CN110906034A - 用于燃料电池系统的压力调节器 - Google Patents

Abstract

一种用于燃料电池系统的压力调节器可包括：壳体，具有引入气体的入口端、气体通过其被排放的出口端、以及通过出口端连接到外部的调节压力室；在壳体中上下移动的活塞，具有穿透壳体的内部的主流动路径以及在壳体的调节压力室中施加气体压力的压力作用部分，并且压力作用部分在活塞上下移动时通过主流动路径选择性地在壳体的入口端和调节压力室之间连通；以及弹簧，设置在壳体中以将活塞的压力作用部分弹性地支撑在调节压力室的相对侧上。

Description

用于燃料电池系统的压力调节器

技术领域

本发明涉及一种用于燃料电池系统的压力调节器，并且更具体地，涉及一种调节高压氢气的压力的用于燃料电池系统的压力调节器。

背景技术

该部分中的陈述仅仅提供与本公开相关的背景信息，并且可不构成现有技术。

燃料电池是一种通过燃料气体与氧化剂气体发生电化学反应而将燃料的化学能转化为电能的发电机，并且广泛用作工业、家庭和汽车的电源，并且也可用于向小型电力/电子设备和便携式设备供电。

具有高功率密度的聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)主要用作车辆的燃料电池，并且已被用作向驱动车辆的马达和各种电力设备供电的电源(电力电源)。

这种聚合物电解质膜燃料电池使用氢气作为燃料气体，并使用氧气或空气中含有的氧气作为氧化剂气体。

燃料电池包括通过使燃料气体与氧化剂气体反应产生电能的单元电池，并且单元电池通常以堆叠形式使用，其中多个单元电池通过彼此串联连接而堆叠和组装，以满足输出需求水平。

由于甚至用于汽车的燃料电池需要高功率，因此以堆叠形式堆叠数百个单独产生电能的单元电池以满足要求。

另一方面，用于使用车辆中的燃料电池产生电能的燃料电池系统包括其中堆叠有单元电池的燃料电池堆、用于将作为燃料气体的氢气供应到燃料电池堆的燃料供应系统、用于将作为电化学反应所需的氧化剂气体的空气供应到燃料电池堆的空气供应系统、以及用于将燃料电池堆的反应热排放到系统外部以控制燃料电池堆的工作温度的冷却系统。

用于车辆的典型燃料电池系统采用在高压下压缩氢气并且将压缩氢气储存在用于储存氢气的压力容器中的方法，并且因此燃料供应系统包括能够在高压下储存氢气的压力容器。

此外，为了增加氢气储存能力，存在连续增加储存在压力容器(即氢气罐)中的氢气的压力的趋势。目前，通常应用能够以最大容许工作压力(MAWP)将氢气加压至875巴的高压氢气罐。

因此，提供压力调节器以降低氢气的压力并且将压力供应到燃料电池堆。在这里，压力调节器是在对于燃料电池系统的一定压力水平(约5至20巴)下调节燃料供应系统中储存在高压氢气罐中的氢气的压力的部件。

在近来燃料电池车辆的大规模生产的情况下，随着需要增加车辆输出，所使用的氢气的量增加。因此，对能够稳定地供应高流量氢气并且具有优异的耐久性和长寿命的压力调节器的需求日益增加。

如果在压力调节器中发生诸如内部泄漏的故障，则超过适当水平的高压氢气可能被施加到燃料电池系统，导致系统损坏并且从车辆起跳(start off)。另外，由于安全阀操作以将氢气排放到外部，因此存在安全事故的风险，并且因此期望用于车辆的安全性和耐久性更优异的高压调节器。

涉及用于燃料电池系统的高压调节器的现有技术文献可包括美国专利7,828,009号(2010年11月9日)和韩国专利10-1808712号(2017年12月7日)。

其中，美国专利7,828,009号中公开的调节器的缺点在于，其不仅具有复杂的构造和结构，而且由于需要精确加工许多部件，因此成本高，操作稳定性和耐久性差。

具体地，我们已经发现调节器具有这样的结构，其中活塞在壳体和出口端之间往复运动，或者因为壳体和出口端通过螺纹件耦接到彼此，从而导致操作稳定性差，所以在维护同一轴时存在问题。

此外，由于施加高压的入口部分的面积相对大于施加压力的活塞部分的面积，因此排放压力(出口压力)的变化宽度根据调节器的入口压力而增加，并且由于在高压部分和调节压力室之间施加滑动气密结构，当调节器长时间操作时，调节器的耐久性降低(由于滑动气密部分的磨损而发生内部泄漏)。

在韩国专利10-1808712号中公开的高压调节器的情况下，应用平衡孔，使得调节器的入口压力不影响排放压力，但是我们已经发现滑动气密结构需要应用于平衡孔部分，使得当调节器长时间操作时，调节器的耐久性降低(由于滑动气密部分的磨损而发生内部泄漏)。

此外，我们已经发现，由于调节器具有其中轴穿过内部流动路径(孔口)的结构，因此需要增加孔口的尺寸以确保流动路径的横截面积，使得当未施加平衡孔时，调节器受入口压力的影响。

背景技术部分中公开的上述信息仅仅是为了增强对本公开的背景的理解，因此其可包含不构成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明提供了一种用于燃料电池系统的压力调节器，该压力调节器可根据入口压力受出口压力的影响较小，具有简单的构造和结构以及优异的耐久性和操作稳定性，并且稳定地供应高流量氢气。

在一个方面，本公开提供了一种用于燃料电池系统的压力调节器，该压力调节器包括：壳体，具有引入气体的入口端、压力受控的气体通过其被排放的出口端、以及通过出口端连接到外部的调节压力室；在壳体中上下移动的活塞，具有穿透壳体的内部的主流动路径以及在壳体的调节压力室中施加气体压力的压力作用部分，并且压力作用部分在活塞上下移动时通过主流动路径选择性地在壳体的入口端和调节压力室之间连通；以及弹簧，设置在壳体中以将活塞的压力作用部分弹性地支撑在调节压力室的相对侧上。

因此，根据本公开的用于燃料电池系统的压力调节器可根据入口压力受到出口压力的较小影响，可具有简单的构造和结构以及优异的耐久性和操作稳定性，并且可稳定地供应高流量氢气。

也就是说，可使相对于气体流动路径中的高压施加区域施加介质压力和大气压力之间的压差的压力作用部分的面积最大化，以便由于没有平衡孔的入口压力最小化或减少引起的排放压力(出口压力)的影响，从而提高由压力调节器调节的排放压力的精度。

此外，没有高压滑动气密部分，使得即使在调节器长时间操作时也不会发生氢气泄漏，并且通过立柱可防止活塞的旋转，使得可最小化或减小由于活塞的闭合部分和支座的孔洞之间的匹配失效导致的气体泄漏。

此外，由于根据本公开的压力调节器可容易地制造和组装部件以缩短制造时间，并且可以低成本批量生产。

具体地，可通过改变弹簧从壳体内部到壳体外部的安装位置(并且具体地，通过将弹簧和支撑弹簧的支撑构件定位在壳体外部的死体积中)，而减小压力调节器的整个高度和尺寸并且减小壳体和活塞的高度和尺寸，这是增加压力调节器成本的最大因素。

此外，由于弹簧设置在壳体外部，因此与现有技术相比，壳体内部的容积减小，使得在制造壳体时可减少待加工的部分，并且壳体的外部部分可通过诸如铸造和锻造的方法简单地模制，从而降低成本。

此外，由于弹簧、弹簧座、支撑构件等设置在壳体外部并且在组装覆盖件之前暴露于外部，因此可容易地执行这些部件的安装和组装操作，从而提高了生产力。

此外，可仅通过旋转支撑构件将弹簧的力适当地调节到期望的水平。

以下讨论本公开的上述和其他特征部。

根据本文提供的描述，另外的适用领域将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅仅旨在用于说明的目的，并且不旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了可很好地理解本公开，现在将参考附图描述以举例方式给出的其各种形式，其中：

图1和图2是示出根据本公开的一种形式的压力调节器的内部构造的剖视图，并且是分别示出操作状态的图；

图3是本发明的一种形式的压力调节器中的一些部件的剖切透视图；

图4是本发明的一种形式的压力调节器中的活塞的剖切透视图；并且

图5是示出本公开的另一种形式的压力调节器的剖视图。

本文所描述的附图仅仅用于说明的目的，并不旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

下面的描述本质上仅仅是示例性的，并且不旨在限制本公开、应用或使用。应当理解，在整个附图中，对应的附图标号表示相同的或对应的部件和特征。

应当理解，附图不一定按比例绘制，其呈现说明本公开的基本原理的各种特征部的一定程度的简化的表示。包括，例如，具体尺寸、取向、位置和形状的本文公开的本公开的具体设计特征将部分地由特定的预期应用和使用环境来确定。

虽然将结合示例性形式描述本公开，但是应该理解，本说明书并不旨在将本公开限制于那些示例性形式。相反，本公开不仅旨在涵盖示例性形式，而且涵盖各种替代方案、修改方案、等效形式以及其他形式，其可包括在由随附权利要求限定的精神和范围内。

在下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性形式，以便由本公开所属领域的技术人员容易地实践。然而，本公开不限于本文的示例性形式，而是可以其他形式实现。

在整个说明书中，除非明确地相反描述，否则“包括”任何部件将被理解为暗示包含其他元件而不是排除任何其他元件。

应当理解本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它的类似术语通常包括机动车辆，诸如包括运动型多用途汽车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客汽车，包括各种小船和轮船的水运工具，飞机等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆以及其它替代燃料车辆(例如，来源于除石油之外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两个或更多的动力来源的车辆，例如汽油驱动和电力驱动车辆。

本公开涉及一种用于调节燃料电池系统中的氢气压力并且将调节的压力供应到燃料电池堆的压力调节器。

具体地，本公开涉及一种用于燃料电池系统的压力调节器，该压力调节器可根据入口压力受出口压力的影响较小，可具有简单的构造和结构以及优异的耐久性和操作稳定性，并且可稳定地供应高流量氢气。

此外，本公开的压力调节器调节从燃料供应系统中的氢气罐供应的氢气的压力，并且可用作用于将作为燃料气体的高压氢气的压力调节到可用于燃料电池系统的压力的高压调节器。

在下文中，将参考附图详细描述根据本公开的形式的压力调节器的构造。

图1和图2是示出本公开的一种形式的压力调节器的内部构造的剖视图，并且是分别示出操作状态的图，其中图1示出关闭状态，图2是打开状态。

此外，图3是本公开的一种形式的压力调节器中的一些部件的剖切透视图，并且图4是本公开的一种形式的压力调节器中的活塞的剖切透视图。

首先，根据本公开的一个示例性形式的压力调节器100包括：中空壳体110，具有内部空间，并且包括引入气体的入口端101以及出口端103和105，压力受控的气体通过出口端排放；以及通过出口端103和105连接到外部的调节压力室C2。压力调节器100还包括在壳体中上下移动的活塞130，以及设置在壳体中的弹簧。

更详细地，活塞130被插入以在壳体110的内部空间中可上下移动。

在这里，活塞130包括压力作用部分132，压力作用部分在壳体110的调节压力室C2中施加气体压力，如稍后将描述的，并且在活塞130在壳体110中上下移动时，活塞通过穿透壳体110的主流动路径133选择性地在壳体110的入口端101和中间压力室C2之间连通。

此外，在壳体110的一侧上，例如在壳体110的下端上形成有气体，即作为燃料的氢气被引入其中的入口端101，并且在壳体110的另一个侧面处设置主流动路径，以及活塞130的主流动路径133和第一出口端103，第一出口端具有水平出口路径，穿过壳体110的内部空间的气体通过该水平出口路径在水平方向上被排放。

此时，第一出口端103可包括穿透壳体110的上侧的孔104，如图所示。

尽管在图1至图3中示出了一个第一出口端103，但是可提供多个第一出口端103。

在本公开的一种形式的压力调节器100中，当活塞130通过气体压力上下移动时，活塞130选择性地打开和关闭壳体110的入口端101。

用于密封内部空间的顶盖120固定到壳体110的上端，并且顶盖120可设置有第二出口端105，第二出口端通过形成穿透顶盖120的孔106进行构造。

顶盖120是封闭壳体110中的调节压力室C2并且成为形成在壳体110中的第一出口端103的部件，并且形成在顶盖120中的第二出口端105成为将调节压力室C2连接到外部的出口端。

此外，壳体110具有上部第一柱状部分111和下部第二柱状部分113，上部第一柱状部分具有相对较大的内径和外径，下部第二柱状部分具有相对小于第一柱状部分111的内径和外径，并且第一柱状部分111的内部空间和第二柱状部分113的内部空间在彼此连通时在壳体110中形成一个内部空间。

此时，壳体110的入口端101包括孔102，孔形成为长而上下地穿透第二柱状部分113的下端。

第一出口端103形成在第一柱状部分111的侧表面上，并且顶盖120固定到第一柱状部分111的上端。

由于壳体110中的第一柱状部分111的内部空间具有比第二柱状部分113的内部空间更大的体积，使得第一柱状部分111的内径和外径各自相对大于柱状部分113的内径和外径。

在该结构中，壳体110可具有这样的形状，其中第二柱状部分113从第一柱状部分111的底部112的中央向下长长地突出并且延伸预定长度。

在压力调节器100中，壳体110可通过精密尺寸加工而制造，从而首先通过诸如铸造和锻造的方法模制成具有期望的形状，然后在模制之后形成为具有针对壳体的每个零件的目标尺寸。

另一方面，组装以包封第二柱状部分113的周边的覆盖件140设置在第一柱状部分111的底部112上，并且由于覆盖件140具有包括内部空间的柱状形状，覆盖件140的内部空间成为第二柱状部分113和弹簧室C4，第二柱状部分是壳体110的下部，在弹簧室中接收有弹簧150和弹簧座以及支撑构件151。

也就是说，第二柱状部分113定位在作为覆盖件140的内部空间的弹簧室C4中，支撑构件151旋拧到第二柱状部分113的下端的外圆周表面，并且支撑构件151也定位在覆盖件140的内部空间中。

覆盖件140设置在壳体110的下部上，以保护诸如立柱160、弹簧150、弹簧座153和位于内部的支撑构件151的部件。

支撑构件151形成为环形，更具体地为螺母形状，其中螺纹152在其内圆周表面上加工。

孔141设置在覆盖件140的下表面上，并且形成在第二柱状部分113中的入口端101可通过孔141连接到覆盖件140的外部。

此外，压力调节器100包括弹簧150，弹簧设置在壳体110中并且将活塞130的压力作用部分132弹性地支撑在调节压力室C2的相对侧上，并且立柱160连接到活塞130的压力作用部分132以在弹簧150和活塞130的压力作用部分132之间传递力。

在一种形式中，压力调节器100还可包括设置在弹簧150和立柱160之间的弹簧座153。

在该构造中，弹簧150可设置在壳体110的外部。此时，立柱160可在被弹簧150弹性支撑的同时穿透壳体110，以耦接到活塞130的压力作用部分132。

为此，多个通孔115沿圆周方向以相等间隔设置在壳体110中，并且在每个立柱160插入通孔115中每一个中的状态下，插入每个通孔115中的每个立柱160插置在弹簧座153和活塞130的压力作用部分132之间。

更详细地描述上述构造，弹簧150设置在壳体110的第二柱状部分113中，以便定位在覆盖件140的内部空间中的第二柱状部分113周围，并且环形弹簧座153设置在弹簧150的上侧上，以定位在第二柱状部分113周围。

弹簧150将活塞130的压力作用部分132弹性地支撑在调节压力室C2的相对侧上，同时通过支撑构件151设置在壳体110上。

此时，设置在第二柱状部分113外部的弹簧150定位在下部支撑构件151和上部弹簧座153之间，立柱160定位在弹簧座153的上侧上以插入到第一柱状部分111的内部空间中，并且弹簧150通过弹簧座153弹性地支撑立柱160。

支撑构件151用于调整弹簧150的力，并且可通过沿任何一个方向或沿相反方向旋转支撑构件151来适当地将弹簧150的力调整到期望水平。

如上所述，支撑构件151旋拧到壳体110，并且弹簧150被支撑构件151支撑，使得弹簧150可通过支撑构件151支撑在壳体110中。

覆盖件140的内部空间是大气压空间，其中高压不由气体(作为燃料的氢气)形成。连通流动路径114穿透壳体110的下部以在壳体110的内部和外部之间连通，从而引入和排放空气。

具体地，连通流动路径114穿透第一柱状部分111并且可形成为在大气压力室C3和壳体110的外部空间之间连通，大气压力室是活塞130的压力作用部分132的下部处的空间，在后面将描述。

在这里，通过连通通道114与大气压力室C3连通的壳体110的外部空间可以是作为大气压力空间的覆盖件140的内部空间，即，如图1和图2所示的弹簧室C4。

为此，连通流动路径114可穿透第一柱状部分111的底部112，使得连通流动路径114连接在其中定位有活塞130的第一柱状部分111的内部空间中的大气压力室C3与覆盖件140的内部空间之间，覆盖件的内部空间作为其中定位有弹簧150和弹簧座153的空间(即，壳体110的外部空间)。

尽管在所示示例中形成一个连通通道114，但是根据需要可在第一柱状部分的底部112上设置多个连通流动路径114。在本公开中，连通流动路径114的数量不受特别限制。

在一种形式中，如图1至图3所示，弹簧150和弹簧座153围绕壳体110的外部空间设置，具体是围绕壳体110的第二柱状部分113的外部设置。在这种情况下，支撑弹簧150的支撑构件151旋拧到第二柱状部分113的下端的外圆周表面以进行组装，使得弹簧150和支撑构件151定位在高压流动路径部分的死体积(dead volume)中，以减小调节器100的总高度和尺寸并且降低壳体110和活塞130的高度和尺寸，这是增加压力调节器100的成本的最大因素。

此外，由于弹簧150设置在壳体110外部，因此与现有技术相比，壳体内部的容积减小，使得在制造壳体时可减少待加工的部分，并且壳体110的外部部分可通过诸如铸造和锻造的方法简单地模制，从而降低成本。

在该构造中，由于弹簧150、弹簧座153、支撑构件151等在组装覆盖件140之前都暴露于外部，因此优点在于便于组装操作。

具体地，根据本公开的压力调节器100在构造上比已知的压力调节器100更简单，使得不仅减少了部件的数量，而且作为产生扭矩的部件的所有弹簧150和支撑构件151都暴露在压力调节器100的外部，从而使组装过程简单并且提高了生产率。

同时，立柱160设置成由弹簧150弹性地支撑，其中弹簧座153插置在两者间。此时，立柱160通过穿透壳体110而设置在壳体110的内部空间和外部空间上。

也就是说，立柱160设置在通过穿透壳体110定位在壳体110的内部空间中的活塞130与定位在壳体110的外部空间(覆盖件的内部空间)中的弹簧150之间，并且是通过弹簧座153接收弹簧150的力并且将所接收的力传递并施加到活塞130的部件。

在本公开的形式中，多个立柱160可沿着圆周方向以预定间隔设置在壳体110中。多个立柱160可沿圆周方向以预定间隔布置。

此时，立柱160可穿透第一柱状部分111的底部112。为此目的，通孔115设置在第一柱状部分111的底部112上的每个立柱的安装位置处。

通孔115可相对于第二柱状部分113沿圆周方向以相等的间隔定位在第一柱状部分111的底部112上，并且立柱160在逐个插入每个通孔115中时插置在弹簧座153和活塞130之间。

通过这样做，多个立柱160在沿着圆周方向以相等的间隔布置的同时稳定地支撑活塞，并且弹簧150的力可沿着圆周方向通过多个立柱160均匀地施加到整个活塞130。

根据本公开的形式，当多个立柱160穿透第一柱状部分111的底部112时，多个立柱160设置在第二柱状部分113周围。

此外，多个立柱160通过与活塞130的压力作用部分132的下表面接触而被支撑。此时，在压力作用部分132的下表面上的每个立柱的安装位置处形成耦接凹槽136。

耦接凹槽136可形成在活塞130的压力作用部分132的下表面上，例如，沿着圆周方向以相等的间隔形成，并且每个立柱160的上端插入并且耦接到每个耦接凹槽136的内侧。

如上所述，每个立柱160插入活塞130的耦接凹槽136中，使得立柱160抑制或阻止活塞130旋转。

活塞130的封闭部分137和压力调节器100中的壳体110侧的孔洞171通过线接触或表面接触保持关闭状态的气密性，并且当在两侧上的接触部分在由于封闭部分137和孔洞171的加工强度而变形的同时彼此接合的状态下，活塞130旋转时，接合部分可扭曲或变形，使得可能发生微小泄漏。

然而，在本公开的示例性形式中，由于通过耦接到耦接凹槽136的立柱160抑制或防止活塞130的旋转，因此可降低由于上述原因发生微小泄漏的可能性。

孔洞171可形成在设置于壳体110的第二柱状部分113中的支座170上，如下所述，作为连接到壳体110中的入口端101的孔。

如图4所示，活塞130包括轴部分131和压力作用部分132，压力作用部分与轴部分131一体形成，以便具有相对于轴部分131在径向方向上延伸的盘形状。

更具体地，轴部分131与活塞130的压力作用部分132的中央部分一体地形成，并且包括第一轴部分131a和第二轴部分131b，第一轴部分是相对于压力作用部分132向上长延伸的部分，第二轴部分是在压力作用部分132中朝向与第一轴部分131a相对的侧面(即，向下长延伸)的部分。

此外，轴部分131形成得较长并且在壳体110的内部空间上、即在第一柱状部分111和第二柱状部分113的内部空间上设置成上下延长，并且具有中空结构，使得沿轴向方向在其中形成为延长的中空部分成为活塞130的主流动路径133。

活塞130的压力作用部分132可一体地形成为具有在基本上轴向部分131的纵向中间部分中沿径向方向延伸的盘形状，并且设置在具有相对较大内径的第一柱状部分111的内部空间中。此时，活塞130的压力作用部分132水平地设置在第一柱状部分111的内部空间中。

压力作用部分132中的圆周边缘部分的圆周表面成为与壳体110的内圆周表面接触的表面和在活塞130上下移动时沿壳体110的内圆周表面滑动的表面。

此时，当活塞130上下移动时，压力作用部分132的圆周表面可在壳体110的内圆周表面上滑动，但是可在压力作用部分132的圆周表面和壳体110的圆周表面之间保持气密性，使得壳体110在其上侧上的内部空间和壳体110在其下侧上的内部空间成为彼此分开的空间。

此外，压力作用部分132和位于其上侧上的第一轴部分131a定位在第一柱状部分111的内部空间中，具体在第一柱状部分111的调节压力室C2的内部空间中，但是除了压力作用部分132侧的一部分之外，压力作用部分132的下侧上的第二轴部分131b插入第二柱状部分113的内部空间。

当活塞130上下移动时，第二轴部分131b沿着第二柱状部分113的内圆周表面滑动。此时，在第二轴部分131b的外圆周表面和第二柱状部分113的内圆周表面之间保持气密性，同时其整个表面彼此紧密接触。

以这种方式，压力作用部分132的圆周表面在保持相对于第一柱状部分111的内圆周表面的气密性的同时滑动，并且第二轴部分131b的外圆周表面在与第二柱状部分的内圆周表面接触的同时也滑动，使得它们沿着壳体110的内圆周表面在压力作用部分132和第二轴部分131b的两侧上滑动。

因此，活塞130可在压力作用部分132精确地保持水平位置并且轴部分131精确地保持竖直位置且上下延长的状态下稳定地上下移动而不摇动。

此外，活塞130可在活塞130始终与壳体110保持同心的状态下移动而不会倾斜到壳体110中的一个侧面，使得当活塞130向下移动以封闭壳体110的入口端101时，作为活塞130的下端的封闭部分137可精确地座置在支座170的孔洞171上并且可靠地堵塞支座170的孔洞171。

也就是说，可能防止由于活塞130的倾斜而导致的支座170的座置失效，并且不需要用于保持同心度和同轴度的单独构造和结构，从而能够大规模生产压力调节器100并且降低压力调节器100的成本。

此外，设置成穿透第一柱状部分111的立柱160不具有其简单地接触并支撑定位在第一柱状部分111中的活塞130的压力作用部分132的形式，而是如上所述，立柱160具有耦接形式，其中立柱装配到形成在压力作用部分132中的每个耦接凹槽136中，使得即使活塞130上下移动或被施加有高压气体的压力，也可以可靠地防止活塞130旋转。

此外，由于每个立柱160装配到活塞130的耦接凹槽136中，因此活塞130可保持更稳定和准确的姿势，而在与壳体110同心的位置处没有倾斜或推动并且上下移动。

在一种形式中，在压力作用部分132的圆周表面上形成有在圆周方向上沿整个圆周具有连续形状的环形凹槽134，并且用于密封的O形环134a插入到环形凹槽134的内部。

O形环134a紧密地插置在压力作用部分132的圆周表面和壳体110的第一柱状部分111的内圆周表面之间，以保持气密性。甚至在第一柱状部分111的内部空间中，活塞130的压力作用部分132的上侧上的空间和压力作用部分132的下侧上的空间也完全彼此分离。

结果，壳体的内部空间(第一柱状部分的内部空间)在其上侧上相对于盘形的压力作用部分132成为调节压力室C2，并且壳体110在压力作用部分132的下侧上的内部空间(第一柱状部分的内部空间)成为通过连通流动路径114连接到壳体110的外部(覆盖件的内部空间)的大气压力室C3。

也就是说，O形环134a在活塞130的压力作用部分132和壳体110(第一柱状部分)的内圆周表面之间提供气密性，使得调节压力室C2和大气压力室C3可相对于壳体110的内部空间中的压力作用部分132在空间上彼此完全分离。

类似地，具有沿圆周方向的整个圆周连续的形状的环形凹槽135在插入第二柱状部分113的第二轴部分131b的外圆周表面上形成，并且用于密封的O形环135a插入环形凹槽135中。

O形环135a紧密地插置在第二柱状部分113的内侧表面和第二轴部分131b的外圆周表面之间，以便保持气密性。

同时，穿透壳体110内部的入口端101形成在壳体110的下端处，并且更具体地，形成在第二柱状部分113的下端处，并且入口端101通过孔102连接到上部第二柱状部分113的内部空间，活塞130的第二轴部分131b插入到该内部空间中。

环形支座170和柱状片材引导件172固定地设置在上部第二柱状部分113的与入口端101连通的内部空间中，在插置O形环173的状态下，支座170堆叠在第二柱状部分113的内部空间的底表面上，并且支座引导件172堆叠在其上。

片材170通过由定位在上侧上的片材引导件172向下被按压而被支撑，并且孔洞171穿透片材170的中心。

孔洞171是连接到壳体110中的入口端101的孔102的孔，并且用作通道，入口端101和片材引导件172的内部空间通过该通道连接到彼此，并且入口部分101和第二柱状部分113的内部空间通过该通道连接到彼此。

活塞130的下端，更具体地，第二轴部分131b的下端可形成为如图4所示的圆锥形状。第二轴部分131b的下端可插入柱状支座引导件172中。

片材引导件172具有这样的内部形状，即，第二轴部分131b的下端可被接收在该内部形状中，并且当第二轴部分131b的下端是圆锥形时，支座引导件172的内部也可具有可接收锥体的形状，如图1和图2所示。

根据活塞130的竖直位置，在第二轴部分131b的下端处形成选择性地打开和封闭支座170的孔洞171的封闭部分137。

封闭部分137可以是第二轴部分131b的下端的中央部的大体具有圆锥形状的端部部分，并且封闭部分137也可具有圆锥形状。

封闭部分137在活塞130向下移动时封闭支座170的孔洞171，并且在活塞130向上移动时与支座170的孔洞171分离以打开孔洞171。

此外，从其表面连接到活塞130中的主通道133的子流动路径138形成在第二轴部分131b的下端以穿透其内部，并且子流动路径138的入口可以定位在第二轴部分131b的下端处的封闭部分137周围的表面上。

根据本公开的形式，多个子流动路径138可形成在第二轴部分的下端处以穿透其内部。此时，子流动路径138可各自是在第二轴部分131b的下端的表面上单独连接到主流动路径133的流动路径。

此外，子流动路径138的入口可全部定位在第二轴部分131b的下端处的封闭部分137周围的表面上。此时，子流动路径138和其入口可沿圆周方向以预定间隔设置在第二轴部分131b的下端处。

主流动路径133是形成为沿着活塞130的内部的中央穿透的路径，并且子流动路径138从主流动路径133分支出来，以成为连接到第二轴部分131b的下端的表面的分支流动路径。

如上所述，在其中主流动路径133的下端连接到子流动路径138的构造中，作为上端的主流动路径133的出口可形成为具有开口结构而未堵塞在活塞130的上端(即第一轴部分131a的上端)的端面上。

此外，连接到主流动路径133的单独的出口孔139可设置在活塞130的上端处，即，设置在定位于压力作用部分132上的第一轴部分131a的一个侧面，并且沿着活塞130的主流动路径133向上移动的气体通过出口孔139被排放到压力作用部分132的上侧上的壳体110的内部空间，即调节压力室C2。

如上所述，子流动路径138连接到主路径133，主路径是活塞130中的中空流动路径，因此当活塞130向上移动以使壳体110的入口端101处于打开状态时，形成气体路径，气体通过该气体路径在施加高压的入口端101的内部空间中流动，即，通过支座170的子流动路径138和孔洞171从高压室C1流向活塞130中的主流动路径138，然后通过出口孔139流入调节压力室C2，使得可最小化或减小施加高压的区域，并且可以最大化或增加调节压力室C2的效果。

在如上所述构造的压力调节器100中，由于高压室C1和调节压力室C2通过支座170和活塞130分开，因此除了活塞130和支座170之间(即在活塞130的封闭部分137和支座170的孔洞171之间)的接触部分之外，没有高压滑动气密部分。

在图1和图2中，高压室C1和调节压力室C2分别由附图标记C1和C2表示，并且壳体110的内部空间通过活塞130分成高压室C1和调节压力室C2。

此外，压力调节器100中的气体沿以下路径流动：壳体110的高压室C1→入口端101的孔102→支座170的孔洞171→支座引导件172的内部空间→活塞130的子流动路径138和主通道133→调节压力室C2→出口端103和105的路径。

通过这样做，已经参考附图详细描述了根据本公开的形式的压力调节器100的构造。与用于燃料电池系统的公知压力调节器相比，根据上述本公开的形式的压力调节器100具有更简单的构造和更少数量的部件。

此外，与已知的压力调节器相比，在根据本公开的一种形式的压力调节器100的情况下，除壳体110和活塞130之间的耦接部分之外，没有需要精密加工的零件，从而降低部件的成本并且快速生产部件，从而以低价格和批量生产供应压力调节器。

此外，通过减小施加高压的部分的面积，可增加施加高压的区域和在调节压力室C2和大气压力室C3之间产生压差的区域的面积比，从而通过入口压力减小出口压力的影响。

在下文中，将参考图1和图2描述操作状态。

首先，当压力调节器100的入口侧和出口侧没有压力时，弹簧150通过弹簧座153和立柱160将向上的力传递到活塞130。此时，活塞130向上移动。

因此，活塞130的封闭部分137与支座170分离，并且压力调节器10中的流动路径处于打开状态，而通过封闭部分137封闭的支座170的孔洞171被打开。

此外，当高压氢气压力施加到入口端101时，氢气通过支座170的孔洞171以及活塞130的子流动路径138和主流动路径133被引入到调节压力室C2中，使得调节压力室C2中的压力向上移动。

如上所述，如果调节压力室C2中的压力向上移动，则在调节压力室C2和大气压力室C3之间形成压差，并且当调节压力室C2中的压力向上移动时，压差增加。此时，压差用作向下按压活塞130的压力作用部分132的力。

如果通过压差作用在活塞130的压力作用部分132上的力大于弹簧150的力(即，通过弹簧150利用立柱160传递以作用在压力作用部分132上的力)与允许入口端101中的高压气体的压力向上推动活塞130的轴部分131(包括第二轴部分131b的封闭部分137的部分)的力的总和，则活塞130向下移动以使第二轴部分131b的封闭部分137再次接触支座170。此时，封闭部分137堵塞支座170的孔洞171以关闭压力调节器100中的气体流动路径。

也就是说，在(入口端中的高压气体的压力x气体压力作用在其上的第二轴部分的面积+弹簧的力)>(调节压力室和大气压力室之间的压差x活塞的面积，诸如压差作用在其上的压力作用部分)的条件下，活塞130向下移动以允许封闭部分137堵塞孔洞171，使得压力调节器100中的气流被封闭。

此外，调节压力室C2中的气体通过出口端103和105被排放，调节压力室C2中的压力降低，并且调节压力室C2中的压力与大气压之间的压差减小，因此与上述相反，如果调节压力室C2中的压力变得小于向上推动活塞130的轴部分130的高压气体的压力的力和弹簧150的力的总和，则活塞130再次向上移动以再次打开由封闭部分137封闭的支座170的孔洞171，使得压力调节器100中的气体流动路径处于打开状态，从而使气流通过压力调节器100。

如上所述，在当活塞130上下移动的同时重复打开和关闭压力调节器100中的孔洞171的过程中，调节压力室C2中的压力在特定范围内保持不变，使得高压气体可被调节到压力调节器100中的调节压力以被排放。

图5是示出本公开的另一种形式的压力调节器的剖视图。

如图1至图3所示，弹簧150和弹簧座153设置在壳体110的外部，并且穿透壳体110的立柱160通过弹簧150被支撑在弹簧座153上，并且立柱160耦接到活塞130以将力传递到壳体110内部的活塞130。

与该构造不同，图5示出了弹簧150和弹簧座153与活塞130一起设置在壳体110内部，并且多个立柱160设置成穿透壳体110的内部空间的底表面。

此时，每个立柱160插入到形成在第一柱状部分111的底部112上的每个立柱160的安装位置处的通孔115中。

此外，壳体110具有上部第一柱状部分111和下部第二柱状部分113的事实以及第一柱状部分111的内部空间和第二柱状部113的内部空间在壳体110中形成一个内部空间同时彼此连通的事实与图1至图3的形式相比没有区别，上部第一柱状部分具有相对较大的内径和外径，下部第二柱状部分的内径和外径相对小于第一柱状部分的内径和外径。

然而，与图1至图3的其中第二柱状部分113定位在第一柱状部分111下方的形式不同，第二柱状部分113的除了入口端101等之外的其余部分定位在第一柱状部分111的内部，并且与第一柱状部分111一体形成，以便具有同心和同轴结构。

因此，弹簧150和弹簧座153定位在第二柱状部分113和第一柱状部分111之间的空间中。此时，弹簧150和弹簧座153从第一柱状部分113围绕第二柱状部分113的外侧设置。

此外，在插置弹簧座153的状态下，弹簧150的上端与活塞130的压力作用部分132接触，使得弹簧150将上部活塞130支撑在其下侧上，并且立柱160定位在弹簧150的下侧上，使得弹簧150通过弹簧座153由定位在其下侧上的立柱160支撑。

此外，立柱160与支撑构件151直接接触并且被支撑在支撑构件上，支撑构件旋拧到第二柱状部分113的下端的外圆周表面。

也就是说，螺母形状的支撑构件151在立柱160座置在支撑构件151的上表面上的状态下被支撑，同时支撑构件151旋拧到第二柱状部分113的下端的外圆周表面，并且立柱160在穿透第一柱状部分111的底部112的同时在力传递状态下连接到弹簧座153和弹簧150。

此外，第一柱状部分111形成有覆盖件部分116，覆盖件部分从侧部向下延伸并具有敞开的底部，支撑构件151、第二柱状部分113的入口端101等被接收在覆盖件部分116的内部空间中。

在如上所述的图5的形式中，立柱160用于在支撑构件151与弹簧座153和弹簧150之间传递力，因此除了初始组装过程之外，立柱160的移动可减少。

因此，可改善立柱160的组装性能，并且以图5的形式，覆盖件部分116与壳体110一体地形成。如图1至3的形式，可删除与壳体110分开组装的覆盖件140，使得可减少部件的数量和组装过程。

此外，立柱160和壳体110之间没有摩擦，因为在操作期间立柱160没有移动，因此，存在不需要单独润滑的优点。

根据图5的形式的压力调节器的操作状态与图1至图3的形式的操作状态没有不同，并且上面已经详细描述了压力调节器的操作状态。因此，为了避免重复描述，将省略根据图5的形式的压力调节器的操作状态的描述。

在上文中，尽管以上详细描述了本公开的形式，但是本公开的保护范围不限于此。因此，本领域技术人员使用在以下权利要求中限定的本公开的基本概念的各种改变和改进的形式属于本公开的保护范围。

Claims (22)

1.一种用于燃料电池系统的压力调节器，包括：

壳体，包括：入口端，气体被引入所述入口端；出口端，气体通过所述出口端被排放；及调节压力室，通过所述出口端连接到外部；

活塞，在所述壳体中上下移动，并且包括：主流动路径，穿透所述壳体的内部；及压力作用部分，在所述壳体的所述调节压力室中施加气体压力，并且所述压力作用部分在所述活塞上下移动时通过所述主流动路径在所述壳体的所述调节压力室与所述入口端之间选择性地连通；以及

弹簧，设置在所述壳体中并且被构造成将所述活塞的所述压力作用部分弹性地支撑在所述调节压力室的相对侧上。

2.根据权利要求1所述的压力调节器，还包括：

立柱，由所述弹簧弹性地设置并且耦接到所述活塞的所述压力作用部分，所述立柱被构造成在所述弹簧与所述活塞的所述压力作用部分之间传递力。

3.根据权利要求2所述的压力调节器，还包括：

弹簧座，设置在所述弹簧与所述立柱之间。

4.根据权利要求2所述的压力调节器，其中，所述弹簧定位在所述壳体的外部，所述立柱在所述立柱由所述弹簧弹性支撑的状态下穿透所述壳体，以耦接到所述活塞的所述压力作用部分。

5.根据权利要求4所述的压力调节器，其中，所述壳体设置有沿圆周方向设置的多个通孔，并且在每个立柱插入所述多个通孔中的每个通孔中的状态下，插入的立柱中的每个立柱插置在弹簧座与所述活塞的所述压力作用部分之间。

6.根据权利要求2所述的压力调节器，其中，所述活塞的所述压力作用部分设置有耦接凹槽，并且所述立柱插入所述耦接凹槽中并且耦接到所述耦接凹槽。

7.根据权利要求1所述的压力调节器，其中，所述活塞还包括

封闭部分，被构造成当所述活塞上下移动时打开和封闭连接到所述入口端的孔洞，

其中，当所述封闭部分打开所述孔洞时，所述主流动路径通过所述壳体内的所述孔洞与所述入口端连通。

8.根据权利要求7所述的压力调节器，其中，所述活塞设置有出口孔，并且所述活塞的所述主流动路径通过所述出口孔与所述壳体的所述调节压力室连通。

9.根据权利要求1所述的压力调节器，其中，所述活塞包括轴部分，并且所述主流动路径穿透所述轴部分的内部，其中，所述轴部分与所述压力作用部分一体形成，所述压力作用部分具有从所述轴部分径向延伸的盘形状。

10.根据权利要求9所述的压力调节器，其中，所述壳体包括：

第一柱状部分，具有所述调节压力室；以及

第二柱状部分，具有的内径相对小于所述第一柱状部分的内径并且设置有所述入口端，

其中，当所述活塞在所述活塞的所述压力作用部分定位在所述第一柱状部分中的状态下上下移动时，所述压力作用部分的圆周表面沿所述第一柱状部分的内圆周表面滑动，并且

其中，当所述活塞上下移动时，所述活塞的所述轴部分沿所述第二柱状部分的内圆周表面滑动。

11.根据权利要求10所述的压力调节器，其中，所述活塞的所述轴部分包括：

第一轴部分，从所述压力作用部分向上延伸并且定位在所述第一柱状部分的内部空间中；以及

第二轴部分，从所述压力作用部分沿与所述第一轴部分相反的方向延伸并插入所述第二柱状部分中，所述第二轴部分被构造成沿所述第二柱状部分的内圆周表面滑动。

12.根据权利要求11所述的压力调节器，其中，所述活塞的所述主流动路径沿所述轴部分的轴向方向穿透所述第一轴部分和所述第二轴部分的内部，

所述主流动路径通过设置在所述第一轴部分上的出口孔与所述第一柱状部分的内部空间中的所述调节压力室连通，

所述活塞的所述第二轴部分设置有封闭部分，所述封闭部分在所述活塞上下移动时打开和封闭连接到所述入口端的孔洞，并且

当所述封闭部分打开所述孔洞时，所述活塞的所述主流动路径通过所述第二柱状部分内的所述孔洞与所述入口端连通。

13.根据权利要求12所述的压力调节器，其中，所述第二轴部分包括至少一个子流动路径，所述至少一个子流动路径连接到所述主流动路径并且被构造成从所述封闭部分周围的表面穿透所述第二轴部分的内部，并且

其中，所述至少一个子流动路径包括分别连接到所述主流动路径的多个子流动路径。

14.根据权利要求10所述的压力调节器，其中，所述第一柱状部分的内部空间通过所述压力作用部分被分隔成所述调节压力室和大气压力室，并且所述第一柱状部分具有连通路径，所述大气压力室和所述壳体的外部空间通过所述连通路径相互连通。

15.根据权利要求10所述的压力调节器，其中，用于气密性的O形环被压缩并插置在所述活塞的所述压力作用部分与所述第一柱状部分的内圆周表面之间、以及所述活塞的所述轴部分与所述第二柱状部分的内圆周表面之间。

16.根据权利要求10所述的压力调节器，还包括：

立柱，由所述弹簧弹性地支撑并且耦接到所述活塞的所述压力作用部分，所述立柱被构造成在所述弹簧与所述活塞的所述压力作用部分之间传递力；以及

弹簧座，设置在所述弹簧与所述立柱之间，

其中，所述活塞的所述压力作用部分设置有耦接凹槽，并且所述立柱插入所述耦接凹槽中并且耦接到所述耦接凹槽。

17.根据权利要求16所述的压力调节器，还包括：

支撑构件，旋拧到所述第二柱状部分的外圆周表面，

其中，所述弹簧由所述支撑构件支撑并且定位在所述支撑构件与所述弹簧座之间，并且

其中，所述弹簧定位在所述第二柱状部分周围，

所述弹簧座定位在所述第二柱状部分周围，并且

所述第一柱状部分设置有覆盖件，所述第二柱状部分、所述立柱、所述弹簧座、所述弹簧和所述支撑构件插入所述覆盖件的内侧。

18.根据权利要求16所述的压力调节器，其中，所述弹簧定位在所述第二柱状部分周围，

所述弹簧座定位在所述第二柱状部分周围，并且

在所述弹簧弹性支撑所述立柱的状态下，所述立柱通过穿透所述第一柱状部分而耦接到所述活塞的所述压力作用部分，并且

其中，所述第一柱状部分的底部设置有多个通孔，所述多个通孔相对于所述第二柱状部分沿圆周方向以相等间隔设置，并且

在每个立柱分别插入对应的通孔中的状态下，插入的立柱中的每个立柱插置在所述弹簧座与所述活塞的所述压力作用部分之间。

19.根据权利要求10所述的压力调节器，还包括：

支撑构件，旋拧到所述第二柱状部分的外圆周表面；

立柱，设置成被支撑在所述支撑构件上；以及

弹簧座，插置在所述立柱与所述弹簧之间。

20.根据权利要求19所述的压力调节器，其中，所述弹簧定位在所述第二柱状部分周围，

所述弹簧座定位在所述第二柱状部分周围，并且

当所述弹簧座插置在所述支撑构件与所述立柱之间时，所述立柱被设置成通过穿透所述第一柱状部分而支撑所述弹簧，并且

其中，所述第一柱状部分的底部设置有多个通孔，所述多个通孔相对于所述第二柱状部分沿圆周方向以相等间隔定位，并且

在每个立柱分别插入对应的通孔中的状态下，插入的立柱中的每个立柱分别定位在插入的支撑构件与所述弹簧座之间。

21.根据权利要求10所述的压力调节器，其中，所述第二柱状部分的内部包括：形成有孔洞的支座，以及设置在所述支座上方并且插入有所述活塞的所述轴部分的柱状支座引导件。

22.根据权利要求1所述的压力调节器，其中，所述壳体设置有密封所述调节压力室的顶盖，并且所述壳体的侧表面和所述顶盖均设置有所述出口端，并且

其中，所述壳体通过铸造或锻造方法模制，然后通过尺寸加工制造，使得所述壳体的每个部分具有目标尺寸。

Images