为流体脱气的分离器的制作方法

专利名称：为流体脱气的分离器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分离器，特别是涉及一种用于为流体脱气的分离器。
背景技术：
液压系统通过使液压流体重复地循环通过该液压系统而工作，其中液压流体的运动用于选择性地为液压系统部件提供动力。当液压系统工作时，来自某些液压系统部件的不期望的气体可渗入液压流体内。如果液压流体变得饱含气体，则液压系统会遇到问题，例如性能水平下降、发出不期望的噪音或甚至对液压系统部件造成潜在损害。人工将气体从液压流体中清除可能是昂贵或费时的，并且其对于某些类型的液压系统并不总是可选的， 尤其是意图永久密封的液压系统。在一种方法中，可使用分离器将气体从液压流体中去除。已有若干种已知类型的用于将截留在液压流体内的气体去除的分离器。所述分离器具有吸收气体同时限制吸收液压流体的能力。在至少一些类型的分离器中，可使用聚合物吸收气体。该聚合物可设计成从液压流体吸收气体，同时充分地限制液压流体进入分离器。聚合物的物理特性可被更改，以限制液压流体进入分离器。在一个示例中，聚合物的外表面被更改，以改变聚合物的微孔性和疏水性。然而，生产具有排斥流体而同时仍能够吸收气体的能力的聚合物可能需要复杂的制造工艺，可为昂贵的，并可具有与当前高压液压工作回路的绝对压力限制相比更低的绝对压力限制。因此，需要提供一种用于液压系统的成本较低的分离器，该分离器从流体吸收至少一些气体，而同时充分地限制流体流入分离器。


图1是示例性的液压系统的示意图，该液压系统包括高压储存器、低压储存器、集成的泵与电机、次级泵、分离器以及止回阀；图2是分离器的立体图；图3是图2所示的分离器的局部剖视图；图4是图2所示的分离器的备选示例；图5是图4所示的分离器的局部剖视图；以及图6是为来自液压系统的流体脱气的方法的工艺流程图。
具体实施例方式现参照下文的论述及附图详细地示出本发明的系统及方法的示例性实现方法。虽然附图示出一些可能的实现方法，但这些附图并非必须按比例，并且某些特征件可被放大、 移除或局部地剖切，以更好地示出和说明本发明。此外，在此进行的说明并不意图是详尽的或将权利要求限制或约束为在附图中示出的并在下文详细说明的确切形式和构型。
此外，在下文的论述中将引入许多常数。在一些情况下，提供了这些常数的示例性值。在其它情况下，未给出特定值。这些常数的值取决于相关硬件的特性和这些特性之间的相互关系，以及与本发明的系统相关的环境条件和操作条件。根据在此描述的多个示例性说明提供了一种分离器。该分离器可包括基体和膜， 其中所述基体包括基体外表面和气体侧排放区。所述基体可用于将气体排出分离器。所述膜可与所述基体连通。所述膜还可用于使气体渗透至基体外表面，同时限制流体进入基体。 基体外表面可用于接收气体，并且所述基体还可用于将从基体外表面接收的气体输送至排放区。所述基体还可包括一系列位于该基体内的孔，以允许气体渗入基体，其中所述基体可由烧结粉末金属构造而成，并且在一个示例中，该烧结粉末金属可包括不锈钢。粉末颗粒尺寸可介于约一(1)微米和约二十00)微米之间。所述基体的排放区可附接至用于输送气体的端口，其中基体外表面可与所述膜的至少一部分直接接触。所述膜可与整个基体外表面接触。本发明还公开了一种为来自液压系统的流体脱气的方法。该方法可包括将来自液压系统的流体接收至分离器，其中所述分离器包括基体和膜。所述基体可包括气体侧排放区。所述流体可与包含在该流体内的气体的至少一部分分离。所述膜可用于渗透气体并限制流体进入。所述气体可从所述膜被输送至基体的排放区。所述气体可从分离器被移至一端口，该端口可附接至该分离器。现参考附图，图1以示意图示出了一示例性液压系统20。液压系统20可包括高压储存器30、低压储存器32、集成的泵与电机34、次级泵36、分离器38以及止回阀40。流体 50移动通过液压系统20。在图1中，流体50可以是适用于液压系统内的液压流体，例如但不限于蓖麻油、乙二醇、矿物油或硅氧烷。泵与电机34在低压储存器32和高压储存器30 之间移动流体50。次级泵36使流体50从低压储存器32移动通过分离器38，然后回到低压储存器32。虽然图1示出的液压系统20为通常与车辆的混合动力系统一起使用的液压系统，但可以理解，也可采用任何类型的液压系统。还应注意，虽然图1示出分离器38被用于液压系统中，但分离器38可用在任何为流体脱气的应用中。泵与电机34可与低压储存器32和高压储存器30均流体连接，并在低压储存器32 与高压储存器30之间输送流体50。在一个示例中，泵与电机34可以是集成的泵与电机，其根据流体50在低压状态(低压储存器3 和高压状态(高压储存器30)之间的运动而在泵模式和电机模式下运行。也就是说，泵与电机34可向前和反向运行，由此控制泵与电机 34作为泵运行还是作为电机运行。当泵与电机34向前运行时，泵与电机34可处于泵模式。在泵模式下，流体50从低压储存器32移至高压储存器30。当处于泵模式时，例如但不限于车辆的发动机驱动系统的装置可从流体50提取动能。当泵与电机34反向运行时，泵与电机34可处于电机模式。 当处于电机模式时，流体50从高压储存器30移至低压储存器32，并转动泵与电机34的电机部分。应注意到，虽然图1示出了集成的泵与电机，但也可采用单独的泵和单独的电机。高压储存器30、低压储存器32和泵与电机34建立了用于将动能从流体50传递至一装置的液压流动回路，并可以是动力回路26。流体50通过动力回路沈内的泵与电机34 在高压储存器30与低压储存器32之间移动。但是，位于动力回路沈的某些部件内的气体可渗入流体50内。其结果是，流体50会变得饱含气体，这可能对液压系统20的运行有害。因此，可提供脱气回路观以除去至少一部分可被截留在流体50内的气体。低压储存器32、次级泵36、分离器38和止回阀40建立了可用于从流体50除去气体的脱气回路观。当来自低压储存器32的流体50通过次级泵36被移入分离器38时，脱气回路观运行。次级泵36可流体连接至低压储存器32和分离器38。次级泵36包括次级泵流体入口 42和次级泵流体出口 44。低压储存器32可经次级泵流体入口 42与次级泵36 流体连接。分离器38可经次级泵流体出口 44与次级泵36流体连接。应注意到，虽然图1 示出了脱气回路观包括有助于使流体50运动的次级泵36，但至少在某些脱气回路中，次级泵可以省略。分离器38包括分离器流体入口 46和两个出口，即流体出口 52和气体出口 54。分离器流体入口 46将分离器38流体连接至次级泵36，并接收来自次级泵36的流体50。流体出口 52将分离器38流体连接至低压储存器32。气体出口 M将分离器38连接至止回阀 40。分离器38可用于去除至少一部分(如果不是基本上全部)截留在流体50内的气体。已脱气的流体50经流体出口 52离开分离器38，并进入低压储存器32。然后，来自低压储存器32的流体50可被移动通过动力回路26。止回阀40可排出通过分离器38从液压系统20去除的气体。通过分离器38去除的气体可流出分离器38的气体出口 54，并流入止回阀40。止回阀40可允许气体沿一个方向流动，该流动方向由箭头48指示。S卩，止回阀40允许流体 50大致沿一个方向流动，该方向为离开液压系统20的方向。然后，气体从液压系统20释放。在一个示例中，气体可被释放至真空或大气中。应注意到，虽然图1示出了止回阀40， 但也可采用任何能够充分地防止气体再次进入液压系统20的装置。在一个示例中，截留在流体50内的气源可位于高压储存器30和低压储存器32 中。这是因为储存器30和32均可含有存储在气泡中的惰性气体(未示出)，例如但不限于氮。所述气体有时渗入位于储存器30和32内的气泡(未示出)，并进入流体50。有气体截留在流体50内是不期望的，因为如果有气体充入流体50，则可使液压系统20性能水平下降、发出不期望的噪音，或甚至对液压系统部件造成潜在损害。因此，可提供脱气回路观以将充入的气体从流体50分离。应注意到，来自其它源例如大气的气体也可能被截留在流体 50内。图2是壳体72的视图，该壳体72包含分离器38，该分离器38包括基体60、膜62 和端口 64。壳体72可以是任何能够承受液压流体50的周围压力的容器。壳体72包括开口 78，流体50从该开口 78处进入壳体72并与膜62接触。基体60包括基体外表面70，膜 62与基体外表面70接触并覆盖至少一部分基体外表面70。膜62可构造成允许来自流体 50的气体渗入基体60内。同时，膜62还可用于限制流体50进入基体60内。在一个示例中，膜62充分地阻止流体50进入基体60内。应注意到，虽然图1示出分离器38为液压分离器，但分离器38可用于使流体脱气的任何类型的应用中。膜62可与基体60连通，并将从流体50提取的气体传递至基体外表面70。膜62 也可包含与流体50的气体浓度相比较低的气体浓度。位于膜62内的气体量可低于位于流体50内的气体，使得当流体50流经膜62时流体50内的气体被吸引至膜62，从而从流体 50提取气体。
基体60可构造成用于将从膜62提取的气体输送至气体侧排放区74，在气体侧排放区74处基体外表面70可与膜62连通。基体60的排放区74对应于图1所示的气体出口 M。排放区74可将气体排出基体60，并可经由端口 64与止回阀40 (在图1中示出)连通。膜62可与流体50接触并允许至少一部分截留在流体50内的气体渗透至基体外表面70，同时充分地阻止流体50进入基体60。图2至图3将由膜62从流体50提取的气体示为气流66。更具体地，气体通过膜62进入基体38。气体作为气流66离开膜62。如图 3所示，基体60接收来自膜62的气流66，并可将气流66输送至排放区74。回到图2，基体60可以是多孔的、可透气材料，其用于为膜62提供结构上的支承。 基体60可用于提供结构上的支承，这是因为在某些情况下膜62可能不具备例如刚性的物理特性以承受来自液压系统20的载荷。换句话说，膜62可以是不能自支承的材料薄层。因此，基体60为膜62提供结构上的支承变得尤为重要。基体60可由多种材料构成，所述材料能够将气体从基体外表面70输送到排放区 74。在一个示例中，基体60可由部分地烧结的粉末金属80构成。可采用的一类粉末烧结金属是不锈钢。然而，应注意到，也可采用其它类型的金属。基体60可具有能够使通过分离器38的气流66最大、并使基体外表面70与排放区74之间的压力差最小的物理特性。在一个示例性实例中，粉末烧结金属80所含的粉末颗粒尺寸的范围为从约一(1)微米至约二十00)微米。由于基体60可由粉末烧结金属构成，因此基体60的表面中和内部可出现一系列小孔68。孔68可允许气流66渗入基体60， 其中较大的孔尺寸可导致较高的透气性。但是，由于基体60仍需支承膜62，因此孔尺寸的增加会受限。即，对孔68可为多大具有限制，因为基体60仍需用于支承。在一个示例中， 孔68的尺寸的范围为从约1微米至约10微米。膜62可由包括具有透气性的材料特性的材料构成，以允许气流66透过。膜62还可用于充分地阻止流体50进入基体60。在一个示例中，膜62可由聚合物例如氟硅氧烷82 构成。但是，应注意到，膜62也可采用其它材料。在至少某些示例中，采用氟硅氧烷82作为膜62是有利的。这是因为氟硅氧烷的材料特性例如高透气性、耐温性、耐热老化和耐化学性通常与液压系统相容。此外，氟硅氧烷还可具有能够被制成非常薄而均勻的薄片的能力，该薄片可被粘接到基体外表面70上。覆在基体60上的薄而均勻的膜62的层是特别期望的，因为薄膜62以小体积带来高透气性。 即，薄膜62可需要较小的表面积70并使得质量减少。在一个示例中，氟硅氧烷82可被制成约十分之一毫米(0. 0039英寸)到约十分之五毫米(0. 02英寸)那样薄的层。但是，应注意到，虽然在该特定示例中使用氟硅氧烷，但膜62也可采用其它材料。由于膜62可由具有高透气性的材料构成，因此在至少某些应用中，可以不需要在分离器38中采用多层膜来渗透气体并限制流体进入。图3示出基体外表面70与膜62的至少一部分直接接触。即，在膜62与基体外表面70之间可没有中间层，且它们彼此粘接。 在至少某些情况下，由于某些原因，将膜62直接粘接到基体外表面70上可为有利的。首先，将膜62直接粘接至基体外表面70可减少分离器38内的离散元件的数目。此外，将膜 62直接粘接至基体外表面70可增加膜62与基体60之间的透气率，因为不存在气体必须穿越的中间层。尽管图3示出基体外表面70与单层膜62直接接触，但应理解，也可使用中间介质将膜62和基体60粘接到一起，并且膜62也可由两层或更多层构成。还应注意到，氟硅氧烷和一些其它材料可能并不总是易于建立与例如基体外表面70之类的表面的永久粘接。因此，可向膜62添加添加剂如底漆，以提高粘接性能。可以通过多种方式实现将膜62附接至基体外表面70，例如但不限于预压延膜、模制、挤压涂布或浸液涂布之类的机械附接。通过浸液涂布例如聚合物浸液涂布来将膜62粘接至基体外表面70可为特别有利的。这是因为浸液涂布可在整个基体外表面70上提供连续的膜。因此整个基体60可被膜62完全密封。基体60的排放区74可与构造成用于输送气流66的端口 64直接连通。S卩，在基体60与端口 84之间可没有其它附加部件，并且端口 84可附接至基体60。端口 84可与气流66连通，并将气流66输送至止回阀40 (如图1所示)。在一个示例中，端口 84可由金属制成，并直接附接至基体60。端口 84可通过接合工艺附接至基体60，该接合工艺例如但不限于钎焊或焊接。端口 84还可包括一系列小开口 76，所述小开口 76与孔68连通，使得气流可从气孔68连通至开口 76。小开口 76还可降低穿过基体60的压降。图4至图5是分离器138的备选示例，其中基体160可以是中空管的形式。整个基体外表面170可由膜162覆盖，因此基体160在图4中不可见。而图5是分离器138的局部剖视图，其示出了基体160和膜162。回到图4，分离器138包括外径表面Dl和内径表面D2，以及前表面186和后表面 188(以虚线示出)。整个基体160可由膜162覆盖，由此提供了可吸收气流166的四个表面。换句话说，外径表面D1、内径表面D2、前表面186和后表面188的每一个均可由膜162 覆盖，由此吸收气流166。具有四个不同的表面来吸收气流166可为有利的，因为分离器138 具有高气体吸收能力，同时仍保持相对较小的封装尺寸。尽管图2至图3示出基体60的形状为矩形条，而图4至图5示出基体160为中空管，但基体可以根据应用制成各种几何形状。在一个示例中，基体可以是实心管的形状。现在参考图6，其示出了为来自液压系统20的流体50脱气的过程600。过程600 可从步骤602开始，在步骤602中，可将流体50从液压系统20接收至分离器38。如上文所述，分离器38包括分离器流体入口 46，该流体入口 46将分离器38流体连接至次级泵36 并从次级泵36接收流体50。分离器38包括基体60和膜62。基体60包括排放区74，其中排放区74可将气体排出基体60。过程600然后可执行步骤604。在步骤604中，当流体50流经膜62时，可使流体50与至少一部分被截留在流体 50内的气体分离。更具体地，膜62可构造成用于使气体透过并限制流体例如流体50进入。 膜62还可用于限制流体50进入基体60，且可充分地阻止流体50进入基体60。此外，膜62 还可包含与流体50的气体浓度相比较低的气体浓度，使得气体被吸向膜62。当流体50流经膜62时，可从流体50提取气体。过程600然后可执行步骤606。在步骤606中，可将气流66从膜62直接输送至基体60。这是因为基体外表面70 可与膜62的至少一部分直接接触。应注意到，步骤606可以是可选步骤。这意味着在备选示例中，可采用中间层来将膜62和基体60粘接到一起。过程600然后可执行步骤608。在步骤608中，可将气流66从膜62输送至基体60的排放区74。如前文所述，膜 62可与流体50接触，其中至少一部分被截留在流体50内的气体透过膜62并渗透至基体外表面70。同时，膜62充分地阻止了流体50进入基体60。此后，由于基体外表面70可与膜62连通，因此基体60接收气流66。在从膜接收气流66后，基体60将气流66从基体外表面70输送至排放区74。过程600然后可执行步骤610。在步骤610中，可通过端口 64将气流66从分离器38去除，其中端口 64可与分离器38直接连通。基体60的排放区74可与端口 84直接连通。这意味着在基体60与端口 84之间可没有其它附加部件。过程600然后可执行步骤612。在步骤612中，可将气流66从端口 64输送至止回阀40。如从图1所见，分离器 38可通过端口 64与止回阀40流体连通。应注意到，虽然图1示出止回阀40，但可采用任何能够充分防止气体再次进入液压系统20的装置。过程600然后可执行步骤614。在步骤614中，可通过止回阀40将气流66从液压系统20中去除。在一个示例中， 根据应用，气流66可被释放至外部环境或真空中。如上文所述，止回阀40可构造成仅允许气体沿一个方向流动，其中所述流动方向由箭头48指示。止回阀40可用于将气流66排出液压系统20，也用于防止至少大部分气流66再次进入液压系统20。过程600然后可终止。本发明已参照上述示例具体地示出和描述，所述示例仅为了说明实现本发明的最佳方式。本领域的技术人员应理解，可在不偏离由下文的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下采用在此描述的本发明的示例的各种备选方案来实现本发明。下文的权利要求意在限定本发明的范围，以及由此在这些权利要求及其等同方式所覆盖的范围之内的方法和装置。对本发明的这些描述应理解成包括了在此所描述元件的所有新颖及非显而易见的组合，并且权利要求可通过对这些元件的任何新颖及非显而易见的组合的该应用或之后的应用来描述。此外，上述示例是示例性的，单个特征件或元件对可在该应用或之后的应用中要求权利的所有可行组合来说不是必不可少的。
权利要求
1.一种用于为流体脱气的分离器(38，138)，包括基体(60，160)，所述基体包括基体外表面(70，170)和气体侧排放区(74)，所述排放区 (74)用于将气体排出所述分离器(38，138)；以及膜(62，16 ，所述膜与所述基体(60，160)连通，所述膜(62，162)用于使气体渗透至所述基体外表面(70，170)，同时充分地阻止流体进入所述基体(60，160)，并且其中所述基体外表面(70，170)用于接收气体；其中所述基体(60，160)将气体从所述基体外表面(70，170)输送至所述排放区(74)。
2.根据权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述基体(60，160)在所述基体(60， 160)内包括一系列孔(68)，以允许气体渗入所述基体(60，160)，并且所述基体(60，160)为所述膜(62，162)提供结构上的支承。
3.根据权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述排放区(74)附接至用于输送气体的端口(64，164)。
4.根据权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述基体外表面(70，170)与所述膜 (62，162)的至少一部分直接接触。
5.根据权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述膜(62，162)是氟硅氧烷。
6.根据权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述基体(60，160)由部分地烧结的粉末金属构成。
7.根据权利要求6所述的分离器，其特征在于，所述粉末颗粒尺寸在约1微米与约20 微米之间。
8.根据权利要求6所述的分离器，其特征在于，所述烧结粉末金属是不锈钢。
9.根据权利要求1所述的分离器，其特征在于，所述基体(60，160)的形状为中空管和矩形条中的一者。
10.根据权利要求9所述的分离器，其特征在于，所述膜(62，162)基本上与整个所述基体外表面(70，170)接触。
11.一种用于为液压系统00)内的流体脱气的系统，所述系统包括分离器(38，138)，所述分离器包括基体(60,160)和膜(62，162)，所述基体(60,160) 包括基体外表面(70，170)和气体侧排放区(74)，所述排放区(74)用于将气体排出所述基体(60，160)，并且所述膜(62，162)与所述基体(60，160)连通；以及端口(64，164)，所述端口用于将气体输送出所述分离器(38，138)，并送入所述液压系统(20)，其中所述端口(64，164)与所述排放区(74)连通；其中所述膜(62,16 用于使气体渗透至所述基体外表面(70，170)，同时充分地阻止流体进入所述基体(60，160)，并且所述基体外表面(70，170)用于接收气体；其中所述基体(60，160)用于将气体从所述基体外表面(70，170)输送至所述排放区 (74)。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述基体(60，160)在所述基体(60， 160)内包括一系列孔(68)，以允许气体渗入所述基体(60，160)，并且所述基体(60，160)为所述膜(62，162)提供结构上的支承。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述端口(64，164)用于将气体从所述分离器(38，138)输送至止回阀(40)。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述止回阀00)与外部环境和真空中的一者连通。
15.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述基体外表面(70，170)与所述膜 (62，162)的至少一部分直接接触。
16.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述基体(60，160)由部分地烧结的粉末金属构成。
17.一种为来自液压系统00)的流体脱气的方法，该方法包括将来自所述液压系统00)的所述流体接收至分离器(38，138)，其中所述分离器(38， 138)包括基体(60,160)和膜(62，162)，所述基体(60,160)包括气体侧排放区(74)；当所述流体流经所述膜(62,16 时，使所述流体与包含在所述流体内的气体的至少一部分分离，其中所述膜(62，162)用于渗透所述气体并充分地阻止流体进入；将所述气体从所述膜(62,16 输送至所述基体(60，160)的所述排放区(74)；以及将所述气体从所述分离器(38，138)移至端口(64，164)，其中所述端口(64，164)附接至所述分离器(38，138)。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述气体从所述端口(64，164)输送至止回阀^))的步骤。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括通过所述止回阀00) 将所述气体从所述液压系统O0)去除的步骤。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述气体从所述膜 (62，162)直接输送至所述基体(60,160)的步骤，其中所述基体(60,160)的外表面(70， 170)与所述膜(62，162)的至少一部分直接接触。
全文摘要
本发明提供了一种用于液压系统的分离器，其包括基体和膜。所述基体包括基体外表面和气体侧排放区。所述排放区用于将气体排出分离器。所述膜与基体连通，并且用于使气体渗透至基体外表面，同时充分地阻止流体进入基体。所述基体外表面用于接收气体。所述基体用于将气体从基体外表面输送至排放区。
文档编号B01D53/00GK102232001SQ200980148186
公开日2011年11月2日 申请日期2009年11月30日 优先权日2008年12月1日
发明者E·J·胡梅尔特 申请人:伊顿公司