[发明专利]用于流体的加热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于流体的加热器、一种包括这样一种加热器的燃料蒸汽存储和回收设备、及操作这样一种加热器的方法，该加热器包括导电单块的加热元件，其中，加热器包括用于待被加热流体的通路，该流体在加热操作期间具有限定的流体流动方向，加热器包括在通路内并排布置的至少两个加热元件，从而它们相对于流体流动平行地布置。

背景技术

该种类的加热器从US 2007/0056954A1得知。具体地说，其中就旨在减少来自机动车辆的蒸发性散发的用于燃料蒸汽存储和回收设备的清洗加热器(purge heater)而言，描述了这样一种加热器的应用。所公开的清洗加热器可以包括一个多个电气加热元件，这些加热元件连接到电源上，像例如连接到汽车的电池上。清洗加热器可以例如包括导电陶瓷作为加热元件。

可选择地，清洗加热器可以包括导电碳，优选为多孔单块碳。这样的多孔单块碳例如公开在US 2007/0056954A1中。这些单块碳加热元件具有通道结构，该通道结构允许空气流过加热元件，并因而允许直接到从大气吸入的清洗空气(purge air)的增强热传递。

这样的加热器的重要用途是燃料蒸汽存储和回收设备，以便减少来自机动车辆的蒸发性散发。包括燃料蒸汽存储罐的燃料蒸汽存储和回收设备在本领域中在多年以前就是公知的。在多种内燃机中使用的汽油燃料极易挥发。来自具有内燃机的车辆的燃料蒸汽的蒸发性散发的发生原因主要是车辆燃料箱的通气(venting)。当车辆停泊时，温度或压力的变化使载有烃(hydrocarbons)的空气从燃料箱逸出。燃料中的一部分不可避免地蒸发到在油箱内的空气中，并因而呈现蒸汽的形式。如果从燃料箱散发的空气被允许未处置地流到大气中，则将不可避免地随之带走这种燃料蒸汽。关于可以从车辆的燃料系统散发多少燃料蒸汽，存在着一些政府法规。

通常，为了防止进入大气中的燃料蒸汽损失，汽车的燃料箱通过导管向罐中通气，该罐包含适当的燃料吸收材料，如活性碳。大表面面积活性碳粒被广泛地使用，并且临时地吸收燃料蒸汽。

在车辆停泊较长时段的时候和当车辆正在加燃料、并且载有蒸汽的空气正在从燃料箱排出(加燃料散发)时，包括燃料蒸汽存储罐(所谓的碳罐)的燃料蒸汽存储和回收系统必须应对燃料蒸汽散发。

在用于欧洲市场的燃料回收系统中，加燃料散发通常不是重要问题，因为这些加燃料散发一般不通过碳罐排出。然而，在用于北美市场的集成式燃料蒸汽存储和回收系统中，这些加燃料散发也通过碳罐排出。

由于在碳罐中的吸收剂的自然属性，很清楚的是，碳罐具有受限的填充容量。一般希望的是，使碳罐具有很高的碳工作容量，然而，也希望的是，为了设计目的而使碳罐具有比较小的体积。为了保证典型地在内燃机的操作下碳罐始终有足够的碳工作容量，一定负压从发动机的吸气系统通过碳罐的燃料蒸汽排出端口施加到罐的内部。借助于此，让环境空气从环境空气进入端口进入罐中，以拾取被捕获的燃料蒸汽、并且将其通过燃料蒸汽排出端口携带到发动机吸气系统的吸气歧管。在这种罐清洗模式期间，碳罐内所存储的燃料蒸汽在内燃机中燃烧。

尽管现时的燃料蒸汽存储和回收系统十分有效，但仍然存在着被导入到大气中的烃的残余散发。这些所谓的“漏出散发”(昼夜呼吸损失，Diurnal Breathing Loss，DBL)被扩散所驱动，特别是当在碳罐的大气通气端口与吸收剂之间存在着高的烃浓度梯度时。当有可能减小烃浓度梯度时，漏出散发可被显著地减小。十分清楚的是，这可通过增大碳罐的工作容量来实现。

然而，也应该清楚的是，只有存储在碳罐中的一定百分比的烃在清洗模式期间可被有效地清洗或排出。这对于清洗时间受到限制的汽车，可能是问题，例如在电动混合汽车中，其中内燃机的操作模式相对较短。

关于所谓的柔性燃料(flexi fuel)产生另一个问题，该柔性燃料包括显著量的乙醇。乙醇是高挥发性的燃料，它具有比较高的蒸汽压。例如，所谓的E10燃料(10％乙醇)当前在市场上具有最高蒸汽产生量。这意味着，碳罐从燃料箱吸入的燃料蒸汽是极高的。另一方面，在常规碳罐的正常清洗模式期间，只有一定百分比的吸入燃料蒸汽可以排出。作为结果，普通碳罐的燃料蒸汽容量耗尽得比较快。因而，完全装载的碳罐的漏出散发通常增大到超越由法律给出的散发值的程度。

为了改进在清洗模式期间的清洗除去速率，已经提出几种蒸汽存储和回收装置，这些蒸汽存储和回收装置使用所谓的清洗加热器。借助于对通过环境空气进入端口而引导到罐中的环境空气进行加热，显著地提高在吸收剂的微孔中捕获的烃的除去效率。