專利名稱：壓力調節器的制作方法
壓力調節器
本發明涉及一種用于調節流體壓力的壓力調節器。
特別的，本發明涉及可用在氣體燃料供應系統中的壓力調節器，
例如天然氣、液化石油氣，氫氣等，用于調節從加壓氣體燃料源流向
運行設備，例如內燃機的氣體燃料的壓力。
機械壓力調節器是已知的，它包括外殼，在該外殼內設有調節室。 在該調節室內設有隔膜或活塞，從而將調節室分為第一室或上室，
和第二室或下室。
該第一室連接至參考壓力，例如大氣壓下的環境。
第二室包括入口和出口，用于將氣體燃料分別連接至氣體燃料源 和氣體燃料的運行設備。
該已知的機械調節器還包括用于調節入口和出口之間的氣體燃料 流量的閥門。
該閥門固定至隔膜/活塞的與第二室面對的第 一側面，并設有定位 在第二室內的閥座，其中該第二室位于入口和出口之間的燃料入口處。
該已知的機械調節器還包括定位在第一室內并固定至隔膜/活塞 第二側面的彈簧，其中該第二側面面向第一室并與第一側面相對。
在使用時，彈簧在隔膜/活塞上施加彈力，該彈力通過將閥門定位 和保持在距閥座一定距離處而作用在閥門上，通過這種方式，限定了 一個孔口，其中所需流量的氣體燃料科流過該孔口。
換句話說，通過該隔膜/活塞，彈簧將閥門定位在與調節器所需的 出口壓力對應的預定運行位置。
該已知機械調節器的局限在于，出口壓力相對于調節器運行范圍 的正常壓力值變化，即，出口壓力隨著入口調節器壓力和所需流量的 變化而變動。
該已知機械調節器的另 一局限在于，它們在運行過程中不能調節上述出口壓力，即，它們在根據上述參考壓力的恒定正常出口壓力下 工作。
事實上，該出口壓力由閥門的運行位置來確定，該運行位置取決 于彈簧通過隔膜/活塞施加在閥門上的彈力。
該彈力取決于彈簧特性、預加負載，以及彈性常數，因此在操作 過程中不能改變。
另一局限在于，該已知的機械調節器需要周期性校準，以便保持
和保存其初始性能。
這是因為隔膜易受時間流逝的影響并永久變形。
另一缺點在于，這些調節器不能用在低溫下，即，不能用于在氣 體燃料和合適熱源之間不具有換熱器的條件下。
這是因為隔膜對溫度具有敏感性，其在低溫下將變硬。 本發明的目的是改進該壓力調節器。
另一目的是得到一種能使出口壓力改變的壓力調節器。 在一 目的是提供一種在運行過程中可被控制的壓力調節器。 在一目的是使該壓力調節器相對于已知的調節器更可靠和更精
密，而無需在其使用期限內周期性的校準。
在一目的是提供一種相對于已知機械調節器對低溫具有低敏感性
的壓力調節器。
根據本發明，提供了一種流體壓力調節器，包括其內接納有活塞 的調節室，在所述調節室內，具有由所述活塞的相對部分限定的第一 室和第二室，所述第一室和所述第二室分別包括用于所述流體的第一 入口和第二入口，所述第一入口和所述第二入口連接至第一壓力下的
第一環境，所述第一室和所述第二室分別包括用于所述流體的第一出 口和第二出口，所述第一出口和所述第二出口連接至第二壓力下的第
二環境，所述活塞可響應所述第一室內的所述流體的壓力變化而在所 述調節室內移動，以打開/關閉所述第二出口，以便調節所述第二壓力， 所述流體壓力調節器包括用于打開/關閉所述第一出口的閥門機構，以 便引起所述第一室內的所述壓力變化。在本發明的一個實施例中，所述調節器包括控制和管理單元，用 于通過脈沖寬度調節循環來控制所述閥門機構。
這樣能使所述壓力調節器在運行過程中通過電子學方法來調節和 改變所述第二壓力。
事實上，在所述控制和管理單元內，輸入代表所述第二壓力的壓 力設定值，該設定值可以是固定的或者是可變的。
隨后，所述控制和管理單元將由定位在所述第二出口下游的壓力 傳感器測量的所述第二壓力與壓力設定值相比。
接著，對于所述第二出口壓力和壓力設定值之間檢測到的可能偏 差，所述控制和管理單元對被發送至所述閥門機構的電信號進行處理， 該電信號引起所述第一室內的壓力偏差，從而使活塞移動，以使得所 述第二壓力等于壓力設定值。
而且，根據本發明的調節器相對于已知的機械調節器更可靠和精 密，并且可用在低溫下。
事實上，所述調節器不使用在已知機械調節器中用到的對溫度和 時間敏感的隔膜。
參照附圖，本發明可被更好地理解并實現，其中本發明的實施例
通過非限制性例子的方式示于這些附圖中
圖1是壓力調節器的示意圖，其處于第一運行構造，被插入在氣 體燃料供應系統中；
圖2是圖1中壓力調節器的示意圖，其處于第二運行構造。
參照圖1和2，示出了一種氣體燃料(例如天然氣、液化石油氣、 氫氣等)供應系統l，包括貯氣罐或氣瓶2，其設置用來在所需的入口 壓力PIN下容納氣體燃料。
貯氣罐2將入口壓力PIN下的氣體燃料供應至壓力調節器3，該 壓力調節器3被設置用來將出口壓力值POUT下的氣體燃料供應至燃 料定量給料裝置6，例如氣體燃料運行設備7的噴嘴，例如內燃機。
換句話說，調節器3被插入在貯氣罐2和定量給料裝置6之間， 從貯氣罐2接收入口壓力PIN下的氣體燃料，并將該氣體燃料在固定或可變的所需出口壓力值POUT下供應至定量給料裝置6。 調節器3包括外殼8，其內設有調節室9。
調節室9具有第一室IO和第二室11，其中第一室10可運行地定 位在第二室11之上。
第一室IO和第二室ll分別包括用于氣體燃料的第一入口 12和第 二入口 13，第一入口 12和第二入口 13分別通過第一導管20和第二 導管21連接至貯氣罐2。
而且，第一室10和第二室11分別包括第一出口 14和第二出口 15 (圖2)，它們分別通過第三導管22和第四導管23連接至調節器3 的控制室16和定量給料裝置6。
調節器3還包括具有第一門36和第二門37的第五導管24，所述 門被設置用來將第五導管24分別連接至控制室16和第四導管23。
調節器3還設有定位在調節室9內的活塞18，用于限定第一室10 和第二室11。
特別的，在活塞18和調節室9之間設有具有適當尺寸大小的通道 100，其被設置用來使氣體燃料在第一室IO和第二室ll之間通過。
活塞18包括第一端面38和第二端面39,它們彼此相對并且分別 面向第一室10和第二室11，其中第一端面38要比第二端面39寬一 些。
活塞18可在圖1所示的笫一閉合位置Cl和圖2所示的第一開啟 位置A1之間移動，這樣，活塞18可分別阻止/允許氣體燃料經第二出 口 15從第二室11流向定量給料裝置6。
換句話說，活塞18可朝向或遠離第二出口 15移動，這樣，可通 過活塞18的端部19部分或完全關閉第二出口 15。
通過這種方式，有可能改變限定在端部19和第二出口 15之間的 孔(未示出)的尺寸，以允許氣體燃料以受控方式從第二室11流向定 量給料裝置6。
調節器3還包括定位在第一室10內的第一彈簧25，并且其被設 置用來使活塞18向第二出口 15移動。
7調節器3還包括電磁閥26，其被設置用來控制第一室10內的第 一壓力Pl。
電磁閥26可在圖1所示的第二閉合位置C2和圖2所示的第二開 啟位置A2之間移動。
電磁閥26設有節氣門27,其被設置用來分別在電磁閥26處于第 二開啟位置A2和笫二閉合位置C2時，打開/關閉第一室10的第一出 口 14，節氣門27被控制以便通過包括纏繞在支撐元件30周圍的線圏 29的電磁閥28向遠離第一出口 14的方向移動。
在線圏29內具有通道33，固定至節氣門27的銷釘34可在該通 道33內滑動。
調節器3還包括依靠在銷釘34并定位在通道33內的第二彈簧31。
特別的，第二彈簧31被設置用來將第二閥26定位在第二閉合位 置C2，即，向第一出口 14推壓節氣門27以便關閉第一出口 14。
電磁閥26可通過利用脈沖寬度調制矩形波信號，或PWM (脈沖 寬度調制)和/或頻率調制信號的控制和管理單元4來控制。
在控制和管理單元4內，輸入壓力設定值PSET，它表示調節器3 所需的出口壓力值POUT，該設定值PSET可以是固定或可變值。
控制和管理單元4將由定位在第二出口 15下游的壓力傳感器5 測量的出口壓力值POUT與使用例如比例積分微分(PID)控制算法 或比例積分(PI)控制算法得到的設定壓力值PSET相比。
隨后，對于出口壓力值POUT和設定壓力值PSET之間檢測的可 能偏差，控制和管理單元4對傳送至電磁閥28的電信號進行處理，該 電信號適當地驅動節氣門27，以使得出口壓力值POUT和設定壓力值 PSET相等。
下面參照圖1和2描述調節器3的運行，其中調節器3分別處于 第一構造A和第二構造B。
在第一構造A中，線圏29未被激勵，并且電J茲閥26處于第二閉 合位置C2，由于第二彈簧31施加的壓力，節氣門27緊靠在第一出口 14上，即，關閉第一出口 14。在第一構造A中，由第一室10內的第一壓力Pl產生的第一力 FP1和由第一彈簧25施加的彈性力FEL通過向第二出口 15推壓活塞 18而作用在活塞18的第一端面38上。
另一方面，在第一構造A中，由第二室11內的第二壓力P2產生 的第二力FP2和出口壓力POUT產生的第三力FP3通過朝遠離出口 15的方向推壓活塞18而作用在活塞18的第二端面39上，其中該出 口壓力POUT小于第四導管23內的入口壓力PIN。
在該第一構造A中，第一壓力Pl等于第二壓力P2，并且他們均 等于入口壓力PIN，但是，由于第一端面38大于第二端面39，第一 力FP1的模數將大于第二力FP2的模數，并且笫一力FP1和彈性力 FEL的模數之和將大于第二力FP2和第三力FP3的模數之和，并且 因此，活塞18被保持在第一閉合位置Cl。
在笫二構造B中，線圏29被激勵，并且電磁閥26處于第二開啟 位置A2，此時，節氣門27相對于第一出口 14被提起。
通過這種方式，由于第一出口 14的第一直徑dl大于第一入口 12 的第二直徑d2，氣體燃料將從第一室IO流向控制室16，并且通過第 五導管24從控制室16流向定量給料裝置6。
該氣體燃料的流動將導致第一室10內的第一壓力Pl降低，并且 因此第一力FP1減小了。
當第一力FP1達到這樣一個值，即，第一力FP1和彈性力FEL 的模數之和小于第二力FP2和第三力FP3的模數之和時，活塞18將 遠離第二出口15移動，即，活塞18從第一閉合位置C2向第一開啟 位置A移動，這樣，受控流量的氣體燃料從第二室11向定量給料裝 置6流動，此時，第二室11恒定地供給入口壓力PIN下的氣體燃料。
隨后，壓力傳感器5檢測調節器3的出口壓力POUT，并向控制 和管理單元4發送信號，該控制和管理單元4將該出口壓力POUT與 壓力設定值PSET相比，而且，如果電磁閥26檢測到該數值之間存在 偏差，則向電磁閥26發送合適的控制信號。
調節器3還能向定量給料裝置6有效調節最小流量的氣體燃料，以及在最大壓力條件下調節上述氣體燃料。
實際上，通過適當地操作電磁閥26,讓少量的氣體燃料從第一室 IO流出是可能的，以這種方式，第一室10內的第一壓力Pl的變化將 不能使活塞18移動，此時活塞18將保持在第一閉合位置Cl。
由控制和管理單元4控制的該少量氣體燃料通過第五導管24從第 一室10流向定量給料裝置6。
換句話說，在不運行活塞18的情況下，即，通過繞過活塞18， 提供少量的流體是可能的。
應該注意，由控制和管理單元4適當地控制的電磁閥26是如何使 第一壓力Pl被調節的，并且因此可調節向定量給料裝置6輸送氣體 燃料的開始和周期。
為確保調節器3的最佳運行，第一直徑dl必須足夠小，以控制作 用在節氣門27上的壓力。
換句話說，第一直徑dl必須足夠小，以使得在線圏29未被激勵 時，第二彈簧31能將電磁閥26保持在第二閉合位置C2。
而且，第一直徑必須大于第二直徑，這樣，第一室10內的氣體燃 料的流量大于另外的進入到第一室10內的氣體燃料的流量。
而且，當活塞18處于第一閉合位置Cl時，由第一室10限定的 第一容積必須遠小于由第二室11限定的第二容積。
這在氣體燃料的進入階段尤其重要，以使得與第二室ll相比，笫 一室10能被更快地填充，從而避免不期望的打開，即，不由活塞18 的電i茲閥26控制。
而且，應該注意，調節器3可被插入并用在供應設備和運行設備 之間的氣體管道(未示出)的任何位置，或者可用作具有由燃料電池 驅動其引擎的車輛調節器，或者用于調節任何流體的壓力。
而且，應該注意，調節器3在運行過程中可通過控制和管理單元 4控制，該控制和管理單元4使得在第一情形下能夠調節，在第二情 形下能夠通過電子學方法改變出口壓力POUT。
在第一情形下，電子控制能夠補償調節器3的使用期限內可能發生的任何偏移，而無需周期校準。
在第二情形下，電子控制能夠補償氣體燃料的運行設備7的任何 偏移和/或滿足運行設備7的任何演化策略所需要提供的出口壓力 POUT。
而且，電子控制能夠診斷調節器3以及運行設備7的任何故障， 以實現安全策略。
權利要求
1、一種流體壓力調節器，包括其內接納有活塞(18)的調節室(9)，在所述調節室(9)內，具有由所述活塞(18)的相對部分限定的第一室(10)和第二室(11)，所述第一室(10)和所述第二室(11)分別包括用于所述流體的第一入口(12)和第二入口(13)，所述第一入口(12)和所述第二入口(13)連接至第一壓力(PIN)下的第一環境(2)，所述第一室(10)和所述第二室(11)分別包括用于所述流體的第一出口(14)和第二出口(15)，所述第一出口(14)和所述第二出口(15)連接至第二壓力(POUT)下的第二環境(23)，所述活塞(18)可響應所述第一室(10)內的所述流體的壓力變化而在所述調節室(9)內移動，以打開/關閉所述第二出口(15)，以便調節所述第二壓力(POUT)，所述流體壓力調節器包括用于打開/關閉所述第一出口(14)的閥門機構(26)，以便引起所述第一室(10)內的所述壓力變化。
2、 根據權利要求1所述的調節器，還包括定位在所述活塞(18) 和所述調節室(9)之間的通道(100)，所述通道(100)被設置用來 使所述流體在所述第一室(10)和所述第二室(11)之間流過。
3、 根據權利要求1或2所述的調節器，其中所述活塞(18)包括 分別與所述第一室(10)和所述第二室(11)相對的第一面(38)和 第二面(39),所述第一面(38)比所述第二面(39)寬一些。
4、 根據前述權利要求之一所述的調節器，其中所述第一室(10) 和所述第二室(11)分別限定了第一容積和第二容積，所述第一容積 小于所述第二容積。
5、 根據前述權利要求之一所述的調節器，其中所述第一出口 ( 14) 的第一直徑(dl)大于所述第一入口 (12)的第二直徑(d2)。
6、 根據前述權利要求之一所述的調節器，還包括導管(24)，其 被設置用來將所述第一出口 (14)連接至所述第二出口 (15)。
7、 根據權利要求6所述的調節器，還包括定位在所述第一出口 (14)和所述導管(24)之間的控制室(16),并且其被設置用來接收所述閥門機構(26)。
8、 根據前述權利要求之一所述的調節器，還包括定位在所述第一 室(10)內的第一推壓裝置(25)，用于向所述第二出口 (15)推壓所 述活塞(18)。
9、 根據權利要求8所述的調節器，其中所述第一推壓裝置包括第 一彈性元件(25)。
10、 根據前述權利要求之一所述的調節器，還包括第二推壓裝置 (31)，用于向所述第一出口 (14)推壓所述閥門機構(26)。
11、 根據權利要求IO所述的調節器，其中所述第二推壓裝置包括 第二彈性元件(31)。
12、 根據前述權利要求之一所述的調節器，其中所述閥門機構包 括電磁閥(26)。
13、 根據前述權利要求之一所述的調節器，還包括控制和管理單 元(4)，其設置用來通過脈沖寬度調節循環來控制所述電磁閥(26)。
14、 根據前述權利要求之一所述的調節器(3)的用途，其用于氣 體燃料供應系統。
全文摘要
一種流體壓力調節器，包括其內接納有活塞(18)的調節室(9)，在所述調節室(9)內，具有由所述活塞(18)的相對部分限定的第一室(10)和第二室(11)，所述第一室(10)和所述第二室(11)分別包括用于所述流體的第一入口(12)和第二入口(13)，所述第一入口(12)和所述第二入口(13)連接至第一壓力(PIN)下的第一環境(2)，所述第一室(10)和所述第二室(11)分別包括用于所述流體的第一出口(14)和第二出口(15)，所述第一出口(14)和所述第二出口(15)連接至第二壓力(POUT)下的第二環境(23)，所述活塞(18)可響應所述第一室(10)內的所述流體的壓力變化而在所述調節室(9)內移動，以打開/關閉所述第二出口(15)，以便調節所述第二壓力(POUT)，所述流體壓力調節器包括用于打開/關閉所述第一出口(14)的閥門機構(26)，以便減小所述第一室(10)內的所述壓力變化。
文檔編號F02M21/02GK101627203SQ200880004597
公開日2010年1月13日 申請日期2008年1月9日 優先權日2007年1月11日
發明者E·圣格雷戈里奧, V·阿爾貝里尼 申請人:朗第倫索有限公司