一种用于供应天然气至热喷涂设备的系统以及燃料系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种用于供应天然气至热喷涂设备的系统以及燃料系统。所述燃料系统用于将气体燃料在升高的压力下从相对低压的气体燃料源（如天然气供应系统）供应至喷枪、热喷涂、燃料电池、热去毛刺或富勒烯制造设备。该燃料系统还可包括可选择操作的替代系统，该替代系统用于为其他应用供应这种压缩的天然气，该替代系统包括给一个或多个储存容器补充燃料设备。该燃料系统包括这样的特征，通过该特征其气体燃料排出压力在燃料系统的压缩机设备的容量内可被无限改变和预选调节。该燃料系统还包括用于冷却和过滤来自压缩机的油的特征，油被冷却和过滤以延长压缩机的寿命并且使燃料系统的操作能够在恶劣的工况下在更高的输出气体压力和更高的输出气体压力下进行。
【专利说明】一种用于供应天然气至热喷涂设备的系统以及燃料系统
【技术领域】
[0001]本实用新型主要涉及燃料电池设备、热喷涂设备、热去毛刺设备、富勒烯制造设备、以及各种喷枪(torch)或用于切割、焊接或热加工金属材料或非金属材料的类似喷枪设备。更具体地，本实用新型涉及一种用于供应燃料至所述燃料电池设备、热喷涂设备、热去毛刺设备、富勒烯制造设备和/或喷枪或类似喷枪设备的燃料设备。此处采用的一般术语“焊接”包括焊接、钎焊或其他的已知加工方法，通过所述已知加工方法在产生火焰的喷枪或燃具的作用下使分离的物体或材料块彼此接合或熔合。
【背景技术】
[0002]燃料电池是一种通过与氧气或其他氧化剂进行化学反应将化学能转换为电能(gp电力)的设备。烃类(如天然气)能作为燃料用于一些燃料电池设备(如固体氧化物燃料电池)。这种燃料电池设备通常被配置以除去烃类中的碳从而得到能够在产生电能的燃料电池的化学反应过程中使用的氢源。
[0003]热喷涂技术是将熔化或加热的材料喷射在表面上的涂层工艺。该工艺通常包括通过电或化学过程加热原料(即涂层前体)。某些类型的热喷涂使用气体燃料，比如天然气(例如高速氧燃料喷涂)。这种工艺通常需要相对高的气体燃料压力。
[0004]热去毛刺是一种用于除去在制造过程(如铣削或钻孔过程)中产生的机器部件上的内部和/或外部毛刺的工序。机器部件被密封在混合有可燃性气体(例如天然气)和氧气的加压室内，混合气体被点燃(例如通过火花塞)以热去除毛刺。
[0005]富勒烯是一种完全由碳以中空球形、椭圆形或管的形式组成的分子。富勒烯能通过基于燃烧的工艺使用气体燃料(例如天然气)在适当的压力下在富勒烯制造设备内被制造。
[0006]各种喷枪、燃具或其他产生火焰的设备用于各种加工方法，例如各种物体或各种材料(包括金属或非金属材料)的焊接、切割或加热，是众所周知的。这些喷枪或类似喷枪的设备在空气或其他含氧气体与合适燃料的混合物燃烧时产生火焰。通常，这种合适燃料包括多种燃料，例如丙烷、乙炔、天然气或其他烃类气体燃料。
[0007]在上述加工中使用的燃料通常安置在可连接至喷枪或燃料电池设备的储存罐或容器内。因为需要采购和运输这种预先填充在储存容器内的燃料，或者需要重新填充和运输先前存在的储存容器，这些用于上述不同加工方法的燃料的供应在许多应用中往往是非常昂贵和不便的。此外，因为不同的加工压力和与上述加工相关的其他参数，这些燃料往往需要在不同的流速或不同的压力下供应至喷枪或类似喷枪设备、热喷涂设备、热去毛刺设备、富勒烯制造设备或燃料电池设备，从而导致设备在一些上述操作中不兼容或不可替换。
实用新型内容
[0008]因此本实用新型的一个主要目的是提供一种燃料设备或模块，该燃料设备或模块适用于从方便、易获得和便宜的所述燃料(比如天然气)源供应燃料至喷枪或类似喷枪设备、热喷涂设备、燃料电池设备、热去毛刺设备和/或富勒烯制造设备。
[0009]本实用新型的另一个主要目的是提供这样一种能够在各种流速和压力下输送气体燃料(比如天然气)从而能在各种焊接、切割或加加工中兼容和可互换的燃料设备或模块。
[0010]本实用新型的又一个目的是提供这样一种燃料设备或模块，该燃料设备或模块能够连接至相对低压的气体燃料供应源，例如典型的住宅或商业天然气供应系统。
[0011]本实用新型的再一个目的是提供这样一种使用相对便宜简单和方便使用、制造成本较低并且优选为便携式以便在不同位置使其用途最大化的燃料设备或模块。
[0012]本实用新型的另一个目的是提供这样一种燃料设备或模块，该燃料设备或模块能够直接从易获得的气体燃料源给喷枪或类似喷枪设备、热喷涂设备、燃料电池设备、热去毛刺设备和/或富勒烯制造设备供应燃料，而且能用于在没有气体燃料源可用的偏远位置给先前存在气体燃料的储存罐补充燃料以供后续使用。
[0013]根据本实用新型，燃料模块用于在升高的压力下从相对低压的气体燃料源，例如住宅或商业天然气供应系统，供应气体燃料至喷枪或类似喷枪设备。一种根据本实用新型的示例性的燃料模块优选包括容易与气体燃料源流体连通的入口、用于压缩来自气体燃料源的气体燃料以便增加其压力的压缩机以及选择性和可拆卸地连接至喷枪并且用于选择性地供应压缩的气体燃料至所述喷枪的燃料模块排出系统，所述燃料模块排出设备包括可调调节设备，所述可调调节器设备用于预选式调节供应至喷枪的压缩的气体燃料的压力。优选地，本实用新型的燃料模块还包括第二替代性的燃料模块排出系统，第二替代性的燃料模块排出系统用于选择性地绕过上述可调调节器设备以便将压缩的气体燃料直接从压缩机排出从而达到例如给一个或多个气体燃料储存容器补充燃料的目的。
[0014]根据本实用新型的一个方面，一种用于供应天然气至热喷涂设备的系统，所述天然气来自天然气供应系统，所述天然气供应系统能用于提供低压天然气，所述系统包括:
[0015]系统入口，所述系统入口被配置以与所述天然气供应系统气体连通；
[0016]压缩机，与所述系统入口气体连通，并且能选择性地通电从而压缩来自所述天然气供应系统的所述天然气以增加所述天然气的压力，所述压缩机具有与所述系统入口流体连通的压缩机进气口以及被配置以将压缩的天然气从所述压缩机排出的压缩机排出口；
[0017]润滑油分离器，与所述压缩机排出口连通，并且被配置以从来自所述压缩机排出口的所述压缩的天然气收集润滑油并将所述收集的润滑油返回至所述压缩机进气口 ；
[0018]热交换器，与所述压缩机排出口气体连通，并且被配置以降低从所述压缩机排出口接收的所述压缩的天然气的温度；
[0019]系统出口，与所述热交换器气体连通，并且被配置以与所述热喷涂设备气体连通从而为所述热喷涂设备提供所述压缩的天然气；以及
[0020]油冷却模块，所述油冷却模块被配置以从所述压缩机提取油、冷却所述油、过滤所述油以及将所述油返回至所述压缩机。
[0021]根据本实用新型的另一个方面，一种用于替代地供应天然气至燃料电池和至少一个储存容器的燃料系统，所述天然气来自天然气供应系统，所述天然气供应系统能用于提供低压天然气，所述天然气供应系统包括所述燃料系统，所述燃料系统包括:
[0022]系统入口，所述系统入口被配置以与所述天然气供应系统连接；[0023]压缩机，与所述系统入口连通并且能选择性地通电从而压缩来自所述天然气供应系统的所述天然气以增加其压力，所述压缩机具有与所述系统入口流体连通的压缩机进气口和用于将来自所述压缩机的压缩的天然气排出的压缩机排出口 ；
[0024]润滑油过滤器，与所述压缩机排出口连通，用于从来自所述压缩机排出口的所述压缩的天然气分离和收集润滑油并用于将所述收集的润滑油返回至所述压缩机进气口 ；
[0025]热交换器，与所述压缩机排出口连通，用于降低来自所述压缩机排出口的所述压缩的天然气的温度；
[0026]第一系统出口，所述第一系统选择性和可拆卸地连接至燃料电池并用于将来自所述压缩机的所述压缩的天然气选择性地供应至所述燃料电池，所述第一系统出口包括与所述压缩机排出口连通的可调调节器并能用于预选地调节来自所述压缩机的所述压缩的天然气的压力以在预选调节的燃料模块排出压力下将所述压缩的天然气供应至燃料电池；
[0027]第二系统出口，与所述压缩机排出口连通并选择性和可拆卸地连接至储存容器，所述第二系统出口用于选择性地绕过所述可调调节器并选择性地将来自所述压缩机的所述压缩的天然气供应至储存容器以使所述压缩的天然气不用经过所述可调调节器；
[0028]一个或多个阀，用于将来自所述压缩机的所述压缩的天然气通过所述第一系统出口和第二系统出口的其中一个选择性地排出，所述一个或多个阀包括电磁操作阀和选择开关，所述电磁操作阀在所述第一系统出口和第二系统出口内均至少具有一个，所述选择开关可选择性地通电并用于操作所述电磁阀以同时地打开任意一个所述电磁操作阀而关闭另一个所述电磁操作阀从而将所述压缩的天然气通过所述第一系统出口和第二系统出口中相应的一个选择性地排出；
[0029]预选式可调切断控制器，用于当所述压缩机排出口的天然气达到预选的最大压缩排出压力时自动使所述压缩机断电；以及
[0030]预选式可调安全阀，用于当所述第一系统出口内的所述天然气的压力达到预选的安全压力水平时将所述天然气的一部分从所述第一系统出口返回至所述压缩机进气口，所述预选式调节燃料系统的排出压力被限制在不高于所述预选的安全压力和不高于所述预选的最大压缩排出压力的压力水平。
[0031]本实用新型的燃料模块的各种实施例可包括一个或所有的各种可选的但优选的特征，比如用于过滤燃料模块入口和压缩机进气口之间的气体燃料的过滤器，用于从压缩机排出口的压缩的气体燃料中分离和收集压缩机润滑油的润滑油过滤器，用于将压缩机润滑油返回至压缩机进气口的返回系统，用于降低压缩机排出口的压缩的气体燃料的温度的冷却设备，或者可选择性地操作的阀门系统，所述阀门系统用于选择性地将压缩的气体燃料通过上述可调调节器设备排出或基本上直接从压缩机排出。其他可选的但优选的特征包括用于预先设定最大压缩机排出压力的可调压力切断设备和用于预先设定上述可调调节器设备的压力范围的可调安全阀系统。
[0032]本实用新型的其他目的、优点和特征根据下面的描述和所附的权利要求，结合附图将会变得显而易见。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是根据本实用新型各方面的气体燃料喷枪设备的立体图，包括示例性的连接至喷枪设备用于供应气体燃料的燃料模块。
[0034]图2是类似图1的立体图，但示出了图1的示例性的被连接从而用于给一个或多个气体燃料储存容器补充气体燃料的燃料模块。
[0035]图3是图1的示例性的燃料模块的立体图，其部分外壳被去除以显示其多个内部组件。
[0036]图4是图1的示例性的补充燃料设备的流程图。
[0037]图5是根据本实用新型各方面的气体热喷涂设备的立体图，包括图1的示例性的连接至热喷涂设备用于供应气体燃料的燃料模块。
[0038]图6是根据本实用新型各方面的气体燃料电池设备的立体图，包括图1的示例性的连接至燃料电池设备用于供应气体燃料的燃料模块。
[0039]图7是根据本实用新型各方面的气体燃料电池设备的立体图，包括图1的示例性的连接至热去毛刺设备用于供应气体燃料的燃料模块。
[0040]图8是根据本实用新型各方面的气体燃料电池设备的立体图，包括图1的示例性的连接至富勒烯制造设备用于供应气体燃料的燃料模块。
[0041]图9是根据本实用新型各方面的示例性的油冷却模块的示意图。
[0042]尽管本实用新型易于获得不同的修改和替代形式，具体的实施例已通过在附图中示例的方式示出并将在这里详细描述。然而，应当理解的是本实用新型并不是对公开的具体形式进行限制。相反，本实用新型覆盖落在所附权利要求所限制的本实用新型的精神和范围内的所有修改、等同和替换。
【具体实施方式】
[0043]图1至4示出了根据本实用新型的气体燃料喷枪设备的示例性的实施例，包括在供应气体燃料(例如天然气)至喷枪设备时适用于间隔使用的或者用于可选择地对一个或多个气体燃料储存容器或储存罐补充燃料的示例性的燃料模块。本领域技术人员根据下面的讨论和附图将会很容易认识到，本实用新型的原理除了适用于那些为了达到说明的目的而在附图中示出的外，同样适用于喷枪设备和燃料模块。根据下面的讨论和附图，本实用新型除了适用于为了达到说明的目的而在附图中示出的喷枪供应和储存容器供应的应用外，还适用于各种各样的应用，这也是显而易见的。
[0044]如图1所示，气体燃料喷枪系统10通常包括喷枪组件16、氧气供应设备18和燃料模块20，通过氧气供应管22使氧气供应设备18和喷枪组件16相互连接，以及通过燃料供应管24使燃料模块20和喷枪组件16相互连接。图1所示的喷枪组件16是各种普遍用于切割、焊接或各种热加工中的已知喷枪的典型代表。喷枪组件16通常包括氧气阀26和燃料阀28，氧气阀26和燃料阀28用于可变地调节混合部件30中的燃料-氧气混合物，以便在空气-燃料混合物燃烧时在喷枪端头32产生火焰。尽管在图1中未具体示出，喷枪组件16可优选包括减调器(reducing regulator),减调器用于喷枪的使用者对燃料供应进行微调。
[0045]类似喷枪组件16，氧气供应设备18是各种普遍用于切割、焊接或热加工中的已知氧气供应设备的典型代表。氧气供应设备18通常包括氧气罐40关闭阀42以及用于监测和调节氧气供应压力和流速的氧气调节设备44。[0046]如图1和图2所示，燃料模块20适用于通过燃料供应管24供应气体燃料至喷枪组件16，或替代性和选择性地适用于例如图2所示的其他用途，其中燃料供应管24通过快速连接的喷枪排出接头50可拆卸地连接至燃料模块20。如图2所示，燃料补充管58可拆卸地连接至快速连接的罐排出接头60，快速连接的罐排出接头60用于通过歧管62供应气体燃料至一个或多个储存容器64。通过这样的设置，燃料模块20在没有电源或气体燃料供应源可用的偏远地区也间接用在喷枪设备应用中，从而使得一个或多个储存容器64能够被补充燃料、运输以及用于这些地区的气体燃料供应。应当注意的是，储存容器64优选包括吸着剂(吸附剂或吸收剂)材料，以便增加其气体燃料储存容量。这种储存罐的示例在上述美国专利(通过引用加入本文)中公开了，并且吸着剂材料的示例包括活性炭、沸石材料、硅胶型材料或者各种粘土。
[0047]还应当注意的是，燃料模块20除了用于为了达到说明的目的而在图1-2中所示的喷枪和储存容器补充燃料的应用外，还可用于替代的气体燃料供应的应用。特别地，燃料模块20可适用于通过燃料供应管24或快速连接的罐排出接头60供应气体燃料至热喷涂组件、燃料电池组件、热去毛刺组件或富勒烯制造组件。例如，图5示出了通过燃料供应管24连接至燃料模块20的示例性的热喷涂组件316。此外，例如，热喷涂组件316可通过与所述喷枪组件16类似的方式连接至氧气供应设备18。热喷涂组件316可还包括用于将热喷涂组件316连接至原料或粉末源(未示出)的原料接头330。热喷涂设备还可包括用于接收和燃烧天然气和氧气的燃烧室，以及与燃烧室连通用于输出热气流的燃烧喷嘴。原料接头330有利于原料的注入，原料被热气流熔融，并通过喷射喷嘴将熔融的原料喷射到基材上。作为另一个示例，图6示出了通过燃料供应管24连接至燃料模块20的示例性的燃料电池设备416。燃料电池设备416被配置以除去来自气体供应的碳从而得到能够在产生电能的燃料电池416的化学反应过程中使用的氢源。作为另一个示例，图7示出了通过燃料供应管24连接至燃料模块20和通过管22连接至氧气供应设备18的示例性的热去毛刺组件516。热去毛刺组件516被配置以在加压室517中接纳物体，该加压室517内来自燃料模块20的气体燃料和来自氧气供应设备18的氧气被混合并被点燃(例如通过火花塞)以从物体上去除一个或多个毛刺。在另一个示例中，图8示出了通过燃料供应管24连接至燃料模块20的示例性的富勒烯制造组件616。
[0048]燃料模块20通常包括设有一个或多个通风窗68的外壳66、一个或多个携带手柄70和控制面板72。控制面板72包括用于使燃料模块20通电和断电的主电源开关74和用于预选图1、2、5、6、7和8所示的任一操作模式的选择开关76。控制面板72还包括用于向用户显示主电源开关在“开”的位置的电源指示灯78，用于显示选择图1中所示的喷枪应用、图5中所示的热喷涂应用、图6中所示的燃料电池应用、图7中所示的热去毛刺应用或图8中所示的富勒烯制造应用的指示灯80，和用于显示选择图2中所示的罐的补充燃料或其他这种应用的罐指示灯82。压力调节控制器86也设于控制面板72上，其用于使用户能够选择性地调节图1中所示的喷枪设备应用中、图5中所示的热喷涂组件应用中、图6中所示的燃料电池组件应用中、图7中所示的热去毛刺应用中或图8中所示的富勒烯制造应用中的气体燃料供应压力。控制面板72上设有用于监测喷枪模式下的气体燃料排出压力的压力表或指示器88并且设有类似的罐压力表或指示器90，罐压力表或指示器90用于监测给储存容器补充燃料或其他这种目的的操作模式下的气体燃料排出压力。[0049]为清楚起见以及简化燃料模块20的内部组件的描述，在图1中所示喷枪组件16应用和图2中所示储存容器64应用的上下文中提供关于图3-4的下述描述；然而，应当理解的是，图3-4中燃料模块20的内部组件和气体流动的描述也适用于图5中所示的热喷涂组件应用、图6中所示的燃料电池应用、图7中所示的热去毛刺应用以及图8中所示的富勒烯制造应用。此外，应当理解的是，尽管示出的燃料模块20包括两个不同的操作模式(例如喷枪模式和储存容器模式)，燃料模块20可替代地只包括一种操作模式(即喷枪模式、热喷涂模式、燃料电池模式、热去毛刺模式、富勒烯制造模式或储存容器模式)。
[0050]主要参照图1至图3，燃料模块20的各种内部组件包含在外壳66内并被安装或与底座结构94相互连接。外壳66和底座94优选设计成用于为燃料模块20提供与预期目的一致的合适的耐用性。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，燃料模块20的各种组件和结构配置在确保实用的情况下应该重量轻且尺寸紧凑，以便提供最大的可运输性并且而大大增加燃料模块20的整体效用。在这方面，燃料模块20的一个早期原型构造为约宽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)的整体尺寸和约75磅(34千克)的重量。然而,可以预想的是,商用版的燃料模块20的整体尺寸和重量能被显著减小，而不会显著影响燃料模块20的耐用性、质量和实用性。
[0051]除了另外参照图3外，主要参照图4的示意性流程图，现在将描述燃料模块20的内部组件和操作。用于燃料模块20的气体燃料的最终来源是气体燃料供应系统，在图4中用标号100示意性表示。气体燃料供应系统100几乎可由任何容易获得的气体燃料源组成，但其中最好是由在许多住宅或商业设施中常见的典型的天然气供应系统组成。根据这种天然气供应系统通常提供压力范围为约1/4磅/平方英寸(1.72千帕)至约10磅/平方英寸(69千帕)的天然气，天然气的压力取决于天然气供应系统的位置和供应商，并取决于所提供的这种供应系统是否用于住宅或商业用途。
[0052]燃料模块20包括用于选择性和可拆卸地将入口管104和供应系统100流体连通的快速连接接头102。入口管104优选包括电磁操作的入口阀106、过滤器108和单向止回阀110。过滤器108可包括任何一些适用于特殊气体燃料供应的已知的过滤器设备，但优选包括用于除去气体燃料中的水分或其他不良材料的干燥剂过滤器。尽管可采用各种类型的干燥剂过滤器，一种优选的干燥剂过滤器108使用吸着剂(吸附剂或吸收剂)材料，比如活性炭、沸石材料、硅胶型材料、或者各种粘土。
[0053]优选由天然气组成的气体燃料通过入口管104、三通接头112和上述其他组件供应至压缩机设备116的压缩机进气口 114，该压缩机设备116可选择性地通电以用于压缩气体燃料从而增加其压力。在上述燃料模块20的实际构造原型的实施例中，压缩机116是一种通常用在制冷设备中的气密型气体压缩机。这种压缩机作为非定制品，价格低廉，坚固耐用，并容易获得。当然，本领域的技术人员将容易认识到，可替代使用其它类型的压缩机。然而，优选地，根据下文讨论的预选参数和具体应用的需求，压缩机116将气体燃料的压力通常压缩在大约100磅/平方英寸(689千帕)到大约500磅/平方英寸(3450千帕)的范围内。
[0054]压缩的气体燃料从压缩机排出口 118通过管120被强力输送至压缩机润滑油分离器122。润滑油分离器122可包括多种已知分离器中的任一种或包括适用于从所流经的气流中除去润滑油或液体的过滤器类型的设备中的任一种。优选地，润滑油分离器122为已知的重力式毛细管型分离器并且适用于在压缩机排出气体压力的动力下，将收集的压缩机润滑油通过润滑油返回管188返回至压缩机进气口 114。
[0055]来自润滑油分离器122的压缩的气体燃料优选通过冷凝器或热交换器124被输送从而降低压缩的气体燃料的温度。热交换器124优选包括冷却盘管，由冷却风扇232导流的环境空气经过所述冷却盘管。在上述补充燃料模块20的实际构造原型的实施例中，进入热交换器124的气体燃料(天然气)的温度约140华氏度(60摄氏度)，并且热交换器124出口的天然气温度基本上为环境温度。尽管上述包括空气-气体冷却盘管设备的热交换器124在附图中已经描述，但本领域的技术人员将容易认识到，可替代使用其它类型的热交换器、冷凝器或其他冷却设备，以降低来自压缩机116的压缩机排出口 118的压缩的气体燃料的温度。
[0056]来自热交换器124的压缩和冷却的气体燃料通过管126被输送至三通接头129，在该三通接头129处压缩的气体燃料随后可通过两个替代的燃料模块排出系统的任一个从燃料模块20排出，图1和图2所示的。在第一燃料模块排出系统中，压缩的气体燃料优选从三通接头129通过电磁操作的喷枪阀130、第一排出管132和三通接头134被输送至可调调节器136。可调调节器136可包括多种可普遍获得并且能用于预选择地调节所流经的气体压力的可调调节器设备的任一种。可调调节器136通过控制面板72上的上述压力调节控制器86选择性地操作，以便将气体燃料通过单向止回阀140在预选式调节的排出压力下经喷枪排出接头50预选择性地排出。
[0057]燃料模块20还优选包括可调安全阀184，可调安全阀184通过三通接头134与可调调节器136的入口侧流体连通以便选择性地预先设定可调调节器设备136的压力范围。由于压缩机116通常为恒定速度、恒定输出的压缩机，无论是否当通电时它都排出基本上持续和恒定的压缩的气体燃料量。因此，压缩机116的输出容量的任何多余部分必须通过安全阀184和气体返回管186返回至压缩机进气口 114，其中气体返回管186通过三通接头112与压缩机进气口 114流体连通。
[0058]由于上述可调安全阀的设置，燃料模块20可通过安全阀184的调节选择性地预先设定由第一燃料模块排出系统排出的气体燃料的最大气体燃料排出压力，通过可调调节器设备136的操作，所述最大气体燃料排出压力不会被超过。因此燃料模块20中上述特征的提供使得用于喷枪操作模式的燃料模块排出压力能够无限预选式地调节或改变，在可调调节器设备136和安全阀184的调节范围内以及在压缩机116的最大排出容量内无限可调。为了允许燃料模块用户能够监测喷枪操作模式中所供应的气体燃料的压力，在可调调节器设备136的出口侧设有三通接头138，三通接头138通过管162与上述的喷枪压力指示器88流体连通。
[0059]虽然上文的描述涉及“喷枪操作模式”，燃料模块可以类似的方式被使用以将改变的气体源连接和供应至热喷涂组件316 (例如图5所示)、燃料电池组件416 (例如图6所示)、热去毛刺组件516 (例如图7所示)和/或富勒烯制造组件616 (例如图8所示)。在这种背景下，“喷枪模式”也可被称为“热喷涂操作模式”、“燃料电池操作模式”、“热去毛刺操作模式”或“富勒烯制造操作模式”。
[0060]对于燃料模块20的可供选择的替代的操作模式，例如对于为了达到说明的目的而在图2中示出的储存容器补充燃料，三通接头129还通过第二排出管152和优选电磁操作的罐阀154连接至第二燃料模块排出系统。第二燃料模块排出系统中的压缩的气体燃料通过单向止回阀156、第二排出管158和三通接头160直接从罐阀154输送至上述的罐排出接头60。显然如图4所示，第二燃料模块排出系统供应压缩的气体燃料至罐排出接头60，而未经过第一燃料模块排出系统的可调调节器设备136。这是因为罐补充燃料过程中所需的排出压力低于预先设定的最大水平，从而避免罐超压。为了允许操作员观察通过罐排出接头60排出的压缩气体燃料的压力，从而例如允许用户监测补充燃料的操作，管164与上述的三通接头160以及控制面板72上的上述的罐压力指示器90流体连通。
[0061]为了提供预先设定的最大压缩机排出压力，以及提供系统故障时的失效保护功能，燃料模块20还优选包括位于第二排出管152处的三通接头177，三通接头177通过压缩机控制管178与压力切断控制器设备180流体连通。压力切断设备180预选和可调节地预先设定最大整体压缩机排出压力，以及如下面更详细地描述的，能够通过将压力切断设备180和压缩机116的驱动电机(未示出)相互连接的控制管182使压缩机116断电。压力切断设备180能够可调节地预先设定，从而提供通过任一燃料模块排出系统的气体燃料排出压力的上限值，以及在下游管或软管破裂或其他需要或期望压缩机断电的各种故障的情况下提供压缩机116的自动关闭。优选地，一个压力切断控制器180使压缩机116断电后，能够仅通过手动复位程序复位以恢复操作，以便促使用户查明压缩机断电的原因和在恢复操作前修正任何故障。
[0062]为了提供上述的各种功能和特征，燃料模块20包括电源和图4所示的用于通电、断电和控制不同组件的控制系统。燃料模块20优选电力供电并通过常规的电接头202与常规的外部电源200可拆卸地连接。电能通过输电线(electrical supply line) 204输送至上述的主电源开关74，其中该主电源开关74可选择性地在“开”或“关”的任何一个位置进行操作。
[0063]当主电源开关74位于“开”的位置时，电能通过馈电线(electrical feed line)206和电源指示器馈线(feed line) 210输送至控制面板72上的上述电源指示灯78，从而为操作员提供燃料模块20通电的指示。电能还通过主电源开关74、馈电线206和选择开关馈线208供应至上述选择开关76，这将在下文更详细地被描述。主电源开关74也是用于通过其他馈电线218和220以及压缩机馈线222供应电能至用于压缩机116的驱动电机(未示出)的媒介，从而使得压缩机116能够通过主电源开关74选择性地通电和断电。馈电线218还分支为入口的电磁馈线224，以便使入口的电磁操作器226通电从而在系统通电时打开入口阀106，或在系统断电时关闭入口阀106。
[0064]还提供有用于从主电源开关74供应电能至热交换器风扇232的风扇电机230的风扇电机馈线228。因此，通过操作主电源开关74，除选择开关76和电源指示灯78之外，操作器116、风扇电机230和风扇232以及电磁操作的入口阀106都被通电和断电。
[0065]一旦燃料模块已20通电从而使得选择器开关76通电，选择开关76可选择性地调到所谓的“喷枪”位置从而通过第一电控制线174使喷枪阀130上的第一电磁操作器170通电。类似的，如果选择开关76移动至所谓的“罐”位置，第二电磁操作器172通过第二电控制线176通电从而打开上述电磁操作的罐阀154。因此，当选择开关76移动至所谓的“喷枪”位置时，电磁操作器170通电以打开喷枪阀130，并且基本上同时电磁操作器172断电从而关闭罐阀154。相反，当选择开关移动至所谓的“罐”位置，电磁操作器172通电以打开罐阀154，并且基本上同时电磁操作器170断电以关闭喷枪阀130。通过这样的设置，燃料模块20可用于通过第一燃料模块排出系统排出压缩的气体燃料(优选天然气)达到罐操作的目的，或者通过第二燃料模块排出系统达到储存容器补充燃料或其他这种应用的目的。
[0066]为了向用户提供是否已经选择“喷枪”或“罐”模式的指示，喷枪指示器馈电线214相互电连接以从第一电控制线174供电至喷枪指示灯80。类似的，罐指示器馈电线212在第二电控制线176和罐指示灯82之间供电。
[0067]针对用于图1所示的喷枪组件16或图2所示的储存容器64的期望操作模式，通过从燃料模块20的适当互连开始对燃料模块20的操作进行简单概括的描述。燃料模块20可然后通过快速连接接头102与气体燃料供应系统100相互连接，随后通过电接头202与电源200相互电连接。
[0068]当主电源开关74移动至“开”的位置时，电源指示灯78、选择开关76、压缩机116、风扇电机230和入口的电磁操作器226都通电，从而打开与气体燃料供应系统100的流体连通以及开启燃料模块20。根据选择开关76的哪个位置被选择，合适的喷枪指示灯80或罐指示灯82也通电和点亮。
[0069]当主电源开关74移动至“开”的位置，以及选择开关76被移动至“喷枪”模式的位置时，喷枪阀130打开，同时罐阀154关闭。这种情况使得压缩的气体燃料通过第一燃料模块排出系统被供应至喷枪组件16，同时排出压力通过可调调节器136和其喷枪压力调节控制器86被选择性地调节和控制。如上所述，这种排出压力的调节可通过优选的可手动调节的安全阀184在第一燃料模块排出系统上预先设定的极值内实现。
[0070]类似地，当选择开关76移动至“罐”的位置时，罐阀154打开，并且喷枪阀130基本上同时关闭，从而将压缩的气体燃料通过第二燃料模块排出系统基本上直接排至储存容器64或用于其他使用燃料的应用。如上所述，任一上述操作模式中的燃料模块排出压力最终通过优选手动可调节的压力切断设备180的所选的预先设定的最大压缩机排出压力设定值控制。
[0071]相反，当主电源开关74移动至“关”的位置时，上述组件断电从而关闭整个燃料模块20。关于这一点，需要注意的是，由于没有为压缩的天然气提供内部存储设备，压缩的天然气会保留在燃料模块20内。该特征通过在非使用期间基本上避免了加压的气体燃料的积聚而显著增加了燃料模块20的安全性。
[0072]为了提供用于示例性的燃料模块20的合适部件的示例，设置了下表，其中燃料模块20的多个主要部件通过未注册的信息识别或通过供应商或其他相关产品信息识别，在有供应商或其他相关产品信息的情况下会有适当的商号或商标。应当强调的是，下面提供的信息仅仅是示例性的，并且本领域的技术人员将容易认识到，也可使用各种等效的或替代的组件。
部件标号说明_
50_黄铜CGA (CompressedGasAssociation,美国压缩燃气协会)软管适配器/接头_
60 _“Swagelok”SS-QC4-B-4PF 凹形(Female)、单端、关闭(shut-off)的快速接头_
7615 安、115 伏、DPDT (DoublePoleDoubleThrow,双刀双掷)选择开关
88 一“Wika”lll.10、21/2 英寸、O-30 镑 / 平方英寸、CBM/U-C 压力表
106 一“Wika” 111.10,21/2 英寸、O-400 镑 / 平方英寸、CBM/U-C 压力表
108 -填充干燥剂的水气分离器/过滤器组件
116 “Copeland” JRL4-0050-1AA焊接的封闭式压缩机_
122 P AC & R组件” S-5580油分离器124 I热交换器，双列，575镑/平方英寸，W.P.—
130 一 “Valcor ” SV-12，常闭电磁阀，阀口 直径 1/4 英寸，115V，60Hz
136 “Tescom”手动加载减压调节器，0-50镑/平方英寸出口_
140 一“Nupro”4CP直通止回阀
184 _“Nupro”4CPA可调直通安全阀_
230 |“Steveco” 风扇电机组件 9W-COW, 115V,60Hz
[0073]正如上面所解释的，燃料模块20可用于可替换的气体燃料供应应用，例如热喷涂组件316 (如图5所示)和/或燃料电池组件416 (如图6所示)。一些气体燃料供应应用涉及气体燃料的相对高的压力输出。例如，热喷涂组件316可能需要气体燃料的压力高达约150磅/平方英寸(1135.54千帕)或更高。其他气体燃料供应应用可能需要气体燃料以相当高的压力输入燃料模块20 (例如高于约10磅/平方英寸(170.27千帕))。还有其他气体燃料供应应用可能需要燃料模块20持续运行相当长的时间。已经发现的是，当燃料模块20被操作以在相当高的输出压力下提供气体燃料时，在相当高的压力下(例如约10磅/平方英寸(170.27千帕)至约15磅/平方英寸(204.75千帕)的范围内)从源头接收气体或者当燃料模块20持续运行相当长的时间时，燃料模块20可能产生过多的热量。在这种情况下，燃料模块20可能损坏，或者如果使用热保护设备(例如断路器或安全阀)，燃料模块20可能会停止操作直到燃料模块20冷却。
[0074]为解决这些问题，可提供油冷却模块700来提取、冷却、过滤和将油返回至压缩机116。参照图9，示出了示例性的油冷却模块700的方框图。油冷却模块700包括油输入端710、循环泵712、冷却设备714、油过滤器716和油输出端718。循环泵712被配置以从压缩机116提取油，进而导致通过油输入端710使油经过冷却设备714。冷却设备714可包括任何适用于降低油温的设备。作为非限制性的实施例，冷却设备可包括冷却散热器、帕尔帖(Peltier)设备、水基系统、冷却风扇、它们的组合和/或类似设备。因此，当油经过冷却设备714，油温降低。油直接从冷却设备714输送至油过滤器716。油过滤器716被配置以通过捕获可能损坏压缩机116的污染物来清理油。冷却和过滤的油随后通过油输出端718从油过滤器716返回至压缩机116。
[0075]根据一些实施例，油冷却模块700可设于燃料模块20的外壳66内。根据其他实施例，油冷却模块700可设在与燃料模块20的外壳66分离且区分的不同外壳720内。在设有不同外壳720的实施例中，可以设想的是，油冷却模块700的油输入端710和油输出端718可包括设于油冷却模块700的外壳720外部的阀或接头，从而软管(或其他类似设备)可连接至油冷却模块700上的阀或接头以及连接至设置在燃料模块20的外壳66外部的类似阀或接头。
[0076]有利地，当燃料模块20和油冷却模块700配合操作时，由于改良了温度控制和过滤，压缩机116的寿命被延长。此外，如上面所解释的，通过降低油温，压缩机116可在降低的温度下操作，这使得燃料模块20能够更缜密地运行。更具体地，油冷却模块700使得燃料模块20能够在更大的输入/输出气压下和更长的持续时间下运行(比起如果省略油冷却模块)。例如，在没有油冷却模块(如本文所述的油冷却模块700)的情况下，家燃料模块20可能不能在天然气源供应压力约15磅/平方英寸(204.75千帕)天然气的情况下有效地运行。
[0077]这些实施例的每个以及它们的明显改变被认为落在权利要求中阐明的所要求保护的本实用新型的精神和范围内。此外，本实用新型构思明确包括前述元素和各方面的所 有组合和子组合。
【权利要求】
1.一种用于供应天然气至热喷涂设备的系统，所述天然气来自天然气供应系统，所述天然气供应系统能用于提供低压天然气，其特征在于，所述系统包括: 系统入口，所述系统入口被配置以与所述天然气供应系统气体连通； 压缩机，与所述系统入口气体连通，并且能选择性地通电从而压缩来自所述天然气供应系统的所述天然气以增加所述天然气的压力，所述压缩机具有与所述系统入口流体连通的压缩机进气口以及被配置以将压缩的天然气从所述压缩机排出的压缩机排出口； 润滑油分离器，与所述压缩机排出口连通，并且被配置以从来自所述压缩机排出口的所述压缩的天然气收集润滑油并将所述收集的润滑油返回至所述压缩机进气口； 热交换器，与所述压缩机排出口气体连通，并且被配置以降低从所述压缩机排出口接收的所述压缩的天然气的温度； 系统出口，与所述热交换器气体连通，并且被配置以与所述热喷涂设备气体连通从而为所述热喷涂设备提供所述压缩的天然气；以及 油冷却模块，所述油冷却模块被配置以从所述压缩机提取油、冷却所述油、过滤所述油以及将所述油返回至所述压缩机。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述热交换器和所述系统出口气体连通的可调调节器组件，所述可调调节器被配置以控制所述天然气的所述压力增量从而使得所述天然气的排出压力被预选地调节。
3.根据权利要求1至2任一项所述的系统，其特征在于，所述油冷却模块包括: 油输入端，与所述压缩机流体连通从而从所述压缩机接收所述油；· 泵，与所述油输入端流体连通，所述泵被配置以从所述压缩机提取所述油； 油冷却设备，与所述泵流体连通，所述油冷却设备被配置以降低所述油的温度； 油过滤器，与所述冷却设备流体连通，所述油过滤器被配置以从所述油中除去一种或多种污染物；以及 油输出端，与所述油过滤器流体连通并进而与所述压缩机流体连通从而将所述油返回至所述压缩机。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述预选调节的排出压力高于或等于150磅/平方英寸。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述天然气供应设备内的所述天然气的压力在1.72千帕至204.75千帕的范围内，所述压缩机将所述天然气的压力增加到低于3450千帕。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述天然气供应设备内的所述天然气的压力在170.27千帕至204.75千帕的范围内。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括热去毛刺设备。
8.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述油冷却设备为散热器。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括外壳，其中至少所述压缩机、所述润滑油分离器和所述热交换器设于所述外壳内。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述油冷却模块也设于所述外壳内。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与所述外壳分离的另一外壳，其中所述油冷却模块设于所述另一外壳内。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括切断控制器设备，所述切断控制器设备被配置以预选和可调节地预选最大压缩机排出压力并且被配置以当来自所述压缩机排出口的天然气达到所述预选的最大压缩排出压力时使所述压缩机自动断电。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述系统还包括预选式可调安全阀，所述预选式可调安全阀用于当所述系统出口内的所述天然气的压力达到预选的安全压力水平时将所述天然气的一部分从所述系统出口返回至所述压缩机进气口，所述预选调节的排出压力被限制在不高于所述预选的安全压力和不高于所述预选的最大压缩排出压力的压力水平。
14.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括所述热喷涂设备，其中所述热喷涂设备包括: 氧气源，所述氧气源被配置以供应氧气； 燃烧室，所述燃烧室被配置以接收和燃烧压力为所述预选调节的排出压力的所述天然气和所述氧气； 燃烧喷嘴，与所述燃烧室连通并且被配置以输出热气流； 原料供应设备，所述原料供应设备被配置以将粉末原料注入所述热气流进行熔融；以及 喷射喷嘴，所述喷射喷嘴被配置以将熔融的原料喷射到基材上。
15.一种用于替代地供应天然气至燃料电池和至少一个储存容器的燃料系统，所述天然气来自天然气供应系统，所述天然气供应系统能用于提供低压天然气，所述天然气供应系统包括所述燃 料系统，其特征在于，所述燃料系统包括: 系统入口，所述系统入口被配置以与所述天然气供应系统连接； 压缩机，与所述系统入口连通并且能选择性地通电从而压缩来自所述天然气供应系统的所述天然气以增加其压力，所述压缩机具有与所述系统入口流体连通的压缩机进气口和用于将来自所述压缩机的压缩的天然气排出的压缩机排出口； 润滑油过滤器，与所述压缩机排出口连通，用于从来自所述压缩机排出口的所述压缩的天然气分离和收集润滑油并用于将所述收集的润滑油返回至所述压缩机进气口 ； 热交换器，与所述压缩机排出口连通，用于降低来自所述压缩机排出口的所述压缩的天然气的温度； 第一系统出口，所述第一系统选择性和可拆卸地连接至燃料电池并用于将来自所述压缩机的所述压缩的天然气选择性地供应至所述燃料电池，所述第一系统出口包括与所述压缩机排出口连通的可调调节器并能用于预选地调节来自所述压缩机的所述压缩的天然气的压力以在预选调节的燃料模块排出压力下将所述压缩的天然气供应至燃料电池； 第二系统出口，与所述压缩机排出口连通并选择性和可拆卸地连接至储存容器，所述第二系统出口用于选择性地绕过所述可调调节器并选择性地将来自所述压缩机的所述压缩的天然气供应至储存容器以使所述压缩的天然气不用经过所述可调调节器； 一个或多个阀，用于将来自所述压缩机的所述压缩的天然气通过所述第一系统出口和第二系统出口的其中一个选择性地排出，所述一个或多个阀包括电磁操作阀和选择开关，所述电磁操作阀在所述第一系统出口和第二系统出口内均至少具有一个，所述选择开关可选择性地通电并用于操作所述电磁阀以同时地打开任意一个所述电磁操作阀而关闭另一个所述电磁操作阀从而将所述压缩的天然气通过所述第一系统出口和第二系统出口中相应的一个选择性地排出； 预选式可调切断控制器，用于当所述压缩机排出口的天然气达到预选的最大压缩排出压力时自动使所述压缩机断电；以及 预选式可调安全阀，用于当所述第一系统出口内的所述天然气的压力达到预选的安全压力水平时将所述天然气的一部分从所述第一系统出口返回至所述压缩机进气口，所述预选式调节燃料系统的排出压力被限制在不高于所述预选的安全压力和不高于所述预选的最大压缩排出压力的压力水平。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述系统还包括油冷却模块，所述油冷却模块被配置以从所述压缩机提取油、冷却所述油、过滤所述油和将所述油返回至所述压缩机。
17.根据权利要求16所述的系统，其特征在于，所述油冷却模块包括: 油输入端，与所述压缩机流体连通，用于从所述压缩机接收所述油； 泵，与所述油输入端流体连通，所述泵被配置以从所述压缩机提取所述油； 油冷却设备，与所述泵流体连通，所述油冷却设备被配置以降低所述油的温度； 油过滤器，与所述冷却设备流体连通，所述油过滤器被配置以从所述油中除去一种或多种污染物；以及 油输出端，与所述油过滤器流体连通，进而与所述压缩机流体连通从而将所述油返回至所述压缩机。
18.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述天然气供应设备内的所述天然气的压力在1.72千帕至204.75千帕的范围内，所述压缩机将所述天然气的压力增加到低于3450千帕。
19.根据权利要求18所述的系统，其特征在于，所述天然气供应设备内的所述天然气的压力在170.27千帕至204.75千帕的范围内。
20.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述系统还包括热去毛刺设备。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征在于，所述系统还包括与热去毛刺设备连接的氧气供应设备，热去毛刺设备进而连接至所述第一系统出口，热去毛刺设备包括密封室，密封室被配置以被加压并且接收具有至少一个毛刺的物体。
22.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述系统还包括连接至第一系统出口的富勒烯制造设备。
【文档编号】F23K5/00GK203560717SQ201320197092
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年4月18日 优先权日:2013年4月18日
【发明者】大卫·理查德 申请人:气体科技能源概念公司