用于噴槍、燃料電池、熱噴涂、熱去毛刺和富勒烯制造設備的燃料模塊的制作方法
【專利摘要】燃料模塊用于將氣體燃料在升高的壓力下從相對低壓的氣體燃料源（如天然氣供應系統）供應至噴槍、熱噴涂、燃料電池、熱去毛刺或富勒烯制造設備。燃料模塊還可包括可選擇操作的替代系統，該替代系統用于為其他應用供應這種壓縮的天然氣，該替代系統包括給一個或多個儲存容器補充燃料設備。燃料模塊包括這樣的特征，通過該特征其氣體燃料排出壓力在燃料模塊的壓縮機設備的容量內可被無限改變和預選調節。燃料模塊還包括用于冷卻和過濾來自壓縮機的油的特征，油被冷卻和過濾以延長壓縮機的壽命并且使燃料模塊的操作能夠在惡劣的工況下在更高的輸出氣體壓力和更高的輸出氣體壓力下進行。
【專利說明】用于噴槍、燃料電池、熱噴涂、熱去毛刺和富勒烯制造設備 的燃料模塊
【技術領域】
[0001] 本發明主要涉及燃料電池設備、熱噴涂設備、熱去毛刺設備、富勒烯制造設備、以 及各種噴槍（torch)或用于切割、焊接或熱加工金屬材料或非金屬材料的類似噴槍設備。更 具體地，本發明涉及一種用于供應燃料至所述燃料電池設備、熱噴涂設備、熱去毛刺設備、 富勒烯制造設備和/或噴槍或類似噴槍設備的燃料設備。此處采用的一般術語"焊接"包 括焊接、釬焊或其他的已知加工方法，通過所述已知加工方法在產生火焰的噴槍或燃具的 作用下使分離的物體或材料塊彼此接合或熔合。
【背景技術】
[0002] 燃料電池是一種通過與氧氣或其他氧化劑進行化學反應將化學能轉換為電能（即 電力）的設備。烴類(如天然氣）能作為燃料用于一些燃料電池設備(如固體氧化物燃料電 池)。這種燃料電池設備通常被配置以除去烴類中的碳從而得到能夠在產生電能的燃料電 池的化學反應過程中使用的氫源。
[0003] 熱噴涂技術是將熔化或加熱的材料噴射在表面上的涂層工藝。該工藝通常包括通 過電或化學過程加熱原料(即涂層前體)。某些類型的熱噴涂使用氣體燃料，比如天然氣(例 如高速氧燃料噴涂)。這種工藝通常需要相對高的氣體燃料壓力。
[0004] 熱去毛刺是一種用于除去在制造過程(如銑削或鉆孔過程）中產生的機器部件上 的內部和/或外部毛刺的工序。機器部件被密封在混合有可燃性氣體(例如天然氣)和氧氣 的加壓室內，混合氣體被點燃(例如通過火花塞）以熱去除毛刺。
[0005] 富勒烯是一種完全由碳以中空球形、橢圓形或管的形式組成的分子。富勒烯能通 過基于燃燒的工藝使用氣體燃料(例如天然氣）在適當的壓力下在富勒烯制造設備內被制 造。
[0006] 各種噴槍、燃具或其他產生火焰的設備用于各種加工方法，例如各種物體或各種 材料(包括金屬或非金屬材料)的焊接、切割或加熱，是眾所周知的。這些噴槍或類似噴槍的 設備在空氣或其他含氧氣體與合適燃料的混合物燃燒時產生火焰。通常，這種合適燃料包 括多種燃料，例如丙烷、乙炔、天然氣或其他烴類氣體燃料。
[0007] 在上述加工中使用的燃料通常安置在可連接至噴槍或燃料電池設備的儲存罐或 容器內。因為需要采購和運輸這種預先填充在儲存容器內的燃料，或者需要重新填充和運 輸先前存在的儲存容器，這些用于上述不同加工方法的燃料的供應在許多應用中往往是非 常昂貴和不便的。此外，因為不同的加工壓力和與上述加工相關的其他參數，這些燃料往往 需要在不同的流速或不同的壓力下供應至噴槍或類似噴槍設備、熱噴涂設備、熱去毛刺設 備、富勒烯制造設備或燃料電池設備，從而導致設備在一些上述操作中不兼容或不可替換。
【發明內容】
[0008] 因此本發明的一個主要目的是提供一種燃料設備或模塊，該燃料設備或模塊適用 于從方便、易獲得和便宜的所述燃料（比如天然氣）源供應燃料至噴槍或類似噴槍設備、熱 噴涂設備、燃料電池設備、熱去毛刺設備和/或富勒烯制造設備。
[0009] 本發明的另一個主要目的是提供這樣一種能夠在各種流速和壓力下輸送氣體燃 料（比如天然氣）從而能在各種焊接、切割或加加工中兼容和可互換的燃料設備或模塊。 [0010] 本發明的又一個目的是提供這樣一種燃料設備或模塊，該燃料設備或模塊能夠連 接至相對低壓的氣體燃料供應源，例如典型的住宅或商業天然氣供應系統。
[0011] 本發明的再一個目的是提供這樣一種使用相對便宜簡單和方便使用、制造成本較 低并且優選為便攜式以便在不同位置使其用途最大化的燃料設備或模塊。
[0012] 本發明的另一個目的是提供這樣一種燃料設備或模塊，該燃料設備或模塊能夠直 接從易獲得的氣體燃料源給噴槍或類似噴槍設備、熱噴涂設備、燃料電池設備、熱去毛刺設 備和/或富勒烯制造設備供應燃料，而且能用于在沒有氣體燃料源可用的偏遠位置給先前 存在氣體燃料的儲存罐補充燃料以供后續使用。
[0013] 根據本發明，燃料模塊用于在升高的壓力下從相對低壓的氣體燃料源，例如住宅 或商業天然氣供應系統，供應氣體燃料至噴槍或類似噴槍設備。一種根據本發明的示例性 的燃料模塊優選包括容易與氣體燃料源流體連通的入口、用于壓縮來自氣體燃料源的氣體 燃料以便增加其壓力的壓縮機以及選擇性和可拆卸地連接至噴槍并且用于選擇性地供應 壓縮的氣體燃料至所述噴槍的燃料模塊排出系統，所述燃料模塊排出設備包括可調調節設 備，所述可調調節器設備用于預選式調節供應至噴槍的壓縮的氣體燃料的壓力。優選地，本 發明的燃料模塊還包括第二替代性的燃料模塊排出系統，第二替代性的燃料模塊排出系統 用于選擇性地繞過上述可調調節器設備以便將壓縮的氣體燃料直接從壓縮機排出從而達 到例如給一個或多個氣體燃料儲存容器補充燃料的目的。
[0014] 本發明的燃料模塊的各種實施例可包括一個或所有的各種可選的但優選的特征， 比如用于過濾燃料模塊入口和壓縮機進氣口之間的氣體燃料的過濾器，用于從壓縮機排出 口的壓縮的氣體燃料中分離和收集壓縮機潤滑油的潤滑油過濾器，用于將壓縮機潤滑油返 回至壓縮機進氣口的返回系統，用于降低壓縮機排出口的壓縮的氣體燃料的溫度的冷卻設 備，或者可選擇性地操作的閥門系統，所述閥門系統用于選擇性地將壓縮的氣體燃料通過 上述可調調節器設備排出或基本上直接從壓縮機排出。其他可選的但優選的特征包括用于 預先設定最大壓縮機排出壓力的可調壓力切斷設備和用于預先設定上述可調調節器設備 的壓力范圍的可調安全閥系統。
[0015] 本發明的其他目的、優點和特征根據下面的描述和所附的權利要求，結合附圖將 會變得顯而易見。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1是根據本發明各方面的氣體燃料噴槍設備的立體圖，包括示例性的連接至噴 槍設備用于供應氣體燃料的燃料模塊。
[0017] 圖2是類似圖1的立體圖，但示出了圖1的示例性的被連接從而用于給一個或多 個氣體燃料儲存容器補充氣體燃料的燃料模塊。
[0018] 圖3是圖1的示例性的燃料模塊的立體圖，其部分外殼被去除以顯示其多個內部 組件。
[0019] 圖4是圖1的示例性的補充燃料設備的流程圖。
[0020] 圖5是根據本發明各方面的氣體熱噴涂設備的立體圖，包括圖1的示例性的連接 至熱噴涂設備用于供應氣體燃料的燃料模塊。
[0021] 圖6是根據本發明各方面的氣體燃料電池設備的立體圖，包括圖1的示例性的連 接至燃料電池設備用于供應氣體燃料的燃料模塊。
[0022] 圖7是根據本發明各方面的氣體燃料電池設備的立體圖，包括圖1的示例性的連 接至熱去毛刺設備用于供應氣體燃料的燃料模塊。
[0023] 圖8是根據本發明各方面的氣體燃料電池設備的立體圖，包括圖1的示例性的連 接至富勒烯制造設備用于供應氣體燃料的燃料模塊。
[0024] 圖9是根據本發明各方面的示例性的油冷卻模塊的示意圖。
[0025] 盡管本發明易于獲得不同的修改和替代形式，具體的實施例已通過在附圖中示例 的方式示出并將在這里詳細描述。然而，應當理解的是本發明并不是對公開的具體形式進 行限制。相反，本發明覆蓋落在所附權利要求所限制的本發明的精神和范圍內的所有修改、 等同和替換。
【具體實施方式】
[0026] 圖1至4示出了根據本發明的氣體燃料噴槍設備的示例性的實施例，包括在供應 氣體燃料(例如天然氣）至噴槍設備時適用于間隔使用的或者用于可選擇地對一個或多個 氣體燃料儲存容器或儲存罐補充燃料的示例性的燃料模塊。本領域技術人員根據下面的討 論和附圖將會很容易認識到，本發明的原理除了適用于那些為了達到說明的目的而在附圖 中示出的外，同樣適用于噴槍設備和燃料模塊。根據下面的討論和附圖，本發明除了適用于 為了達到說明的目的而在附圖中示出的噴槍供應和儲存容器供應的應用外，還適用于各種 各樣的應用，這也是顯而易見的。
[0027] 如圖1所示，氣體燃料噴槍系統10通常包括噴槍組件16、氧氣供應設備18和燃料 模塊20,通過氧氣供應管22使氧氣供應設備18和噴槍組件16相互連接，以及通過燃料供 應管24使燃料模塊20和噴槍組件16相互連接。圖1所示的噴槍組件16是各種普遍用于 切割、焊接或各種熱加工中的已知噴槍的典型代表。噴槍組件16通常包括氧氣閥26和燃 料閥28,氧氣閥26和燃料閥28用于可變地調節混合部件30中的燃料-氧氣混合物，以便 在空氣-燃料混合物燃燒時在噴槍端頭32產生火焰。盡管在圖1中未具體示出，噴槍組件 16可優選包括減調器（reducing regulator),減調器用于噴槍的使用者對燃料供應進行微 調。
[0028] 類似噴槍組件16,氧氣供應設備18是各種普遍用于切割、焊接或熱加工中的已知 氧氣供應設備的典型代表。氧氣供應設備18通常包括氧氣罐40關閉閥42以及用于監測 和調節氧氣供應壓力和流速的氧氣調節設備44。
[0029] 如圖1和圖2所示，燃料模塊20適用于通過燃料供應管24供應氣體燃料至噴槍 組件16,或替代性和選擇性地適用于例如圖2所示的其他用途，其中燃料供應管24通過快 速連接的噴槍排出接頭50可拆卸地連接至燃料模塊20。如圖2所示，燃料補充管58可拆 卸地連接至快速連接的罐排出接頭60,快速連接的罐排出接頭60用于通過歧管62供應氣 體燃料至一個或多個儲存容器64。通過這樣的設置，燃料模塊20在沒有電源或氣體燃料供 應源可用的偏遠地區也間接用在噴槍設備應用中，從而使得一個或多個儲存容器64能夠 被補充燃料、運輸以及用于這些地區的氣體燃料供應。應當注意的是，儲存容器64優選包 括吸著劑(吸附劑或吸收劑）材料，以便增加其氣體燃料儲存容量。這種儲存罐的示例在上 述美國專利(通過引用加入本文）中公開了，并且吸著劑材料的示例包括活性炭、沸石材料、 硅膠型材料或者各種粘土。
[0030] 還應當注意的是，燃料模塊20除了用于為了達到說明的目的而在圖1-2中所示的 噴槍和儲存容器補充燃料的應用外，還可用于替代的氣體燃料供應的應用。特別地，燃料模 塊20可適用于通過燃料供應管24或快速連接的罐排出接頭60供應氣體燃料至熱噴涂組 件、燃料電池組件、熱去毛刺組件或富勒烯制造組件。例如，圖5示出了通過燃料供應管24 連接至燃料模塊20的示例性的熱噴涂組件316。此外，例如，熱噴涂組件316可通過與所述 噴槍組件16類似的方式連接至氧氣供應設備18。熱噴涂組件316可還包括用于將熱噴涂 組件316連接至原料或粉末源(未示出）的原料接頭330。熱噴涂設備還可包括用于接收和 燃燒天然氣和氧氣的燃燒室，以及與燃燒室連通用于輸出熱氣流的燃燒噴嘴。原料接頭330 有利于原料的注入，原料被熱氣流熔融，并通過噴射噴嘴將熔融的原料噴射到基材上。作為 另一個示例，圖6示出了通過燃料供應管24連接至燃料模塊20的示例性的燃料電池設備 416。燃料電池設備416被配置以除去來自氣體供應的碳從而得到能夠在產生電能的燃料 電池416的化學反應過程中使用的氫源。作為另一個示例，圖7示出了通過燃料供應管24 連接至燃料模塊20和通過管22連接至氧氣供應設備18的示例性的熱去毛刺組件516。熱 去毛刺組件516被配置以在加壓室517中接納物體，該加壓室517內來自燃料模塊20的氣 體燃料和來自氧氣供應設備18的氧氣被混合并被點燃(例如通過火花塞）以從物體上去除 一個或多個毛刺。在另一個示例中，圖8示出了通過燃料供應管24連接至燃料模塊20的 示例性的富勒烯制造組件616。
[0031] 燃料模塊20通常包括設有一個或多個通風窗68的外殼66、一個或多個攜帶手柄 70和控制面板72。控制面板72包括用于使燃料模塊20通電和斷電的主電源開關74和用 于預選圖1、2、5、6、7和8所示的任一操作模式的選擇開關76。控制面板72還包括用于向 用戶顯示主電源開關在"開"的位置的電源指示燈78,用于顯示選擇圖1中所示的噴槍應 用、圖5中所示的熱噴涂應用、圖6中所示的燃料電池應用、圖7中所示的熱去毛刺應用或 圖8中所示的富勒烯制造應用的指示燈80,和用于顯示選擇圖2中所示的罐的補充燃料或 其他這種應用的罐指示燈82。壓力調節控制器86也設于控制面板72上，其用于使用戶能 夠選擇性地調節圖1中所示的噴槍設備應用中、圖5中所示的熱噴涂組件應用中、圖6中所 示的燃料電池組件應用中、圖7中所示的熱去毛刺應用中或圖8中所示的富勒烯制造應用 中的氣體燃料供應壓力。控制面板72上設有用于監測噴槍模式下的氣體燃料排出壓力的 壓力表或指示器88并且設有類似的罐壓力表或指示器90,罐壓力表或指示器90用于監測 給儲存容器補充燃料或其他這種目的的操作模式下的氣體燃料排出壓力。
[0032] 為清楚起見以及簡化燃料模塊20的內部組件的描述，在圖1中所示噴槍組件16 應用和圖2中所示儲存容器64應用的上下文中提供關于圖3-4的下述描述；然而，應當理 解的是，圖3-4中燃料模塊20的內部組件和氣體流動的描述也適用于圖5中所示的熱噴涂 組件應用、圖6中所示的燃料電池應用、圖7中所示的熱去毛刺應用以及圖8中所示的富勒 烯制造應用。此外，應當理解的是，盡管示出的燃料模塊20包括兩個不同的操作模式(例如 噴槍模式和儲存容器模式)，燃料模塊20可替代地只包括一種操作模式（即噴槍模式、熱噴 涂模式、燃料電池模式、熱去毛刺模式、富勒烯制造模式或儲存容器模式)。
[0033] 主要參照圖1至圖3,燃料模塊20的各種內部組件包含在外殼66內并被安裝或 與底座結構94相互連接。外殼66和底座94優選設計成用于為燃料模塊20提供與預期目 的一致的合適的耐用性。然而，對本領域技術人員來說顯而易見的是，燃料模塊20的各種 組件和結構配置在確保實用的情況下應該重量輕且尺寸緊湊，以便提供最大的可運輸性并 且而大大增加燃料模塊20的整體效用。在這方面，燃料模塊20的一個早期原型構造為約 寬14英寸（35. 6厘米)、深28英寸（71. 1厘米）和高15. 5英寸（39. 4厘米）的整體尺寸和 約75磅（34千克）的重量。然而，可以預想的是，商用版的燃料模塊20的整體尺寸和重量 能被顯著減小，而不會顯著影響燃料模塊20的耐用性、質量和實用性。
[0034] 除了另外參照圖3外，主要參照圖4的示意性流程圖，現在將描述燃料模塊20的 內部組件和操作。用于燃料模塊20的氣體燃料的最終來源是氣體燃料供應系統，在圖4中 用標號100示意性表示。氣體燃料供應系統100幾乎可由任何容易獲得的氣體燃料源組成， 但其中最好是由在許多住宅或商業設施中常見的典型的天然氣供應系統組成。根據這種天 然氣供應系統通常提供壓力范圍為約1/4磅/平方英寸（1. 72千帕)至約10磅/平方英寸 (69千帕）的天然氣，天然氣的壓力取決于天然氣供應系統的位置和供應商，并取決于所提 供的這種供應系統是否用于住宅或商業用途。
[0035] 燃料模塊20包括用于選擇性和可拆卸地將入口管104和供應系統100流體連通 的快速連接接頭102。入口管104優選包括電磁操作的入口閥106、過濾器108和單向止回 閥110。過濾器108可包括任何一些適用于特殊氣體燃料供應的已知的過濾器設備，但優選 包括用于除去氣體燃料中的水分或其他不良材料的干燥劑過濾器。盡管可采用各種類型的 干燥劑過濾器，一種優選的干燥劑過濾器108使用吸著劑(吸附劑或吸收劑)材料，比如活性 炭、沸石材料、硅膠型材料、或者各種粘土。
[0036] 優選由天然氣組成的氣體燃料通過入口管104、三通接頭112和上述其他組件供 應至壓縮機設備116的壓縮機進氣口 114,該壓縮機設備116可選擇性地通電以用于壓縮 氣體燃料從而增加其壓力。在上述燃料模塊20的實際構造原型的實施例中，壓縮機116是 一種通常用在制冷設備中的氣密型氣體壓縮機。這種壓縮機作為非定制品，價格低廉，堅固 耐用，并容易獲得。當然，本領域的技術人員將容易認識到，可替代使用其它類型的壓縮機。 然而，優選地，根據下文討論的預選參數和具體應用的需求，壓縮機116將氣體燃料的壓力 通常壓縮在大約100磅/平方英寸（689千帕）到大約500磅/平方英寸（3450千帕）的范 圍內。
[0037] 壓縮的氣體燃料從壓縮機排出口 118通過管120被強力輸送至壓縮機潤滑油分離 器122。潤滑油分離器122可包括多種已知分離器中的任一種或包括適用于從所流經的氣 流中除去潤滑油或液體的過濾器類型的設備中的任一種。優選地，潤滑油分離器122為已 知的重力式毛細管型分離器并且適用于在壓縮機排出氣體壓力的動力下，將收集的壓縮機 潤滑油通過潤滑油返回管188返回至壓縮機進氣口 114。
[0038] 來自潤滑油分離器122的壓縮的氣體燃料優選通過冷凝器或熱交換器124被輸送 從而降低壓縮的氣體燃料的溫度。熱交換器124優選包括冷卻盤管，由冷卻風扇232導流的 環境空氣經過所述冷卻盤管。在上述補充燃料模塊20的實際構造原型的實施例中，進入熱 交換器124的氣體燃料(天然氣)的溫度約140華氏度（60攝氏度)，并且熱交換器124出口 的天然氣溫度基本上為環境溫度。盡管上述包括空氣-氣體冷卻盤管設備的熱交換器124 在附圖中已經描述，但本領域的技術人員將容易認識到，可替代使用其它類型的熱交換器、 冷凝器或其他冷卻設備，以降低來自壓縮機116的壓縮機排出口 118的壓縮的氣體燃料的 溫度。
[0039] 來自熱交換器124的壓縮和冷卻的氣體燃料通過管126被輸送至三通接頭129,在 該三通接頭129處壓縮的氣體燃料隨后可通過兩個替代的燃料模塊排出系統的任一個從 燃料模塊20排出，圖1和圖2所示的。在第一燃料模塊排出系統中，壓縮的氣體燃料優選 從三通接頭129通過電磁操作的噴槍閥130、第一排出管132和三通接頭134被輸送至可調 調節器136。可調調節器136可包括多種可普遍獲得并且能用于預選擇地調節所流經的氣 體壓力的可調調節器設備的任一種。可調調節器136通過控制面板72上的上述壓力調節 控制器86選擇性地操作，以便將氣體燃料通過單向止回閥140在預選式調節的排出壓力下 經噴槍排出接頭50預選擇性地排出。
[0040] 燃料模塊20還優選包括可調安全閥184,可調安全閥184通過三通接頭134與可 調調節器136的入口側流體連通以便選擇性地預先設定可調調節器設備136的壓力范圍。 由于壓縮機116通常為恒定速度、恒定輸出的壓縮機，無論是否當通電時它都排出基本上 持續和恒定的壓縮的氣體燃料量。因此，壓縮機116的輸出容量的任何多余部分必須通過 安全閥184和氣體返回管186返回至壓縮機進氣口 114,其中氣體返回管186通過三通接頭 112與壓縮機進氣口 114流體連通。
[0041] 由于上述可調安全閥的設置，燃料模塊20可通過安全閥184的調節選擇性地預先 設定由第一燃料模塊排出系統排出的氣體燃料的最大氣體燃料排出壓力，通過可調調節器 設備136的操作，所述最大氣體燃料排出壓力不會被超過。因此燃料模塊20中上述特征的 提供使得用于噴槍操作模式的燃料模塊排出壓力能夠無限預選式地調節或改變，在可調調 節器設備136和安全閥184的調節范圍內以及在壓縮機116的最大排出容量內無限可調。 為了允許燃料模塊用戶能夠監測噴槍操作模式中所供應的氣體燃料的壓力，在可調調節器 設備136的出口側設有三通接頭138,三通接頭138通過管162與上述的噴槍壓力指示器 88流體連通。
[0042] 雖然上文的描述涉及"噴槍操作模式"，燃料模塊可以類似的方式被使用以將改變 的氣體源連接和供應至熱噴涂組件316 (例如圖5所示)、燃料電池組件416 (例如圖6所 示)、熱去毛刺組件516 (例如圖7所示）和/或富勒烯制造組件616 (例如圖8所示)。在 這種背景下，"噴槍模式"也可被稱為"熱噴涂操作模式"、"燃料電池操作模式"、"熱去毛刺 操作模式"或"富勒烯制造操作模式"。
[0043] 對于燃料模塊20的可供選擇的替代的操作模式，例如對于為了達到說明的目的 而在圖2中示出的儲存容器補充燃料，三通接頭129還通過第二排出管152和優選電磁操 作的罐閥154連接至第二燃料模塊排出系統。第二燃料模塊排出系統中的壓縮的氣體燃料 通過單向止回閥156、第二排出管158和三通接頭160直接從罐閥154輸送至上述的罐排出 接頭60。顯然如圖4所示，第二燃料模塊排出系統供應壓縮的氣體燃料至罐排出接頭60， 而未經過第一燃料模塊排出系統的可調調節器設備136。這是因為罐補充燃料過程中所需 的排出壓力低于預先設定的最大水平，從而避免罐超壓。為了允許操作員觀察通過罐排出 接頭60排出的壓縮氣體燃料的壓力，從而例如允許用戶監測補充燃料的操作，管164與上 述的三通接頭160以及控制面板72上的上述的罐壓力指示器90流體連通。
[0044] 為了提供預先設定的最大壓縮機排出壓力，以及提供系統故障時的失效保護功 能，燃料模塊20還優選包括位于第二排出管152處的三通接頭177,三通接頭177通過壓縮 機控制管178與壓力切斷控制器設備180流體連通。壓力切斷設備180預選和可調節地預 先設定最大整體壓縮機排出壓力，以及如下面更詳細地描述的，能夠通過將壓力切斷設備 180和壓縮機116的驅動電機(未示出）相互連接的控制管182使壓縮機116斷電。壓力切 斷設備180能夠可調節地預先設定，從而提供通過任一燃料模塊排出系統的氣體燃料排出 壓力的上限值，以及在下游管或軟管破裂或其他需要或期望壓縮機斷電的各種故障的情況 下提供壓縮機116的自動關閉。優選地，一個壓力切斷控制器180使壓縮機116斷電后，能 夠僅通過手動復位程序復位以恢復操作，以便促使用戶查明壓縮機斷電的原因和在恢復操 作前修正任何故障。
[0045] 為了提供上述的各種功能和特征，燃料模塊20包括電源和圖4所示的用于通電、 斷電和控制不同組件的控制系統。燃料模塊20優選電力供電并通過常規的電接頭202與 常規的外部電源200可拆卸地連接。電能通過輸電線（electrical supply line) 204輸 送至上述的主電源開關74,其中該主電源開關74可選擇性地在"開"或"關"的任何一個位 置進行操作。
[0046] 當主電源開關74位于"開"的位置時，電能通過饋電線（electrical feed line) 206和電源指示器饋線（feed line) 210輸送至控制面板72上的上述電源指示燈78,從而 為操作員提供燃料模塊20通電的指示。電能還通過主電源開關74、饋電線206和選擇開關 饋線208供應至上述選擇開關76,這將在下文更詳細地被描述。主電源開關74也是用于通 過其他饋電線218和220以及壓縮機饋線222供應電能至用于壓縮機116的驅動電機(未 示出）的媒介，從而使得壓縮機116能夠通過主電源開關74選擇性地通電和斷電。饋電線 218還分支為入口的電磁饋線224,以便使入口的電磁操作器226通電從而在系統通電時打 開入口閥106,或在系統斷電時關閉入口閥106。
[0047] 還提供有用于從主電源開關74供應電能至熱交換器風扇232的風扇電機230的 風扇電機饋線228。因此，通過操作主電源開關74,除選擇開關76和電源指示燈78之外， 操作器116、風扇電機230和風扇232以及電磁操作的入口閥106都被通電和斷電。
[0048] 一旦燃料模塊已20通電從而使得選擇器開關76通電，選擇開關76可選擇性地調 到所謂的"噴槍"位置從而通過第一電控制線174使噴槍閥130上的第一電磁操作器170通 電。類似的，如果選擇開關76移動至所謂的"罐"位置，第二電磁操作器172通過第二電控 制線176通電從而打開上述電磁操作的罐閥154。因此，當選擇開關76移動至所謂的"噴 槍"位置時，電磁操作器170通電以打開噴槍閥130,并且基本上同時電磁操作器172斷電 從而關閉罐閥154。相反，當選擇開關移動至所謂的"罐"位置，電磁操作器172通電以打開 罐閥154,并且基本上同時電磁操作器170斷電以關閉噴槍閥130。通過這樣的設置，燃料 模塊20可用于通過第一燃料模塊排出系統排出壓縮的氣體燃料(優選天然氣）達到罐操作 的目的，或者通過第二燃料模塊排出系統達到儲存容器補充燃料或其他這種應用的目的。
[0049] 為了向用戶提供是否已經選擇"噴槍"或"罐"模式的指示，噴槍指示器饋電線214 相互電連接以從第一電控制線174供電至噴槍指示燈80。類似的，罐指示器饋電線212在 第二電控制線176和罐指示燈82之間供電。
[0050] 針對用于圖1所示的噴槍組件16或圖2所示的儲存容器64的期望操作模式，通 過從燃料模塊20的適當互連開始對燃料模塊20的操作進行簡單概括的描述。燃料模塊20 可然后通過快速連接接頭102與氣體燃料供應系統100相互連接，隨后通過電接頭202與 電源200相互電連接。
[0051] 當主電源開關74移動至"開"的位置時，電源指示燈78、選擇開關76、壓縮機116、 風扇電機230和入口的電磁操作器226都通電，從而打開與氣體燃料供應系統100的流體 連通以及開啟燃料模塊20。根據選擇開關76的哪個位置被選擇，合適的噴槍指示燈80或 罐指示燈82也通電和點亮。
[0052] 當主電源開關74移動至"開"的位置，以及選擇開關76被移動至"噴槍"模式的 位置時，噴槍閥130打開，同時罐閥154關閉。這種情況使得壓縮的氣體燃料通過第一燃料 模塊排出系統被供應至噴槍組件16,同時排出壓力通過可調調節器136和其噴槍壓力調節 控制器86被選擇性地調節和控制。如上所述，這種排出壓力的調節可通過優選的可手動調 節的安全閥184在第一燃料模塊排出系統上預先設定的極值內實現。
[0053] 類似地，當選擇開關76移動至"罐"的位置時，罐閥154打開，并且噴槍閥130基 本上同時關閉，從而將壓縮的氣體燃料通過第二燃料模塊排出系統基本上直接排至儲存容 器64或用于其他使用燃料的應用。如上所述，任一上述操作模式中的燃料模塊排出壓力最 終通過優選手動可調節的壓力切斷設備180的所選的預先設定的最大壓縮機排出壓力設 定值控制。
[0054] 相反，當主電源開關74移動至"關"的位置時，上述組件斷電從而關閉整個燃料模 塊20。關于這一點，需要注意的是，由于沒有為壓縮的天然氣提供內部存儲設備，壓縮的天 然氣會保留在燃料模塊20內。該特征通過在非使用期間基本上避免了加壓的氣體燃料的 積聚而顯著增加了燃料模塊20的安全性。
[0055] 為了提供用于示例性的燃料模塊20的合適部件的示例，設置了下表，其中燃料模 塊20的多個主要部件通過未注冊的信息識別或通過供應商或其他相關產品信息識別，在 有供應商或其他相關產品信息的情況下會有適當的商號或商標。應當強調的是，下面提供 的信息僅僅是示例性的，并且本領域的技術人員將容易認識到，也可使用各種等效的或替 代的組件。 部件標號|說明 50_黃銅CGA (CompressedGasAssociation,美國壓縮燃氣協會）軟管適配器/接頭_ 60_"Swagelok"SS-QC4-B-4PF 凹形（Female)、單端、關閉（shut-off)的快速接頭_ 76 15 安、115 伏、DPDT (DoublePoleDoubleThrow，雙刀雙擲）選擇開關 88 ^Wikanill. 10、21/2 英寸、0-30 磅 / 平方英寸、CBM/U-C 壓力表 - 106 [Wika"lll· 10、21/2 英+、0-400 磅 / 平方英寸、CBM/U-C 壓力表 - 108 干燥劑的水氣分離器/過濾器組件 116 "Copeland" JRL4-0050-IAA焊接的封閉式壓縮機_ 122 ^AC & R組件" S-5580油分離器 - 124 ￥交換器，雙列，575磅/平方英寸，W.P. - 130 SValcof'SV-12,常閉電磁閥，閥 口直徑 1/4 英寸，115V，60Hz - 136 ^scom"手動加載減壓調節器，0-50磅/平方英寸出口 140 "Nupro"4CP直通止回閥_ 184 hupiVMCPA可調直通安全閥 - 230 |"Steveco" 風扇電機組件 9W-C0W，115V，60Hz
[0056] 正如上面所解釋的，燃料模塊20可用于可替換的氣體燃料供應應用，例如熱噴涂 組件316 (如圖5所示）和/或燃料電池組件416 (如圖6所示)。一些氣體燃料供應應用 涉及氣體燃料的相對高的壓力輸出。例如，熱噴涂組件316可能需要氣體燃料的壓力高達 約150磅/平方英寸（1135. 54千帕)或更高。其他氣體燃料供應應用可能需要氣體燃料以 相當高的壓力輸入燃料模塊20 (例如高于約10磅/平方英寸（170. 27千帕)）。還有其他 氣體燃料供應應用可能需要燃料模塊20持續運行相當長的時間。已經發現的是，當燃料模 塊20被操作以在相當高的輸出壓力下提供氣體燃料時，在相當高的壓力下(例如約10磅/ 平方英寸（170. 27千帕）至約15磅/平方英寸（204. 75千帕）的范圍內）從源頭接收氣體 或者當燃料模塊20持續運行相當長的時間時，燃料模塊20可能產生過多的熱量。在這種 情況下，燃料模塊20可能損壞，或者如果使用熱保護設備(例如斷路器或安全閥)，燃料模塊 20可能會停止操作直到燃料模塊20冷卻。
[0057] 為解決這些問題，可提供油冷卻模塊700來提取、冷卻、過濾和將油返回至壓縮機 116。參照圖9,示出了示例性的油冷卻模塊700的方框圖。油冷卻模塊700包括油輸入端 710、循環泵712、冷卻設備714、油過濾器716和油輸出端718。循環泵712被配置以從壓縮 機116提取油，進而導致通過油輸入端710使油經過冷卻設備714。冷卻設備714可包括 任何適用于降低油溫的設備。作為非限制性的實施例，冷卻設備可包括冷卻散熱器、帕爾帖 (Peltier)設備、水基系統、冷卻風扇、它們的組合和/或類似設備。因此，當油經過冷卻設 備714,油溫降低。油直接從冷卻設備714輸送至油過濾器716。油過濾器716被配置以通 過捕獲可能損壞壓縮機116的污染物來清理油。冷卻和過濾的油隨后通過油輸出端718從 油過濾器716返回至壓縮機116。
[0058] 根據一些實施例，油冷卻模塊700可設于燃料模塊20的外殼66內。根據其他實 施例，油冷卻模塊700可設在與燃料模塊20的外殼66分離且區分的不同外殼720內。在 設有不同外殼720的實施例中，可以設想的是，油冷卻模塊700的油輸入端710和油輸出端 718可包括設于油冷卻模塊700的外殼720外部的閥或接頭，從而軟管（或其他類似設備） 可連接至油冷卻模塊700上的閥或接頭以及連接至設置在燃料模塊20的外殼66外部的類 似閥或接頭。
[0059] 有利地，當燃料模塊20和油冷卻模塊700配合操作時，由于改良了溫度控制和過 濾，壓縮機116的壽命被延長。此外，如上面所解釋的，通過降低油溫，壓縮機116可在降低 的溫度下操作，這使得燃料模塊20能夠更縝密地運行。更具體地，油冷卻模塊700使得燃 料模塊20能夠在更大的輸入/輸出氣壓下和更長的持續時間下運行（比起如果省略油冷卻 模塊)。例如，在沒有油冷卻模塊(如本文所述的油冷卻模塊700)的情況下，家燃料模塊20 可能不能在天然氣源供應壓力約15磅/平方英寸（204. 75千帕)天然氣的情況下有效地運 行。
[0060] 這些實施例的每個以及它們的明顯改變被認為落在權利要求中闡明的所要求保 護的本發明的精神和范圍內。此外，本發明構思明確包括前述元素和各方面的所有組合和 子組合。
【權利要求】
1. 一種用于從天然氣供應系統供應天然氣至熱噴涂設備的系統，所述天然氣供應系統 能用于提供低壓天然氣，所述系統包括： 系統入口，所述系統入口被配置以與所述天然氣供應系統氣體連通； 壓縮機，與所述系統入口氣體連通，并且能選擇性地通電從而壓縮來自所述天然氣供 應系統的所述天然氣以增加所述天然氣的壓力，所述壓縮機具有與所述系統入口流體連通 的壓縮機進氣口以及被配置以將壓縮的天然氣從所述壓縮機排出的壓縮機排出口； 潤滑油分離器，與所述壓縮機排出口連通，并且被配置以從來自所述壓縮機排出口的 所述壓縮的天然氣收集潤滑油并將所述收集的潤滑油返回至所述壓縮機進氣口； 熱交換器，與所述壓縮機排出口氣體連通，并且被配置以降低從所述壓縮機排出口接 收的所述壓縮的天然氣的溫度； 系統出口，與所述熱交換器氣體連通，并且被配置以與所述熱噴涂設備氣體連通從而 為所述熱噴涂設備提供所述壓縮的天然氣；以及 油冷卻模塊，所述油冷卻模塊被配置以從所述壓縮機提取油、冷卻所述油、過濾所述油 以及將所述油返回至所述壓縮機。
2. 根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述系統還包括與所述熱交換器和所述 系統出口氣體連通的可調調節器組件，所述可調調節器被配置以控制所述天然氣的所述壓 力增量從而使得所述天然氣的排出壓力被預選地調節。
3. 根據權利要求1至2任一項所述的系統，其特征在于，所述油冷卻模塊包括： 油輸入端，與所述壓縮機流體連通從而從所述壓縮機接收所述油； 泵，與所述油輸入端流體連通，所述泵被配置以從所述壓縮機提取所述油； 油冷卻設備，與所述泵流體連通，所述油冷卻設備被配置以降低所述油的溫度； 油過濾器，與所述冷卻設備流體連通，所述油過濾器被配置以從所述油中除去一種或 多種污染物；以及 油輸出端，與所述油過濾器流體連通并進而與所述壓縮機流體連通從而將所述油返回 至所述壓縮機。
4. 根據權利要求3所述的系統，其特征在于，所述油冷卻設備為散熱器。
5. 根據權利要求1至4任一項所述的系統，其特征在于，所述系統還包括外殼，其中至 少所述壓縮機、所述潤滑油分離器和所述熱交換器設于所述外殼內。
6. 根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述油冷卻模塊也設于所述外殼內。
7. 根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述系統還包括與所述外殼分離的另一 外殼，其中所述油冷卻模塊設于所述另一外殼內。
8. 根據權利要求1至7任一項所述的系統，其特征在于，所述系統還包括切斷控制器設 備，所述切斷控制器設備被配置以預選和可調節地預選最大壓縮機排出壓力并且被配置以 當來自所述壓縮機排出口的天然氣達到所述預選的最大壓縮排出壓力時使所述壓縮機自 動斷電。
9. 根據權利要求8所述的系統，其特征在于，所述系統還包括預選式可調安全閥，所述 預選式可調安全閥用于當所述系統出口內的所述天然氣的壓力達到預選的安全壓力水平 時將所述天然氣的一部分從所述系統出口返回至所述壓縮機進氣口，所述預選調節的排出 壓力基本上被限制在不高于所述預選的安全壓力和不高于所述預選的最大壓縮排出壓力 的壓力水平。
10. 根據權利要求1至9任一項所述的系統，其特征在于，所述系統還包括所述熱噴涂 設備，其中所述熱噴涂設備包括： 氧氣源，所述氧氣源被配置以供應氧氣； 燃燒室，所述燃燒室被配置以接收和燃燒壓力為所述預選調節的排出壓力的所述天然 氣和所述氧氣； 燃燒噴嘴，與所述燃燒室連通并且被配置以輸出熱氣流； 原料供應設備，所述原料供應設備被配置以將粉末原料注入所述熱氣流進行熔融；以 及 噴射噴嘴，所述噴射噴嘴被配置以將熔融的原料噴射到基材上。
11. 一種用于替代地供應天然氣至燃料電池和至少一個儲存容器的燃料系統，所述天 然氣供應系統能用于提供低壓天然氣，所述天然氣供應系統包括所述燃料系統，所述燃料 系統包括： 系統入口，所述系統入口被配置以與所述天然氣供應系統連接； 壓縮機，與所述系統入口連通并且能選擇性地通電從而壓縮來自所述天然氣供應系統 的所述天然氣以增加其壓力，所述壓縮機具有與所述系統入口流體連通的壓縮機進氣口和 用于將來自所述壓縮機的壓縮的天然氣排出的壓縮機排出口； 潤滑油過濾器，與所述壓縮機排出口連通，用于從來自所述壓縮機排出口的所述壓縮 的天然氣分離和收集潤滑油并用于將所述收集的潤滑油返回至所述壓縮機進氣口； 熱交換器，與所述壓縮機排出口連通，用于降低來自所述壓縮機排出口的所述壓縮的 天然氣的溫度； 第一系統出口，所述第一系統選擇性和可拆卸地連接至燃料電池并用于將來自所述壓 縮機的所述壓縮的天然氣選擇性地供應至所述燃料電池，所述第一系統出口包括與所述壓 縮機排出口連通的可調調節器并能用于預選地調節來自所述壓縮機的所述壓縮的天然氣 的壓力以在預選調節的燃料模塊排出壓力下將所述壓縮的天然氣供應至燃料電池； 第二系統出口，與所述壓縮機排出口連通并選擇性和可拆卸地連接至儲存容器，所述 第二系統出口用于選擇性地繞過所述可調調節器并選擇性地將來自所述壓縮機的所述壓 縮的天然氣供應至儲存容器以使所述壓縮的天然氣不用經過所述可調調節器； 一個或多個閥，用于將來自所述壓縮機的所述壓縮的天然氣通過所述第一系統出口和 第二系統出口的其中一個選擇性地排出，所述一個或多個閥包括電磁操作閥和選擇開關， 所述電磁操作閥在所述第一系統出口和第二系統出口內均至少具有一個，所述選擇開關可 選擇性地通電并用于操作所述電磁閥以基本同時地打開任意一個所述電磁操作閥而關閉 另一個所述電磁操作閥從而將所述壓縮的天然氣通過所述第一系統出口和第二系統出口 中相應的一個選擇性地排出； 預選式可調切斷控制器，用于當所述壓縮機排出口的天然氣達到預選的最大壓縮排出 壓力時自動使所述壓縮機斷電；以及 預選式可調安全閥，用于當所述第一系統出口內的所述天然氣的壓力達到預選的安全 壓力水平時將所述天然氣的一部分從所述第一系統出口返回至所述壓縮機進氣口，所述預 選式調節燃料系統的排出壓力基本上被限制在不高于所述預選的安全壓力和不高于所述 預選的最大壓縮排出壓力的壓力水平。
12. 根據權利要求11所述的系統，其特征在于，所述系統還包括油冷卻模塊，所述油冷 卻模塊被配置以從所述壓縮機提取油、冷卻所述油、過濾所述油和將所述油返回至所述壓 縮機。
13. 根據權利要求12所述的系統，其特征在于，所述油冷卻模塊包括： 油輸入端，與所述壓縮機流體連通，用于從所述壓縮機接收所述油； 泵，與所述油輸入端流體連通，所述泵被配置以從所述壓縮機提取所述油； 油冷卻設備，與所述泵流體連通，所述油冷卻設備被配置以降低所述油的溫度； 油過濾器，與所述冷卻設備流體連通，所述油過濾器被配置以從所述油中除去一種或 多種污染物；以及 油輸出端，與所述油過濾器流體連通，進而與所述壓縮機流體連通從而將所述油返回 至所述壓縮機。
14. 根據權利要求1至13任一項所述的系統，其特征在于，所述預選調節的排出壓力高 于或等于約150磅/平方英寸。
15. 根據權利要求1至14任一項所述的系統，其特征在于，所述天然氣供應設備內的 所述天然氣的壓力通常在約1/4磅/平方英寸（1. 72千帕）至約15磅/平方英寸（204. 75 千帕)的范圍內，所述壓縮機將所述天然氣的壓力增加到低于約500磅/平方英寸（3450千 帕)。
16. 根據權利要求15所述的系統，其特征在于，所述天然氣供應設備內的所述天然氣 的壓力通常在約10磅/平方英寸（170. 27千帕)至大約15磅/平方英寸（204. 75千帕）的 范圍內。
17. 根據權利要求1至16任一項所述的系統，其特征在于，所述系統還包括熱去毛刺設 備。
18. 根據權利要求17所述的系統，其特征在于，所述系統還包括與熱去毛刺設備連接 的氧氣供應設備，熱去毛刺設備進而連接至所述第一系統出口，熱去毛刺設備包括密封室， 密封室被配置以被加壓并且接收具有至少一個毛刺的物體。
19. 根據權利要求1至17任一項所述的系統，其特征在于，所述系統還包括連接至第一 系統出口的富勒烯制造設備并且被配置以通過燃燒過程制造一種或多種富勒烯分子。
【文檔編號】F17C5/00GK104110573SQ201310135520
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2013年4月18日 優先權日:2013年4月18日
【發明者】大衛·理查德 申請人:氣體科技能源概念公司