專利名稱：用于內(nèi)燃機(jī)的燃料蒸汽分離器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種使用在內(nèi)燃機(jī)中燃料供給系統(tǒng)的燃料蒸汽分離器。特別是指一種用于從湖泊或海洋中抽水到發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)冷卻的船用發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料蒸汽分離裝置。
在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域，一直存在著因發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)熱量聚集而有害地影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料供給系統(tǒng)，由此造成燃料在進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)腔室之前汽化。這種情形，通常稱之為“氣阻”(vapor lock)，不僅對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件造成損害，而且還會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不佳、過(guò)熱和中斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。對(duì)于燃料噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)而言，燃料蒸汽更是不利。一般來(lái)說(shuō)，在燃料噴射式發(fā)動(dòng)機(jī)中，在燃料噴射器將燃料噴射到腔室之前燃料是通過(guò)高壓燃料泵將其輸送到燃料通道上的。燃料通道通常會(huì)因發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒熱而加熱到相對(duì)較高的溫度，而在發(fā)動(dòng)機(jī)諸如空載、啟動(dòng)和停止的操作中，這種加熱燃料又會(huì)返回到燃料系統(tǒng)。
通常，來(lái)自燃料通道的被加熱燃料回到蒸汽分離器，在此，由加熱燃料生成的燃料蒸汽在燃料被重新送到高壓泵和燃料通道之前冷凝成液體燃料，這種本領(lǐng)域已知的蒸汽分離器使用某種冷卻液，流經(jīng)分離器時(shí)冷卻被加熱燃料并使燃料蒸汽冷凝成液態(tài)燃料。在大多數(shù)船外安裝的應(yīng)用中，這種從操作環(huán)境及湖或海水中供給的液體冷卻劑，通過(guò)在發(fā)動(dòng)機(jī)中循環(huán)實(shí)現(xiàn)冷卻。可是，由于這種水可能含有污染物，如漂浮在水上的雜草、漂浮物或小生物，因而存在著發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)和蒸汽分離器被殘骸和污染物阻塞的危險(xiǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)的蒸汽分離器的另一個(gè)缺點(diǎn)是生產(chǎn)商的生產(chǎn)成本比較昂貴，因?yàn)檫@種設(shè)備的零部件比較復(fù)雜，且花費(fèi)的組裝時(shí)間也較長(zhǎng)。因此，本領(lǐng)域需要一種先進(jìn)的蒸汽分離器，它不僅能方便生產(chǎn)，而且還具有降低污染物阻塞的能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種與內(nèi)燃機(jī)燃料泵裝置一起使用的蒸汽分離器。這種蒸汽分離器包括一個(gè)中空腔室，該腔室具有一個(gè)帶有圓柱形內(nèi)表面的側(cè)壁、一個(gè)頂壁和一個(gè)封閉該腔室的底壁。燃料從燃料進(jìn)口送入到該腔室中，該燃料進(jìn)口與燃料源連通，從而確保連續(xù)不斷地向中空腔室供應(yīng)燃料。燃料從出口排出中空腔室，該出口與一個(gè)高壓燃料泵裝置連接，該泵裝置能將燃料泵入到內(nèi)燃機(jī)的燃料分配系統(tǒng)——如燃料通道與燃料噴射器組合。一根中空?qǐng)A管結(jié)構(gòu)為具有多個(gè)圓環(huán)的盤管，其尺寸適配中空腔室圓柱形內(nèi)部。這種盤管置于中空腔室內(nèi)部，且該管的第一和第二端部伸出中空腔室的壁。一個(gè)冷卻液源與盤管的第一端部連接，使冷卻液從盤管的第一端到第二端可以流過(guò)置于中空腔室中的中空盤管，從而除去中空腔室內(nèi)部的熱量。
該中空腔室還有一個(gè)燃料回送口，接收來(lái)自內(nèi)燃機(jī)燃料供給系統(tǒng)的多余加熱燃料。該加熱燃料和生成的燃料蒸汽經(jīng)流經(jīng)位于中空腔室內(nèi)的盤管的冷卻液冷卻，使得燃料蒸汽在吸入燃料泵裝置之前冷凝成液體燃料。
這種中空盤管的內(nèi)徑至少應(yīng)與連接的冷卻液源的出口直徑相等，盤管應(yīng)沒(méi)有尖銳彎折或其它限流約束，不會(huì)因此而縮小管的內(nèi)徑和產(chǎn)生使污染物能夠駐留的限流點(diǎn)。所以，由于管的直徑不小于冷卻液供給上游的直徑，污染物存留于盤管中的可能性是極為有限的。
由于蒸汽分離器也可能用于諸如咸水的腐蝕環(huán)境，燃料分離器的元件可以應(yīng)用抗腐蝕的材料制成，例如不銹鋼、鋁涂覆材料或塑料。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的蒸汽分離器的俯視圖；圖2是基本按圖1中2-2線得到的圖1所示蒸汽分離器的部分橫截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的蒸汽分離器的側(cè)面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的蒸汽分離器的端面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的蒸汽分離器頂壁(top wall)裝置的橫截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的蒸汽分離器底壁(bottom wall)裝置的橫截面圖具體實(shí)施方式
在圖1、圖2、圖3和圖4中，蒸汽分離器裝置10具有一個(gè)高壓燃料泵12，后者包括位于該泵12底部的一個(gè)燃料進(jìn)口14和位于該泵12頂部的一個(gè)燃料泵出口16。通過(guò)電線18給泵12供電，在泵12頂部安裝有一個(gè)“施克拉德”(Schrader)閥17，以便測(cè)試出口壓力。出口16與內(nèi)燃機(jī)的燃料分配系統(tǒng)連接，該系統(tǒng)例如燃料噴射式內(nèi)燃機(jī)(圖未示)的燃料通道和噴射器裝置，并且燃料由泵12泵入燃料分配系統(tǒng)。高壓燃料泵12用彎曲的金屬帶22安裝在燃料分離器裝置20的側(cè)面，金屬帶22上生成的彎鉤端24與分離器裝置20側(cè)面的凸緣嚙合。金屬帶22的另一端形成螺釘固定26，螺釘27將該帶固定到分離器裝置20上。
分離器裝置20還包括一個(gè)環(huán)繞中空?qǐng)A柱腔室30的中空?qǐng)A筒部件28，一個(gè)頂壁裝置32安裝在圓筒部件28的頂端上，一個(gè)O形密封圈34將頂壁裝置32的周邊與圓筒部件28的頂部邊緣密封，構(gòu)成一個(gè)液密和汽密的密封。
底壁裝置36位于中空?qǐng)A筒部件28底端上，一個(gè)O形密封圈38在部件28與底壁裝置36之間的連接處形成密封，防止液體和蒸汽的泄露。分離器裝置20還包括一個(gè)定位凸緣40，在此處形成一個(gè)開(kāi)口42，一個(gè)橡膠孔環(huán)位于開(kāi)口42中。
在圖1、圖2、和圖5中，頂壁裝置32用螺釘33固定在圓筒部件28上，穿過(guò)頂壁裝置32形成有一個(gè)終止于蒸汽出口48的蒸汽通路46。在蒸汽通路46較低的一端有針形閥裝置50，它包括一個(gè)針形閥柱塞52和一個(gè)針形閥座54。一個(gè)浮動(dòng)裝置56安裝在針形閥裝置50上，包括一個(gè)支架臂58和一個(gè)與浮臂62一端連接的浮體60，浮臂62的另一端用樞銷64樞接在支架臂58上，使得浮體60可以上下樞轉(zhuǎn)。針形閥柱塞52安裝在浮臂62上，當(dāng)浮體60向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，針形閥柱塞座抵在針形閥座54上，將針形閥密封。但是，浮體60向下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，針形閥柱塞脫離針形閥座54從而打開(kāi)閥門，使所述腔室30中的蒸汽和空氣穿過(guò)針形閥進(jìn)入蒸汽通路46并從蒸汽出口48中排出。蒸汽出口48通過(guò)一根管子(圖未示)與發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管(圖未示)連接。
頂壁裝置32還包括一個(gè)通過(guò)一個(gè)通路68與蒸汽通路46連通的壓力釋放閥66。當(dāng)所述腔室30中的壓力超過(guò)預(yù)定限度時(shí)，壓力釋放閥66打開(kāi)，使內(nèi)部的空氣和蒸汽通過(guò)通路68和蒸汽出口48排出到進(jìn)氣歧管。
在圖1、圖2、圖3、圖4和圖6中，底壁裝置36上有一個(gè)燃料回送口68，該進(jìn)口能與底壁裝置36中形成的通路70連通。在通路70末端形成的向上伸出的蒸汽分離器入口72與該腔室30的內(nèi)部連通，一個(gè)柱塞74位于入口72之中，且彈簧73向下偏壓柱塞74。彈簧73通過(guò)一個(gè)由螺釘77固定的蓋板75置于入口72中。彈簧偏壓柱塞74，正常情況下關(guān)閉入口72，但當(dāng)通路70中的壓力超過(guò)該腔室30中的壓力時(shí)，入口72打開(kāi)，使得返回的燃料進(jìn)入腔室30。燃料回送口68與內(nèi)燃機(jī)燃料通道的回流管(圖未示)連接，以便燃料通道中的多余燃料通過(guò)燃料回送口68、通路70和入口72返回到蒸汽分離器裝置20的腔室30中。底壁裝置36還包括一個(gè)與腔室30連通的中空內(nèi)部86。一個(gè)燃料輸送通道76在腔室30底部將該內(nèi)部86與泵12的燃料進(jìn)口14連接，中空?qǐng)A筒部件28的較低的一端安裝在底壁裝置36的法蘭78和80之間，使得中空腔室30與燃料輸送通道76連通。在底壁裝置36中還形成有一個(gè)圓柱孔82，其尺寸大小可容納泵12的燃料進(jìn)口14。一個(gè)“施克拉德”(Schrader)閥81位于燃料輸送通道76的末端，供排放和釋放壓力使用。
在圖1和圖4中，燃料進(jìn)口84延伸穿過(guò)底壁裝置36與底壁裝置36的中空的內(nèi)部86連通，并與燃料源連接。燃料源通常包括一個(gè)在進(jìn)口84與燃料罐之間居中連接的低壓泵(圖未示)。
在圖2和圖4中，一根中空?qǐng)A管位于蒸汽分離器裝置20的腔室30之內(nèi)，該中空?qǐng)A管被彎曲并構(gòu)成具有多個(gè)圓環(huán)92的盤管90。盤管90的第一端94和第二端96延伸穿過(guò)中空?qǐng)A筒部件28的開(kāi)口使盤管90的中空內(nèi)部與蒸汽分離器裝置20的外部連通。盤管90的第一進(jìn)口端94位于盤管90的頂部，其第二出口端96位于盤管90的底部。第一進(jìn)口端94與冷卻液源(圖未示)連接，在船用情況下，該冷卻液源通常是一個(gè)泵，該泵將發(fā)動(dòng)機(jī)所工作的湖或海水環(huán)境中的水泵入發(fā)動(dòng)機(jī)使其冷卻。該冷卻液通常不僅用來(lái)冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)的腔室，而且還用來(lái)冷卻蒸汽分離器裝置20。湖水、海水或其它液體冷卻液通過(guò)盤管90從第一進(jìn)口端泵入第二出口端，由此除去蒸汽分離器裝置20的腔室30中的熱量。第二出口端96與使水流回湖泊或海洋的泄水管(圖未示)連接，進(jìn)、出口端94和96的功能可以互換，吸進(jìn)或排出冷卻液。
在通常工作情況下，燃料經(jīng)燃料進(jìn)口84通過(guò)通常為脈沖泵的低壓泵(圖未示)泵入腔室30中，直到腔室30充滿且浮體60關(guān)閉針閥裝置50。當(dāng)腔室30的內(nèi)部壓力超過(guò)低壓泵的泵壓時(shí)，在內(nèi)部壓力降低到小于泵壓之前，不再有燃料進(jìn)入燃料進(jìn)口84。低壓泵通常具有一個(gè)檢測(cè)閥(圖未示)，防止因蒸汽壓力使腔室30中的壓力升高時(shí)燃料被迫回送到泵中。當(dāng)通過(guò)電線18給泵12供電后，腔室30中的燃料穿過(guò)中空內(nèi)部86、燃料輸送通道76，吸進(jìn)泵12的燃料進(jìn)口14。然后，燃料經(jīng)燃料泵出口16排到與其相連接的內(nèi)燃機(jī)(圖未示)燃料供給系統(tǒng)的燃料通道。在正常工作情況下，燃料從燃料通道吸出通過(guò)與燃料通道連接的燃料噴射器(圖未示)噴射到內(nèi)燃機(jī)的腔室中。
由于燃料通道鄰近內(nèi)燃機(jī)的腔室，燃料通道通常溫度較高。因此，燃料通道中的燃料通過(guò)加熱后的溫度要比通常燃料的溫度高得多。沒(méi)有提供給燃料噴射器的多余燃料從燃料通道經(jīng)回送管(圖未示)返回到燃料回送口68，再經(jīng)通路70和入口72到達(dá)腔室30。一旦燃料通道壓力超過(guò)腔室30中的壓力，柱塞74向上移動(dòng)打開(kāi)入口72。而入口72的出口緊靠盤管90的下方，使得加熱燃料向上通過(guò)多個(gè)圓環(huán)92之間的盤管90的內(nèi)部，從而使加熱燃料被流經(jīng)盤管90的冷卻液冷卻。因此，加熱燃料經(jīng)冷卻調(diào)節(jié)后返回到高壓燃料泵，生成的燃料蒸汽冷凝后又恢復(fù)成液體燃料。
當(dāng)燃料量下降到能使浮體60向下轉(zhuǎn)動(dòng)而將針形閥柱塞52從閥座54拉出時(shí)，未冷凝的燃料蒸汽可通過(guò)針閥裝置50從腔室30中釋放出來(lái)。然后，燃料蒸汽穿過(guò)通路46和蒸汽出口48進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管。如果腔室30中的內(nèi)部壓力超過(guò)預(yù)定限度且針閥并未打開(kāi)，壓力釋放閥66將會(huì)打開(kāi)，使燃料蒸汽從腔室30排出。
由于蒸汽分離器裝置20有時(shí)用于諸如海洋咸水的腐蝕環(huán)境，蒸汽分離器裝置可以用防腐蝕的材料制造，例如不銹鋼、涂覆鋁材料和/或塑料。塑料特別具有優(yōu)越性，因?yàn)樗梢圆捎脟娚淠Ｋ芊ń?jīng)濟(jì)而又方便地生產(chǎn)出零部件。此外，由于盤管90可能會(huì)有腐蝕液體——如海洋咸水通過(guò)，盤管90通常使用防腐材料生產(chǎn)，如不銹鋼、涂覆鋁材料和/或塑料。
盡管本發(fā)明是以較好實(shí)施例的形式介紹的，但必須承認(rèn)，除了這些在此所明確表述的實(shí)施例之外，在不偏離隨后所附的權(quán)利要求所定義的精神和范圍的前提下，還存在著多種可能的更改、修改和等同替換。
權(quán)利要求
1.一種用于內(nèi)燃機(jī)燃料泵裝置的蒸汽分離器，包括一個(gè)中空腔室，具有一個(gè)環(huán)繞其內(nèi)部的側(cè)壁、一個(gè)頂壁和一個(gè)封閉所述內(nèi)部的底壁從而構(gòu)成一個(gè)封閉室；一個(gè)燃料進(jìn)口，與所述腔室連通，并與一個(gè)燃料源連接，使得燃料能送到所述腔室；一個(gè)燃料出口，從所述腔室引出，與所述燃料泵裝置連通，使得所述腔室中的燃料輸送到所述燃料泵裝置并被泵入到所述內(nèi)燃機(jī)的燃料供給系統(tǒng)；一根中空管，結(jié)構(gòu)為具有多個(gè)環(huán)的盤管，所述盤管的尺寸適配所述腔室的內(nèi)部并位于所述腔室中，所述中空管具有延伸穿過(guò)所述腔室一個(gè)壁的第一和第二端部；一個(gè)冷卻液源，與所述中空管的第一端連通，使得冷卻液從所述第一端流經(jīng)位于所述腔室中的所述中空盤管到所述第二端，從而除去所述腔室中的熱量；一個(gè)返回到所述腔室的燃料回送口，所述燃料回送口與所述內(nèi)燃機(jī)燃料供給系統(tǒng)相連并接收來(lái)自該供給系統(tǒng)的多余加熱燃料，所述加熱燃料通過(guò)流經(jīng)位于所述腔室中的所述盤管的冷卻液冷卻，降低了所述加熱燃料的溫度，并在輸送到所述燃料泵裝置之前所述加熱燃料生成冷凝的燃料蒸汽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，其特征在于所述中空管的內(nèi)徑至少等于相連的所述冷卻液源的出口的直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蒸汽分離器，其特征在于所形成的盤管不存在縮小所述盤管內(nèi)徑的尖銳彎折或管內(nèi)限流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，具特征在于當(dāng)所述腔室中的燃料下降到低于預(yù)定水平時(shí)，提供有一個(gè)浮體驅(qū)動(dòng)閥釋放所述腔室中的蒸汽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，其特征在于所述盤管是彎曲的，使得第一環(huán)從鄰近所述中空管的第一端開(kāi)始，每個(gè)隨后的環(huán)則位于前面一環(huán)的下面，所述中空管的第二端也是彎曲的，使其從所述盤管底部的最后一環(huán)伸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，還包括一個(gè)壓力釋放閥，當(dāng)所述腔室中的壓力達(dá)到預(yù)定壓力時(shí)，所述壓力釋放閥打開(kāi)，釋放所述腔室中的燃料蒸汽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，其特征在于所述中空管是用防腐材料制造的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，其特征在于所述中空管是用不銹鋼制造的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，其特征在于所述中空管是用塑料制造的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，其特征在于所述中空管是用鋁涂覆材料制造的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，其特征在于所述腔室是用防腐材料制造的。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，其特征在于所述腔室是用不銹鋼制造的。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，其特征在于所述腔室是用塑料制造的。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽分離器，其特征在于所述腔室是用鋁涂覆材料制造的。
15.一種用于船舶內(nèi)燃機(jī)燃料泵裝置的蒸汽分離器，具有一個(gè)從船舶工作環(huán)境抽取水的冷卻系統(tǒng)，包括一個(gè)中空腔室，具有一個(gè)環(huán)繞其內(nèi)部的側(cè)壁、一個(gè)頂壁和一個(gè)封閉所述內(nèi)部的底壁從而構(gòu)成一個(gè)封閉室；一個(gè)燃料進(jìn)口，與所述腔室連通，并與一個(gè)燃料源連接，將燃料送進(jìn)所述腔室；一個(gè)燃料出口，從所述腔室引出，與所述燃料泵裝置連通，使得所述腔室中的燃料輸送到所述燃料泵裝置并被泵入到所述內(nèi)燃機(jī)的燃料供給系統(tǒng)；一根中空管，結(jié)構(gòu)為具有多個(gè)環(huán)的盤管，所述盤管的尺寸適配所述腔室的內(nèi)部并位于所述腔室中，所述中空管具有延伸穿過(guò)所述腔室一個(gè)壁的第一和第二端部；所述冷卻系統(tǒng)與所述中空管的第一端連通，使得來(lái)自船舶工作環(huán)境的水從所述第一端流經(jīng)位于所述腔室中的所述中空盤管到所述第二端，從而除去所述腔室中的熱量；一個(gè)返回到所述腔室的燃料回送口，與所述內(nèi)燃機(jī)燃料供給系統(tǒng)相連并接收來(lái)自該供給系統(tǒng)中多余的加熱燃料，所述加熱燃料通過(guò)流經(jīng)位于所述腔室中的所述盤管的水冷卻，降低所述加熱燃料的溫度，并在輸送到所述燃料泵裝置之前，所述加熱燃料生成冷凝的燃料蒸汽。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的蒸汽分離器，其特征在于所述中空管的內(nèi)徑至少等于相連的所述冷卻系統(tǒng)的出口直徑，使所述水中含有的任何污染物穿流過(guò)所述管。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的蒸汽分離器，其特征在于所形成的盤管不存在縮小所述盤管內(nèi)徑的尖銳彎折或管內(nèi)限流，使所述水中含有的任何污染物不駐留在所述管中。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種蒸汽分離器，它具有一個(gè)內(nèi)置接收流過(guò)的冷卻液的環(huán)形盤管熱交換器的中空內(nèi)部。燃料通過(guò)燃料進(jìn)口饋入腔室，并經(jīng)高壓泵從腔室中泵出而送到內(nèi)燃機(jī)的燃料分配系統(tǒng)中。內(nèi)燃機(jī)燃料分配系統(tǒng)中多余的加熱燃料通過(guò)腔室底部的燃料回送口返回到腔室中，加熱燃料向上流經(jīng)冷卻盤管，使返回的加熱燃料冷卻。冷卻時(shí)未冷凝的燃料蒸汽通過(guò)位于腔室頂部的浮動(dòng)針閥可以從腔室中逸出。在腔室頂部還有一個(gè)壓力釋放閥，當(dāng)達(dá)到腔室內(nèi)預(yù)定的內(nèi)部壓力時(shí)，壓力釋放閥可釋放蒸汽。
文檔編號(hào)F02M15/00GK1965161SQ200580018228
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2005年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月6日
發(fā)明者理查德·W·哈威, 邁克爾·S·理查德斯, 格蘭爾德·R·海耶斯 申請(qǐng)人:費(fèi)德羅-莫格爾公司