CN105247435A - 用于分配气体的紧凑型反向压力调节器 - Google Patents

Abstract

反向气体压力调节器，该反向气体压力调节器包括允许高压气体进入的至少一个入口管道(1)、用于使来自下游膨胀腔(5)的低压气体出去的至少一个出口管道(2)、活动调节部件(3)、上游连接器(6)和下游连接器(7)，低压施加在活动调节部件的一侧上而弹簧元件(4)支承在活动调节部件的另一侧上，并且活动调节部件适于关闭高压气体入口(1)，上游连接器和下游连接器适于将压力调节器连接到并且结合进任何气体回路中；根据本发明，所述入口管道(1)和所述出口管道(2)分别位于上游连接器(6)和下游连接器(7)中，并且同轴地设置的这两个连接器(1、2)适于将该压力调节器串联连接到所述回路。

Description

用于分配气体的紧凑型反向压力调节器

本发明的主题是用于气体的分配的紧凑型反向压力调节器。

本发明的技术领域是加压气体调节器装置的制造和使用的领域，其中被膨胀到特定压力的气体的传输独立于在入口处的气体的压力。

为了将气体从所谓的高的第一压力膨胀到低于该高压的所谓所述低的第二压力，使用简单地被称为压力调节器的压力调节装置实际上是已知的。

压力调节器的工作原理完全知晓：它基于直接地或者间接地施加在活动调节部件(比如隔板或者活塞)的各自的相反侧上的两个相等的力，该两个相等的力一方面来自在高压下和在低压下的气体，另一方面来自具有弹性效应的元件；在最常见的情形中，弹簧元件的所提及的力施加在与低压下的气体和高压下的气体同时施加力的侧相反的侧上，这两种气体填充被分隔元件分隔的两个腔，其中该分隔元件包括管道以及阀，其中被紧固在活动调节部件上的杆在该管道中滑动，并且该阀适于当由低压下的气体和高压下的气体同时传递的力小于由弹簧施加的反向力时在从高压腔到低压腔的方向上关闭管道，该反向力推动活动调节部件，位于它的杆上的该活动调节部件的阀则打开高压气体入口：后者则将气体供给低压腔直到低压腔的压力增大到使得在活动调节部件上施加等于和基本上大于弹簧元件的反向力的力成为可能；更大的力将推动活动调节部件直到高压气体入口被关闭，等等；因此，所述力的平衡确保了对于弹簧元件的推力的特定值而言所需的低压事实上是恒定的，弹簧元件的推力可以是可调节的。

术语“反向压力调节器”指的是一种压力调节器，其中，弹簧元件在在活动调节部件上施加与上文中描述的最常见的情形中的方向相反的力(即，在与由高压下的气体施加的力相同的侧上)，与高压下的气体接触的面积则小于与低压下的气体接触的面积。所述所谓接触的面积定义为所涉及的压力在活动调节部件的运动方向上施加到该活动调节部件上的实际面积。

此外，在大部分已知的压力调节器中，无论反向或者非反向，如果要膨胀的气体的高压变化很大，则活动调节部件上的相应的力将变化并且阀将不再同时打开，导致膨胀气体的低压通过阀的发生变化并因此导致工作异常和效率低下，以及用户设备受到干扰，用户设备位于压力调节器的下游侧并且直接从该压力调节器中接收低压气体。

每个压力调节器因此具有表示性质的“动态膨胀曲线”，其因此带来极大的不便。为了减轻缺点，多种已知的压力调节器种类已经被研发出来，当入口压力变化时独立于入口压力而调节出口压力，比如：

-具有两级的压力调节器，

-具有消除高压力的影响的所谓的“补偿”阀的经典型的压力调节器，和

-反向型的压力调节器，其中该压力调节器在高压气体侧上具有非常小的有效接触面积，使得在该小面积上施加的高压气体压力与在相同的方向上支承在活动调节部件之上的弹簧元件施加的力相比可忽略，而在低压气体侧上的接触面积大，如在专利申请EP362166、FR2879721和FR2050407中所描述的一样；而且，在关闭位置，高压气体不会直接作用在移动调节元件上，如在下文中描述的实施例中的一样，因为它垂直地作用到轴上，该构件允许在沿着轴向的低压开口处给腔体供应气体给腔：在位置中，高压气体侧的有效接触面积，垂直于可活动调节部件，并且其是唯一一个起作用的，因此甚至变得极其低(如果是零的话)。

本发明涉及后者类型的气体压力调节器，并且涉及一种紧凑型压力调节器，该紧凑型压力调节器设计成只需要最小数量的连接器从而能被简单和快速地安装在任何类型的气体入口管道上，其中该气体入口管道大都直接将高压气体源连接到在低压下工作的用户设备上，或者直接在该源和该用户设备之间，并且其中的低出口压力是容易调节的。

这一目的通过一种反向气体压力调节器实现，该反向气体压力调节器包括至少一个所谓的高压气体入口管道、从下游的膨胀腔通出的至少一个所谓的出口管道、活动调节部件以及上游连接器和下游连接器，在活动调节部件的一侧上施加有低压，而在活动调节部件的另一侧上支承有弹簧元件，并且该活动调节部件适于关闭高压气体入口，上游连接器和下游连接器适于将压力调节器连接并结合进任何气体回路中，该回路在反向气体压力调节器的上游侧提供高压气体而在反向气体压力调节器的下游侧提供低压气体，并且使得，根据本发明，所述入口管道和所述出口管道分别位于该上游连接器和下游连接器中并分别与所述上游连接器和所述下游连接器连通，并且这两个同轴地设置的连接器适于将该反向气体压力调节器串联连接到所述回路。

而且，该反向气体压力调节器包括用于在高压气体入口被关闭的位置中调节弹簧元件的推力的装置，该反向气体调节装置与活动调节部件的运动同轴并且可以通过连接器中的至少一个的轴向元件的旋转而改变。

结果是一种新的实现上述目的的反向气体压力调节器，此外，它还可以被串联连接在任何回路中，或者一侧直接连接到高压气体源而另一侧直接连接到低压的用户设备，整体则形成一种没有中间连接器的可迁移的和可移动的紧凑型装置，并且调节反向气体压力调节器中的低压是很简单的。

本发明还可列举出其他优点，但是上文中所列举的那些已经足以证明它的新颖性和优益性。

下文的描述和附图展现了本发明的两个实施例，但不是对本发明的限制，在本发明的精神和范围内的其他的实施例是可能的。

实际上，虽然本发明采用特定的实施例描述，但是显然的是它决不是被限制在这些实施例上，相反，对于对本领域技术人员而言显而易见的改进和变型来说都是开放的，并且在本发明的范围内它包括所描述的装置的所有技术要素和其组合。

图1是根据本发明的在高压气体入口侧具有低压调节的压力调节器的轴向截面视图。

图2是根据本发明的在低压气体出口侧具有低压调节的压力调节器的轴向截面视图。

根据本发明的压力调节器包括具有轴线XX’的大体上管状的中空本体8，该中空本体8由与气体相容的气密性材料制成；已知它至少包括：

-所谓的高压气体入口管道1，

-所谓的低压气体出口管道2，该低压气体出口管道2从下游膨胀腔5通出，

-活动调节部件3，其一侧上承受低压而另一侧上支承弹簧元件4，并且其适于关闭高压气体入口1，和

-上游连接器6和下游连接器7，其适于将压力调节器连接并结合在任何气体回路上，该气体回路在该压力调节器的上游侧将高压气体供应到压力调节器中并从该压力调节器的下游侧馈送低压气体。

根据本发明，气体入口管道1和气体出口管道2分别位于并且与上游连接器6和下游连接器7连通，并且沿着轴线XX’同轴地设置的这两个连接器6、7适于将压力调节器沿着轴线串联到该回路上，例如，在一侧上直接连接到高压气体源，其可以是小的气体储存容器，比如可移除的基于金属氢化物的氢再填充装置，另一侧上连接到低压用户设备，其可以是利用气体的能量的小的发电机，比如小的燃料电池，于是，整体则形成没有中间连接器的便携并可移动的紧凑型装置。

压力调节器的中空本体8优选地包括圆柱形的两个同轴的中空部件，一个部件10在高压侧上，被称为上游部件，另一个(下游部件11)在低压侧上，部件10和部件11彼此嵌入并螺纹连接在一起，由此形成供活动调节部件3运动的内部空间。中空本体8也可以整合其他各种部件，比如安全阀、安全固定化系统、除连接器之外的连接装置等等。

O形圈14设置在中空本体8的任一侧上、在上游连接器6一侧上、在下游连接器7一侧上以及分别在入口管道1的下游侧和出口管道2的上游侧上，以便将压力调节器密封至回路，压力调节器通过螺纹连接或者夹紧连接到连接器6、7上的连接部件组装到回路上。

活动调节部件3可以是如图中所示的活塞，但也可以是隔膜件，包括：

-轴向杆19，轴向杆19具有比头部更小的截面，轴向杆19紧固在该头部上并且该轴向杆以气密的方式在上游部件10的底部中滑动，以及

-头部20，头部20在中空本体8内最远的中空部分(其可以是图2中所示的上游部件10或者图1中所示的下游部件11)中定界可变容积的和气密的膨胀腔5，出口管道2通入该膨胀腔5中，该出口管道2然后例如如图中所示的一样轴向地从内部穿过下游连接器7；在图1的实施例中，膨胀腔5的气密性使密封件15成为必需，比如在上游中空部件10的圆周边缘和下游中空部件11的底部之间提供的O形圈。

位于膨胀腔5和隔室21之间的活塞3、20的气密性由O形圈13提供，O形圈13沿周向位于头部20的厚度内。

如果要求不增加作用在活塞的头部20上的扰动压缩力的话，隔室21优选地与压力调节器的外部连通，该连通或者经由上游部件10与下游部件11之间的螺纹连接部的自然泄漏实现(如图2中所示)，或者经由没有示出的管道实现(图1可以是这种情况)，尽管隔室21可以相反地变回气密的并被加压到给定的值以获得形成弹性元件的效果以替代图1和2的实例中所示的弹簧4。

在高压气体入口1被关闭的位置中，杆19的远端部抵靠在形成为支座的密封件12上，并且围绕杆19的弹簧元件4一侧抵靠支承在活塞3的头部20，另一侧抵靠支承在杆19穿过其滑动的上游中空部件10的底部上。

高压气体入口管道1位于上游连接器中，并且在上游连接器6的一侧上且在上游连接器的固定系统(比如螺纹固定系统)的上游处，高压气体入口管道在一端经由其所通过的周向壁与内部连通，并且，在如图中所示的高压气体入口1被关闭的位置中，高压气体入口管道1在它的另一端处与执行所述关闭的活动调节部件3的杆19的远端部相对地侧向伸出。

在没有示出的其他的实施例中，管道1可以被设置在压力调节器的轴线XX’上，比如穿过图1中所示的插塞17₁或者在该插塞17₁的旁边。

当膨胀腔5中的低压下降而弹簧4的推力使活动调节部件3运动时，高压气体入口1打开：杆19的远端部离开支座密封件12上升，打开气体入口1，并且高压气体入口1与低压膨胀腔5之间通过活动调节部件3的杆19的内部通道9(在它的两个端部处开口)连通。

在其他实施例中，该连通可以由通过杆20外部的管道提供。

根据本发明的压力调节器，优选地包括用于调节弹簧元件4的推力的装置17，装置17与活动调节部件3沿着压力调节器的轴线XX’的运动方向同轴，并且装置17沿着该轴线的位置(其可以通过与连接器6、7中的一个配合的轴向元件的旋转而改变)决定了弹簧元件4在高压气体入口1被关闭的位置中的最大压缩力，并且因此决定了施加抵抗弹簧力的力的膨胀腔5中的低压的值。

根据图1的实施例，调节装置17是沿着上游连接器6的轴线螺纹连接在压力调节器的上游部件10的底部的穿通孔内的插塞17₁，并且活塞3的杆19在穿通孔内滑动：通过将插塞17₁拧入或者拧出，插塞将支座密封件12保持在所需要的高度处，使得在高压气体入口1的关闭的位置中，弹簧4的最大压缩量与使腔5中获得所需要的低压成为可能的力相对应。

根据图2的实施例，调节装置17是上面支承有弹簧4的部件17₂：部件17₂是中心处开孔以允许杆19自由通过并且在压力调节器的上游中空部件10中形成双底部的刚性圆盘；位于该双底部之内并且具有比常规弹簧4大得多的刚性和力的第二弹簧元件18保持支承部件17₂抵靠在中空本体8的下游中空部件11的外周边沿11₁；在这个实施例中，下游中空部件11必须被嵌套并且螺纹连接在上游中空部件10中，但是也可以在图1的实施例中(其中，该嵌套是相反的)使用下游部件11嵌套在上游部件10中。

在高压气体入口1的关闭位置中，拧进或者拧出下游中空部件11，并因此也拧进或者拧出被紧固到下游中空部件11上以便与该下游中空部件构成单个部件的下游连接器7，将改变弹簧4的最大压缩量，直到该压缩量与使能够在腔5中获得所需要的低压的力相对应。

Claims (7)

1.反向气体压力调节器，所述反向气体压力调节器包括：至少一个高压气体入口管道(1)；至少一个低压气体出口管道(2)，所述出口管道从下游的膨胀腔(5)通出；活动调节部件(3)，在所述活动调节部件的一侧上施加有低压，而在所述活动调节部件的另一侧上支承有弹簧元件(4)，并且所述活动调节部件适于关闭所述入口管道(1)；以及上游连接器(6)和下游连接器(7)，所述上游连接器和所述下游连接器适于将所述反向气体压力调节器连接并结合到任何气体回路中，所述回路在所述反向气体压力调节器的上游侧提供高压气体而在所述反向压力调节器的下游侧提供低压气体，特征在于，所述入口管道(1)和所述出口管道(2)分别位于所述上游连接器(6)和所述下游连接器(7)中并分别与所述上游连接器和所述下游连接器连通，并且这两个同轴设置的连接器(6、7)适于将所述反向气体压力调节器串联连接到所述回路。

2.根据权利要求1所述的反向气体压力调节器，特征在于，所述反向气体压力调节器包括由两个同轴的中空部件构成的中空本体(8)，所述两个同轴的中空部件为位于高压侧上的上游部件(10)和位于低压侧上的下游部件(11)，所述上游部件和所述下游部件相互嵌套并螺纹连接，所述活动调节部件(3)包括头部(20)和杆(19)，所述头部在所述中空本体(8)内最远的中空部分中界定可变容积的气密的所述膨胀腔(5)，所述杆具有的截面比所述头部小且所述杆紧固到所述头部并且以气密的方式在所述上游部件(10)的底部中滑动，在所述高压气体入口(1)被关闭的位置中，所述杆(19)的远端抵靠支承支座密封件(12)并且围绕所述杆(19)的所述弹簧元件(4)在一侧抵靠支承在活塞(3)的所述头部(20)上而在另一侧抵靠支承在中空的所述上游部件(10)的底部上，所述杆(19)穿过所述上游部件而滑动。

3.根据权利要求1或2所述的反向气体压力调节器，特征在于，所述反向气体压力调节器包括用于调节所述弹簧元件(4)的推力的调节装置(17)，所述调节装置(17)与所述活动调节部件(3)的运动方向同轴，所述调节装置的位置能够通过旋转与所述连接器(6、7)中的一个配合的轴向元件而改变，所述调节装置的位置决定了所述弹簧元件(4)在所述高压气体入口(1)被关闭的位置中的最大压缩力并且因此决定所述低压的值。

4.根据权利要求3所述的反向气体压力调节器，特征在于，所述调节装置(17)是沿着所述上游连接器(6)的轴线螺纹连接在所述上游部件(10)的底部中的穿孔内的插塞(17₁)，并且所述活塞(3)的所述杆(19)在所述上游部件中滑动，所述插塞将所述支座密封件(12)保持在所需要的高度处。

5.根据权利要求3所述的反向气体压力调节器，特征在于，所述弹簧元件(4)的所述调节装置(17)是形成中空的所述上游部件(10)的双底部的支承部件(17₂)，并且位于所述双底部中的第二弹簧(18)保持所述支承部件(17₂)抵靠所述中空本体(8)的中空的所述下游部件(11)的边缘，中空的所述下游部件被嵌套入并螺纹连接在中空的所述上游部件(10)中，并且通过旋转所述下游连接器(7)的同时获得的螺纹旋拧深度将所述支承部件保持在所需要的高度处。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的反向气体压力调节器，特征在于，所述入口管道(1)与所述上游连接器(6)位于相同的一侧，并且在所述高压气体入口(1)的关闭位置中，所述入口管道与执行所述关闭的所述活动调节部件(3)的所述杆(19)的远端相对地侧向伸出。

7.根据权利要求2至5中任一项所述的反向气体压力调节器，特征在于，所述活动调节部件(3)的所述杆(19)包括在两个端部处都开口的内部通道(9)，所述内部通道连通所述高压气体入口(1)与低压的所述膨胀腔(5)。