CN102119371B - 用于控制流体的压力和/或体积流量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在用于控制流体的压力和/或体积流量的方法中，从通过管道(15)流动的流体中抽取流动能量。流动能量至少部分地被转化为电能，并用于流体的体积流量和/或压力的电气控制(65)。用于控制在管道(20)中的流体的体积流量和/或压力的装置具有至少一个电动发电机(35)，将电动发电机(35)设计为，从流体流中抽取流动能量，并将至少部分流动能量转化为电能。所述装置具有控制装置(65)，用于利用由发电机(35)供电的电驱动器来控制在管道(20)中的流体的体积流量和/或压力。

Description

用于控制流体的压力和/或体积流量的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于控制流体的压力和/或体积流量的方法和一种用于控制管道中的体积流量和/或压力的装置。

背景技术

特别在飞机上经常会出现以下任务：即控制流体的体积流量和/或压力。例如，在飞机上用于紧急氧气供应的系统需要计量氧气的方法和装置。

原则上存在许多控制流体的体积流量和/或压力的可能性。这些可能性基本上分为两类：或者以电的方式提供控制所需要的能源，例如在电控比例阀中可见的。还可选择以纯机械的方式，如气动或液压的方式进行控制，例如在减压器那样。

在此，这两种方式有以下缺点：机械控制单元的工作公知的是不够准确。此外，不利之处还在于它们通常都很沉重。与此相反，具有电器元件的控制单元的工作虽然要准确得多，但不利之处在于，其总是需要能源供应。

由DE19728319A1公知一种呼吸机，其中，通过对压缩气体马达或涡轮机的制动来控制呼吸气体的输入。压缩空气马达或涡轮机驱动发电机，该发电机由呼吸气体的压力能获得用于调节的电能。

发明内容

在此背景下，本发明的目的在于提出一种用于控制流体的体积流量和/或压力的方法，该方法可以在设备技术方面转化为更轻的结构类型，并能够多样性地、简单且具有较高准确性地得到应用。此外，本发明的目的还在于提出一种装置，利用该装置可以上述的优点对流体的体积流量和/或压力进行控制。

通过具有权利要求1所给出的特征的方法以及通过具有权利要求4所给出的特征的装置实现根据本发明的目的。优选的实施方式由各个从属权利要求、下面的描述以及附图给出。

根据本发明，在用于控制流体的压力和/或体积流量的方法中，从通过管道流动的流体中抽取流动能量

并将至少部分流动能量转化为电能。至少一部分由流动能量所获得的电能被用于流体的体积流量和/或压力的控制器。因为使用电能控制，所以可以有利地实现非常精确的控制。另一个优点在于，有可能在设备技术方面紧凑地并以非常低的重量实现所述方法，因为可以放弃外部的能源供应，并且也不必出现对体积流量和/或压力的纯机械式控制。同时，在没有外部能源供应的情况下所述方法可以实现较高的安全性，因为可以不依赖于其他供应系统而有能量地执行所述方法。

根据需求可以不同的方式从通过管道流动的流体中抽取流动能量：例如，可以在流体管道（Fluidleitung）上实现流动能量的抽取，特别是在对流体的体积流量和/或压力进行控制的流体管道上。因此，可以在有空间限制的情况下在管道系统的一个位置上实现所述方法。然而，在一个或多个流体管道系统的不同管道上进行流动能量抽取和控制也是适宜的，以便例如将用于多个系统的电能生产集中起来。

根据本发明的方法优选设计用于调节体积流量和/或压力，并将至少一部分从流动能量获取的电能用于这种调节。为此，可以将与体积流量和/或压力受到控制的流体相关的测量信号通过反馈输入到调节器重。此外，还可以将获得的外部测量信息，即在流体管道之外所获得的测量信息，例如温度和外部压力信息，输入到这种调节器中。

在本方法中优选由气态的氧气构成流体。在此，根据本发明一种优选的应用，将本方法应用于载人飞机上的紧急氧气供应。由于使用这种方法可以节省成本、廉价且重量减轻，因此本方法特别适用于飞机。此外，不需要外部的能源供应，这就是为什么本方法可以作为应急系统自给自足且多方面地得到应用。另外，由于在本方法中为了控制流体的体积流量和/或压力而将部分流动能量转化为电能，因此能够以所需要的准确性实现这种控制。在此可以将本方法适当地设计为，使调节器获得用于旅客供应的测量信息，特别是对将要输送到氧气面罩上的氧气的需求，并对压力信息和/或温度信息进行处理，例如，在各个飞行高度以及温度上对供应系统进行调节。

根据本发明的用于在管道中控制流体的体积流量和/或压力的装置特别适用于执行以上所述的方法，该装置具有至少一个电动发电机，将该发电机设计为，从流体流（Fluidstrom）中抽取流动能量，并将至少部分流动能量转化为电能。该装置还具有用于控制流体的体积流量和/或压力的控制装置。在此，为控制装置配备由发电机供电的电驱动器。通过使用电驱动的控制装置可以非常精确地实现对体积流量和/或压力的控制。此外，在该装置中不必集成附加电源。该装置因此可以能源自给自足地运行。因而在该装置的运行中有着较高的可靠性。此外，该装置还可以使自身重量减轻，因为在装置中不需要集成沉重的机械部件或附加电源。特别可以不使用减压器。在此可以将电动发电机构造为单级或多级的。

根据使用目的可以对该装置进行不同的配置，在一种优选的实施方式中，在该装置中在同一管道上串行地设置至少一台发电机和至少一个控制装置。适当地将这种装置构造为，使其一体地安装在管道的一个位置上。在另一种优选的实施方式中，将至少一台发电机和至少一个控制装置设置在不同的管道上，优选设置在管道系统的平行支线上。通过这样的装置可以在管道系统有效的位置上相应地获得控制所需的电能，并提供给控制器。另外，也可以为多个、不同的流体管道系统中的多个控制装置设置中央发电机。

接下来，根据本发明的装置优选具有手动触发控制器，用于管道的流体流过

管道被设置用于通过发电机抽取流动能量。通过这种方式可以手动启动根据本发明的装置，从而使每个设置有用于抽取流动能量的发电机的管道都有流体流过。因此，在手动操作触发控制器之后向用于运行启动的控制装置供电，从而自动实现控制器的进一步操作。在根据本发明的一种优选的装置中，在管道上附加或替代地设置可手动操作的截止阀。同时将至少一个控制装置（优选是常开阀）构造为，当在管道中开始有流体流经时，允许流体的至少较高的体积流量流过管道，从而使发电机为控制装置的运行提供足够高的电功率。通过这种方式可以经由最初的手工操作获得足够高的流体流过，从而使发电机可以自动驱动控制装置。

根据本发明的装置优选配备调节器，并将发电机的至少部分电能提供给调节器。由此可以通过反馈执行对流体的体积流量和/或压力的控制，和/或利用其他外部测量信号，即流体管道系统之外的外部环境调信息（例如温度或气压），调整对于流体的体积流量和/或压力的控制。在这种调节器的一种优选的实施方式中，反馈是通过用于测量流体的体积流量和/或压力的传感器来实现的，传感器的输出信号输送到调节器。通过这种方式，调节器利用所获得的传感器的测量信号调节由控制装置所进行的控制。

在一种优选的实施方式中，根据本发明的装置的发电机通过回转叶轮电机驱动。接下来优选至少一个控制装置使用电气控制的调节阀。特别优选将所述装置设计用于输送气态氧气的流体管道，并成为载人飞机上的紧急氧气供应的一部分。正是由于根据本发明的装置的使用，才特别有利地证实了轻量化的结构设计、对流体的体积流量或压力的精确控制以及能源独立的转化的可能性。

附图说明

下面根据附图对本发明做示例性的说明。

图1示出了根据本发明用于控制在管道中的流体的体积流量的装置。

所示出的用于控制在管道中的流体的体积流量和/或压力的装置用于执行控制流体的体积流量和/或压力的方法。在该实施例中使用气态氧构成流体，并将所述装置设计用于载人飞机上的紧急氧气供应。

具体实施方式

在载人飞机的甲板上携带有装在压力气瓶5中的气态氧气，并在紧急情况下通过氧气面罩提供给旅客。为此，氧气通过构造为氧气管道的流体管道15、20以及构造为供应软管的管道25到达氧气面罩10。由于压力气瓶5中的压力可以达到数百bar，因此在提供氧气之前利用减压阀降低管道15中的氧气压力。通过管道15流动的氧气的流动能量通过电动发电机35部分被抽取。为此，电动发电机35由回转叶轮电机40组成，回转叶轮电机将流动能量转化为轴的旋转能量。旋转轴紧接着驱动发电机45，发电机45将电能输送到电力供应线路50。电力供应线路50向电调节器55供电。电调节器55向触发单元60提供所获得的电能，触发单元60将部分电能传送到设计为电控阀门的控制装置65。在此，在通过管道15和20流动的氧气经过电动发电机35以后，阀门65控制氧气管道20中的体积流量。因此，通过阀门65可以控制经由供应软管25到达氧气面罩10的氧气的体积流量。

为了调节管道20中的体积流量，可以通过流量传感器70测量该体积流量。流量传感器70的测量信号传输到调节器55上用于反馈。另外，调节器55还包括外部测量传感器，即在流体管道系统之外进行测量的传感器。因此，调节器包括温度传感器75和高度计80，从而可以确定为了向乘客紧急供氧所需要的通过氧气管道15、20和25的流量。为了确定相关的控制参量，将触发单元60合并在控制单元85中，该控制单元85具有用于传感器70、75和80的信号线的入口。在控制单元85中利用模拟-数字转换器90将测量信号转换成数字信号，触发单元60可以对该数字信号做进一步处理，以触发阀门65。

在上述实施例中由回转叶轮电机40和发电机45两部分构成的发电机35可以被一体化构成且简单、耐用的发电机100所取代。在此，将氧气输入管道105和氧气输出管道110通入环形氧气导引器（Sauerstofführung）115中。在氧气导引器115中放入磁铁120，磁铁120由通过氧气导引器流动的氧气驱动，并沿环形导引器的内部在圆形轨道上不间断地运动。围绕环形氧气导引器115的圆形截面的周围缠绕线圈125，线圈125在其循环过程中高频率穿过磁铁120。通过磁铁穿过线圈的这种运动，可以在线圈125的端子130和135上量取感应电压。如上所述，该感应电压可用于通过电气线路50向调节器55供电。

在图中未示出手动的截止阀，当需要时截止阀将开启从压力气瓶5通过管道15、20和25进入氧气面罩10的氧气流。这可以通过作为截止阀工作的抗干扰盖

来实现，抗干扰盖安装在压力气瓶5上并设置为，在紧急情况下打开用于氧气供应。这种抗干扰盖实行中央控制且不需要通过发电机供电，其仅在经过管道15、20和25的氧气流动开始时通过供电启动。

附图标记列表

5    作为氧气源的压力气瓶

10   氧气面罩

15   氧气管道

20   氧气管道

25   供应软管

30   减压阀

35   电动发电机

40   回转叶轮电机（Flügelzellenmotor）

45   发电机

50   电气线路

55   电调节器（elektronische Regelung）

60   触发单元

65   阀门

70   流量传感器

75   温度传感器

80   高度计

85   控制单元

90   模拟数字转换器

100  电动发电机

105  氧气输入管道

110  氧气输出管道

115  环形氧气导引器

120  磁铁

125  线圈

130  线圈端子

135  线圈端子

Claims (9)

1.一种在载人飞机的紧急氧气供应装置中用于控制管道（20）中流体的体积流量和/或压力的装置，该装置具有至少一个电动发电机（35），将所述电动发电机（35）设计为，从流体流中抽取流动能量，并将至少部分所述流动能量转化为电能，其特征在于，所述发电机具有环形氧气导引器（115），在所述氧气导引器（115）中设有磁铁（120），所述磁铁（120）由通过所述氧气导引器流动的氧气驱动，并在所述环形导引器内部的圆形轨道上运动，其中，所述发电机具有围绕所述氧气导引器的圆形截面缠绕的线圈，该装置具有至少一个用于控制所述管道（20）中的流体的体积流量和/或压力的控制装置（65），其中，所述控制装置（65）具有由所述发电机（35）供电的驱动器，以及其中，该装置构成用于输送气态氧气的流体管道，并构成载人飞机的紧急氧气供应装置的一部分。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个发电机（35）和所述至少一个控制装置（65）串行地设置在同一管道（20）上。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个发电机（35）和所述至少一个控制装置（65）设置在不同的管道（20）上。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述至少一个发电机（35）和所述至少一个控制装置（65）设置在管道系统的平行支线上。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，其具有用于所述管道（15）的流体流过的手动触发控制器，所述管道（15）设置用于通过所述发电机（35）抽取流动能量。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述管道中设置至少一个可手动操作的截止阀，以及其中，将所述至少一个控制装置（65）构造为，当在所述管道（15）中开始有流体流过时，允许所述流体的至少能够使所述发电机（35）为该控制装置（65）的运行提供足够高的电功率的体积流量流过所述管道（15）。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，具有用于所述至少一个控制装置（65）的调节器（55），所述调节器（55）用于提供所述发电机（35）的至少部分电能。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，具有至少一个用于测量流体的体积流量和/或压力的传感器（70），该传感器（70）的输出信号被输送到所述调节器（55）。

9.如前面任一项权利要求所述的装置，其特征在于，所述至少一个控制装置（65）由电气控制的调节阀构成。

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