JP2010515993A - 圧力調整器 - Google Patents

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Abstract

ピストン(18)が中に受けられる調整チャンバ手段(9)を備える流体圧力調整器であって、該調整チャンバ手段(9)内で、該ピストン(18)の対向する部分によって第1チャンバ(10)および第2チャンバ(11)が画定され、該第1チャンバ(10)および該第2チャンバ(11)が、該流体の第1入り口(12)および第2入り口(13)をそれぞれ備え、該第1入り口(12)および該第2入り口(13)が、第1圧力(PIN)で第1環境(2)に接続され、該第1チャンバ(10)および該第2チャンバ(11)が、該流体の第1出口(14)および第2出口(15)をそれぞれ備え、該第1出口(14)および該第2出口(15)が、第2圧力(POUT)で第2環境(23)に接続され、該ピストン(18)が、該第2圧力(POUT)を調整する目的で該第2出口(15)を開放/閉鎖するように、該第1チャンバ(10)内の該流体の圧力の変動に応答して該調整チャンバ手段(9)内で可動であり、該第1チャンバ(10)内の該圧力変動を誘発させるために、該第1出口(14)を開放/閉鎖するための弁手段(26)を備える流体圧力調整器。
【選択図】図1

Description

本発明は、流体の圧力を調整する圧力調整器に関する。
詳細には、本発明は、加圧された気体燃料源から内燃機関などの作動デバイスに流れる気体燃料の圧力を調整する目的で、例えば、天然ガス、液化石油ガス、水素ガスまたは同様のものなどの気体燃料供給システムで使用することができる圧力調整器を対象とする。
内部に調整チャンバが形成された本体を備える機械圧力調整器が、知られている。
調整チャンバの内部には、ダイヤフラムまたはピストンが配置され、これが、この調整チャンバを第1チャンバ、すなわち上方チャンバと、第2チャンバ、すなわち下方チャンバとに分ける。
第1チャンバは、基準圧力、例えば大気圧で外部環境に接続される。
第2チャンバは、気体燃料の供給源および気体燃料の作動デバイスにそれぞれ接続された、気体燃料の入り口および出口を備える。
既知の機械調整器はさらに、入り口と出口の間の気体燃料の流れを調整するための弁を備える。
この弁は、第2チャンバに面するダイヤフラム/ピストンの第1の側に固定され、入り口と出口の間の第2チャンバ内に配置された弁座を燃料流れ入り口に備える。
既知の機械調整器はさらに、第1チャンバ内に配置され、第1チャンバに面し第1の側と対向する、ダイヤフラム/ピストンの第2の側に固定されたばねを備える。
使用する際、ばねが、ダイヤフラム/ピストンに弾性力を及ぼし、この弾性力は、気体燃料の所望される流れが、中を通って流れることができるポートを画定するように、弁を弁座から一定の距離に配置し維持することによって、弁に対して作用する。
換言すると、ばねは、ダイヤフラム/ピストンを利用して、調整器からの所望の出口圧力に対応する所定の作動位置に弁を配置する。
既知の機械調整器の限界は、出口圧力が、調整器の作動範囲内の公称圧力値に対して変動する、すなわち、出口圧力が、入り口調整器圧力および要求される流量の変動と共に変化することである。
既知の機械調整器の別の限界は、それらが、作動中、上記に記載の出口圧力を調節することができない、すなわち、それらが、上記に記載の基準圧力に左右される一定の公称出口圧力で作動することである。
実際、この出口圧力は、ばねが、ダイヤフラム/ピストンを利用して弁に及ぼした弾性力に左右される弁の作動位置による弁の作動位置によって決定する。
この弾性力は、ばねの機能、予圧、および詳細には弾性定数に左右されるものであり、したがって、作動中変更することはできない。
さらに別の限界は、既知の機械調整器が、当初の性能を継続させる、したがって保持するために、定期的なキャリブレーションを必要とすることである。
これは、ダイヤフラムが、時間ドリフトおよび永続的変形を受けることに起因する。
別の欠点は、これらの調整器が、気体燃料と好適な熱源の間に熱交換器なしには、低い温度で使用することができないことである。
これは、ダイヤフラムが、その温度に対する感度により、低温では剛性になることに起因する。
本発明の目的は、圧力調整器を改良することである。
本発明の別の目的は、出口圧力を変更することができる圧力調整器を実現することである。
さらに別の目的は、作動中、調節することができる圧力調整器を提供することである。
さらに別の目的は、その耐用寿命の間、定期的キャリブレーションを行う必要なしに、既知の調整器より信頼性があり精密な圧力調整器を作成することである。
さらに別の目的は、既知の調整器と比べて、低温に対する感度が低い圧力調整器を提供することである。
本発明によって、ピストンが中に受けられる調整チャンバ手段を備える流体圧力調整器であって、該調整チャンバ手段内で、該ピストンの対向する部分によって第1チャンバおよび第2チャンバが画定され、該第1チャンバおよび該第2チャンバが、該流体の第1入り口および第2入り口をそれぞれ備え、該第1入り口および該第2入り口が、第1圧力で第1環境に接続され、該第1チャンバおよび該第2チャンバが、該流体の第1出口および第2出口をそれぞれ備え、該第1出口および該第2出口が、第2圧力で第2環境に接続され、該ピストンが、該第2圧力を調整する目的で該第2出口を開放/閉鎖するように、該第1チャンバ内の該流体の圧力の変動に応答して該調整チャンバ手段内で可動であり、該第1チャンバ内の該圧力変動を誘発させるために、該第1出口を開放/閉鎖するための弁手段を備える流体圧力調整器が提供される。
本発明の一実施形態において、該調整器は、該弁手段をパルス幅変調サイクルを利用して制御する制御管理ユニットを備える。
これにより、作動中、該第2圧力を電子的に調整および変更することができる圧力調整器を実現することが可能になる。
実際には、該制御管理ユニットに該第2圧力を示す圧力設定ポイント値が入力され、この設定ポイント値は、固定または可変であってよい。
該制御管理ユニットは次いで、該第2出口の下流に配置された圧力センサによって測定された該第2圧力を、圧力設定ポイントと比較する。
その後、該第2出口圧力と圧力設定ポイントの間で検知された可能な偏差に関連して、
該制御管理ユニットは、該弁手段に送信される電気信号を処理し、この弁手段が、圧力設定ポイントに等しい該第2圧力を発生させる目的で、該第1チャンバ内の圧力変動を生成し、この圧力変動により、ピストンを動かすことができる。
さらに、本発明による調整器は、既知の機械調整器と比べて信頼性があり精密であり、さらに、低温でも使用することができる。
実際には、該調整器は、温度および時間ドリフトに敏感であった既知の機械調整器で使用されるダイヤフラムを使用しない。
本発明は、非限定的な例によって本発明のいくつかの実施形態が示される添付の図面を参照して、より十分理解され実施することができる。
気体燃料供給システム内に挿入された、第1の作動構成の圧力調整器の概略図である。 図1の圧力調整器の第2の構成の概略図である。
図1および図2を参照すると、所望の入り口圧力PINで気体燃料を含有するように構成されたタンク2またはシリンダを備える、例えば天然ガス、液化石油ガス、水素ガスまたは同様のものなどの気体燃料供給システム1が示される。
タンク2は、例えば内燃機関など気体燃料作動デバイス7の、例えば噴射装置などの燃料投与手段6に出口圧力POUTで気体燃料を供給するように構成された圧力調整器3に、入り口圧力PINで気体燃料を供給する。
換言すると、調整器3は、タンク2と投与手段6の間に挿入され、入り口圧力PINでタンク2からの気体燃料を受け、固定または可変の所望される出口圧力値POUTで気体燃料を投与手段6に供給する。
調整器3は、調整チャンバ9が内部に形成された本体8を備える。
調整チャンバ9は、第1チャンバ10と第2チャンバ11とを備え、第1チャンバ10は、第2チャンバ11の上に作動式に配置される。
第1チャンバ10および第2チャンバ11はそれぞれ、気体燃料の第1入り口12および第2入り口13を備え、第1入り口12および第1入り口13は、第1導管20および第2導管21によってそれぞれタンク2に接続される。
さらに第1チャンバ10および第2チャンバ11はそれぞれ、第3導管22によって調整器3の制御チャンバ16に、および第4導管23によって投与手段6にそれぞれ接続された、第1出口14および第2出口15(図2)を備える。
調整器3はさらに、第5導管24を、制御チャンバ16および第4導管23にそれぞれ接続するように構成された第1ドア36および第2ドア37を備える第5導管24を備える。
調整器3はさらに、第1チャンバ10と第2チャンバ11とを画定するために、調整チャンバ9内に配置されたピストン18を備える。
詳細には、ピストン18と調整チャンバ9の間に、第1チャンバ10と第2チャンバ11の間を気体燃料が通過することができるように好適にサイズを決められ構成された通路手段100が設けられる。
ピストン18は、互いに対向し、第1チャンバ10および第2チャンバ11にそれぞれ面し、第1端部面38が第2端部面39より幅が広い、第1端部面38と、第2端部面39とを備える。
ピストン18は、図1に示される第1閉鎖位置C1と、図2に示される第1開放位置A1との間で可動であり、この位置でピストン18はそれぞれ、気体燃料が、第2出口15を利用して第2チャンバ11から投与手段6に流れるのを阻止する/可能にする。
換言すると、ピストン18の端部19を利用して、第2出口15を部分的にまたは完全に塞ぐように、ピストン18は、第2出口15に向かって、または第2出口15から離れるように可動である。
この方法において、第2チャンバ11から投与手段6へ気体燃料が制御されて通過することができるように、端部19と第2出口15の間に画定された図示されないポートの寸法を変更することが可能である。
調整器3はさらに、第1チャンバ10内に配置され、ピストン18を第2出口15に向かって動かすように構成された第1ばね25を備える。
調整器3はさらに、第1チャンバ10内に存在する第1圧力P1を調節するように構成されたソレノイド弁26を備える。
ソレノイド弁26は、図1に示される第2閉鎖位置C2と、図2に示される第2開放位置A2の間で可動である。
ソレノイド弁26は、ソレノイド弁26が、第2開放位置A2および第2閉鎖位置C2にあるとき、それぞれ第1チャンバ10の第1出口14を開放/閉鎖するように構成されたシャッター27を備え、シャッター27は、支持要素30の周りに巻き付けられたコイル29を備えるソレノイド28によって、第1出口14から離れて動くように制御される。
コイル29の内部に、シャッター27に固定されたピン34が中を摺動することができる通路33が形成される。
調整器3はさらに、ピン34の上に載置され、通路33の中に配置された第2ばね31を備える。
詳細には、第2ばね31は、ソレノイド弁26を第2の閉鎖位置C2に配置するようにすなわち、第1出口14を閉鎖するためにシャッター27を第1出口14に対して押すように構成される。
ソレノイド弁26は、パルス幅変調方形波信号、すなわちPWM(パルス幅変調)および/または周波数変調信号を使用して、制御管理ユニット4によって制御される。
調整器3からの所望される出口圧力POUTを示す圧力設定ポイント値PSETが、制御管理ユニット4に入力され、この設定ポイント値PSETは固定または可変であってよい。
制御管理ユニット4は、例えば、比例、積分および微分(PID)制御アルゴリズム、または比例および積分(PI)制御アルゴリズムを使用して、第2出口15の下流に配置された圧力センサ5によって測定された出口圧力POUTを、設定ポイント圧力PSETと比較する。
その後、出口圧力POUTと圧力設定ポイントPSETの間で検知された可能な偏差に関連して、制御管理ユニット4が、ソレノイド28に送信される電気信号を処理し、このソレノイドが、圧力設定ポイントPSETに等しい出口圧力POUTを発生させる目的でシャッター27を適切に駆動させる。
調整器3の作動は、調整器3がそれぞれ、第1の構成Aおよび第2の構成Bにある図1および2を参照して、以下に記載される。
第1の構成Aにおいて、コイル29は通電されず、ソレノイド弁26は第2の閉鎖位置C2にあり、第2ばね31によって及ぼされた押圧力によって、シャッタ−27は、第1出口14に当接したまま維持される、すなわち第1出口14を閉鎖する。
第1の構成Aにおいて、第1チャンバ10内に存在する第1圧力P1による第1の力FP1、および第1ばね25によって及ぼされる弾性力FELが、ピストン18を第2出口15に向けて押すことによって、ピストン18の第1端部面38に対して作用する。
一方、第1の構成Aにおいて、第2チャンバ11内に存在する第2圧力P2による第2の力FP2、および第4導管23内に存在する入力圧力PINよりも小さい出口圧力POUTによる第3の力FP3が、ピストン18を出口15から離れるように押すことによって、ピストン18の第2端部面39に対して作用する。
第1の構成Aにおいて、第1圧力P1は、第2圧力P2と等しく、両圧力は、入り口圧力PINに等しいが、第1端部面38が、第2端部面39より大きいため、第1の力FP1のモジュールは、第2の力FP2のモジュールより大きく、第1の力FP1のモジュールと弾性力FELのモジュールとを合わせたものは、第2の力FP2のモジュールと第3の力FP3のモジュールとを合わせたものより大きく、故にピストン18は、第1閉鎖位置C1に維持される。
第2の構成Bにおいて、コイル29は通電され、ソレノイド弁26は、第2開放位置A2にあり、シャッター27が、第1出口14に対して持ち上げられる。
この方法において、第1出口14が、第1入り口12の第2直径d2より大きな第1直径を有するため、第1チャンバ10から制御チャンバ16に向かう、および制御チャンバ16から第5の導管24を利用して投与手段6に向かう気体燃料の流れが生じる。
この気体燃料の流れによって、第1チャンバ10内の第1圧力P1が減少し、結果として第1の力FP1が減少する。
第1の力FP1が、第1の力FP1のモジュールと弾性力FELのモジュールとを合わせたものが、第2の力FP2のモジュールと第3の力FP3のモジュールとを合わせたものより小さくなるような値に達したとき、ピストン18は、第2出口15から離れるように動かされる、すなわちピストン18は、第1閉鎖位置C2から第1開放位置A1に進み、この位置で、制御された気体燃料の流れが、入り口圧力PINで気体燃料が絶え間なく供給される第2チャンバ11から投与手段6に向かって流れる。
その後、圧力センサ5が、調整器出口3で出口圧力POUTを検知し、制御管理ユニット4に信号を送信し、制御管理ユニット4が、この出口圧力POUTを圧力設定ポイントPSETと比較し、ソレノイド弁26が、これらの2つ値に偏差を検知した場合、適切な制御信号をソレノイド弁26に送信する。
調整器3はさらに、上記に記載の気体燃料に関する最大圧力条件においても、投与手段6に向かう気体燃料の最小限の流れも有効に調整することが可能である。
実際には、第1チャンバ10内の第1圧力P1の変動が、ピストン18を動かさず、ピストン18が第1閉鎖位置C1のままであるように、ソレノイド弁26を適切に作動させることによって、第1チャンバ10からわずかな気体燃料の流れが流れ出るようにすることが可能である。
このわずかな流れは、制御管理ユニット4によって制御され、第5導管24を利用して、第1チャンバ10から投与手段6に向かって流れる。
換言すると、ピストン18を作動させずに、すなわちピストン18を回避することによって、流体のわずかな流れを実現することが可能である。
制御管理ユニット4によって適切に制御されたソレノイド弁26が、いかにして、第1圧力P1を調整することができ、これにより投与手段6への気体燃料の送達の開始および継続期間を調整するかに留意されたい。
調整器3の最適な作動を保証する目的で、第1直径d1は、シャッター27に対して作用する圧力による力を抑制するように十分小さくなければならない。
換言すると、第1直径d1は、コイル29が通電されないとき、第2ばね31が、ソレノイド弁26を第2の閉鎖位置C2に維持することができるように十分小さくなければならない。
さらに、第1直径d1は、第1チャンバ10を出る気体燃料の流量が、第1チャンバ10に進入する気体燃料の別の流量より大きくなるように、第2直径d2より大きくなければならない。
さらに、第1チャンバ10によって画定された第1容積は、ピストン18が第1閉鎖位置C1にあるとき、第2チャンバ11によって画定される第2容積よりはるかに小さくなければならない。
これは、ピストン18の望ましくない、すなわちソレノイド弁26によって制御されない開放を回避するために、第1チャンバ10が、第2チャンバ11と比べてより迅速に満たされるように、気体燃料入り口段階において、特に重要である。
加えて、調整器3がいかにして、供給デバイスと作動デバイスの間のガスパイプ(図示せず)内の任意の位置に挿入され使用することができるか、または燃料電池によって供給されるエンジンを備えた車両用の調整器として使用することができるか、または任意の流体の圧力を調整するために使用することができるかに留意されたい。
また、作動中、第1の場合、出口圧力POUTを電子的に調整し、第2の場合、出口圧力POUTを変更することができる制御管理ユニット4によって、調整器3がいかにして制御されるかに留意されたい。
第1の場合、電子制御は、定期的なキャリブレーションの必要なしに、調整器3の寿命の間生じ得るいかなるドリフトも補償することができる。
第2の場合、電子制御は、気体燃料の作動デバイス7のいかなるドリフトも補償するおよび/または作動デバイス7のいかなる進化した戦略も満たすことが求められる出口圧力POUTを提供することができる。
さらに、電子制御は、安全な戦略を作成する目的で、調整器3ならびに作動デバイス7のいかなる欠陥も診断することができる。

Claims (14)

  1. ピストン(18)が中に受けられる調整チャンバ手段(9)を備える流体圧力調整器であって、前記調整チャンバ手段(9)内で、前記ピストン(18)の対向する部分によって第1チャンバ(10)および第2チャンバ(11)が画定され、前記第1チャンバ(10)および前記第2チャンバ(11)が、前記流体の第1入り口(12)および第2入り口(13)をそれぞれ備え、前記第1入り口(12)および前記第2入り口(13)が、第1圧力(PIN)で第1環境(2)に接続され、前記第1チャンバ(10)および前記第2チャンバ(11)が、前記流体の第1出口(14)および第2出口(15)をそれぞれ備え、前記第1出口(14)および前記第2出口(15)が、第2圧力(POUT)で第2環境(23)に接続され、前記ピストン(18)が、前記第2圧力(POUT)を調整する目的で前記第2出口(15)を開放/閉鎖するように、前記第1チャンバ(10)内の前記流体の圧力の変動に応答して前記調整チャンバ手段(9)内で可動であり、前記第1チャンバ(10)内の前記圧力変動を誘発させるために、前記第1出口(14)を開放/閉鎖するための弁手段(26)を備える流体圧力調整器。
  2. 前記ピストン(18)と前記調整チャンバ(9)の間に配置され、前記第1チャンバ(10)と前記第2チャンバ(11)の間を前記流体が通過することができるように構成された通路手段(100)を備える請求項1に記載の調整器。
  3. 前記ピストン(18)が、記第1チャンバ(10)および前記第2チャンバ(11)にそれぞれ面し、第1面(38)が、第2面(39)より幅が広い前記第1面(38)と、前記第2面(39)とを備える、請求項1または2に記載の調整器。
  4. 前記第1チャンバ(10)および前記第2チャンバ(11)が、第1容積が、第2容積より小さい前記第1容積と、前記第2容積とをそれぞれ画定する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の調整器。
  5. 前記第1出口(14)が、前記第1入り口(12)の第2直径(d2)より大きな第1直径(d1)を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の調整器。
  6. 前記第1出口(14)を前記第2出口(15)に接続するように構成された導管手段(24)を備える請求項1〜5のいずれか一項に記載の調整器。
  7. 請求項6に記載され、前記第1出口(14)と前記導管手段(24)の間に配置され、前記弁手段(26)を受けるように構成された制御チャンバ手段(16)を備える調整器。
  8. 前記ピストン(8)を前記第2出口(15)に向けて押すために、前記第1チャンバ(10)内に配置された第1押下手段(25)を備える請求項1〜7のいずれか一項に記載の調整器。
  9. 前記第1押下手段が、第1弾性要素(25)を備える、請求項8に記載の調整器。
  10. 前記弁手段(26)を前記第1出口(14)に向けて押すために第2押下手段(31)を備える請求項1〜9のいずれか一項に記載の調整器。
  11. 前記第2押下手段が、第2弾性要素(31)を備える、請求項10に記載の調整器。
  12. 前記弁手段が、ソレノイド弁(26)を備える、請求項1〜11のいずれか一項に記載の調整器。
  13. パルス幅変調サイクルを利用して、前記ソレノイド弁(26)を制御するように構成された制御管理ユニット(4)を備える請求項1〜12のいずれか一項に記載の調整器。
  14. 気体燃料供給システムにおける、請求項1〜13の一項に記載の調整器(3)の利用。
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