BR112015022928B1

BR112015022928B1 - Válvula de controle de fluxo e sistema de carregamento

Info

Publication number: BR112015022928B1
Application number: BR112015022928-0A
Authority: BR
Inventors: Gordon E. Rado; Jay P. Phillips
Original assignee: Municipal Emergency Services, Inc
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-03-14
Publication date: 2022-01-25
Also published as: BR112015022928A2; WO2014152197A2; AR095592A1; WO2014152197A3; CA2906014A1; MX363439B; BR112015022928A8; US9933115B2; AU2014240103A1; US10724685B2; BR112015022928B8; US20180224066A1; AU2014240103B2; US20160138759A1; CN105247269B; MX2015012959A; SA515361136B1; CN105247269A

Abstract

VÁLVULA DE CONTROLE DE FLUXO E SISTEMA DE CARREGAMENTO. A presente invenção refere-se a uma válvula de controle de fluxo (100) que inclui um alojamento(138, 204) que define uma cavidade (140,175,206) no seu interior.O alojamento (138, 204) possui um orifício de entrada (124) para receber um gás de um fornecimento de gás e um orifício de saída (128) para distribuir o gás para um cilindro de gás (24).A cavidade (140,175 206) define uma^área de preparação ligada fluidicamente ao orifício de entrada ( 124), uma área de distribuição (144, 214) ligada fluidicamente ao orifício de saída (128) e uma área de pressurização (150, 212) ligada fluidicamente a um orifício de detecção de realimentação (132).O orifício de detecção de realimentação (132) é configurado para receber fluido pressurizado que é pressurizado até um nível de pressão representativo de um nível de pressão de gás distribuído para o cilindro de gás ( 24). A válvula de controle de fluxo (100) inclui um pistão (28) posicionado de modo deslizante em um canal que se estende entre a área de pressurização (150, 212) e a área de distribuição (144, 214). A posição do pistão (28) muda uma taxa de fluxo de gás através da válvula de controle de fluxo (100) A posição do pistão (28) se move em resposta a uma pressão no orifício de detecção de realimentação (132).

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] O presente pedido é um pedido não provisório que reivindica prioridade e o benefício da data de depósito de Pedido Provisório dos Estados Unidos n.° 61 / 787.331, depositado em 15 de Março de 2013 e intitulado "VÁLVULA DE CONTROLE DE FLUXO AUTOMÁTICO", que é aqui incorporado por referência na sua totalidade.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A presente invenção refere-se, genericamente, a sistemas para o enchimento de um cilindro de gás.

[003] Produtos atuais de enchimento de cilindro requerem que o operador do equipamento ajuste manualmente uma válvula de restritor para controlar a taxa em que o ar é transferido para um cilindro para armazenamento de um gás, como um aparelho de respiração independente (SCBA) ou cilindro de aparelho de respiração embaixo d'á- gua independente (SCUBA). Se o(s) cilindro(s) é(são) enchido(s) muito rapidamente, o ar aquece-se a tal grau que a expansão do ar cria uma condição que faz com que o cilindro esteja menos do que completa-mente cheio quando o ar subsequentemente arrefece. Além disso, quando o cilindro é cheio com demasiada lentidão isso cria um uso ineficiente do tempo do operador. O processo de enchimento pode ser dependente do nível de habilidade da experiência do operador experiência visto que a válvula podem necessitar de um ajustamento contínuo para alcançar uma taxa de enchimento ideal.

[004] A fim de ajudar a alcançar a taxa de enchimento ideal, produtos de enchimento de cilindros conhecidos podem incluir uma válvula de controle de fluxo automático. Por exemplo, a Figura 1 ilustra uma válvula de controle de fluxo automático atualmente conhecida 45. A válvula de controle de fluxo automático 45 pode incorporar uma válvula de agulha 50 controlada por meio de uma mola 52 e um pistão 54 que é atuado por pressão de armazenagem. Como tal , quando a pressão de armazenamento é alta, a válvula de agulha 50 fecha-se para restringir a taxa de fluxo de gás através da válvula de controle de fluxo automático 45. No entanto, a taxa de fluxo de gás pode ser controlada proporcionalmente à pressão de armazenagem. Isto pode ser desvan-tajoso, uma vez que a válvula de agulha pode permanecer na sua posição mais restrita, se a pressão de armazenagem permanece elevada, mesmo que a pressão dentro do cilindro que está sendo preenchido aumente como resultado. O posicionamento restrito da válvula de agulha pode resultar em uma taxa de fluxo de gás que diminui constantemente. Outros sistemas conhecidos utilizam um controle manual para controlar a taxa de fluxo de gás. A Figura 2 ilustra um diagrama esquemático de um sistema de enchimento de cilindro de gás conhecido com controle manual. Como mostrado na Figura 2, o sistema de enchimento do cilindro utiliza uma válvula de controle 56, operada manualmente, para controlar a quantidade de pressão distribuída para um ou mais cilindros 58 a partir de um compressor 60.

BREVE DESCRIÇÃO

[005] Em uma modalidade, uma válvula de controle de fluxo é fornecida. A válvula de controle de fluxo inclui um alojamento que define uma cavidade no seu interior. O alojamento possui um orifício de entrada, para receber um gás de um suprimento de gás, e um orifício de saída para distribuir o gás para um cilindro de gás. A cavidade define uma área de preparação ligada fluidicamente ao orifício de entrada, uma área de distribuição ligada fluidicamente ao orifício de saída e uma área de pressurização ligada hidraulicamente a um orifício de detecção de realimentação. O orifício de detecção de realimentação é configurado para receber fluido pressurizado, que é pressurizado a um nível de pressão representativo de um nível de pressão de gás distri- buído para o cilindro de gás. A válvula de controle de fluxo inclui ainda um pistão posicionado de maneira deslizante em um canal que se prolonga entre a área de pressurização e a área de distribuição. A posição do pistão muda uma taxa de fluxo de gás através da válvula de controle de fluxo. A posição do pistão move-se em resposta a uma pressão no orifício de detecção de realimentação.

[006] Em certas modalidades, a válvula de controle de fluxo inclui uma abertura situada entre a área de distribuição e a área de preparação. O pistão inclui uma válvula de agulha que se estende através da abertura. A válvula de agulha controla o fluxo de gás através da abertura.

[007] Em certas modalidades, a agulha inclui uma porção afunilada com um diâmetro variável, de modo que um diâmetro em uma extremidade da agulha é ligeiramente menor do que o diâmetro da abertura.

[008] Em certas modalidades, a região afunilada restringe o fluxo de gás através da abertura, quando o pistão está em uma posição de fluxo mínimo.

[009] Em certas modalidades, a válvula de controle de fluxo inclui um parafuso de ajuste e uma mola de controle. A mola de controle encaixa um flange sobre o pistão em uma extremidade proximal e encaixa no parafuso de ajuste em uma extremidade distal. O parafuso de ajuste é configurado para exercer uma força de impulsão sobre o flange.

[0010] Em certas modalidades, a válvula de controle de fluxo inclui um conjunto de verificação de pressão configurado para manter uma maior pressão na área de preparação do que na área de pressurização.

[0011] Em certas modalidades, o conjunto de verificação de pressão inclui um pino e uma mola de retorno. O pino e a mola de retorno estendem-se através de uma cavidade no pistão. A mola de retorno é configurada para se estender com base em uma pressão no orifício de detecção de realimentação.

[0012] Em certas modalidades, a orifício de entrada, o orifício de saída e o sensor estão localizados em uma extremidade proximal da válvula de controle de fluxo.

[0013] Em certas modalidades, o alojamento inclui uma porção rosqueada configurada para ser acoplada a um orifício de um coletor de controle pneumático.

[0014] Em certas modalidades, a posição do pistão se baseia em uma diferença de pressão entre uma pressão na área de preparação e na área de pressurização.

[0015] Em uma modalidade, um sistema de carregamento é fornecido. O sistema de carregamento inclui um cilindro de armazenamento configurado para fornecer gás. O sistema de carregamento também inclui um cilindro de gás configurado para armazenar gás. O sistema de carregamento também inclui uma tubulação de controle pneumático, configurado para receber uma válvula de controle de fluxo. A válvula de controle de fluxo inclui um alojamento que define uma cavidade no seu interior. O alojamento possui um orifício de entrada para receber um gás de um suprimento de gás e um orifício de saída para distribuir o gás para um cilindro de gás. A cavidade define uma área de preparação ligada fluidicamente ao orifício de entrada, uma área de distribuição ligada fluidicamente ao orifício de saída e uma área de pressurização ligada fluidicamente a um orifício de detecção de reali- mentação. O orifício de detecção de realimentação é configurado para receber fluido pressurizado que é pressurizado a um nível de pressão representativo de um nível de pressão de gás distribuído para o cilindro de gás. A válvula de controle de fluxo inclui ainda um pistão posicionado, de maneira deslizante, em um canal que se prolonga entre a área de pressurização e a área de distribuição. A posição do pistão muda uma taxa de fluxo de gás através da válvula de controle de fluxo. A posição do pistão move-se em resposta a uma pressão no orifício de detecção de realimentação.

[0016] Em certas modalidades, a válvula de controle de fluxo inclui uma abertura situada entre a área de distribuição e a área de preparação. O pistão inclui uma válvula de agulha que se estende através da abertura. A válvula de agulha controla o fluxo de gás através da abertura.

[0017] Em certas modalidades, a agulha inclui uma porção afunilada com um diâmetro que varia de modo que um diâmetro em uma extremidade da agulha é ligeiramente menor do que o diâmetro da abertura.

[0018] Em certas modalidades, a região afunilada restringe grandemente o fluxo de gás através da abertura quando o pistão está em uma posição de fluxo mínimo.

[0019] Em certas modalidades, a válvula de controle de fluxo inclui um parafuso de ajuste e uma mola de controle. A mola de controle encaixa um flange sobre o pistão em uma extremidade proximal e encaixa no parafuso de ajuste em uma extremidade distal. O parafuso de ajuste é configurado para exercer uma força de impulsão sobre o flange.

[0020] Em certas modalidades, a válvula de controle de fluxo inclui um conjunto de verificação de pressão, configurado para manter uma pressão maior na área de preparação do que na área de pressurização.

[0021] Em certas modalidades, o conjunto de verificação de pressão inclui um pino e uma mola de retorno. O pino e a mola de retorno estendem-se através de uma cavidade no pistão. A mola de retorno é configurada para se estender com base em uma pressão no orifício de detecção de realimentação.

[0022] Em certas modalidades, o orifício de entrada, o orifício de saída e o sensor estão localizados em uma extremidade proximal da válvula de controle de fluxo.

[0023] Em certas modalidades, o alojamento inclui uma porção rosqueada configurada para ser acoplada a um orifício de um coletor de controle pneumático.

[0024] Em certas modalidades, a posição do pistão se baseia em uma diferença de pressão entre uma pressão na área de preparação e na área de pressurização.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0025] A Figura 1 ilustra uma válvula de controle de fluxo automático atualmente conhecida.

[0026] A Figura 2 é um diagrama esquemático de um sistema de enchimento do cilindro de gás conhecido com o controle manual.

[0027] A Figura 3A é um diagrama de sistema de um sistema de enchimento do cilindro de gás formado em conformidade com uma modalidade aqui existente.

[0028] A Figura 3B ilustra uma vista em corte transversal de uma válvula de controle de fluxo formada em conformidade com uma modalidade aqui existente.

[0029] A Figura 4 é um diagrama esquemático de um sistema de enchimento de gás tendo uma válvula de controle de fluxo formada de acordo com uma modalidade aqui existente.

[0030] A Figura 5 ilustra uma vista em corte transversal de uma válvula de controle de fluxo configurada como um cartucho formado de acordo com uma modalidade aqui existente.

[0031] A Figura 6 ilustra uma vista em corte transversal de uma válvula de controle de fluxo configurada como um cartucho instalado em um coletor de controle pneumático formado de acordo com uma modalidade aqui existente.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0032] A matéria em questão aqui descrita se refere a dispositivos de enchimento de cilindros e, mais especificamente, a sistemas para enchimento de cilindros de gás de aparelho de respiração independente (SCBA). A matéria em questão descreve aqui uma válvula de con- trole de taxa de fluxo que controla a taxa de fluxo de gás proporcional a uma pressão de armazenamento e proporcional a uma pressão em um cilindro que está sendo cheio, permitindo que a taxa de fluxo de gás dependa de uma diferença de pressão entre a pressão de armazenamento e a pressão do cilindro.

[0033] A figura 3A é um diagrama de sistema de um sistema de enchimento de cilindro de gás 110. O sistema de enchimento de cilindro de gás 110 inclui uma estação de carregamento 112, configurada para encher um cilindro de gás 24 com gás de um suprimento de gás, tal como um cilindro de armazenamento 22. Na modalidade ilustrada, o cilindro de armazenamento 22 é mostrado como um tanque de gás. Contudo, o cilindro de armazenamento 22 pode ser qualquer fonte de gás, tal como, por exemplo, um compressor. O gás pode ser qualquer gás, tal como, mas não assim limitado, um gás de respiração (tal como, mas não assim limitado, ar, oxigênio, nitrogênio e/ou similares) e/ou similares. O cilindro de gás 24 pode ser qualquer tipo de cilindro de gás, tal como, mas não assim limitado, um cilindro de gás para um aparelho de respiração independente (SCBA) para bombeiros, socor- ristas, um traje espacial, equipamento médico, um aparelho de respiração subaquática autossuficiente (SCUBA) ou similar. Embora mostrado como geralmente cilíndrico na forma, além da ou alternativamente à forma cilíndrica, o cilindro de gás 24 pode incluir qual(ais)quer ou- tra(s) forma(s).

[0034] A estação de carregamento 112 inclui uma válvula de con trole de fluxo 100 configurada para regular o fluxo de gás do cilindro de armazenamento 22 para o cilindro de gás 24, à medida que a estação de carregamento 112 enche o cilindro de gás 24. A válvula de controle de fluxo 100 é acoplada, fluidicamente, ao cilindro de armazenamento 22 via uma linha de abastecimento 120. Por exemplo, a linha de abastecimento 120 pode ser acoplada a uma válvula 122 no cilindro de ar- mazenamento 22 e acoplada a um orifício de entrada 124 na válvula de controle de fluxo 100. A válvula de controle de fluxo 100 também é acoplada, fluidicamente, ao cilindro de gás 24 via uma linha de distribuição 126. Por exemplo, a 126 pode ser acoplada a um orifício de saída 128 na válvula de controle de fluxo 100 e acoplado a uma válvula 130 no cilindro de gás 24. Por exemplo, a válvula 130 pode ser uma válvula de pilar em um tanque. A válvula 130 também é acoplada a um orifício de detecção de realimentação de pressão 132 na válvula de controle de fluxo 100 via uma linha de retorno de pressão 134. Por exemplo, a válvula 130 pode ser configurada para proporcionar pressão da linha de retorno 134 representativa de um nível de pressão no cilindro de gás 24. As linhas 120, 126 e 134 podem ser qualquer meio de conexão adequado, tal como, por exemplo, tubulação pressurizada. Em várias modalidades, a estação de carregamento 112 pode incluir componentes de suporte interpostos entre as linhas 120, 126 e a vál-vula de controle 100, tal como pode exemplo, por exemplo, as válvulas de sangria, reguladores, válvulas de alívio, bombas de impulso e / ou compressores, medidores de pressão e / ou similares.

[0035] Os orifícios 124, 128 e 132 podem ser pressurizados seletivamente. Por exemplo, o orifício 124 pode ser pressurizado até uma pressão P1. A pressão P1 pode representar um nível de pressão a jusante do cilindro de armazenamento 22 na linha 120. O orifício de detecção de realimentação 132 recebe fluido pressurizado que é pressurizado até no nível de pressão P2. A pressão P2 pode representar um nível de pressão de realimentação ou detecção, representativo da pressão que entra na válvula 130. A pressão P2 é variada, simultaneamente, em tempo real com a pressão P1. Em outras palavras, a pressão P2 é variada dinamicamente em comum com a pressão P1 com base na pressão no cilindro 24. Em consequência, a pressão P2 proporciona um laço de realimentação de fluido para permitir que a válvula de controle de fluxo 100 controle, pneumaticamente, a taxa de fluxo de gás, sem requerer meio de detecção eletrônico ou sistemas de controle eletrônico.

[0036] O orifício 128 pode ser pressurizado até uma pressão P3. A pressão P3 pode representar um nível de pressão de distribuição indicativo da pressão que está sendo fornecida à válvula 130. A pressão P3 pode ser variada simultaneamente com base nas pressões P1 e P2.

[0037] A válvula de controle de fluxo 100 inclui um parafuso de ajuste 34, configurado para controlar a taxa de fluxo de gás através da válvula de controle de fluxo 100. Como é discutido abaixo, a válvula de controle de fluxo 100 inclui um mecanismo de realimentação para manter uma taxa de fluxo de gás substancialmente constante através da válvula de controle de fluxo 100.

[0038] Em operação, quando é desejado que o cilindro de gás 24 seja enchido, o cilindro de gás 24 pode ser conectado fluidicamente ao orifício de saída 128 e ao orifício de detecção de realimentação de pressão 132 da válvula de controle de fluxo 100. O parafuso de ajuste 34 pode, então ser ajustado para ajustar a taxa de fluxo de gás do cilindro de armazenamento 22 que está sendo distribuído para o cilindro de gás 24. Uma vez ajustada inicialmente, a válvula de controle de fluxo 100, automática e continuamente ajusta a taxa de fluxo de gás distribuído para o cilindro de gás 24, de modo que uma taxa de fluxo de gás substancialmente linear pode ser obtida. O parafuso de ajuste 34 pode, então, ser bloqueado com um prendedor (por exemplo, uma porca) para impedir novo ajuste. Em consequência, um operador não precisa ajustar continuamente o parafuso de ajuste 34, enquanto o cilindro de gás 24 está sendo cheio. Embora uma válvula de controle de fluxo 100 e um cilindro de gás 24 sejam mostrados, a estação de carregamento 112 pode incluir qualquer número de cilindros de armazenamento 22 e qualquer número de válvulas de controle de fluxo 100, por exemplo, para encher, simultaneamente qualquer número de cilindros de gás 24.

[0039] A figura 3B ilustra uma vista seccional transversal da válvu la de controle de fluxo 100 mostrada na figura 3A. Na modalidade ilustrada, a válvula de controle de fluxo 100 pode ser um tipo autônomo ou "mãos livres", de modo que a válvula de controle de fluxo 100 pode ser conectada diretamente às linhas de pressão. Contudo, em outras modalidades, outras disposições são possíveis. Por exemplo, as figuras 5 e 6 ilustram uma válvula de controle de fluxo do tipo cartucho que pode ser montada em uma tubulação.

[0040] A válvula de controle de fluxo 100 inclui um alojamento 138 tendo uma cavidade de múltiplas câmaras 140 que se estende ao longo de pelo menos uma porção do comprimento do alojamento 138. Por exemplo, a cavidade 140 pode ser formada de uma área de pressuri- zação 150, um canal148, uma área de preparação 142 e uma área de distribuição 144. O alojamento 138 sustenta o parafuso de ajuste 34 de modo que o parafuso de ajuste 34 pode se deslocar para dentro e para fora da cavidade 140. Por exemplo, o alojamento 138 pode incluir roscas (não mostradas) configuradas para sustentar o parafuso de ajuste 34 de modo que o parafuso de ajuste 34 entra na cavidade 140, quando o parafuso de ajuste 34 é apertado e se estende para fora da cavidade 140, quando o parafuso de ajuste 34 é afrouxado. Como outro exemplo, o alojamento 138 pode proporcionar um encaixe por atrito entre o alojamento 138 e o parafuso de ajuste 34.

[0041] O parafuso de ajuste 34 permite a impulsão da pré-carga de uma mola de controle 32 a fim de controlar ou sintonizar o fluxo através da válvula de controle de fluxo 100. O parafuso de ajuste 34, de preferência, tem um anel em O 172 para proporcionar uma vedação para impedir o gás de vazamento para fora da válvula de controle de fluxo automático 100.

[0042] O alojamento 138 inclui várias aberturas. Uma primeira abertura pode definir o orifício de entrada 124, uma segunda abertura pode definir o orifício de saída 128 e uma terceiras abertura pode definir o orifício de detecção de realimentação de pressão 132. Os orifícios 124, 128 e 132 acoplados fluidicamente à cavidade 140. Por exemplo, o orifício de entrada 124 pode se abrir para a cavidade 140, de modo que gás pode ser distribuído para cavidade 140 através do orifício de entrada 124.

[0043] A cavidade 140 inclui área de preparação 142 e a área de distribuição 144 separadas por uma abertura 146 (por exemplo, um orifício). A área de preparação 142 é configurada para receber gás do cilindro de armazenamento 22 através do orifício de entrada 124. A área de distribuição 144 é configurada para distribuir gás para o orifício de saída 128. A cavidade 140 também inclui o canal 148 situado entre a área de distribuição 144 e uma área de pressurização 150. A área de pressurização 150 é configurada para receber gás do orifício de detecção de realimentação de pressão 132.

[0044] A válvula de controle de fluxo 100 inclui um pistão 28 situado de modo deslizante dentro do canal 148, de modo que o pistão 28 pode se mover ao longo de um eixo longitudinal 154 dentro do canal 148. Como é discutido abaixo, a posição do pistão 28 dentro do canal 148 regula a taxa de fluxo de gás através da válvula de controle de fluxo 100. O pistão 28 inclui uma válvula de agulha 26 em uma extremidade distal e um flange 158 em uma extremidade proximal. O flange inclui uma superfície externa 160 e uma superfície interna 162. A superfície interna 162 pode se apoiar contra uma superfície interior 164 na área de pressurização 150 para limitar o movimento do pistão 28 em uma direção D.

[0045] A mola de controle 32 está situada na área de pressuriza-ção 150. A mola de controle 32 se apoia contra a superfície externa 160 do flange 158 em uma primeira extremidade proximal 166 e o parafuso de ajuste 34 em uma segunda extremidade distal 168. A mola de controle 32 pode ser uma mola de compressão de modo que a mola de controle 32 é levada a ser comprimida quando o parafuso de ajuste 34 é aparafusado no alojamento 138. Quando comprimida, a mola de controle 32 exerce uma força de impulsão sobre o flange 158, fazendo o pistão 28 de mover na direção D.

[0046] O pistão 28 inclui a válvula de agulha 26 na extremidade distal. A válvula de agulha 26 é configurada para se estender através da abertura 146 A válvula de agulha 26 pode ser dimensionada, seletivamente e moldada para controlar a taxa de fluxo de gás através da abertura 146. Por exemplo, a válvula de agulha 26 pode incluir uma porção afunilada 157 tendo um diâmetro variável de modo que um diâmetro em uma extremidade distal da válvula de agulha 26 é maior do que um diâmetro da abertura 146. O diâmetro da válvula de agulha 26 na extremidade proximal é ligeiramente menor do que o diâmetro da abertura 146. Como tal, a extremidade proximal da válvula de agulha 26 pode se estender através da abertura 146. Na modalidade ilustrada, a válvula de agulha 26 inclui um ângulo de afunilamento único, porém, em outras modalidades, a válvula de agulha 26 pode incluir outras formas apropriadas, como, sem limitação, um perfil curado ou um afunilamento escalonado.

[0047] A válvula de agulha 26 pode regular a taxa de fluxo de gás através da válvula de controle de fluxo 100. A válvula de agulha 26 pode se mover dentro da abertura 146 à medida que o pistão 28 se move dentro do canal 148. Quando o flange 158 é apoiado contra a superfície interior 164, a válvula de agulha 26 permite que gás circule da área de preparação 142 para a área de distribuição 144. Nessa posição, o pistão 28 é definido como em uma posição "aberta". Quando o pistão 28 é levado a se mover em uma direção C, a região afunilada 157 da válvula de agulha 26 pode se deslocar gradualmente na abertura 146, reduzindo, substancialmente a área de fluxo entre a área de preparação 142 e a área de distribuição 144. Nessa posição, o pistão 28 é definido em uma posição de "fluxo mínimo". Como tal, a região afunilada 157 restringe grandemente o fluxo de gás do orifício de entrada 124 para o orifício de saída 128, quando o pistão 28 está na posição de fluxo mínimo. Em outras palavras, a válvula de agulha 26 restringe grandemente o fluxo de gás através da abertura 146, quando na posição de fluxo mínimo; Adicional ou opcionalmente, o pistão 28 e/ou a válvula de agulha 26 pode incluir um ou mãos anéis em O 131 de vedação de pistão, configurado para limitar a quantidade de gás que pode ser transferido entre a área de preparação 142, a área de distribuição 144 e/ou a área de pressurização 150.

[0048] O movimento do pistão 28 pode ser baseado na quantidade de pressão na área de preparação 142 e na área de pressurização 150. A área de preparação 142 tem uma pressão de armazenamento P1. A pressão de armazenamento P1 pode ser baseada na pressão do ou dentro do cilindro de armazenamento 22 (mostrado na figura 3A). A pressão de armazenamento P1 aplica-se nas áreas de ressalto 170 do pistão 28, criando uma força que empurra o pistão 28 na direção C. A força criada pela pressão de armazenamento P1 é enfrentada pela mola de controle 32 e uma pressão de detecção de realimentação P2 na área de pressurização 150. A pressão de detecção de realimenta- ção P2 se aplica sobre a área projetada do pistão 28, criando uma força na direção D.

[0049] Em operação, à medida que o cilindro 24 se enche com gás, pressão na linha de retorno 134 (mostrada na figura 3A) e a pressão de detecção de realimentação P2 aumenta. A pressão de detecção de realimentação P2 atuando contra o pistão 28 contrabalança, gradualmente, a força causada pela pressão de armazenamento P1 sobre a outra extremidade do pistão 28, permitindo que a força de mola da mola de controle 32 desloque o pistão 28 e a válvula de agulha 26 na direção D. O deslocamento do pistão 28 na direção D aumenta a taxa de fluxo de gás através da abertura 146 pelo aumento da área de fluxo efetiva através da abertura 146. Através da variação continuamente da posição do pistão 28 e da válvula de agulha 26, a válvula de controle de fluxo 100 mantém a taxa de fluxo de gás em um valor substancialmente constante. Por exemplo, à medida que a pressão P2 aumenta, o pistão 28 se move na direção D para aumentar a taxa de fluxo através da abertura 146. O parafuso de ajuste 34 permite que uma pré-carga na mola de controle 32 seja variada de modo que uma taxa de fluxo desejada pode ser obtida pelo aumento ou diminuição da força de impulsão sobre o pistão 28.

[0050] Por exemplo, quando a estação de carregamento 112 co meça a encher o cilindro 24, a pressão de detecção de realimentação P2 será menor, comparado com a pressão P1 representativa de pressão do cilindro de armazenamento 22. Como tal, a diferença de pressão fará o pistão 28 se mover na direção C para limitar a taxa de fluxo de gás através da abertura 146. À medida que a pressão no cilindro 24 aumenta, a pressão detectada P2 aumenta, reduzindo a diferença de pressão entre a pressão detectada P1 e P1. Em consequência, o pistão 28 é acionado para a posição aberta pela mola de controle 32. A moldagem adequada da válvula de agulha 26 pode levar o fluxo de ar a ser mantido relativamente constante através de uma ampla faixa de mudanças em ambas as pressões, de armazenamento e de SCBA.

[0051] Opcionalmente, em várias modalidades, o pistão 28 pode incluir uma cavidade 175 e um conjunto de verificação de pressão 174 nela alojado. O conjunto de verificação de pressão 174 é configurado para manter uma pressão maior na área de preparação 124 do que a área de pressurização 150. O conjunto de verificação de pressão 174 inclui um pino 176 e uma mola de retorno 38. O pistão 28 pode incluir uma porção dianteira 178 e uma porção traseira 180 separada. O pino 176 se estende da porção dianteira 178 e se estende na cavidade 175. A mola de retorno 38 está situada entre uma porção de flange 182 do pino e uma parede interior 184 da cavidade 175. A mola de retorno 38 se estende coaxialmente ao longo de um comprimento do pino 176. O pino 176 pode ser configurado para prender a porção dianteira 178 na porção traseira 180. Por exemplo, o pino 176 pode ser um prendedor rosqueado, tal como um parafuso.

[0052] A mola de retorno 38 pode ser configurada como uma mola "leve" (por exemplo, tendo uma constante de mola relativamente baixa, comparado com a mola de controle 32). O pistão 28 pode ser configurado para se estender com base na pressão de detecção de reali- mentação P2. A mola de retorno 38 pode atuar como uma válvula de retenção para impedir fluxo de gás da área de pressurização 150 além do pistão 28, quando a pressão de armazenamento P1 é maior do que a pressão de detecção de realimentação P2. Em outras palavras, a mola de retorno 38 se estende para mover a porção dianteira 178 do pistão 28 em direção à superfície da porção traseira 180, assentando o anel em O de vedação de pistão 131 no canal 148, quando a pressão P1 (do cilindro de armazenamento 22) é maior do que a pressão de detecção de realimentação P2 (do cilindro 24). Inversamente, quando a pressão de detecção P2 é maior do que a pressão de armazenamento P1, o diferencial de pressão atuando sobre o pistão 28 vencerá a força de mola da mola de retorno 38, fazendo o pistão 28 se deslocar na direção D até que o anel em O de vedação de pistão 131 desencaixe da parede do canal 148. Em consequência, gás pode circular além do pistão 28 até que a pressão P1 e a pressão P2 se equalizem. Uma vez que as pressões se equalizem, o anel em O de vedação de pistão 131 reencaixará com o canal 148. Uma válvula de retenção en- tre a válvula de controle de fluxo automático 100 e o cilindro de armazenamento 22 impede gás no cilindro 24 de esvaziamento no cilindro de armazenamento 22.

[0053] A figura 4 é um esquema de um sistema de enchimento de cilindro de gás 110 tendo a válvula de controle de fluxo 100. A válvula de controle de fluxo 100 é acoplada fluidicamente à linha de abastecimento 120. Na modalidade ilustrada, a linha de abastecimento 120 inclui um desvio para um medidor de pressão 186 configurado para medir a pressão P1 (mostrada na figura 2B). A válvula de controle de fluxo 100 também é acoplada fluidicamente à linha de retorno 134. A válvula de controle de fluxo 100 também é acoplada fluidicamente à linha de distribuição 126. Na modalidade ilustrada, a linha de distribuição 126 inclui um regulador de pressão 188 e válvula de controle 190, uma válvula de segurança 192, entre outros componentes.

[0054] A figura 5 ilustra uma vista seccional transversal de uma válvula de controle de fluxo configurada como um cartucho 200 formado de acordo com uma modalidade. A figura 6, com referência continuada à figura 5, ilustra uma vista seccional transversal do cartucho 200 instalado em uma tubulação de controle pneumático (PCM) 202. O cartucho 200 e PCM 202 podem ser usados além, ou em lugar da válvula de controle de fluxo 100 na estação de carregamento 112 (mostrada nas modalidades ilustradas, as linhas 122, 126 e 134 e os orifícios 124, 128, 132 estão localizadas, substancialmente, em uma extremidade proximal do cartucho 200. Dessa maneira, o cartucho 200 pode ser instalado em um orifício 201 no PCM 202 de modo que a interferência das linhas 122, 126 e 134 pode ser substancialmente reduzida ou eliminada. Em consequência, uma pluralidade de PCMs 202 podem ser colocados adjacentes um ao outro para atender simultane-amente uma pluralidade de cilindros 24.

[0055] O cartucho 200 inclui um alojamento 204 definindo uma ca- vidade 206. O alojamento 204 pode incluir uma porção rosqueada 203 configurada para encaixar, rosqueavelmente, roscas complementares 205 no orifício 201 para prender o cartucho 200 no PCM 202. Em outras modalidades, outros meios de fixação podem ser usados, tais como um encaixe por atrito ou um encaixe por pressão. O alojamento 204 pode incluir anéis em O 207 para proporcionar uma vedação hermética entre os orifícios 124, 128, 132 no cartucho 200 e o orifício 201 no PCM 202.

[0056] Porções da cavidade 206 podem ser pressurizadas. A cavidade 206 inclui uma área de preparação 208, abrindo para o orifício de entrada 124 no alojamento 204. O orifício de entrada 124 é acoplado fluidicamente à linha de abastecimento 120 (mostrada na figura 6). A área de preparação 208 pode ser pressurizada até a pressão P1 por gás distribuído através da linha de abastecimento 120. O alojamento 204 inclui um duto 210 configurado para acoplar fluidicamente o orifício de detecção de realimentação de pressão 132 a uma área de pres- surização 212. O orifício de detecção de realimentação de pressão 132 é acoplado, fluidicamente, à linha de retorno 134. O orifício de detecção de realimentação 132, o duto 210 e a área de pressurização 212 podem ser pressurizados até a pressão P2. A cavidade 206 inclui uma área de distribuição 214 acoplada fluidicamente ao orifício de saída 128. Conforme discutido acima em relação à figura 3B, diferenças de pressão entre a área de preparação 142 208 e a área de pressuri- zação 212 regulam a posição do pistão 28 e, em consequência, regulam a taxa de fluxo de gás através do cartucho 200.

[0057] Um efeito técnico de modalidades aqui descritas inclui eficiência aumentada no enchimento de um cilindro com um gás. Um efeito técnico de modalidades aqui descritas incluem confiança reduzida na habilidade do operador no enchimento de um cilindro com um gás.

[0058] A válvula de controle de fluxo automático pode eliminar a necessidade de ajuste manual e monitoração pelo operador de equipamento e proporciona uma taxa de fluxo constante em cilindro(s) SCBA ou SCUBA, porque ajusta continuamente a abertura da válvula de agulha em resposta ao diferencial de pressão entre o(s) cilindro(s) de armazenamento e o(s) cilindro(s) que estão sendo cheios.

[0059] Deve ser compreendido que a descrição acima é destinada a ser ilustrativa e não restritiva. Por exemplo, as modalidades descritas acima (e/ou seus aspectos) podem ser usadas em combinação umas com as outras. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos da invenção sem afastamento do seu escopo. Embora as dimensões, tipos de materiais e revestimentos aqui descritos sejam destinados a definir os parâmetros da invenção, elas não são modalidades limitativas e sim exemplificativas. Muitas outras modalidades serão evidentes para aqueles de habilidade na técnica mediante recebimento da descrição acima. O escopo da invenção, portanto, será determinado com referência às reivindicações anexas, junto com o pleno escopo de equivalentes aos quais essas reivindicações estão autorizadas. Nas reivindicações anexas, os termos "incluindo" e "em que" são usados como os equivalentes em Inglês dos respectivos termos "compreendendo" e "em que". Além disso, nas reivindicações a seguir, os termos "primeiro", "segundo" e "terceiro", etc. são usados apenas como rótulos e não são destinados a impor exigências numéricas sobre seus objetivos. Ainda, as limitações das reivindicações a seguir não são escritas em formato meios - mais - função e não são destinados a serem interpretados com base em 35 U.S.C. § 112 (f), a menos que e até que essas limitações nas reivindicações usem, expressamente, a frase "meios para" seguida por uma declaração de vazio de função e estrutura adicional.

Claims

1. Válvula de controle de fluxo (100) (FCV) caracterizada por compreender: um alojamento (138, 204) que define uma cavidade (140, 175, 206) no seu interior, o alojamento (138, 204) tendo um orifício de entrada (124) para receber um gás de um suprimento de gás e um orifício de saída (128) para o fornecimento de gás a um cilindro de gás (24); a cavidade (140, 175, 206) que define uma área de preparação ligada fluidicamente ao orifício de entrada (124), uma área de distribuição (144, 214) ligada fluidicamente ao orifício de saída (128), e uma área de pressurização (150, 212) ligada fluidicamente a um orifício de detecção de realimentação (132), o orifício de detecção de rea- limentação (132) recebendo fluido sob pressão que é pressurizado até um nível de pressão representativo do nível de pressão do gás distribuído para o cilindro de gás (24); um pistão (28) posicionado de maneira deslizante em um canal que se prolonga entre a área de pressurização (150, 212) e a área de distribuição (144, 214), uma posição do pistão (28) alterando uma taxa de fluxo de gás através da válvula de controle de fluxo (100), a posição do pistão (28) movendo-se em resposta a uma pressão no orifício de detecção de realimentação (132); e uma abertura localizada entre a área de distribuição (144, 214) e a área de preparação, e o pistão (28), que compreende ainda uma válvula de agulha que se estende através da abertura, a válvula de agulha controlando o fluxo de gás através da abertura.

2. Válvula de controle de fluxo (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a válvula de agulha incluir uma porção afunilada com um diâmetro que varia de modo que um diâmetro em uma extremidade da válvula de agulha é ligeiramente menor do que o diâmetro da abertura.

3. Válvula de controle de fluxo (100) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por a porção afunilada restringir o fluxo de gás através da abertura quando o pistão (28) está em uma posição de fluxo mínimo.

4. Válvula de controle de fluxo (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ainda compreender um parafuso de ajuste (34) e uma mola de controle, a mola de controle encaixando um flange (158) no pistão (28) em uma extremidade proximal e encaixando o parafuso de ajuste (34) em uma extremidade distal, o parafuso de ajuste (34) exercendo uma força de impulsão sobre o flange (158).

5. Válvula de controle de fluxo (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ainda compreender um conjunto de verificação de pressão configurado para manter uma pressão maior na área de preparação do que na área de pressurização (150, 212).

6. Válvula de controle de fluxo (100) de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por o conjunto de verificação de pressão incluir um pino e uma mola de retorno; o pino e a mola de retorno se estenderem através de uma cavidade (140, 175, 206) no pistão (28); a mola de retorno configurada para se estender com base em uma pressão no orifício detecção de realimentação (132).

7. Válvula de controle de fluxo (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o orifício de entrada (124), o orifício de saída (128), e o orifício de detecção estarem localizados em uma extremidade proximal da válvula de controle de fluxo (100).

8. Válvula de controle de fluxo (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o alojamento (138, 204) incluir uma porção rosqueada configurada para ser acoplada a um orifício em um coletor de controle pneumático.

9. Válvula de controle de fluxo (100) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a posição do pistão (28) se basear em uma diferença de pressão entre uma pressão na área de preparação e na área de pressurização (150, 212).

10. Sistema de carregamento (110) caracterizado por compreender: um cilindro de armazenamento (22) configurado para suprimento de gás; um cilindro de gás (24) configurado para armazenar gás; um coletor de controle pneumático (PCM) configurado para receber uma válvula de controle de fluxo (100), o PCM acoplando flui- dicamente a válvula de controle de fluxo (100) para o cilindro de armazenamento (22) e o cilindro de gás (24); a válvula de controle de fluxo (100) tendo: um alojamento (138, 204) que define uma cavidade (140, 175, 206) no seu interior, o alojamento (138, 204) tendo um orifício de entrada (124) para receber um gás do cilindro de armazenamento (22) e um orifício de saída (128) para a distribuição de gás para o cilindro de gás (24); a cavidade (140, 175, 206) definindo uma área de preparação ligada fluidicamente ao orifício de entrada (124), uma área de distribuição (144, 214) ligada fluidicamente ao orifício de entrada (124), e uma área de pressurização (150, 212) ligada fluidicamente a um orifício de detecção de realimentação (132), o orifício de detecção de rea- limentação (132) configurado para receber fluido pressurizado que é pressurizado até um nível de pressão P2 representativo de um nível de pressão de gás distribuído P3 para o cilindro de gás (24), o orifício de entrada sendo configurado para receber fluido pressurizado que é pressurizado para um nível de pressão P1 representativo de um nível de pressão de gás recebido do cilindro de armazenamento; e um pistão (28) posicionado de modo deslizante em um canal que se estende entre a área de pressurização (150, 212) e a área de distribuição (144, 214), uma posição do pistão (28) alterando uma taxa de fluxo de gás através da válvula de controle de fluxo (100), a posição do pistão (28) mudando em resposta ao nível de pressão P2 no orifício de detecção de realimentação (132), a mudança na posição do pistão, fazendo com que o nível de pressão P3 seja variado com base no nível de pressão P1 e no nível de pressão P2.

11. Sistema de carregamento (110) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por ainda compreender uma abertura situada entre a área de distribuição (144, 214) e a área de preparação, e o pistão (28) ainda compreendendo uma válvula de agulha que se estende através da abertura, a válvula de agulha configurada para controlar o fluxo de gás através da abertura.

12. Sistema de carregamento (110) de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a agulha incluir uma porção afunilada com um diâmetro que varia de modo que um diâmetro em uma extremidade da agulha é ligeiramente menor do que um diâmetro da abertura.

13. Sistema de carregamento (110) de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por a região afunilada restringir consideravelmente o fluxo de gás através da abertura quando o pistão (28) está em uma posição de fluxo mínimo.

14. Sistema de carregamento (110) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por ainda compreender um parafuso de ajuste (34) e uma mola de controle, a mola de controle encaixando um flange (158) no pistão (28) em uma extremidade proximal e encaixando o parafuso de ajuste (34) em uma extremidade distal, o parafuso de ajuste (34) configurado para exercer uma força de impulsão sobre o flange (158).

15. Sistema de carregamento (110) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por ainda compreender um conjunto de verificação de pressão configurado para manter uma maior pressão na área de preparação do que na área de pressurização (150, 212).

16. Sistema de carregamento (110) de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o conjunto de verificação de pressão incluir um pino e uma mola de retorno; o pino de mola de retorno se estendendo através de uma cavidade (140, 175, 206) no pistão (28); a mola de retorno configurada para se estender com base em uma pressão no orifício de detecção de realimentação (132).

17. Sistema de carregamento (110) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o orifício de entrada (124), o orifício de saída (128) e o orifício de detecção estarem localizados em uma extremidade proximal da válvula de controle de fluxo (100).

18. Sistema de carregamento (110) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por o alojamento (138, 204) incluir uma porção rosqueada configurada para ser acoplada a um orifício no PCM.

19. Sistema de carregamento (110) de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a posição do pistão (28) se basear em uma diferença de pressão entre uma pressão na área de preparação e na área de pressurização (150, 212).