近场无线供电电磁阀的制作方法
【专利摘要】一种电磁阀组件，其包括被管装在危险环境中的过程控制阀；与该阀配合并被配置成操作该阀的电磁线圈，该电磁线圈位于该危险环境中；被配置成接收供电并将电力传送至电磁线圈从而操作该阀的阀线圈，该阀线圈位于该危险环境中；以及，被配置成向该阀线圈传输电力的控制器线圈，该控制器线圈位于该危险环境中。
【专利说明】近场无线供电电磁阀
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本国际专利申请要求提交于2011年6月6日的第13/153，926号美国申请的优先权。
【技术领域】
[0003]本文所揭示和教导的发明一般地涉及电磁操作的阀；更具体地，涉及可在危险或敏感的环境中使用的电磁操作的阀。
【背景技术】
[0004]第20080245422号美国专利申请揭示了一种“流体传递设备，其包括位于隔离物(barrier)的第一侧面上的流体出口，以及位于该隔离物第二侧面上的至少一个电动部件。该设备还包括无线供电传送装置，以向该电动部件供电”。
[0005]本文所揭示和教导的发明涉及一种改进的系统，用于在危险或敏感的环境下操作电磁阀。
【发明内容】
[0006]本发明中的阀组件可被安装成将电磁操作的过程控制阀管装(plumbing)在危险环境中；并且将该阀组件配线连接(wiring)至该危险环境外面的控制器上，该阀组件的部件被配置成能够无线地传达数据信号和/或供电。这种配置允许从危险环境中移除过程控制阀，而不断开控制器或者停止(inhibit)对该控制器的供电。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1示出了使用本发明一些的方面的阀组件的具体实施例的简化框图；
[0008]图2示出了图1中的阀组件的一些部件的简化示意图；
[0009]图3示出了图1中的阀组件的一些部件的备选实施例的简化示意图；
[0010]图4示出了使用本发明的一些方面的阀组件的备选的特定实施例的简化框图；
[0011]图5示出了图4中阀组件的一些部件的简化示意图。
【具体实施方式】
[0012]以上所说明的附图以及以下具体结构和功能的文字说明并不限制 申请人:所发明的范围或随附的权利要求书的保护范围。而是，这些附图和文字说明仅被提供用于教导本领域技术人员来制造和使用所要求专利保护的本发明。本领域技术人员将认识到，为了清楚和有利于理解，并未说明或示出本发明的商业实施例的所有特征。本领域技术人员还将认识到结合本发明的各方面的实际商业实施例的发展将需要许多具体的实现策略，以实现研发人员对于该商业实施例的最终目标。这样的具体实现策略可包括，并很可能并不限于，符合系统相关的、公司相关的、政府相关的，以及其它约束，其可根据具体的实现、地点以及随时间变化而变化。虽然研发者的努力在绝对意义上可能是很复杂且耗时的，然而，这样的努力就是那些从本揭示内容中受益的本领域技术人员日常例行的。必须理解的是，本文所揭示和教导的发明可具有许多不同的变体和备选形式。最后，例如，但不限于“一个”的单数形式的术语的使用并不旨在限制目标的数量。而且，例如但不限于“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“上部”、“下部”、“向下”、“向上”、“侧面”等的相互关系术语，特别是参考附图时，是为了清楚而在文字说明中被使用的，而并不旨在限制本发明或所附权利要求书的范围。
[0013] 申请人:提出了一种阀组件，其可被安装成将电磁操作的过程控制法管装在危险环境中；并且将该阀组件配线连接至该危险环境外面的控制器，使得该阀组件的部件被配置成能够无线地交换数据信号和/或供电。这种配置能够从危险环境中移除该过程控制阀，而不断开控制器或否则阻止对该控制其的供电。
[0014]图1示出了使用了本发明的一些方面的阀组件10。该阀组件10优选地跨过隔离物12。当被用于将危险环境14与安全环境16分离开时，例如当阀组件10被用于精炼厂、化学车间等时，隔离物12优选地为水汽密封的。更具体地，在这些情况下，隔离物12优选地将液体和/或危险气体容纳在危险环境14中，或否则防止液体和/或危险气体从危险环境14传输至安全环境16中。正如将更加详细地说明的，本发明的阀组件10完全起到通过隔离物的功能，而在隔离物上不需要任何穿透，诸如传统使用配线来控制现有技术的阀。
[0015]本发明的阀组件10可被用于选择性地控制，诸如，在过程控制管件或管道18中的液体或气体的流动。这样的管道18通常被用于控制生产或精炼过程，并可容纳危险液体和/或气体。在一些情况下，管道18可容纳惰性液体和/或气体，但也可在其它危险的、高压的和/或对环境敏感的环境中操作。
[0016]为了选择性地控制液体或气体的流动，阀组件10优选地包括控制阀20，管道18在正常情况下将被管装至该控制阀20上。因为管道18通常被用在危险环境14中，阀也是在危险环境14中典型地管装至管道18。为了控制阀20，阀组件10优选地包括阀驱动器22。正如将在下面更加详细地说明的，阀驱动器22优选地通过控制器驱动器24来通电，该控制器驱动器24优选地被定位在隔离物12的相反侧，诸如，第二环境或安全环境16中。控制器驱动器24可包括，或者可简单地被用于与控制器26的连接，诸如可编程逻辑控制器(PLC)或其它工业用过程控制系统。更具体地，该控制器驱动器24优选地被电气耦接至控制器26，例如，通过配线28，和/或与控制器26集成。控制器驱动器24可由，或通过，控制器26供电，或者可从单独的电源独立供电。
[0017]同样参考图2，在一个优选的实施例中，阀驱动器22包括电磁线圈30，电磁线圈30在通电时生成场，以选择性地操作阀20。当然，阀20可为正常关闭的阀，以便对电磁线圈30通电来打开阀20，或者正常打开阀，以便对电磁线圈30通电来关闭阀20。
[0018]在该优选实施例中，电磁线圈30由整流器32供电，该整流器32由阀线圈34供电。控制器线圈36，穿过隔离物12，在阀线圈34中选择性地感生出电流。控制器26通过变换器38选择性地使控制器线圈36通电。
[0019]在过程控制应用中普遍采用的典型的电磁线圈正常工作在直流电流(DC)下。类似地，典型的PLC和其它工业用工程控制系统也工作在DC下。但是，为了在控制器线圈36和阀线圈34之间，穿过隔离物12，实现电感性耦接，则需要交流电流。因此，本发明的阀组件10采用变换器38，以在要对阀18进行操作时将从控制器26接收到的DC变换成AC，用于在控制器线圈36和阀线圈34之间，穿过隔离物12，进行电感性耦接。本发明的阀组件10还优选地采用整流器32，将从阀线圈34接收的AC整流成DC，然后将该DC提供给电磁线圈30，以选择性地操作阀20。
[0020]在备选的实施例中，控制器26可使用AC产生控制信号，然后其可更为直接地供给控制器线圈36，从而潜在地消除了变换器38。此外，或备选地，电磁线圈30可被配置成使用AC来选择性地操作阀20，从而潜在消除了整流器32。
[0021 ] 同样参考图3，阀组件10可包括可对控制器26或整个过程控制系统有用的传感器和逻辑器件。例如，阀驱动器22可包括微处理器40以及一个或多个传感器，诸如，位置传感器42、温度传感器44和/或流速传感器46。位置传感器42可指示阀20的位置，诸如，该阀20是在打开、关闭还是在转换。温度传感器44可指示阀20、管道18和/或流过该阀20或管道18的过程控制液体或气体的温度。流速传感器46可指示正在流过该阀20或管道18的过程控制液体或气体的速度。当然，可使用流速传感器46来替换位置传感器42，因为流速信息也会指示阀20的位置。
[0022]在任何情况下，微处理器40可监控传感器并产生数据信号，数据信号指示来自传感器的输入，并将该数据信号通过阀线圈34和控制器线圈36发送回控制器驱动器24。例如，微处理器40可将数据信号生成为高频脉冲序列，并将该数据信号叠加到阀线圈34的AC上，并且这样做将该数据信号电感耦合至控制器线圈36上，在此该数据信号可被传送至控制器26。例如，控制器26可被直接连接至控制器线圈36，或者变换器38可被配置成将该数据信号传给控制器26。
[0023]同样参考图4和图5，控制器驱动器24也可被置于危险环境14中。在这种情况下，将需要针对环境14来设定与控制器26的配线连接28和/或与控制器26的集成。因为在配线连接28和阀20之间将没有物理连接，所以阀20将仍然是可移除的，而无需将控制器驱动器24与其电源和/或控制器26断开。
[0024]由此可见，本发明针对在危险环境和/或需要更好地与湿气或其它物质进行隔离的环境中连接电磁阀的问题提供了更好的方案。在这些环境中使用电磁阀的典型安装需要通过带螺纹的刚性导体，或排除可能渗透电气连接或损坏电气连接或构成着火隐患的潜在爆炸性气体、大量的湿气或水分，或者高压液体的其它方式，而将电磁管的线圈连接至供电系统。在这些安装中对这些阀进行维修在当前是很困难的，这是因为维修中需要进行大量的拆装来移除阀。在危险环境情况下，在拆卸设备之前需要关断该区域的电源。
[0025]本发明通过消除所有与电磁线圈30的直接电气连接，并将其替换为近场高频振荡电感耦合来为电磁线圈30供电，解决了这个问题。该技术包括通过以高频AC信号操作的一对线圈关断电源或控制器驱动器24到阀驱动器22的耦合。控制器线圈36被定位成靠近隔离物12，与伴随阀线圈34位于隔离物12的同一侧或相反侧，该伴随阀线圈34优选地位于容纳有电磁线圈30的阀驱动器22中。用于操作阀20的电能不通过任何直接的、有线的连接至电源来供给。供电可通过有线或无线连接跨越隔离物12传送。但是，由于不存在直接的、有线的电气连接至操作阀20的电磁线圈30，目前阀组件10可被更加有效地密封，并且诸如阀20的独立部件可被选择性地移除，而不断开电源，不必担心产生点火源或打开通向危险环境14的电路，或配线28。这种设施易于维修和更换，并且简化了阀组件10和/或其独立部件的安装。[0026]使用以上所说明的发明中的一个或多个方面可出现其它的以及进一步的实施例，而不背离本 申请人:的发明的精神。而且，本发明的不同的方法和实施例可在彼此结合中被包括，以产生所揭示的方法和实施例的变形。对单个元件的描述可包括多个的元件，且反之亦然。
[0027]除非另外具体限定，否则步骤的顺序可以不同的排列出现。在本文中说明的各种步骤可与其它步骤相结合、插入规定步骤，和/或分裂成多个步骤。相似地，这些元件已经在功能上进行了说明，并可作为分别的部件进行整合，或可被合并到具有多种功能的部件中。
[0028]本发明已经在优选的及其它的实施例上下文中进行了说明，但并非已经说明了本发明的每一种实施例。对于那些本领域普通技术人员来说还有对已说明的实施例的明显变体和备选。已揭示的和未揭示的实施例并不限制或约束 申请人:所构想的本发明的范围或应用，而是，依据专利法， 申请人:意图全面地保护落入所附权利要求书的等价物的范围或程度中的所有这样的变体和改进。
【权利要求】
1.一种方法，包括: 将过程控制阀组件管装在危险环境中，所述组件包括电磁操作的阀； 向所述控制阀组件供电； 移除所述电磁操作的阀，而不断开对所述控制阀组件的供电。
2.如权利要求1所述的方法，其中，管装所述控制阀组件包括以物理方式将所述控制阀组件管装至所述危险环境里面的管道。
3.如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述控制阀组件配线连接至所述危险环境外面的控制器。
4.如权利要求3所述的方法，其中，移除所述电磁操作的阀包括，从所述危险环境中移除所述电磁操作的阀，而不断开与所述控制器的所述配线连接。
5.如权利要求1所述的方法，其中，移除所述电磁操作的阀包括，从所述危险环境中移除所述阀，而不停止对所述控制器的供电。
6.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤: 将阀线圈定位成与所述危险环境的隔离物相邻并且在所述危险环境里面；以及 将控制器线圈定位成与所述隔离物相邻，在所述危险环境外面，并且相对于所述阀线圈位于所述隔离物的相反侧。
7.如权利要求6所述的方法，进一步包括使所述控制器线圈通电，从而在所述阀线圈中感生电流，从而打开所述阀。
8.如权利要求6所述的方法，进一步包括使所述控制器线圈通电，从而在所述阀线圈中感生电流，从而关闭所述阀。
9.如权利要求1所述的方法，进一步包括以下步骤: 将阀线圈定位在所述危险环境里面，所述阀线圈被配线连接至所述电磁线圈；以及 将所述控制器线圈定位成与所述阀线圈相邻，并且在所述危险环境里面，所述控制器线圈被配线连接至所述控制器。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包括，使所述控制器线圈通电，从而在所述阀线圈中感生电流，从而操作所述阀。
11.一种过程控制阀组件，包括: 过程控制阀，其被管装在受控环境中； 电磁线圈，其与所述阀配合，并被配置成操作所述阀，所述电磁线圈被置于所述受控环境中； 阀线圈，其被配置成接收电力并将电力传送至所述电磁线圈，从而操作所述阀，所述电磁线圈被置于所述受控环境中；以及 控制器线圈，其被配置成将电力发送至所述阀线圈，所述控制器线圈被配线连接至控制器，所述控制器被置于所述受控环境以外的第二环境中。
12.如权利要求11所述的阀组件，进一步包括在所述阀线圈和所述控制器线圈之间的隔离物。
13.如权利要求11所述的阀组件，进一步包括在所述控制器线圈和所述控制器之间的隔离物。
14.如权利要求12所述的阀组件，其中，所述过程控制阀被配置成，能够在不断开所述控制器线圈和所述控制器的情况下被移除。
15.如权利要求11所述的阀组件，进一步包括控制器驱动器，其被连接至所述控制器线圈，并被配置成将直流信号变换成交流信号，用于无线传输至所述阀线圈。
16.如权利要求15所述的阀组件，进一步包括阀驱动器，其被连接至所述阀线圈，并被配置成整流从所述控制器线圈接收的所述交流信号，从而使所述电磁线圈通电，以操作所述阀。
17.如权利要求16所述的阀组件，其中，所述阀驱动器也被配置成将数据信号无线发送至所述控制器驱动器。
18.如权利要求17所述的阀组件，其中，所述数据信号包括所述阀的位置。
19.如权利要求17所述的阀组件，其中，所述数据信号包括所述阀的温度。
20.如权利要求17所述的阀组件，其中，所述数据信号包括通过所述阀的流速。
【文档编号】F16K31/06GK103732963SQ201280027835
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年5月18日 优先权日:2011年6月6日
【发明者】J.J.哈勒 申请人:自动开关公司