专利名称：家用天然气自动稳压贮存装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及气体的贮存压缩技术，特别涉及家庭中对天然气进行稳压贮存的装置。
背景技术：
管道天然气的使用，给人们的生活带来了方便。但管道压力不稳，也给用户带来烦恼，特别是用气高峰时间，问题更加严重。为了解决管道天然气压力不稳的问题，现有技术通常采用如下几种方案1.根据机械工业出版社2002年6月出版的，李公藩编著的《燃气工程便携手则》，第433～451页的内容可知工业上有储气柜储存，管道储存，管束储存，地下储存和液化储存等方法，但是这几种方法只能作为工业应用，无法在家庭中实施。
2.公开号为CN2062004U的专利，公开了一种带压气装置的备用储气罐，其技术方案是利用人力向储气罐加压。其缺点是，需要耗费人力和时间，不能自动补充储气罐的压力。
3.公开号为CN2177864Y的专利，公开了一种自动加压煤气储气囊，该专利的技术方案，实质上是通过减小储气囊的容积来增加储气囊的压力。由于采用了柔性储气囊，其安全性大打折扣；而且该装置既不能按要求的压力值，来设定天然气的贮存压力，也不能根据设定的压力值，及时动态地补充储气囊中天然气的压力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种家庭中使用的，天然气自动稳压贮存装置。
本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，家用天然气自动稳压贮存装置，包括进气管道和储气罐，其特征在于还包括压缩机及其控制电路；所述压缩机与进气管道和储气罐连接；所述压缩机将进气管道的天然气压入储气罐；所述控制电路根据进气管道和储气罐压力控制压缩机；所述压缩机采用全封闭易燃易爆气体压缩机；
所述压缩机气缸容积为4～15cm3；所述压缩机启动电路采用PTC元件；所述压缩机通过单向阀与进气管道连接；所述控制电路用环氧树脂灌封在密闭盒内；所述储气罐、压缩机安装在通风的机柜中；具体的控制电路包括压力传感器，触发器，驱动器及交流开关；所述压力传感器安装在储气罐和进气管上，其输出信号与触发器连接；所述触发器输出端与驱动器连接；所述驱动器与交流开关连接；所述交流开关与压缩机连接；控制电路中的压力传感器为电接点压力表；所述交流开关为无触点交流开关。
本发明的有益效果是装置结构简单，充分利用现有零部件，成本低，安全性高，稳压范围可调；既是一台家用燃气自动稳压装置，也是一种家用燃气应急设备。
图1是实施例的管路连接示意图；图2是实施例的控制电路原理图；图3是实施例的机柜结构示意图。
图中1——进气嘴；2——截止阀；3——第一电接点压力表；4——单向阀；5——干燥过滤器；6——压缩机；7——储气罐；8——第二电接点压力表；9——控制电路盒；10——出气嘴；11——电源线；12——机柜；13——通风孔。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。
本发明的技术方案，采用具有一定容积的储气罐，通过压缩机与进气管道连接，随时对储气罐进行压力补充，保持储气罐压力在设定范围，为用户提供稳定的天然气压力，整个过程由控制电路自动控制完成。
实施例参见图1，用钢制输气管道按照进气嘴1、截止阀2、第一电接点压力表3、单向阀4、干燥过滤器5、全封闭压缩机6、储气罐7、出气嘴10的顺序依次连接，第二电接点压力表8连接在储气罐7上。管路中进气嘴1用于安全可靠地与进气管道连接，截止阀2用于在需要时关闭本装置的气源，当用户长时间不需要用气时，由用户将截止阀2关闭。正常用气阶段，截止阀2一直处于开启状态。单向阀4一方面防止管道气压低于储气罐7压力时气体倒灌，另一方面也可以防止压缩机6停机后逆转。干燥过滤器5一方面可以清除天然气中残留的水分，另一方面可以滤除天然气中可能存在的金属屑、灰尘及各种杂质，滤清后的天然气被压缩机6压入储气罐7，通过出气嘴10安全可靠地连接到用户的天然气用气软管。本例的储气罐可以采用家用煤气罐改装制成。
用双护套绝缘电线，将第一电接点压力表3、第二电接点压力表8的引出电线、压缩机6的引出电线、电源线11安全地连接在环氧树脂灌封的控制电路盒9中的控制电路上。控制电路盒9内的控制电路，根据第一电接点压力表3设定的管道压力，以及第二电接点压力表8设定的储气罐压力控制压缩机6的工作。接在截止阀2后的第一电接点压力表3的压力值设定在0.5Kpa，接在储气罐7上的第二电接点压力表8的上限压力值设定在0.36MPa，下限压力值设定在0.24MPa。
打开截止阀2后，当停气或供气管道故障使进气管的压力≤0.5Kpa时，第一电接点压力表3的电接点开关K1接通，此时不论第二电接点压力表8的压力为何值，控制电路盒9内的控制电路都使压缩机6停止工作。当进气管道1的压力＞0.5Kpa时，第一电接点压力表3的电接点开关K1断开，控制电路盒9内的控制电路，根据第二电接点压力表8设定的压力，控制压缩机6的工作；如果由于用户用气使储气罐7的压力值下降到第二电接点压力表8下限压力值0.24Mpa时，则第二电接点压力表8的下限压力接点KL与指针接点KM接通，而此时上限压力接点KH与指针接点KM是断开的，控制电路盒9内的控制电路接通全封闭压缩机6的电源，压缩机6开始工作，储气罐7的压力增加；当储气罐7的压力达到第二电接点压力表8的上限压力值0.36MPa时，则第二电接点压力表8的上限压力接点KH与指针接点KM接通，此时下限压力接点KL与指针接点KM是断开的，控制电路盒9内的控制电路使压缩机6停止工作。这样，只要供气管道压力高于0.5Kpa，储气罐7的天然气压力将始终稳定在0.24MPa至0.36MPa之间，保证了用户在正常情况下使用稳定压力的天然气。不论使用额定压力为2.5Kpa的低压管道的天然气用户，还是使用额定压力为0.3Mpa的中压管道的天然气用户，都可以使用到压力值稳定在0.3MPa±20％的天然气。当然，储气罐的压力稳定范围可以根据用户要求作适当调整。
参见图2。电源线采用三芯电源线，三根芯线分别是地线，火线，零线，其中地线接大地，火线经过保险管后与零线一起并联在电源变压器B1的初级，为电源变压器B1的初级提供电网电压。压缩机电机启动绕组的一端与运行绕组的一端连接在一起作为绕组公共端C，启动绕组的另一端，经过PTC启动元件后与运行绕组的另一端一起经过保险管F1连接到火线上。电路中使用的交流开关，应选用无触点交流开关，本例采用的是过零型固态继电器SSR，它的一个交流开关接线端与电网零线连接，另一个交流开关接线端与压缩机电机的绕组公共端C连接。
控制电路由电网电压经过变压器B1得到9V交流电压，经过二极管D1～D4组成的整流桥全波整流后，一路经二极管D6后，由电容C1滤波，然后送到三端集成稳压器U1，经过稳压后输出，为控制电路提供工作电源；另一路经电阻R4连接到双比较器LM393的2脚。LM393的一个比较器U3A与电阻R1～R3构成过零比较器，只有在交流电压过零点附近时，2脚电压才低于3脚电压，1脚才会输出高电平脉冲，该脉冲的频率为100Hz，用作U2A的时钟脉冲。LM393的另一个比较器U3B与电阻R5、R10、R11构成同相比较器。
本例的控制电路，以双JK触发器CD4027的一个触发器U2A为核心，构成触发控制电路。CD4027的另一个触发器U2B不用，U2B所有的输入端均接参考地，两个输出端悬空不用。高电平信号由第一电接点压力表3的电接点开关K1连接到U2A的直接置零端12脚，而第二电接点压力表8的上限压力接点KH连接到U2A的K端11脚，下限压力接点KL连接到U2A的J端10脚，指针接点KM接电源输出端。一旦第一个电接点压力表3电接点开关K1接通，则U2A的直接置零端12脚接高电平，此时不论第二个电接点压力表8的压力值如何，U2A都被强行复位，U2A的15脚输出为低电平。只有管道压力大于0.5Kpa时，第一个电接点压力表3电接点开关K1才断开，U2A的置零端12脚才由电阻R9引入低电平，此时U2A在100Hz时钟脉冲的作用下，输出由JK端状态决定；当储气罐压力下降到下限值0.24Mpa时，第二电接点压力表8的下限压力接点KL与指针电接点KM接通，使J端得到高电平信号，而K端由电阻R7接地引入低电平，U2A被置位，U2A的15脚输出为高电平；当储气罐压力达到上限值时，第二个电接点压力表8的上限压力接点KH与指针电接点KM接通，使U2A的K端11脚得到高电平信号，而U2A的J端10脚由电阻R8引入低电平，U2A被复位，U2A的15脚输出为低电平。
当U2A的15脚输出为高电平时，该高电平经过由U3B与电阻R5、R10、R11构成同相比较器缓冲放大，驱动晶体管Q2，使Q2饱和导通，过零型固态继电器SSR的两个交流开关接线端接通，全封闭压缩机与220V/50Hz的电网电压接通。反之当U2A的15脚输出为低电平时，晶体管Q2截止，过零型固态继电器SSR的两个交流开关接线端断开，全封闭压缩机断电。
控制电路中为安全起见，没有采用机械式触点继电器，而是采用了无触点防爆的过零型固态继电器SSR，过零型固态继电器SSR为市售成品，本例选用AC600V/10A，DC3～18V的规格。PTC元件采用与全封闭压缩机配套的元件。二极管D1至D6采用1N4007，二极管D7采用1N4148，电容C1和C4分别采用470μF/50V和100μF/35V的电解电容，电容C2和C3都采用0.01μF/63V的独石电容，电阻R1～R11都采用0.25W±5％的金属膜电阻，三极管Q2型号为2N5551，三端集成稳压器U1型号为LM7805。
参见图3。整个电路板装配完成后带上所有的引线用环氧树脂做真空灌注，这样即使电路损坏也可以保证所有的电路板的元件和线路与空气隔绝，不会造成电路板打火现象，从而保证了线路板使用的安全性。然后将控制电路盒安装在在机柜12顶部，保证220V交流市电电源线完全不进入机柜12内，只进入控制电路盒，使用单相三芯电源线11，金属机柜12接单相三芯电源线11的地线，并可靠接大地，从而保证了使用的安全性。机柜12内所有电连接处用环氧树脂涂覆后用绝缘胶带包上，再用环氧树脂涂覆，最后用热缩导管紧缩好，保证所有电连接处与空气隔绝。最后将控制电路盒9安装在在机柜12顶部、电源线11安装在机柜外。第一电接点压力表3和第二电接点压力表8的表盘都安装在机柜正面上，便于用户分别读出供气管道和储气罐的压力。同时截止阀2的开关也安装在机柜的正面，便于用户关闭本装置的气源。
必须说明的是本例中使用的压缩机，采用以R600为工质的绿色电冰箱上的全封闭结构的压缩机，公知的家用绿色电冰箱上使用的制冷剂之一为R600工质，R600工质为异丁烷，分子式C4H10，分子量为58，虽然异丁烷具有易燃易爆的特性，但由于采用了全封闭结构并且采用功率型正温度系数电阻PTC(功率型正温度系数电阻元件)作内部电动机组件的启动元件，使这种压缩机多年来大量广泛应用在绿色家用电冰箱上。这种压缩机是目前世界上唯一能够广泛安全地应用在家庭中，对易燃易爆的气体进行增压的装置。因为这种压缩机把单相异步电动机组件和压缩机组件组成一个整体，密封在金属壳体中，使压缩机组件和电机组件都与空气完全隔离，同时压缩机安装到冰箱或本装置上之前内部完全抽成真空，使压缩机壳体内几乎没有氧气，并且电机的绕组和接线柱完全浸泡于壳体内的绝缘性能优良冷冻油中，完全杜绝了电机的火花来源。同时采用PTC元件启动，PTC元件启动电动机时最大的优点就是本身无触点，无启动电弧。从这种压缩机多年来大量安全地应用在异丁烷冰箱上看，这种压缩机对易燃易爆气体的增压应用是安全的。不仅如此，这种全封闭压缩机的合格产品的气路可以承受1MPa的压力，完全能够在中、低压民用燃气管道上使用，并且这种压缩机其汽缸工作容积一般在4～15cm3的范围内，用较短管道的容积就可以大于该汽缸容积的7倍，所以无须另加防喘振的稳压室或管路滤波器。同时这种压缩机还具有体积小，噪音低的特点，非常适合在家庭中使用。
权利要求
1.家用天然气自动稳压贮存装置，包括进气管道和储气罐，其特征在于还包括压缩机及其控制电路；所述压缩机与进气管道和储气罐连接；所述压缩机将进气管道的天然气压入储气罐；所述控制电路根据进气管道压力和储气罐压力控制压缩机。
2.根据权利要求1所述的家用天然气自动稳压贮存装置，其特征在于所述压缩机采用全封闭易燃易爆气体压缩机。
3.根据权利要求1所述的家用天然气自动稳压贮存装置，其特征在于所述压缩机气缸容积为4～15cm3。
4.根据权利要求1所述的家用天然气自动稳压贮存装置，其特征在于所述压缩机启动电路采用PTC元件。
5.根据权利要求1所述的家用天然气自动稳压贮存装置，其特征在于所述压缩机通过单向阀与进气管道连接。
6.根据权利要求1所述的家用天然气自动稳压贮存装置，其特征在于所述控制电路用环氧树脂灌封在密闭盒内。
7.根据权利要求1所述的家用天然气自动稳压贮存装置，其特征在于所述储气罐、压缩机安装在通风的机柜中。
8.根据权利要求1所述的家用天然气自动稳压贮存装置，其特征在于所述控制电路包括压力传感器，触发器，驱动器及交流开关；所述压力传感器安装在储气罐和进气管上，其输出信号与触发器连接；所述触发器输出端与驱动器连接；所述驱动器与交流开关连接；所述交流开关与压缩机连接。
9.根据权利要求8所述的家用天然气自动稳压贮存装置，其特征在于所述压力传感器为电接点压力表。
10.根据权利要求8或9所述的家用天然气自动稳压贮存装置，其特征在于所述交流开关为无触点交流开关。
全文摘要
本发明涉及气体的贮存压缩技术，特别涉及家庭中对天然气进行稳压贮存的装置。本发明解决了家庭天然气管道压力不稳，以及现有储气装置不能自动稳压的问题，公开了一种家用天然气自动稳压贮存装置。本发明的技术方案是，家用天然气自动稳压贮存装置，包括进气管道，储气罐，压缩机及其控制电路；所述压缩机与进气管道和储气罐连接；所述压缩机将进气管道的天然气压入储气罐；所述控制电路根据进气管道和储气罐压力控制压缩机；本发明的有益效果是装置结构简单，充分利用现有零部件，成本低，安全性高，稳压范围可调；既是一台家用燃气自动稳压装置，也是一种家用燃气应急设备。
文档编号F17C5/00GK1687630SQ200510072439
公开日2005年10月26日 申请日期2005年5月12日 优先权日2004年5月13日
发明者张楠 申请人:张楠