Поплавковый клапан, топливный бак и транспортное средство (варианты)
Группа изобретений относится к поплавковым клапанам и, в частности, к поплавковым клапанам, применяющимся в топливных баках транспортных средств. Предложен поплавковый клапан (10) для применения в жидкой среде, причем поплавковый клапан имеет вертикальную конфигурацию и перевернутую конфигурацию. Поплавковый клапан включает: корпус (12), определяющий по меньшей мере один впускной канал (20) и по меньшей мере один выпускной канал (24); компоновку поплавка (60), перемещаемый внутри указанного корпуса; и вспомогательный поплавковый элемент (50), перемещаемый внутри указанного корпуса. Компоновка поплавка (60) включает в себя основной поплавковый элемент (70; 70'), отличающийся от вспомогательного поплавкового элемента, и пружинный элемент (80). Основной поплавковый элемент предназначен закрывать по меньшей мере один выпускной канал, если он упирается в него, причем пружинный элемент предназначен обеспечивать поджимающее пружинное усилие, прилагаемое к основному поплавковому элементу в направлении указанного по меньшей мере одного выпускного канала. Вспомогательный поплавковый элемент предназначен обеспечивать результирующее выталкивающее усилие в жидкой среде в условиях полного погружения вне зависимости от того, находится ли поплавковый элемент в указанной вертикальной конфигурации или в указанной перевернутой конфигурации. Технический результат: создание поплавкового клапана с возможностью в нормальной конфигурации действовать как отсечной клапан переполнения с дополнительной компенсацией усилия, а в перевернутой конфигурации - как гравитационный клапан. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 19 ил.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Раскрываемый здесь объект изобретения относится к поплавковым клапанам и, в частности, к поплавковым клапанам, применяющимся в топливных баках транспортных средств.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Ссылки на предшествующий уровень техники, имеющий отношение к раскрываемому здесь объекту, перечислены ниже: WO 2000/53960
Признание вышеупомянутых ссылок в настоящем документе не следует понимать как то, что они каким-либо образом относятся к патентоспособности раскрываемого в настоящее время объекта изобретения.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Поплавковые клапаны хорошо известны, в частности, они применяются в топливных баках транспортных средств. Такие поплавковые клапаны обычно используются в качестве отсечных клапанов переполнения и/или в качестве гравитационных клапанов опрокидывания, которые с одной стороны используются для отвода паров топлива в открытом состоянии, а с другой стороны их функция состоит в, соответственно, предотвращении переполнения топливного бака и/или предотвращении разлива топлива из бака, например, в результате опрокидывания автомобиля или других обстоятельств, при которых клапан частично или полностью погружается в топливо. Такие обстоятельства могут заключаться, например, в наклоне топливного бака (например, при движении транспортного средства по наклонной вверх или вниз), или при движении топлива внутри бака (например, при плескании жидкости внутри бака), что вызывает волнообразное изменение уровня топлива в баке
Обычные поплавковые клапаны используют плавучесть и усилие пружины смещенного пружиной поплавкового элемента с открытым низом, чтобы подтолкнуть поплавковый элемент вверх и закрыть клапан в условиях, когда поплавковый клапан частично или полностью погружен в топливо, что в противном случае потенциально может привести к утечке топлива через клапан. При переворачивании, перевернутый в этих условиях поплавковый элемент не обеспечивает достаточную результирующую силу плавучести или не обеспечивает ее совсем, а вместо этого его вес (часто также включающий вес топлива, находящегося в перевернутом в этих условиях поплавковом элементе) вместе с пружинным смещением переводят клапан в закрытое положение, предотвращая утечку топлива.
При нормальном использовании такого клапана открытое пространство, создаваемое поплавковым элементом с открытым низом, заполняется парами топлива и обеспечивает требуемую результирующую силу плавучести для поплавкового элемента, что вместе с поджимающим пружинным усилием предотвращает переполнение или утечку из топливного бака. Однако, при понижении температуры окружающей среды (например, ночью), пары топлива могут конденсироваться, и, таким образом, открытое пространство может в конечном итоге быть частично или полностью заполнено жидким топливом, что значительно снижает эффективную результирующую силу плавучести поплавкового элемента, которая становится меньше вышеуказанной необходимой результирующей силы плавучести. В этих условиях это может повлиять на эффективность поплавкового клапана в качестве отсечного клапана переполнения или клапана предотвращения утечки.
В качестве неограничивающего примера приводим раскрытый в WO 2000/53960 клапан переполнения и гравитационный клапан, включая корпус, в котором находится клапан в сборе. Клапан в сборе включает элемент первой ступени и элемент второй ступени, которые способны соосно и относительно друг друга перемещаться внутри корпуса. Элемент первой ступени содержит щелеобразное отверстие внизу и выпускное отверстие вверху. Входное и выходное отверстия сообщаются по текучей среде. Элемент второй ступени представляет собой поплавок, снабженный гибкой мембранной полосой, предназначенной закрывать щелевидное отверстие элемента первой ступени. Клапан в сборе снабжен по меньшей мере одним крепежным элементом, проходящим между элементом первой ступени и элементом второй ступени и обеспечивающим ограниченную свободу относительного перемещения между ними таким образом, что смещение элемента второй ступени в его второе положение влечет за собой положительное смещение элемента первой ступени в его второе положение.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Согласно одному аспекту раскрываемого объекта изобретения предложен поплавковый клапан, применимый в жидкой среде, причем поплавковый клапан имеет вертикальную конфигурацию и перевернутую конфигурацию и содержит:
корпус, определяющий по меньшей мере один впускной канал и по меньшей мере один выпускной канал;
компоновку поплавка, перемещаемую внутри указанного корпуса; и
вспомогательный поплавковый элемент, перемещаемый внутри указанного корпуса;
где компоновка поплавка содержит основной поплавковый элемент, отличающийся от указанного вспомогательного поплавкового элемента, и пружинный элемент, основной поплавковый элемент предназначен закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал, если он упирается в него, причем пружинный элемент предназначен обеспечивать поджимающее пружинное усилие, прилагаемое к основному поплавковому элементу в направлении указанного по меньшей мере одного выпускного канала;
где указанный вспомогательный поплавковый элемент предназначен обеспечивать результирующее выталкивающее усилие в жидкой среде в условиях полного погружения вне зависимости от того, находится ли поплавковый элемент в указанной вертикальной конфигурации или в указанной перевернутой конфигурации.
Например, указанный основной поплавковый элемент содержит поплавковую камеру, вмещающую указанный вспомогательный поплавковый элемент.
По меньшей мере в одном примере указанная поплавковая камера открыта снизу и закрыта сверху. Например, указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно в первом вертикальном положении, при этом в указанных погруженных состояниях: в указанном первом вертикальном положении поплавковый клапан находится в указанной вертикальной конфигурации, и компоновка поплавка предназначена закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал в отсутствие какого-либо выталкивающего усилия, кроме обеспечиваемого вспомогательным поплавковым элементом. Кроме того или в альтернативном случае, например, указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно во втором вертикальном положении, при этом в указанных погруженных состояниях: в указанном втором вертикальном положении поплавковый клапан находится в указанной вертикальной конфигурации, указанная поплавковая камера заполнена жидкой средой по меньшей мере выше граничного уровня, и указанная компоновка поплавка предназначена закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал с помощью выталкивающего усилия, предоставляемого вспомогательным поплавковым элементом. Кроме того или в альтернативном случае, например, указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно в перевернутом положении, при этом в указанных погруженных состояниях: в указанном перевернутом положении поплавковый клапан находится в указанной перевернутой конфигурации, и компоновка поплавка предназначена закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал в отсутствие какого-либо выталкивающего усилия, кроме обеспечиваемого вспомогательным поплавковым элементом. Кроме того или в альтернативном случае, например, указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно и попеременно в указанном первом вертикальном положении, в указанном втором вертикальном положении и в указанном перевернутом положении.
По меньшей мере в другом примере указанная поплавковая камера открыта снизу и дополнительно содержит по меньшей мере одно отверстие вверху. Например, компоновка поплавка предназначена действовать избирательно в первом вертикальном положении, при этом в указанных погруженных состояниях: в указанном первом вертикальном положении поплавковый клапан находится в указанной вертикальной конфигурации, указанная поплавковая камера заполнена жидкой средой по меньшей мере выше граничного уровня, и указанная компоновка поплавка предназначена закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал с помощью выталкивающего усилия, предоставляемого вспомогательным поплавковым элементом. Кроме того или в альтернативном случае, например, указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно в перевернутом положении, при этом в указанных погруженных состояниях: в указанном перевернутом положении поплавковый клапан находится в указанной перевернутой конфигурации, и компоновка поплавка предназначена закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал в отсутствие какого-либо выталкивающего усилия, кроме обеспечиваемого вспомогательным поплавковым элементом. Кроме того или в альтернативном случае, например, указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно и попеременно в указанном первом вертикальном положении и в указанном перевернутом положении.
В по крайней мере одном приведенном выше примере или других примерах указанный вспомогательный поплавковый элемент приспособлен двигаться возвратно-поступательно внутри указанной поплавковой камеры.
Кроме того или в альтернативном случае, например, указанный поплавковый элемент имеет общую плотность, которая ниже плотности жидкой среды. Например, вспомогательный поплавковый элемент формируют как твердое тело, изготовленное из одного или нескольких материалов, причем указанная общая плотность вспомогательного поплавкового элемента ниже плотности жидкой среды. В альтернативном случае, например, вспомогательный поплавковый элемент формируют как герметичное полое тело, включающее внешнюю оболочку, ограничивающую внутренний объем, и при этом отсутствует сообщение по текучей среде между указанным внутренним объемом и внешней средой вспомогательного поплавкового элемента, причем указанная общая плотность вспомогательного поплавкового элемента ниже плотности жидкой среды. Например, во внутреннем объеме содержится материал низкой плотности. Например, указанный материал низкой плотности представляет собой одно из следующего: газ, жидкость, твердое вещество или пену, плотность материала которых значительно ниже плотности жидкой среды.
Кроме того или в альтернативном случае, например, указанный основной поплавковый элемент в отсутствие пружинного элемента и одновременно содержащий воздушный карман в указанной поплавковой камере, не обладает плавучестью в жидкой среде.
Кроме того или в альтернативном случае, например, указанный основной поплавковый элемент в отсутствие пружинного элемента и одновременно содержащий воздушный карман в указанной поплавковой камере, полностью погружается в жидкую среду.
Кроме того или в альтернативном случае, например, указанный основной поплавковый элемент в отсутствие пружинного элемента и одновременно содержащий воздушный карман в указанной поплавковой камере, обладает плавучестью в жидкой среде.
Кроме того или в альтернативном случае, например, указанная компоновка поплавка, включая указанный основной поплавковый элемент и пружинный элемент, выполнена так, чтобы обеспечивать возможность основному поплавковому элементу принимать плавающее положение на жидкой среде, когда поплавковый клапан находится в указанном первом вертикальном положении. Например, указанная компоновка поплавка, включая указанный основной поплавковый элемент и указанный пружинный элемент, дополнительно выполнена так, чтобы не обеспечивать указанное плавающее положение на жидкой среде, когда поплавковый клапан находится в указанном перевернутом положении. Кроме того или в альтернативном случае, например, указанный поплавковый клапан выполнен так, чтобы при максимальном указанном выталкивающем усилии, действующем на основной поплавковый элемент, указанное максимальное выталкивающее усилие вместе с указанным поджимающим пружинным усилием, обеспечиваемым пружинным элементом, были в сумме достаточны, чтобы превысить вес основного поплавкового элемента, тем самым позволяя поплавковому элементу принимать плавающее положение. Кроме того или в альтернативном случае, например, указанная компоновка поплавка выполнена так, чтобы при максимальном указанном выталкивающем усилии, действующем на основной поплавковый элемент, указанное максимальное выталкивающее усилие вместе с указанным поджимающим пружинным усилием, обеспечиваемым пружинным элементом, были в сумме достаточны, чтобы перевесить вес основного поплавкового элемента, тем самым позволяя поплавковому элементу принимать плавающее положение. Кроме того или в альтернативном случае, например, указанное максимальное выталкивающее усилие обеспечивается благодаря тому, что основной поплавковый элемент свободно и в достаточной степени погружен в жидкую среду так, чтобы указанное максимальное выталкивающее усилие действовало на основной поплавковый элемент. Кроме того или в альтернативном случае, например, указанное максимальное выталкивающее усилие представляет собой минимальную выталкивающую силу или силу плавучести, действующую на основной поплавковый элемент, соответствующую объему погруженной части основного поплавкового элемента, плюс по меньшей мере пороговый объем воздуха или паров, заключенных в поплавковой камере основного поплавкового элемента.
Кроме того или в альтернативном случае, например, указанный пружинный элемент имеет вид витой пружины.
Согласно этому аспекту раскрываемого объекта изобретения здесь также предложен топливный бак для транспортного средства, включающий поплавковый клапан, как определено в данном документе.
Согласно этому аспекту раскрываемого объекта изобретения здесь также предложено транспортное средство, включающее топливный бак с поплавковым клапаном, как определено в данном документе. Например, транспортное средство может быть дорожным транспортным средством.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Чтобы лучше понять объект изобретения, раскрываемый в данном документе, и чтобы показать, как это может быть осуществлено на практике, теперь будут описаны примеры, но только в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых:
на Фиг. 1 показан вид сбоку в поперечном разрезе первого примера поплавкового клапана согласно раскрываемому объекту изобретения, причем поплавковый клапан находится в вертикальной конфигурации и открытом, непогруженном состоянии.
на Фиг. 2 показан вид сбоку в поперечном разрезе примера, представленного на Фиг. 1, где поплавковый клапан находится в вертикальной конфигурации и открытом, частично погруженном состоянии.
на Фиг. 3 показан вид сбоку в поперечном разрезе примера, представленного на Фиг. 1, где поплавковый клапан находится в вертикальной конфигурации и открытом, частично погруженном состоянии, причем основной поплавковый элемент плавает на жидкой среде.
на Фиг. 4 показан вид сбоку в поперечном разрезе примера, представленного на Фиг. 1, где поплавковый клапан находится в вертикальной конфигурации и закрытом, частично или полностью погруженном состоянии.
на Фиг. 5 показан вид сбоку в поперечном разрезе примера, представленного на Фиг. 1, где поплавковый клапан находится в вертикальной конфигурации и закрытом, частично иди полностью погруженном состоянии, причем вспомогательный поплавковый элемент прикладывает выталкивающее усилие к основному поплавковому элементу.
на Фиг. 6 показан вид сбоку в поперечном разрезе примера, представленного на Фиг. 1, где поплавковый клапан находится в вертикальной конфигурации и закрытом, частично или полностью погруженном состоянии, причем вспомогательный поплавковый элемент плавает на жидкой среде.
на Фиг. 7 показан вид сбоку в поперечном разрезе примера, представленного на Фиг. 1, где поплавковый клапан находится в перевернутой конфигурации и закрытом, частично или полностью погруженном состоянии.
на Фиг. 8(a) показан вид сбоку в поперечном разрезе примера вспомогательного поплавкового элемента, представленного на Фиг. 1; на Фиг. 8(b) показан вид сбоку в поперечном разрезе другого примера вспомогательного поплавкового элемента, представленного на Фиг. 1.
на Фиг. 9(a) представлено изометрическое изображение примера вспомогательного поплавкового элемента примера, представленного на Фиг. 1; на Фиг. 9(b) представлено изометрическое изображение другого примера вспомогательного поплавкового элемента примера, представленного на Фиг. 1; на Фиг. 9(c) представлено изометрическое изображение другого примера вспомогательного поплавкового элемента примера, представленного на Фиг. 1; на Фиг. 9(d) представлено изометрическое изображение другого примера вспомогательного поплавкового элемента примера, представленного на Фиг. 1.
на Фиг. 10 показан вид сбоку в поперечном разрезе альтернативного варианта примера, представленного на Фиг. 3.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Со ссылкой на Фиг. 1, поплавковый клапан согласно первому примеру раскрываемого объекта изобретения, обозначенный позицией 10, содержит корпус 12, компоновку поплавка 60 и вспомогательный поплавковый элемент 50. Компоновка поплавка 60 включает в себя основной поплавковый элемент 70 и пружинный элемент. В этом и других примерах пружинный элемент имеет вид витой пружины 80, где витая пружина 80 предназначена обеспечивать поджимающее пружинное усилие, прилагаемое к основному поплавковому элементу 70, как станет понятно ниже. В альтернативных вариантах этих примеров пружинный элемент может иметь любую подходящую конфигурацию, в частности, механическую конфигурацию, например, в виде упругого элемента, который предназначен обеспечивать поджимающее пружинное усилие, прилагаемое к основному поплавковому элементу 70.
Поплавковый клапан включает в себя выпускной канал 24 жидкости, и газоход 23 находится в сообщении по текучей среде с выпускным каналом 24 жидкости. В альтернативном варианте этого примера поплавковый клапан может включать в себя более одного выпускного канала жидкости, например, два и более выпускных каналов жидкости.
В то время как в этом примере корпус 12 является цилиндрическим, в альтернативных вариантах этого примера корпус может напротив иметь любую другую подходящую форму или поперечное сечение, например, эллиптическое или многоугольное поперечное сечение.
В этом примере и как станет понятно далее, поплавковый клапан 10 предназначен для применения в качестве отсечного клапана переполнения и/или в качестве гравитационного клапана (ROV), и/или в качестве комбинированного гравитационного клапана (CROV). Однако, в альтернативных вариантах этого примера поплавковый клапан 10 вместо этого выполнен как вентиляционный клапан уровня налива (FLVV), или как комбинированный вентиляционный клапан уровня налива (CFLVV), или как клапан уровня налива (FLV), или как комбинированный клапан уровня налива (CFLV).
Поплавковый клапан 10 может крепиться с помощью своей верхней части к верхней части топливного бака 16, например, к верхней стенке топливного бака 16. Такой крепеж в этом примере осуществляют с внешней стороны бака через отверстие 11 в верхней стенке бака (Фиг. 1); однако, в альтернативных вариантах этого примера поплавковый клапан вместо этого может быть прикреплен изнутри бака к нижней стороне верхней стенки бака. В любом случае, такой крепеж можно выполнять любым из нескольких способов, известных как таковых в области техники, например, путем термической сварки или механического крепления (например, зажимов, развальцовки и т.д.). Прикрепленный таким образом, корпус 12 проходит во внутренний объем V топливного бака 16.
В режиме заправки объем V может заполняться топливом F, и поплавковый клапан 10 действует таким образом, чтобы вентилировать пары топлива из бака 16 через выпускной канал 24 жидкости. Поплавковый клапан 10 дополнительно действует так, чтобы селективно закрывать выпускной канал 24 жидкости с целью предотвращения утечки топлива при погружении поплавкового клапана 10, например, чтобы предотвратить переполнение бака 16. Поплавковый клапан 10 также осуществляет вентиляцию бака 16 по мере снижения уровня топлива в баке 16 в ходе работы двигателя транспортного средства.
При обычной работе поплавкового клапана 10 поплавковый клапан 10 дополнительно действует (или - в некоторых альтернативных вариантах этого примера - действует альтернативно) так, чтобы селективно предотвращать утечку топлива через выпускной канал 24 жидкости в обстоятельствах, при которых поплавковый клапан частично или полностью погружен в топливо, что в противном случае потенциально может привести к утечке топлива через клапан. Такие обстоятельства могут заключаться, например, в опрокидывании бака (например, когда транспортное средство (не показано), например, дорожное транспортное средство, в котором установлен бак, перевернуто), в наклоне топливного бака (например, при движении транспортного средства по наклонной вверх или вниз), или при движении топлива внутри бака (например, при плескании жидкости внутри бака), что вызывает волнообразное изменение уровня топлива в баке
Корпус 12 ограничивает внутреннюю камеру 18, имеющую один или несколько впускных каналов 20 жидкости, размещенных внизу или рядом с низом 14 корпуса 12 и/или по бокам корпуса 12, в то время как выпускной канал 24 жидкости размещен вверху внутренней камеры 18.
По крайней мере в этом примере впускные каналы 20 жидкости и выпускной канал 24 жидкости имеют существенно большие поперечные сечения, чтобы обеспечивать высокую скорость эвакуации паров топлива при открытом поплавковом клапане 10.
Основной поплавковый элемент 70 имеет внешнюю окружающую стенку 72, соединенную по своему верху 71 со стенкой верха 75, а внизу 76 открыт, тем самым ограничивая открытую с одного конца поплавковую камеру 77. В то время как в этом примере окружающая стенка 72 является цилиндрической, в альтернативных вариантах этого примера окружающая стенка 72 может напротив иметь любую другую подходящую форму или поперечное сечение, например, эллиптическое или многоугольное поперечное сечение. В то время как в этом примере окружающая стенка 72 имеет постоянное или одинаковое поперечное сечение по своей продольной оси АА, в альтернативных вариантах этого примера окружающая стенка 72 может напротив иметь любое другое поперечное сечение, размер которого и/или форма которого уменьшается, или уменьшается вдоль продольной оси АА.
Компоновка поплавка 60, включая основной поплавковый элемент 70 и витую пружину 80, предназначена позволять основному поплавковому элементу 70 принимать плавающее положение на жидкой среде, когда поплавковый клапан 10 ориентирован нормальным образом (вертикально вверх) (см., например, Фиг. 3), что здесь также взаимозаменяемо называется вертикальной конфигурацией. Жидкая среда (здесь также взаимозаменяемо называемая "рабочая жидкость") в этом и других примерах представляет собой жидкое топливо F, в частности, такого типа, который используется для заполнения бака 16. В вышеуказанной плавающей конфигурации основной поплавковый элемент 70 полностью не погружен в жидкую среду. Напротив, основной поплавковый элемент 70 остается частично погруженным, причем плавучесть за счет воздушного кармана (обычно заполненного воздухом и/или парами топлива), который заключен в открытой поплавковой камере 77, в сумме с поджимающей упругой силой, обеспечиваемой витой пружиной 80, вместе позволяют по крайней мере верхней части 65 основного поплавкового элемента 70 выступать над уровнем жидкой среды, окружающей основной поплавковый элемент 70.
Следует отметить, что в некоторых примерах раскрываемого объекта изобретения основной поплавковый элемент 70 в отсутствие витой пружины 80, но содержащий воздушный карман в открытой поплавковой камере 77, не плавает на жидкой среде, а напротив, полностью погружается в жидкую среду, в то время как в других примерах раскрываемого объекта изобретения основной поплавковый элемент 70 в отсутствие витой пружины 80, но содержащий воздушный карман в открытой поплавковой камере 77, плавает на жидкой среде.
С другой стороны, по крайней мере в этом примере, компоновка поплавка 60, включая основной поплавковый элемент 70 и витую пружину 80, также выполнена таким образом, чтобы не обеспечивать вышеуказанную плавающую конфигурацию на жидкой среде, в частности, топливе F, если поплавковый клапан 10 находится в перевернутой ориентации (перевернут), как на Фиг. 7 (что здесь также взаимозаменяемо называется перевернутой конфигурацией), и поплавковая камера 77 теперь заполнена жидкой средой, в частности, топливом F, а не парами топлива или воздухом.
Выпускной канал 24 ограничивает седло клапана 22, а основной поплавковый элемент 70, в частности, стенка его верха 75, содержит упругий закупоривающий элемент 79, приспособленный выборочно вступать в закупоривающее соединение с седлом клапана 22 в корпусе 12. Закупоривающий элемент 79 размещен на ранее упомянутой верхней части 65 основного поплавкового элемента 70 таким образом, чтобы закупоривающий элемент 79 выступал над уровнем жидкой среды, окружающей основной поплавковый элемент 70, когда компоновка поплавка 60 находится в плавающем положении.
Основной поплавковый элемент 70 приспособлен двигаться возвратно-поступательно во внутренней камере 18 в направлениях, параллельных или соосных продольной оси АА.
Витая пружина 80 вмещается в поплавковой камере 77 так, чтобы верхний конец витой пружины 80 упирался в нижнюю сторону стенки верха 75, в то время как нижний конец витой пружины 80 упирается в низ 14 корпуса 12. Витая пружина 80 предварительно сжата до заранее определенной степени сжатия (таким образом храня в себе потенциальную энергию) и смещена так, чтобы создавать прижимное упругое усилие, выталкивающее основной поплавковый элемент 70 вверх от низа 14 и в направлении выпускного канала 24 жидкости, как станет понятно ниже.
Необязательно, основной поплавковый элемент 70 может быть оборудован выступами (не показаны), которые скользят внутри выемок (не показаны), размещенных внутри внутренней камеры 18, с одной стороны позволяя основному поплавковому элементу 70 двигаться возвратно-поступательно внутри внутренней камеры 18, в то же время предотвращая относительное вращение основного поплавкового элемента 70 и внутренней камеры 18. Такой признак может быть особенно полезен, например, по крайней мере в некоторых альтернативных вариантах приведенных примеров, в которых упругий закупоривающий элемент 79 имеет форму гибкой закрывающей мембранной полоски, закрепленной одним своим концом на наклоненной опорной поверхности, образованной на верхней поверхности стенки верха 75, и где седло клапана 22 содержит наклонную нижнюю плоскость, которая наклонена параллельно наклонной опорной плоскости. В таком случае исключение относительного вращения основного поплавкового элемента 70 и внутренней камеры 18 может обеспечивать правильное расположение наклонной плоскости и гибкой закрывающей мембранной полоски по отношению к наклонной нижней поверхности седла клапана 22. В альтернативном случае, можно по выбору применять другие меры, предотвращающие относительное вращение основного поплавкового элемента 70 и внутренней камеры 18.
Поплавковый клапан 10, и, в частности, компоновка поплавка 60, сконструированы так, чтобы при действии полной выталкивающей силы (т.е., полной силы плавучести) на основной поплавковый элемент 70 (как в случае свободного погружения основного поплавкового элемента 70 (т.е., полного или частичного погружения, но достаточного погружения для того, чтобы на основной поплавковый элемент 70 действовала максимальная выталкивающая сила) в жидкой среде, эта выталкивающая сила вместе с поджимающим пружинным усилием, обеспечиваемым пружинным элементом 80, в сумме достаточны, чтобы превысить вес основного поплавкового элемента 70, тем самым позволяя поплавковому элементу принимать плавающее положение. Вышеуказанное полная выталкивающая сила может быть определена, как минимальная выталкивающая сила или силы плавучести, действующие на основной поплавковый элемент 70, соответствующие объему погруженной части основного поплавкового элемента 70 плюс по меньшей мере пороговый объем воздуха или паров, удерживаемых в поплавковой камере 77 основного поплавкового элемента 70.
Основной поплавковый элемент 70 приспособлен двигаться возвратно-поступательно во внутренней камере 18 в направлениях, параллельных или соосных продольной оси АА, между наиболее низким положением (Фиг. 1), в котором открыт выпускной канал 24 жидкости (соответствует открытой конфигурации поплавкового клапана), и наиболее высоким положением (Фиг. 4, 5, 6), в котором упругий закупоривающий элемент 79 герметично сцеплен с седлом клапана 22, тем самым закрывая выпускной канал 24 жидкости (соответствует закрытой конфигурации поплавкового клапана).
Вспомогательный поплавковый элемент 50 предназначен плавать на жидкой среде, в частности, топливе F (в частности, топливе такого типа, который используется для заполнения бака 16) вне зависимости от того, ориентирован ли поплавковый клапан 10 нормальным образом (вертикальная конфигурация), как на Фиг. 1-6, ориентирован опрокинутым образом (перевернутая конфигурация), как на Фиг. 7, или в любом другом наклоненном промежуточном положении.
Вспомогательный поплавковый элемент 50 размещен в поплавковой камере 77, приспособлен свободно двигаться возвратно-поступательно во внутренней камере 18, и, в частности, внутри поплавковой камеры 77 в этом примере, в направлениях, параллельных или соосных продольной оси АА, между наиболее низким положением (Фиг. 1, 7), в котором вспомогательный поплавковый элемент 50 опирается о дно 14, и наиболее высоким положением (Фиг. 5), в котором вспомогательный поплавковый элемент 50 упирается в нижнюю сторону стенки верха 75, положение стенки верха 75 изменяется относительно внутренней камеры 18 в зависимости от осевого положения основного поплавкового элемента 70 относительно внутренней камеры 18. В частности, поплавковый элемент 50 может свободно передвигаться возвратно-поступательно внутри поплавковой камеры 77.
Если не указано иное, термины «самое верхнее положение», «самое нижнее положение», «верхнее», «нижнее» и т.д. используются здесь в основном в применении к поплавковому клапану, находящемуся в «вертикальной конфигурации», и если не указано иное, эти термины во избежание путаницы сохраняются даже тогда, когда поплавковый клапан находится в перевернутой конфигурации.
Обращаясь к Фиг. 9(a) и 9(b), в то время как в этом примере вспомогательный поплавковый элемент 50 является цилиндрическим, в альтернативных вариантах этого примера вспомогательный поплавковый элемент 50 может напротив иметь любую другую подходящую форму или поперечное сечение, например, эллиптическое или многоугольное поперечное сечение. В то время как в этом примере вспомогательный поплавковый элемент 50 имеет постоянное или одинаковое поперечное сечение по продольной оси АА, в альтернативных вариантах этого примера вспомогательный поплавковый элемент 50 может напротив иметь любое другое поперечное сечение, которое уменьшается, или размер которого уменьшается и/или форма которого изменяется вдоль продольной оси АА. Обращаясь к Фиг. 9(a) и 9(b), вспомогательный поплавковый элемент 50 может иметь, например, усеченно-коническую форму.
В этом примере вспомогательный поплавковый элемент 50 концентрически принят радиально внутрь витой пружины 80, и тем самым витки витой пружины 80 радиально расположены снаружи вспомогательного поплавкового элемента 50. Однако, обращаясь к Фиг. 9(b) и 9(d), а также Фиг. 10, в альтернативных вариантах этого примера может осуществляться обратное, и витая пружина 80 может, напротив, входить в центральный просвет 51, образованный во вспомогательном поплавковом элементе 50 - в таком случает вспомогательный поплавковый элемент 50 может иметь, например, форму тора, кольца или другую кольцевую форму, радиально охватывающую витки витой пружины 80.
В раскрываемых здесь примерах вспомогательный поплавковый элемент 50 выполнен так, что его общая плотность ниже плотности топлива F, что позволяет вспомогательному поплавковому элементу 50 плавать на поверхности топлива SF вне зависимости от его ориентации относительно поверхности топлива SF. Например, общая плотность может быть в пределах от примерно 0,16 кг/м3 до 0,60 кг/м3, или от примерно 0,16 кг/м3 до 0,65 кг/м3, и, в частности, от примерно 0,20 кг/м3 до примерно 0,40 кг/м3 для применения с топливом F, например, включая одно или несколько из бензина, дизельного топлива, гибкого топлива, биотоплива и т.п.
В приведенном на Фиг. 1 примере, а также обращаясь к Фиг. 8(a), вспомогательный поплавковый элемент 50 выполнен в виде твердого тела из материала с низкой плотностью М, например, из некоторых пластмасс, нитрильного каучука (NBR), дерева, пробки и т.п.
В альтернативных вариантах этого примера, а также обращаясь к Фиг. 8(b), вспомогательный поплавковый элемент 50 может быть выполнен в виде герметичного полого тела 53, включающего внешнюю оболочку 58, ограничивающую внутренний объем 57, который может быть заполнен материалом с очень низкой плотностью (например, воздухом или другим газом, или пеной, или жидкостью с очень низкой плотностью - по сравнению с плотностью топлива F) или вакуумом, и так, чтобы отсутствовало сообщение по текучей среде между внутренним объемом 57 и окружающей средой вспомогательного поплавкового элемента 50, и так, чтобы общая плотность вспомогательного поплавкового элемента 50 была значительно ниже плотности топлива F.
Так, вспомогательный поплавковый элемент 50 предназначен всегда обеспечивать выталкивающую силу (т.е. выталкивающую силу или силу плавучести, которая превышает вес вспомогательного поплавкового элемента 50) вне зависимости от ориентации вспомогательного поплавкового элемента 50 относительно поверхности топлива SF, и, таким образом, вне зависимости от ориентации поплавкового клапана 10. Это тем самым обеспечивает то, что вспомогательный поплавковый элемент 50 всегда будет плавать на поверхности топлива вне зависимости от ориентации вспомогательного поплавкового элемента 50 относительно поверхности топлива (т.е., вертикально вверх или в перевернутом состоянии, например), и, таким образом, вне зависимости от ориентации поплавкового клапана 10.
Напротив, компоновка поплавка 60 предназначена обеспечивать основному поплавковому элементу 70 результирующую выталкивающую силу, которая обеспечивает плавающее положение, когда поплавковый клапан 10 ориентирован нормальным образом (вертикальная конфигурация), как на Фиг. 1, и поплавковая камера 77 заключает в себе по меньшей мере пороговый объем воздуха и/или паров топлива, и в то же время не обеспечивает какое-либо существенное результирующее выталкивающее усилие, которое в другом случае обеспечивало бы плавающее положение основного поплавкового элемента 70, когда поплавковый клапан 10 находится в перевернутой ориентации (перевернутой конфигурации), как на Фиг. 7 (и поплавковая камера 77 теперь возможно заполнена топливом F). Так, основной поплавковый элемент 70 плавает по поверхности топлива, когда находится в вертикальном направленном вверх положении, и поплавковая камера 77 одновременно с этим частично или полностью заполнена газом или парами (чтобы заключать в себе по меньшей мере пороговый объем воздуха/паров), но тонет ниже поверхности топлива, если основной поплавковый элемент 70 находится в перевернутом положении относительно поверхности топлива, и особенно если поплавковая камера частично или полностью заполнена жидким топливом F. Так, результирующий вектор силы, приложенный к основному поплавковому элементу 70, зависит от ориентации основного поплавкового элемента 70 относительно поверхности топлива и от того, каким материалом в тот момент заполнена поплавковая камера 77.
Согласно одному аспекту раскрываемого объекта изобретения действие поплавкового клапана 10 предотвращает утечку через него топлива в условиях, в которых поплавковый клапан 10 полностью или частично погружается в топливо F, при этом в отсутствие таких условий, т.е. когда поплавковый клапан 10 более не погружен в топливо F, или погружен незначительно, т.е. нет опасности утечки топлива через него, действие поплавкового клапана направлено на обеспечение вентиляции через него топливного бака.
Одним таким состоянием является режим заправки бака 16, при котором поплавковый клапан 10 действует в режиме заправки следующим образом.
Снова обращаясь к Фиг. 1, бак 16 частично заполнен топливом F до уровня топлива SF. В альтернативном случае топливо в баке F может отсутствовать. В любом случае, уровень топлива SF не достигает низа 14 корпуса 12.
В этом положении отсутствует действие выталкивающей силы на основной поплавковый элемент 70 или на вспомогательный поплавковый элемент 50. Следует отметить, что здесь термин «выталкивающая сила» применяется исключительно в отношении жидкого топлива F или любой другой жидкой среды, которой наполнен бак, и, таким образом, исключает и не учитывает любые номинальные эффекты плавучести или выталкивания, вызванные атмосферой или парами топлива или другими газами в топливном баке.
С другой стороны, силы гравитации (вес) действуют как на основной поплавковый элемент 70, так и на вспомогательный поплавковый элемент 50. Кроме того, упругое поджимающее усилие витой пружины 80 прикладывает направленную вверх поджимающую упругую силу к основному поплавковому элементу 70, т.е. поджимающее усилие в направлении выпускного канала 24, в направлении, противоположном силе тяжести. Однако, витая пружина 80 выполнена таким образом, что поджимающая упругая сила, обеспечиваемая ею, не достаточна сама по себе для преодоления веса основного поплавкового элемента 70 в отсутствие выталкивающей силы, возникающей за счет вышеупомянутого порогового объема воздуха/паров, и основной поплавковый элемент 70 таким образом занимает свое наиболее низкое положение, покоясь внизу 14 корпуса 12. Сходным образом, и находясь под действием только своего собственного веса (опять же без учета эффектов плавучести или выталкивания, вызванных атмосферой или парами топлива или другими газами в топливном баке), вспомогательный поплавковый элемент 50 также занимает свое наиболее низкое положение, покоясь внизу 14 корпуса 12. В этих условиях поплавковый клапан 10 находится в полностью открытой конфигурации, в которой выпускной канал 24 жидкости открыт, и пары свободно текут через поплавковый клапан 10, через впускной канал 20 жидкости, выпускной канал 24 жидкости и газоход 23, из бака 16 наружу, обычно в устройство обработки паров (не показано), например, канистру с активированным углем. Конфигурация на Фиг. 1 соответствует условиям дневного или ночного времени и может охватывать почти все или все условия окружающей среды, в которых предназначены эксплуатироваться топливный бак 16 и поплавковый клапан 10.
Обращаясь к Фиг. 2 и Фиг. 3, как только клапан 10 частично погружается, уровень топлива в баке 16 постепенно повышается до положения слегка выше впускных каналов 20 жидкости. В этот момент топливо F поступает во внутреннюю камеру 18 через впускные каналы 20 жидкости. В типичных условиях дневного времени поплавковый клапан 77 по-прежнему не содержит топлива F в жидком виде и обычно заполнен парами топлива и/или воздухом, в то же время вмещая в себе вспомогательный поплавковый элемент 50. Уровень топлива (т.е. уровень поверхности топлива SF) снаружи поплавкового клапана 10, а также внутри, в частности, во внутренней камере 18, по прежнему ниже уровня плавучести компоновки поплавка 60 (и в этом примере уровень топлива не является номинальным уровнем "полного бака" DFT), и только промежуточное или частичное выталкивающее усилие действует на основной поплавковый элемент 70. Эта частичная выталкивающая сила меньше полных выталкивающих сил, которые действуют на основной поплавковый элемент 70, когда основной поплавковый элемент 70 свободно плавает на поверхности топлива SF. Эта частичная выталкивающая сила на этой стадии не достаточна для преодоления веса основного поплавкового элемента 70, даже вместе с поджимающим пружинным усилием, обеспечиваемым пружинным элементом 80, и таким образом основной поплавковый элемент 70 остается в своем наиболее низком положении, покоясь внизу 14. Так, в условиях, приведенных на Фиг. 2, поплавковый клапан 10 остается в полностью открытой конфигурации, а вспомогательный поплавковый элемент 50 также покоится внизу 14, поскольку на него действует только вес вспомогательного поплавкового элемента 50.
В некоторый момент в процессе поднятия уровня топлива снаружи поплавкового клапана 10, уровень топлива F внутри внутренней камеры 18 становится достаточным для того, чтобы выталкивающая сила, действующая на основной поплавковый элемент 70, и поджимающее пружинное усилие, создаваемое пружинным элементом 80, в сумме достаточны, чтобы превысить вес основного поплавкового элемента 70, который таким образом принимает плавающее положение, при котором верхняя часть 65 выступает над поверхностью топлива F внутри внутренней камеры 18, и таким образом основной поплавковый элемент 70 отдаляется от своего наиболее низкого положения покоя внизу 14. Так, в условиях, отображенных на Фиг. 3, поплавковый клапан 10 по-прежнему остается в полностью открытой конфигурации, а вспомогательный поплавковый элемент 50 также покоится внизу 14 (поскольку на него действует только вес вспомогательного поплавкового элемента 50, и уровень топлива в непосредственной близости от вспомогательного поплавкового элемента 50 ниже, чем во внутренней камере 18, поскольку он определяется объемом воздуха/паров в поплавковой камере 77), в то время как основной поплавковый элемент 70 перемещается в направлении седла клапана 22.
По мере наполнения топливного бака 16 топливом F, уровень топлива (т.е. уровень поверхности топлива SF) снаружи поплавкового клапана 10 постепенно достигает требуемого максимального уровня, соответствующего номинальному уровню "полного бака" DFT, в котором остается некоторое незаполненное пространство HD над поверхностью топлива SF в баке 16. К этому моменту больше топлива поступило во внутреннюю камеру 18 через впускные каналы 20 жидкости, что достаточно для приложения полной выталкивающей силы к основному поплавковому элементу 70. Поскольку поплавковый клапан 10 сконструирован так, чтобы полная выталкивающая сила, действующая на основной поплавковый элемент 70, вместе с поджимающим пружинным усилием, обеспечиваемым пружинным элементом 80, превышали вес основного поплавкового элемента 70, основной поплавковый элемент 70 постепенно поднимается внутри поплавковой камеры 77 до наиболее высокого положения основного поплавкового элемента 70, тем самым принуждая упругий закупоривающий элемент 79 герметично соединяться с седлом клапана 22 (Фиг. 4). В этих условиях поплавковый клапан 10 находится в закрытой конфигурации, в которой выпускной канал 24 жидкости закрыт, и пары (а также жидкое топливо F) не могут течь из бака 16 через поплавковый клапан 10 наружу из бака 16.
В этот момент топливо F больше не может поступать в топливный бак 16, и свободное пространство HD сохраняется. Как правило, в закрытой конфигурации любые дальнейшие попытки продолжить заполнение бака 16 топливом вызывают подъем давления внутри объема бака 16, что детектируется механизмом заполнения бака (не показан), который затем останавливает последующую заправку.
Как правило, пока топливо F не проникает совсем или не проникает в значительной степени в поплавковую камеру 77, нижняя часть внутренней камеры 18 заполняется топливом до уровня нижней кромки 78 основного поплавкового элемента 70. Этот уровень топлива внутри внутренней камеры 18 не достаточен для того, чтобы приводить в движение вспомогательный поплавковый элемент 50 за счет его силы плавучести до упора со стенкой верха 75. Так, в условиях, приведенных на Фиг. 4, вспомогательный поплавковый элемент 50 покоится внизу 14, поскольку на него действует только вес вспомогательного поплавкового элемента 50.
Обращаясь к Фиг. 5, на этой фигуре показаны условия, при которых бак 16 наполняется до номинального уровня "полного бака" DFT, или в которых бак 16 уже наполнен до номинального уровня "полного бака" DFT топливом F, и при которых поплавковая камера 77 также заполнена топливом F. Такие условия могут возникать, например, при различных условиях окружающей среды, в которых температура окружающей среды может сильно падать, например, ночью, когда температура окружающей среды может быть значительно ниже, чем днем. В этих условиях результирующая выталкивающая сила, действующая на основной поплавковый клапан 70, уменьшается или исчезает, и таким образом компоновка поплавка 60 самостоятельно не может закрыть клапан. С другой стороны, топливо F в поплавковой камере 77 обеспечивает возникновение выталкивающей силы, которая приложена к вспомогательному поплавковому элементу 50, который в результате этого теперь вынужденно передвигается в свое наиболее высокое положение и упирается в стенку верха 75 основного поплавкового элемента 70. Кроме того, такое осевое давление приводит к возникновению выталкивающей силы, создаваемой вспомогательным поплавковым элементом 50, которая теперь приложена к основному поплавковому элементу 70, и в сумме с поджимающим пружинным усилием, создаваемым пружинным элементом 80, по меньшей мере равна или превышает вес основного поплавкового элемента 70. Это приводит к тому, что основной поплавковый элемент 70 вынужденно упирается или удерживается в наиболее высоком своем положении, поддерживая поплавковый клапан 10 в закрытом положении.
Следует отметить, что выталкивающая сила, создаваемая вспомогательным поплавковым элементом 50, не зависит от ориентации поплавкового клапана 10, в частности, от того, находится ли поплавковый клапан в направленной вверх вертикальной конфигурации или в перевернутой конфигурации, или в любой другой промежуточной наклоненной ориентации, а также практически и от условий окружающей среды (например, от температуры окружающей среды), которые могут влиять на способность поплавковой камеры 77 удерживать вышеупомянутый объем воздуха/паров.
Так, приспособленный двигаться возвратно-поступательно вспомогательный поплавковый элемент 50 обеспечивает основному поплавковому элементу 70 требуемую дополнительную силу плавучести или выталкивающую силу в условиях, при которых основной поплавковый элемент 70 не может обеспечить достаточную выталкивающую силу, что вместе с поджимающим пружинным усилием может вынуждать основной поплавковый элемент 70 перемещаться в свое наиболее высокое положение, обеспечивая закрытую конфигурацию, тем самым предотвращая переполнение топливного бака 16 выше номинального уровня "полного бака" DFT или утечку топлива.
Таким образом поплавковый клапан 10 действует как отсечной клапан переполнения.
Следует отметить, что в условиях, приведенных на Фиг. 5, но в отсутствие вспомогательного поплавкового элемента 50, вес основного поплавкового элемента 70 (при относительно низкой выталкивающей силе в этих условиях, направленной против силы тяжести) теперь превысит поджимающие пружинное усилие, создаваемое пружинным элементом 80, тем самым позволяя основному поплавковому элементу 70 отодвигаться от выпускного канала 24 жидкости и возвращая поплавковый клапан 10 в открытую конфигурацию, обусловливая утечку топлива.
На Фиг. 6 показана ситуация, похожая на ситуацию на Фиг. 5, но основным отличием является то, что поплавковая камера 77 в значительной степени, но только частично заполнена топливом F. В условиях, приведенных на Фиг. 6, даже при том, что соответствующие полные силы плавучести действуют на вспомогательный поплавковый элемент 50, уровень топлива в поплавковой камере 77 не достаточен для того, чтобы приводить в движение вспомогательный поплавковый элемент 50 до упора со стенкой верха 75, и поэтому эти силы не могут быть приложены к поплавковой камере 77. С другой стороны, благодаря тому, что поплавковая камера 77 теперь частично заполнена топливом, полные силы плавучести, действующие теперь на основной поплавковый элемент 70, теперь меньше вышеуказанных полных сил плавучести, но тем не менее все еще достаточны для преодоления веса основного поплавкового элемента 70, если их объединить с поджимающим пружинным усилием, создаваемым пружинным элементом 80.
По крайней мере в этом примере поплавковый клапан 10 сконструирован так, чтобы при уровне топлива внутри поплавковой камеры 77, который требуется только для приведения вспомогательного поплавкового элемента 50 до соприкосновения со стенкой верха 75 (но еще недостаточен, чтобы передать ему результирующую выталкивающую силу, действующую на вспомогательный поплавковый элемент 50), основной поплавковый элемент 70 может все еще обеспечить достаточную выталкивающую силу так, чтобы вместе с поджимающим пружинным усилием, обеспечиваемым пружинным элементом 80, удерживать поплавковый клапан 10 в закрытой конфигурации. Этот уровень топлива в поплавковой камере 77 в данном документе назван минимальным граничным уровнем, а вышеупомянутый удерживаемый пороговый объем газа в поплавковой камере 77 можно определить как объем пространства внутри поплавковой камеры 77 над минимальным граничным уровнем, т.е. который заключен между минимальным граничным уровнем и верхней стенкой 75 в поплавковой камере 77.
Кроме того, поплавковый клапан 10 также сконструирован так, чтобы по мере дальнейшего повышения уровня топлива в поплавковой камере 77 от минимального граничного уровня, и вызываемым этим одновременном уменьшением выталкивающей силы, приложенной непосредственно к основному поплавковому элементу 70, с целью компенсации вспомогательный поплавковый элемент 50 создает результирующую выталкивающую силу и прикладывает ее к основному поплавковому элементу 70, тем самым удерживая поплавковый клапан 10 в закрытой конфигурации.
Следует отметить, что как только топливо F начинает откачиваться из бака 16 (например, для работы двигателя), уровень топлива SF падает ниже номинального уровня "полного бака" DFT, что позволяет поплавковому клапану 10 снова принять открытую конфигурацию для вентиляции бака 16.
Также следует отметить, что существуют другие такие условия, при которых бак 16 не полон, и уровень топлива SF находится ниже номинального уровня "полного бака" DFT, но тем не менее поплавковый клапан 10 полностью или частично погружается в топливо F. В этих условиях действие поплавкового клапана 10 направлено на предотвращение утечки через него топлива, при этом оно позволяет поплавковому клапану 10 вентилировать пары топлива через себя, когда такие условия устраняются. Такие условия могут включать другие ситуации, в которых поплавковый клапан находится в направленной вверх вертикальной конфигурации или близко к ней, и могут включать, например, наклон топливного бака (например, при движении транспортного средства по наклонной вверх или вниз), или в результате ускорения или торможения движения топливного бака (т.е. ускорения или торможения транспортного средства), или при движении топлива внутри бака (например, при плескании жидкости внутри бака), что вызывает волнообразное изменение уровня топлива в баке, когда происходит погружение поплавкового клапана в результате таких волн.
В таких условиях, и если поплавковый клапан 10 погружается до такой степени, что необходимо закрывать выпускной канал 24, чтобы предотвратить утечку топлива, то действие поплавкового клапана 10 происходит в соответствии с (а) или (b) ниже:
(a) результирующая выталкивающая сила, создаваемая основным поплавковым элементом 70, в сумме с поджимающей упругой силой, создаваемой витой пружиной 80, достаточна для того, чтобы заставлять основной поплавковый элемент 70 двигаться в направлении верхней стенки 75 и обеспечивать закупоривающее соединение между закупоривающим элементом 79 и седлом клапана 22, что соответствует действию поплавкового клапана 10, показанному на Фиг. 4 или на Фиг. 6, например, и описанному здесь с учетом соответствующих изменений.
(b) результирующая выталкивающая сила, создаваемая основным поплавковым элементом 70, в сумме с поджимающей упругой силой, создаваемой витой пружиной 80, не достаточна для того, чтобы заставлять основной поплавковый элемент 70 двигаться в направлении верхней стенки 75 - например, поплавковая камера 77 заполнена топливом, а не парами топлива или воздухом (или объем воздуха/паров в поплавковой камере 77 меньше, чем вышеупомянутый удерживаемый пороговый объем) - в этом случае вспомогательный поплавковый элемент 50 создает результирующую выталкивающую силу, чтобы продолжать передвигать основной поплавковый элемент 70 в направлении верхней стенки 75, и тем самым обеспечивать закупоривающее соединение между закупоривающим элементом 79 и седлом клапана 22, что соответствует действию поплавкового клапана 10, показанному на Фиг. 5, например, и описанному здесь с учетом соответствующих изменений.
Существуют другие такие условия, при которых действие поплавкового клапана 10 предотвращает утечку топлива через него, при этом позволяя поплавковому клапану 10 вентилировать пары топлива, когда устранены такие условия, но при которых поплавковый клапан не находится в направленной вверх вертикальной конфигурации, а напротив - находится в перевернутой конфигурации или близок к ней.
Одной такой ситуацией является опрокидывание. Обращаясь к Фиг. 7, на этой фигуре показана опрокинутая (или перевернутая) конфигурация поплавкового клапана 10 в условиях, когда бак 16 перевернут, например, в результате опрокидывания транспортного средства, в котором установлен бак. В этих условиях, при которых поплавковый клапан 10' полностью или частично погружен, вес основного поплавкового элемента 70 вместе с поджимающим пружинным усилием, обеспечиваемым пружинным элементом 80, действуют в одном направлении и заставляют основной поплавковый элемент 70 быстро двигаться в направлении выпускного канала 24 жидкости, тем самым принуждая упругий закупоривающий элемент 79 герметично соединяться с седлом клапана 22. Следует отметить, что поскольку основной поплавковый элемент теперь частично или полностью перевернут, поплавковая камера 77 также может наполняться топливом F, тем самым значительно уменьшая выталкивающую силу или силу плавучести, действующую на основной поплавковый элемент 70, что может дополнительно способствовать ускорению движения основного поплавкового элемента 70 в направлении выпускного канала 24 жидкости, еще быстрее закрывая выпускной канал 24 жидкости.
В этих условиях опрокидывания поплавковый клапан 10 находится в закрытом положении и предотвращает утечку жидкого топлива F или паров топлива из топливного бака через выпускной канал 24 жидкости. Следует отметить, что действие поплавкового клапана 10 в вышеуказанном опрокинутом положении не зависит от количества топлива F, находящегося в баке 16, и позволяет быстро закрывать выпускной канал 24 жидкости вне зависимости от того, полностью или частично заполнен топливом F бак 16, или он пуст.
Следует отметить, что в вышеуказанном опрокинутом положении, результирующая выталкивающая сила продолжает действовать на вспомогательный поплавковый элемент 50, таким образом заставляя вспомогательный поплавковый элемент 50 двигаться в направлении вверх (т.е. в направлении, противоположном силе тяжести), и в такой конфигурации двигать смещенный таким образом вспомогательный поплавковый элемент 50 вдоль поплавковой камеры 77 в направлении от стенки верха 75. Таким образом, в опрокинутом положении результирующая выталкивающая сила, действующая на вспомогательный поплавковый элемент 50, не приложена к основному поплавковому элементу 70, что в противном случае может мешать основному поплавковому элементу 70 закрывать поплавковый клапан 10 в вышеуказанном опрокинутом положении.
Таким образом поплавковый клапан 10 также действует как гравитационный клапан.
Обращаясь к Фиг. 10, в альтернативных вариантах вышеуказанных примеров, поплавковая камера 77 может быть разделена на внешнюю кольцевую поплавковую камеру 69, отделенную от внутренней поплавковой камеры 68 внутренней окружающей стенкой 62. Витая пружина 80 может вмещаться в эту внутреннюю поплавковую камеру 68, в то время как вспомогательный поплавковый элемент 50 (в том виде, как он показан на Фиг. 9(b) или 9(d), например) приспособлен свободно двигаться возвратно-поступательно в кольцевой поплавковой камере 69.
Альтернативный вариант первого примера поплавкового клапана 10 показан на Фиг. 11-15, в котором основной поплавковый элемент 70 заменен подобным поплавковым элементом 70' с учетом соответствующих изменений, но имеет отверстие 74 в верхней стенке 75 основного поплавкового элемента 70'; поплавковый клапан в примере, показанном на Фиг. 11-15, в общем случае обозначен позицией 10'.
Отверстие 74 обеспечивает открытое сообщение по текучей среде между поплавковой камерой 77 и внешней средой основного поплавкового элемента 70', вне зависимости от ориентации основного поплавкового элемента 70'.
В альтернативном варианте этого примера основной поплавковый элемент 70' может в действительности иметь более одного указанного отверстия 74 в верхней стенке 75, и/или одно или несколько в боковых стенках 72, каждое из этих отверстий обеспечивает открытое сообщение по текучей среде между поплавковой камерой 77 и внешней средой основного поплавкового элемента 70'.
Таким образом, пример поплавкового клапана 10' на Фиг. 11-15 отличается от примера поплавкового клапана 10 на Фиг. 1-7, 10 в основном тем, что поплавковая камера 77 последних может удерживать объем воздуха или паров топлива по меньшей мере в некоторых условиях, тем самым обеспечивая выталкивающую силу, в то время как в последних соответствующая поплавковая камера 77 не предназначена удерживать в себе какой-либо воздух или пары топлива.
Таким образом, в примере примера на Фиг. 11-15 соответствующая поплавковая камера 77 вентилируется через отверстие 74 и по этой причине не вносит вклада в выталкивающую силу, которая в противном случае обеспечивается объемом удерживаемого воздуха/паров примеров на Фиг. 1, 2, 3, 4, 6, такой удерживаемый объем отсутствует в основном поплавковом элементе 77' примеров на Фиг. 11-15. Другими словами, поскольку основной поплавковый элемент 70' всегда вентилируется, поплавковая камера 77 также может наполняться топливом F в направленной вверх вертикальной конфигурации, и таким образом значительно уменьшается выталкивающая сила или сила плавучести, действующие на основной поплавковый элемент 70' по сравнению с основным поплавковым элементом 70.
Обращаясь к Фиг. 11, это соответствует конфигурации на Фиг. 1, и уровень топлива SF находится ниже впускных каналов 20. В этом положении нет результирующей выталкивающей силы, действующей на основной поплавковый элемент 70' или вспомогательный поплавковый элемент 50, в то время как гравитационные силы (вес) действуют как на основной поплавковый элемент 70', так и на вспомогательный поплавковый элемент 50. Кроме того, упругое поджимающее усилие витой пружины 80 прикладывает направленную вверх поджимающую упругую силу к основному поплавковому элементу 70', т.е. поджимающее усилие в направлении выпускного канала 24, в направлении противоположном силе тяжести. Как станет понятно далее, этой поджимающей силы не достаточно, чтобы преодолеть вес основного поплавкового элемента 70'.
Обращаясь к Фиг. 12, по мере повышения уровня топлива SF выше впускных каналов 20, топливо начинает поступать в поплавковую камеру 77, и уровень топлива в поплавковой камере 77 поднимается фактические таким же образом, что и в основном поплавковом элементе 70', по мере вентилирования воздуха/паров топлива из поплавковой камеры 77 через отверстие 74. На Фиг. 12, уровень топлива в поплавковой камере 77 поднялся достаточно для того, чтобы вспомогательный поплавковый элемент 50 теперь свободно плавал на топливе, но по-прежнему не доходил до верхней стенки 75 и, таким образом, не соприкасается с верхней стенкой 75. В этой конфигурации выпускной канал 24 все еще открыт, и поплавковый клапан 10' находится в открытой конфигурации; кроме того, основной поплавковый элемент 70' по-прежнему занимает свое наиболее низкое положение, покоясь внизу 14 корпуса 12.
Обращаясь к Фиг. 13, по мере последующего подъема уровня топлива SF, свободно плавающий вспомогательный поплавковый элемент 50 в конце концов упирается в верхнюю стенку 75, и по мере дальнейшего подъема уровня топлива выталкивающее усилие, создаваемое вспомогательным поплавковым элементом 50 прикладывается к основному поплавковому элементу 70', который вслед за этим начинает подниматься вместе с уровнем топлива от своего наиболее низкого положения покоя внизу 14 корпуса 12.
Следует отметить, что в примере на Фиг. 1-15, витая пружина 80 выполнена таким образом, что поджимающая упругая сила, обеспечиваемая ею, не достаточна сама по себе для преодоления веса основного поплавкового элемента 70' в отсутствие прикладываемого выталкивающего усилия, создаваемого вспомогательным поплавковым элементом 50. С другой стороны, поджимающая упругая сила витой пружины 80 вместе с выталкивающей силой, создаваемой вспомогательным поплавковым элементом 50, преодолевает вес основного поплавкового элемента 70' (когда поплавковый клапан 10' находится в направленной вверх вертикальной конфигурации, а вспомогательный поплавковый элемент 50 плавает и упирается в основной поплавковый элемент 70'), что таким образом позволяет основному поплавковому элементу 70' приблизиться к выпускному каналу 24. Следует отметить, что в этом примере основной поплавковый элемент 70' не обеспечивает результирующее выталкивающее усилие при частичном или полном погружении в топливо.
Обращаясь к Фиг. 14, по мере дальнейшего повышения уровня топлива SF, основной поплавковый элемент 70' поднимается внутри поплавковой камеры 77 за счет выталкивающей силы, создаваемой вспомогательным плоским элементом 50, в сумме с поджимающей упругой силой, создаваемой витой пружиной 80, постепенно до самого верхнего положения основного поплавкового элемента 70', тем самым принуждая упругий закупоривающий элемент 79 герметично соединяться с седлом клапана 22. В этих условиях поплавковый клапан 10' находится в закрытой конфигурации, в которой выпускной канал 24 жидкости закрыт, и пары (а также жидкое топливо F) не могут течь из бака 16 через поплавковый клапан 10 наружу из бака 16.
Обращаясь к Фиг. 15, на этой фигуре показана опрокинутая (или перевернутая) конфигурация поплавкового клапана 10' в условиях, когда бак 16 перевернут, например, в результате опрокидывания транспортного средства, в котором установлен бак, и соответствует конфигурации на Фиг. 7. В этих условиях, при которых поплавковый клапан 10' полностью или частично погружен, вес основного поплавкового элемента 70' вместе с поджимающим пружинным усилием, обеспечиваемым пружинным элементом 80, действуют в одном направлении и заставляют основной поплавковый элемент 70' быстро двигаться в направлении выпускного канала 24 жидкости, тем самым принуждая упругий закупоривающий элемент 79 герметично соединяться с седлом клапана 22.
В этих условиях опрокидывания поплавковый клапан 10' находится в закрытом положении и предотвращает утечку жидкого топлива F или паров топлива из топливного бака через выпускной канал 24 жидкости. Следует отметить, что действие поплавкового клапана 10' в вышеуказанном опрокинутом положении не зависит от количества топлива F, находящегося в баке 16, и позволяет быстро закрывать выпускной канал 24 жидкости вне зависимости от того, полностью или частично заполнен топливом F бак 16 или он пуст. Также следует отметить, что вышеуказанном опрокинутом положении результирующая выталкивающая сила продолжает действовать на вспомогательный поплавковый элемент 50, таким образом заставляя вспомогательный поплавковый элемент 50 двигаться в направлении вверх (т.е. в направлении, противоположном силе тяжести), и в такой конфигурации двигать смещенный таким образом вспомогательный поплавковый элемент 50 вдоль поплавковой камеры 77 в направлении от стенки верха 75. Таким образом, в опрокинутом положении результирующая выталкивающая сила, действующая на вспомогательный поплавковый элемент 50, не приложена к основному поплавковому элементу 70', что в противном случае может мешать основному поплавковому элементу 70' закрывать поплавковый клапан 10' в вышеуказанном опрокинутом положении.
Так, а также в примерах на Фиг. 11-15, вспомогательный поплавковый элемент 50 предназначен всегда обеспечивать выталкивающую силу (т.е. выталкивающую силу или силу плавучести, которая превышает вес вспомогательного поплавкового элемента 50) вне зависимости от ориентации вспомогательного поплавкового элемента 50 относительно поверхности топлива SF, и, таким образом, вне зависимости от ориентации поплавкового клапана 10'. Это тем самым обеспечивает то, что вспомогательный поплавковый элемент 50 всегда будет плавать на поверхности топлива вне зависимости от ориентации вспомогательного поплавкового элемента 50 относительно поверхности топлива (т.е., вертикально вверх или в перевернутом состоянии, например), и, таким образом, вне зависимости от ориентации поплавкового клапана 10'.
В отличие от этого, основной поплавковый элемент 70' не имеет плавающей конфигурации и не обеспечивает результирующее выталкивающее усилие, когда поплавковый клапан 10' вне зависимости от ориентации поплавкового клапана 70' относительно поверхности топлива (т.е. направленной вертикально вверх или перевернутой, например), и, таким образом, вне зависимости от ориентации поплавкового клапана 10', и поплавковая камера 77 не могут удерживать в себе воздух или пары топлива.
Наконец, следует отметить, что слово «содержащий», используемый в прилагаемой формуле изобретения, следует интерпретировать как «включает в себя, но не ограничивается ими».
Несмотря на то, что было показано и описано в примерах в соответствии с раскрываемым объектом изобретения, будет понятно, что в нем могут быть сделаны многие изменения без отступления от сущности раскрываемого объекта изобретения.
1. Поплавковый клапан для применения в жидкой среде, причем поплавковый клапан имеет вертикальную конфигурацию и перевернутую конфигурацию и содержит:
корпус, определяющий по меньшей мере один впускной канал и по меньшей мере один выпускной канал;
компоновку поплавка, перемещаемую внутри указанного корпуса; и
вспомогательный поплавковый элемент, перемещаемый внутри указанного корпуса;
где компоновка поплавка содержит основной поплавковый элемент, отличающийся от указанного вспомогательного поплавкового элемента, и пружинный элемент, основной поплавковый элемент предназначен закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал, если он упирается в него, причем пружинный элемент предназначен обеспечивать поджимающее пружинное усилие, прилагаемое к основному поплавковому элементу в направлении указанного по меньшей мере одного выпускного канала;
где указанный вспомогательный поплавковый элемент предназначен обеспечивать результирующее выталкивающее усилие в жидкой среде в условиях полного погружения вне зависимости от того, находится ли поплавковый клапан в указанной вертикальной конфигурации или в указанной перевернутой конфигурации,
где указанный основной поплавковый элемент содержит поплавковую камеру, вмещающую в себя вспомогательный поплавковый элемент.
2. Поплавковый клапан согласно п. 1, где указанная поплавковая камера открыта снизу и закрыта сверху.
3. Поплавковый клапан согласно п. 2, где указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно в первом вертикальном положении, где в указанных погруженных состояниях:
в указанном первом вертикальном положении поплавковый клапан находится в указанной вертикальной конфигурации, и компоновка поплавка предназначена закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал в отсутствие какого-либо выталкивающего усилия, кроме обеспечиваемого вспомогательным поплавковым элементом.
4. Поплавковый клапан согласно п. 2 или 3, где указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно во втором вертикальном положении, где в указанных погруженных состояниях:
в указанном втором вертикальном положении поплавковый клапан находится в указанной вертикальной конфигурации, указанная поплавковая камера заполнена жидкой средой по меньшей мере выше граничного уровня, и указанная компоновка поплавка предназначена закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал с помощью выталкивающего усилия, предоставляемого вспомогательным поплавковым элементом.
5. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 2-4, где указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно в перевернутом положении, где в указанных погруженных состояниях:
в указанном перевернутом положении поплавковый клапан находится в указанной перевернутой конфигурации, и компоновка поплавка предназначена закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал в отсутствие какого-либо выталкивающего усилия, кроме обеспечиваемого вспомогательным поплавковым элементом.
6. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 3-5, где указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно и попеременно в указанном первом вертикальном положении, во втором вертикальном положении и в указанном перевернутом положении.
7. Поплавковый клапан согласно п. 1, где указанная поплавковая камера открыта снизу и дополнительно содержит по меньшей мере одно отверстие вверху.
8. Поплавковый клапан согласно п. 7, где указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно в первом вертикальном положении, где в указанных погруженных состояниях:
в указанном первом вертикальном положении поплавковый клапан находится в указанной вертикальной конфигурации, указанная поплавковая камера заполнена жидкой средой по меньшей мере выше граничного уровня, и указанная компоновка поплавка предназначена закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал с помощью выталкивающего усилия, предоставляемого вспомогательным поплавковым элементом.
9. Поплавковый клапан согласно п. 7 или 8, где указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно в перевернутом положении, где в указанных погруженных состояниях:
в указанном перевернутом положении поплавковый клапан находится в указанной перевернутой конфигурации, и компоновка поплавка предназначена закрывать указанный по меньшей мере один выпускной канал в отсутствие какого-либо выталкивающего усилия, за исключением предоставляемого вспомогательным поплавковым элементом.
10. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 8-9, где указанная компоновка поплавка предназначена действовать избирательно и попеременно в указанном первом вертикальном положении и в указанном перевернутом положении.
11. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 1-10, где указанный вспомогательный поплавковый элемент приспособлен двигаться возвратно-поступательно внутри указанной поплавковой камеры.
12. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 1-11, где указанный вспомогательный поплавковый элемент имеет общую плотность, которая ниже плотности жидкой среды.
13. Поплавковый клапан согласно п. 12, где вспомогательный поплавковый элемент выполнен в виде твердого тела, изготовленного из одного или нескольких материалов, где указанная общая плотность вспомогательного поплавкового элемента ниже плотности жидкой среды.
14. Поплавковый клапан согласно п. 12, где вспомогательный поплавковый элемент выполнен в виде герметичного полого тела, включающего в себя внешнюю оболочку, ограничивающую внутренний объем, и где отсутствует сообщение по текучей среде между указанным внутренним объемом и внешней средой вспомогательного поплавкового элемента, причем указанная общая плотность вспомогательного поплавкового элемента ниже плотности жидкой среды.
15. Поплавковый клапан согласно п. 14, где во внутреннем объеме содержится материал с низкой плотностью.
16. Поплавковый клапан согласно п. 15, где указанный материал с низкой плотностью представляет собой одно из следующего: газ, жидкость, твердое вещество или пену, плотность материала которых значительно ниже плотности жидкой среды.
17. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 1-16, где указанный основной поплавковый элемент в отсутствие пружинного элемента и одновременно содержащий воздушный карман в указанной поплавковой камере, не обладает плавучестью в жидкой среде.
18. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 1-16, где указанный основной поплавковый элемент в отсутствие пружинного элемента и одновременно содержащий воздушный карман в указанной поплавковой камере, полностью погружается в жидкую среду.
19. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 1-16, где указанный основной поплавковый элемент в отсутствие пружинного элемента и одновременно содержащий воздушный карман в указанной поплавковой камере, обладает плавучестью в жидкой среде.
20. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 3-19, где указанная компоновка поплавка, включая указанный основной поплавковый элемент и пружинный элемент, выполнена так, чтобы обеспечивать возможность основному поплавковому элементу принимать плавающее положение на жидкой среде, когда поплавковый клапан находится в указанном первом вертикальном положении.
21. Поплавковый клапан согласно п. 20, где указанная компоновка поплавка, включая указанный основной поплавковый элемент и указанный пружинный элемент, дополнительно выполнена так, чтобы не обеспечивать указанное плавающее положение на жидкой среде, когда поплавковый клапан находится в указанном перевернутом положении.
22. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 20, 21, где указанный поплавковый клапан выполнен так, чтобы при максимальном указанном выталкивающем усилии, действующем на основной поплавковый элемент, указанное максимальное выталкивающее усилие вместе с указанным поджимающим пружинным усилием, обеспечиваемым пружинным элементом, были в сумме достаточны, чтобы превысить вес основного поплавкового элемента, тем самым позволяя поплавковому элементу принимать плавающее положение.
23. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 20, 21, где указанная компоновка поплавка выполнена так, чтобы при максимальном указанном выталкивающем усилии, действующем на основной поплавковый элемент, указанное максимальное выталкивающее усилие вместе с указанным поджимающим пружинным усилием, обеспечиваемым пружинным элементом, были в сумме достаточны, чтобы превысить вес основного поплавкового элемента, тем самым позволяя поплавковому элементу принимать плавающее положение.
24. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 22, 23, где указанное максимальное выталкивающее усилие обеспечивается благодаря тому, что основной поплавковый элемент свободно и в достаточной степени погружен в жидкую среду так, чтобы указанное максимальное выталкивающее усилие действовало на основной поплавковый элемент.
25. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 22-24, где указанное максимальное выталкивающее усилие представляет собой минимальную выталкивающую силу или силу плавучести, действующую на основной поплавковый элемент, соответствующую объему погруженной части основного поплавкового элемента плюс по меньшей мере пороговый объем воздуха или паров, заключенных в поплавковой камере основного поплавкового элемента.
26. Поплавковый клапан согласно любому одному из пп. 1-25, где указанный пружинный элемент имеет вид витой пружины.
27. Топливный бак для транспортного средства, включающий поплавковый клапан, как определено в любом одном из пп. 1-26.
28. Транспортное средство, включающее топливный бак с поплавковым клапаном, как определено в любом одном из пп. 1-26.
29. Транспортное средство согласно п. 28, где транспортное средство является дорожным транспортным средством.
