CN103328807A - 独立于单元之外的用于船用燃料蒸汽分离器的燃料液位传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种燃料蒸汽分离器组件，所述组件包括具有开放内腔的壳体和设置于所述壳体中的浮标。至少一块磁铁设置于所述浮标上，响应磁场的传感器组件设置于所述壳体外部。该传感器组件通过感应浮标的位置以确定燃料蒸汽分离器中是否有蒸汽。如果该传感器组件确定燃料蒸汽分离器中有蒸汽则产生信号，控制器接收该信号并激活蒸汽排气阀以排出蒸汽和/或激活燃料提升泵将附加燃料泵入该燃料蒸汽分离器。例如，该传感器组件可以是霍尔效应传感器或簧片式传感器。

Description

独立于单元之外的用于船用燃料蒸汽分离器的燃料液位传感器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年1月20日提交的临时专利申请序列号No.61/434,461的权益，其全部内容通过引用整体合并入此处。

技术领域

本发明涉及蒸汽分离器，更具体地涉及一种用于船用引擎的燃料系统的蒸汽分离器。

背景技术

燃料蒸汽在船用燃料工业中是一直被公认存在的一个问题。小型外侧船用引擎，包括安装的横梁和尾机驱动单元，通常会利用整体式燃料系统，该系统在吸引力下将液体燃料从安装于船内的罐或箱中引出。该燃料在吸引力下引出，因为根据船舶安全法则要求燃料在一定压力下被吸出在罐和引擎之间流动，所述压力应当防止燃料在燃料管线破裂时进入船体。但是，事实是燃料在负压下被从罐中引出是存在问题的，因为在该低压下，燃料能够直接蒸发。而该情况结合高温下以及震荡现象导致的蒸汽产生效应不能得到处理则可导致蒸汽阻塞以及泵送效率降低。

蒸汽过量的问题通常通过将燃料引导通过燃料蒸汽分离器单元然后在高压下输送至引擎的燃料喷射系统中得到解决。除了在真空吸引步骤中自然产生的蒸汽之外，燃料管路中未使用的、热的燃料返回到蒸汽分离器中，此时在燃料被再次引入高压泵和燃料管路中之前，燃料蒸汽压缩恢复成液体。未压缩的燃料蒸汽可被排入到大气或通过真空管线接口进入引擎进气系统。

图1和图2大致描绘了一种固定在船的横梁14上的外侧船用引擎12，在申请人的美国专利No.7,503,314中描述的更加完整，其全部内容通过引用合并入此处。这种类型的外侧船用引擎12通常安装于支架16上，使得该引擎12可快速从船上移除用于传输和/或维护。在该实施例中，支架16使得马达前端可围绕轴线A旋转下水，在浅水区发动，以及平稳控制。

如图1所示出的引擎类型，以及其他船用引擎类型，通常都是以液体燃料，例如汽油或酒精运行。液体燃料通过安装引擎的船用燃料系统，例如大致如图2中22示出的系统从燃料箱20中引出。除了燃料箱20和供给管线24之外，该燃料系统22的其余部分通常（但不是必须）与引擎12整合为一体。

在运行中，低压燃料供给泵26通过供给管线24将燃料从箱20中引出。该燃料被输送到蒸汽分离器，大致示出为28。该蒸汽分离器28收集并排出来自低压燃料以及从引擎12返回的热的动荡的燃料蒸汽。高压泵30在一定压力下将燃料泵入燃料喷射系统32以供引擎消耗。未使用的燃料通过回流管线34返回到蒸汽分离器28中。排气阀装置大致示出为36，可与引擎进气真空系统连接。该真空系统在排气管线40中产生负压使得燃料蒸汽可通过引擎12循环。

该低压燃料供给泵26，也称作提升泵，可以是脉冲膜片式或任何其他适合的类型。膜片式燃料泵有时优选在这些应用中使用，因为这种泵在热的燃料以及高蒸汽浓度下不易产生泵送问题。代表性地，这种脉冲膜片泵通过在引擎12的曲轴箱部分中产生的空气压力脉动运行。一种示例性的脉冲泵如申请人自己的美国专利No.6,158,972中所示，其通过引用整体合并入此处。

图3示出了一种已知类型的燃料蒸汽分离器组件28’的简化的横截面视图。该提升泵26’是膜片式但是并非通过引擎脉冲激励。而是通过使用一种机电装置使膜片（未示出）在提升泵26’中往复运动以产生真空。该机电装置可以是一种线形马达（例如，螺线管），转轴马达，或任何其他类型的机电机械。在真空下，燃料通过供给管线24’从箱（未示出）中吸引并通过入口50’排出到燃料蒸汽分离器组件28’的内腔中。通过回流管线34’从燃料喷射器中返回的热的燃料也进入到蒸汽分离器组件28’的内腔中并与从提升泵26’输送出的燃料混合。冷却管52’设置于蒸汽分离器28’的内部，以实现热交换以及降低蒸汽分离器28’中燃料温度的目的。连续供应的水从入口54’贯穿冷却管52’直至出口56’。蒸汽排气口36’允许燃料蒸汽从燃料蒸汽分离器28’中排出。高压泵30’将燃料从燃料进气口42’引入并将燃料通过出口44’排放到引擎的燃料喷射系统中。

为了更细节地描述提升泵26’，图3示出了用于发动提升泵26’内的机电装置的电源60’。还包括手动启动杆62’，用于在适当的情况下手动启动提升泵26’。

正如本领域技术人员所理解的，许多已知的蒸汽分离器，例如图2与图3中所示，使用浮标/针组件36，36’用于燃料蒸汽的排出控制和/或燃料的进入控制。但是，这种浮标/针组件36，36’容易磨损以及泄露。已开发出的可选方案是通过在蒸汽分离器单元内部设置电子传感器（未示出），但是该单元要求使用传递密封连接器（pass-through sealed connector）形式的引导电线穿过分离器壳体。而这种传递密封连接器经常会出现泄露并且可导致常见的失效模式。

发明内容

本发明的至少一个方面提供了一种具有外部安装的传感器的船用燃料蒸汽分离器。该蒸汽分离器包括具有开放内腔的壳体以及设置于所述壳体内的浮标。该浮标在垂直方向上可移动以响应在开放内腔中一对预先建立的约束部之间变化的液位。至少一块磁铁设置于所述浮标上，响应磁铁的移动的传感器组件设置于所述壳体的外部。当箱内的液位下降，该传感器组件检测到浮标的下降并向控制器发出信号，该控制器采取补救措施，即通过激活燃料提升泵将附加燃料泵入燃料蒸汽分离器和/或通过打开蒸汽排气阀将蒸汽排出燃料蒸汽分离器。

该外部安装的具有分离的蒸汽排气阀的传感器组件选用浮标/针组件是有利的，因为浮标/针组件不易磨损和泄露。此外，由于传感器安装于壳体的外部，因此并不需要使用传递连接器将电线引入到壳体内部。因此，该燃料蒸汽分离器相对其他已知的燃料蒸汽分离器而言可靠性更高并且不易磨损和泄露。

该船用燃料蒸汽分离器可联合使用任何类型的船用引擎，例如，船外马达，船内/船外马达或船内马达。还可安装于引擎的内部或外部。该传感器组件可以是响应磁场的任何类型的传感器组件，例如，霍尔效应传感器或簧片式传感器。出于可靠性的考虑霍尔效应传感器可能是优选的，因为其不具有移动零件。

根据本发明的另一方面，该传感器组件包括一对彼此垂直间隔的传感器元件。其中一个传感器元件在浮标和磁铁位于最上端的位置时产生一种电信号，另一个传感器元件在在浮标和磁铁位于最下端的位置时产生一种不同的电信号。

根据本发明的又一方面，一对彼此垂直间隔的磁铁设置于浮标上，该传感器组件仅仅包括一个传感器元件。该磁铁具有彼此互不相同的磁力或极性。当浮标位于最上端的位置时，一块磁铁靠近传感器元件，该传感器元件产生一种信号。当浮标位于最下端的位置时，另一块磁铁靠近所述传感器元件，该传感器元件产生一种不同的信号。

附图说明

结合附图以及下文的详细描述，本发明的上述和其他特征及优点将更加明显，同时更容易理解，其中：

图1是一种已知的外侧船用引擎的侧面视图；

图2是一种已知的安装于引擎的船用燃料系统的示意图；

图3是一种已知的蒸汽燃料分离器的横截面视图；

图4A是根据本发明的一个方面构造的蒸汽分离器的横截面和部分视图，其中浮标位于最高位置处；

图4B是图4A中的蒸汽分离器的横截面和部分视图，其中浮标位于最低位置处；

图5是根据本发明的一个方面构造的船用燃料输送系统的示意图；

图6A是根据本发明的另一方面构造的蒸汽分离器的横截面和部分视图，其中浮标位于最高位置处；

图6B是图6A中的蒸汽分离器的横截面和部分视图，其中浮标位于最低位置处；

图7A是根据本发明的又一方面构造的蒸汽分离器的横截面和部分视图，其中浮标位于最高位置处；

图7B是图7A中的蒸汽分离器的横截面和部分视图，其中浮标位于最低位置处；以及

图8是一种运行船用燃料输送系统的实例方法的流程图。

具体实施方式

参见图4A和4B，根据本发明的一个方面构造的燃料蒸汽分离器大致示出为128。为了方便起见，在与上文中描述过的相似的或相应的特征采用与在先确定的附图标记相差100的数值表示。在该设计中，浮标组件148包括可滑动地承载于短轴182上的类似冰球形的浮标本体180，该短轴从壳体146上的盖184向下延伸。定位夹头186作为保持器连接于轴182的远端从而将浮标180限位于轴182上以及蒸汽分离器128内。该浮标本体180可以是圆形或任何其他合适的形状。该浮标本体180相对于引擎优选的燃料具有更低的密度，因此，该浮标本体180响应蒸汽分离器单元128中燃料的液位，并沿着轴182在由盖184建立的上约束部和由定位夹头186建立的下约束部之间可移动。该蒸汽分离器128还包括从盖184向外延伸的用于将燃料蒸汽从开放内腔中排出的排气管138，下文将会有更详细的描述。此外，该燃料蒸汽分离器128包括用于实现燃料蒸汽分离器128中水和燃料之间的换热的冷却管152。该燃料蒸汽分离器128可使用任何理想类型的船用引擎，包括，例如船外引擎，船内/船外引擎或船内引擎。

浮标本体180的至少一部分外缘，或周边上设有至少一块磁铁188。正对磁铁188在壳体146的外部设置传感器组件190，用于响应磁场。该外部安装的传感器组件190优选为霍尔效应型，也就是说，该传感器组件190响应磁场产生电压（霍尔电压）。该霍尔效应传感器基本不含移动零件，因此被认为在极端环境下可提供增强的可靠性。与上面所描述的传统的浮标/针组件36，36’以及其他类型的机电式开关相比，霍尔效应传感器还具有较长的预期寿命。该传感器组件190可使用任何适当的技术安装于壳体146的外部，例如熔焊，钎焊，粘合或机械紧固件。优选地，该传感器组件190封装于一种适当的保护材料中，由于该传感器组件190并非设置于壳体146的内腔中，该材料并不要求对燃料具有抗性。

本实施例的传感器组件190是一种双重检测型设备，包括第一传感器元件192和第二传感器元件194。各传感器元件192，194分别响应向其靠近移动的磁铁188或者远离其移动的磁铁188。在图4A中，该蒸汽分离器128中的燃料液位非常高，因此浮标180示出为位于最上端的位置，使得磁铁188位于靠近第一传感器元件192的位置。该传感器组件190产生一种在电子传感领域技术人员熟知的类型的电信号。该产生的电信号可通过电缆196或无线地传递给控制器198（如图6所示），正如下文更加详细的描述。在图4B中，该蒸汽分离器128中的燃料液位较低，因此浮标180示出为位于最下端的位置，此时第二传感器元件194位于靠近磁铁188的位置。随后该传感器组件190产生一种不同的电信号，该产生的电信号同样通过电缆196（或无线地）传递给控制器198。正如下文更加详细的描述，当蒸汽分离器128中的燃料液位较低时，蒸汽分离器128中将可能出现不良的燃料蒸汽，如果不能排出将可能导致汽塞现象。

根据本发明的一个方面的船用燃料输送系统的示意图如图5所示。提升泵126在运行中将燃料通过供给管线124从燃料箱120中吸出。燃料被传输到蒸汽分离器128，该蒸汽分离器128收集并排放从引入的低压燃料以及从引擎（未示出）返回的热激燃料发出的蒸汽。高压泵130随后在压力下将燃料泵入燃料喷射系统132（或汽化器）供引擎消耗。未使用的燃料通过回流管线134返回蒸汽分离器128中。排气阀装置136连接于排气管138用于可选择地允许蒸汽通过排气管线140进入进气歧管，使蒸汽通过引擎循环并燃烧。可选地，蒸汽可排放到大气中。该燃料输送系统还可包括至少一个止回阀148，用于阻止燃料从供给管线124流回到燃料箱120或通过回流管线134流入燃料喷射器132。

回到图4A和图4B，如上所述，第一传感器元件192对应于高位燃料，第二传感器元件194对应于低位燃料。当浮标180下落到足够第二传感器元件194检测到磁铁188的存在时，信号将会发送到控制器198。该控制器198接下来将采取补救措施，即通过启动燃料提升泵126向蒸汽分离器128中注入更多的燃料和/或打开蒸汽排气阀136将燃料蒸汽从蒸汽分离器128中排出。当浮标180上升到足够第一传感器元件192检测到磁铁188的存在时，传感器组件190向控制器198发出不同的信号，该控制器采取补救措施，即停止燃料提升泵126和/或关闭蒸汽排气阀136。

本领域技术人员对于浮标180可选择不同的安装方式，例如绕轴旋转安装代替示出的滑动安装。在秉承船用燃料蒸汽分离器单元128包括一个外部安装的霍尔效应燃料液位传感器190的理念下，还可以通过其它设计实施，该理念省却了安装传递连接器的需要并且提供了一种蒸汽分离器单元128的简化设计，使其不易产生早期磨损。

图6A和图6B类似于图4A和图4B，示出了根据本发明的一个可选方面构造的蒸汽分离器228，其中相似或相应的部件使用相同但是相差100的附图标记。在该实施例中，该传感器组件290仅包括一个簧片式传感器元件292，与其相反的是，如上所述的实施例中包括两个传感器元件192，194。对于电学领域的技术人员来说有利的是，簧片式开关是一种电子开关，在磁场的存在下打开或关闭，而在脱离磁场后恢复到静止状态（打开或关闭）。在本实施例中，当浮标280与磁铁288如图6B所示位于最下端的位置时，浮标280上的磁铁288作用于簧片开关元件292。接着该传感器组件290产生电信号并通过电缆296（或无线地）传递给控制器。在接收到电信号之后，该控制器采取补救措施，可以是启动提升泵和/或打开蒸汽排气阀。有利的是，该传感器组件290可选地被设置为在浮标280处于最上端的位置时产生电信号。更近一步地，该簧片式开关组件可重新配置为以双重信号运行，类似于图4A和4B中示出以及如上所述的传感器组件190。

图7A和7B类似于图4A和4B，示出了根据本发明的又一方面构造的蒸汽分离器328，其中相似或相应的部件使用相同但是相差200的附图标记。在该实施例中，该传感器组件390仅包括一个传感器元件392，浮标380上承载有两块磁铁388-A和388-B，该两块磁铁彼此垂直间隔并具有不同强度和不同极性。在该实施例中，当浮标380位于如图7B中示出的最下端的位置时磁铁388-A作用于传感器元件392。接着，该传感器组件390产生电信号通过电缆396（或无线地）传递给控制器。在接收到电信号之后，该控制器采取补救措施，可以是启动燃料提升泵向燃料蒸汽分离器328中泵入更多的燃料和/或打开蒸汽排气阀将蒸汽从燃料蒸汽分离器328排出。随后，当浮标380上升到如图7A示出的位置时，与磁铁388-A具有不同强度或不同极性的磁铁388-B作用于传感器元件392。接着该传感器组件390产生不同的电信号并通过电缆396（或无线地）传递给控制器。在接收到电信号之后，该控制器采取补救措施，可以是停止提升泵和/或关闭蒸汽排气阀。理想的是本实施例的蒸汽分离器328可以重新配置为适应簧片式开关元件，类似于图6A和6B中所示。

参见图8所示的流程图，图4中的蒸汽分离器128以及图5中的船用燃料输送系统，本发明的另一方面是提供一种运行船用燃料输送系统的方法。该方法包括：步骤400，提供一种具有内部设有浮标180的开放内腔的燃料蒸汽分离器128，其中该浮标180在开放内腔中预先建立的约束部之间可移动以响应变化的燃料液位，并且其中至少一块磁铁188设置于浮标180上。该方法还包括步骤402，提供响应磁铁188的传感器组件190并将其设置于燃料蒸汽分离器128的外部。如上所述，该传感器组件190，例如可以是霍尔效应传感器，簧片式传感器或响应磁场的任何其他类型的传感器。

该方法接下来还包括步骤404，激活传感器组件190以响应位于垂直间隔的预先建立的上约束部或下约束部的浮标180。该方法还可包括步骤406，当传感器组件190检测到浮标180位于预先建立的下约束部时，通过燃料提升泵126将燃料泵入燃料蒸汽分离器128的内部空腔和/或通过蒸汽排气阀136将燃料蒸汽从内部空腔中排出。该方法可附加地包括步骤408，当传感器组件190检测到浮标180位于预先建立的上约束部时，停止燃料提升泵126和/或关闭蒸汽排气阀136。

以上所述的发明已根据相关法律标准进行说明，因此该说明仅为示例并非用以限定。对公开的实施例所作的变化或变形对于本领域技术人员是明显的，并且落入本发明专利的保护范围。

Claims (19)

1.一种船用燃料蒸汽分离器，包括：

具有用于容纳燃料的开放内腔的分离器壳体；

设置于所述壳体中并响应所述壳体的所述内腔中的燃料的变化的液位可移动的浮标；

至少一块设置于所述浮标上并且与所述浮标一起可移动的磁铁；以及

设置于所述壳体外部并与所述浮标上的磁铁合作以感应所述磁铁的移动的传感器组件。

2.根据权利要求1所述的船用燃料蒸汽分离器，其特征在于，所述浮标在所述壳体的所述内部空腔中预先建立的上约束部和预先建立的下约束部之间可移动。

3.根据权利要求2所述的船用燃料蒸汽分离器，其特征在于，所述传感器组件包括一对彼此垂直间隔的传感器元件，并且其中所述传感器元件中的一个在所述浮标位于所述预先建立的上约束部时被激活，并且其中所述传感器元件中的另一个在所述浮标位于所述预先建立的下约束部时被激活。

3、根据权利要求2所述的船用燃料蒸汽分离器，其特征在于，所述传感器组件包括簧片式传感器元件，该簧片式传感器元件在所述浮标位于预先建立的上约束部或预先建立的下约束部时被激活。

4.根据权利要求2所述的船用燃料蒸汽分离器，其特征在于，还包括一对彼此垂直间隔的具有不同磁力或不同极性的磁铁，并且其中所述传感器组件包括至少一个传感器元件，当靠近所述磁铁中的一块时产生一种信号，当靠近所述磁铁中的另一块时产生一种不同的信号。

5.根据权利要求2所述的船用燃料蒸汽分离器，其特征在于，所述磁铁设置于所述浮标的至少一部分上。

6.根据权利要求2所述的船用燃料蒸汽分离器，其特征在于，所述浮标具有大致圆柱形。

7.一种用于船舶的燃料系统，包括：

燃料箱，蒸汽分离器和用于将燃料从所述燃料箱输送到所述蒸汽分离器的燃料提升泵；

所述蒸汽分离器包括具有用于容纳燃料的开放内腔的分离器壳体；

设置于所述壳体中并且响应所述壳体的所述内腔中燃料的变化的液位可移动的浮标；

至少一块设置于所述浮标上并且与所述浮标一起可移动的磁铁；

与所述蒸汽分离器流体连接用于将燃料蒸汽从所述开放内腔中排出的蒸汽排气阀；

设置于所述壳体外部并与所述浮标上的磁铁合作以感应所述磁铁的移动的传感器组件；以及

与所述燃料提升泵，所述蒸汽排气阀以及所述传感器组件电连通的控制器，所述控制器用于激活所述燃料提升泵或打开所述蒸汽排气阀以响应位于所述预先建立的下约束部的浮标。

8.根据权利要求7所述的燃料系统，其特征在于，所述传感器组件包括彼此垂直间隔的第一传感器元件，并且其中所述传感器元件中的一个响应于位于所述预先建立的上约束部的浮标而被激活以向所述控制器发出一种信号，并且其中所述传感器元件中的另一个响应于位于所述预先建立的下约束部的浮标而被激活以向所述控制器发出不同的信号。

9.根据权利要求7所述的燃料系统，其特征在于，所述传感器组件包括簧片式传感器元件，该簧片式传感器元件响应于位于所述预先建立的上约束部或下约束部的浮标而被激活以向所述控制器发出信号。

10.根据权利要求7所述的燃料系统，其特征在于，还包括一对彼此垂直间隔的具有不同磁力或不同极性的磁铁，并且其中所述传感器组件包括至少一个传感器元件，当靠近所述磁铁中的一块时产生一种信号并将其传递给所述控制器，当靠近所述磁铁中的另一块时产生一种不同的信号并将其传递给所述控制器。

11.根据权利要求7所述的燃料系统，其特征在于，所述磁铁设置于所述浮标的周边的至少一部分上。

12.根据权利要求7所述的燃料系统，其特征在于，所述传感器组件是霍尔效应型传感器。

13.一种运行船用燃料输送系统的方法，包括以下步骤：

提供具有用于容纳燃料的开放内腔的燃料蒸汽分离器；

提供设于所述蒸汽分离器的开放内腔中的浮标，其中所述浮标响应预先建立的约束部之间变化的液位，以响应所述壳体的内腔中变化的液位，其中，至少一块磁铁设置于所述浮标上；

提供响应于磁铁并设置于所述燃料蒸汽分离器的外部的传感器组件；

激活所述传感器组件以响应位于预先建立的上约束部或下约束部的浮标。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括激活燃料提升泵的步骤，以响应传感器组件检测到浮标位于预先建立的下约束部。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括关闭燃料提升泵的步骤，以响应所述传感器组件检测到浮标位于预先建立的上约束部。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括将蒸汽从具有蒸汽排气阀的蒸汽分离器中排出的步骤，以响应所述传感器组件检测到浮标位于预先建立的下约束部。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括关闭所述蒸汽排气阀的步骤，以响应所述传感器组件检测到浮标位于预先建立的上约束部。

18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述传感器组件包括一对彼此垂直间隔的传感器元件，并且还包括当所述浮标位于预先建立的上约束部时激活所述传感器元件中的一个的步骤。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括当所述浮标位于预先建立的下约束部时激活所述传感器元件中的另一个的步骤。

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