CN101080593B - 调压阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及调压阀。为使活塞式调压阀实现密封部件的耐久性且产生衰减作用，本发明的调压阀(10)的特征在于按照使壳体(21，26)内的一级室(17)与二级室(19)之间连通或阻断连通的方式移动的阀移动部件，其中，在壳体与阀移动部件之间设置有多个中央部件(20，25)，该多个中央部件采用不同的材料。于是，通过提供不同材料的中央部件，可利用该中央部件实现衰减作用和密封部件的耐久性两者。

Description

调压阀
发明领域
本发明涉及用于调节流体压力的调压阀。
背景技术
在例如日本实用新型公开文献特开平No.1-178285中公开的调压阀作为用于减低气体压力的调压阀而存在。此调压阀由调压弹簧、在气缸内移动的活塞、阀元件以及复位弹簧等构成。然后，活塞与气缸之间利用U形密封部件密封。
发明内容
然而，问题是通常用作密封部件的橡胶密封部件的耐久性低。另外，当采用耐久性高的硬质树脂密封材料时，不能利用橡胶密封材料获得对阀运动(振动或摆动，过冲击)的充分衰减作用(阻尼作用)，因此调压阀的二级压力的变动大。
因此，本发明目的是提供一种既能够提供位于阀元件(活塞)与阀元件的壳体(气缸)之间的密封材料的耐久性，又能够提供用于抑制阀元件的振动和用于抑制过热的衰减作用的调压阀。
为实现前述目的，本发明调压阀的特征在于一种具有按照使壳体内的一级室与二级室之间连通或阻断连通的方式移动的阀移动部件，其中，在壳体与阀移动部件之间设置有多个中央部件，该多个中央部件采用不同的材料。
通过提供不同材料的中央部件，可既实现衰减作用，又实现密封部件的耐久性。
还优选地，多个中央部件的材料被选定为具有不同的滑动阻力。
通过给中央部件提供不同的滑动阻力，可既实现衰减作用，又实现密封部件的耐久性。具有大滑动阻力的中央部件(例如，橡胶密封材料)对活塞的振动和过冲击具有衰减作用(阻尼作用)。滑动阻力小的硬质中央部件(例如，特氟隆系树脂等)具有高耐久性。
还优选地，多个中央部件包括至少设置在阀移动部件的侧面与壳体的内壁之间的密封部件以及用于衰减该阀移动部件的移动量的衰减(阻尼)部件。
根据此构造，衰减部件具有在活塞运动过程中利用摩擦力衰减运动能(动能)的功能且抑制活塞运动时的振动和过冲击。结果，可使调压阀的下游侧(二级侧)上的气压波动(变动)小。
还优选地，阀移动部件包括活塞和阀元件，密封部件和衰减部件设置在活塞的侧面与壳体的该内壁之间。
还优选地，阀移动部件包括活塞和阀元件，该活塞的一端与二级室接触，另一端与基准压力室接触，且多个中央部件设置在活塞的侧面与壳体的内壁之间。
还优选地，定位在活塞的二级室侧处的中央部件的滑动阻力比位于基准压力室侧上的中央部件的滑动阻力低。
还优选地，定位在活塞的二级室侧处的中央部件对流体密封的程度比位于基准压力室侧上的中央部件对流体密封的程度高。
还优选地，定位在活塞的基准压力室侧上的中央部件与位于二级室侧上的中央部件相比将阀移动部件的移动力衰减至更小的程度。
还优选地，多个中央部件由至少两个用于密封流体的密封部件构成，一个密封部件与另一个密封部件相比具有较高的滑动阻力。
还可提供用于使由活塞的侧面、壳体的内壁和多个中央部件限定的空间与基准压力室连通的连通装置。
通过提供连通装置，使该空间与基准压力室连通，且可在活塞移动时调节该空间的压力值。另外，连通装置还可用于在制造过程中或者检测出阀异常时检查中央部件的密封状态。
连通装置可形成在活塞和壳体的内壁的至少一方处。
连通装置可形成在位于基准压力室侧的中央部件处或者壳体的内壁与中央部件的接触面处。
多个中央部件之一是具有高度衰减阀移动部件的移动量的功能的衰减部件，该衰减部件位于壳体的内壁与阀元件之间和壳体的内壁与活塞之间中的至少一方处。
还优选地，阀移动部件包括阀元件和活塞，且设置有位于壳体内的两侧上的第一和第二推动装置，以及衰减部件位于壳体与第一推动装置之间、第一推动装置与阀元件之间、阀元件与活塞之间、活塞与第二推动装置之间，以及第二推动装置与壳体之间中的至少一方处。
本发明的调压阀适于调节高压气体以及燃料气体例如氢气的压力。
本发明的燃料气体供给系统包括：燃料气体供给源以及根据本发明的调压阀。
优选地，燃料气体供给系统包括与调压阀的一级室连接的燃料气体容器或燃料气体消耗部件。还优选地，燃料气体是氢气。
附图说明
图1是示出本发明第一实施例的轮廓的示图；
图2是示出本发明第二实施例的轮廓的示图；
图3(A)和(B)是示出本发明第三实施例的轮廓的示图；
图4是示出本发明第四实施例的轮廓的示图；
图5(A)和(B)是示出本发明第五实施例的轮廓的示图；
图6是示出本发明第六实施例的轮廓的示图；
图7是示出本发明第七实施例的轮廓的示图；
图8是示出本发明第八实施例的轮廓的示图；
图9(A)和(B)是示出本发明第九实施例的轮廓的示图；
图10(A)和(B)是示出本发明第十实施例的轮廓的示图；
图11(A)和(B)是示出本发明第十一实施例的轮廓的示图；
图12是示出本发明第十二实施例的轮廓的示图；以及
图13是示出根据本发明的燃料气体供给系统的优选实施例的构造的示图。
具体实施例
(第一实施例)
以下参照图1说明本发明的调压阀10的第一实施例。
在图1中，数字11指示提升阀，数字12指示构成该提升阀的推动装置的弹簧，数字13指示支座，数字14指示活塞，数字15指示构成活塞推动装置的弹簧，数字16指示高压气体通路(流入通路)，数字17指示调压阀的一级室，数字18指示通路，数字19指示调压阀的二级室，数字20指示环形密封部件，数字21指示气缸(壳体)，数字22指示基准压力室(参照压力室)，数字23指示空间，数字24指示通路，数字25指示衰减器，数字26指示调压阀壳体，以及数字27指示低压气体通路(流出通路)。
调压阀的内部主要分为一级室17、二级室19和基准压力室22。
弹簧12、提升阀11、支座13、活塞14和弹簧15按顺序(直列)设置在一级室17、二级室19和基准压力室22内。弹簧12把提升阀11压向支座13。活塞14被弹簧15向上推。
围绕活塞14的外围设置有槽，高分子材料环形密封部件20设置在该槽内。密封部件20密封(覆盖)活塞14与气缸21之间的间隙。密封部件20是主要由高分子材料例如树脂等组成的部材，且可采用例如特氟隆系的密封部件。围绕活塞14的外围还设置有另一槽，高分子材料环形衰减器25设置在该槽内。衰减器25与气缸21的内壁接触。衰减器25是例如主要由橡胶材料组成的部材。
由环形密封部件20、环形衰减器25、气缸21和活塞14限定的空间23经由通路24与基准压力室22连通。通过提供通路24，空间23与基准压力室22(例如，与大气连通的空间)连通，可在活塞移动时调节该空间23的压力。另外，通路24也可用于在制造过程中或者检测出阀异常时检查密封部件20的密封状态。通路24也可省略。
在此构造中，高压气体(流体)经由高压气体通路16从外部气体供给源(未示出)流入一级室17。接着，此高压气体经由提升阀11与支座13之间的通路18流入二级室19，并从低压气体通路27流到调压阀外部。活塞14克服弹簧15的推力且被二级室19的气体压力向下推。
当调压阀的下游气体被消耗时，二级室19的压力降低。结果，活塞14由于弹簧15的推力而上升且提升阀11上升。此提升阀11脱离支座13，气体从一级室17流入二级室19。然后，二级室19的压力由于此流入物而上升，且活塞14被再次向下推。然后，提升阀11座靠在支座13上，且气体流量减小。
调压阀10重复此操作并调节二级室19的下游气体压力。对于此构造，高分子材料环形衰减器25被设定成与高分子材料环形密封部件20比相对于气缸21的内壁具有更大的接触阻力。于是，高分子材料环形衰减器25可控制活塞14的迅速运动。即，衰减器25具有在活塞14运动过程中利用摩擦力衰减该活塞14的移动能的功能，且抑制伴随着活塞14运动产生的振动和过冲击。结果，可使调压阀10的下游侧(二级侧)上的气压波动小。
另外，根据上述本发明的实施例，通过配置滑动阻力不同的密封材料，可既实现衰减作用(阻尼作用)，又实现密封部件的耐久性。滑动阻力大的橡胶密封材料对活塞的振动具有衰减作用(阻尼作用)，滑动阻力小的硬质树脂密封材料(前述特氟隆系树脂等)具有高耐久性。
(第二实施例)
图2示出本发明第二实施例的轮廓。在图2中，与图1中部分对应的部分被赋予相同数字且不再说明。
在此实施例中，环形挡环31覆盖在高分子材料环形密封部件20上。由于提供了挡环31，密封部件的可靠性提高。
(第三实施例)
图3示出本发明的第三实施例。图3(A)示出高分子材料环形衰减器25的另一构造例的轮廓，图3(B)示出沿图3(A)的A-A′截取且从上方看时的局部截面图。在图3中，与图1中部分对应的部分被赋予相同数字且不再说明。
在此例中，微小波状部32形成在衰减器25的相对于气缸21的内壁面的接触面处以代替活塞14的通路24，或者选择性的，此表面被粗化以使气体能够在空间23与基准压力室22之间流通。
(第四实施例)
图4示出本发明的第四实施例。在图4中，与图1中部分对应的部分被赋予相同数字且不再说明。
此实施例不同于图1情况之处在于通路24形成在气缸21一侧。优选地，按照使通路24和密封部件25在活塞14移动时不重合的方式形成该通路24。
(第五实施例)
图5示出本发明的第五实施例。图5(A)示出环形衰减器25部分的另一构造例的轮廓，图5(B)示出沿图5(A)的B-B′截取且从上方看时的局部截面图。在图5中，与图1中部分对应的部分被赋予相同数字且不再说明。
在此例中，微小波状部32形成在气缸21的衰减器25与气缸21接触的内壁面处以代替活塞14的通路24，或者，此接触面被粗化以使气体能够在空间23与基准压力室22之间流通。
(第六实施例)
图6示出本发明的第六实施例。在图6中，与图1中部分对应的部分被赋予相同数字且不再说明。
在此实施例中，活塞14处的密封部件20和衰减器25的位置与第一实施例相反。相应于此，通路24使二级室19与位于活塞侧壁处的密封部件20和衰减器25之间的空间连通。
(第七实施例)
图7示出本发明的第七实施例。在图7中，与图1中部分对应的部分被赋予相同数字且不再说明。
在此实施例中，高分子材料环形衰减器25设置在槽11c内，该槽11c在提升阀11的活塞的相反侧上形成于一级室17侧上的区域11a的侧部处。用于通风的通路41设置在位于一级室17中的衰减器25的导件42处。
(第八实施例)
图8示出本发明的第八实施例。在图8中，与图1中部分对应的部分被赋予相同数字且不再说明。
在此实施例中，高分子材料环形衰减器25设置在槽11c内，该槽11c形成在二级室19一侧上的提升阀11的区域11b的侧部处。用于通风的通路41设置在位于二级室19中的衰减器25的导件42处。
(第九实施例)
图9(A)和图9(B)示出本发明的第九实施例。在图9中，与图1中部分对应的部分被赋予相同数字且不再说明。
图9(A)示出高分子材料环形密封部件和高分子材料环形衰减器设置在移动体(活塞14、提升阀11等)一侧的例子。
图9(B)示出高分子材料环形密封部件和高分子材料环形衰减器设置在固定体(气缸21、壳体26等)一侧的例子。这些布置中的任一种都是可取的，且可根据调压阀的构造和特性来适当选择。
(第十实施例)
图10(A)和图10(B)示出本发明的第十实施例。在图10中，与图1中部分对应的部分被赋予相同数字且不再说明。尽管图中未示出，但也可在活塞14的侧面(外围)设置有高分子材料环形密封部件。
在图10(A)所示的实施例中，供弹簧定位的圆筒形衰减器25a处于基准压力室22的底部与活塞14之间。衰减器25a具有在活塞14移动过程中利用弹性(伸缩性)衰减运动能的功能，且抑制伴随着活塞14运动产生的提升阀11的振动和过冲击。
在图10(B)所示的实施例中，圆筒形衰减器25b设置在一级室17的室顶17a与提升阀11的区域11a之间。衰减器25b具有在提升阀11(或活塞14)移动过程中利用弹性(伸缩性)衰减运动能的功能，且抑制伴随着提升阀11运动产生的振动和过冲击。
对于图10(A)和图10(B)的构造，提升阀11的侧面没有形成槽11c，因而可以简单地方式设置衰减器。
(第十一实施例)
图11(A)和图11(B)示出本发明的第十一实施例。在图11中，与图1中部分对应的部分被赋予相同数字且不再说明。尽管图中未示出，但也可在活塞14的侧面(外围)设置有高分子材料环形密封部件。
在图11(A)所示的实施例中，位于弹簧15的轴向中央处的柱状衰减器25c设置在基准压力室22的底部22a与活塞14之间。衰减器25c具有在活塞14移动过程中利用弹性(伸缩性)衰减运动能的功能，且抑制伴随着活塞14运动产生的提升阀11的振动和过冲击。
在图11(B)所示的实施例中，位于弹簧15的轴向中央处的柱状衰减器25d设置在一级室17的室顶与提升阀11之间。衰减器25d具有在提升阀11移动过程中利用弹性(伸缩性)衰减运动能的功能，且抑制伴随着活塞14运动产生的提升阀11的振动和过冲击。
对于图11(A)和图11(B)的构造，提升阀11的侧面也没有形成槽11c。因而，可以简单地方式设置衰减器，且因为该衰减器为柱状，所以结构简单。
(第十二实施例)
图12示出本发明第十二实施例的主要部分的轮廓。在图12中，与图1中部分对应的部分被赋予相同数字且不再说明。尽管图中省略了，但基准压力室22和调压阀壳体26具有与图1相同的构造。
在图12所示的实施例中，示出了位于调压阀的移动体一侧处的片状弹性体衰减器25e至25i的可能布置。即，可位于调压阀壳体26与弹簧12之间、弹簧12与提升阀11之间、提升阀11与活塞14之间、活塞14与弹簧15之间、弹簧15与气缸21的底部25之间的一方处或多方处。于是，每个衰减器抑制提升阀11(或活塞14)的振动和过冲击。
(第十三实施例)
图13是示出根据本发明的燃料气体供给系统的优选实施例的构造的示图。燃料气体供给系统100配置有与调压阀10的高压气体通路16连接的燃料气体源101(燃料气体供给源)以及与该调压阀10的低压气体通路27连接的燃料气体容器部件102。因此，燃料气体源101与调压阀10的一级室17连接，燃料气体容器部件102与该调压阀10的二级室19连接。
燃料气体源101的具体例包括燃料气体发生器例如氢气、容纳燃料气体例如氢气的气体容器例如气瓶、气罐等。另外，燃料气体容器部件102的具体例包括用于储存燃料气体例如氢气的气体容器(例如气瓶、气罐等)，消耗燃料气体例如氢气等的燃料电池(燃料气体消耗部件)等。
根据具有此构造的燃料气体供给系统100，当燃料气体经由调压阀10从燃料气体源101供应给燃料气体容器部件102时，被供应给该燃料气体容器部件102的燃料气体流的波动小。
注意，本发明不限于上述实施例，而是可提供多种变形而不偏离本发明的目的。
例如，在上述实施例中，高分子材料环形密封部件20和高分子材料环形衰减器25在位于活塞14的侧面与气缸(壳体)21的内壁面之间的空间沿该活塞14的轴向以规定距离布置，但在这方面构造绝不限于此。密封部件20可根据构成调压对象的流体(气体，液体)的种类来适当选择。特别是，当流体是氢气时，优选选择对氢气不可渗透的材料。密封部件和衰减器可位于多个位置，且可都具有相同的形状或者全都具有不同的形状。
衰减器25也可具有密封功能。在此情况下，优选设置两个材料和特性(例如滑动阻力)不同的密封部件。
也可省略设在阀移动部件(活塞，提升阀)和阀壳体(气缸)中的至少一方处的通路24和41。此外，本发明的燃料气体供给系统也可不具有任何燃料气体容器部件。
还可以适当的方式组合前述实施例。
另外，本发明的调压阀适于减小高压气体(气体)的压力，且特别适于用作燃料电池等使用氢气的调压阀。

Claims (15)

1.一种调压阀，该调压阀具有按照使壳体内的一级室与二级室之间连通或阻断连通的方式移动的阀移动部件，
其中，在所述壳体与所述阀移动部件之间沿所述阀移动部件的轴向设置有多个密封部件，所述多个密封部件由不同的材料制成；
所述阀移动部件包括活塞和阀元件，所述活塞的一端与所述二级室接触，另一端与基准压力室接触，并且所述多个密封部件设置在所述活塞的侧面与所述壳体的内壁之间；和
所述调压阀还包括用于使由所述活塞的所述侧面、所述壳体的所述内壁以及所述多个密封部件限定的空间与所述基准压力室连通的连通装置，
其中，所述连通装置形成在位于所述基准压力室侧的密封部件处或者所述壳体的所述内壁与所述密封部件的接触面处，
通过设置所述连通装置，所述空间与所述基准压力室连通，并能在活塞移动时调节所述空间的压力。
2.根据权利要求1所述的调压阀，其中，所述多个密封部件的材料具有不同的滑动阻力。
3.根据权利要求1所述的调压阀，其中，所述多个密封部件包括至少设置在所述阀移动部件的侧面与所述壳体的内壁之间的环形密封件和用于衰减所述阀移动部件的移动量的环形衰减器。
4.根据权利要求3所述的调压阀，其中，所述阀移动部件包括活塞和阀元件，所述环形密封件和所述环形衰减器设置在所述活塞的侧面与所述壳体的所述内壁之间。
5.根据权利要求1所述的调压阀，其中，定位在所述活塞的所述二级室侧处的所述密封部件的滑动阻力比位于所述基准压力室侧上的所述密封部件的滑动阻力低。
6.根据权利要求1所述的调压阀，其中，定位在所述活塞的所述二级室侧处的所述密封部件对流体密封的程度比位于所述基准压力室侧上的所述密封部件对流体密封的程度高。
7.根据权利要求1所述的调压阀，其中，定位在所述活塞的所述基准压力室侧上的所述密封部件对所述阀移动部件的移动力衰减的程度比位于所述二级室侧上的所述密封部件对所述阀移动部件的移动力衰减的程度高。
8.根据权利要求1所述的调压阀，其中，所述多个密封部件由至少两个用于密封流体的环形密封件构成，一个环形密封件与另一个环形密封件相比具有较高的滑动阻力。
9.根据权利要求1所述的调压阀，其中，所述多个密封部件中的一个密封部件是具有高度衰减所述阀移动部件的移动量的功能的环形衰减器。
10.根据权利要求3所述的调压阀，其中，所述阀移动部件包括阀元件和活塞，并且设置有位于所述壳体内的两侧上的第一和第二推动装置，
所述环形衰减器位于所述壳体与所述第一推动装置之间、所述第一推动装置与所述阀元件之间、所述阀元件与所述活塞之间、所述活塞与所述第二推动装置之间、以及所述第二推动装置与所述壳体之间中的至少一方处。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的调压阀，其中，所述调压阀使用在高压气体调压中。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的调压阀，其中，所述调压阀使用在燃料气体调压中。
13.一种燃料气体供给系统，它包括：
燃料气体供给源，以及
根据权利要求1至12中任一项所述的调压阀。
14.根据权利要求13所述的燃料气体供给系统，其中，它包括与所述调压阀的所述一级室连接的燃料气体容器或燃料气体消耗部件。
15.根据权利要求13或14所述的燃料气体供给系统，其中，所述燃料气体是氢气。
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