CN108475078A - 具有可调阀座的天然气压力调节器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体压力调节器，所述气体压力调节器包括主体，所述主体具有相应的入口端口和出口端口以及限定气体流动路径的内部室。中空活塞相对于阀座移动以产生通过其将气体沿着所述流动路径导向到所述出口端口的接头。所述活塞接合阀座，由此基于所述活塞的位置和所述气体的压力限定相对的打开位置和闭合位置，所述活塞由弹簧轴向偏置。所述阀座附接到具有至少一个外部可触及的特征结构的调整构件，以使得所述阀座的所述轴向位置能够相对于所述弹簧偏置的活塞改变。在一种型式中，所述气体压力调节器可包括加热器组件，所述加热器组件延伸到邻近所述出口端口的所述流动路径中，使得输送的气体在引入例如发动机之前能够被加热。

Description

具有可调阀座的天然气压力调节器

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119的相关部分要求2016年1月21日提交的美国专利申请序列号15/002,684的优先权，该申请的整个内容以引用方式并入本文。

技术领域

本申请整体涉及压力调节器的领域，并且更具体地涉及与气体管线结合使用的压力调节器，诸如通常在天然气动力车辆中提供的那些，该压力调节器实现了选择性和动态的外部设定点压力调节。

背景技术

在天然气动力系统中使用的常规气体压力调节器(诸如在车辆中采用的那些)通常包括具有入口端口、出口端口和气体流动路径的壳体，该气体流动路径在调节器主体或壳体内形成在入口端口和出口端口之间。气体的递送压力使用诸如隔膜之类的感测元件进行调节，该感测元件通常是弹簧加载的并且与阀相关联，该阀被构造为基于需求打开和闭合。在壳体内，具有一对相对的开口端的中空活塞压力感测元件相对于限定的入口设置为偏置状态，气体通过该限定的入口经由设置在中空活塞的端部和固定阀座之间的间隙或间距流动到出口端口。在这些压力调节器中，可以调整作用在活塞上的偏置弹簧的特性以便调整调节器的设定点压力。通常是在制造水平上完成的这些调整基于调节器的部件的公差的累积。因此，针对这些调节器设计没有真正的提供外部压力设定点可调性的能力。

发明内容

根据第一型式，提供了一种气体压力调节器，该气体压力调节器包括调节器主体，该调节器主体包括入口端口、出口端口和内部。活塞被支撑用于在调节器主体的内部内的轴向运动，活塞是中空的并且包括延伸到气体入口接头的第一开口端以及第二开口端，中空活塞的第二端流体地连接到出口端口并且限定气体流动路径。弹簧被构造用于将活塞相对于气体入口接头偏置在第一位置中。设定点调整构件在一端处包括阀座，该设定点调整构件相对于活塞的第一端轴向设置，其中打开位置和闭合位置限定在气体入口接头中，气体可通过该气体入口接头沿着延伸穿过中空活塞并且延伸到出口端口的限定流动路径输送。设定点调整构件被设置成与活塞的第一端相对并在其间限定可变间距以限定打开位置和闭合位置，并且其中设定点压力调整构件的轴向位置可以改变以便调整调节器的设定点压力。根据一种型式，设定点压力调整构件包括可与调节器的螺纹端口接合的螺纹部分。在优选型式中，设定点压力调整构件包括外部可触及的接合特征结构以允许阀座的轴向调整。

根据另一方面，气体压力调节器还可包括邻近出口端口设置的加热器组件。在一种型式中，加热组件包括加热器元件，该加热器元件保持在壳体内，该壳体被构造为相对于气体流动路径横向延伸。壳体可由导热材料制成并且还可包括一组外部翅片，气体被构造为流过该外部翅片。此外，可提供内部或外部开关以手动关断加热器元件或在预设温度下自动切断加热元件的电源。

根据另一方面，提供了气体压力调节器，该气体压力调节器包括具有活塞的主体，该活塞相对于其中导向流动气体的入口端口可移动地设置在主体内，该活塞被弹簧偏置，并且其中阀座与偏置活塞相对地设置。设定点调整构件可包括螺纹部分和阀座，该阀座被设置在其远侧端部上。设定点调整构件包括外部接合特征结构，该外部接合特征结构可被触及以便允许相对于偏置活塞选择性地调整阀座的轴向位置。

在一种型式中，压力调节器还包括加热器组件，该加热器组件包括定位在限定的气体流动路径内的翅片部分，使得出口气体可在引入例如车辆发动机之前被加热。此外，调节器还可包括可使流体(诸如防冻剂)循环通过调节器主体以便加热气体的端口。

根据又一方面，提供了用于调整液化天然气(LNG)压力调节器的设定点压力的方法，该方法包括以下步骤：通过压力调节器的入口端口输送LNG，提供包括偏置地与弹簧接合的中空活塞的接头，相对于接头提供设定点调整构件，以及相对于偏置活塞选择性地调整设定点调整构件的轴向位置以用于调整调节器的设定点压力。在一种型式中，调整构件包括至少一个外部可触及的接合特征结构，该外部可触及的接合特征结构使得附接阀座的位置能够被选择性地和动态地调整。

使用本文描述的设计实现多个优点。例如，本文描述的压力调节器的一个优点是提供外部可触及的特征结构的能力，该外部可触及的特征结构使得能够对设定点调整构件进行选择性的轴向调整，并且因此使得阀座的位置能够相对于偏置的活塞组件改变。该后一个特征结构使得能够根据需要对设定点压力进行动态调整。

所实现的另一个优点是在将天然气从压力调节器输送到发动机之前可以加热液化天然气(LNG)。

又一个优点是可在没有严格的公差预算的情况下实现稳健且可靠的设计，从而简化整体制造，改善组件故障率，并且还使得能够以较低的成本构建和商业销售压力调节器。

再一个优点是本文所述的使得能够经由阀座的轴向定位进行调整的压力调节器设计还基于变化的环境条件和/或其他条件或因素提供更大的通用性。

此外，压力调节器可进一步配备有通道以使热发动机防冻剂或其他车辆流体循环通过主体，以便加热流过设备的气体。

压力调节器还可配备有内部或外部安装的温度开关，使得保持的加热元件的电源在预设温度下被切断。

结合附图阅读以下具体实施方式之后，这些以及其他特征和优点对于具有足够技能的人员来说将是显而易见的。

附图说明

图1是根据本发明的实施方案制备的气体压力调节器的透视图；

图2是以截面示出的图1的气体压力调节器的局部侧视图；

图3是与图2所示相比旋转90度的处于第一或闭合位置的图1和图2的气体压力调节器的局部侧视图；

图4是处于第二或打开位置的图3的气体压力调节器的侧视图；

图5是根据实施方案的可在图1-图4的气体压力调节器中使用的设定点压力调整构件的透视图；以及

图6是根据实施方案的可在图1-图4的气体压力调节器中使用的加热器组件的透视图。

具体实施方式

以下描述涉及可与天然气车辆结合使用的压力调节器的特定实施方案，并且更具体地涉及将用于输送的液化天然气(LNG)的源流体连接或联接到车辆发动机。如本文所述，本发明的调节器包括外部且可触及的特征结构，该特征结构使得能够选择性地调整调节器的设定点压力。根据下面的描述，设置在轴向可调整构件的远侧端部处的阀座的位置可相对于弹簧加载的活塞选择性地改变，该弹簧加载的活塞提供用于使LNG进入压力调节器以便输送到车辆发动机的流动路径。

根据另一方面，压力调节器可进一步配备有将从压力调节器输出(输送)到车辆发动机的LNG加热的组件。在至少一种型式中，加热器组件包括由导热材料制成的壳体或主体，该壳体或主体的构型和尺寸被设计成保持加热元件。加热组件的壳体的保持加热元件的一部分还可以包括一组设置在外部的翅片，这些翅片便于以均匀的方式将热量传递到流动的气体，其中壳体部分可以相对于压力调节器的出口端口横向地推进。在一种型式中，加热元件可包括诸如电热塞之类的辐射源，但是作为另外一种选择，可以并入使流动的天然气能够被适当加热的其他形式的加热装置。更进一步地，还可以使用附加端口来提供流动管道以使热发动机防冻剂或其他流体循环通过调节器以加热气体。

如上所述，以下描述基于特定实施方案，但对于具有足够技能的人员而言将显而易见的是，可能有无数替代型式和修改也体现了本文所讨论的本发明的概念。此外，在实施方案的以下讨论中通篇使用若干术语，以便提供关于附图的适当参照系。除非特别说明，否则诸如“远侧”、“近侧”、“内侧”、“外侧”、“外部”、“内部”等的这些术语不旨在缩小本发明的整体范围。此外，附图旨在说明本文所述的气体压力调节器的显著特征结构，但未必按比例绘制。因此，不应当为了确定尺寸、缩放比例等目的而过分依赖附图。

参考附图，并且更具体地参考图1，压力调节器100由适当的结构材料(诸如铝、黄铜或不锈钢)所制成的壳体或主体104限定。主体104包括从主体104的一侧向外延伸的入口端口110，以及从主体104相对侧延伸的对应的出口端口116。根据该实施方案，入口端口110与一对冷却端口119,121相邻，该冷却端口用于沿着调节器主体104内的限定导管循环流体，诸如热发动机防冻剂。端口110,116,119,121中的任一者的精确位置可以适当地改变。压力调节器100还包括盖113，以及被构造为作用于包含的隔膜117的电磁阀115(在图2中部分地示出)，该盖用作被弹簧偏置的感测元件118(也在图2中部分地示出)。入口端口110通过与LNG供应源(未示出)的密封连接而流体连接到压力调节器110的内部，并且出口端口116类似且流体地连接到发动机(未示出)。端口110,116中的每个包括允许牢固且可释放地附接到互连软管(未示出)的联接器。压力调节器100还包括具有多个间隔开口的安装板或支架106，允许使用紧固件(未示出)以便有效地将压力调节器100固定在车辆(未示出)内。

在图1中部分地示出的设定点压力调整构件160设置在调节器主体104的限定端口109内。如本文所讨论，设定点压力调整构件160的外部可触及部分包括一对间隔开口167或其他接合特征结构，以便允许具有图2的附接阀座174的设定点压力调整构件160的轴向位置选择性地改变。

如本文中更详细地讨论，设定点调整构件160在调节器主体104的限定端口109内可轴向移动。参考图1和图2，入口端口110可附接到液化天然气(LNG)源(未示出)。进入入口端口110的LNG优选地被导向至过滤器端口(未示出)，该过滤器端口进一步沿着形成于调节器主体104中的入口路径导向流动的LNG。在图3中，接头114相对于弹簧加载的隔膜117和盖113，以及为压力调节器100创建感测元件的电磁阀115与限定的室111对准。这些特征结构中的每个都实现或允许流动的LNG通过接头114进入并且基于需要/需求被输送到出口端口116并且随后输送到发动机(未示出)。与形成的接头114，以及弹簧加载的隔膜117和电磁阀115有关的细节是本领域技术人员通常熟知的，并且不构成本发明的具体部分。

参考图2-图4，活塞组件120使用附接的偏置弹簧126在调节器主体104的内部内沿往复和轴向方向偏置地移动。根据该特定实施方案，活塞组件120由具有开放远侧端部125的管状活塞杆124以及中空内部127限定。活塞杆124延伸穿过形成在调节器主体104的固定中间内壁143内的开口145，并且进一步在形成于活塞头132中的环形凹槽133内延伸，活塞杆132终止于与活塞头132的端面135重合的相对的近侧开口端129处。活塞头132是具有环形凹槽或空腔133、外部环形表面137和端面135的大致圆柱形形状的构件。根据该特定实施方案，偏置弹簧126是具有覆盖活塞杆124的外部的内径的压缩弹簧，其中偏置弹簧126的轴向部分设置在活塞头132的环形凹槽133内。偏置弹簧126的一端被保持在形成于壳体104的固定中间内壁143中的空腔139内，其中活塞杆124、并且更具体地讲是其开放远侧端部125延伸穿过调节器主体104的中间内壁143的开口145并且进入室111。

仍然参考图2-图4，活塞头132的尺寸和构型被进一步设计成可移动地配合在形成于调节器主体104中的基本上圆柱形空腔141内。至少一个密封构件144设置在限定在空腔141的内壁中的沟槽146内。调节器主体104的中间壁143的开口145的内部类似地包括至少一个密封构件147，诸如弹性体环，该密封构件设置在形成于开口145的中间部分中的环形沟槽内。

在使用中，压缩弹簧124将活塞组件120，并且更具体地讲是活塞杆124偏置到在室111内延伸并进入限定的接头114的第一(或闭合)位置，如限定闭合位置的图2和图3中最清楚地示出的。图4示出处于打开位置的压力调节器100，其允许输送的气体的流动。

参考图2-图5，根据该特定实施方案的设定点压力调整构件160由细长且基本上圆柱形形状的主体164限定，该主体具有远侧端部166以及相对的近侧端部168。如前所述，设定点压力调整构件160安装在调节器主体104的限定端口109内。更具体地讲，设定点压力调整构件160的近侧端部168包括螺纹部分170，该螺纹部分的尺寸和构型被设计成用于接合端口109的一端处的对应螺纹112，以便产生强制且可调整的接合。调整构件160的远侧端部166保持阀座174，该阀座可一体地形成为调整构件160的一部分或者可单独地附接到其上。阀座174可由平面表面或者作为另外一种选择由弯曲(例如，凹入或凸起)表面限定，诸如图2所示。设定点压力调整构件160的近侧部分168还包括根据该实施方案的外部接合特征结构，诸如狭槽或间隔开口167，以允许使用工具(例如，螺丝刀或六角驱动器)通过设定点压力调整构件160在调节器主体104的限定端口109中的轴向运动来对设定点压力调整构件160进行轴向调整。设定点压力调整构件160还包括形成在外壁表面上的环形中间沟槽175，该沟槽的构型和尺寸设计成允许在限定端口109的内壁内包括诸如弹性体环之类的密封构件177。

在操作中，偏置的活塞杆124在活塞杆124的远侧开口端125与阀座174之间的接头114中的运动使得从入口端口110进入的气体(LNG)能够经过过滤器端口(未示出)并且进入调节器100的内部，并且更具体地讲是内部室111以通过活塞杆124的中空内部127的开放远侧端部129并且朝向出口端口116流动。阀座174的轴向位置使得能够通过使用六角工具或平头螺丝刀(未示出)改变活塞杆124的开放远侧端部125与阀座174之间的距离来调整设定点压力，以便使用外部可触及的接合特征结构167进行所需的轴向调整。例如，将阀座174移动到更靠近活塞杆124的开放远侧端部125最初降低了设定点压力，而使设定点压力调整构件160轴向地回缩将增加设定点压力。

参考图2和图3并且在打开位置中，允许进入的气体流过活塞杆124的中空轴向内部，其中LNG流进入在活塞头124的近侧端面135与具有出口端口116的主体104的壁之间形成的空腔141。随着气体填充该体积，所产生的压力被置于活塞头124的近侧端面135上。该压力导致活塞组件120，更具体地讲是活塞杆124朝向阀座174的运动。最终，在阀座174和活塞杆124的开放远侧端部125之间形成接触，防止气体的进一步流动，并且其中接合阀座174所需的压力的量(设定点压力)通过阀座174经由螺纹设定点压力调整构件160的轴向运动来适当地调整，如图4所示。

进一步参考图1-图4和图6，并且根据本文所讨论的至少特定实施方案，并且除了冷却端口119,121之外，压力调节器100还包括相对于出口端口116设置的加热器组件190。在从压力调节器100输送出口气体之前，加热器组件190相对于调节器100的限定气体流动路径横向设置。根据该特定实施方案，加热器组件190由细长的壳体或主体194限定，该壳体或主体由导热材料(诸如铝)制成。细长壳体194由中空内部196限定，该中空内部的尺寸和构型被适当地设计成接收加热元件198，诸如电热塞或其他合适的元件，并且进一步由近侧部分197、中间螺纹部分195和远侧端部部分199限定。细长壳体194的远侧端部部分199被导向通过调节器主体104的端口，该端口横向于壳体194使用中间螺纹部分195和形成在端口中的对应螺纹被固定在其中的流动气体的端口而延伸。当组装时并且如图所示，远侧端部部分199的尺寸被设计成完全延伸跨过气体流动路径。根据该特定实施方案，远侧端部部分199进一步由一系列间隔翅片200限定，该翅片形成在主体194的外表面上并且从其向外延伸。翅片200相对于彼此的构型、尺寸和间距被设计成产生对流效应连同保持加热元件198的辐射或导电效应，以便在将输送的燃料注射到发动机(未示出)或其他装置之前均匀地加热该输送的燃料。将显而易见的是，各种翅片设计都可用于此目的。加热器组件190，并且更具体地讲是加热元件198可使用开关(未示出)来通电，该开关设置在压力调节器100的主体104上或作为另外一种选择在其附近。例如，开关可使加热元件198的电源在预设温度下能够被切断，并且其中开关可设置在外部或内部。例如并且根据一种型式，加热器元件198可电连接到控制器或控制机构(未示出)，以便以类似于恒温器的方式实现加热器组件190的无线控制的通电和断电。

将显而易见的是，对于本领域技术人员而言，被本文所述的本发明的概念涵盖的其他修改形式和变型形式将变得显而易见，包括可由以下权利要求涵盖的那些修改形式和变型形式。

Claims (18)

1.一种气体压力调节器，包括：

调节器主体，所述调节器主体包括入口端口、出口端口和内部；

活塞，所述活塞被支撑用于在所述调节器主体的所述内部内的轴向运动，所述活塞是中空的并且包括延伸到接头的第一端以及第二端，所述中空活塞的所述第二端流体地连接到所述出口端口；

弹簧，所述弹簧被构造用于将所述活塞相对于所述接头偏置在第一位置中；以及

设定点调整构件，所述设定点调整构件在一端处包括阀座，所述设定点调整构件相对于所述活塞的所述第一端轴向设置，其中打开位置和闭合位置限定在所述接头中，气体可通过所述接头沿着延伸穿过所述中空活塞并且延伸到所述出口端口的限定流动路径输送，并且其中所述设定点调整构件被设置成与所述活塞的所述第一端相对并在其间限定可变间距以限定所述打开位置和所述闭合位置，并且其中所述设定点压力调整构件的所述轴向位置可以改变以便调整所述压力调节器的设定点压力。

2.根据权利要求1所述的气体压力调节器，其中所述设定点压力调整构件包括可与所述调节器主体的螺纹端口接合的螺纹部分。

3.根据权利要求1所述的气体压力调节器，其中所述设定点调整构件包括至少一个外部可触及的接合特征结构。

4.根据权利要求1所述的气体压力调节器，还包括邻近所述出口端口设置的加热器组件，所述加热器组件包括保持在壳体内的加热元件，并且其中所述壳体的一部分，包括所保持的加热元件，相对于输送到所述调节器的所述出口端口的气体横向延伸。

5.根据权利要求4所述的气体压力调节器，其中所述加热器组件由设置在保持所述加热元件的所述壳体部分上的一组外部翅片限定。

6.根据权利要求3所述的气体压力调节器，其中所述至少一个外部可触及的接合特征结构被构造为接收工具以允许所述设定点调整构件的轴向调整。

7.根据权利要求5所述的气体压力调节器，包括用以控制所述加热组件的操作的开关。

8.根据权利要求7所述的气体压力调节器，其中所述开关被构造为当达到预设温度时自动关断所述加热元件。

9.根据权利要求1所述的气体压力调节器，包括流体导管装置，所述流体导管装置用于引导流体通过所述调节器主体以用于加热所述气体。

10.根据权利要求1所述的气体压力调节器，其中所述气体是液化天然气。

11.根据权利要求10所述的气体压力调节器，其中所述调节器在天然气车辆中使用。

12.一种用于调整液化天然气(LNG)压力调节器的设定点压力的方法，所述方法包括：

通过所述压力调节器的入口端口将LNG输送到接头，所述接头包括偏置的活塞，所述活塞包括中空活塞杆和阀座；以及

调整具有所述阀座的设定点调整构件的所述轴向位置。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述调整步骤包括以下附加步骤：

在所述设定点压力调整构件上提供至少一个外部可触及的接合特征结构。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括以下步骤：提供加热器组件，所述加热器组件被构造为在从所述压力调节器输送调节的气体之前加热所调节的气体。

15.根据权利要求14所述的方法，包括以下步骤：将所述加热组件的一部分横向地设置到邻近所述压力调节器的出口端口的所述调节器的气体流动路径中。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述加热器组件的所述延伸部分在其外表面上包括一组间隔翅片。

17.根据权利要求12所述的方法，包括以下步骤：使加热的流体循环通过所述调节器的所述主体以便加热所述气体。

18.根据权利要求14所述的方法，包括以下步骤：提供连接到所述加热组件的开关，所述开关被构造为当达到预设温度时停用加热元件。