ES2981747T3

ES2981747T3 - Gaseous fluid conditioning module

Info

Publication number: ES2981747T3
Application number: ES17717252T
Authority: ES
Inventors: Broeke Sebastiaan Martinus Emanuel Ten; Antonius Theodorus Adrianus Faassen; Ray Anthony Exalto; Jeroen Visscher; Swam Dave Van
Original assignee: Indopar BV
Current assignee: Indopar BV
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2017-03-03
Publication date: 2024-10-10
Anticipated expiration: 2037-03-03
Also published as: WO2017150978A1; PL3423700T3

Abstract

Un módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso incluye una entrada de fluido gaseoso que recibe un fluido gaseoso a presión de entrada y una salida de fluido gaseoso que proporciona el fluido gaseoso en una fase gaseosa dentro de un rango de presión predeterminado. Un aparato de válvula regula el flujo de fluido gaseoso entre la entrada de fluido gaseoso y la salida de fluido gaseoso. El aparato de válvula incluye una válvula, un electroimán y una cámara de compensación. La válvula incluye un asiento de válvula y un miembro de válvula que puede moverse alternativamente con respecto al asiento de válvula. El miembro de válvula está en contacto de sellado de fluido con el asiento de válvula cuando la válvula está cerrada y separado del asiento de válvula cuando la válvula está abierta. El electroimán se puede activar para ejercer una fuerza sobre el miembro de válvula para mover el miembro de válvula lejos del asiento de válvula abriendo así la válvula para regular la presión del fluido gaseoso aguas abajo de la válvula dentro del rango de presión predeterminado. La cámara de compensación está en un extremo distal del miembro de válvula opuesto al asiento de válvula en el que se extiende el miembro de válvula, y está en comunicación fluida con la entrada de fluido gaseoso. El fluido gaseoso que se encuentra aguas arriba de la válvula ejerce fuerzas longitudinales sobre una primera zona del elemento de la válvula en la cámara de compensación en dirección al asiento de la válvula y fuerzas longitudinales sobre una segunda zona del elemento de la válvula fuera de la cámara de compensación en dirección al asiento de la válvula. Las fuerzas longitudinales ejercidas sobre la primera zona del elemento de la válvula en la cámara de compensación compensan el elemento de la válvula contra la presión de entrada del fluido gaseoso. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)A gaseous fluid conditioning module includes a gaseous fluid inlet receiving a gaseous fluid at inlet pressure and a gaseous fluid outlet providing the gaseous fluid in a gas phase within a predetermined pressure range. A valve apparatus regulates the flow of gaseous fluid between the gaseous fluid inlet and the gaseous fluid outlet. The valve apparatus includes a valve, an electromagnet, and a compensation chamber. The valve includes a valve seat and a valve member reciprocably movable relative to the valve seat. The valve member is in fluid sealing contact with the valve seat when the valve is closed and spaced apart from the valve seat when the valve is open. The electromagnet may be energized to exert a force on the valve member to move the valve member away from the valve seat thereby opening the valve to regulate the pressure of the gaseous fluid downstream of the valve within the predetermined pressure range. The compensation chamber is at a distal end of the valve member opposite the valve seat into which the valve member extends, and is in fluid communication with the gaseous fluid inlet. The gaseous fluid upstream of the valve exerts longitudinal forces on a first region of the valve element in the compensation chamber in the direction of the valve seat and longitudinal forces on a second region of the valve element outside the compensation chamber in the direction of the valve seat. The longitudinal forces exerted on the first region of the valve element in the compensation chamber compensate the valve element against the gaseous fluid inlet pressure. (Automatic translation with Google Translate, no legal value)

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Módulo de acondicionamiento de fluidos gaseosos Gaseous fluid conditioning module

Campo de la invención Field of invention

La presente solicitud se refiere a un módulo de acondicionamiento para fluidos gaseosos. The present application relates to a conditioning module for gaseous fluids.

Antecedentes de la invención Background of the invention

Los fluidos gaseosos son cualquier fluido que se encuentre en estado gaseoso a temperatura y presión estándar, que en el contexto de esta solicitud es de 21 grados Celsius (°C) y 101.325 kilopascales (kPa) respectivamente. Un subconjunto o categoría de fluidos gaseosos tiene una temperatura crítica superior a la temperatura estándar, por lo que estos fluidos gaseosos pueden almacenarse en fase líquida a temperatura estándar. Los fluidos gaseosos ejemplares de esta categoría incluyen el propano (C<3>H<8>), que puede almacenarse en forma líquida a temperatura estándar y a una presión de aproximadamente al menos 859 kPa, y el butano (C<4>H<10>), que puede almacenarse en forma líquida a temperatura estándar y a una presión de aproximadamente al menos 230 kPa. El gas licuado de petróleo (LPG) es una mezcla de fluidos gaseosos, en particular gases hidrocarburos, que también pertenece a esta categoría. El LPG se utiliza como combustible en aparatos de calefacción, equipos de cocina y vehículos. Las variedades de LPG incluyen mezclas que son principalmente propano, principalmente butano y, más comúnmente, mezclas que incluyen tanto propano como butano. Un ejemplo de fluido gaseoso que no pertenece a esta categoría es el metano, que a temperatura estándar existe en fase gaseosa o como fluido supercrítico en función de la presión. Gaseous fluids are any fluid that is in a gaseous state at standard temperature and pressure, which in the context of this application is 21 degrees Celsius (°C) and 101.325 kilopascals (kPa) respectively. A subset or category of gaseous fluids has a critical temperature above standard temperature, such that these gaseous fluids can be stored in liquid phase at standard temperature. Exemplary gaseous fluids in this category include propane (C<3>H<8>), which can be stored in liquid form at standard temperature and at a pressure of at least about 859 kPa, and butane (C<4>H<10>), which can be stored in liquid form at standard temperature and at a pressure of at least about 230 kPa. Liquefied petroleum gas (LPG) is a mixture of gaseous fluids, in particular hydrocarbon gases, which also falls into this category. LPG is used as a fuel in heating appliances, cooking equipment, and vehicles. Varieties of LPG include mixtures that are primarily propane, primarily butane, and most commonly, mixtures that include both propane and butane. An example of a gaseous fluid that does not fall into this category is methane, which at standard temperature exists in the gas phase or as a supercritical fluid depending on the pressure.

Para aplicaciones de motores de combustión interna, el LPG (también conocido como autogás en esta circunstancia) se almacena en forma líquida a temperatura ambiente en tanques presurizados. El LPG se suministra a la presión del tanque a un regulador de presión de LPG que incluye un intercambiador de calor para vaporizar el LPG de la fase líquida a la fase gaseosa, y una válvula reguladora de presión para regular eficazmente la presión del LPG que se suministra a los inyectores de combustible a la presión del sistema. La válvula reguladora de presión puede estar situada antes del intercambiador de calor, en cuyo caso regula directamente la presión del LPG en fase líquida. Alternativamente, puede situarse aguas abajo del intercambiador de calor, en cuyo caso regula directamente la presión del LPG en fase gaseosa. La válvula reguladora de presión ha sido una válvula mecánica que aumenta la presión del sistema incrementando la zona de flujo a través de la válvula ('abriendo' la válvula) y disminuye la presión del sistema disminuyendo la zona de flujo a través de la válvula ('cerrando' la válvula). La fuerza de accionamiento de la válvula se ejerce normalmente mediante un sistema equilibrado de diafragma/resorte o, alternativamente, un sistema equilibrado de pistón/resorte. La presión del colector del motor también puede aplicarse a un lado de este sistema equilibrado para introducir una medida adicional de control. El flujo de combustible gaseoso a través del regulador de presión de LPG se detiene cuando el motor deja de consumir combustible o cuando una válvula de cierre cierra la trayectoria de flujo. For internal combustion engine applications, LPG (also known as autogas in this circumstance) is stored in liquid form at ambient temperature in pressurised tanks. The LPG is supplied at tank pressure to an LPG pressure regulator which includes a heat exchanger to vaporise the LPG from the liquid phase to the gas phase, and a pressure regulating valve to effectively regulate the pressure of the LPG being supplied to the fuel injectors to system pressure. The pressure regulating valve may be located before the heat exchanger, in which case it directly regulates the pressure of the LPG in the liquid phase. Alternatively, it may be located downstream of the heat exchanger, in which case it directly regulates the pressure of the LPG in the gas phase. The pressure regulating valve has been a mechanical valve which increases the system pressure by increasing the flow area through the valve ('opening' the valve) and decreases the system pressure by decreasing the flow area through the valve ('closing' the valve). The valve actuating force is normally exerted by a balanced diaphragm/spring system or alternatively a balanced piston/spring system. Engine manifold pressure may also be applied to one side of this balanced system to introduce an additional measure of control. The flow of gaseous fuel through the LPG pressure regulator stops when the engine stops consuming fuel or when a shut-off valve closes the flow path.

Para los motores de combustión interna alimentados con gas natural comprimido (CNG) es conocido el uso de reguladores de presión de dos etapas. El CNG se almacena en fase gaseosa a una presión relativamente alta y debe reducirse a una presión relativamente baja para la inyección de combustible. El regulador de presión de dos etapas incluye una válvula mecánica que reduce la presión del tanque, por ejemplo, de aproximadamente 200 bares a 20 bares en una primera etapa, seguida de una válvula accionada electrónicamente que regula la presión desde 20 bares hasta un valor entre 2 y 5 bares en una segunda etapa. La presión de entrada en la válvula mecánica de la primera etapa varía a medida que el motor consume combustible y baja la presión del tanque, pero la presión de entrada en la segunda etapa permanece prácticamente igual. Dado que la presión de entrada de la válvula accionada electrónicamente es sustancialmente constante y conocida, la presión de entrada puede compensarse fácilmente mediante un resorte, lo que simplifica la construcción de la válvula accionada electrónicamente. For internal combustion engines fuelled with compressed natural gas (CNG), the use of two-stage pressure regulators is known. CNG is stored in the gas phase at a relatively high pressure and must be reduced to a relatively low pressure for fuel injection. The two-stage pressure regulator comprises a mechanical valve that reduces the tank pressure, for example, from approximately 200 bar to 20 bar in a first stage, followed by an electronically actuated valve that regulates the pressure from 20 bar to a value between 2 and 5 bar in a second stage. The inlet pressure at the mechanical valve in the first stage varies as the engine consumes fuel and the tank pressure drops, but the inlet pressure at the second stage remains virtually the same. Since the inlet pressure of the electronically actuated valve is substantially constant and known, the inlet pressure can easily be compensated by a spring, which simplifies the construction of the electronically actuated valve.

Una presión de almacenamiento máxima típica para el LPG puede ser un orden de magnitud inferior a la del CNG, por ejemplo, aproximadamente 15 bares para el LPG frente a 200 bares para el CNG. Por este motivo, los reguladores de presión de dos etapas no suelen emplearse para el LPG y la presión de entrada al regulador de presión del LPG puede variar, por ejemplo, entre 15 bar y 4 bar a medida que el motor consume combustible y en función de la composición y la temperatura del LPG. Dado que la presión de entrada al regulador de presión de LPG puede ser relativamente pequeña (4 bares), el diámetro de válvula de la válvula reguladora de presión tiene que ser relativamente grande para poder gestionar requisitos de flujo elevados a baja presión del tanque. Por ejemplo, el diámetro de la válvula del regulador de presión de LPG puede ser de aproximadamente 10 milímetros (mm) en comparación con el diámetro de la válvula de accionamiento electrónico de la segunda etapa del regulador de presión de CNG es de aproximadamente 3 mm. Por diversas razones, es mucho más difícil controlar una válvula grande con una presión de entrada variable en comparación con una válvula relativamente pequeña con una presión de entrada sustancialmente constante. Por esta razón, los reguladores electrónicos de presión no se suelen emplear, si es que se emplean, en aplicaciones de LPG. A typical maximum storage pressure for LPG can be an order of magnitude lower than for CNG, for example, approximately 15 bar for LPG versus 200 bar for CNG. For this reason, two-stage pressure regulators are not typically used for LPG and the inlet pressure to the LPG pressure regulator can vary, for example, between 15 bar and 4 bar as the engine consumes fuel and depending on the composition and temperature of the LPG. Since the inlet pressure to the LPG pressure regulator can be relatively small (4 bar), the valve diameter of the pressure regulator valve needs to be relatively large to handle high flow requirements at low tank pressure. For example, the valve diameter of the LPG pressure regulator can be approximately 10 millimetres (mm) compared to the diameter of the electronically operated valve of the second stage of the CNG pressure regulator which is approximately 3 mm. For a variety of reasons, it is much more difficult to control a large valve with a variable inlet pressure compared to a relatively small valve with a substantially constant inlet pressure. For this reason, electronic pressure regulators are not typically, if at all, used in LPG applications.

La patente de Estados Unidos 5,615,655, concedida a Motohiro Shimizu el 1 de abril de 1997 divulga un sistema de control para un motor de combustión interna alimentado con LPG. Hay una válvula de control que está formada por una válvula proporcional electromagnética que controla la presión del combustible gaseoso (LPG) que se suministra al motor a un valor constante predeterminado en función de una cantidad de corriente aplicada a la válvula de control. La válvula de control incluye una sección de energización para accionar electrónicamente un émbolo que se desplaza en relación con una cantidad de corriente aplicada, y por lo tanto la cantidad de combustible gaseoso que fluye fuera de la válvula de control es a un caudal linealmente proporcional a la cantidad de corriente aplicada. La válvula de control también incluye una válvula mecánica empujada con resorte y compensada atmosféricamente que regula la presión del combustible gaseoso que fluye fuera del control a casi un valor constante para una corriente aplicada dada. Dependiendo del resorte seleccionado para el resorte de la válvula, el elemento de la válvula bloquea el flujo de combustible gaseoso desde el puerto de entrada al puerto de salida en el intervalo de presiones de entrada, en cuyo caso la sección de energización debe trabajar contra una fuerte fuerza del resorte para abrir la válvula cuando la presión del tanque es baja, o no bloquea y el combustible gaseoso fluye a través incluso cuando la sección de energización está desactivada. El documento EP 121 028 A1 se refiere a un sistema de inyección de combustible para inyectar gas licuado de petróleo en una cámara de mezcla de aire/combustible. El documento EP 2573438 A1 se refiere a una válvula solenoide operada por piloto. Los documentos EP 0121 028 A1, DE 882 922 C, WO 98/26168 A1, US 5 615 655 A, GB 2 457 350 A y EP 2 573 438 A1 divulgan otros dispositivos de acondicionamiento de combustibles gaseosos. U.S. Patent 5,615,655, issued to Motohiro Shimizu on April 1, 1997, discloses a control system for an LPG-fueled internal combustion engine. There is a control valve which is formed by an electromagnetic proportional valve which controls the pressure of gaseous fuel (LPG) supplied to the engine at a predetermined constant value based on an amount of current applied to the control valve. The control valve includes an energizing section for electronically driving a plunger which moves in relation to an amount of applied current, and thus the amount of gaseous fuel flowing out of the control valve is at a rate linearly proportional to the amount of applied current. The control valve also includes a spring-biased, atmospherically compensated mechanical valve which regulates the pressure of gaseous fuel flowing out of the control to nearly a constant value for a given applied current. Depending on the spring selected for the valve spring, the valve element either blocks the flow of gaseous fuel from the inlet port to the outlet port over the inlet pressure range, in which case the energizing section must work against a strong spring force to open the valve when tank pressure is low, or it does not block and gaseous fuel flows through even when the energizing section is deactivated. EP 121 028 A1 relates to a fuel injection system for injecting liquefied petroleum gas into an air/fuel mixing chamber. EP 2573438 A1 relates to a pilot-operated solenoid valve. Documents EP 0121 028 A1, DE 882 922 C, WO 98/26168 A1, US 5 615 655 A, GB 2 457 350 A and EP 2 573 438 A1 disclose other devices for conditioning gaseous fuels.

El estado de la técnica carece de técnicas para regular la presión de los fluidos gaseosos. El presente método y aparato proporcionan una técnica para mejorar el acondicionamiento de fluidos gaseosos, tal como el LPG que consume un motor de combustión interna. The prior art lacks techniques for regulating the pressure of gaseous fluids. The present method and apparatus provide a technique for improving the conditioning of gaseous fluids, such as LPG, which is consumed by an internal combustion engine.

Resumen de la invención Summary of the invention

Un módulo mejorado de acondicionamiento de fluido gaseoso incluye una entrada de fluido gaseoso que recibe un fluido gaseoso a la presión de entrada y una salida de fluido gaseoso que proporciona el fluido gaseoso en fase gaseosa dentro de un intervalo de presión predeterminado. Un aparato de válvula regula el flujo de fluido gaseoso entre la entrada de fluido gaseoso y la salida de fluido gaseoso, controlando así la presión de salida. El aparato de válvula incluye una válvula, un electroimán y una cámara de compensación. La válvula incluye un asiento de válvula y un miembro de válvula reciprocable con respecto al asiento de válvula. El miembro de la válvula está en contacto de sellado de fluido con el asiento de la válvula cuando la válvula está cerrada y separado del asiento de la válvula cuando la válvula está abierta. El electroimán se puede activar para ejercer una fuerza sobre el miembro de la válvula para mover el miembro de la válvula fuera del asiento de la válvula abriendo así la válvula para regular la presión del fluido gaseoso aguas abajo de la válvula dentro del intervalo de presión predeterminado. La cámara de compensación está en un extremo distal del miembro de válvula opuesto al asiento de válvula en donde se extiende el miembro de válvula, y está en comunicación fluida con la entrada de fluido gaseoso. El fluido gaseoso aguas arriba de la válvula ejerce fuerzas longitudinales en una primera zona del miembro de la válvula en la cámara de compensación en la dirección del asiento de la válvula y fuerzas longitudinales en una segunda zona del miembro de la válvula fuera de la cámara de compensación lejos del asiento de la válvula. Las fuerzas longitudinales ejercidas sobre la primera zona del miembro de válvula en la cámara de compensación compensan el miembro de válvula contra la presión de entrada del fluido gaseoso. An improved gaseous fluid conditioning module includes a gaseous fluid inlet that receives a gaseous fluid at the inlet pressure and a gaseous fluid outlet that provides the gaseous fluid in a gas phase within a predetermined pressure range. A valve apparatus regulates the flow of gaseous fluid between the gaseous fluid inlet and the gaseous fluid outlet, thereby controlling the outlet pressure. The valve apparatus includes a valve, an electromagnet, and a compensation chamber. The valve includes a valve seat and a valve member reciprocable with respect to the valve seat. The valve member is in fluid sealing contact with the valve seat when the valve is closed and spaced apart from the valve seat when the valve is open. The electromagnet may be energized to exert a force on the valve member to move the valve member off the valve seat thereby opening the valve to regulate the pressure of the gaseous fluid downstream of the valve within the predetermined pressure range. The compensation chamber is at a distal end of the valve member opposite the valve seat where the valve member extends, and is in fluid communication with the gaseous fluid inlet. The gaseous fluid upstream of the valve exerts longitudinal forces on a first region of the valve member in the compensation chamber in the direction of the valve seat and longitudinal forces on a second region of the valve member outside the compensation chamber away from the valve seat. The longitudinal forces exerted on the first region of the valve member in the compensation chamber compensate the valve member against the gaseous fluid inlet pressure.

En una realización ejemplar, la cámara de compensación sobrecompensa el miembro de válvula. La primera zona de la cámara de compensación es mayor que la segunda zona, por lo que las fuerzas longitudinales ejercidas por el fluido gaseoso aguas arriba de la válvula sobre la primera zona del miembro de la válvula son mayores que las fuerzas longitudinales ejercidas por el fluido gaseoso sobre la segunda zona del miembro de la válvula, de forma que la válvula se cierra cuando el electroimán se desactiva. In an exemplary embodiment, the compensation chamber overcompensates the valve member. The first zone of the compensation chamber is larger than the second zone, so that longitudinal forces exerted by the gaseous fluid upstream of the valve on the first zone of the valve member are greater than longitudinal forces exerted by the gaseous fluid on the second zone of the valve member, such that the valve closes when the electromagnet is de-energized.

El módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso puede incluir un dispositivo de polarización mecánica que empuja el miembro de válvula hacia el asiento de válvula. En otra realización ejemplar, la primera zona en la cámara de compensación es igual a la segunda zona, por lo que las fuerzas longitudinales ejercidas por el fluido gaseoso sobre la primera área del miembro de válvula son iguales a las fuerzas longitudinales ejercidas por el fluido gaseoso sobre la segunda zona del miembro de válvula de manera que la cámara de compensación proporcione una compensación equilibrada del miembro de válvula. En todavía otra realización ejemplar, la primera zona en la cámara de compensación es más pequeña que la segunda zona, por lo que las fuerzas longitudinales ejercidas por el fluido gaseoso sobre la primera zona del miembro de válvula son menores que las fuerzas longitudinales ejercidas por el fluido gaseoso sobre la segunda zona del miembro de válvula de manera que la cámara de compensación subcompensa el miembro de válvula. El dispositivo de empuje mecánico cierra el miembro de válvula cuando el electroimán se desactiva en las realizaciones equilibradas y subcompensadas. The gaseous fluid conditioning module may include a mechanical biasing device that biases the valve member toward the valve seat. In another exemplary embodiment, the first zone in the compensation chamber is equal to the second zone, whereby the longitudinal forces exerted by the gaseous fluid on the first area of the valve member are equal to the longitudinal forces exerted by the gaseous fluid on the second zone of the valve member such that the compensation chamber provides balanced compensation of the valve member. In yet another exemplary embodiment, the first zone in the compensation chamber is smaller than the second zone, whereby the longitudinal forces exerted by the gaseous fluid on the first zone of the valve member are less than the longitudinal forces exerted by the gaseous fluid on the second zone of the valve member such that the compensation chamber undercompensates the valve member. The mechanical biasing device closes the valve member when the electromagnet is de-energized in the balanced and undercompensated embodiments.

El módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso puede incluir un intercambiador de calor, en cuya circunstancia el fluido gaseoso puede recibirse en la entrada de fluido gaseoso en fase líquida. El intercambiador de calor incluye una entrada de fluido de intercambio de calor, una salida de fluido de intercambio de calor, una entrada de fluido de proceso y una salida de fluido de proceso. Un fluido de intercambio de calor empleado para aumentar la entalpia del fluido gaseoso entra por la entrada de fluido de intercambio de calor, circula por el intercambiador de calor y sale por la salida de fluido de intercambio de calor. La entrada de fluido de proceso está en comunicación fluida con la entrada de fluido gaseoso, y el aparato de válvula está aguas abajo de la salida de fluido de proceso. The gaseous fluid conditioning module may include a heat exchanger, in which circumstance gaseous fluid may be received at the liquid phase gaseous fluid inlet. The heat exchanger includes a heat exchange fluid inlet, a heat exchange fluid outlet, a process fluid inlet, and a process fluid outlet. A heat exchange fluid used to increase the enthalpy of the gaseous fluid enters the heat exchange fluid inlet, flows through the heat exchanger, and exits the heat exchange fluid outlet. The process fluid inlet is in fluid communication with the gaseous fluid inlet, and the valve apparatus is downstream of the process fluid outlet.

El módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso incluye además un cuerpo y el intercambiador de calor incluye además un miembro intermedio tubular dentro del cuerpo. El miembro intermedio tubular incluye nervaduras huecas anulares que sobresalen radialmente hacia fuera y se apoyan en una superficie interior del cuerpo, formando así una pluralidad de pasajes anulares alrededor del miembro intermedio tubular. Las nervaduras están separadas de la superficie interior del cuerpo en una región de entrada alrededor de la entrada de fluido de intercambio de calor, una región de salida alrededor de la salida de fluido de intercambio de calor y una región longitudinal en un lado sustancialmente opuesto a la entrada y salida de fluido de intercambio de calor. El fluido de intercambio de calor fluye desde la entrada de fluido de intercambio de calor hacia y a través de los pasajes anulares abarcados por la región de entrada, luego hacia y a través de un pasaje longitudinal en la región longitudinal, luego hacia y a través de los pasajes anulares abarcados por la región de salida y luego hacia la salida de fluido de intercambio de calor. The gaseous fluid conditioning module further includes a body and the heat exchanger further includes a tubular intermediate member within the body. The tubular intermediate member includes annular hollow ribs that project radially outwardly and abut an inner surface of the body, thereby forming a plurality of annular passages around the tubular intermediate member. The ribs are spaced from the inner surface of the body at an inlet region around the heat exchange fluid inlet, an outlet region around the heat exchange fluid outlet, and a longitudinal region on a side substantially opposite the heat exchange fluid inlet and outlet. The heat exchange fluid flows from the heat exchange fluid inlet to and through the annular passages encompassed by the inlet region, then to and through a longitudinal passage in the longitudinal region, then to and through the annular passages encompassed by the outlet region, and then to the heat exchange fluid outlet.

El intercambiador de calor incluye además un pasaje en espiral que se extiende entre la entrada de fluido de proceso y la salida de fluido de proceso. El pasaje en espiral aumenta en zona de flujo transversal en dirección a la salida del fluido de proceso. Hay un miembro interior dentro de un miembro intermedio tubular. El miembro interior incluye una nervadura que sobresale radialmente hacia el exterior y se enrolla en espiral alrededor del miembro interior. La nervadura hace tope con una superficie interior del miembro intermedio tubular que forma el pasaje en espiral. El miembro interior se estrecha longitudinalmente de forma escalonada, de modo que la zona de flujo transversal del pasaje en espiral aumenta en dirección a la salida del fluido de proceso. El miembro interior puede incluir un orificio longitudinal en un extremo que puede recibir un filtro tubular insertado en el mismo. El fluido gaseoso está en comunicación entre la entrada de fluido gaseoso y la entrada de fluido de proceso a través del filtro. The heat exchanger further includes a spiral passage extending between the process fluid inlet and the process fluid outlet. The spiral passage increases in cross flow area toward the process fluid outlet. An inner member is within a tubular intermediate member. The inner member includes a radially outwardly projecting rib that spirally wraps around the inner member. The rib abuts an inner surface of the tubular intermediate member forming the spiral passage. The inner member tapers longitudinally in a stepped manner such that the cross flow area of the spiral passage increases toward the process fluid outlet. The inner member may include a longitudinal orifice at one end that can receive a tubular filter inserted therein. Gaseous fluid is in communication between the gaseous fluid inlet and the process fluid inlet through the filter.

En una realización ejemplar, el miembro de válvula incluye un pasaje longitudinal que conecta fluidamente la entrada de fluido gaseoso con la cámara de compensación. Una carcasa de válvula anular puede soportar de forma alternativa el miembro de válvula en su interior con un sello de fluido entre el miembro de válvula y la carcasa de válvula anular. Una tapa de extremo sella de manera fluida un extremo de la carcasa de válvula anular opuesto al asiento de válvula. La cámara de compensación está formada por la carcasa de válvula anular, la tapa del extremo, el miembro de la válvula y el sello de fluido, y el fluido gaseoso sólo puede entrar y salir de la cámara de compensación a través del pasaje longitudinal del miembro de la válvula. La carcasa de válvula anular puede tener una porción de diámetro interior pequeño y una porción de diámetro interior grande y el sello de fluido puede estar entre el miembro de válvula y la carcasa de válvula anular en una región de la porción de diámetro interior pequeño, y la tapa de extremo sella de manera fluida el extremo de la carcasa de válvula anular en la porción de diámetro interior grande. El dispositivo de empuje mecánico (por ejemplo, un resorte) puede estar entre la tapa de extremo y el miembro de la válvula instando al miembro de la válvula hacia el asiento de la válvula. In an exemplary embodiment, the valve member includes a longitudinal passageway fluidly connecting the gaseous fluid inlet to the surge chamber. An annular valve housing may alternatively support the valve member therein with a fluid seal between the valve member and the annular valve housing. An end cap fluidly seals one end of the annular valve housing opposite the valve seat. The surge chamber is formed by the annular valve housing, the end cap, the valve member, and the fluid seal, and gaseous fluid can only enter and exit the surge chamber through the longitudinal passageway of the valve member. The annular valve housing may have a small inner diameter portion and a large inner diameter portion, and the fluid seal may be between the valve member and the annular valve housing in a region of the small inner diameter portion, and the end cap fluidly seals the end of the annular valve housing at the large inner diameter portion. The mechanical biasing device (e.g., a spring) may be between the end cap and the valve member urging the valve member toward the valve seat.

El electroimán puede incluir un paquete de bobinas anular que se extiende alrededor del miembro de la válvula. El electroimán puede activarse de forma regulable para ajustar la zona de flujo a través de la válvula. El módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso puede incluir un receptáculo en comunicación fluida con la salida de fluido gaseoso que recibe al menos uno de una válvula de alivio de presión, un sensor de temperatura, un sensor de presión y un conducto de fluido gaseoso. El fluido gaseoso puede ser cualquier fluido gaseoso o sus mezclas que tengan una temperatura crítica superior a 21 grados Celsius. El fluido gaseoso puede ser uno de propano, butano, dimetil éter, LPG y mezclas de estos fluidos gaseosos. The electromagnet may include an annular coil pack extending around the valve member. The electromagnet may be adjustably actuated to adjust the flow zone through the valve. The gaseous fluid conditioning module may include a receptacle in fluid communication with the gaseous fluid outlet that receives at least one of a pressure relief valve, a temperature sensor, a pressure sensor, and a gaseous fluid conduit. The gaseous fluid may be any gaseous fluid or mixtures thereof having a critical temperature greater than 21 degrees Celsius. The gaseous fluid may be one of propane, butane, dimethyl ether, LPG, and mixtures of these gaseous fluids.

Un sistema de motor mejorado incluye un aparato de almacenamiento de fluido gaseoso; el módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso mejorado conectado de forma operativa para recibir fluido gaseoso del aparato de almacenamiento de fluido gaseoso; un motor conectado de forma operativa para recibir fluido gaseoso de y suministrar refrigerante de motor al módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso; un sensor de presión que mide la presión del fluido gaseoso entre el módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso y el motor; y un controlador conectado operativamente con el módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso, el motor y el sensor de presión y programado para ordenar al módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso que regule la presión del fluido gaseoso entre el módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso y el motor dentro de un intervalo de presión predeterminado; y para ajustar el intervalo de presión predeterminado basándose en las condiciones de funcionamiento del motor. An improved engine system includes a gaseous fluid storage apparatus; the improved gaseous fluid conditioning module operatively connected to receive gaseous fluid from the gaseous fluid storage apparatus; an engine operatively connected to receive gaseous fluid from and supply engine coolant to the gaseous fluid conditioning module; a pressure sensor that measures the pressure of the gaseous fluid between the gaseous fluid conditioning module and the engine; and a controller operatively connected to the gaseous fluid conditioning module, the engine, and the pressure sensor and programmed to command the gaseous fluid conditioning module to regulate the pressure of the gaseous fluid between the gaseous fluid conditioning module and the engine within a predetermined pressure range; and to adjust the predetermined pressure range based on the operating conditions of the engine.

Breve descripción de los dibujos Brief description of the drawings

La FIG. 1 es una vista en perspectiva de un módulo de acondicionamiento de combustible gaseoso de acuerdo con una primera realización. FIG. 1 is a perspective view of a gaseous fuel conditioning module according to a first embodiment.

La FIG. 2 es una vista transversal en alzado lateral del módulo de acondicionamiento de combustible gaseoso de la FIG. 1. FIG. 2 is a side elevational cross-sectional view of the gaseous fuel conditioning module of FIG. 1.

La FIG. 3 es una vista transversal en alzado lateral del módulo de acondicionamiento de combustible gaseoso de la FIG. 1. FIG. 3 is a side elevational cross-sectional view of the gaseous fuel conditioning module of FIG. 1.

La FIG. 4 es una vista en despiece del módulo de acondicionamiento de combustible gaseoso de la FIG. 1. FIG. 4 is an exploded view of the gaseous fuel conditioning module of FIG. 1.

La FIG. 5 es una vista en sección transversal lateral-elevada de una carcasa anular del módulo de acondicionamiento de combustible gaseoso de la FIG. 1. FIG. 5 is a side-elevation cross-sectional view of an annular housing of the gaseous fuel conditioning module of FIG. 1.

La FIG. 6 es una vista en sección transversal parcialmente detallada de una válvula y un diámetro de sellado de una cámara de compensación del módulo de acondicionamiento de combustible gaseoso de la FIG. 1. FIG. 6 is a partially detailed cross-sectional view of a valve and sealing bore of a surge chamber of the gaseous fuel conditioning module of FIG. 1.

La FIG. 7 es una vista transversal en alzado lateral de un módulo de acondicionamiento de combustible gaseoso de acuerdo con una segunda realización. FIG. 7 is a side elevational cross-sectional view of a gaseous fuel conditioning module according to a second embodiment.

La FIG. 8 es una vista en sección transversal del módulo de acondicionamiento de combustible gaseoso de la FIG. 7 que ilustra la trayectoria del fluido gaseoso a través del mismo. FIG. 8 is a cross-sectional view of the gaseous fuel conditioning module of FIG. 7 illustrating the path of gaseous fluid therethrough.

La FIG. 9 es un sistema de motor de acuerdo con una realización que emplea el módulo de acondicionamiento de fluido gaseoso de la FIG. 1. FIG. 9 is an engine system according to an embodiment employing the gaseous fluid conditioning module of FIG. 1.

Descripción detallada de la(s) realización(es) preferida(s) Detailed description of the preferred embodiment(s)

En referencia a la FIG. 1, se muestra el módulo 10 de acondicionamiento de fluido gaseoso de acuerdo con una primera realización. El módulo 10 de acondicionamiento es del tipo que acondiciona el estado (por ejemplo, la fase y la presión) de un fluido gaseoso que se recibe de un tanque de almacenamiento (no mostrado) en la fase líquida a la presión del tanque y se entrega a un dispositivo de uso final (no mostrado) en la fase gaseosa entre un intervalo de presión predeterminado. La presión suministrada puede modificarse dinámicamente bajo el control de un controlador para ordenar una presión de salida entre cero y la presión del tanque de almacenamiento y/o la presión de la válvula de alivio de presión (como se describirá con más detalle a continuación). En una realización ejemplar, el fluido gaseoso es un combustible gaseoso y el dispositivo de uso final es un motor de combustión interna. El módulo 10 de acondicionamiento incluye un intercambiador 20 de calor que aumenta la entalpía del fluido gaseoso para cambiar su fase, y un aparato 30 de válvula electromagnética para regular la presión de salida del fluido gaseoso. En la realización ilustrada y ejemplar, el intercambiador 20 de calor y el aparato 30 de válvula forman parte de un módulo unitario, aunque en otras realizaciones pueden estar en módulos separados. El fluido gaseoso en la fase líquida entra en la entrada 40 de fluido (en el extremo 42), sufre una transición a la fase gaseosa a través del intercambiador 20 de calor, se reduce y regula en presión a través del aparato 30 de válvula electromagnética, y sale por la salida 50 de fluido (en la fase gaseosa) dentro del intervalo de presión predeterminado. La presión de entrada del fluido gaseoso puede ser la presión del tanque o una presión de entrega del fluido gaseoso desde un contenedor de almacenamiento o medio de entrega. La presión de salida del fluido gaseoso también se denomina presión del sistema, y puede ser una presión de inyección de los inyectores de combustible del motor. Un fluido de intercambio de calor, por ejemplo, el refrigerante del motor de combustión interna entra a través de la entrada 60 de fluido de intercambio de calor donde se comunica fluidamente a través del intercambiador 20 de calor para aumentar la entalpía del fluido gaseoso para facilitar la transición de fase, y sale a través de la salida 70 de fluido de intercambio de calor. En otras realizaciones, los papeles de la entrada 60 de fluido y la salida 70 de fluido pueden invertirse, es decir, la salida 70 de fluido puede funcionar como una entrada de fluido y la entrada 60 de fluido puede funcionar como una salida de fluido. Referring to FIG. 1, the gaseous fluid conditioning module 10 is shown according to a first embodiment. The conditioning module 10 is of the type that conditions the state (e.g., phase and pressure) of a gaseous fluid that is received from a storage tank (not shown) in the liquid phase at the tank pressure and delivered to an end-use device (not shown) in the gaseous phase between a predetermined pressure range. The supplied pressure may be dynamically varied under the control of a controller to command an output pressure between zero and the storage tank pressure and/or the pressure of the pressure relief valve (as will be described in more detail below). In an exemplary embodiment, the gaseous fluid is a gaseous fuel and the end-use device is an internal combustion engine. The conditioning module 10 includes a heat exchanger 20 that increases the enthalpy of the gaseous fluid to change its phase, and an electromagnetic valve apparatus 30 for regulating the outlet pressure of the gaseous fluid. In the illustrated and exemplary embodiment, the heat exchanger 20 and the valve apparatus 30 are part of a unitary module, although in other embodiments they may be in separate modules. The gaseous fluid in the liquid phase enters the fluid inlet 40 (at end 42), undergoes a transition to the gaseous phase through the heat exchanger 20, is reduced and regulated in pressure through the electromagnetic valve apparatus 30, and exits the fluid outlet 50 (in the gaseous phase) within the predetermined pressure range. The inlet pressure of the gaseous fluid may be the tank pressure or a delivery pressure of the gaseous fluid from a storage container or delivery means. The outlet pressure of the gaseous fluid is also referred to as system pressure, and may be an injection pressure of the engine's fuel injectors. A heat exchange fluid, for example, internal combustion engine coolant enters through the heat exchange fluid inlet 60 where it fluidly communicates through the heat exchanger 20 to increase the enthalpy of the gaseous fluid to facilitate phase transition, and exits through the heat exchange fluid outlet 70. In other embodiments, the roles of the fluid inlet 60 and the fluid outlet 70 may be reversed, i.e., the fluid outlet 70 may function as a fluid inlet and the fluid inlet 60 may function as a fluid outlet.

El aparato 30 de válvula electromagnética es un regulador de presión electrónico que incluye una entrada eléctrica (no mostrada) para conectar eléctricamente el aparato de válvula con un controlador (no mostrado). El conductor activa un electroimán asociado con una válvula en el aparato de válvula que se describirá con más detalle a continuación. El conductor puede estar asociado con y bajo el mando de un controlador electrónico (no mostrado) que incluye un sistema de control y/o algoritmos para ajustar la corriente eléctrica a través del electroimán para ajustar el accionamiento del aparato 30 de válvula para controlar la presión del fluido gaseoso que sale de la salida 50 de fluido (en la fase gaseosa). El controlador puede configurarse para ajustar el intervalo de presión predeterminado en función de las condiciones de funcionamiento del motor, tal como la carga del motor, la velocidad del motor y la presión del colector de admisión, así como otros parámetros convencionales de los motores de combustión interna. El receptáculo 100 recibe el sensor 110 de temperatura que genera señales representativas de la temperatura del fluido de intercambio de calor dentro del módulo 10 de acondicionamiento. En una realización ejemplar, el sensor 110 de temperatura está conectado operativamente (por ejemplo, conectado eléctricamente) con el controlador electrónico de manera que el sistema de control puede monitorizar la temperatura del fluido de intercambio de calor para reducir la probabilidad de un cambio de fase incompleto del combustible gaseoso cuando el fluido gaseoso que sale del intercambiador de calor es parcialmente líquido y parcialmente gaseoso. El receptáculo 120 recibe la válvula 130 de alivio de presión que funciona como una válvula de seguridad para mantener la presión del sistema en la salida 50 de fluido dentro del módulo 10 de acondicionamiento por debajo de un valor predeterminado en caso de una condición de sobrepresión para la cual los componentes aguas abajo no están diseñados para manejar. Alternativamente, el receptáculo 120 puede recibir un sensor de presión que genere señales representativas de la presión del sistema en la salida 50 de fluido, o un sensor de temperatura que genere señales representativas de la temperatura del fluido gaseoso en la salida de fluido, o una combinación de ambos sensores. Además, puede conectarse un conducto de fluido al receptáculo 120 como salida de fluido secundaria. The solenoid valve apparatus 30 is an electronic pressure regulator that includes an electrical input (not shown) for electrically connecting the valve apparatus to a controller (not shown). The driver actuates an electromagnet associated with a valve in the valve apparatus that will be described in more detail below. The driver may be associated with and under the command of an electronic controller (not shown) that includes a control system and/or algorithms for adjusting the electrical current through the electromagnet to adjust the actuation of the valve apparatus 30 to control the pressure of the gaseous fluid exiting the fluid outlet 50 (in the gas phase). The controller may be configured to adjust the predetermined pressure range based on engine operating conditions, such as engine load, engine speed, and intake manifold pressure, as well as other conventional internal combustion engine parameters. The receptacle 100 receives the temperature sensor 110 that generates signals representative of the temperature of the heat exchange fluid within the conditioning module 10. In an exemplary embodiment, the temperature sensor 110 is operatively connected (e.g., electrically connected) to the electronic controller such that the control system can monitor the temperature of the heat exchange fluid to reduce the likelihood of incomplete phase change of the gaseous fuel when the gaseous fluid exiting the heat exchanger is partially liquid and partially gaseous. The receptacle 120 receives the pressure relief valve 130 which functions as a safety valve to maintain the system pressure at the fluid outlet 50 within the conditioning module 10 below a predetermined value in the event of an overpressure condition that the downstream components are not designed to handle. Alternatively, the receptacle 120 may receive a pressure sensor that generates signals representative of the system pressure at the fluid outlet 50, or a temperature sensor that generates signals representative of the temperature of the gaseous fluid at the fluid outlet, or a combination of both sensors. Additionally, a fluid conduit may be connected to receptacle 120 as a secondary fluid outlet.

Refiriéndose ahora generalmente a las FIGS. 2, 3 y 4, se describe con más detalle el intercambiador 20 de calor del módulo de acondicionamiento. El intercambiador 20 de calor incluye el miembro 160 interior dispuesto dentro del miembro 200 intermedio tubular que a su vez está dispuesto dentro del cuerpo 210 tubular del módulo de acondicionamiento, todos los cuales cooperan para controlar el flujo de fluido gaseoso y fluido de intercambio de calor a una proximidad relativamente cercana entre sí para facilitar el rechazo de calor (es decir, la transferencia de calor) del fluido de intercambio de calor al fluido gaseoso. El miembro 200 intermedio incluye una pluralidad de nervaduras 220 huecas que sobresalen radialmente hacia fuera y que se extienden anularmente alrededor del perímetro del miembro intermedio formando respectivos rebajes 230 externos y rebajes 240 internos. Las nervaduras 220 están separadas de la superficie 215 interior del cuerpo 210 para permitir que el fluido de intercambio de calor fluya entre el cuerpo 210 y el miembro 200 intermedio. Una de las nervaduras (denominada en el presente documento, nervadura 225) está situada entre la entrada 60 y la salida 70 del fluido de intercambio de calor y se extiende radialmente hacia fuera más allá que las otras nervaduras 220, de forma que se apoya en la superficie 215 interior. La nervadura 225 se extiende anular y parcialmente alrededor de la circunferencia de la superficie 215 interior del cuerpo 210. En una realización ejemplar, la nervadura 225 se extiende alrededor de prácticamente la mitad de la circunferencia de la superficie 215 interior de forma sustancialmente equidistante a ambos lados de la entrada 60 y la salida 70. El pasaje 260 en forma de arco está conectado fluidamente a la entrada 60 de fluido de intercambio de calor y está definido por el cuerpo 210, el miembro 200 intermedio y la nervadura 225 y se extiende desde la entrada 60 a lo largo de la extensión de la nervadura 225. El pasaje 270 en forma de arco está conectado fluidamente a la salida 70 de fluido de intercambio de calor y está definido por el cuerpo 210, el miembro 200 intermedio y la nervadura 225 y se extiende a lo largo de la extensión de la nervadura 225 hacia la salida 70. El pasaje 300 longitudinal conecta el pasaje 260 con el pasaje 270 alrededor de la nervadura 225. En funcionamiento, el fluido de intercambio de calor entra en la entrada 60 y fluye a lo largo del pasaje 260 entre el miembro 200 intermedio y el cuerpo 210. La nervadura 225 dirige el fluido de intercambio de calor alrededor de la circunferencia de la superficie 215 interior del cuerpo hacia el lado 290, donde fluye a través del pasaje 300 longitudinal y de vuelta a lo largo del pasaje 270 alrededor de la circunferencia hacia y a través de la salida 70. A medida que el fluido de intercambio de calor fluye a través de los pasajes 260, 270 y 300, fluye a través de los rebajes 230 externos. A continuación, se analizan los elementos estructurales del intercambiador 20 de calor que influyen en el flujo del fluido gaseoso (también conocido como fluido de proceso con respecto al intercambiador de calor). Referring now generally to FIGS. 2, 3, and 4, the heat exchanger 20 of the conditioning module is described in more detail. The heat exchanger 20 includes the inner member 160 disposed within the tubular intermediate member 200 which in turn is disposed within the tubular body 210 of the conditioning module, all of which cooperate to control the flow of gaseous fluid and heat exchange fluid into relatively close proximity to each other to facilitate heat rejection (i.e., heat transfer) from the heat exchange fluid to the gaseous fluid. The intermediate member 200 includes a plurality of radially outwardly protruding hollow ribs 220 which extend annularly around the perimeter of the intermediate member forming respective outer recesses 230 and inner recesses 240. The ribs 220 are spaced apart from the interior surface 215 of the body 210 to allow heat exchange fluid to flow between the body 210 and the intermediate member 200. One of the ribs (referred to herein as rib 225) is located between the heat exchange fluid inlet 60 and outlet 70 and extends radially outwardly further than the other ribs 220 such that it abuts the interior surface 215. The rib 225 extends annularly and partially around the circumference of the interior surface 215 of the body 210. In an exemplary embodiment, the rib 225 extends around substantially half the circumference of the interior surface 215 substantially equidistant on either side of the inlet 60 and outlet 70. The arc-shaped passage 260 is fluidly connected to the heat exchange fluid inlet 60 and is defined by the body 210, the intermediate member 200, and the rib 225 and extends from the inlet 60 along the extent of the rib 225. The arc-shaped passage 270 is fluidly connected to the heat exchange fluid outlet 70 and is defined by the body 210, the intermediate member 200, and the rib 225 and extends along the extent of the rib 225 toward the inlet 60. outlet 70. Longitudinal passage 300 connects passage 260 to passage 270 around rib 225. In operation, heat exchange fluid enters inlet 60 and flows along passage 260 between intermediate member 200 and body 210. Rib 225 directs heat exchange fluid around the circumference of interior surface 215 of the body to side 290, where it flows through longitudinal passage 300 and back along passage 270 around the circumference to and through outlet 70. As heat exchange fluid flows through passages 260, 270, and 300, it flows through external recesses 230. The structural elements of heat exchanger 20 that influence the flow of gaseous fluid (also known as process fluid with respect to the heat exchanger) are discussed below.

El pasaje 310 en espiral está definido por la cooperación del miembro 160 interno, el miembro 200 intermedio y la nervadura 330 en espiral (mejor vista en las FIGS. 3 y 4). La nervadura 330 en espiral sobresale radialmente hacia el exterior desde el miembro 160 interior que hace tope con la superficie 340 interior del miembro 200 intermedio, y se enrolla en espiral alrededor del miembro interior formando así el pasaje 310 en espiral. Para asegurarse de que la nervadura 300 hace tope con la superficie 340 interior, el miembro 200 intermedio se ajusta por contracción al miembro 160 interior. El diámetro 168 exterior del miembro 160 interior es ligeramente mayor (por ejemplo, 0.06 milímetros) que el diámetro 208 interior del miembro 200 intermedio medido a temperatura ambiente (definida en el presente documento como 20 grados Celsius). Durante el ensamblaje del intercambiador 20 de calor, el miembro 200 intermedio se calienta (por ejemplo, a entre 200 y 300 grados Celsius) de tal manera que el diámetro 208 interior aumenta más que el diámetro 168 exterior del miembro 160 interior por lo que el miembro interior puede insertarse dentro del miembro intermedio. A continuación, se deja enfriar el miembro intermedio de forma que el diámetro 208 interior disminuya hacia su diámetro original, con lo que el miembro intermedio se contrae sobre el miembro 160 interior formando una fuerte unión de ajuste por contracción. La unión de ajuste por contracción entre el miembro 160 interior y el miembro 200 intermedio mejora la transferencia de calor entre ellos, desde el fluido de intercambio de calor al fluido gaseoso en el pasaje 310 en espiral. The spiral passageway 310 is defined by the cooperation of the inner member 160, the intermediate member 200, and the spiral rib 330 (best seen in FIGS. 3 and 4). The spiral rib 330 projects radially outwardly from the inner member 160 abutting the inner surface 340 of the intermediate member 200, and spirally wraps around the inner member thereby forming the spiral passageway 310. To ensure that the rib 300 abuts the inner surface 340, the intermediate member 200 shrink-fits the inner member 160. The outer diameter 168 of the inner member 160 is slightly larger (e.g., 0.06 millimeters) than the inner diameter 208 of the intermediate member 200 measured at room temperature (defined herein as 20 degrees Celsius). During assembly of heat exchanger 20, intermediate member 200 is heated (e.g., to between 200 and 300 degrees Celsius) such that inner diameter 208 increases more than outer diameter 168 of inner member 160 so that the inner member can be inserted into the intermediate member. The intermediate member is then allowed to cool so that inner diameter 208 decreases toward its original diameter, whereupon the intermediate member contracts onto inner member 160 forming a strong shrink fit joint. The shrink fit joint between inner member 160 and intermediate member 200 enhances heat transfer therebetween, from the heat exchange fluid to the gaseous fluid in spiral passage 310.

Sin el ajuste por contracción puede haber espacios entre la nervadura 330 en espiral y la superficie 340 interior(por ejemplo, en la ubicación 355 vista en la FIG. 3) que aumentan la resistencia térmica entre ellos, lo que reduce la transferencia de calor del fluido de intercambio de calor al fluido gaseoso. Esto hace que el miembro 160 interno se enfríe y se encoja, lo que a su vez aumenta la(s) brecha(s) y permite una transferencia de calor aún más reducida. Este proceso puede ser perjudicial para la capacidad del intercambiador 20 de calor, especialmente con combustibles gaseosos de baja temperatura, tal como el LPG de baja temperatura. Al realizar el ajuste por contracción del miembro 200 intermedio en el miembro 160 interior, el rendimiento y la capacidad del intercambiador 20 de calor mejoran en comparación con la ausencia de ajuste por contracción. El ajuste por contracción reduce y, preferiblemente, elimina la formación de brechas entre la nervadura 330 en espiral y la superficie 340 interior. Without the shrink fit, there may be gaps between the spiral rib 330 and the inner surface 340 (e.g., at location 355 seen in FIG. 3) that increase the thermal resistance between them, which reduces heat transfer from the heat exchange fluid to the gaseous fluid. This causes the inner member 160 to cool and shrink, which in turn increases the gap(s) and allows for even further reduced heat transfer. This process can be detrimental to the capacity of the heat exchanger 20, especially with low temperature gaseous fuels, such as low temperature LPG. By shrink fitting the intermediate member 200 to the inner member 160, the performance and capacity of the heat exchanger 20 is improved compared to the absence of the shrink fit. The shrink fit reduces and preferably eliminates the formation of gaps between the spiral rib 330 and the inner surface 340.

El fluido gaseoso fluye a través de la vía 310 de pasaje en espiral (que incluye rebajes 240 internos) desde la entrada 190 de fluido de proceso hasta las salidas 320 de fluido de proceso. El miembro 160 interior está ahusado longitudinalmente, como puede verse por los diámetros decrecientes de las superficies 161, 162, 163, 164 y 165 respectivamente, de tal forma que la zona de flujo transversal del pasaje 320 en espiral aumenta desde la entrada 190 de fluido de proceso hasta la salida 320 de fluido de proceso. El fluido gaseoso comienza a transicionar de la fase líquida a la fase gaseosa tan pronto como las condiciones de temperatura y presión a lo largo de la trayectoria del fluido gaseoso desde el tanque de almacenamiento hasta la salida 70 de fluido causan tal transición, que puede ser cerca de la entrada 40 de fluido donde la temperatura puede comenzar a aumentar, y a lo largo del pasaje 310 a medida que su entalpía aumenta cuando está en estrecha proximidad con el fluido de intercambio de calor. El aumento de la sección transversal del pasaje 310 proporciona espacio de expansión para el fluido gaseoso a medida que pasa a la fase gaseosa, reduciendo tanto la tensión experimentada dentro del módulo 10 de acondicionamiento debido a la expansión de los gases como la contrapresión que puede resultar de un orificio de restricción de presión involuntario a lo largo del pasaje en espiral. La superposición de los rebajes 230 y 240 externos e internos, respectivamente, de las nervaduras 220 en el miembro 200 intermedio aumenta la zona de superficie entre el fluido de intercambio de calor y el combustible gaseoso, incrementando la transferencia de calor entre ellos. A continuación, se analizan los elementos estructurales del módulo 10 de acondicionamiento que influyen en el flujo del fluido gaseoso entre el intercambiador 20 de calor y el aparato 30 de válvula electromagnética. The gaseous fluid flows through the spiral passageway 310 (which includes internal recesses 240) from the process fluid inlet 190 to the process fluid outlets 320. The inner member 160 is longitudinally tapered, as can be seen by the decreasing diameters of the surfaces 161, 162, 163, 164 and 165 respectively, such that the cross-sectional flow area of the spiral passageway 320 increases from the process fluid inlet 190 to the process fluid outlet 320. The gaseous fluid begins to transition from the liquid phase to the gaseous phase as soon as the temperature and pressure conditions along the gaseous fluid path from the storage tank to the fluid outlet 70 cause such a transition, which may be near the fluid inlet 40 where the temperature may begin to increase, and along the passage 310 as its enthalpy increases when in close proximity to the heat exchange fluid. The increased cross section of the passage 310 provides expansion space for the gaseous fluid as it transitions to the gaseous phase, reducing both the stress experienced within the conditioning module 10 due to the expansion of the gases and the back pressure that may result from an inadvertent pressure restricting orifice along the spiral passage. The superposition of the outer and inner recesses 230 and 240, respectively, of the ribs 220 in the intermediate member 200 increases the surface area between the heat exchange fluid and the gaseous fuel, increasing the heat transfer therebetween. The structural elements of the conditioning module 10 that influence the flow of the gaseous fluid between the heat exchanger 20 and the electromagnetic valve apparatus 30 are discussed below.

El miembro 160 interior incluye un núcleo 325 hueco en forma de orificio. Las salidas 320 de fluido de proceso tienen forma de orificios (vistos en las FIGS. 2 y 4) que se extienden en el núcleo 325 hueco. El filtro 140 cilíndrico se extiende a través del núcleo 325 hueco formando el pasaje 335 anular. El fluido gaseoso fluye a través de las salidas 320 de fluido de proceso hacia el núcleo 325 hueco, a lo largo del pasaje 335 anular y a través del filtro 140 hacia la región 345. En otras realizaciones, alternativamente o además del filtro 140, puede disponerse un filtro en el orificio 150 en la entrada 40 de fluido gaseoso, o puede ser externo al módulo 10 de acondicionamiento aguas arriba de la entrada de fluido gaseoso. El filtro 140 en el núcleo 325 hueco puede filtrar los residuos de postproducción que todavía están presentes en el intercambiador 20 de calor después del ensamblaje y el acceso desde la parte superior del módulo 10 de acondicionamiento facilita la sustitución del filtro. El aparato 30 de válvula se describe ahora con más detalle. The inner member 160 includes an orifice-shaped hollow core 325. The process fluid outlets 320 are in the form of orifices (seen in FIGS. 2 and 4) that extend into the hollow core 325. The cylindrical filter 140 extends through the hollow core 325 forming the annular passage 335. Gaseous fluid flows through the process fluid outlets 320 into the hollow core 325, along the annular passage 335, and through the filter 140 into region 345. In other embodiments, alternatively or in addition to the filter 140, a filter may be disposed in the orifice 150 at the gaseous fluid inlet 40, or may be external to the conditioning module 10 upstream of the gaseous fluid inlet. The filter 140 in the hollow core 325 can filter out post-production residues still present in the heat exchanger 20 after assembly and access from the top of the conditioning module 10 facilitates filter replacement. The valve apparatus 30 is now described in more detail.

La válvula 350 controla (regula) el flujo de fluido gaseoso entre la salida 320 de fluido de proceso (del intercambiador de calor) y la salida 50 de fluido, controlando así la presión de salida del módulo de acondicionamiento. La válvula 350 incluye el asiento 360 de válvula y el miembro 370 de válvula que es reciprocable dentro de la carcasa 410 anular. La válvula se cierra cuando el miembro 370 de válvula se apoya en el asiento 360 de válvula y se abre cuando el miembro de la válvula se desplaza del asiento de la válvula (es decir, se separa o se levanta del asiento de la válvula). En la realización ilustrada el asiento 360 de válvula es un borde exterior del orificio 380 en la carcasa 410 anular (visto en la FIG. 5). El miembro 370 de válvula incluye el miembro 372 proximal (también conocido como obturador) conectado a/con el miembro 374 distal (proximal y distal están con respecto al asiento 360 de válvula). En otras realizaciones, el miembro 370 de válvula puede ser un miembro unitario. El aparato 30 de válvula también incluye el dispositivo 390 de empuje mecánico y la bobina 400. En la realización ilustrada, el dispositivo 390 de empuje es un resorte de compresión helicoidal que empuja el miembro 370 de válvula hacia el asiento 360 de válvula. El miembro 374 distal incluye una porción 376 rebajada (por ejemplo, un orificio) en donde se extiende el resorte 390, que sirve como guía/soporte del resorte y/o como medio para reducir el tamaño longitudinal del módulo 10 de acondicionamiento. La bobina 400 es un alambre enrollado anularmente (por ejemplo, en una bobina) conectado eléctricamente con la entrada eléctrica (no mostrada) y cuando es activado por el conductor (no mostrado) forma un electroimán que puede desplazar el miembro 370 de válvula lejos del asiento 360 de válvula. El miembro 374 distal está hecho de un material ferromagnético tal que es susceptible al campo electromagnético creado por el electroimán. El miembro 372 proximal también puede estar hecho de material ferromagnético. Alternativamente, o adicionalmente, el miembro 372 proximal puede estar compuesto de un material que tenga capacidades de sellado mejoradas en comparación con los materiales ferromagnéticos, por ejemplo, el miembro 372 puede estar hecho de caucho. El fluido gaseoso fluye desde las salidas 320 de fluido de proceso a través del filtro 140 hacia la región 345 en dirección a la válvula 350. Cuando la válvula 350 es operada como una válvula proporcional, el controlador electrónico (no mostrado) ordena al excitador (no mostrado) activar la bobina 400 para controlar la cantidad de elevación del miembro 370 de válvula desde el asiento 360 de válvula controlando así la zona de flujo de fluido a través de la válvula 350 y la presión de salida del fluido gaseoso. Alternativamente, cuando la válvula 350 funciona como una válvula de tipo inyector, el controlador electrónico ordena al controlador que ajuste la frecuencia y/o el ciclo de trabajo de una señal modulada en anchura de pulsos que mueve el miembro 370 de válvula entre las posiciones abierta y cerrada para controlar la inyección de combustible desde el lado aguas arriba de la válvula 350 al lado aguas abajo de la válvula y, por tanto, la presión de salida del fluido gaseoso. Aguas abajo de la válvula 350, el fluido gaseoso fluye a través de las aberturas 412 (por ejemplo, orificios) en la carcasa 410 anular hacia la cámara 414 anular y luego a través de la salida 50 de fluido gaseoso. Valve 350 controls (regulates) the flow of gaseous fluid between process fluid outlet 320 (of the heat exchanger) and fluid outlet 50, thereby controlling the outlet pressure of the conditioning module. Valve 350 includes valve seat 360 and valve member 370 that is reciprocable within annular housing 410. The valve closes when valve member 370 abuts valve seat 360 and opens when the valve member is displaced from the valve seat (i.e., separated or lifted from the valve seat). In the illustrated embodiment, valve seat 360 is an outer edge of bore 380 in annular housing 410 (seen in FIG. 5). The valve member 370 includes the proximal member 372 (also known as the plug) connected to/with the distal member 374 (proximal and distal being relative to the valve seat 360). In other embodiments, the valve member 370 may be a unitary member. The valve apparatus 30 also includes the mechanical biasing device 390 and the coil 400. In the illustrated embodiment, the biasing device 390 is a helical compression spring that biases the valve member 370 toward the valve seat 360. The distal member 374 includes a recessed portion 376 (e.g., a hole) into which the spring 390 extends, which serves as a guide/support for the spring and/or as a means to reduce the longitudinal size of the conditioning module 10. The coil 400 is an annularly wound wire (e.g., in a coil) electrically connected to the electrical input (not shown) and when energized by the conductor (not shown) forms an electromagnet that can displace the valve member 370 away from the valve seat 360. The distal member 374 is made of a ferromagnetic material such that it is susceptible to the electromagnetic field created by the electromagnet. The proximal member 372 may also be made of a ferromagnetic material. Alternatively, or additionally, the proximal member 372 may be composed of a material that has improved sealing capabilities compared to ferromagnetic materials, for example, the member 372 may be made of rubber. Gaseous fluid flows from process fluid outlets 320 through filter 140 into region 345 toward valve 350. When valve 350 is operated as a proportional valve, the electronic controller (not shown) commands the driver (not shown) to energize coil 400 to control the amount of lift of valve member 370 from valve seat 360 thereby controlling the area of fluid flow through valve 350 and the outlet pressure of the gaseous fluid. Alternatively, when valve 350 operates as an injector type valve, the electronic controller commands the controller to adjust the frequency and/or duty cycle of a pulse width modulated signal that moves valve member 370 between open and closed positions to control fuel injection from the upstream side of valve 350 to the downstream side of the valve and thus the outlet pressure of the gaseous fluid. Downstream of valve 350, gaseous fluid flows through openings 412 (e.g., holes) in annular housing 410 into annular chamber 414 and then through gaseous fluid outlet 50.

Con referencia a las FIGS. 2 y 4, la superficie 420 interior de la carcasa 410 anular y el sello 470 anular soportan y guían al miembro 370 de válvula durante la reciprocación. En la realización ilustrada, la superficie 420 soporta y guía una porción de mayor diámetro del miembro 374 distal y el sello 470 anular soporta y guía una porción de menor diámetro del miembro 374 distal. La superficie 430 de la carcasa 310 anular es una superficie radial en la realización ilustrada relativa al eje 15 y soporta y retiene el sello 470 anular dentro de la carcasa anular durante la reciprocación del miembro 370 de válvula. La tapa 440 de extremo soporta el resorte 390 y forma una conexión sellada de forma fluida con la carcasa 410 mediante el sello 445. En referencia a las FIG<s>.2, 3 y 5, la cámara 450 de compensación es el espacio definido por la tapa 440, las superficies 420 y 425 interiores de la carcasa 410 y el sello 470 anular. El resorte 390 está situado en la cámara 450 de compensación y el miembro 370 de válvula se extiende y gira en ella. La cámara 450 de compensación incluye una cámara 452 proximal y una cámara 454 distal (proximal y distal son con respecto al asiento 360 de válvula). El pasaje 460 se extiende longitudinalmente a través del miembro 370 de válvula (a través de los miembros 372 y 374 proximal y distal respectivamente) desde la región 345 hasta la cámara 454 distal. Los pasajes 462 radiales se extienden desde el pasaje 460 hasta la cámara 452 proximal. Los pasajes 460 y 462 conectan fluidamente la cámara 450 con el lado aguas arriba de la válvula 350, que es el lado de más alta presión de la válvula, de tal manera que la cámara 450 está sustancialmente a la presión del tanque cuando la válvula está cerrada. La cámara 450 también está conectada fluidamente con la salida 50 de fluido (a la presión del sistema) cuando la válvula 350 está abierta; sin embargo, la presión en la cámara permanece sustancialmente a la presión del tanque debido a la zona de flujo restringida a través de la válvula. El sello 470 proporciona una conexión de sellado de forma fluida entre el miembro 370 de válvula y la superficie 425 interior, por lo que el fluido sólo puede comunicarse dentro y/o fuera de la cámara 450 a lo largo de los pasajes 460 y 462. Es posible que el fluido gaseoso fluya entre la cámara 452 proximal a la cámara 454 distal a través del espacio entre la superficie 430 interior de la carcasa 410 anular y la porción 374 distal del miembro 370 de válvula, por ejemplo, para neutralizar cualquier diferencia de presión a lo largo de la vía. Sin embargo, la zona de flujo entre ellos es sustancialmente menor que la zona de flujo proporcionada por los pasajes 460 y 462. Referring to FIGS. 2 and 4, the interior surface 420 of the annular housing 410 and the annular seal 470 support and guide the valve member 370 during reciprocation. In the illustrated embodiment, the surface 420 supports and guides a larger diameter portion of the distal member 374 and the annular seal 470 supports and guides a smaller diameter portion of the distal member 374. The surface 430 of the annular housing 310 is a radial surface in the illustrated embodiment relative to the axis 15 and supports and retains the annular seal 470 within the annular housing during reciprocation of the valve member 370. The end cap 440 supports the spring 390 and forms a fluidly sealed connection with the housing 410 via the seal 445. Referring to FIGS. 2, 3, and 5, the surge chamber 450 is the space defined by the cap 440, the interior surfaces 420 and 425 of the housing 410, and the annular seal 470. The spring 390 is positioned in the surge chamber 450 and the valve member 370 extends and rotates therein. The surge chamber 450 includes a proximal chamber 452 and a distal chamber 454 (proximal and distal being relative to the valve seat 360). The passageway 460 extends longitudinally through the valve member 370 (through the proximal and distal members 372 and 374 respectively) from the region 345 to the distal chamber 454. Radial passages 462 extend from passage 460 to proximal chamber 452. Passages 460 and 462 fluidly connect chamber 450 to the upstream side of valve 350, which is the higher pressure side of the valve, such that chamber 450 is substantially at tank pressure when the valve is closed. Chamber 450 is also fluidly connected to fluid outlet 50 (at system pressure) when valve 350 is open; however, the pressure in the chamber remains substantially at tank pressure due to the restricted flow zone through the valve. The seal 470 provides a fluid-sealing connection between the valve member 370 and the interior surface 425, whereby fluid can only communicate into and/or out of the chamber 450 along the passages 460 and 462. It is possible for gaseous fluid to flow between the proximal chamber 452 to the distal chamber 454 through the space between the interior surface 430 of the annular housing 410 and the distal portion 374 of the valve member 370, for example, to neutralize any pressure differential along the pathway. However, the flow area between them is substantially smaller than the flow area provided by the passages 460 and 462.

Refiriéndose ahora a las FIGS. 2, 5 y 6, el miembro 370 de válvula está compensado con respecto a la presión del fluido gaseoso aguas arriba de la válvula 350, ya que experimenta fuerzas de fluido resultantes de la presión de entrada del fluido gaseoso (por ejemplo, la presión del tanque) en extremos opuestos en direcciones opuestas. Tal como se utiliza en el presente documento, tanto la válvula 350 como el miembro 370 de válvula se denominan compensados. El fluido gaseoso aguas arriba de la válvula 350, sustancialmente a la presión del tanque, ejerce fuerzas longitudinales con respecto al eje 15 sobre una primera zona del miembro 370 de válvula en la cámara 450 en una dirección hacia el asiento 360 de válvula y fuerzas longitudinales sobre una segunda zona del miembro de válvula fuera de la cámara en una dirección alejada del asiento de válvula. Se trata de fuerzas longitudinales opuestas. La primera zona de la cámara 450 está definida por el diámetro 475 de sellado del sello 470 en la superficie 378 exterior del miembro 374 distal (visto en la FIG. 6). La segunda zona está definida por el diámetro 465 de asiento de válvula del asiento 360 de válvula. El diámetro 475 de sellado también se denomina diámetro crítico en la cámara 450 de compensación donde la presión del fluido gaseoso genera una fuerza longitudinal de cierre sobre el miembro de la válvula, y el diámetro 465 de asiento de válvula también se denomina diámetro crítico fuera de la cámara de compensación donde la presión del fluido gaseoso genera una fuerza longitudinal de apertura sobre el miembro de la válvula. En la realización ilustrada, el diámetro 475 de sellado es mayor que el diámetro 465 de asiento de válvula, de tal manera que la primera zona en la cámara 450 es mayor que la segunda zona fuera de la cámara, por lo que la fuerza longitudinal neta sobre el miembro 370 de válvula resultante de la presión del fluido gaseoso es hacia el asiento 360 de válvula. De este modo, se dice que la válvula 350 (o el miembro 370 de válvula) está sobrecompensada, de modo que cuando la bobina 400 (el electroimán) se desactiva, la válvula 350 se cierra. Referring now to FIGS. 2, 5, and 6, the valve member 370 is pressure-balanced with respect to the gaseous fluid upstream of the valve 350 as it experiences fluid forces resulting from the inlet pressure of the gaseous fluid (e.g., tank pressure) at opposite ends in opposite directions. As used herein, both the valve 350 and the valve member 370 are referred to as balanced. The gaseous fluid upstream of the valve 350, substantially at tank pressure, exerts longitudinal forces relative to axis 15 on a first region of the valve member 370 in the chamber 450 in a direction toward the valve seat 360 and longitudinal forces on a second region of the valve member outside the chamber in a direction away from the valve seat. These are opposing longitudinal forces. The first region of the chamber 450 is defined by the sealing diameter 475 of the seal 470 at the outer surface 378 of the distal member 374 (seen in FIG. 6). The second region is defined by the valve seat diameter 465 of the valve seat 360. The sealing diameter 475 is also referred to as the critical diameter in the surge chamber 450 where the gaseous fluid pressure generates a longitudinal closing force on the valve member, and the valve seat diameter 465 is also referred to as the critical diameter outside the surge chamber 450 where the gaseous fluid pressure generates a longitudinal opening force on the valve member. In the illustrated embodiment, the sealing diameter 475 is larger than the valve seat diameter 465 such that the first region in the chamber 450 is larger than the second region outside the chamber, so the net longitudinal force on the valve member 370 resulting from the pressure of the gaseous fluid is toward the valve seat 360. Thus, the valve 350 (or the valve member 370) is said to be overcompensated such that when the coil 400 (the electromagnet) is de-energized, the valve 350 closes.

El resorte 390 no es necesario para cerrar la válvula 350 cuando la válvula 350 está sobrecompensada, aunque el resorte puede ayudar a prevenir cualquier apertura no intencionada de la válvula debido a ondas de presión transitorias dentro del módulo 10 de acondicionamiento y puede mantener la válvula cerrada en ausencia de fluido gaseoso y activación de la bobina. El resorte 390 puede seleccionarse para una fuerza mucho menor, ya que no necesita cerrar la válvula 350 contra la presión máxima del tanque. En otras realizaciones, el diámetro 475 de sellado puede ser igual al diámetro del asiento de la válvula 465 de tal manera que la primera zona en la cámara 450 es igual a la segunda zona fuera de la cámara por lo que las fuerzas longitudinales netas resultantes de la presión del fluido gaseoso son cero y el miembro 370 de válvula no está influenciado en la condición estática por la presión del fluido gaseoso. Es lo que se denomina compensación equilibrada. Alternativamente, el diámetro 475 de sellado puede ser menor que el diámetro 465 de asiento de válvula de tal manera que la primera zona en la cámara 450 es menor que la segunda zona fuera de la cámara por lo que la fuerza longitudinal neta debida a la presión del fluido gaseoso empuja al miembro de la válvula lejos del asiento 360 de válvula. Esto se denomina infracompensación. El resorte 390 cierra la válvula 350 cuando la bobina 400 se desactiva, tanto en la variante de compensación equilibrada como en la de subcompensación. En las tres formas de compensación (por encima, equilibrada y por debajo) son las fuerzas longitudinales ejercidas sobre la primera zona del miembro 370 de válvula en la cámara 450 las que compensan al miembro de válvula frente a la presión del fluido gaseoso (es decir, la presión de entrada o la presión del tanque). Una magnitud de la diferencia entre la primera zona y la segunda zona puede seleccionarse de tal manera que una tasa de elasticidad del resorte 390 pueda ser relativamente pequeña. Tal como se utiliza en el presente documento, la tasa de elasticidad se define como la cantidad de fuerza necesaria para desviar un resorte una unidad de distancia. Una ventaja en la compensación del miembro 370 de válvula contra la presión del tanque es la mejora en la capacidad de controlar electrónicamente el miembro de válvula para regular la presión de salida del módulo de acondicionamiento, especialmente cuando la presión de entrada no es constante, sino que varía entre un intervalo relativamente amplio, tal como cuando se acondiciona un combustible gaseoso en un tanque de almacenamiento para un motor de combustión interna. La tensión previa del resorte 390 puede elegirse de tal manera que la válvula 350 se cierre a cualquier presión posible/admisible del tanque cuando la bobina 400 no esté activada. Para situaciones de sobrecompensación y compensación equilibrada, la tensión previa puede ser pequeña o nula, requiriendo así menos fuerza electromagnética máxima para mover el miembro 370 de válvula. Cuando la tensión previa de sobrecompensación es demasiado alta, entonces la fuerza electromagnética requerida se vuelve demasiado alta en la situación de alta presión del tanque. Cuando la tensión previa de subcompensación es demasiado alta, entonces la fuerza electromagnética requerida se vuelve demasiado alta en la situación de baja presión del tanque. Ambas situaciones pueden influir negativamente en el rendimiento de la válvula electromagnética, por ejemplo, el comportamiento no lineal de la válvula, si la válvula no se abre completamente o no se abre en absoluto. The spring 390 is not necessary to close the valve 350 when the valve 350 is overcompensated, although the spring may help prevent any unintended opening of the valve due to transient pressure waves within the conditioning module 10 and may keep the valve closed in the absence of gaseous fluid and coil activation. The spring 390 may be selected for a much lower force since it does not need to close the valve 350 against the maximum tank pressure. In other embodiments, the sealing diameter 475 may be equal to the valve seat diameter 465 such that the first zone in the chamber 450 is equal to the second zone outside the chamber so that the net longitudinal forces resulting from the gaseous fluid pressure are zero and the valve member 370 is not influenced in the static condition by the gaseous fluid pressure. This is called balanced compensation. Alternatively, the sealing diameter 475 may be smaller than the valve seat diameter 465 such that the first zone in the chamber 450 is smaller than the second zone outside the chamber so that the net longitudinal force due to the gaseous fluid pressure pushes the valve member away from the valve seat 360. This is called undercompensation. The spring 390 closes the valve 350 when the coil 400 is de-energized, in both the balanced compensation and undercompensation variants. In all three forms of compensation (over, balanced and under) it is the longitudinal forces exerted on the first zone of the valve member 370 in the chamber 450 that compensate the valve member against the gaseous fluid pressure (i.e., inlet pressure or tank pressure). A magnitude of the difference between the first zone and the second zone may be selected such that a spring rate of the spring 390 may be relatively small. As used herein, spring rate is defined as the amount of force required to deflect a spring a unit distance. An advantage in compensating the valve member 370 against tank pressure is the improved ability to electronically control the valve member to regulate the outlet pressure of the conditioning module, especially when the inlet pressure is not constant, but varies over a relatively wide range, such as when conditioning a gaseous fuel in a storage tank for an internal combustion engine. The pre-tension of the spring 390 may be chosen such that the valve 350 closes at any possible/allowable tank pressure when the coil 400 is not energized. For over-compensation and balanced compensation situations, the pre-tension may be small or none, thus requiring less peak electromagnetic force to move the valve member 370. When the over-compensation pre-tension is too high, then the required electromagnetic force becomes too high in the high tank pressure situation. When the undercompensation pre-voltage is too high, then the required electromagnetic force becomes too high in the low tank pressure situation. Both situations can negatively influence the performance of the electromagnetic valve, for example non-linear behavior of the valve, if the valve does not open completely or does not open at all.

Ahora se discute una realización alternativa. En primer lugar, en referencia a la FIG. 2, en la realización ilustrada el intercambiador 20 de calor está longitudinalmente adyacente al aparato 30 de válvula. En otras realizaciones, el intercambiador de calor puede solaparse longitudinalmente con al menos una porción del aparato de válvula, de forma que el rechazo de calor tiene lugar desde el fluido de intercambio de calor hacia el fluido gaseoso tanto aguas arriba como aguas abajo de la válvula 350. Por ejemplo, la salida 50 de fluido gaseoso y el receptáculo 120 pueden moverse hacia arriba de forma que el miembro 200 intermedio tubular pueda extenderse más allá de la válvula 350 de forma solapada. La entrada 60 de fluido de intercambio de calor también puede moverse longitudinalmente de forma concomitante con la extensión del miembro 200 intermedio. En otras realizaciones, el intercambiador 20 de calor puede estar situado aguas abajo del aparato 30 de válvula. Se prefiere situar el intercambiador de calor aguas arriba o solapado con respecto a la válvula 350 del aparato de válvulas. An alternative embodiment is now discussed. First, referring to FIG. 2, in the illustrated embodiment the heat exchanger 20 is longitudinally adjacent the valve apparatus 30. In other embodiments, the heat exchanger may longitudinally overlap at least a portion of the valve apparatus such that heat rejection occurs from the heat exchange fluid to the gaseous fluid both upstream and downstream of the valve 350. For example, the gaseous fluid outlet 50 and receptacle 120 may move upwardly such that the tubular intermediate member 200 may extend beyond the valve 350 in an overlapping manner. The heat exchange fluid inlet 60 may also move longitudinally concomitant with the extension of the intermediate member 200. In other embodiments, the heat exchanger 20 may be located downstream of the valve apparatus 30. It is preferred to locate the heat exchanger upstream or overlapping with respect to valve 350 of the valve apparatus.

Refiriéndose ahora a las FIG. 7, se muestra el módulo 12 de acondicionamiento de fluido gaseoso de acuerdo con una segunda realización, donde partes similares a la primera realización tienen números de referencia similares que pueden no describirse en detalle, si es que se describen. El intercambiador 20b de calor se solapa con el aparato 30b de válvula electromagnética de forma que el rechazo de calor entre el fluido de intercambio de calor y el fluido gaseoso tiene lugar tanto aguas arriba como aguas abajo de la válvula 350. El intercambiador 20b de calor incluye el miembro 160b interior dispuesto dentro del miembro 200b intermedio tubular y rodeado por el cuerpo 210b del módulo de acondicionamiento, todos los cuales cooperan para controlar el flujo de fluido gaseoso y fluido de intercambio de calor a una proximidad relativamente cercana entre sí para facilitar el rechazo de calor del fluido de intercambio de calor al fluido gaseoso. El miembro 200b intermedio tubular se extiende longitudinalmente a lo largo de la válvula 350b de forma solapada. El miembro 370b de válvula se desplaza dentro de la carcasa 410b anular en relación con el asiento 360b de válvula. En referencia a la FIG. Referring now to FIGS. 7, there is shown the gaseous fluid conditioning module 12 according to a second embodiment, where parts similar to the first embodiment have similar reference numerals that may not be described in detail, if at all. The heat exchanger 20b overlaps the electromagnetic valve apparatus 30b such that heat rejection between the heat exchange fluid and the gaseous fluid occurs both upstream and downstream of the valve 350. The heat exchanger 20b includes the inner member 160b disposed within the tubular intermediate member 200b and surrounded by the conditioning module body 210b, all of which cooperate to control the flow of gaseous fluid and heat exchange fluid in relatively close proximity to each other to facilitate heat rejection from the heat exchange fluid to the gaseous fluid. The tubular intermediate member 200b extends longitudinally along the valve 350b in an overlapping manner. The valve member 370b moves within the annular housing 410b relative to the valve seat 360b. Referring to FIG.

8, la trayectoria de flujo del fluido gaseoso desde la entrada 40 hasta la salida 50 se ilustra mediante las líneas 500, 502, 504, 506, 508, 510 y 512 de flujo en orden creciente descendente respectivamente. 8, the flow path of the gaseous fluid from the inlet 40 to the outlet 50 is illustrated by flow lines 500, 502, 504, 506, 508, 510 and 512 in increasing descending order respectively.

La ubicación del intercambiador de calor tanto aguas arriba como aguas abajo del aparato 30 de válvula presenta ventajas y desventajas. Cuando la válvula se coloca antes del intercambiador de calor, la válvula regula el fluido gaseoso en fase líquida y se presentan problemas de respuesta retardada y presión de corte. Hay una respuesta retardada en la regulación de la presión, ya que el fluido en fase líquida debe pasar a través de la válvula y luego vaporizarse antes de tener un efecto significativo sobre la presión de salida, y en este sentido el sistema se retrasa y es más difícil de regular. Cuando el motor pasa a un modo de corte de combustible, tal como cuando se suelta el acelerador, la válvula se cierra, pero todavía hay fluido gaseoso en fase líquida aguas abajo de la válvula que se vaporiza y puede causar una condición de sobrepresión conocida como 'presión de corte'. Cuando la válvula se coloca después del intercambiador de calor, el fluido gaseoso en fase líquida es mucho más difícil de calentar y vaporizar porque el punto de ebullición es más alto antes de la válvula debido a la mayor presión. Esto hace que el intercambiador de calor sea más eficiente después de la válvula y menos eficiente antes de la válvula. Además, debido al efecto Joule-Thomson, la temperatura desciende después de la válvula. Esto hace que la temperatura diferencial entre el intercambiador de calor y el fluido gaseoso sea mayor. La transferencia de calor depende linealmente de la temperatura diferencial, lo que permite transferir más calor al fluido gaseoso. En teoría, el intercambiador de calor sólo puede calentar el fluido gaseoso hasta la temperatura del fluido de intercambio de calor. El efecto Joule-Thomson de la válvula reduce entonces la temperatura del fluido gaseoso. En condiciones de frío, las mangueras pueden reducir aún más la temperatura del fluido gaseoso, haciendo que éste alcance su punto de condensación aguas abajo del módulo de acondicionamiento, lo que puede provocar condiciones de sobrepresión y/o una cantidad incorrecta de fluido gaseoso inyectado en el colector del motor. The location of the heat exchanger both upstream and downstream of the valve apparatus 30 has advantages and disadvantages. When the valve is placed before the heat exchanger, the liquid phase gaseous fluid is regulated by the valve and problems of delayed response and cut-off pressure are presented. There is a delayed response in pressure regulation as the liquid phase fluid must pass through the valve and then vaporize before having a significant effect on the outlet pressure, and in this sense the system is delayed and more difficult to regulate. When the engine goes into a fuel cut-off mode, such as when the throttle is released, the valve closes, but there is still liquid phase gaseous fluid downstream of the valve which vaporizes and can cause an over pressure condition known as 'cut-off pressure'. When the valve is placed after the heat exchanger, the liquid phase gaseous fluid is much more difficult to heat and vaporize because the boiling point is higher before the valve due to the higher pressure. This makes the heat exchanger more efficient after the valve and less efficient before the valve. Also, due to the Joule-Thomson effect, the temperature drops after the valve. This makes the differential temperature between the heat exchanger and the gaseous fluid larger. The heat transfer is linearly dependent on the differential temperature, allowing more heat to be transferred to the gaseous fluid. In theory, the heat exchanger can only heat the gaseous fluid up to the temperature of the heat exchange fluid. The Joule-Thomson effect of the valve then reduces the temperature of the gaseous fluid. In cold conditions, the hoses can further reduce the temperature of the gaseous fluid, causing it to reach its dew point downstream of the conditioning module, which can lead to overpressure conditions and/or an incorrect amount of gaseous fluid injected into the engine manifold.

Refiriéndose ahora a las FIG. 9 se muestra el sistema 600 de motor que incluye el módulo 10 de acondicionamiento de fluido gaseoso, el aparato 610 de almacenamiento, el motor 620 y el controlador 630 electrónico. Aunque el módulo 10 de acondicionamiento de fluido gaseoso se ilustra en el sistema 600, en otras realizaciones del sistema puede emplearse el módulo 12. El fluido gaseoso es un combustible gaseoso, tal como el LPG, que consume el motor 620 durante su funcionamiento. El aparato 620 de almacenamiento incluye un tanque que almacena el fluido gaseoso en fase líquida a temperatura estándar y puede incluir otros componentes convencionales del sistema de combustible, tal como válvulas de cierre y de seguridad. El motor 620 hace circular refrigerante del motor al módulo 10 de acondicionamiento a través del bucle 660 para vaporizar el fluido gaseoso recibido del aparato 610 de almacenamiento. El controlador 630 electrónico incluye el impulsor 640 que está conectado eléctricamente con el aparato de válvula electromagnética del módulo 10 de acondicionamiento en la entrada 90 eléctrica. En otras realizaciones, el impulsor 640 puede ser externo al controlador. El controlador 630 también está conectado operativamente con el motor 620 para recibir señales representativas de las condiciones de funcionamiento del motor y ordenar a los inyectores de combustible (no mostrados) que introduzcan (directa o indirectamente) fluido gaseoso en los cilindros del motor. El sensor 650 de presión genera señales representativas de la presión del fluido gaseoso aguas abajo de la salida 50 de fluido gaseoso y comunica estas señales al controlador 630. El controlador también recibe señales del sensor 110 de temperatura representativas de la temperatura del refrigerante del motor dentro del módulo 10 de acondicionamiento. El controlador 630 ordena al aparato de válvula electromagnética del módulo 10 de acondicionamiento que regule la presión de salida del fluido gaseoso (es decir, la presión del sistema) basándose en las entradas de al menos la presión de salida del fluido gaseoso y, en una realización ejemplar, también la temperatura del refrigerante del motor. En otras realizaciones, el controlador también puede recibir señales representativas de la presión de entrada del fluido gaseoso desde otro sensor de presión (no mostrado) que puede utilizarse para mejorar la regulación de la presión de salida. Referring now to FIGS. 9, engine system 600 is shown including gaseous fluid conditioning module 10, storage apparatus 610, engine 620, and electronic controller 630. Although gaseous fluid conditioning module 10 is illustrated in system 600, module 12 may be employed in other embodiments of the system. The gaseous fluid is a gaseous fuel, such as LPG, that is consumed by engine 620 during operation. Storage apparatus 620 includes a tank that stores the gaseous fluid in a liquid phase at standard temperature and may include other conventional fuel system components such as shut-off and safety valves. Engine 620 circulates engine coolant to conditioning module 10 through loop 660 to vaporize gaseous fluid received from storage apparatus 610. The electronic controller 630 includes the actuator 640 that is electrically connected to the electromagnetic valve apparatus of the conditioning module 10 at the electrical input 90. In other embodiments, the actuator 640 may be external to the controller. The controller 630 is also operatively connected to the engine 620 to receive signals representative of the engine operating conditions and command the fuel injectors (not shown) to introduce (directly or indirectly) gaseous fluid into the engine cylinders. The pressure sensor 650 generates signals representative of the pressure of the gaseous fluid downstream of the gaseous fluid outlet 50 and communicates these signals to the controller 630. The controller also receives signals from the temperature sensor 110 representative of the temperature of the engine coolant within the conditioning module 10. The controller 630 commands the electromagnetic valve apparatus of the conditioning module 10 to regulate the gaseous fluid outlet pressure (i.e., the system pressure) based on inputs of at least the gaseous fluid outlet pressure and, in an exemplary embodiment, also the engine coolant temperature. In other embodiments, the controller may also receive signals representative of the gaseous fluid inlet pressure from another pressure sensor (not shown) that may be used to enhance outlet pressure regulation.

Claims

1. A gaseous fluid conditioning module (10, 12) comprising:

a gaseous fluid inlet (40) that receives a gaseous fluid at inlet pressure;

a gaseous fluid outlet (50) that provides the gaseous fluid in gas phase within a predetermined pressure range;

a valve apparatus (30, 30b) regulating the flow of the gaseous fluid in the gas phase between the gaseous fluid inlet (40) and the gaseous fluid outlet (50), the valve apparatus (30, 30b) comprising:

a valve (350, 350b) comprising a valve seat (360, 360b) and a valve member (370, 370b) reciprocable with respect to the valve seat (360, 360b), the valve member (370, 370b) in fluid sealing contact with the valve seat (360, 360b) when the valve (350, 350b) is closed and spaced apart from the valve seat (360, 360b) when the valve (350, 350b) is open;

an electromagnet (400) that can be emerged to exert a force on the valve member (370, 370b) to move the valve member (370, 370b) away from the valve seat (360, 360b) thereby opening the valve (350, 350b) to regulate the pressure of the gaseous fluid downstream of the valve (350, 350b) within the predetermined pressure range; and

a surge chamber (450) at a distal end of the valve member (370, 370b) opposite the valve seat (360, 360b) wherein the valve member (370, 370b) extends, the surge chamber (450) in fluid communication with the gaseous fluid inlet (40), the gaseous fluid upstream of the valve (350, 330b) exerting longitudinal forces in a first region of the valve member (370, 370b) in the surge chamber (450) in the direction of the valve seat (360, 360b) and longitudinal forces in a second region of the valve member (370, 370b) outside the surge chamber (450) away from the valve seat (360, 360b);

wherein longitudinal forces exerted on the first region of the valve member (370, 370b) in the compensation chamber (450) compensate the valve member (370, 370b) against the inlet pressure of the gaseous fluid.

2. The gaseous fluid conditioning module of claim 1, wherein the first zone is larger than the second zone, whereby longitudinal forces exerted by the gaseous fluid upstream of the valve (350, 350b) on the first zone of the valve member (370, 370b) are greater than longitudinal forces exerted by the gaseous fluid on the second zone of the valve member (370, 370b), whereby the valve (350, 350b) closes when the electromagnet (400) is de-energized; or

the first zone is equal to or less than the second zone, whereby the longitudinal forces exerted by the gaseous fluid on the first zone of the valve member (370, 370b) are equal to or less than the longitudinal forces exerted by the gaseous fluid on the second zone of the valve member (370, 370b).

3. The gaseous fluid conditioning module of claim 1 or 2, further comprising a mechanical biasing device (390) that biases the valve member (370, 370b) toward the valve seat (360, 360b).

4. The gaseous fluid conditioning module of any one of claims 1 to 3, further comprising a heat exchanger (20) comprising a heat exchange fluid inlet (60), a heat exchange fluid outlet (70), a process fluid inlet (190) and a process fluid outlet (320); a heat exchange fluid employed to increase the enthalpy of the gaseous fluid entering the heat exchange fluid inlet (60) and exiting the heat exchange fluid outlet (70), the process fluid inlet (190) in fluid communication with the gaseous fluid inlet (60), and valve apparatus (30, 30B) downstream of the process fluid outlet (320).

5. The gaseous fluid conditioning module of claim 4, further comprising a body (210), the heat exchanger (20) further comprising a tubular intermediate member (200) within the body (210), the tubular intermediate member (210) comprising radially outwardly projecting annular hollow ribs (220) abutting an inner surface of the body (210) thereby forming a plurality of annular passages (230, 240) around the tubular intermediate member (200), the ribs (220) being spaced from the inner surface of the body (210) at an inlet region around the heat exchange fluid inlet (60), an outlet region around the heat exchange fluid outlet (60), and a longitudinal region on a side substantially opposite the heat exchange fluid inlet (60) and outlet (70), wherein the heat exchange fluid flows through the tubular intermediate member (200). from the heat exchange fluid inlet (60) to and through annular passages (230, 240) encompassed by the inlet region, then to and through a longitudinal passage (300) in the longitudinal region, then to and through annular passages (335) encompassed by the outlet region and then to the heat exchange fluid outlet (70).

6. The gaseous fluid conditioning module of claim 4 or 5, the heat exchanger (20) further comprising a spiral passage (310) extending between the process fluid inlet (190) and the process fluid outlet (320), the spiral passage (310) increasing in cross-sectional flow zone in the direction of the process fluid outlet (320).

7. The gaseous fluid conditioning module of claim 6, the heat exchanger (20) further comprising an inner member (160) within the tubular intermediate member (200), the inner member (160) comprising a radially outwardly projecting rib spirally wound about the inner member (160), the rib abutting an inner surface of the tubular intermediate member (200) forming the spiral passage (310), the inner member (160) narrowing longitudinally whereby the cross-sectional flow area of the spiral passage (310) increases in the direction of the process fluid outlet (320).

8. The gaseous fluid conditioning module of claim 7, the inner member (160) comprising a longitudinal orifice at one end, further comprising a tubular filter inserted into the orifice, gaseous fluid in communication between the gaseous fluid inlet (40) and the process fluid inlet (190) through the filter.

9. The gaseous fluid conditioning module of any one of claims 1 to 8, the valve member (370) comprising a longitudinal passageway fluidly connecting the gaseous fluid inlet (40) through one end of the valve member (370, 370b) proximate the valve seat (360, 360b) opposite the distal end to the surge chamber (450).

10. The gaseous fluid conditioning module of claim 9, wherein when the gaseous fluid is fluidly communicated to the surge chamber (450), the gaseous fluid flows through the longitudinal passage (300), and when the gaseous fluid is fluidly communicated out of the surge chamber (450), the gaseous fluid flows back through the longitudinal passage (300).

11. The gaseous fluid conditioning module of claim 9, further comprising:

an annular valve housing (410) reciprocally supporting the valve member (370, 370b) therein;

a fluid seal (470) between the valve member (370, 370b) and the annular valve housing (410); and

an end cap (440) that fluidly seals one end of the annular valve housing (410) opposite the valve seat (360, 360b);

wherein the surge chamber (450) is formed by the annular valve housing (410), the end cap (440), the valve member (370, 370b) and the fluid seal (470).

12. The gaseous fluid conditioning module of claim 11, wherein the annular valve housing (410) has a small inner diameter portion and a large inner diameter portion, the fluid seal (370) between the valve member (370, 370b) and the annular valve housing (410) in a region of the small inner diameter portion.

13. The gaseous fluid conditioning module of any one of claims 1 to 12, wherein the electromagnet (400) comprises an annular coil pack extending around the valve member (370, 370b); or

The electromagnet (400) can be adjusted to adjust the flow zone through the valve (350, 350b); or

further comprising a receptacle (100, 120) in fluid communication with the gaseous fluid outlet (50), the receptacle (100, 120) receiving at least one of a pressure relief valve (130), a temperature sensor (110), a pressure sensor (650) and a gaseous fluid conduit.

14. The gaseous fluid conditioning module of any one of claims 1 to 13, wherein the gaseous fluid is any gaseous fluid or mixtures thereof having a critical temperature greater than 21 degrees Celsius; or

The gaseous fluid is one of the following: propane, butane, dimethyl ether, LPG and mixtures of these gaseous fluids.

15. An engine system (600) comprising:

a gaseous fluid storage apparatus (610);

a gaseous fluid conditioning module (10, 12) as claimed in claim 1 fluidly connected to receive gaseous fluid from the gaseous fluid storage apparatus (610);

an engine (620) fluidly connected to receive gaseous fluid from and supply engine coolant to the gaseous fluid conditioning module (10, 12);

a pressure sensor (650) that measures the pressure of the gaseous fluid between the gaseous fluid conditioning module (10, 12) and the motor (620); and

a controller (630) operatively connected to the gaseous fluid conditioning module (10, 12), the motor (620) and the pressure sensor (650) and programmed to command the gaseous fluid conditioning module (10, 12) to regulate the pressure of the gaseous fluid between the gaseous fluid conditioning module (10, 12) and the motor (600) within a predetermined pressure range and to adjust the predetermined pressure range based on the operating conditions of the motor.