединен последовательно между третьим слоем адсорбента и выходом внутреннего канала.

10. Бачок по п.9, в котором нагреватель содержит один или более трубчатых угольных монолитов.

11. Топливный бак транспортного средства, имеющий бачок по любому из пп.1-10, присоединенный к нему.

12. Топливный бак по п.11, используемый для пассажирского автомобиля.

13. Топливный бак по п.11 или 12, используемый для гибридного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания/электрическим двигателем.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для улавливания паров бензина при атмосферном давлении с помощью растворителя, например дизельного топлива. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливной аппаратуре двигателей внутреннего сгорания. .

Изобретение относится к области экологии автомобильного транспорта и может быть использовано для улавливания паров бензина, испаряющихся из топливной системы автомобилей бензобака, карбюратора, камеры впрыскивания.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к экологии автомобилей, и может быть использовано для улавливания паров бензина, испаряющихся из топливной системы (бензобака, карбюратора, камеры впрыскивания).

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к средствам, оснащенным двигателями внутреннего сгорания (ДВС), а именно к системам питания ДВС с адсорберами системы улавливания паров топлива, поглощающим топливные испарения из топливного бака.

Адсорбер // 2267027
Изобретение относится к транспортным средствам, оснащенным двигателями внутреннего сгорания, в частности к системам питания ДВС, а именно к адсорберам системы улавливания паров топлива, поглощающим топливные испарения из топливного бака.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности системам подачи топлива или горючей смеси, и может быть использовано в качестве устройства для улавливания и поглощения паров топлива, испаряющегося из топливного бака и поплавковой камеры карбюратора автомобиля, и последующего возвращения паров топлива путем продувки адсорбента атмосферным воздухом.

Изобретение относится к электромагнитному клапану прежде всего для системы вентиляции топливных баков транспортных средств, согласно ограничительной части п. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к клапанам для дозированной подачи паров испаряющегося из топливного бака двигателя внутреннего сгорания (ДВС) топлива во впускную трубу ДВС.

Изобретение относится к реакторной системе, абсорбенту и способу осуществления реакции в подаваемом материале. .

Изобретение относится к области химии. .

Адсорбер // 2460574
Изобретение относится к технике очистки адсорбентами, а именно к газоочистному оборудованию, и может найти применение в химической, металлургической и других отраслях промышленности для очистки газовых смесей.

Изобретение относится к области подготовки газов, в частности к подготовке природного и попутного нефтяного газа к дальнейшему транспорту, глубокой очистке газов от влаги, тяжелых углеводородов, различных механических примесей, подготовки природного и попутного нефтяного газа для использования в качестве топлива печей нагрева, котельных, газопоршневых или газотурбинных установок.
Изобретение относится к подготовке природного и попутного нефтяного газа к транспорту, а именно к осушке и очистке природных газов. .

Изобретение относится к усовершенствованному способу фторирования, в котором осуществляют контактирование потока фторируемого органического соединения с потоком элементного фтора с образованием HF или другого водородсодержащего соединения в качестве побочного продукта, где потоки исходных реагентов попадают в реакционную зону реактора фторирования, которая заполнена стехиометрическим избытком фторид-адсорбирующей композиции по отношению к мольным количествам фторируемого органического соединения и элементного фтора.

Изобретение относится к способам разделения газовых смесей методом короткоцикловой безнагревной адсорбции. .
Изобретение относится к производству упаковочных материалов (стенки упаковки и упаковочные изделия) для продуктов питания и конкретно относится к поглощающей кислород смеси, применяемой в качестве поглотителя кислорода в упаковке для пищевых продуктов, композиции, содержащей полимерную смолу и указанную поглощающую кислород смесь, и к изделию - упаковке
Наверх