CN113195963B - 用于充注并抽取气体的装置 - Google Patents

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Abstract

用于充注和抽取气体的装置(1)，包括：‑抽取回路，其设置有能够连接到储存容器(RE)的储存连接器和能够连接到抽取构件的抽取连接器；‑充注回路(7)，其设置有充注连接器(8)，该充注连接器能够连接到用于充注容器的气体源(SO)；该充注连接器包括活塞，该活塞在内部限定充注管道并具有横向通向所述充注管道中的排出孔口，该活塞能够在排出本体内移动，所述排出本体设置有连接到流体回路(10)的排出管道，所述流体回路连接到外部(EXT)，所述活塞在以下位置之间移动：打开位置，其中排出孔口不与排出管道重合；以及关闭位置，其中排出孔口与排出管道重合，以在所述充注管道和泄漏回路之间建立连通。

Description

用于充注并抽取气体的装置
本发明涉及一种用于充注和抽取气体的装置。
本发明更具体地涉及这样一种用于充注和抽取气体的装置，其包括抽取回路和充注回路，所述抽取回路设置有连接到用于储存加压气体的容器的储存连接器以及连接到用于抽取减压气体的抽取装置的抽取连接器，所述充注回路设置有构造成与用于充注储存容器的加压气体源连接的充注连接器。
本发明发现了在充注和抽取气态氢以供应燃料电池类型(特别是车辆内的燃料电池类型)的抽取装置中的具体且非限制性的应用。
为了在高压下(对于气态氢储存罐通常在350与700巴之间)抽取气体，以便在低压下(通常在1至5巴之间)分配该气体，必须使用用于充注和抽取气体的装置或分接头，其将具有允许与压力源连接的功能，以便在必要时充注储存容器，并且还控制气体抽取操作，包括隔离、安全和气体排放操作。
文献WO2013/135983的教导可以说明现有技术水平，该文献公开了一种气体充注和抽取分接头，其中提供了安全回路，其连接到抽取回路并包括安全阀，以在危险处境(过高的温度和/或压力)的情况下将罐中的内容物泄放到外部。
从文献WO2013/014355中还已知使用包含有隔离挡板的充注连接器，该隔离挡板在充注期间打开并且在与加压气体源断开连接时关闭。
在储存容器的充注结束时，充注连接器必须与加压气体源断开联接，这需要在集成隔离挡板的上游处使充注连接器内部返回至大气压力。为此，已经知道提供一种排出系统，该排出系统集成到加压气体源中并且具有在充注连接器的上游提供降压以允许断开联接的功能。然而，在该排出系统出现故障的情况下，在充注连接器的层级处会出现安全和操作问题。
本发明的目的特别在于通过提出一种用于充注和抽取气体的装置来解决上述缺点，该装置使之有可能即使在集成到加压气体源中的排出系统发生故障的情况下，也能够确保充注连接器和加压气体源之间的断开联接所需的降压。
本发明的另一个目的是提供一种充注和抽取装置，其集成有保证气体安全调节的所有功能，包括充注、抽取、减压和安全功能(特别是关于向外部或下游的泄漏风险)。
本发明的另一个目的是提供一种紧凑且重量减轻的充注和抽取装置。
为此目的，它涉及一种用于充注和抽取气体的装置，其包括:
-抽取回路，其包括上游端部和下游端部，所述上游端部设置有储存连接器，所述储存连接器构造成与用于加压气体的储存容器连接，所述下游端部设置有抽取连接器，所述抽取连接器构造成与用于抽取压力降低气体的抽取装置连接，其中所述抽取回路包括至少一个受控隔离栅和至少一个压力调节器；
-充注回路，其包括设置有充注连接器的上游端部和连接到抽取回路的上游端部的下游端部，所述充注连接器构造成与用于充注储存容器的加压气体源连接；
所述装置的显著之处在于，所述充注连接器包括活塞，该活塞在内部限定充注管道并且具有横向通向所述充注管道中的至少一个排出孔口，其中所述活塞至少可在一个排出本体内部移动，所述排出本体设置有连接到泄漏回路(其连接到外部)的排出管道，所述排出管道在活塞的周缘处打开介于安装在活塞周围的两个密封件之间，所述活塞可选择性地在以下位置之间移位:
-打开位置，其在所述充注管道和充注回路的上游端部之间建立连通，并且其中排出孔口不与排出管道重合；以及
-关闭位置，其切断所述充注管道和充注回路的上游端部之间的连通，并且其中排出孔口与排出管道重合，以在所述充注管道和泄漏回路之间建立连通。
因此，在充注连接器和加压气体源之间断开联接时，活塞被移动到关闭位置，从而使排出孔口与排出管道重合，有助于允许经由通向泄漏回路并因此通向外部的排放口自动降压。这种在断开联接期间的自动排出是在完全安全的情况下进行的，因为排出管道在安装在活塞周围的两个密封件之间在活塞的周缘处打开，这提供了安全的双重密封屏障。
根据一个特征，所述充注连接器包括能相对于座在充注管道的上游关闭位置与充注管道的下游打开位置之间移动的隔离挡板，其中活塞可选择性地在以下位置之间移位:
-其打开位置，其中所述活塞朝向其下游位置作用在所述隔离挡板上，以及
-其关闭位置，其中所述活塞不作用在所述隔离挡板上，所述隔离挡板通过偏置构件朝向其上游位置偏置。
因此，当充注连接器与加压气体源断开联接时，自动降压就在该隔离挡板的上游处自动进行，该隔离挡板在将排出孔口放置成与排出管道重合之前关闭。
根据另一个特征，活塞可通过拧紧/拧松而移位。一般而言，活塞可通过任何机械作用来移动，确保活塞在其打开位置和其关闭位置之间的平移运动，其中活塞保持紧密地连接到充注连接器。作为一个变型，活塞可通过四分之一圈机构或其它等效机构移动。
在一特定实施例中，储存连接器包括连接到抽取回路的上游端部的主导管和连接到泄漏回路并在两个同心密封件之间打开的泄漏导管。
因此，在主导管的层级处泄漏的情况下，如果泄漏气体穿过第一密封件，则它将自然地定向为趋向泄漏导管，并因此趋向泄漏回路，而不是通行穿过第二密封件，从而确保该储存连接器的层级处的完全安全。
在一特定实施例中，至少一个压力调节器包括:
-位于入口处的高压腔室，
-位于出口处的低压腔室，
-可移动的调节部件，来自低压腔室的气体在一侧抵靠所述调节部件，而在另一侧抵靠偏置构件，
-调节挡板，其与所述调节部件配合，并且能相对于膨胀座在用于关闭所述低压腔室与所述高压腔室之间的连通的上游位置与用于打开所述低压腔室与所述高压腔室之间的连通的下游位置之间移动，
其中，当所述低压腔室中的气体压力超过预定阈值时，所述调节挡板处于上游位置，并且所述低压腔室被置为与连接到所述泄漏回路的排放导管连通。
因此，该装置提供了额外的安全性，在压力调节器的下游(抽取装置侧)过压的情况下关闭压力调节器，并将加压气体泄放到泄漏回路，从而确保设备的安全。
有利地，该排放导管在压力调节器的接收膛孔中被安装在压力调节器周围的两个密封件框住。
根据本发明的一种可能性，抽取回路包括两个串联的压力调节器，其中每个压力调节器具有连接到泄漏回路的排放导管，并且当所述低压腔室中的气体的压力超过对于每个压力调节器特定的预定阈值时，排放导管被置为与对应的低压腔室连通。
使用两个串联的压力调节器允许可靠地调节高压储存容器与在低压下操作的抽取装置之间的压力。
根据本发明的另一种可能性，泄漏回路包括止回阀，该止回阀允许单点收集在泄漏回路中循环并来自装置的各种部件(连接器、压力调节器等)的气体，并由此将连通孔限制到外部。
有利地，该装置还包括安全回路，该安全回路具有连接到抽取回路的上游端部的上游端部和连接到外部的下游端部，所述安全回路包括选自高压安全阀和/或高温安全阀的至少一个安全阀。
根据本发明的另一个特征，安全回路包括排出分接头，其具有与至少一个安全阀并联放置的流量限制器。
替代地，泄漏回路包括高压安全阀，该高压安全阀具有连接到抽取回路的上游端部的入口。
本发明还涉及根据本发明的充注和抽取装置的用途，其中储存连接器连接到用于加压气态氢的储存容器，并且抽取连接器连接到燃料电池类型的抽取装置。
参考附图，通过阅读下面对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，附图中：
-图1是示出根据本发明的充注和抽取装置的可能实施例的结构的示意图；
-图2至图5是根据本发明的充注和抽取装置的示意性透视图，并且是从不同视角观察的；
-图6和7是图2至5的装置的示意性侧视图；
-图8和9是处于打开位置(图8)和关闭位置(图9)的图2至7的装置的充注连接器的示意性剖视图；
-图10是图2至图7的装置的沿着图7的剖切平面X-X的示意性剖视图；
-图11是图2至7的装置的沿着图6的剖切平面XI-XI的示意性剖视图；
-图12是图2至7的装置的沿着图7的剖切平面XII-XII的示意性剖视图；
-图13是图2至7的装置的沿着图6的剖切平面XIII-XIII的示意性剖视图；
-图14是图2至7的装置的示意性透视图和部分透明视图；
-图15至18是图2至7的装置的沿不同剖切平面切取的示意性透视图；
-图19是图2至7的装置的低压安全阀的示意性剖视图，为了清楚起见在测试本体中(而不是在装置的本体中)示出；
-图20是图2至7的装置的从动隔离栅的示意性剖视图，其在测试本体中示出，没有呈现机动化；
-图21和22是图2至7的装置的第一压力调节器或高压调节器的示意性剖视图，处于静置或调节打开构造(图21)以及在低压腔室中过压的情况下处于关闭排放构造(图22)；
-图23是图21和22的第一压力调节器的示意性侧视图；
-图24至27是图2至7的装置的第二压力调节器或低压调节器的示意性剖视图，处于禁止调节的锁定构造(图24)、处于升起快门式指状件后在第一复位阶段中解锁的构造(图25)、处于在第二复位阶段中解锁的构造(图26)、处于开放调节构造(图27)；
-图28是图24和27的第二压力调节器的示意性侧视图；
-图29是图13的一部分的放大视图，示意性地示出了图2至7的装置的高压安全阀的剖视图；
-图30是图29的高压安全阀的示意性剖视图，在测试本体中示出；
-图31和32是图2至7的装置的高温安全阀的示意性剖视图，在测试本体中示出，处于高于阈值温度的打开构造(图31)和低于阈值温度的关闭构造(图32)。
根据本发明的用于充注和抽取气体的装置1包括抽取回路2，其包括：
-上游端部21，其设置有储存连接器3，该储存连接器构造成与加压气体的储存容器RE连接，以及
-下游端部22，其设置有抽取连接器25，该抽取连接器构造成与已减压气体的抽取装置(未示出)连接。
在这两个端部21、22之间，抽取回路2从上游端部部21开始依次包括从动隔离栅4、第一压力调节器5和第二压力调节器6。抽取回路2还在从动隔离栅4的上游包括温度探头23和压力探头24。
第一压力调节器5与排放阀50相关联或集成在一起，所述排放阀50设置在下游介于抽取回路2和泄漏回路10之间，其中该排放阀50构造成在下游过压的情况下，也就是说在下游压力超过第一预定阈值压力(也称为调节值或校准值)的情况下，向泄漏回路10进行排放。
换句话说，如果下游压力超过该第一阈值压力，则排放阀50的排放挡板对抗偏置构件的力而升起，使得排放阀50打开，使得下游压力在泄漏回路10中(出口侧)降低。一旦下游压力下降到低于第一阈值压力，排放阀50就关闭。
第二压力调节器6与排放阀60相关联或集成在一起，所述排放阀60设置在下游介于抽取回路2和泄漏回路10之间，其中该排放阀60构造成在下游过压的情况下，也就是说在下游压力超过第二预定阈值压力(也称为调节值或校准值)的情况下，朝泄漏回路10进行排放。
换句话说，如果下游压力超过该第二阈值压力，则排放阀60的排放挡板对抗偏置构件的力而升起，使得排放阀60打开，使得下游压力在泄漏回路10中(出口侧)降低。一旦下游压力下降到低于第二阈值压力，排放阀60就关闭。
该第二压力调节器6之后是具有安全系统601的流量限制器600，该安全系统具有手动复位，以在下游压力降低的情况下关闭抽取回路2。
装置1还包括充注回路7，其包括：上游端部71，其设置有充注连接器8，该充注连接器构造成与加压气体源SO连接以充注储存容器RE；和下游端72，其连接在抽取回路2的上游端部21处。
装置1包括安全回路9，其具有：
-上游端部91，其连接到抽取回路2的上游端部21；以及
-上游端部92，其连接到外部EXT，该上游端部92形成通向外部的收集点。
该安全回路9以并联方式包括高压安全阀93、高温安全阀94和带有流量限制器的排出分接头95。排出分接头95的主要功能是允许储存容器RE的受控排空。
装置1包括泄漏回路10，其具有：
-出口，其连接到外部EXT，并且更具体地连接到安全回路9的上游端部92，以及
-入口，其连接到装置1的各个部件，如下所述，并且特别是连接到安全阀50、60。
该泄漏回路10包括止回阀11和低压安全阀12，其具有：
-入口，其连接到抽取回路2的下游端部22、第二压力调节器6的下游以及流量限制器600的下游；以及
-排气出口，其连接在止回阀11的上游。
在所描述的装置1中，安全回路9和泄漏回路10是连通的，并且一起形成连接到外部EXT的同一回路。
本说明书的其余部分涉及该装置1的紧凑、轻便、可靠且安全版本的示例性实施例。
该装置1包括本体13，在其中形成膛孔，所述膛孔形成抽取回路2、充注回路7、泄漏回路10和安全回路9的通道，以及用于装置1的各种构件的接收腔体。
储存连接器3包括从一个侧部突出的柱形连接器30，其被连接到抽取回路2的上游端部21的主导管31穿过，该连接器30设计成连接到储存容器RE，使得气体在主导管31中循环。当然，连接器30的形状将取决于储存容器RE的连接接口。
储存连接器3还包括泄漏导管32，其连接到泄漏回路10并在两个同心密封件33、34之间打开；这些密封件33、34围绕连接器30定位。因此，在泄漏导管32之间提供了双重密封屏障，以在连接器30处泄漏的情况下获得最佳安全性。
从动隔离栅4包括栅40，其通过马达构件41与偏置构件42的互补作用在用于关闭抽取回路2的位置与用于打开抽取回路的位置之间受到控制，所述偏置构件在马达构件41没有致动的情况下将栅40朝向关闭位置偏置。
参见图20，栅40包括活塞43，其在马达构件41的作用下可移位，该活塞43具有支承在座45上的隔离挡板44。马达构件41控制活塞43在隔离挡板44与座45分离的方向上的移位，以打开其入口46与其出口47之间的栅40。偏置构件42(特别是螺旋弹簧型)就其自身而言在活塞43上施加力，以在重新压缩座45上的隔离挡板44的方向上偏置活塞，以关闭栅40。
栅40集成有泄漏导管48，其连接到泄漏回路10并设置在隔离挡板44的上游，以将接收栅40的膛孔的层级处的任何泄漏以及可移动活塞43的层级处的任何泄漏朝向泄漏回路10泄放。该泄漏导管48由密封件480、481、482框住，这些密封件确保泄漏管理中的双重密封屏障。
栅40集成了另一个泄漏导管49(在图11中可见)，其连接到泄漏回路10并设置在隔离挡板44的下游，以将接收栅40的膛孔的层级处的任何泄漏以及可移动活塞43的层级处的任何泄漏朝向泄漏回路10泄放。该泄漏导管49由密封件490、491框住，这些密封件确保泄漏管理中的双重密封屏障。
马达构件41安装在固定到本体13的马达壳体410中，并且电插座411设置在马达壳体410的外部。轮412也设置在外壳410的外部，其中该轮412使之有可能停用并移除马达构件41，使得只有偏置构件42在栅40的关闭方向上起作用。
下面参照图21至23描述第一压力调节器5，其中该第一压力调节器5安装在膛孔内，该膛孔的底部与栅40的出口连通。
该第一压力调节器5包括静态的下游本体51，其形成可从外部接近的盖子或塞子并设置有外螺纹510以便通过拧紧到本体13中来进行固定，该下游本体51具有：
-在上表面上用于拧紧/拧松工具的上部盲孔511，
-在外周缘上的低于外螺纹510的两个O形环密封件512，以及
-在与上表面相反的下表面上的腔体，其在第一压力调节器5的出口处形成低压腔室513，该低压腔室513连接到第二压力调节器6的入口。
形成在本体13中的泄漏导管17(在图10中可见)连接到泄漏回路10，并在两个密封件512(同样具有双重密封屏障)之间向第一压力调节器5的膛孔中开放。
该第一压力调节器5包括由可移动活塞52形成的调节部件，其成形为支承在下游本体51的下表面上，该活塞52在外周缘处设置有O形环密封件522，并且具有内通道520，所述内通道520通行穿过并具有以下端部：
-上端部，位于下游本体51的侧部，面向低压腔室513并形成排放座521，以及
-相反的下端部523，其开放到中间腔室524上。
该第一压力调节器5包括静态的上游本体53，其具有通过下部部分55延伸的上部部分54，其中上部部分54面向活塞52，使得中间腔室524被界定在上游本体53的上部部分54与活塞52之间。中间腔室524经由形成在本体13中并在图17和18中可见的排放导管14连接到泄漏回路10或安全回路9。
上部部分54设置有外螺纹540，用于通过拧紧到本体13中进行固定，并且更具体地说用于固定到对应膛孔的底部，直到该上部部分54经由密封件541抵接在膛孔的内肩部上。
上游本体53与膛孔的底部一起在内肩部下方限定处于第一压力调节器5的入口处的高压腔室56，该高压腔室56连接到栅40的出口。
上部部分54具有内通道542，该内通道通行穿过并具有以下端部：上端部，其开放到中间腔室524上；和下端部，其开放到高压腔室56上。
下部部分55具有下部圆顶550，其支承在用于高压气体的入口EN的膛孔的底部上，其中该下部圆顶550设置有通向高压腔室56中的侧向孔551。
下部圆顶550具有面向内通道542的下端部的上表面，并且腔体形成在该上表面中以形成膨胀座552。
下部部分55包括环绕下部圆顶550的上表面的柱形壁553，其中该柱形壁553设置有通向高压腔室56中的侧向孔554。
因此，在入口处，气体进入下部圆顶550内，如图21中箭头EN示意性地示出，然后气体通过侧向孔551离开高压腔室56，并通过侧向孔554在膨胀座552的层级处进入，如图21中的箭头CH示意性地示出。该气体流动有利地参与期望的气体膨胀功能。
该第一压力调节器5包括设置有内通道570的管状阀杆57，所述阀杆57通行穿过活塞52的内通道520以及上游本体53的上部部分54的内通道542，使得该阀杆57具有：
-扩口上端部，其形成适于支承在排放座521上(换句话说在内通道520的上端部上)的排放挡板571；以及
-下端部，其形成适于支承在膨胀座552上的调节挡板572。
调节挡板572能相对于膨胀座552在以下位置之间移动：
-上游位置，其用于关闭低压腔室513和高压腔室56之间(经由内通道570)的连通，其中调节挡板572抵接在膨胀座552上；以及
-下游位置，其用于打开低压腔室513和高压腔室56之间(经由内通道570)的连通，其中调节挡板572与膨胀座552分离。
排放挡板571能相对于排放座521在以下位置之间移动：
-上游位置，其用于关闭低压腔室513和中间腔室524之间(经由内通道520)的连通，其中排放挡板571抵接在排放座521上；以及
-下游位置，其用于打开低压腔室513和中间腔室524之间(经由内通道520)的连通，其中排放挡板571与排放座521分离。
该第一压力调节器5还包括第一偏置构件58(在这种情况下为螺旋弹簧)，其被压缩在活塞52和上游本体53之间，并且在下游本体51的方向上(换句话说在活塞52压靠下游本体51的方向上)偏置活塞52。
该第一压力调节器5还包括第二偏置构件59(在这种情况下是螺旋弹簧)，其被压缩在活塞52和固定到阀杆57的板573之间。该第二偏置构件59延伸到第一偏置构件58的内部，并且板573可以例如由围绕阀杆57紧固的卡簧形成。该第二偏置构件59相对于活塞52在排放挡板571压靠排放座521的方向上(换句话说在排放挡板571趋向上游关闭位置的方向上)偏置阀杆57。
以下描述涉及第一压力调节器5的操作。
参照图21，在静置构造中，也就是说在第一压力调节器5的入口处(栅40关闭)和出口处没有压力的情况下：
-活塞52在第一偏置构件58的作用下抵接在下游本体51的下表面上，
-排放挡板571在第二偏置构件59的作用下处于上游关闭位置，并且
-调节挡板572处于下游打开位置，使得第一压力调节器5打开。
参考图21，在调节构造中，也就是说在入口处存在高压(栅40打开)的情况下，被调节以在出口处输送减小的压力：
-调节挡板572处于下游打开位置，并且在膨胀座552处发生膨胀，气体通行穿过阀杆57的内通道570以到达低压腔室513；
-低压腔室513中的压力在与下游本体51分离的方向上作用在活塞52上，使得在第一压力调节器5中建立调节；并且
-排放挡板571在第二偏置构件59的作用下处于上游关闭位置。
参考图22，在关闭的排放构造中，在低压腔室513中过压的情况下，也就是说在下游压力(或低压腔室513中的压力)超过第一预定阈值压力(其取决于气体支承表面和偏置构件58、59的弹簧系数)的情况下：
-在推动阀杆57的第二偏置构件59的作用下，低压腔室513中的过压在与下游本体51分离的方向上作用在活塞52上，足以使调节挡板572处于上游关闭位置；
-阀杆57抵接在膨胀座552上，并且活塞52距离下游本体51足够远，排放挡板571从排放座521离开，并且因此进入下游打开位置，允许低压腔室513和连接到泄漏回路10的排放导管14之间连通，从而在泄漏回路10中进行排放并释放下游压力。
在该第一压力调节器5中，排放挡板571和第二偏置构件59一起形成前面参照图1提到的排放阀50。
下面参照图24至28描述第二压力调节器6，其中该第二压力调节器6安装在膛孔内，该膛孔的底部与第一压力调节器5的出口连通。
该第二压力调节器6包括静态的下游本体61，其形成可从外部接近的盖子或塞子并且设置有周缘支承件610以便借助于若干螺钉固定在本体13上，该下游本体61具有：
-在外周缘上的低于周缘支承件610的两个O形环密封件612，
-在上(或外)表面上的螺纹孔口，其形成通向抽取回路2的下游端部22的抽取连接器25(母连接器)；以及
-在与上表面相反的下表面上的腔体，其在第二压力调节器6的出口处形成低压腔室613，该低压腔室613经由内部导管614连接到抽取连接器25。
形成在本体13中的泄漏导管18(在图10中可见)连接到泄漏回路10，并在两个密封件612(同样具有双重密封屏障)之间开放到第二压力调节器6的膛孔中。
该第二压力调节器6包括由可移动活塞62形成的调节部件，其成形为支承在下游本体61的下表面上，该活塞62在外周缘处设置有O形环密封件622，并且具有内通道620，所述内通道620通行穿过并具有以下端部：
-上端部，位于下游本体61的侧部，面向低压腔室613并形成排放座621，以及
-相反的下端部623，其开放到中间腔室624上。
该第二压力调节器6包括静态的上游本体63，其具有通过下部部分65延伸的上部部分64，其中上部部分64面向活塞62，使得中间腔室624被界定在上游本体63的上部部分64与活塞62之间。中间腔室624经由形成在本体13中并在图16和18中可见的排放导管15连接到泄漏回路10或安全回路9。
上部部分64设置有外螺纹640，用于通过拧紧到本体13中进行固定，并且更具体地说用于固定到对应膛孔的底部，直到该上部部分64经由密封件641抵接在膛孔的内肩部上。
上游本体63与膛孔的底部一起在内肩部下方界定处于第二压力调节器6的入口处的高压腔室66，该高压腔室66连接到第一压力调节器5的出口，换句话说连接到该第一压力调节器5的低压腔室513。
上部部分64具有内通道642，该内通道通行穿过并具有以下端部：开放到中间腔室624上的上端部和开放到高压腔室66中的下端部。
下部部分65具有下部圆顶650，其支承在用于高压气体的入口EN的膛孔的底部上，其中该下部圆顶650设置有通向高压腔室66中的侧向孔651。
下部圆顶650具有面向内通道642的下端部的上表面，并且腔体形成在该上表面中以形成膨胀座652。
下部部分65包括环绕下部圆顶650的上表面的柱形壁653，其中该柱形壁653设置有通向高压腔室66中的侧向孔654。
因此，在入口处，气体进入下部圆顶650的内部，然后气体通过侧向孔651离开高压腔室66，并通过侧向孔654在膨胀座652的层级处进入。该气体路径有利地参与期望的气体膨胀功能。
该第二压力调节器6包括设置有内通道670的管状阀杆67，所述阀杆67通行穿过活塞62的内通道620以及上游本体63的上部部分64的内通道642，使得该阀杆67具有：
-扩口上端部，其形成适于支承在排放座621上(换句话说在内通道620的上端部上)的排放挡板671；以及
-下端部，其形成适于支承在膨胀座652上的调节挡板672。
调节挡板672能相对于压力排放座652在以下位置之间移动:
-上游位置，其用于关闭低压腔室613和高压腔室66之间(经由内通道670)的连通，其中调节挡板672抵接在膨胀座652上；以及
-下游位置，其用于打开低压腔室613和高压腔室66之间(经由内通道670)的连通，其中调节挡板672与膨胀座652分离。
排放挡板671能相对于排放座621在以下位置之间移动：
-上游位置，其用于关闭低压腔室613和中间腔室624之间(经由内通道620)的连通，其中排放挡板671抵接在排放座621上；以及
-下游位置，其用于打开低压腔室613和中间腔室624之间(经由内通道620)的连通，其中排放挡板671与排放座621分离。
该第二压力调节器6还包括第一偏置构件68(在这种情况下为螺旋弹簧)，其被压缩在活塞62和上游本体63之间，并且朝向下游本体61(换句话说在活塞62压靠下游本体61的方向上)偏置活塞62。
该第二压力调节器6还包括第二偏置构件69(在这种情况下是螺旋弹簧)，其被压缩在活塞62和固定到阀杆67的板673之间。该第二偏置构件69延伸到第一偏置构件68的内部，并且板673可以例如由围绕阀杆67紧固的卡簧形成。该第二偏置构件69相对于活塞62在排放挡板671压靠排放座621的方向上(换句话说在排放挡板671趋向上游关闭位置的方向上)偏置阀杆67。
该第二压力调节器6因此相对接近上述第一压力调节器，其中第一差异在于尺寸上的差异，因为第二压力调节器6的上游压力对应于第一压力调节器5的下游压力，换句话说处于由该第一压力调节器5释放的压力。
第一压力调节器5具有扩张高压(特别是在350至700巴的范围内)的功能，以便在出口处输送中压(特别是在10至30巴的范围内)，并且第二压力调节器6具有扩张该中压(特别是在10至30巴的范围内)的功能，以便在出口处输送低压(特别是在0.5至5巴的范围内)。
因此，第二压力调节器6的活塞62具有上表面，其面积大于第一压力调节器5的活塞52的面积。偏置构件68、69还具有不同于偏置构件58、59的弹簧系数的弹簧系数。
第二差异是，第二压力调节器6包括安全系统601，在低压腔室613中的压力下降(等同于第二压力调节器6的出口处的溢流)的情况下，该安全系统带有手动复位，这将导致下游泄漏，特别是抽取装置中的泄漏。
这种安全系统601具有以下功能：
-在下游压力(低压腔室613中的压力)降低到低于低阈值压力PSB(或设定值)的情况下，切断低压腔室613和高压腔室66之间的连通；
-当压力降低故障(或抽取装置中的泄漏)没有解决时，禁止第二压力调节器6重新投入运行；
-一旦压力下降故障(或抽取装置中的泄漏)得到解决，仅允许通过手动复位将第二压力调节器6重新投入运行。
低阈值压力PSB可以通过考虑第二压力调节器6的出口处的气体流量的最大值QM来建立，该最大值被认为是对于该流量不会被超过的高阈值，因为它反映了抽取装置的可能对应于泄漏的层级处的故障。然后将该最大值QM与第二压力调节器6的出口处的标称压力(对应于抽取装置的操作压力)和低阈值压力PSB之间的差值进行比较。
该安全系统601包括快门式指状件602，其可移动地安装在下游本体61中与阀杆67的开放上端部相对，其中该快门式指状件602可选择性地在以下位置之间移动：
-下降位置(图24和27中可见)，其中快门式指状件602被置为更靠近阀杆67的开放的上端部，并且因此能够塞住该上端部以关闭低压腔室613和高压腔室66之间的连通；以及
-升起位置(图25和26中可见)，其中快门式指状件602移动离开阀杆67的开放上端部。
该快门式指状件602可滑动地安装在穿过下游本体61形成的孔口615中，插置有两个O形环密封件616；连接到泄漏回路10的泄漏导管617通过通向两个密封件616之间的孔口615中而形成在下游本体61中。
该安全系统601包括调节螺钉603，其拧紧到孔口615中设置的螺纹中，处于快门式指状件602上方，该调节螺钉603从外部可接近，以允许快门式指状件602通过拧紧/拧松抵接在快门式指状件602上的调节螺钉603而选择性地移位。
该安全系统601包括止动螺钉604，其也拧紧到孔口615中设置的螺纹中，处于调节螺钉603上方。该止动螺钉604是中空的，以允许用合适的工具接近调节螺钉603，并且该止动螺钉604形成调节螺钉603的上止动抵接部；用于调节螺钉603的下止动抵接部由孔口615中的内肩部605形成。
以下描述涉及第二压力调节器6的操作。
图24示出了初始构造，其对应于防止第二压力调节器6调节的锁定构造，其中安全系统601处于关闭模式。该初始构造对应于当装置1接通时(或当其启动时)的构造，并且也对应于安全系统601随着下游压力下降到低于低阈值压力而已经自动关闭之后的构造。
在该初始构造中：
-调节螺钉603处于其下止动抵接部605上，使得快门式指状件602处于下降位置；
-在第一偏置构件68的作用下，活塞62在下游本体61的下表面的方向上升起，从而升起阀杆67，使得该阀杆67的开放上端部抵靠快门式指状件602，其然后在该上端部处阻塞内通道670，从而关闭低压腔室613和高压腔室66之间的连通。
在该初始构造中，如果存在上游压力(在第二压力调节器6的入口处)，安全系统601将保持关闭，并且第二压力调节器6将保持关闭，并且只有自动复位允许该第二压力调节器6重新投入运行。
图25示出了在第一复位阶段中解锁的构造，其中：
-调节螺钉603被上置为抵接在止动螺钉604上；
-在第一偏置构件68的作用下，活塞62被升起，直到它抵接在下游本体61的下表面上，从而在快门式指状件602上施加推力，该快门式指状件自由地向上移动趋向其升起位置(不一定完全到达其升起位置)；
-在抽取连接器25的层级处与抽取装置的连接被关闭，使得下游压力(低压腔室613中的压力)可得以建立。
图26示出了在第二复位阶段中解锁的构造，其中：
-施加(特别是在打开栅40之后)上游压力(在第二压力调节器6的入口处或高压腔室66中的压力)；
-在该上游压力的作用下，快门式指状件602被推向其升起位置，使得快门式指状件602不再抵接在阀杆67的开放上端部上，并且在低压腔室613和高压腔室66之间重新建立连通；
-调节挡板672处于下游打开位置，并且在膨胀座652处发生膨胀，气体通行穿过阀杆67的内通道670以到达低压腔室613；
-低压腔室613中的压力在与下游本体61分离的方向上作用在活塞62上，使得在第二压力调节器6中建立调节；并且
-排放挡板671在第二偏置构件69的作用下处于上游关闭位置。
图27示出了开放调节构造，其中：
-在抽取连接器25的层级处与抽取装置的连接是打开的；
-调节螺钉603被下降到其下止动抵接部605上，使得快门式指状件602被置入下降位置中；
-在下游压力(低压腔室613中)的作用下，活塞62离下游本体61足够远，使得快门式指状件602不会抵接在阀杆67的开放上端部上，实际上提供了调节螺钉603的行程和活塞62的行程之间的间隙差，使得快门式指状件602在开放调节构造中不会阻塞阀杆67的该开放上端部。
如果下游压力(低压腔室613中的压力)低于低阈值压力(作为提醒反映出口处的溢流以及下游泄漏)，活塞62上升(在第一偏置构件68的作用下)，直到快门式指状件602抵接在阀杆67的开放上端部上，并且第二压力调节器6返回到图24的初始构造。
如果下游压力(低压腔室613中的压力)超过第二预定阈值压力(其取决于气体支承表面和偏置构件68、69的弹簧系数)，则操作类似于第一压力调节器5的操作，即：
-在推动阀杆67的第二偏置构件69的作用下，低压腔室613中的过压在与下游本体61分离的方向上作用在活塞62上，足以使膨胀挡板672处于上游关闭位置；
-阀杆67抵接在膨胀座652上，并且活塞62距离下游本体61足够远，排放挡板671从排放座621离开，并且因此进入下游打开位置，允许低压腔室613和连接到泄漏回路10的排放导管15之间连通，从而在泄漏回路10中进行排放并释放下游压力。
在该第二压力调节器6中，排放挡板671、排放座671和第二偏置构件69一起形成前面参考图1提及的排放阀60。
下面参考图8和9描述充注连接器8。
该充注连接器8包括静态的中空上游本体80，其形成从外部可接近的盖子或塞子，并设置有外螺纹800以便通过拧紧在本体13中来进行固定，该中空本体80具有穿过中心孔802的延伸内螺纹801。
该充注连接器8包括拧紧到上游本体80的内螺纹801中的活塞81，并且在内部具有充注管道82。
该活塞81依次具有：
-抓握部分811，其允许手动抓握或用合适的工具，以便拧紧/拧松活塞81，并且其中提供与充注管道82连通的母插座812，其被提供来与气体源SO的公插座连接；
-拧紧到上游本体80的内螺纹801中的螺纹部分813；
-光滑部分814；以及
-形成推力指状件的端部部分815。
充注管道82经由周缘孔820在端部部分814之前在光滑部分814的端部处打开。
该光滑部分814还具有至少一个排出孔口816，其在距周缘孔820一定距离处横向地通向充注管道82中。
该充注连接器8包括静态的下游本体83，其设置有外螺纹830以便通过拧紧在本体13中来进行固定，并且更具体地说用于固定到对应膛孔的底部，直到该下游本体83或抵接在膛孔的内肩部上。
该下游本体83具有内通道，该内通道依次具有：
-扩大的上游部分831，在其内所述充注管道82经由周缘孔820打开；以及
-被端部部分815穿过的变窄的下游部分832，该下游部分832具有形成座833的下游端部。
该充注连接器8包括排出本体84，其插置在上游本体80和下游本体83之间并且具有至少一个排出管道841，其经由形成在本体13中并且在图13中可见的排出通道16连接到泄漏回路10或安全回路9。该排出管道841在活塞81的光滑部分814的周缘处打开，介于分别围绕下游本体83和上游本体80中的该光滑部分814安装的两个密封件817之间。
该充注连接器8进一步包括隔离挡板85，其在本体13的膛孔内能相对于座833在以下位置之间移动：
-用于关闭充注管道82的上游位置(图9中可见)，其中隔离挡板85支承在座833上，从而切断充注管道82和充注回路7的上游端部72之间的连通；
-用于打开充注管道82的下游位置(图8中可见)，其中隔离挡板85从座833上分离，从而在充注管道82和充注回路7的上游端部72之间建立连通。
该充注连接器8还包括偏置构件86，特别是螺旋弹簧类型的，该偏置构件将隔离挡板85朝向上游关闭位置偏置。
活塞81可通过在打开位置(图8中所示)和关闭位置(图9中所示)之间选择性地拧紧/拧松而移位。
一般来说，活塞81可通过任何机械动作移位，从而确保活塞在其打开位置和其关闭位置之间的平移运动，其中活塞81在上游本体80中保持被密封。作为替代示例，活塞81可以用四分之一圈机构或其它等效机构来移位。
在打开位置：
-活塞81在下游被拧紧，使得端部部分815在隔离挡板85上抵靠偏置构件86朝向其打开位置施加推力；以及
-设置在活塞81上的排出孔口816与设置在排出本体84上的排出管道841不重合。
在关闭位置：
-活塞81在上游被拧松，使得端部部分815移动离开隔离挡板85，其被偏置构件86朝向其关闭位置偏置；以及
-设置在活塞81上的排出孔口816与设置在排出本体84上的排出管道841重合，以在充注管道82与泄漏回路10或安全回路9之间建立连通。
因此，在操作中，活塞81处于其关闭位置，并且气体源SO连接到插座812，然后活塞81朝向其打开位置拧紧，并且气体源SO打开以充注储存容器RE。
在充注结束时，气体源SO关闭，活塞81朝向其关闭位置拧松，使得充注管道82通过排出孔口816朝向泄漏回路10或安全回路9进行自动降压，并且最终气体源SO与母插座812断开连接。
参考图29和30，高压安全阀93具有：
-入口930，其连接到抽取回路2的上游端部21，换句话说连接到充注连接器8的出口和储存连接器3的主导管31；
-出口931，其连接到泄漏回路9的上游端部92(或外部的收集点)。
高压安全阀93包括挡板932，其在偏置构件934的作用下抵靠在入口上打开的座933。
如果入口930处的压力超过大于储存容器RE中提供的最大压力的阈值(阈值例如在730至780巴的范围中)，则挡板932在该高压的作用下打开，并将入口930和出口931置为连通。因此，该高压安全阀93具有在装置1中压力过大的情况下将气体泄放到外部的功能。
参考图31和32，高温安全阀94具有：
-入口940，其连接到抽取回路2的上游端部21，换句话说连接到充注连接器8的出口和储存连接器3的主导管31；
-出口941，其连接到泄漏回路9的上游端部92(或外部的收集点)，该出口93设置有收缩部，其形成用于限制流动的校准孔口。
高温安全阀94包括：活塞942，其设置有切断入口940和出口941之间的连通的杆943；和基部944，其支承在热熔颗粒945上，所述热熔颗粒本身支承在烧结金属筛网947上。
偏置构件946支承在基部944上，以偏置活塞942抵靠热熔颗粒945。
如图32中可见，如果温度低于阈值(例如在90℃到120℃的范围中)，热熔颗粒945不会熔化，并且杆943切断入口940和出口941之间的连通，使得高温安全阀94关闭。
如图31中可见，如果温度高于阈值，则热熔颗粒945被熔化，并且杆943被偏置构件946和/或输入压力940沿打开入口940和出口941之间的连通的方向偏置，使得高温安全阀94打开。
参考图19，低压安全阀12具有：
-连接到抽取回路2的下游端部22的入口120；以及
-连接到止回阀11上游的泄漏回路10的排气出口121。
低压安全阀12包括挡板122，其在偏置构件124的作用下抵靠在入口120上打开的座123。如果入口120处的压力超过大于抽取装置中提供的最大压力的阈值(阈值例如在2至5巴的范围中)，挡板122在该压力的作用下打开并连接入口120与出口121。因此，该低压安全阀12具有在抽取装置中压力过大的情况下将气体泄放到外部的功能。
应该注意的是，如果装置1冗余有集成到抽取装置中的安全阀，则该装置1可以没有该低压安全阀12。当然，如果抽取装置具有其自身的安全阀，则低压安全阀12仍然可以存在于装置1中。
因此，上述装置1在以下方面具有许多优点：
-膨胀的质量和精度，这是由于串联的两个压力调节器5、6，其允许在两个级上膨胀；
-发生故障或意外时的安全性，特别是由于排放阀50、60(集成在压力调节器5、6中)、安全系统601以及高压安全阀93和高温安全阀94的其它安全系统；
-充注操作期间的安全性，这是由于充注连接器8，其集成了在充注连接器和加压气体源之间断开连接期间自动降压(或排出)的功能；
-泄漏安全性，这是由于泄漏回路10聚集了泄漏、排放和排出管道14、15、16、17、18、32，它们通过两个密封件被系统地环绕，形成特别有效的双重密封屏障，以确保装置1中没有泄漏到达外部、上游和下游；
-紧凑性和轻巧性，其中本体13被优化，以在合适的膛孔以及各个回路2、7、9和10的众多通道和导管中容纳众多零部件。

Claims (10)

1.一种用于充注和抽取气体的装置(1)，包括：
-抽取回路(2)，包括：上游端部(21)，其设置有储存连接器(3)，该储存连接器(3)构造成与加压气体的储存容器(RE)连接；以及下游端部(22)，其设置有抽取连接器(25)，该抽取连接器(25)构造成与抽取处于下降压力的气体的抽取装置连接，其中所述抽取回路(2)包括至少一个从动隔离栅(4)和至少一个压力调节器(5；6)；
-充注回路(7)，包括：上游端部(71)，其设置有充注连接器(8)，该充注连接器(8)构造成与用于充注所述储存容器(RE)的加压气体源(SO)连接；和下游端部(72)，其连接到所述抽取回路(2)的上游端部(21)；
所述用于充注和抽取气体的装置的特征在于，所述充注连接器(8)包括活塞(81)，所述活塞在内部限定充注管道(82)并且具有横向通向所述充注管道(82)中的至少一个排出孔口(816)，其中所述活塞(81)至少能在排出本体(84)内移动，所述排出本体设置有连接到泄漏回路(10)的排出管道(841)，所述泄漏回路(10)连接到外部(EXT)，所述排出管道(841)在围绕所述活塞(81)安装的两个密封件(817)之间在所述活塞(81)的周缘处打开，所述活塞(81)能在以下位置之间选择性地移位：
-打开位置，其在所述充注管道(82)与所述充注回路(7)的上游端部(71)之间建立连通，并且其中所述排出孔口(816)不与所述排出管道(841)重合；以及
-关闭位置，其切断所述充注管道(82)和所述充注回路(7)的上游端部(71)之间的连通，并且其中所述排出孔口(816)与所述排出管道(841)重合，以在所述充注管道(82)和所述泄漏回路(10)之间建立连通，
其中，所述至少一个压力调节器(5；6)包括:
-位于入口处的高压腔室(56；66)，
-位于出口处的低压腔室(513；613)，
-可移动的调节部件(52；62)，来自所述低压腔室(513；613)的气体在一侧抵靠所述调节部件，而在另一侧抵靠偏置构件(58；68)，
-调节挡板(572；672)，其与所述调节部件(52；62)配合，并且能相对于膨胀座(552；652)在用于关闭所述低压腔室(513；613)与所述高压腔室(56；66)之间的连通的上游位置与用于打开所述低压腔室(513；613)与所述高压腔室(56；66)之间的连通的下游位置之间移动，
其中，当所述低压腔室(513；613)中的气体压力超过预定阈值时，所述调节挡板(572；672)处于上游位置，并且所述低压腔室(513；613)被置为与连接到所述泄漏回路(10)的排放导管(14；15)连通。
2.根据权利要求1所述的用于充注和抽取气体的装置(1)，其中，所述充注连接器(8)包括隔离挡板(85)，所述隔离挡板能相对于座(833)在用于关闭所述充注管道(82)的上游位置与用于打开所述充注管道(82)的下游位置之间移动，其中所述活塞(81)能在以下位置之间选择性地移位:
-其打开位置，其中所述活塞(81)朝向其下游位置作用在所述隔离挡板(85)上；以及
-其关闭位置，其中所述活塞(81)不作用在所述隔离挡板(85)上，所述隔离挡板朝向其上游位置被偏置构件(86)偏置。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的用于充注和抽取气体的装置(1)，其中，所述活塞(81)能通过拧紧/拧松得到移位。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的用于充注和抽取气体的装置(1)，其中，所述储存连接器(3)包括连接到所述抽取回路(2)的上游端部(21)的主导管(31)和连接到所述泄漏回路(10)并在两个同心密封件(33、34)之间打开的泄漏导管(32)。
5.根据权利要求1所述的用于充注和抽取气体的装置(1)，其中，所述抽取回路(2)包括串联的两个压力调节器(5、6)，其中每个压力调节器(5；6)具有排放导管(14；15)，所述排放导管连接到所述泄漏回路(10)并在所述低压腔室(513；613)中的气体压力超过对每个压力调节器(5；6)特定的预定阈值时，被置为与对应的低压腔室(513；613)连通。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的用于充注和抽取气体的装置(1)，其中，所述泄漏回路(10)包括止回阀(11)。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的用于充注和抽取气体的装置(1)，其中，所述泄漏回路(10)包括低压安全阀(12)，所述低压安全阀具有连接到所述抽取回路(2)的下游端部(22)的入口(120)和连接到所述泄漏回路(10)的排气出口(121)。
8.根据权利要求1至2中任一项所述的用于充注和抽取气体的装置(1)，还包括：安全回路(9)，所述安全回路具有连接到所述抽取回路(2)的上游端部(21)的上游端部(91)和连接到外部(EXT)的下游端部(92)，所述安全回路(9)包括选自高压安全阀(93)和/或高温安全阀(94)的至少一个安全阀。
9.根据权利要求8所述的用于充注和抽取气体的装置(1)，其中，所述安全回路(9)包括带有流量限制器的排出分接头(95)，所述流量限制器与至少一个安全阀(93；94)平行放置。
10.根据权利要求1至2中任一项所述的用于充注和抽取气体的装置(1)的用途，其中，所述储存连接器(3)连接到加压氢气的储存容器(RE)，并且所述抽取连接器(25)连接到燃料电池类型的抽取装置。
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