DE102004011016A1

DE102004011016A1 - Druckregler

Info

Publication number: DE102004011016A1
Application number: DE200410011016
Authority: DE
Inventors: Yasuaki Nakamura
Original assignee: Tokai Corp
Current assignee: Tokai Corp
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2004-09-16
Also published as: US7290563B2; US20060219303A1; GB2423348B; GB2399158B; FR2852113B1; GB2423348A; FR2854257A1; US7165575B2; GB0404448D0; GB2399158A; GB0607728D0; FR2854258B1; US20040231733A1; FR2854258A1; FR2852113A1; US20070144591A1; US7530367B2

Abstract

Ein Hauptventil verringert einen ungeregelten Druck eines Hochdruckgases auf einen geregelten Druck, indem es mit einer Membran in Eingriff gebracht ist, die den geregelten Druck im Inneren einer druckregelnden Kammer erhält und verschoben wird. Ein Hilfsventil ist durch einen Stößel mit dem Hauptventil in Eingriff gebracht und verringert den ungeregelten Druck des Hochdruckgases auf den geregelten Druck. Das Hilfsventil ist so angeordnet, dass die Kraft, die einen Druckverlust begleitet, der am Hilfsventil auftritt und den das Hilfsventil erhält, die Kraft aufhebt, die den Druckverlust begleitet, der am Hauptventil auftritt und auf den Stößel wirkt. Ein Einsteller stellt einen Druckverlust, der am Hilfsventil auftritt, so ein, dass er dem Druckverlust, der am Hauptventil auftritt, gleich ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Druckregler zum Verringern eines ungeregelten Drucks eines eingebrachten Hochdruckgases und zum Erhalten eines vorherbestimmten geregelten Drucks, wobei der Druckregler zur Verwendung in Flüssiggas benutzenden Vorrichtungen, Gasversorgungseinrichtungen und dergleichen geeignet ist, und insbesondere zur Stabilisierung der Brennstoffversorgung zu Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) und Festpolymer-Brennstoffzellen (PEFCs).
Beschreibung des Stands der Technik
Normalerweise weisen Flüssiggase und gewöhnliche Hochdruckgase, die beispielsweise in Gasflaschen untergebracht wurden, sehr hohe ungeregelte Drücke auf und können nicht direkt benutzt werden. Außerdem schwanken die ungeregelten Drücke der Flüssiggase und der gewöhnlichen Hochdruckgase aufgrund von Faktoren wie einer Umgebungstemperatur und einer Restgasmenge deutlich. Daher wurden in Flüssiggas benutzenden Vorrichtungen, Gasversorgungseinrichtungen und dergleichen ehedem verbreitet Druckregler (oder Druckregulatoren) zum Verringern der Drücke der Hochdruckgase benutzt. Die Druckregler weisen Aufbauten auf, wobei durch eine Membran ein geregelter Druck festgestellt wird, in Fällen, in denen der ungeregelte Druck schwankt, ein Reglerventil, das fähig ist, sich in Übereinstimmung mit einer Verschiebung der Membran zu bewegen, so betätigt wird, dass der geregelte Druck einem vorherbestimmten Druck gleich wird, und dadurch der vorherbestimmte geregelte Druck erhalten wird. (Ein Druckregler, der den oben beschriebenen Aufbau aufweist, ist beispielsweise in der Patentliteratur 1 beschrieben).
Die Druckregler, die verschiedenste Aufbauten aufweisen, welche in Übereinstimmung mit den geforderten Betriebsbereichen der ungeregelten Drücke, den geforderten Ansprecheigenschaften und der geforderten Stabilität entworfen sind, wurden in der Praxis verwendet. In Übereinstimmung mit der vom geregelten Druck geforderten Qualität wurde ehedem eine Art eines Druckreglers oder eine Kombination von mehreren Arten von Druckreglern verwendet, und wurde somit der vorherbestimmte geregelte Druck erhalten.
Grundlegende Aufbauten gewöhnlicher Druckregler werden nachstehend unter Bezugnahme auf 15A, 15B und 15C beschrieben. 15A, 15B und 15C sind schematische Ansichten, die grundlegende Aufbauten von gewöhnlichen Druckreglern zeigen. 15A ist eine schematische Ansicht, die einen Einzelventil-Druckregler zeigt. Unter Bezugnahme auf 15A umfasst ein Druckregler 500 eine Membran 504, die einen Bereich im Inneren eines Gehäuses 501 in eine druckregelnde Kammer 502 und eine atmosphärische Kammer 503 trennt. Der Druckregler 500 umfasst außerdem eine Gaseinbringungsöffnung 505, durch die ein Hochdruckgas, welches einen Druck vor der Regelung aufweist, in den Druckregler 500 eingebracht wird. Der Druckregler 500 umfasst ferner ein Reglerventil 506, das mit der Membran 504 in Eingriff gebracht ist. Das Reglerventil 506 öffnet und schließt eine Öffnung 506c, durch die die Gaseinbringungsöffnung 505 und die druckregelnde Kammer 502 miteinander in Verbindung stehen. Das Reglerventil 506 führt die Tätigkeiten zum Öffnen und Schließen der Öffnung 506c von der Seite des ungeregelten Drucks her durch und verringert und regelt dadurch den ungeregelten Druck auf den geregelten Druck. Der Druckregler umfasst ferner noch eine Gasablassöffnung 508, durch die das Gas, das den geregelten Druck aufweist und durch die druckregelnde Kammer 502 verlaufen ist, abgelassen wird. Der Druckregler 500 umfasst außerdem ein Gewicht 509, das die Membran 504 zur Richtung des Öffnens des Reglerventils 506 hin drängt und dadurch den geregelten Druck einstellt.
Der Druckregler 500 beruht auf der Feststellung eines Druckunterschieds zwischen dem atmosphärischen Druck und dem geregelten Druck. Konkret wirkt die Kraft, die von einem Bereich der Membran 504 und dem Druckunterschied zwischen dem atmosphärischen Druck und dem geregelten Druck auftritt, zur Richtung des Schließens des Reglerventils 506 hin und wirkt die Schwere des Gewichts 509 zur Richtung des Öffnens des Reglerventils 506 hin. In einem Zustand, in dem die Kraft, die vom Bereich der Membran 504 und dem Druckunterschied zwischen dem atmosphärischen Druck und dem geregelten Druck auftritt, und die Schwere des Gewichts 509 miteinander ausgeglichen sind, wird der geregelte Druck beim Einstelldruck gehalten. In Fällen, in denen der Druck an der Gasablassseite, d.h., der geregelte Druck in der druckregelnden Kammer 502, höher als der Einstelldruck ist, wird die Membran 504 zur Seite der atmosphärischen Kammer 503 hin verschoben und wird das Reglerventil 506 in der Richtung betätigt, die die Öffnung 506c schließt. In Fällen, in denen der geregelte Druck in der druckregelnden Kammer 502 geringer als der Einstelldruck ist, wird die Membran 504 zur Seite der druckregelnden Kammer 502 hin verschoben und wird das Reglerventil 506 in der Richtung betätigt, die die Öffnung 506c öffnet. Genauer wird die Bewegung der Membran 504, die aus der Feststellung des oben erwähnten Druckunterschieds zwischen dem atmosphärischen Druck und dem geregelten Druck auftritt, zum Reglerventil 506 übertragen, welches an der Gaseinbringungsseite angeordnet ist, und wird der geregelte Druck durch die Druckregelung, die durch die Öffnungs- und Schließetätigkeiten des Reglerventils 506 durchgeführt wird, beim vorherbestimmten Druck gehalten.
In den Fällen des oben beschriebenen Einzelventil-Druckreglers 500 tritt jedoch aufgrund des durch das Reglerventil 506 fließenden Gasstroms ein Druckverlust auf, und die Kraft, die die Membran 504 zur Seite der atmosphärischen Kammer 503 hin verschiebt, d.h., die Kraft, die in der Richtung wirkt, welche das Reglerventil 506 schließt, entsteht übermäßig aus dem Wert des oben beschriebenen Druckverlusts und dem Bereich des Reglerventils 506. Wie oben beschrieben führt das Reglerventil 506 die Tätigkeiten zum Öffnen und Schließen der Öffnung 506c von der Seite des ungeregelten Drucks her durch. Daher wird die oben erwähnte übermäßige Kraft, die in der Richtung wirkt, welche das Reglerventil 506 schließt, in Fällen, in denen der ungeregelte Druck hoch wird, groß. Demgemäß treten die Probleme auf, dass der geregelte Druck mit dem Hochwerden des ungeregelten Drucks nach und nach niedrig wird und der Gasstrom im Zeitverlauf eingestellt wird.
15B ist eine schematische Ansicht, die einen Doppelventil-Druckregler zeigt. Unter Bezugnahme auf 15B umfasst ein Druckregler 600 eine Membran 604, die einen Bereich im Inneren eines Gehäuses 601 in eine druckregelnde Kammer 602 und in eine atmosphärische Kammer 603 trennt. Der Druckregler 600 umfasst außerdem eine Gaseinbringungsöffnung 605, durch die ein Hochdruckgas, welches einen Druck vor der Regelung aufweist, in den Druckregler 600 eingebracht wird. Der Druckregler 600 umfasst ferner zwei Reglerventile 606 und 607, die mit der Membran 604 in Eingriff gebracht sind. Die Reglerventile 606 und 607 öffnen und schließen jeweils zwei Öffnungen 606c und 607c, durch die die Gaseinbringungsöffnung 605 und die druckregelnde Kammer 602 miteinander in Verbindung stehen. Die Reglerventile 606 und 607 verringern und regeln den ungeregelten Druck somit auf den geregelten Druck. Der Druckregler 600 umfasst ferner noch eine Gasablassöffnung 608, durch die das Gas, das den geregelten Druck aufweist und durch die druckregelnde Kammer 602 verlaufen ist, abgelassen wird. Der Druckregler 600 umfasst außerdem ein Gewicht 609, das die Membran 604 zur Richtung des Öffnens des Reglerventils 606 hin drängt und dadurch den geregelten Druck einstellt.
Die beiden oben beschriebenen Reglerventile 606 und 607 sind so angeordnet, dass das Reglerventil 606 die Tätigkeiten zum Öffnen und Schließen der Öffnung 606c, welche mit der druckregelnden Kammer 602 in Verbindung steht, von der Seite des ungeregelten Drucks her durchführt, und dass das Reglerventil 607 die Tätigkeiten zum Öffnen und Schließen der Öffnung 607c von der Seite des geregelten Drucks her durchführt. Daher wirken die Kraft aufgrund des Druckverlusts, der am Reglerventil 606 auftritt, und die Kraft aufgrund des Druckverlusts, der am Reglerventil 607 auftritt, beim Doppelventil-Druckregler 600 in umgekehrten Richtungen und heben einander auf. Demgemäß kann der Abfall des geregelten Drucks, der die Zunahme im ungeregelten Druck begleitet, ausgeglichen werden und kann der geregelte Druck bei einem vorherbestimmten Druck gehalten werden.
Wie oben beschrieben weist der Doppelventil-Druckregler 600 eine gute Leistung auf. Der Doppelventil-Druckregler 600 weist jedoch die Probleme auf, dass die beiden Reglerventile 606 und 607 nicht immer passend angeordnet werden können. Sogar, wenn die beiden Reglerventile 606 und 607 so angeordnet werden können, dass die Reglerventile 606 und 607 gleichzeitig mit ihren Ventilsitzen in Kontakt gelangen, können der Druckverlust des Gasstroms, der durch das Reglerventil 606 verläuft, und der Druckverlust des Gasstroms, der durch das Reglerventil 607 verläuft, einander nicht immer gleich sein. Daher ist es nicht immer möglich, den Doppelventil-Druckregler 600 so zu bilden, dass die Kraft, die durch den ungeregelten Druck auf das Reglerventil 606 ausgeübt wird, und die Kraft, die durch den ungeregelten Druck auf das Reglerventil 607 ausgeübt wird, durch einander perfekt aufgehoben werden.
15C ist eine schematische Ansicht, die einen abgeänderten Doppelventil-Druckregler zeigt. Unter Bezugnahme auf 15C umfasst ein Druckregler 700 eine Membran 704, die einen Bereich im Inneren eines Gehäuses 701 in eine druckregelnde Kammer 702 und eine atmosphärische Kammer 703 trennt. Der Druckregler 700 umfasst außerdem eine Gaseinbringungsöffnung 705, durch die ein Hochdruckgas, welches einen Druck vor der Regelung aufweist, in den Druckregler 700 eingebracht wird. Der Druckregler 700 umfasst ferner ein Reglerventil 706, das mit der Membran 704 in Eingriff gebracht ist. Das Reglerventil 706 öffnet und schließt eine Öffnung 706c, durch die die Gaseinbringungsöffnung 705 und die druckregelnde Kammer 702 miteinander in Verbindung stehen. Das Reglerventil 706 verringert und regelt dadurch den ungeregelten Druck auf den geregelten Druck. Der Druckregler 700 umfasst ferner noch ein Reglerelement 707, das aus einem O-Ring gebildet ist und zusammen mit dem Reglerventil 706 eine Gleitbewegung erlebt. Der Druckregler 700 umfasst außerdem eine Gasablassöffnung 708, durch die das Gas, das den geregelten Druck aufweist und durch die druckregelnde Kammer 702 verlaufen ist, abgelassen wird. Der Druckregler 700 umfasst ferner ein Gewicht 709, das die Membran 704 zur Richtung des Öffnens des Reglerventils 706 hin drängt und dadurch den geregelten Druck einstellt.
Das Reglerventil 706 führt die Tätigkeiten zum Öffnen und Schließen der Öffnung 706c, die mit der druckregelnden Kammer 702 in Verbindung steht, von der Seite des ungeregelten Drucks her durch. Der ungeregelte Druck, der von der Gaseinbringungsöffnung 705 her kommt, wirkt auf eine Oberfläche des Reglerelements 707, das aus dem O-Ring gebildet ist. Außerdem wirkt der geregelte Druck, der durch einen Gasstromweg 710 im Stößelinneren von der druckregelnden Kammer 702 her kommt, auf die andere Oberfläche des Reglerelements 707. Die Kraft aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem ungeregelten Druck, der auf die eine Oberfläche des Reglerelements 707 wirkt, und dem geregelten Druck, der auf die andere Oberfläche des Reglerelements 707 wirkt, wird auf das Reglerelement 707 ausgeübt. Die Kraft, die so auf das Reglerelement 707 ausgeübt wird, hebt die Kraft auf, die aus dem Wert des am Reglerventil 706 auftretenden Druckverlusts und dem Bereich des Reglerventils 706 entsteht. Daher kann der geregelte Druck sogar dann beim vorherbestimmten Druck gehalten werden, wenn der ungeregelte Druck hoch wird. Beim abgeänderten Doppelventil-Druckregler 700 ist das Reglerelement 707 (das dem Reglerventil 607 des in 15B gezeigten Doppelventil-Druckreglers 600 entspricht) aus dem O-Ring gebildet, der die Gleitbewegung erleben kann, und die Probleme hinsichtlich der Stelle der beiden Reglerventile 606 und 607 des in 15B gezeigten Doppelventil-Druckreglers 600 sind dadurch gelöst.
(Patentliteratur 1)
Japanische ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 8(1996)-303773
Wie oben beschrieben weist der Einzelventil-Druckregler einen einfachen Aufbau auf, doch weist er dahingehend Probleme auf, dass der geregelte Druck in Bezug auf einen weiten ungeregelten Druckbereich nicht immer genau erhalten werden kann. Damit der geregelte Druck in Bezug auf einen weiten ungeregelten Druckbereich durch Verwendung des Einzelventil-Druckreglers erhalten werden kann, ist es nötig, dass mehrere Einzelventil-Druckregler benutzt werden, um den ungeregelten Druck nach und nach vom hohen Druck auf einen Zwischendruck und vom Zwischendruck auf einen niedrigen Druck zu verringern. In derartigen Fällen gehen jedoch die Vorteile des Einzelventil-Druckreglers hinsichtlich des einfachen Aufbaus verloren. Außerdem ist es in Fällen, in denen die mehreren Einzelventil-Druckregler miteinander verbunden sind, nötig, dass die Belastung für die Druckregelung im stromaufwärts angeordneten Druckregler, d.h., dem Druckregler für den Hochdruck, groß eingestellt wird. In derartigen Fällen können jedoch die Nachlaufeigenschaften hinsichtlich ausgeprägter Druckschwankungen nicht gut gehalten werden.
Der oben beschriebene Doppelventil-Druckregler weist theoretisch eine gute Leistung auf. Der Doppelventil-Druckregler weist die Probleme jedoch dahingehend auf, dass die beiden Reglerventile nicht immer passend angeordnet werden können und der Doppelventil-Druckregler daher nicht immer in der Praxis verwendet werden kann.
Der oben beschriebene abgeänderte Doppelventil-Druckregler weist Anwendbarkeit auf, doch weist er die nachstehend beschriebenen Probleme auf. Da der Wert des Druckverlusts, der am Reglerventil auftritt, in Übereinstimmung mit der Gasfließgeschwindigkeit schwankt, ist es insbesondere im Wesentlichen unmöglich, die Kraft, die auf das Reglerventil ausgeübt wird, durch die Kraft, die auf das durch den O-Ring gebildete Reglerelement ausgeübt wird, aufzuheben. Daher tritt in Übereinstimmung mit der Veränderung im ungeregelten Druck ein Fehler im geregelten Druck auf. Da das Reglerelement (d.h., der O-Ring) außerdem die Gleitbewegung in Übereinstimmung mit der Veränderung im ungeregelten Druck erlebt, ist der Reibungswiderstand am Teil des Reglerelements hoch. Daher treten die Probleme dahingehend auf, dass die Ansprecheigenschaften der Steuerung des geregelten Drucks in Bezug auf die Veränderung im ungeregelten Druck nicht gut gehalten werden können. Als Ergebnis kann die Druckregelung in Bezug auf die ausgeprägte Veränderung im ungeregelten Druck nicht schnell gehalten werden, und wird die Schwankung im geregelten Druck groß. Um die oben beschriebenen Probleme zu bewältigen, wird dem gleitenden Abschnitt des O-Rings normalerweise ein Schmiermittel bereitgestellt. Doch in Fällen, in denen ein Gas, das hohe auflösende Eigenschaften aufweist, in den abgeänderten Doppelventil-Druckregler eingebracht wird, wird das Schmiermittel durch das Gas angegriffen und werden die Ansprecheigenschaften der Steuerung des geregelten Drucks in Bezug auf die Veränderung im ungeregelten Druck rasch schlecht. Daher ist die Verwendung des Schmiermittels nur auf jene Fälle anwendbar, in denen ein inertes Gas in den abgeänderten Doppelventil-Druckregler eingebracht wird.
Außerdem ist in Fällen, in denen der Druck des Hochdruckgases mit dem Druckregler, der mit der Membran versehen ist, verringert und geregelt wird, erwünscht, dass die Druckregelung auf den eingestellt wordenen geregelten Druck in Bezug auf einen weiten ungeregelten Druckbereich genau durchgeführt werden kann. Doch in Fällen, in denen der geregelte Druck durch die auf die Membran angewandte druckregelnde Belastung eingestellt wird, werden die Probleme dahingehend auftreten, dass die Genauigkeit, mit der der Druck geregelt wird, gering ist, wenn der Unterschied zwischen dem höchsten Druck des ungeregelten Drucks und dem Einstelldruck des geregelten Drucks groß ist.
Konkret wird in Fällen, in denen der Grad der Druckverringerung mit einem Reglerventil hoch ist, die Druckschwankung in Bezug auf die Schwankung im Öffnungsgrad des Reglerventils groß. Daher beeinflussen die Betriebsgenauigkeit des Reglerventils und die Herstellungsgenauigkeit des Ventilaufbaus die Genauigkeit, mit der der Druck geregelt wird, in hohem Maße. Es ist jedoch nicht immer möglich, eine hohe Betriebsgenauigkeit des Reglerventils und eine hohe Herstellungsgenauigkeit des Ventilaufbaus zu erhalten.
Angesichts der obigen Umstände werden nach einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung, wie später beschrieben werden wird, zwei Stufen von Regulatormitteln, d.h., ein Regulatormittel der ersten Stufe, das eine Membran und ein Reglerventil umfasst, und ein Regulatormittel der zweiten Stufe, das eine Membran und ein Reglerventil umfasst, benutzt, und wird die Druckregelung in zwei Stufen durchgeführt, damit die Druckregelungsgenauigkeit erhöht wird. Doch wenn zwei Stufen von Regulatormitteln lediglich parallel angeordnet sind, werden die Probleme dahingehend auftreten, dass die Größe des Druckreglers nicht klein gehalten werden kann.
Ferner führt das Reglerventil die Druckverringerung tatsächlich mit einem sehr engen Ventilraum durch. Daher ist normalerweise zumindest eines aus dem Ventilkörper und dem Ventilsitz des Reglerventils aus einem elastischen Körper wie etwa einem Gummimaterial hergestellt. Doch in derartigen Fällen treten die Probleme dahingehend auf, dass verschiedene andere Arten von Gasen als inerte Gase verursachen, dass der elastische Körper in einem gewissen Ausmaß anschwillt und an einer Veränderung im Volumen leidet. Die Veränderung im Volumen des elastischen Körpers entsteht grundsätzlich in den Richtungen der Öffnungs- und der Schließtätigkeit des Reglerventils. Daher wird der Ventilraum zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz im Verlauf der Verwendungszeit klein und wird der geregelte Druck niedrig. Besonders in Fällen, in denen ein Gas, das hohe auflösende Eigenschaften aufweist, wie etwa ein Dimethylethergas, in den Druckregler eingebracht wird, kommt es häufig vor, dass der Gasstrom innerhalb einiger zehn Minuten endet.
Darüber hinaus treten in Fällen, in denen ein synthetisches Allzweckharz als das Material für ein den Druckregler bildendes Element benutzt wird, die nachstehend beschriebenen Probleme auf. Konkret treten beim Element Gasdurchlässigkeit, Korrosion, Risse und dergleichen auf und wird das Element nicht länger verwendbar, wenn das aus einer bestimmten Art von synthetischem Allzweckharz gebildete Element für einen langen Zeitraum mit dem Gas, das hohe auflösende Eigenschaften aufweist, wie etwa einem Dimethylethergas, in Kontakt gebracht wird.
Es wird erwartet, dass Dimethylether als ein Ersatz für Flüssigerdölgas, ein Brennstoff für Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) und ein Brennstoff für Festpolymer-Brennstoffzellen (PEFCs) verwendbar ist. Dimethylether zeigt jedoch hinsichtlich der Temperatur eine große Veränderung im Dampfdruck. Beispielsweise steigt der Dampfdruck von Dimethylether in Fällen, in denen die Temperatur der Verwendungsumgebung von höchstens 80 °C in Betracht gezogen wird, auf eine Höhe von 2000 kPa. In Fällen, in denen die Druckregelung in Bezug auf das Dimethylethergas durchgeführt werden soll, ist es nötig, dass die Druckverringerung und die Druckregelung in Bezug auf den oben beschriebenen weiten Druckbereich ausreichend durchgeführt werden können, und dass der Druckregler einen Aufbau aufweist, der gegenüber den auflösenden Eigenschaften des Dimethylethergases beständig ist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Druckregler bereitzustellen, wobei ein Mechanismus zum Durchführen einer Druckregelung, um ungeachtet der Schwankung im ungeregelten Druck eines Hochdruckgases einen vorherbestimmten geregelten Druck zu erhalten, insbesondere so, dass der ungeregelte Druck, der in einen weiten ungeregelten Druckbereich von einem niedrigen Druck bis zu einem hohen Druck fällt, genau auf den vorherbestimmten geregelten Druck geregelt werden kann, durch einen kleinformatigen einfachen Aufbau gebildet ist.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Druckregler bereitzustellen, wobei ein Mechanismus zum Durchführen einer Druckregelung, um ungeachtet der Schwankung im ungeregelten Druck eines Hochdruckgases einen vorherbestimmten geregelten Druck zu erhalten, insbesondere so, dass der ungeregelte Druck, der in einen weiten ungeregelten Druckbereich von einem niedrigen Druck bis zu einem hohen Druck fällt, genau auf den vorherbestimmten geregelten Druck geregelt werden kann, und dass in Bezug auf eine ausgeprägte Schwankung im ungeregelten Druck des Hochdruckgases eine ausreichend hohe Nachlaufgeschwindigkeit erhalten werden kann, durch einen kleinformatigen einfachen Aufbau gebildet ist.
Die besondere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Druckregler bereitzustellen, der für einen langen Zeitraum zur Regelung des Drucks eines Gases, das hohe auflösende Eigenschaften aufweist, wie etwa eines Dimethylethergases, verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt einen ersten Druckregler bereit, der Folgendes umfasst:

i) eine Gaseinbringungsöffnung, durch die ein Hochdruckgas, das einen ungeregelten Druck aufweist, in den Druckregler eingebracht wird,
ii) ein Hauptreglerventil, das den ungeregelten Druck des Hochdruckgases auf einen geregelten Druck verringert, wobei am Hauptreglerventil ein Druckverlust auftritt,
iii) eine druckregelnde Kammer zum Entspannen der Druckschwingung des Gases, das durch das Hauptreglerventil verlaufen ist,
iv) eine Membran, die die druckregelnde Kammer und eine atmosphärische Kammer voneinander abtrennt, und die den geregelten Druck im Inneren der druckregelnden Kammer erhält und dadurch verschoben wird,
v) einen Stößel, der die Membran und das Hauptreglerventil miteinander in Eingriff bringt,
vi) einen Druckeinstellabschnitt zum Einstellen eines Ausmaßes der Verschiebung der Membran,
vii) eine Gasablassöffnung, durch die das Gas, das den geregelten Druck aufweist, aus dem Druckregler abgelassen wird,
viii) ein Hilfsreglerventil, das tätig ist, indem es durch den Stößel mit dem Hauptreglerventil in Eingriff gebracht ist, und das den ungeregelten Druck des Hochdruckgases auf den geregelten Druck verringert, wobei am Hilfsreglerventil ein Druckverlust auftritt, wobei das Hilfsreglerventil so angeordnet ist, dass die Kraft, die den am Hilfsreglerventil auftretenden Druckverlust begleitet und die das Hilfsreglerventil erhält, jene Kraft aufhebt, die den am Hauptreglerventil auftretenden Druckverlust begleitet und auf den Stößel wirkt, und
ix) ein Einstellmittel, das fähig ist, einen Wert des am Hilfsreglerventil auftretenden Druckverlusts einzustellen,

Der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung sollte vorzugsweise so abgeändert sein, dass ein Ventilkörper des Hauptreglerventils und ein Ventilkörper des Hilfsreglerventils am Stößel angeordnet sind,
wobei einer der beiden Ventilkörper an der Seite des ungeregelten Drucks angeordnet ist, und
der andere Ventilkörper an der Seite des geregelten Drucks angeordnet ist.
Der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung sollte außerdem vorzugsweise so abgeändert sein, dass das Einstellmittel fähig ist, den Wert des am Hilfsreglerventil auftretenden Druckverlusts mit einer Tätigkeit zum Verändern einer Position eines Ventilsitzes des Hilfsreglerventils in Bezug auf eine Bewegung des Stößels einzustellen.
Ferner sollte der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so abgeändert sein, dass das Einstellmittel aus einem Doppelventil-Einsteller gebildet ist, der mit Folgendem versehen ist:
einem Öffnungsbereich, der für eine Gleitbewegung auf einen Teil des Stößels aufgesetzt ist, wobei der Teil zwischen dem Ventilkörper des Hauptreglerventils und dem Ventilkörper des Hilfsreglerventils gelegen ist, und
dem Ventilsitz des Hilfsreglerventils.
In solchen Fällen sollte der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so abgeändert sein, dass die Gasablassöffnung durch den Doppelventil-Einsteller hindurch ausgebildet ist. Der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung sollte außerdem vorzugsweise so abgeändert sein, dass das den geregelten Druck aufweisende Gas im Inneren der druckregelnden Kammer durch einen sekundären Gasstromweg verläuft, der sich durch einen Mittelbereich des Stößels erstreckt und somit mit der Gasablassöffnung in Verbindung steht.
Darüber hinaus sollte der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so abgeändert sein, dass der Druckregler ferner eine Ventilschließfeder umfasst, die den Stößel in eine Schließrichtung des Hauptreglerventils drängt.
Der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung sollte außerdem vorzugsweise so abgeändert sein, dass eines aus dem Ventilkörper und dem Ventilsitz des Hauptreglerventils einen elastischen Körper umfasst,
eines aus dem Ventilkörper und dem Ventilsitz des Hilfsreglerventils (d. h. eine der Komponenten: Ventilkörper und Ventilsitz) einen elastischen Körper umfasst, und
jedes aus dem elastischen Körper des Hauptreglerventils und dem elastischen Körper des Hilfsreglerventils (d. h. sowohl der elastische Körper der Hauptreglerventils als auch der elastische Körper des Hilfsreglerventils) in einem Zustand angeordnet ist, in dem der elastische Körper so gesteuert wird, dass der elastische Körper an einem Verformen in Bezug auf Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließbewegung gehindert wird.
Ferner sollte der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so abgeändert sein, dass jedes aus dem elastischen Körper des Hauptreglerventils und dem elastischen Körper des Hilfsreglerventils aus einem O-Ring gebildet ist.
Die vorliegende Erfindung stellt auch einen zweiten Druckregler bereit, der Folgendes umfasst:

i) eine Gaseinbringungsöffnung, durch die ein Hochdruckgas, das einen ungeregelten Druck aufweist, in den Druckregler eingebracht wird,
ii) ein Hauptreglerventil, das die Gasdruckverringerung auf einen geregelten Druck durchführt, wobei am Hauptreglerventil ein Druckverlust auftritt,
iii) eine druckregelnde Kammer zum Entspannen der Druckschwingung des Gases, das durch das Hauptreglerventil verlaufen ist,
iv) eine Membran, die die druckregelnde Kammer und eine atmosphärische Kammer voneinander abtrennt, und die den geregelten Druck im Inneren der druckregelnden Kammer erhält und dadurch verschoben wird,
v) einen Stößel, der die Membran und das Hauptreglerventil miteinander in Eingriff bringt,
vi) einen Druckeinstellabschnitt zum Einstellen eines Ausmaßes der Verschiebung der Membran,
vii) eine Gasablassöffnung, durch die das Gas, das den geregelten Druck aufweist, aus dem Druckregler abgelassen wird, und
viii) ein Vorreglerventil, das tätig ist, indem es durch den Stößel mit dem Hauptreglerventil in Eingriff gebracht ist, und das den ungeregelten Druck des Hochdruckgases von der Gaseinbringungsöffnung an einer vor dem Hauptreglerventil liegenden Stufe verringert, wobei am Vorreglerventil ein Druckverlust auftritt, wobei dem Gas, das einen Druck aufweist, der somit durch das Vorreglerventil verringert wurde, gestattet wird, zum Hauptreglerventil zu strömen.

Der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung sollte vorzugsweise so abgeändert sein, dass ein Ventilkörper des Hauptreglerventils und ein Ventilkörper des Vorreglerventils am Stößel angeordnet sind, und
der Ventilkörper des Vorreglerventils an der Seite der Gaseinbringungsöffnung angeordnet ist.
Der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung sollte außerdem vorzugsweise so abgeändert sein, dass der Druckregler ferner ein Einstellmittel umfasst, das fähig ist, einen Wert des am Vorreglerventil auftretenden Druckverlusts einzustellen. Ferner sollte der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung so abgeändert sein, dass das Einstellmittel fähig ist, den Wert des am Vorreglerventil auftretenden Druckverlusts mit einer Tätigkeit zum Verändern einer Position eines Ventilsitzes des Vorreglerventils in Bezug auf eine Bewegung des Stößels einzustellen.
Darüber hinaus sollte der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so abgeändert sein, dass das Einstellmittel aus einem Einsteller gebildet ist, der mit Folgendem versehen ist:
einem Öffnungsbereich, der für eine Gleitbewegung auf einen Teil des Stößels aufgesetzt ist, wobei der Teil zwischen dem Ventilkörper des Hauptreglerventils und dem Ventilkörper des Vorreglerventils gelegen ist, und
dem Ventilsitz des Vorreglerventils.
In solchen Fällen sollte der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so abgeändert sein, dass die Gaseinbringungsöffnung durch den Einsteller hindurch ausgebildet ist.
Der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung sollte außerdem vorzugsweise so abgeändert sein, dass eines aus dem Ventilkörper und dem Ventilsitz des Hauptreglerventils einen elastischen Körper umfasst,
eines aus dem Ventilkörper und dem Ventilsitz des Vorreglerventils einen elastischen Körper umfasst, und
jedes aus dem elastischen Körper des Hauptreglerventils und dem elastischen Körper des Vorreglerventils in einem Zustand angeordnet ist, in dem der elastische Körper so gesteuert wird, dass eine Richtung einer Schwellverformung des elastischen Körpers von den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließtätigkeit verschieden wird.
Ferner sollte der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so abgeändert sein, dass jedes aus dem elastischen Körper des Hauptreglerventils und dem elastischen Körper des Vorreglerventils aus einem O-Ring gebildet ist.
Jedes aus dem Stößel, der das Hauptreglerventil und das Vorreglerventil mit der Membran verbindet, und einem Träger, der eine auf die Membran wirkende Druckeinstellbelastung erhält, sollte vorzugsweise aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung wie etwa Aluminium oder Duralumin gebildet sein. Alternativ sollte jedes aus dem Stößel und dem Träger vorzugsweise aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt. Als eine andere Alternative sollte jedes aus dem Stößel und dem Träger vorzugsweise aus einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol gebildet sein, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist.
Außerdem sollte ein Gehäuse, in dem die Membran angeordnet ist, vorzugsweise aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt. Alternativ sollte das Gehäuse, in dem die Membran angeordnet ist, vorzugsweise aus einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol gebildet sein, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist.
Das oben beschriebene Epoxidharz sollte als Hauptbestandteile vorzugsweise ein Polyphenol und Epoharnstoff enthalten.
Außerdem sollte das Gehäuse, in dem die Membran angeordnet ist, vorzugsweise aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt, und sollte das Gehäuse vorzugsweise durch Ultraschallschmelzverkleben gebildet sein.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner einen dritten Druckregler bereit, der Folgendes umfasst:

i) ein Regulatorsystem einer ersten Stufe, das mit einem ersten Reglerventil zum Verringern eines ungeregelten Drucks eines eingebrachten Gases auf einen Zwischendruck versehen ist, und
ii) ein Regulatorsystem einer zweiten Stufe, das mit einem zweiten Reglerventil zum Regeln des Zwischendrucks auf einen geregelten Druck versehen ist,

Der dritte Druckregler nach der vorliegenden Erfindung sollte vorzugsweise so abgeändert sein, dass das Regulatorsystem der ersten Stufe Folgendes umfasst:

a) eine Gaseinbringungsöffnung, durch die ein Hochdruckgas, das den ungeregelten Druck aufweist, in den Druckregler eingebracht wird,
b) das erste Reglerventil, das den ungeregelten Druck des Hochdruckgases im Inneren der Gaseinbringungsöffnung auf den Zwischendruck verringert,
c) eine erste druckregelnde Kammer zum Entspannen der Druckschwingung des Gases, das durch das erste Reglerventil verlaufen ist,
d) die erste Membran, die die erste druckregelnde Kammer und eine atmosphärische Kammer voneinander abtrennt, und die den Zwischendruck im Inneren der ersten druckregelnden Kammer erhält und dadurch verschoben wird,
e) einen ersten Stößel, dessen eines Ende an der ersten Membran befestigt ist, wobei ein Ventilkörper des ersten Reglerventils an einem Bereich des ersten Stößels angebracht ist, welcher Bereich in der Nähe des anderen Endes des ersten Stößels gelegen ist, und
f) einen ersten Druckeinstellabschnitt zum Einstellen eines Ausmaßes der Verschiebung der ersten Membran, und

das Regulatorsystem der zweiten Stufe Folgendes umfasst:

a) das zweite Reglerventil, um den Zwischendruck des Gases, das von der ersten druckregelnden Kammer her eingebracht wurde, auf den geregelten Druck zu verringern,
b) eine zweite druckregelnde Kammer zum Entspannen der Druckschwingung des Gases, das durch das zweite Reglerventil verlaufen ist,
c) die zweite Membran, die die zweite druckregelnde Kammer und eine atmosphärische Kammer voneinander abtrennt, und die den geregelten Druck im Inneren der zweiten druckregelnden Kammer erhält und dadurch verschoben wird,
d) einen zweiten Stößel, dessen eines Ende an der zweiten Membran befestigt ist, wobei ein Ventilkörper des zweiten Reglerventils an einem Bereich des zweiten Stößels angebracht ist, welcher Bereich in der Nähe des anderen Endes des zweiten Stößels gelegen ist,
e) einen zweiten Druckeinstellabschnitt zum Einstellen des Ausmaßes der Verschiebung der zweiten Membran, und
f) eine Gasablassöffnung, durch die das Gas, das den geregelten Druck aufweist, aus dem Druckregler abgelassen wird,

Außerdem sollte der dritte Druckregler nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so abgeändert sein, dass ein druckerhaltender Bereich der ersten Membran des Regulatorsystems der ersten Stufe kleiner als der druckerhaltende Bereich der zweiten Membran des Regulatorsystems der zweiten Stufe ist.
Ferner sollte der dritte Druckregler nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so abgeändert sein, dass eines aus dem Ventilkörper und einem Ventilsitz des ersten Reglerventils einen elastischen Körper umfasst,
eines aus dem Ventilkörper und einem Ventilsitz des zweiten Reglerventils einen elastischen Körper umfasst, und
jedes aus dem elastischen Körper des ersten Reglerventils und dem elastischen Körper des zweiten Reglerventils in einem Zustand angeordnet ist, in dem der elastische Körper so gesteuert wird, dass eine Richtung der Schwellverformung des elastischen Körpers von den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließtätigkeit verschieden wird.
Darüber hinaus sollte der dritte Druckregler nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so abgeändert sein, dass jedes aus dem elastischen Körper des ersten Reglerventils und dem elastischen Körper des zweiten Reglerventils aus einem Urethan-Gummimaterial hergestellt ist. Außerdem sollte der dritte Druckregler nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so abgeändert sein, dass jedes aus dem elastischen Körper des ersten Reglerventils und dem elastischen Körper des zweiten Reglerventils aus einem O-Ring gebildet ist.
Jedes aus dem ersten Stößel, der im Regulatorsystem der ersten Stufe das erste Reglerventil mit der ersten Membran verbindet, dem zweiten Stößel, der im Regulatorsystem der zweiten Stufe das zweite Reglerventil mit der zweiten Membran verbindet, einem ersten Träger, der eine auf die erste Membran wirkende Druckeinstellbelastung erhält, und einem zweiten Träger, der eine auf die zweite Membran wirkende Druckeinstellbelastung erhält, sollte vorzugsweise aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung wie etwa Aluminium oder Duralumin gebildet sein. Alternativ sollte jedes aus dem ersten Stößel, dem zweiten Stößel, dem ersten Träger und dem zweiten Träger vorzugsweise aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt. Als eine andere Alternative sollte jedes aus dem ersten Stößel, dem zweiten Stößel, dem ersten Träger und dem zweiten Träger vorzugsweise aus einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol gebildet sein, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist.
Außerdem sollte ein Gehäuse, in dem das Regulatorsystem der ersten Stufe und das Regulatorsystem der zweiten Stufe angeordnet sind, vorzugsweise aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt. Alternativ sollte das Gehäuse, in dem das Regulatorsystem der ersten Stufe und das Regulatorsystem der zweiten Stufe angeordnet sind, vorzugsweise aus einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol gebildet sein, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist.
Das oben beschriebene Epoxidharz sollte als Hauptbestandteile vorzugsweise ein Polyphenol und Epoharnstoff enthalten.
Außerdem sollte das Gehäuse, in dem das Regulatorsystem der ersten Stufe und das Regulatorsystem der zweiten Stufe angeordnet sind, vorzugsweise aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt, und sollte das Gehäuse vorzugsweise durch Ultraschallschmelzverkleben gebildet sein.
Der erste, zweite und dritte Druckregler nach der vorliegenden Erfindung ist auch in Fällen anwendbar, in denen das Hochdruckgas ein Dimethylethergas ist, das als ein Ersatz für ein Flüssigerdölgas, ein Kraftstoff für Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) und ein Kraftstoff für Festpolymer-Brennstoffzellen (PEFCs) verwendet wird.
Der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung umfasst das Hauptreglerventil, das den ungeregelten Druck des Hochdruckgases auf den geregelten Druck verringert, wobei der Druckverlust am Hauptreglerventil auftritt. Der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung umfasst außerdem den Stößel, der das Hauptreglerventil und die Membran miteinander in Eingriff bringt. Der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung umfasst ferner das Hilfsreglerventil, das tätig ist, indem es durch den Stößel mit dem Hauptreglerventil in Eingriff gebracht ist, und das den ungeregelten Druck des Hochdruckgases auf den geregelten Druck verringert, wobei der Druckverlust am Hilfsreglerventil auftritt. Das Hilfsreglerventil ist so angeordnet, dass die Kraft, die den am Hilfsreglerventil auftretenden Druckverlust begleitet und die das Hilfsreglerventil erhält, die Kraft, die den am Hauptreglerventil auftretenden Druckverlust begleitet und die auf den Stößel wirkt, aufhebt. Der Wert des Druckverlusts, der am Hilfsreglerventil auftritt, wird durch das Einstellmittel eingestellt, so dass der Wert des Druckverlusts, den das Hauptreglerventil erhält, und der Wert des Druckverlusts, den das Hilfsreglerventil erhält, einander gleich werden. Daher kann der geregelte Druck beim ersten Druckregler nach der vorliegenden Erfindung durch Verwendung des einen Druckreglers in Bezug auf einen weiten ungeregelten Druckbereich genau erhalten werden. Außerdem kann die Anordnung der beiden Reglerventile beim ersten Druckregler nach der vorliegenden Erfindung leicht durchgeführt werden, und kann der Aufbau des Druckreglers einfach gehalten werden. Ferner kann die Kraft, die auf das Hauptreglerventil wirkt, in Fällen, in denen der Wert des vom Hauptreglerventil auftretenden Druckverlusts in Übereinstimmung mit der Gasfließgeschwindigkeit schwankt, durch das Hilfsreglerventil genau aufgehoben werden, und kann der geregelte Druck ungeachtet der Veränderung im ungeregelten Druck beim vorherbestimmten Druck gehalten werden. Darüber hinaus ist in Fällen, in denen sich der Stößel in Bezug auf die Druckveränderung bewegt, der Widerstand gegenüber der Gleitbewegung des Stößels niedrig. Demgemäß können die Ansprecheigenschaften der Steuerung des geregelten Drucks in Bezug auf die Veränderung im ungeregelten Druck gut gehalten werden, und kann die Genauigkeit, mit der die Druckregelung durchgeführt wird, hoch gehalten werden.
Beim ersten Druckregler nach der vorliegenden Erfindung, bei dem der Druckregler ferner die Ventilschließfeder umfasst, die den Stößel zur Schließrichtung des Hauptreglerventils drängt, kann in Fällen, in denen der Einstelldruck des geregelten Drucks niedrig ist, der genaue Betrieb des Hauptreglerventils in Übereinstimmung mit der Verschiebung der Membran erhalten werden, und kann eine zuverlässige Druckregelung durchgeführt werden. Außerdem kann zuverlässig ein Absperrzustand erhalten werden, in dem das Hauptreglerventil und das Hilfsreglerventil geschlossen sind.
Der erste Druckregler nach der vorliegenden Erfindung kann so abgeändert werden, dass eines aus dem Ventilkörper und dem Ventilsitz des Hauptreglerventils den elastischen Körper umfasst, eines aus dem Ventilkörper und dem Ventilsitz des Hilfsreglerventils den elastischen Körper umfasst, und jedes aus dem elastischen Körper des Hauptreglerventils und dem elastischen Körper des Hilfsreglerventils in dem Zustand angeordnet ist, in dem der elastische Körper so gesteuert wird, dass der elastische Körper an einem Verformen in Bezug auf die Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließbewegung gehindert wird. Mit der oben beschriebenen Abänderung tritt in Fällen, in denen der elastische Körper anschwillt und eine Veränderung im Volumen erlebt, im Verlauf der Zeit nur eine geringe Veränderung im Raum zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz auf. Daher tritt in Fällen, in denen der Druckregler zum Regeln des Drucks eines hohe auflösende Eigenschaften aufweisenden Gases wie etwa Dimethylethergas benutzt wird, keine Veränderung der Gasfließgeschwindigkeit aufgrund des Anschwellens des elastischen Körpers auf und kann die Leistung des Druckreglers erhalten werden.
Der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung umfasst das Hauptreglerventil, das die Gasdruckverringerung auf den geregelten Druck durchführt, wobei der Druckverlust am Hauptreglerventil auftritt. Der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung umfasst außerdem den Stößel, der das Hauptreglerventil und die Membran miteinander in Eingriff bringt. Der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung umfasst ferner das Vorreglerventil, das an der Seite angeordnet ist, die vom Hauptreglerventil stromaufwärts gelegen ist. Das Vorreglerventil ist tätig, indem es durch den Stößel mit dem Hauptreglerventil in Eingriff gebracht ist, und verringert den ungeregelten Druck des Hochdruckgases, das von der Gaseinbringungsöffnung her kommt, wobei der Druckverlust am Vorreglerventil auftritt. Daher kann der ungeregelte Druck beim zweiten Druckregler nach der vorliegenden Erfindung in Fällen, in denen das Gas, das einen hohen Druck aufweist, durch die Gaseinbringungsöffnung in den Druckregler strömt, durch das Vorreglerventil verringert werden und kann die Druckverringerung und die Regelung auf den geregelten Druck durch das Hauptreglerventil genau durchgeführt werden. Demgemäß können die Nachlaufeigenschaften in Bezug auf die Schwankung im ungeregelten Druck gut gehalten werden. Außerdem wird der Druckverlust, der am Vorreglerventil auftritt, mit dem Hochwerden des ungeregelten Drucks groß. Daher kann die Belastung in Bezug auf das Hauptreglerventil leicht gehalten werden. In Fällen, in denen der ungeregelte Druck niedrig ist, ist der am Vorreglerventil auftretende Druckverlust klein, und daher kann der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung auf die gleiche Weise wie jene für den gewöhnlichen Einzelventil-Druckregler tätig sein.
Beim zweiten Druckregler nach der vorliegenden Erfindung, bei dem der Grad des am Vorreglerventils auftretenden Druckverlusts eingestellt werden kann, kann die Belastung des Hauptreglerventils geändert werden, und kann die Genauigkeit, mit der die Druckregelung durchgeführt wird, gesteigert werden.
Beim zweiten Druckregler nach der vorliegenden Erfindung, bei dem der Ventilkörper des Hauptreglerventils und der Ventilkörper des Vorreglerventils am Stößel angeordnet sind, kann die Belastung für die Druckregelung, die auf die beiden Reglerventile wirkt, mit der gleichen Feder erhalten werden. Daher kann die Ansprechgeschwindigkeit des Druckreglers in Bezug auf die ausgeprägte Schwankung im ungeregelten Druck ausreichend höher gehalten werden, als zum Beispiel in Fällen, in denen ein Einzelventil-Druckregler für hohe Drücke und ein Einzelventil-Druckregler für niedrige Drücke in Serie verbunden sind und betrieben werden. Außerdem kann der Aufbau des Druckreglers beim zweiten Druckregler nach der vorliegenden Erfindung, bei dem der Ventilkörper des Hauptreglerventils und der Ventilkörper des Vorreglerventils am Stößel angeordnet sind, so einfach wie der Aufbau einer Einheit eines Einzelventil-Druckreglers gehalten werden, da nur ein Satz aus der Feder und der Membran benutzt wird.
Der zweite Druckregler nach der vorliegenden Erfindung kann so abgeändert werden, dass eines aus dem Ventilkörper und dem Ventilsitz des Hauptreglerventils den elastischen Körper umfasst, eines aus dem Ventilkörper und dem Ventilsitz des Vorreglerventils den elastischen Körper umfasst, und jedes aus dem elastischen Körper des Hauptreglerventils und dem elastischen Körper des Vorreglerventils in dem Zustand angeordnet ist, in dem der elastische Körper so gesteuert wird, dass die Richtung der Schwellverformung des elastischen Körpers von den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließtätigkeit verschieden wird. Mit der oben beschriebenen Abänderung tritt in Fällen, in denen der elastische Körper anschwillt und eine Veränderung im Volumen erlebt, im Verlauf der Zeit nur eine geringe Veränderung im Raum zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz auf. Daher tritt in Fällen, in denen der Druckregler zum Regeln des Drucks eines hohe auflösende Eigenschaften aufweisenden Gases wie etwa Dimethylethergas benutzt wird, keine Veränderung der Gasfließgeschwindigkeit aufgrund des Anschwellens des elastischen Körpers auf und kann die Leistung des Druckreglers erhalten werden.
Außerdem sollte jedes aus dem Stößel, der das Hauptreglerventil und das Vorreglerventil mit der Membran verbindet, und dem Träger, der die auf die Membran wirkende Druckeinstellbelastung erhält, wie oben beschrieben vorzugsweise aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung wie etwa Aluminium oder Duralumin gebildet sein. Alternativ sollte jedes aus dem Stößel und dem Träger vorzugsweise aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt. Als eine andere Alternative sollte jedes aus dem Stößel und dem Träger vorzugsweise aus einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol gebildet sein, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist. In Fällen, in denen jedes der oben beschriebenen Elemente aus einem der oben aufgezählten Materialien gebildet ist, können die Elemente, die zusammen mit der Membran tätig sind, an der die oben beschriebenen Elemente befestigt sind, leichtgewichtig gehalten werden. Daher können die Ansprecheigenschaften der Reglerventile in Bezug auf die Verschiebung der Membran gesteigert werden. Außerdem kann aufgrund einer niedrigen Trägheitskraft verhindert werden, dass ein Flatterphänomen auftritt. Ferner werden die Elemente nicht durch die auflösenden Eigenschaften des Dimethylethergases oder dergleichen beeinflusst und erleben sie keine Korrosion oder Rissbildung.
Außerdem sollte das Gehäuse, in dem die Membran angeordnet ist, wie oben beschrieben vorzugsweise aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt. Alternativ sollte das Gehäuse, in dem die Membran angeordnet ist, vorzugsweise aus einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol gebildet sein, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist. In Fällen, in denen das Gehäuse aus einem der oben aufgezählten Materialien gebildet ist, kann das Gehäuse aufgrund der Benutzung des Harzes leichtgewichtig und bei geringen Kosten gehalten werden. Da das Gehäuse durch Ultraschallverkleben gebildet werden kann, kann außerdem der Vorgang des Zusammensetzens des Gehäuses leicht durchgeführt werden. Ferner wird das Gehäuse nicht durch die auflösenden Eigenschaften des Dimethylethergases oder dergleichen beeinflusst und erlebt es keine Korrosion oder Rissbildung.
Insbesondere in den Fällen von Druckreglern zur Stabilisierung der Brennstoffversorgung zu Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) und Festpolymer-Brennstoffzellen (PEFCs) ist es ausgesprochen unerwünscht, dass Metallionen im Dimethylethergas, das als der Brennstoff zugeführt wird, vorhanden sind. Doch beim zweiten Druckregler nach der vorliegenden Erfindung, bei dem die oben beschriebenen Elemente aus den Harzen gebildet sind, kann verhindert werden, dass dahingehend Probleme auftreten, dass die Metallionen in das als Brennstoff zugeführte Dimethylethergas herausgelöst werden.
Beim dritten Druckregler, der die zwei Regulatorsysteme umfasst, kann der ungeregelte Druck des Hochdruckgases in zwei Stufen auf den geregelten Druck verringert werden. Daher kann der geregelte Druck, der auf den Einstelldruck verringert wurde, mit einem Druckregler in Bezug auf einen weiten ungeregelten Druckbereich genau erhalten werden und kann die Genauigkeit, mit der die Druckregelung durchgeführt wird, gesteigert werden. Da die beiden Regulatorsysteme so angeordnet sind, dass die Richtungen der Verschiebung der beiden Membranen einander schneiden, kann außerdem die Größe des Druckreglers klein gehalten werden.
Der dritte Druckregler nach der vorliegenden Erfindung kann so abgeändert werden, dass der erste Stößel und der zweite Stößel so angeordnet sind, dass sich der erste Stößel und der zweite Stößel in Richtungen erstrecken, die einander in rechten Winkeln schneiden, ein Teil des zweiten Stößels für eine Gleitbewegung in den Gasstromweg, der sich von der ersten druckregelnden Kammer zur zweiten druckregelnden Kammer erstreckt, eingesetzt ist, und das zweite Reglerventil im Inneren der ersten druckregelnden Kammer angeordnet ist. Mit der oben beschriebenen Abänderung kann der innere Aufbau des Druckreglers einfach gehalten werden. Daher ist die oben beschriebene Abänderung vom Gesichtspunkt der Herstellung und der Kosten her vorteilhaft.
Beim dritten Druckregler nach der vorliegenden Erfindung, bei dem der druckerhaltende Bereich der ersten Membran des Regulatorsystems der ersten Stufe kleiner als der druckerhaltende Bereich der zweiten Membran des Regulatorsystems der zweiten Stufe ist, kann die Regelgenauigkeit des geregelten Drucks mit der zweiten Membran, die den großen druckerhaltenden Bereich aufweist, zuverlässig erhalten werden, und kann die Größe des gesamten Druckreglers aufgrund der Verringerung der Größe der ersten Membran klein gehalten werden.
Der dritte Druckregler nach der vorliegenden Erfindung kann so abgeändert werden, dass eines aus dem Ventilkörper und dem Ventilsitz des ersten Reglerventils den elastischen Körper umfasst, eines aus dem Ventilkörper und dem Ventilsitz des zweiten Reglerventils den elastischen Körper umfasst, und jedes aus dem elastischen Körper des ersten Reglerventils und dem elastischen Körper des zweiten Reglerventils in dem Zustand angeordnet ist, in dem der elastische Körper so gesteuert wird, dass die Richtung der Schwellverformung des elastischen Körpers von den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließtätigkeit verschieden wird. Mit der oben beschriebenen Abänderung tritt in Fällen, in denen der elastische Körper anschwillt und eine Veränderung im Volumen erlebt, im Verlauf der Zeit nur eine geringe Veränderung im Raum zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz auf. Daher tritt in Fällen, in denen der Druckregler zum Regeln des Drucks eines hohe auflösende Eigenschaften aufweisenden Gases wie etwa Dimethylethergas benutzt wird, keine Veränderung der Gasfließgeschwindigkeit aufgrund des Anschwellens des elastischen Körpers auf und kann die Leistung des Druckreglers erhalten werden. Insbesondere in Fällen, in denen jedes aus dem elastischen Körper des ersten Reglerventils und dem elastischen Körper des zweiten Reglerventils aus dem Urethan-Gummimaterial hergestellt ist, kann der elastische Körper hinsichtlich der nachteiligen Wirkungen des Gases, das die hohen auflösenden Eigenschaften aufweist, beständiger gehalten werden.
Wie oben beschrieben sollte jedes aus dem ersten Stößel, der im Regulatorsystem der ersten Stufe das erste Reglerventil mit der ersten Membran verbindet, dem zweiten Stößel, der im Regulatorsystem der zweiten Stufe das zweite Reglerventil mit der zweiten Membran verbindet, dem ersten Träger, der die auf die erste Membran wirkende Druckeinstellbelastung erhält, und dem zweiten Träger, der die auf die zweite Membran wirkende Druckeinstellbelastung erhält, vorzugsweise aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung wie etwa Aluminium oder Duralumin gebildet sein. Alternativ sollte jedes aus dem ersten Stößel, dem zweiten Stößel, dem ersten Träger und dem zweiten Träger vorzugsweise aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt. Als eine andere Alternative sollte jedes aus dem ersten Stößel, dem zweiten Stößel, dem ersten Träger und dem zweiten Träger vorzugsweise aus einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol gebildet sein, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist. In Fällen, in denen jedes der oben beschriebenen Elemente aus einem der oben aufgezählten Materialien gebildet ist, können die Elemente, die zusammen mit jeder der Membranen tätig sind, an denen die oben beschriebenen Elemente befestigt sind, leichtgewichtig gehalten werden. Daher können die Ansprecheigenschaften der Reglerventile in Bezug auf die Verschiebung der Membranen gesteigert werden. Außerdem kann aufgrund einer niedrigen Trägheitskraft verhindert werden, dass ein Flatterphänomen auftritt. Ferner werden die Elemente nicht durch die auflösenden Eigenschaften des Dimethylethergases oder dergleichen beeinflusst und erleben sie keine Korrosion oder Rissbildung.
Außerdem sollte das Gehäuse, in dem das Regulatorsystem der ersten Stufe und das Regulatorsystem der zweiten Stufe angeordnet sind, wie oben beschrieben vorzugsweise aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt.
Alternativ sollte das Gehäuse, in dem das Regulatorsystem der ersten Stufe und das Regulatorsystem der zweiten Stufe angeordnet sind, vorzugsweise aus einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol gebildet sein, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist. In Fällen, in denen das Gehäuse aus einem der oben aufgezählten Materialien gebildet ist, kann das Gehäuse aufgrund der Benutzung des Harzes leichtgewichtig und bei geringen Kosten gehalten werden. Da das Gehäuse durch Ultraschallverkleben gebildet werden kann, kann außerdem der Vorgang des Zusammensetzens des Gehäuses leicht durchgeführt werden. Ferner wird das Gehäuse nicht durch die auflösenden Eigenschaften des Dimethylethergases oder dergleichen beeinflusst und erlebt es keine Korrosion oder Rissbildung.
Insbesondere in den Fällen von Druckreglern zur Stabilisierung der Brennstoffversorgung zu Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) und Festpolymer-Brennstoffzellen (PEFCs) ist es ausgesprochen unerwünscht, dass Metallionen im Dimethylethergas, das als der Brennstoff zugeführt wird, vorhanden sind. Doch beim dritten Druckregler nach der vorliegenden Erfindung, bei dem die oben beschriebenen Elemente aus den Harzen gebildet sind, kann verhindert werden, dass dahingehend Probleme auftreten, dass die Metallionen in das als Brennstoff zugeführte Dimethylethergas herausgelöst werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Schnittansicht, die eine erste Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
2 ist eine Schnittansicht, die eine Abänderung der ersten Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
3 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 1 gezeigten Druckregler in Fällen erhalten wurden, in denen ein ungeregelter Druck eines Hochdruckgases, das dem in 1 gezeigten Druckregler zugeführt wurde, verändert wurde, und die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit einem Druckregler eines Vergleichsbeispiels in Fällen erhalten wurden, in denen der ungeregelte Druck des Hochdruckgases, das dem Druckregler des Vergleichsbeispiels zugeführt wurde, verändert wurde,
4 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit in Bezug auf den Zeitverlauf zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 1 gezeigten Druckregler in Fällen erhalten wurden, in denen ein Dimethylethergas als das Hochdruckgas verwendet wurde, das dem in 1 gezeigten Druckregler zugeführt wurde, und die Ergebnisse der Messung einer Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit in Bezug auf den Zeitverlauf zeigt, welche Ergebnisse mit dem Druckregler des Vergleichsbeispiels in Fällen erhalten wurden, in denen das Dimethylethergas als das Hochdruckgas verwendet wurde, das dem Druckregler des Vergleichsbeispiels zugeführt wurde,
5 ist eine Schnittansicht, die eine zweite Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
6 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 5 gezeigten Druckregler in Fällen erhalten wurden, in denen ein ungeregelter Druck eines Hochdruckgases, das dem in 5 gezeigten Druckregler zugeführt wurde, verändert wurde, und die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit dem Druckregler des Vergleichsbeispiels in Fällen erhalten wurden, in denen der ungeregelte Druck des Hochdruckgases, das dem Druckregler des Vergleichsbeispiels zugeführt wurde, verändert wurde,
7 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit in Bezug auf den Zeitverlauf zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 5 gezeigten Druckregler in Fällen erhalten wurden, in denen ein Dimethylethergas als das Hochdruckgas verwendet wurde, das dem in 5 gezeigten Druckregler zugeführt wurde, und die Ergebnisse der Messung einer Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit in Bezug auf den Zeitverlauf zeigt, welche Ergebnisse mit dem Druckregler des Vergleichsbeispiels in Fällen erhalten wurden, in denen das Dimethylethergas als das Hochdruckgas verwendet wurde, das dem Druckregler des Vergleichsbeispiels zugeführt wurde,
8 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Anlaufzeit zeigt, die zwischen dem Beginn der Einbringung eines Hochdruckgases, das einen ungeregelten Druck aufwies, in den in 5 gezeigten Druckregler und der Stabilwerdung des geregelten Drucks, der durch den in 5 gezeigten Druckregler erhalten wurde, auftrat, welche Ergebnisse in Fällen erhalten wurden, in denen der ungeregelte Druck verändert wurde,
9 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Anlaufzeit zeigt, die zwischen dem Beginn der Einbringung des Hochdruckgases, das den ungeregelten Druck aufwies, in den Druckregler eines anderen Vergleichsbeispiels und der Stabilwerdung des geregelten Drucks, der mit dem Druckregler des anderen Vergleichsbeispiels erhalten wurde, auftrat, welche Ergebnisse in Fällen erhalten wurden, in denen der ungeregelte Druck verändert wurde,
10 ist eine Schnittansicht, die eine dritte Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung zeigt,
11 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 10 gezeigten Druckregler in Fällen erhalten wurden, in denen ein ungeregelter Druck eines Hochdruckgases, das dem in 10 gezeigten Druckregler zugeführt wurde, verändert wurde,
12 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung in der Auslassfließgeschwindigkeit zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 10 gezeigten Druckregler in Fällen erhalten wurden, in denen ein ungeregelter Druck eines Hochdruckgases, das dem in 10 gezeigten Druckregler zugeführt wurde, verändert wurde,
13 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 10 gezeigten Druckregler in Fällen erhalten wurden, in denen eine Auslassfließgeschwindigkeit im in 10 gezeigten Druckregler verändert wurde,
14 ist eine Schnittansicht, die den Druckregler des Vergleichsbeispiels zeigt,
15A ist eine schematische Ansicht, die einen grundlegenden Aufbau eines gewöhnlichen Einzelventil-Druckreglers zeigt,
15B ist eine schematische Ansicht, die einen grundlegenden Aufbau eines gewöhnlichen Doppelventil-Druckreglers zeigt, und
15C ist eine schematische Ansicht, die einen grundlegenden Aufbau eines gewöhnlichen abgeänderten Doppelventil-Druckreglers zeigt.
(BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben werden.
1 ist eine Schnittansicht, die eine erste Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst ein Druckregler 100, der die erste Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung ist, eine Membran 120, die einen Bereich im Inneren eines Gehäuses 110 in eine druckregelnde Kammer 111 und eine atmosphärische Kammer 112 abtrennt. Der Druckregler 100 umfasst außerdem eine Gaseinbringungsöffnung 113, durch die ein Hochdruckgas, das einen ungeregelten Druck aufweist, in den Druckregler 100 eingebracht wird. Der Druckregler 100 umfasst ferner ein Hauptreglerventil 130, das tätig ist, indem es mit der Membran 120 in Eingriff gebracht ist. Das Hauptreglerventil 130 führt Tätigkeiten zum Öffnen und Schließen einer Öffnung 133 durch, durch die die Gaseinbringungsöffnung 113 und die druckregelnde Kammer 111 miteinander in Verbindung stehen. Die Tätigkeiten des Hauptreglerventils 130 zum Öffnen und Schließen der Öffnung 133 werden von der Seite des ungeregelten Drucks her durchgeführt. Das Hauptreglerventil 130 verringert somit den ungeregelten Druck des Hochdruckgases auf einen geregelten Druck. Der Druckregler 100 umfasst ferner noch ein Hilfsreglerventil 140, das tätig ist, indem es mit der Membran 120 in Eingriff gebracht ist. Das Hilfsreglerventil 140 führt Tätigkeiten zum Öffnen und Schließen einer Öffnung 143 durch, durch die die Gaseinbringungsöffnung 113 und die druckregelnde Kammer 111 miteinander in Verbindung stehen. Die Tätigkeiten des Hilfsreglerventils 140 zum Öffnen und Schließen der Öffnung 143 werden von der Seite des geregelten Drucks her durchgeführt. Der Druckregler 100 umfasst außerdem eine Gasablassöffnung 114, durch die das Gas, dessen Druck durch die druckregelnde Kammer 111 geregelt wurde und das den geregelten Druck aufweist, aus dem Druckregler 100 abgelassen wird. Der Druckregler 100 umfasst ferner einen Druckeinstellabschnitt 150 zum Einstellen eines Ausmaßes der Verschiebung der Membran 120, die den geregelten Druck im Inneren der druckregelnden Kammer 111 erhält und dadurch verschoben wird. Die Membran 120, das Hauptreglerventil 130 und das Hilfsreglerventil 140 sind durch einen Stößel 160 miteinander verbunden und in Eingriff gebracht. Der Druckregler 100 umfasst ferner noch einen Doppelventil-Einsteller 170, der als das Einstellmittel zum Einstellen der Position eines Ventilsitzes des Hilfsreglerventils 140 und dadurch zum Einstellen eines Werts eines Druckverlusts, der am Hilfsreglerventil 140 auftritt, dient.
Jedes aus dem Hauptreglerventil 130 und dem Hilfsreglerventil 140 verringert den ungeregelten Druck des Hochdruckgases auf den geregelten Druck, wobei an jedem aus dem Hauptreglerventil 130 und dem Hilfsreglerventil 140 ein Druckverlust auftritt. Das Hauptreglerventil 130 und das Hilfsreglerventil 140 sind so angeordnet, dass die Kraft, die aufgrund des am Hauptreglerventil 130 auftretenden Druckverlusts auf das Hauptreglerventil 130 wirkt, und die Kraft, die aufgrund des am Hilfsreglerventil 140 auftretenden Druckverlusts auf das Hilfsreglerventil 140 wirkt, einander aufheben. Mit dem Doppelventil-Einsteller (dem Einstellmittel) 140 kann der Wert des Druckverlusts, den das Hilfsreglerventil 140 erhält, so eingestellt werden, dass der Wert des Druckverlusts dem Wert des Druckverlusts, den das Hauptreglerventil 130 erhält, gleich wird.
Außerdem ist jedes aus einem Ventilkörper 131 des Hauptreglerventils 130 und einem Ventilkörper 141 des Hilfsreglerventils 140 aus einem elastischen Körper gebildet, der als ein O-Ring ausgebildet ist. Jedes aus dem elastischen Körper des Hauptreglerventils 130 und dem elastischen Körper des Hilfsreglerventils 140 ist in einem Zustand angeordnet, in dem der elastische Körper durch einen umfänglichen Rillenabschnitt 163 so gesteuert wird, dass der elastische Körper an einem Verformen in Bezug auf Richtungen der Ventilöffnungs- und Ventilschließbewegung gehindert wird. Daher kann ein Dimethylethergas oder dergleichen, das nachteilige Wirkungen wie etwa Schwellwirkungen auf den elastischen Körper aufweisen wird, als das Hochdruckgas verwendet werden.
Der Aufbau des Druckreglers 100 wird nachstehend ausführlicher beschrieben werden.
Das Gehäuse 110 umfasst einen Gehäusehauptkörperabschnitt 115 und einen Abdeckabschnitt 116, Der Gehäusehauptkörperabschnitt 115 und der Abdeckabschnitt 116 sind miteinander verbunden, wobei die Membran 120 dazwischen liegt. Auf diese Weise wird der Raum im Inneren des Gehäuses 110 durch die Membran 120 in die druckregelnde Kammer 111, die an der Seite des Gehäusehauptkörperabschnitts 115 gelegen ist, und die atmosphärische Kammer 112, die an der Seite des Abdeckabschnitts 116 gelegen ist, abgetrennt. Die druckregelnde Kammer 111 weist einen bestimmten Rauminhalt auf und kann eine Druckschwingung des Gases, das durch das Hauptreglerventil 130 verlaufen ist, entspannen.
Die Membran 120 erhält den geregelten Druck im Inneren der druckregelnden Kammer 111 und ist dadurch fähig, in Übereinstimmung mit dem Druckunterschied zwischen der druckregelnden Kammer 111 und der atmosphärischen Kammer 112 eine elastische Verschiebung zu erleben. An der Seite des Gehäusehauptkörperabschnitts 115 ist der Stößel 160 an einem Mittelabschnitt der Membran 160 befestigt. Außerdem ist an der Seite des Abdeckabschnitts 116 ein Träger 180 am Mittelabschnitt der Membran 120 befestigt. Der Stößel 160 und der Träger 180 können sich in Übereinstimmung mit der Verschiebung der Membran 120 zusammen in der Achsenrichtung des Stößels 160 und des Trägers 180 bewegen.
Der Stößel 160 umfasst einen Manschettenabschnitt 161, der an der Membran 120 befestigt ist und im Inneren der druckregelnden Kammer 111 angeordnet ist, und einen Schaftabschnitt 162, der sich von einem Ende des Manschettenabschnitts 161 in der Achsenrichtung des Stößels 160 erstreckt. Der Schaftabschnitt 162 ist mit zwei Umfangsrillenabschnitten 163, 163 versehen, die in einem vorherbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Der Ventilkörper 131 des Hauptreglerventils 130, der aus dem O-Ring gebildet ist, (d.h., der elastische Körper) ist in einen der Umfangsrillenabschnitte 163, 163 eingesetzt. Außerdem ist der Ventilkörper 141 des Hilfsreglerventils 140, der aus dem O-Ring gebildet ist, (d.h., der elastische Körper) in den anderen Umfangsrillenabschnitt 163 eingesetzt. Ein sekundärer Gasstromweg 164 ist durch die Mittelbereiche des Manschettenabschnitts 161 und des Schaftabschnitts 162 des Stößels 160 hindurch ausgebildet, so dass sich der sekundäre Gasstromweg 164 von einem Ende des Stößels 160 zum anderen Ende des Stößels 160 erstreckt. Eine Seitenwand des Manschettenabschnitts 161 weist eine Verbindungsöffnung 165 auf, durch die die druckregelnde Kammer 111 und der sekundäre Gasstromweg 164 miteinander in Verbindung stehen.
Der Träger 180 ist mit einem Schraubenabschnitt 182 versehen, der sich von einem Mittelbereich eines Flanschabschnitts 181, welcher in engem Kontakt mit der Membran 120 angeordnet ist, fortsetzt. Der Schraubenabschnitt 182 des Trägers 180 verläuft durch den Mittelbereich der Membran 120 und steht mit einem mit einem Gewinde versehenen Endabschnitt des sekundären Gasstromwegs 164 des Stößels 160 in Eingriff, welcher an der dem Flanschabschnitt 181 des Trägers 180 gegenüberliegenden Seite angeordnet ist. Der Träger 180 ist dadurch mit dem Stößel 160 verbunden.
Ein Endabschnitt einer druckregelnden Feder 151 des Druckeinstellabschnitts 150, die im Inneren eines röhrenförmigen Abschnitts 116a des Abdeckabschnitts 116 angeordnet ist, trifft auf den Flanschabschnitt 181 des Trägers 180. Der andere Endabschnitt der druckregelnden Feder 151 trifft auf eine druckregelnde Schraube (einen Einsteller) 152, die durch Gewinde mit einer Innenwand des röhrenförmigen Abschnitts 116a in Eingriff steht, so dass die Position der druckregelnden Schraube 152 eingestellt werden kann. Die drängende Kraft der druckregelnden Feder 151, die auf die Membran 120 wirkt, wird in Übereinstimmung mit der Einstellung der Position der druckregelnden Schraube 152 in Bezug auf die Achsenrichtung des röhrenförmigen Abschnitts 116a eingestellt. Ein Mittelbereich der druckregelnden Schraube 152 weist eine Verbindungsdurchgangsöffnung 153 auf, die in der Achsenrichtung der druckregelnden Schraube 152 durch den Mittelbereich der druckregelnden Schraube 152 verläuft. Die atmosphärische Kammer 112 ist durch diese Verbindungsdurchgangsöffnung 153 der druckregelnden Schraube 152 zur Umgebungsatmosphäre hin offen. Eine Seitenwand des Gehäusehauptkörperabschnitts 115 ist mit der Gaseinbringungsöffnung 113 versehen, durch die das Hochdruckgas in den Druckregler 100 eingebracht wird. Ein erstes Anschlussstück 118 zum Einbringen des Hochdruckgases wie etwa des Dimethylethergases, das den ungeregelten Druck aufweist und von einer Gasflasche oder dergleichen geliefert wird, ist an die Gaseinbringungsöffnung 113 angeschlossen. Die Gaseinbringungsöffnung 113 führt in eine Öffnung 121 für das eingebrachte Gas weiter, die durch die Wand des Gehäusehauptkörperabschnitts 115 zum Mittelbereich des Gehäusehauptkörperabschnitts 115 verläuft und mit einem primären Gasstromweg 122 in Verbindung steht, der im Inneren des Gehäusehauptkörperabschnitts 115 ausgebildet ist. Außerdem ist der Gehäusehauptkörperabschnitt 115 mit einer Trennwand 115a versehen, die den primären Gasstromweg 122 und die druckregelnde Kammer 111 voneinander abtrennt. Die Öffnung 133, die durch das Hauptreglerventil 130 geöffnet und geschlossen wird, ist am Mittelbereich ausgebildet, der durch die Trennwand 115a definiert ist. Der Schaftabschnitt 162 des Stößels 160 ist für eine Gleitbewegung in die Öffnung 133 eingesetzt. Ein Bereich einer Seitenfläche der Trennwand 115a, der zum primären Gasstromweg 122 gerichtet steht und in der Nähe der Öffnung 133 angeordnet ist, dient als ein Ventilsitz 132 des Hauptreglerventils 130.
In Übereinstimmung mit der Bewegung des Stößels 160 gelangt der Ventilkörper 131 des Hauptreglerventils 130 in einen engen Kontakt mit dem Ventilsitz 132 und schließt die Öffnung 133. In Fällen, in denen sich der Ventilkörper 131 des Hauptreglerventils 130 in Übereinstimmung mit der Bewegung des Stößels 160 vom Ventilsitz 132 wegbewegt und die Öffnung 133 öffnet, verläuft eine Menge des Gases in Übereinstimmung mit dem Öffnungsausmaß der Öffnung 133 durch den Raum zwischen der inneren Umfangsfläche der Trennwand 115a, die die Öffnung 133 definiert, und der äußeren Umfangsfläche des Stößels 160 und strömt vom primären Gasstromweg 122 in die druckregelnde Kammer 111.
Der Doppelventil-Einsteller 170, der eine röhrenförmige Form aufweist, ist von einem Ende des Gehäusehauptkörperabschnitts 115, das an der Seite der Gasablassöffnung 114 gelegen ist, in den primären Gasstromweg 122 eingesetzt. Der Doppelventil-Einsteller 170 weist an einer hinteren Endseite eine Öffnung auf, die als die Gasablassöffnung 114 zum Ablassen des Gases, das den geregelten Druck aufweist, dient. Die Gasablassöffnung 114 ist an ein zweites Anschlussstück 119 zum Erhalt des Gases, das den geregelten Druck aufweist, angeschlossen. Der Doppelventil-Einsteller 170 weist äußere Umfangsgewinde auf, die mit Endgewinden des Gehäusehauptkörperabschnitts 115 in Eingriff stehen, und die Position des Doppelventil-Einstellers 170 wird dadurch eingestellt. Der Doppelventil-Einsteller 170 wird durch eine Gegenmutter 117 an der eingestellten Position befestigt.
Der Doppelventil-Einsteller 170 weist auch einen Vorderend-Röhrenabschnitt 171 auf, der für eine Gleitbewegung in den primären Gasstromweg 122 eingesetzt ist. Ein Dichtungsmaterial 172 ist auf den äußeren Umfang des Vorderend-Röhrenab schnitts 171 aufgesetzt. Das Dichtungsmaterial 172 wird in einen engen Kontakt mit einem Bereich einer inneren Umfangsfläche des primären Gasstromwegs 122 gebracht, wobei dieser Bereich an der Seite angeordnet ist, die sich weiter auswärts als die Öffnung 121 für das eingebrachte Gas befindet. Auf diese Weise führt das Dichtungsmaterial 172 eine Gleitbewegungsdichtung am Außenumfang des Vorderend-Röhrenabschnitts 171 durch. Ferner ist ein Teil des Schaftabschnitts 162 des Stößels 160, welcher Teil zwischen dem Ventilkörper 131 des Hauptreglerventils 130 und dem Ventilkörper 141 des Hilfsreglerventils 140 gelegen ist, für eine Gleitbewegung in die Öffnung 143 des Vorderend-Röhrenabschnitts 171 eingesetzt. Ein Bereich einer Seitenfläche des Vorderend-Röhrenabschnitts 171, der zur Gasablassöffnung 114 gerichtet steht und in der Nähe der Öffnung 143 angeordnet ist, dient als ein Ventilsitz 142 des Hilfsreglerventils 140.
In Übereinstimmung mit der Bewegung des Stößels 160 gelangt der Ventilkörper 141 des Hilfsreglerventils 140 in einen engen Kontakt mit dem Ventilsitz 142 und schließt die Öffnung 143 des Vorderend-Röhrenabschnitts 171. In Fällen, in denen sich der Ventilkörper 141 des Hilfsreglerventils 140 in Übereinstimmung mit der Bewegung des Stößels 160 vom Ventilsitz 142 wegbewegt und die Öffnung 143 öffnet, verläuft eine Menge des Gases in Übereinstimmung mit dem Öffnungsausmaß der Öffnung 143 durch den Raum zwischen der inneren Umfangsfläche der Öffnung 143 und der äußeren Umfangsfläche des Stößels 160 und strömt vom primären Gasstromweg 122 in die Gasablassöffnung 114, die an der Seite des geregelten Drucks angeordnet ist.
Die Position im Gehäusehauptkörperabschnitt 115, an die der Doppelventil-Einsteller 170, der als das Einstellmittel dient, eingesetzt ist, wird so eingestellt, dass der Ventilkörper 141 des Hilfsreglerventils 140 zu der Zeit, zu der der Ventilkörper 131 des Hauptreglerventils 130 in einen engen Kontakt mit dem Ventilsitz 132 des Hauptreglerventils 130 gelangt und die Öffnung 133 schließt, ebenfalls in einen engen Kontakt mit dem Ventilsitz 142 des Hilfsreglerventils 140 gelangt und die Öffnung 143 schließt, und dass der Wert des Druckverlusts, der am Hauptreglerventil 130 auftritt, und der Wert des Druckverlusts, der am Hilfsreglerventil 140 auftritt, einander gleich sind.
Das Hauptreglerventil 130 und das Hilfsreglerventil 140 wirken in Übereinstimmung mit der Bewegung der Membran 120 zusammen, um den ungeregelten Druck ungeachtet der Schwankung im ungeregelten Druck zum vorherbestimmten geregelten Druck zu verringern und zu regeln. Nachstehend wird beschrieben werden, wie das Hauptreglerventil 130 und das Hilfsreglerventil 140 tätig sind.
Zuerst verläuft das Gas, das von der Gaseinbringungsöffnung 113 in den primären Gasstromweg 122 geströmt ist, durch das Hauptreglerventil 130, und der ungeregelten Druck des Gases wird zum geregelten Druck verringert. Das Gas, das den geregelten Druck aufweist, verläuft durch den sekundären Gasstromweg 164 im Inneren des Stößels 160 in die Gasablassöffnung 114. Die Kraft, die von einer Höhe ist, welche dem Produkt des Werts des zu dieser Zeit am Hauptreglerventil 130 auftretenden Druckverlusts und der Projektionsventilkörperfläche des Hauptreglerventils 130 gleich ist, entsteht in der Richtung, die das Hauptreglerventil 130 schließt und zieht den Stößel 160 zurück (d.h., in die linksseitige Richtung in 1).
Außerdem verläuft das im Inneren des primären Gasstromwegs 122 befindliche Gas, das den ungeregelten Druck aufweist, durch die Öffnung 143, d.h., durch den Raum zwischen der inneren Umfangsfläche des Vorderend-Röhrenabschnitts 171 des Doppelventil-Einstellers 170 und der äußeren Umfangsfläche des Stößels 160 zum Hilfsreglerventil 140.
Das Gas verläuft dann durch das Hilfsreglerventil 140, und der ungeregelte Druck des Gases wird auf den geregelten Druck verringert. Das Gas, das den geregelten Druck aufweist, strömt zur Gasablassöffnung 114. Die Gasablassöffnung 114 steht durch den sekundären Gasstromweg 164 mit der druckregelnden Kammer 111 in Verbindung. Zu dieser Zeit entsteht die Kraft, die von einer Höhe ist, welche dem Produkt des Werts des am Hilfreglerventil 140 auftretenden Druckverlusts und der Projektionsventilkörperfläche des Hilfsreglerventils 140 gleich ist, in der Richtung, die das Hilfsreglerventil 140 öffnet und den Stößel 160 vorwärtsbewegt (d.h., in der rechtsseitigen Richtung in 1). Im Besonderen entstehen die Kraft, die auf das Hauptreglerventil 130 wirkt, und die Kraft, die auf das Hilfsreglerventil 140 wirkt, in den entgegengesetzten Richtungen.
Gewöhnlich werden der Wert des Druckverlusts, der im Stromweg des Hauptreglerventils 130 auftritt, und der Wert des Druckverlusts, der im Stromweg des Hilfsreglerventils 140 auftritt, voneinander verschieden sein. Doch in dieser Ausführungsform kann der Wert des Druckverlusts, der am Hilfsreglerventil 140 auftritt, geändert werden, da der Doppelventil-Einsteller 170 so angeordnet ist, dass der Doppelventil-Einsteller 170 zur Positionseinstellung in der Achsenrichtung bewegt werden kann. Daher kann der Wert des Druckverlusts, der am Hauptreglerventil 130 auftritt, durch den Wert des Druckverlusts, der am Hilfsreglerventil 140 auftritt, genau aufgehoben werden.
Ferner wird die Membran 120 durch den Stößel 160 und den Träger 180 gestützt. Die Membran 120 wird an der Position gehalten, an der die Kraft aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem geregelten Druck und dem atmosphärischen Druck und die drängende Kraft der druckregelnden Feder 151 miteinander ausgeglichen sind. In Fällen, in denen sich der geregelte Druck in Übereinstimmung mit einer Veränderung in der Menge des aus der Gasablassöffnung 114 abgelassenen Gases, der Veränderung im ungeregelten Druck und dergleichen verändert, verändert sich das Ausmaß der Verschiebung der Membran 120 in Übereinstimmung mit der Veränderung im geregelten Druck und verändert sich die Position des Stößels 160. Auch das Hauptreglerventil 130 und das Hilfsreglerventil 140 bewegen sich in Übereinstimmung mit der Veränderung in der Position des Stößels 160 und halten den geregelten Druck beim vorherbestimmten Druck. Die drängende Kraft der druckregelnden Feder 151 kann durch die Einstellung der Position der druckregelnden Schraube 152 des Druckeinstellabschnitts 150 verändert werden, und somit kann der geregelte Druck auf einen willkürlichen Druck eingestellt werden.
Darüber hinaus ist jedes aus dem Ventilkörper 131 des Hauptreglerventils 130 und dem Ventilkörper 141 des Hilfsreglerventils 140 aus dem elastischen Körper gebildet, der als der O-Ring ausgebildet ist. Daher wird in Fällen, in denen das Gas, das die hohen auflösenden Eigenschaften aufweist, wie etwa das Dimethylethergas, in den Druckregler 100 eingebracht wird und jeder der O-Ringe mit dem Gas, das die hohen auflösenden Eigenschaften aufweist, in Kontakt gebracht wird und eine Schwellung und eine Volumensausdehnung erlebt, die Veränderung im Volumen eines jeden der O-Ringe so beschränkt, dass sie nur in der Richtung auftritt, die senkrecht zu den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließbewegung verläuft. Demgemäß kann die Veränderung im Druckverlust und die Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit aufgrund der Volumensausdehnung eines jeden der O-Ringe unterdrückt werden.
Außerdem wird die Druckverringerung vom ungeregelten Druck zum geregelten Druck durch die Kombination der beiden Reglerventile, d.h., die Kombination des Hauptreglerventils 130 und des Hilfsreglerventils 140, durchgeführt. Daher kann der Wert des Druckverlusts, der an jedem der beiden Reglerventile auftritt, bei der Hälfte des Werts des Druckverlusts gehalten werden, welcher in Fällen auftritt, in denen die Druckverringerung mit nur einem Reglerventil durchgeführt wird. Demgemäß kann der Raum zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz eines jeden der beiden Reglerventile vergleichsweise groß festgelegt werden. Als Ergebnis kann in Fällen, in denen der ungeregelte Druck ausgesprochen hoch ist, eine zuverlässige Leistung erhalten werden. Im Besonderen kann die zuverlässige Leistung in Fällen erhalten werden, in denen der Grad der benötigten Druckverringerung hoch ist, der Ventilraum zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz ausgesprochen klein festgelegt werden muss, und daher eine geringfügige Veränderung im Ventilraum den geregelten Druck beeinflusst.
In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ist jedes aus dem Ventilkörper 131 des Hauptreglerventils 130 und dem Ventilkörper 141 des Hilfsreglerventils 140 aus dem elastischen Körper gebildet, der als der O-Ring ausgebildet ist. Alternativ kann jedes aus dem Ventilsitz 132 des Hauptreglerventils 130 und dem Ventilsitz 142 des Hilfsreglerventils 140 aus dem elastischen Körper gebildet sein, der als der O-Ring ausgebildet ist. In derartigen Fällen ist jedes aus dem elastischen Körper, der als der Ventilsitz 132 dient, und dem elastischen Körper, der als der Ventilsitz 142 dient, in einem Zustand angeordnet, in dem der elastische Körper durch einen Umfangsrillenaufbau oder dergleichen so gesteuert wird, dass der elastische Körper an einem Verformen in Bezug auf die Richtungen der Ventilöffnungs- und Ventilschließbewegung gehindert wird. Als eine andere Alternative kann ein anderer elastischer Körper als der O-Ring eingesetzt werden.
2 ist eine Schnittansicht, die eine Abänderung der ersten Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Druckregler 200, der die Abänderung der ersten Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung darstellt, weist einen Aufbau auf, der im Grunde mit dem Aufbau des in 1 gezeigten Druckreglers 100 identisch ist, außer dass der Druckregler 200 ferner eine Ventilschließfeder 290 umfasst, die im Inneren einer druckregelnden Kammer 211 angeordnet ist. In 2 sind gleichartige Elemente mit ähnlichen Bezugszeichen in Bezug auf 1 nummeriert.
Die Ventilschließfeder 290 drängt einen Stößel 260 zur Richtung, die den Stößel 260 zurückzieht (der linksseitigen Richtung in 2), d.h., zur Richtung des Schließens eines Hauptreglerventils 230. Im Besonderen ist die Ventilschließfeder 290 aus einer Wickelfeder gebildet. Die Ventilschließfeder 290 ist in der Nähe des Außenumfangs eines Manschettenabschnitts 261 und in einem zusammengezogenen Zustand angeordnet, so dass ein Ende der Ventilschließfeder 290 an eine Seitenfläche einer Trennwand 215a eines Gehäusehauptkörperabschnitts 215 stößt, und dass das andere Ende der Ventilschließfeder 290 an eine Seitenfläche des Stößels 260 stößt, um eine Membran 220 zur Seite der atmosphärischen Kammer 212 zu drücken.
Außerdem wird die Druckeinstellung mit einer druckregelnden Schraube 252 eines Druckeinstellabschnitts 250 so festgelegt, dass die drängende Kraft einer druckregelnden Feder 251 um die drängende Kraft der Ventilschließfeder 290 größer als die drängende Kraft der druckregelnden Feder 151 in der Ausführungsform von 1 ist.
Mit der Abänderung der ersten Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung, welche durch die oben beschriebene Ventilschließfeder 290 bereitgestellt wird, kann in Fällen, in denen die drängende Kraft der druckregelnden Feder 251 auf einen kleinen Wert festgelegt ist und der Einstelldruck des geregelten Drucks niedrig ist, die Membran 220 in Übereinstimmung mit dem Druckunterschied zwischen der druckregelnden Kammer 211 und einer atmosphärischen Kammer 212 verschoben werden und können genaue Tätigkeiten des Hauptreglerventils 230 und eines Hilfsreglerventils 240 in Übereinstimmung mit der Bewegung des Stößels 260 erhalten werden. Daher kann eine zuverlässige Druckregelung durchgeführt werden. Außerdem kann in Fällen, in denen die drängende Kraft der druckregelnden Feder 251 auf einen geringeren Wert als die drängende Kraft der Ventilschließfeder 290 festgelegt ist, der Stößel 260 durch die drängende Kraft der Ventilschließfeder 290 zurückgezogen werden und kann ein Absperrzustand, in dem das Hauptreglerventil 230 und das Hilfsreglerventil 240 geschlossen sind, erhalten werden. Auf diese Weise kann das Gasablassen aus einer Gasablassöffnung 214 eingestellt werden.
Die oben beschriebene erste Ausführungsform von 1, die nicht mit der oben beschriebenen Ventilschließfeder 290 versehen ist, beruht auf der Annahme, dass der geregelte Druck gewöhnlich auf einen vergleichsweise hohen Druck eingestellt ist. Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform von 1 wirkt in Fällen, in denen der Einstelldruck des geregelten Drucks ausreichend höher als der atmosphärische Druck ist, eine vergleichsweise große Kraft in Übereinstimmung mit dem Druckunterschied zwischen dem geregelten Druck und dem atmosphärischen Druck auf die Membran 120 und können die genauen Tätigkeiten zur Druckregelung durch das Hauptreglerventil 130 und das Hilfsreglerventil 140, die sich zusammen mit dem Stößel 160 bewegen, erhalten werden. Bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform von 1 wird jedoch in Fällen, in denen der geregelte Druck auf einen niedrigen Druck nahe dem atmosphärischen Druck eingestellt ist, die Kraft zum Verschieben der Membran 120 in Übereinstimmung mit dem Druckunterschied zwischen dem geregelten Druck und dem atmosphärischen Druck klein. Außerdem tritt neben der Kraft aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem geregelten Druck und dem atmosphärischen Druck keine Kraft auf, die fähig ist, die Membran 120 in der Richtung des Rückzugs des Stößels 160 zu verschieben. Daher werden die Ansprecheigenschaften vergleichsweise schlecht und werden die Druckregelungswirkungen instabil. Doch mit der oben erwähnten Abänderung der ersten Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung wird durch die Bereitstellung der Ventilschließfeder 290 die Kraft zum Verschieben der Membran 220 in der Richtung des Rückzugs des Stößels 260 erhalten. Mit der oben erwähnten Abänderung können daher in Fällen, in denen der geregelte Druck auf einen niedrigen Wert eingestellt ist, die Ansprecheigenschaften der Membran 220 gesteigert werden und können zuverlässige Druckregelungswirkungen erhalten werden.
Die Ergebnisse von Versuchen, die zur Bewertung der Druckregelungswirkungen der ersten Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung (d.h. des Druckreglers 100, der den in 1 veranschaulichten Aufbau aufweist) angestellt wurden, und die Ergebnisse von Versuchen, die zur Bewertung der Druckregelungswirkungen eines Druckreglers eines Vergleichsbeispiels (d.h., eines in 14 veranschaulichten Einzelventil-Druckreglers) angestellt wurden, werden nachstehend unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben werden. 3 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 1 gezeigten Druckregler 100 in Fällen erhalten wurden, in denen ein ungeregelter Druck eines Hochdruckgases, das dem in 1 gezeigten Druckregler 100 zugeführt wurde, verändert wurde, und die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit einem Einzelventil-Druckregler 500 des Vergleichsbeispiels in Fällen erhalten wurden, in denen der ungeregelte Druck des Hochdruckgases, das dem Einzelventil-Druckregler 500 des Vergleichsbeispiels zugeführt wurde, verändert wurde. 4 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit in Bezug auf den Zeitverlauf zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 1 gezeigten Druckregler 100 in Fällen erhalten wurden, in denen ein Dimethylethergas als das Hochdruckgas verwendet wurde, das dem in 1 gezeigten Druckregler 100 zugeführt wurde, und die Ergebnisse der Messung einer Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit in Bezug auf den Zeitverlauf zeigt, welche Ergebnisse mit dem Einzelventil-Druckregler 500 des Vergleichsbeispiels in Fällen erhalten wurden, in denen das Dimethylethergas als das Hochdruckgas verwendet wurde, das dem Einzelventil-Druckregler 500 des Vergleichsbeispiels zugeführt wurde.
Der in 14 veranschaulichte Einzelventil-Druckregler 500 weist einen grundlegenden Aufbau auf, der mit dem in 15A gezeigten Aufbau im Grunde identisch ist. In 14 sind gleichartige Elemente mit den gleichen Bezugszeichen in Bezug auf 15A nummeriert. Beim in 14 veranschaulichten Einzelventil-Druckregler 500 wird das Hochdruckgas, das den ungeregelten Druck aufweist, durch die Gaseinbringungsöffnung 505 eingebracht und verläuft durch das Reglerventil 506, das die Ventilöffnungs- und die Ventilschließtätigkeit in Übereinstimmung mit der Verschiebung der Membran 504 durchführt. (Ein Ventilkörper 506a des Reglerventils 506 ist aus einem starren Körper gebildet, und ein Ventilsitz 506b des Reglerventils 506 ist aus einem elastischen Körper gebildet). Das Gas strömt dann in die druckregelnde Kammer 502, die durch die Membran 504 von der atmosphärischen Kammer 503 abgetrennt ist. Das den geregelten Druck aufweisende Gas im Inneren der druckregelnden Kammer 502 wird durch die Gasablassöffnung 508 abgelassen. Die drängende Kraft, die auf die Membran 504 wirkt, wird durch einen Druckeinstellabschnitt 509 eingestellt, der mit einer druckregelnden Feder 509a und einer druckregelnden Schraube 509b versehen ist. Dadurch wird der geregelte Druck eingestellt.
Messbeispiel 1
In Messbeispiel 1 wurde eine Messung vorgenommen, um in Fällen, in denen ein ungeregelter Druck eines Hochdruckgases (eines inerten Gases) zu jedem der Druckregler geführt wurde, eine Veränderung im geregelten Druck festzustellen. Die Ergebnisse der Messung, die mit dem Druckregler 100 von 1 im Beispiel nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, sind durch die durchgehende Linie in 3 angegeben. Und die Ergebnisse der Messung, die mit dem Einzelventil-Druckregler 500 von 14 im Vergleichsbeispiel erhalten wurden, sind durch die gestrichelte Linie in 3 angegeben.
Sowohl beim Beispiel nach der vorliegenden Erfindung als auch beim Vergleichsbeispiel wurde der geregelte Druck durch die Einstellung der druckregelnden Schraube 152 des Druckeinstellabschnitts 150 oder der druckregelnden Schraube 509b des Druckeinstellabschnitts 509 so eingestellt, dass der geregelte Druck gleich 50 kPa wurde, wenn der ungeregelte Druck gleich 400 kPa war. Dabei war die Gasfließgeschwindigkeit gleich 40 ml/Minute.
Wie im Diagramm von 3 durch die durchgehende Linie angegeben veränderte sich der geregelte Druck beim Druckregler 100 von 1 nach der vorliegenden Erfindung in Fällen, in denen der ungeregelte Druck über den Bereich von 50 kPa bis 2000kPa geändert wurde, nicht und wurde er beim Einstellwert (50 kPa) gehalten, und wurde der vorherbestimmte geregelte Druck gehalten. Es konnte bestätigt werden, dass die nachteilige Wirkung der Kraft, die den Druckverlust begleitet, mit den Funktionen des Hauptreglerventils 130 und des Hilfsreglerventils 140 des Druckreglers 100 von 1 nach der vorliegenden Erfindung aufgehoben werden konnte und die Druckregelungswirkungen in Bezug auf den weiten ungeregelten Druckbereich erhalten werden konnten.
Wie jedoch im Diagramm von 3 durch die gestrichelte Linie angegeben war der geregelte Druck beim Einzelventil-Druckregler 500 von 14 im Vergleichsbeispiel in Fällen, in denen der ungeregelte Druck in den Bereich von weniger als 400 kPa fiel, höher als der Einstellwert (50 kPa). Und in Fällen, in denen der ungeregelte Druck in den Bereich von mehr als 400 kPa fiel, veränderte sich der geregelte Druck so, dass der geregelte Druck niedriger als der Einstellwert (50 kPa) wurde, und dass der geregelte Druck insgesamt niedrig wurde, wenn der ungeregelte Druck hoch wurde. Auf diese Weise konnte der geregelte Druck mit dem Einzelventil-Druckregler 500 von 14 im Vergleichsbeispiel nicht beim vorherbestimmten Druck gehalten werden.
Messbeispiel 2
In Messbeispiel 2 wurde eine Messung vorgenommen, um eine Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit in Bezug auf den Zeitverlauf in Fällen festzustellen, in denen ein Dimethylethergas, das ein typisches Gas ist, welches ein elastisches Material (ein Gummimaterial) zum Schwellen veranlasst, als das zu jedem der Druckregler zugeführte Hochdruckgas benutzt wurde. Die Ergebnisse der Messung, die mit dem Druckregler 100 von 1 im Beispiel nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, sind durch die durchgehende Linie in 4 angegeben. Und die Ergebnisse der Messung, die mit dem Einzelventil-Druckregler 500 von 14 im Vergleichsbeispiel erhalten wurden, sind durch die gestrichelte Linie in 4 angegeben. Die anfängliche Fließgeschwindigkeit des Dimethylethergases war gleich 80 ml/Minute. Der Versuch wurde bei einer Temperatur vorgenommen, bei der der Dampfdruck gleich 400 kPa war.
Wie im Diagramm von 4 durch die durchgehende Linie angegeben veränderte sich die Fließgeschwindigkeit des abgelassenen Gases beim Druckregler 100 von 1 nach der vorliegenden Erfindung in Fällen, in denen ein Zeitraum von so lange wie 120 Minuten vergangen war, nicht und wurde sie bei der anfänglichen Fließgeschwindigkeit gehalten. Es konnte bestätigt werden, dass beim Druckregler 100 von 1 nach der vorliegenden Erfindung keine nachteiligen Wirkungen auf die Gasfließgeschwindigkeit auftraten, obwohl die O-Ringe aufgrund des Kontakts mit dem Gas dem Anschwellen ausgesetzt waren.
Wie jedoch mit der gestrichelten Linie im Diagramm von 4 angegeben begann die Gasfließgeschwindigkeit mit dem Einzelventil-Druckregler 500 von 14 im Vergleichsbeispiel aufgrund einer Veränderung im Ventilraum, die das Anschwellen des aus dem elastischen Körper gebildeten Ventilsitzes 506b begleitete, zu der Zeit, als ein Zeitraum von etwa 15 Minuten nach dem Beginn der Messung verstrichen war, niedrig zu werden. Danach wurde die Gasfließgeschwindigkeit mit dem Zeitverlauf ausgesprochen niedrig. Zu der Zeit, als ein Zeitraum von etwa 60 Minuten nach dem Beginn der Messung verstrichen war, wurde die Gasfließgeschwindigkeit 0 (Null) und konnte das Gas nicht länger abgelassen werden.
Eine zweite Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben werden. 5 ist eine Schnittansicht, die eine zweite Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Druckregler 300, der die zweite Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung darstellt, zur Stabilisierung der Brennstoffversorgung zu Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) und Festpolymer-Brennstoffzellen (PEFCs) verwendet. Außerdem wird ein Dimethylethergas als das zum Druckregler 300 zuzuführende Hochdruckgas benutzt. Der Druckregler 300 umfasst eine Membran 320, die einen Bereich im Inneren eines Gehäuses 310 in eine druckregelnde Kammer 311 und eine atmosphärische Kammer 312 abtrennt. Der Druckregler 300 umfasst außerdem eine Gaseinbringungsöffnung 313, durch die das Hochdruckgas, das einen ungeregelten Druck aufweist, in den Druckregler 300 eingebracht wird. Der Druckregler 300 umfasst ferner ein Hauptreglerventil 330, das tätig ist, indem es mit der Membran 320 in Eingriff gebracht ist. Das Hauptreglerventil 330 führt Tätigkeiten zum Öffnen und Schließen einer Öffnung 333 durch, durch die eine Vorkammer 322 und die druckregelnde Kammer 311 miteinander in Verbindung stehen. Die Tätigkeiten des Hauptreglerventils 330 zum Öffnen und Schließen der Öffnung 333 werden von der Seite her durchgeführt, die der druckregelnden Kammer 311 gegenüberliegt. Das Hauptreglerventil 330 verringert somit den ungeregelten Druck des Hochdruckgases im Inneren der Vorkammer 322 auf einen geregelten Druck. Der Druckregler 300 umfasst ferner noch ein Vorreglerventil 340, das tätig ist, indem es mit der Membran 320 in Eingriff gebracht ist. Das Vorreglerventil 340 führt Tätigkeiten zum Öffnen und Schließen einer Öffnung 343 durch, durch die die Gaseinbringungsöffnung 313 und die Vorkammer 322 miteinander in Verbindung stehen. Die Tätigkeiten des Vorreglerventils 340 zum Öffnen und Schließen der Öffnung 343 werden von der Seite des ungeregelten Drucks her durchgeführt. Der Druckregler 300 umfasst außerdem eine Gasablassöffnung 314, durch die das Gas, dessen Druck durch die druckregelnde Kammer 311 geregelt wurde und das den geregelten Druck aufweist, aus dem Druckregler 300 abgelassen wird. Der Druckregler 300 umfasst ferner einen Druckeinstellabschnitt 350 zum Einstellen eines Ausmaßes der Verschiebung der Membran 320, die den geregelten Druck im Inneren der druckregelnden Kammer 311 erhält und dadurch verschoben wird. Die Membran 320, das Hauptreglerventil 330 und das Vorreglerventil 340 sind durch einen Stößel 360 miteinander verbunden und in Eingriff gebracht. Der Druckregler 300 umfasst ferner noch einen Einsteller 370, der als das Einstellmittel zum Einstellen der Position eines Ventilsitzes des Vorreglerventils 340 und dadurch zum Einstellen eines Werts eines Druckverlusts, der am Vorreglerventil 340 auftritt, dient.
Das Hauptreglerventil 330 und das Vorreglerventil 340 wirken zusammen, um die Druckverringerung des ungeregelten Drucks des Hochdruckgases auf den geregelten Druck durchzuführen, wobei an jedem des Hauptreglerventils 330 und des Vorreglerventils 340 ein Druckverlust auftritt. Mit dem Einsteller (Einstellmittel) 370 kann das Verhältnis des Werts des Druckverlusts, der am Vorreglerventil 340 auftritt, zum Wert des Druckverlusts, der am Hauptreglerventil 330 auftritt, eingestellt werden.
Außerdem ist jedes aus einem Ventilkörper 331 des Hauptreglerventils 330 und einem Ventilkörper 341 des Vorreglerventils 340 aus einem elastischen Körper gebildet, der als ein O-Ring ausgebildet ist. Jedes aus dem elastischen Körper des Hauptreglerventils 330 und dem elastischen Körper des Vorreglerventils 340 ist in einem Zustand angeordnet, in dem der elastische Körper durch einen umfänglichen Rillenabschnitt 363 so gesteuert wird, dass der elastische Körper an einem Verformen in Bezug auf Richtungen der Ventilöffnungs- und Ventilschließbewegung gehindert wird. Daher kann ein Dimethylethergas oder dergleichen, das nachteilige Wirkungen wie etwa Schwellwirkungen auf den elastischen Körper aufweisen wird, als das Hochdruckgas verwendet werden.
Der Aufbau des Gehäuses 310, der Aufbau der Membran 320, und der Aufbau des Trägers 380 sind im Grunde mit dem Aufbau des Gehäuses 110, dem Aufbau der Membran 120, bzw. dem Aufbau des Trägers 180 in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform identisch.
Der Stößel 360 umfasst einen Manschettenabschnitt 361, der an der Membran 320 befestigt ist und im Inneren der druckregelnden Kammer 311 angeordnet ist, und einen Schaftabschnitt 362, der sich von einem Ende des Manschettenabschnitts 361 in der Achsenrichtung des Stößels 360 erstreckt. Der Schaftabschnitt 362 ist mit zwei Umfangsrillenabschnitten 363, 363 versehen, die in einem vorherbestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Der Ventilkörper 331 des Hauptreglerventils 330, der aus dem O-Ring gebildet ist, (d.h., der elastische Körper) ist in einen der Umfangsrillenabschnitte 363, 363 eingesetzt. Außerdem ist der Ventilkörper 341 des Vorreglerventils 340, der aus dem O-Ring gebildet ist, (d.h., der elastische Körper) in den anderen Umfangsrillenabschnitt 363 eingesetzt.
Der Gehäusehauptkörperabschnitt 315 ist mit einer Trennwand 315a versehen, die die Vorkammer 322 und die druckregelnde Kammer 311 voneinander abtrennt. Die Öffnung 333, die durch das Hauptreglerventil 330 geöffnet und geschlossen wird, ist am Mittelbereich ausgebildet, der durch die Trennwand 315a definiert ist. Der Schaftabschnitt 362 des Stößels 360 ist für eine Gleitbewegung in die Öffnung 333 eingesetzt. Ein Bereich einer Seitenfläche der Trennwand 315a, der zur Vorkammer 322 gerichtet steht und in der Nähe der Öffnung 333 angeordnet ist, dient als ein Ventilsitz 332 des Hauptreglerventils 330.
In Übereinstimmung mit der Bewegung des Stößels 360 gelangt der Ventilkörper 331 des Hauptreglerventils 330 in einen engen Kontakt mit dem Ventilsitz 332 und schließt die Öffnung 333. In Fällen, in denen sich der Ventilkörper 331 des Hauptreglerventils 330 in Übereinstimmung mit der Bewegung des Stößels 360 vom Ventilsitz 332 wegbewegt und die Öffnung 333 öffnet, verläuft eine Menge des Gases in Übereinstimmung mit dem Öffnungsausmaß der Öffnung 333 durch den Raum zwischen der inneren Umfangsfläche der Trennwand 315a, die die Öffnung 333 definiert, und der äußeren Umfangsfläche des Stößels 360 und strömt von der Vorkammer 322 in die druckregelnde Kammer 311.
Der Einsteller 370, der eine röhrenförmige Form aufweist, ist von einem Ende des Gehäusehauptkörperabschnitts 315, das an der Seite der Gaseinbringungsöffnung 313 gelegen ist, in die Vorkammer 322 eingesetzt. Der Einsteller 370 weist äußere Umfangsgewinde auf, die mit Endgewinden des Gehäusehauptkörperabschnitts 315 in Eingriff stehen, und dadurch wird die Position des Einstellers 370 eingestellt. Der Einsteller 370 wird durch eine Gegenmutter 317 an der eingestellten Position befestigt. Der Einsteller 370 weist an einer hinteren Endseite eine Öffnung auf, die als die Gaseinbringungsöffnung 313 zum Einbringen des Hochdruckgases in den Druckregler 300 dient. Ein erstes Anschlussstück 318 zum Einbringen des Hochdruckgases wie etwa des Dimethylethergases, das den ungeregelten Druck aufweist und von einer Gasflasche oder dergleichen geliefert wird, ist an die Gaseinbringungsöffnung 313 angeschlossen.
Ein Seitenabschnitt der druckregelnden Kammer 311 ist mit der Gasablassöffnung 314 versehen, die mit der druckregelnden Kammer 311 in Verbindung steht und nach außen hin offen ist. Das Gas, das den geregelten Druck aufweist, der durch die Druckregelung erhalten wurde, wird durch die Gasablassöffnung 314 abgelassen. Die Gasablassöffnung 314 ist an ein zweites Anschlussstück (nicht gezeigt) zum Erhalt des Gases, das den geregelten Druck aufweist, angeschlossen.
Der Einsteller 370 weist auch einen Vorderend-Röhrenabschnitt 371 auf, der für eine Gleitbewegung in die Vorkammer 322 eingesetzt ist. Ein Dichtungsmaterial 372 ist auf den äußeren Umfang des Vorderend-Röhrenabschnitts 371 aufgesetzt. Das Dichtungsmaterial 372 wird in einen engen Kontakt mit einer inneren Umfangsfläche der Vorkammer 322 gebracht. Auf diese Weise führt das Dichtungsmaterial 372 eine Gleitbewegungsdichtung am Außenumfang des Vorderend-Röhrenabschnitts 371 durch. Ferner ist ein Teil des Schaftabschnitts 362 des Stößels 360, welcher Teil zwischen dem Ventilkörper 331 des Hauptreglerventils 330 und dem Ventilkörper 341 des Vorreglerventils 340 gelegen ist, für eine Gleitbewegung in die Öffnung 343 des Vorderend-Röhrenabschnitts 371 eingesetzt. Ein Bereich einer Seitenfläche des Vorderend-Röhrenabschnitts 371, der zur Gaseinbringungsöffnung 313 gerichtet steht und in der Nähe der Öffnung 343 angeordnet ist, dient als ein Ventilsitz 342 des Vorreglerventils 340.
In Übereinstimmung mit der Bewegung des Stößels 360 gelangt der Ventilkörper 341 des Vorreglerventils 340 in einen engen Kontakt mit dem Ventilsitz 342 und schließt die Öffnung 343 des Vorderend-Röhrenabschnitts 371. In Fällen, in denen sich der Ventilkörper 341 des Vorreglerventils 340 in Übereinstimmung mit der Bewegung des Stößels 360 vom Ventilsitz 342 wegbewegt und die Öffnung 343 öffnet, verläuft eine Menge des Gases in Übereinstimmung mit dem Öffnungsausmaß der Öffnung 343 durch den Raum zwischen der inneren Umfangsfläche der Öffnung 343 und der äußeren Umfangsfläche des Stößels 360 und strömt von der Gaseinbringungsöffnung 313 in die Vorkammer 322.
Die Position im Gehäusehauptkörperabschnitt 315, an die der Einsteller 370, der als das Einstellmittel dient, eingesetzt ist, wird so eingestellt, dass der Ventilkörper 341 des Vorreglerventils 340 zu der Zeit, zu der der Ventilkörper 331 des Hauptreglerventils 330 in einen engen Kontakt mit dem Ventilsitz 332 des Hauptreglerventils 330 gelangt und die Öffnung 333 schließt, ebenfalls in einen engen Kontakt mit dem Ventilsitz 342 des Vorreglerventils 340 gelangt und die Öffnung 343 schließt. Der Einsteller 370 stellt somit den Wert des Druckverlusts ein, der am Vorreglerventil 340 auftritt.
Jedes aus dem Stößel 360 und dem Träger 380 kann aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung wie etwa Aluminium oder Duralumin gebildet sein. Alternativ kann jedes aus dem Stößel 360 und dem Träger 380 aus einem Polyamid (PA), einem Polyacetal (POM), einem Polybutylenterephthalat (PBT) oder einem Polypropylen (PP) gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt. Als andere Alternative kann jedes aus dem Stößel 360 und dem Träger 380 aus einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitrilstyrol gebildet sein, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist. In Fällen, in denen jedes aus dem Stößel 360 und dem Träger 380 aus einem der oben aufgezählten Materialien gebildet ist, kann jedes aus dem Stößel 360 und dem Träger 380 leichtgewichtig gehalten werden und mit der Beständigkeit gegenüber dem Dimethylethergas versehen werden.
Außerdem kann das Gehäuse 310 aus einem Polyamid (PA), einem Polyacetal (POM), einem Polybutylenterephthalat (PBT) oder einem Polypropylen (PP) gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt. Als andere Alternative kann das Gehäuse 310 aus einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitrilstyrol gebildet sein, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist. In Fällen, in denen das Gehäuse 310 aus einem der oben aufgezählten Materialien gebildet ist, kann das Gehäuse 310 leichtgewichtig gehalten werden und mit der Beständigkeit gegenüber dem Dimethylethergas versehen werden.
Das oben erwähnte Epoxidharz, mit dem die Oberfläche des oben beschriebenen nichtkristallinen Harzes beschichtet werden kann, sollte als Hauptbestandteile vorzugsweise ein Polyphenol und Epoharnstoff enthalten.
Außerdem kann das Gehäuse 310 (d.h., der Gehäusehauptkörperabschnitt 315 und ein Abdeckabschnitt 316) aus einem Polyamid (PA), einem Polyacetal (POM), einem Polybutylenterephthalat (PBT) oder einem Polypropylen (PP) gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt, und kann das Gehäuse 310 durch Ultraschallschmelzverkleben gebildet werden.
In Fällen, in denen jedes aus dem Stößel 360 und dem Träger 380 leichtgewichtig gehalten ist, können die Ansprecheigenschaften des Hauptreglerventils 330 und des Vorreglerventils 340 in Bezug auf die Verschiebung der Membran 320 gesteigert werden und kann das Auftreten eines Flatterphänomens verhindert werden. Da der Stößel 360, an dem das Hauptreglerventil 330 und das Vorreglerventil 340 angebracht sind, und der Träger 380 an der Membran 320 befestigt sind, werden im Besonderen die Ansprecheigenschaften des Hauptreglerventils 330 und des Vorreglerventils 340 in Bezug auf die Verschiebung der Membran 320 schlecht werden, wenn das Gewicht eines jeden aus dem Stößel 360 und dem Träger 380 schwer ist. Außerdem wird aufgrund einer übermäßigen Trägheitskraft das Ausmaß der Verschiebung der Membran 320 größer als das Ausmaß der Verschiebung in Übereinstimmung mit dem Druckunterschied werden, und wird dann eine übermäßige Verschiebung der Membran 320 in der umgekehrten Richtung auftreten. Die übermäßige Verschiebung der Membran 320 wird somit wiederholt werden und das Auftreten der Schwingung (des Flatterphänomens) veranlasst werden. Daher sollte das Gewicht eines jeden der bildenden Teile so leicht wie möglich gehalten werden. Tatsächlich tritt das Flatterphänomen in Fällen, in denen jedes aus dem Stößel 360 und dem Träger 380 aus Aluminium, Duralumin oder dem Harz gebildet ist, nicht auf.
Außerdem kann das Gehäuse 310 in Fällen, in denen das Gehäuse 310 aus dem Harz gebildet ist, leichtgewichtig und bei geringen Kosten gehalten werden. Insbesondere kann der Vorgang des Zusammensetzens in Fällen, in denen das Gehäuse 310 aus dem Harz gebildet ist, das dem Ultraschallverkleben unterzogen werden kann, erleichtert werden. Im Besonderen wird das Gewicht des gesamten Gehäuses 310 schwer werden und werden die Kosten des Gehäuses 310 hoch werden, wenn das gesamte Gehäuse 310 aus einem Metall oder einem Druckgussmetall gebildet ist. Außerdem kann der Vorgang des Zusammensetzens nicht einfach gehalten werden, da der Vorgang die Durchführung einer Befestigung mit Schrauben benötigt. In Fällen, in denen das Gehäuse 310 wie oben beschrieben aus dem Harz gebildet ist, kann das Gehäuse 310 leichtgewichtig und bei geringen Kosten gehalten werden. Außerdem kann der Vorgang zum Zusammensetzen leicht durchgeführt werden, da das Gehäuse 310 durch Ultraschallverkleben gebildet werden kann.
Wenn die Elemente wie etwa das Gehäuse 310, der Stößel 360 und der Träger 380, die in einen direkten Kontakt mit dem Gas gelangen, aus einem Metall gebildet sind, wird in Fällen, in denen das Hochdruckgas in erster Linie das Dimethylethergas oder dergleichen ist, das die hohen auflösenden Eigenschaften aufweist, eine geringe Menge von Metallionen in das Gas herausgelöst werden und die Anwendungen, denen das Gas, das der Druckregelung unterzogen wurde, zugeführt wird, nachteilig beeinflussen. Von diesem Gesichtspunkt her sollte vorzugsweise jedes aus dem Gehäuse 310, dem Stößel 360 und dem Träger 380 aus dem Harz gebildet sein.
Im Besonderen wird erwartet, dass das Dimethylethergas als der Brennstoff für die Feststoff-Brennstoffzellen (SOFCs) und die Festpolymer-Brennstoffzellen (PEFCs) verwendet werden kann. Sowohl im Fall der Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) als auch der Festpolymer-Brennstoffzellen (PEFCs) ist es ausgesprochen unerwünscht, dass Metallionen im Dimethylethergas, das als der Brennstoff zugeführt wird, vorhanden sind. Daher sollte vorzugsweise der aus dem Harz gebildete oben erwähnte Aufbau eingesetzt werden.
Das Hauptreglerventil 330 und das Vorreglerventil 340 wirken in Übereinstimmung mit der Bewegung der Membran 320 zusammen, um den ungeregelten Druck ungeachtet der Schwankung im ungeregelten Druck zum vorherbestimmten geregelten Druck zu verringern und zu regeln. Nachstehend wird beschrieben werden, wie das Hauptreglerventil 330 und das Vorreglerventil 340 tätig sind.
Zuerst verläuft das Gas, das von der Gaseinbringungsöffnung 313 herbeigeströmt ist, durch das Vorreglerventil 340, das an der Stufe vor dem Hauptreglerventil 330 angeordnet ist, und wird das Gas der Vordruckverringerung unterzogen. Das Gas, das der Vordruckverringerung unterzogen wurde, verläuft durch die Öffnung 343, d.h., durch den Raum zwischen der inneren Umfangsfläche des Vorderend-Röhrenabschnitts 371 des Einstellers 370 und der äußeren Umfangsfläche des Stößels 360, in die Vorkammer 322. Das Gas im Inneren der Vorkammer 322 verläuft dann durch das Hauptreglerventil 330, und der Druck des Gases wird genau auf den geregelten Druck verringert. Das Gas, das den geregelten Druck aufweist, verläuft durch die Öffnung 333 und die druckregelnde Kammer 311 und wird dann durch die Gasablassöffnung 314 abgelassen.
Die Membran 320 wird durch den Stößel 360 und den Träger 380 gestützt. Die Membran 320 wird an der Position gehalten, an der die Kraft aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem geregelten Druck und dem atmosphärischen Druck und die drängende Kraft der druckregelnden Feder 351 miteinander ausgeglichen sind. In Fällen, in denen sich der geregelte Druck in Übereinstimmung mit einer Veränderung in der Menge des aus der Gasablassöffnung 314 abgelassenen Gases, der Veränderung im ungeregelten Druck und dergleichen verändert, verändert sich das Ausmaß der Verschiebung der Membran 320 in Übereinstimmung mit der Veränderung im geregelten Druck und verändert sich die Position des Stößels 360. Auch das Hauptreglerventil 330 und das Vorreglerventil 340 bewegen sich in Übereinstimmung mit der Veränderung in der Position des Stößels 360 und halten den geregelten Druck beim vorherbestimmten Druck. Die drängende Kraft der druckregelnden Feder 351 kann durch die Einstellung der Position der druckregelnden Schraube 352 des Druckeinstellabschnitts 350 verändert werden, und der geregelte Druck kann somit auf einen willkürlichen Druck eingestellt werden.
Außerdem wird die Druckverringerung vom ungeregelten Druck zum geregelten Druck durch die Kombination der beiden Reglerventile, d.h., die Kombination des Hauptreglerventils 330 und des Vorreglerventils 340, durchgeführt. Daher kann der Wert des Druckverlusts, der an jedem der beiden Reglerventile 330 und 340 auftritt, kleiner als der Wert des Druckverlusts gehalten werden, der in Fällen auftritt, in denen die Druckverringerung mit nur einem Reglerventil durchgeführt wird. Demgemäß kann ein jeder aus dem Raum zwischen dem Ventilkörper 331 und dem Ventilsitz 332 des Hauptreglerventils 330 und dem Raum zwischen dem Ventilkörper 341 und dem Ventilsitz 342 des Vorreglerventils 340 vergleichsweise groß festgelegt werden. Als Ergebnis kann in Fällen, in denen der ungeregelte Druck ausgesprochen hoch ist, eine zuverlässige Leistung erhalten werden. Im Besonderen kann die zuverlässige Leistung in Fällen erhalten werden, in denen der Grad der benötigten Druckverringerung hoch ist, der Ventilraum zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz ausgesprochen klein festgelegt werden muss, und daher eine geringfügige Veränderung im Ventilraum den geregelten Druck beeinflusst.
Ferner sind der Ventilkörper 331 des Hauptreglerventils 330 und der Ventilkörper 341 des Vorreglerventils 340 auf dem Stößel 360 angebracht. Sowohl das Hauptreglerventil 330 als auch das Vorreglerventil führen die Ventilöffnungs- und die Ventilschließtätig in Übereinstimmung mit der Verformung der einen Membran 320 und der einen druckregelnden Feder 351 durch. Daher können die Ansprecheigenschaften des Hauptreglerventils 330 und des Vorreglerventils 340 in Bezug auf die Veränderung im ungeregelten Druck gut gehalten werden. Außerdem kann die Nachlaufgeschwindigkeit in Bezug auf ausgeprägte Schwankungen im ungeregelten Druck hoch gehalten werden und können die Ansprecheigenschaften gut gehalten werden. Daher kann eine zuverlässige Druckregelung durchgeführt werden.
Darüber hinaus ist jedes aus dem Ventilkörper 331 des Hauptreglerventils 330 und dem Ventilkörper 341 des Vorreglerventils 340 aus dem elastischen Körper gebildet, der als der O-Ring ausgebildet ist. Daher wird in Fällen, in denen das Gas, das die hohen auflösenden Eigenschaften aufweist, wie etwa das Dimethylethergas, in den Druckregler 300 eingebracht wird und jeder der O-Ringe mit dem Gas, das die hohen auflösenden Eigenschaften aufweist, in Kontakt gebracht wird und eine Schwellung und eine Volumensausdehnung erlebt, die Veränderung im Volumen eines jeden der O-Ringe so beschränkt, dass sie nur in der Richtung auftritt, die senkrecht zu den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließbewegung verläuft. Demgemäß kann die Veränderung im Druckverlust und die Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit aufgrund der Volumensausdehnung eines jeden der O-Ringe unterdrückt werden.
In der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist jedes aus dem Ventilkörper 331 des Hauptreglerventils 330 und dem Ventilkörper 341 des Vorreglerventils 340 aus dem elastischen Körper gebildet, der als der O-Ring ausgebildet ist. Alternativ kann jedes aus dem Ventilsitz 332 des Hauptreglerventils 330 und dem Ventilsitz 342 des Vorreglerventils 340 aus dem elastischen Körper gebildet sein, der als der O-Ring ausgebildet ist. In derartigen Fällen ist jedes aus dem elastischen Körper, der als der Ventilsitz 332 dient, und dem elastischen Körper, der als der Ventilsitz 342 dient, in einem Zustand angeordnet, in dem der elastische Körper durch einen Umfangsrillenaufbau oder dergleichen so gesteuert wird, dass der elastische Körper an einem Verformen in Bezug auf die Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließbewegung gehindert wird. Als eine andere Alternative kann ein anderer elastischer Körper als der O-Ring eingesetzt werden.
Die Ergebnisse von Versuchen, die zur Bewertung der Druckregelungswirkungen der zweiten Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung (d.h. des Druckreglers 300, der den in 5 veranschaulichten Aufbau aufweist) angestellt wurden, und die Ergebnisse von Versuchen, die zur Bewertung der Druckregelungswirkungen von Druckreglern von Vergleichsbeispielen (d.h., des in 14 veranschaulichten Einzelventil-Druckreglers in den Vergleichsbeispielen bei den nachstehend beschriebenen Messbeispielen 3 und 4 und eines Druckreglers, der zwei in Serie verbundene Einzelventil-Druckregler umfasst, in einem anderen Vergleichsbeispiel beim nachstehend beschriebenen Messbeispiel 5) angestellt wurden, werden nachstehend unter Bezugnahme auf 6, 7, 8 und 9 beschrieben werden. 6 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 5 gezeigten Druckregler 300 in Fällen erhalten wurden, in denen ein ungeregelter Druck eines Hochdruckgases, das dem in 5 gezeigten Druckregler 300 zugeführt wurde, verändert wurde, und die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit dem Einzelventil-Druckregler 500 des Vergleichsbeispiels in Fällen erhalten wurden, in denen der ungeregelte Druck des Hochdruckgases, das dem Druckregler 500 des Vergleichsbeispiels zugeführt wurde, verändert wurde. 7 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit in Bezug auf den Zeitverlauf zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 5 gezeigten Druckregler 300 in Fällen erhalten wurden, in denen ein Dimethylethergas als das Hochdruckgas verwendet wurde, das dem in 5 gezeigten Druckregler 300 zugeführt wurde, und die Ergebnisse der Messung einer Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit in Bezug auf den Zeitverlauf zeigt, welche Ergebnisse mit dem Druckregler 500 des Vergleichsbeispiels in Fällen erhalten wurden, in denen das Dimethylethergas als das Hochdruckgas verwendet wurde, das dem Druckregler 500 des Vergleichsbeispiels zugeführt wurde. 8 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Anlaufzeit zeigt, die zwischen dem Beginn der Einbringung eines Hochdruckgases, das einen ungeregelten Druck aufwies, in den in 5 gezeigten Druckregler 300 und der Stabilwerdung des geregelten Drucks, der durch den in 5 gezeigten Druckreglers 300 erhalten wurde, auftrat, welche Ergebnisse in Fällen erhalten wurden, in denen der ungeregelte Druck verändert wurde. 9 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Anlaufzeit zeigt, die zwischen dem Beginn der Einbringung des Hochdruckgases, das den ungeregelten Druck aufwies, in den Druckregler eines anderen Vergleichsbeispiels und der Stabilwerdung des geregelten Drucks, der mit dem Druckregler des anderen Vergleichsbeispiels erhalten wurde, auftrat, welche Ergebnisse in Fällen erhalten wurden, in denen der ungeregelte Druck verändert wurde.
Messbeispiel 3
In Messbeispiel 3 wurde eine Messung vorgenommen, um in Fällen, in denen ein ungeregelter Druck eines Hochdruckgases (eines inerten Gases) zu jedem der Druckregler geführt wurde, eine Veränderung im geregelten Druck festzustellen. Die Ergebnisse der Messung, die mit dem Druckregler 300 von 5 im Beispiel nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, sind durch die durchgehende Linie in 6 angegeben. Und die Ergebnisse der Messung, die mit dem Einzelventil-Druckregler 500 von 14 im Vergleichsbeispiel erhalten wurden, sind durch die gestrichelte Linie in 6 angegeben.
Sowohl beim Beispiel nach der vorliegenden Erfindung als auch beim Vergleichsbeispiel wurde der geregelte Druck durch die Einstellung der druckregelnden Schraube 352 des Druckeinstellabschnitts 350 oder der druckregelnden Schraube 509b des Druckeinstellabschnitts 509 so eingestellt, dass der geregelte Druck gleich 50 kPa wurde (was dem Dampfdruck des Dimethylethergases bei einer Temperatur von etwa 23 °C entspricht), wenn der ungeregelte Druck gleich 400 kPa war. Dabei war die Gasfließgeschwindigkeit gleich 80 ml/Minute.
Wie im Diagramm von 6 mit der durchgehenden Linie angegeben waren die Druckregelungseigenschaften in Bezug auf den niedrigen ungeregelten Druck beim Druckregler 300 von 5 nach der vorliegenden Erfindung in Fällen, in denen der ungeregelte Druck über den Bereich von 50 kPa bis 2000 kPa (was dem Bereich der Veränderung im Dampfdruck des Dimethylethergases bei Temperaturen in einem Bereich von etwa 0 °C bis etwa 80 °C entspricht) geändert wurde, mit den Druckregelungseigenschaften des Einzelventil-Druckreglers 500 von 14 im Vergleichsbeispiel identisch. Doch beim Druckregler 300 von 5 nach der vorliegenden Erfindung veränderte sich der geregelte Druck nicht und wurde er bei etwa dem Einstellwert (50 kPa) gehalten, als der ungeregelte Druck hoch wurde, und der vorherbestimmte geregelte Druck wurde gehalten.
Wie jedoch im Diagramm von 6 durch die gestrichelte Linie angegeben war der geregelte Druck beim Einzelventil-Druckregler 500 von 14 im Vergleichsbeispiel in Fällen, in denen der ungeregelte Druck in den Bereich von weniger als 400 kPa fiel, höher als der Einstellwert (50 kPa). Und in Fällen, in denen der ungeregelte Druck in den Bereich von mehr als 400 kPa fiel, veränderte sich der geregelte Druck so, dass der geregelte Druck niedriger als der Einstellwert (50 kPa) wurde, und dass der geregelte Druck insgesamt niedrig wurde, wenn der ungeregelte Druck hoch wurde. Auf diese Weise konnte der geregelte Druck mit dem Einzelventil-Druckregler 500 von 14 im Vergleichsbeispiel nicht beim vorherbestimmten Druck gehalten werden.
Messbeispiel 4
In Messbeispiel 4 wurde eine Messung vorgenommen, um eine Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit in Bezug auf den Zeitverlauf in Fällen festzustellen, in denen ein Dimethylethergas, das ein typisches Gas ist, welches ein elastisches Material (ein Gummimaterial) zum Schwellen veranlasst, als das zu jedem der Druckregler zugeführte Hochdruckgas benutzt wurde. Die Ergebnisse der Messung, die mit dem Druckregler 300 von 5 im Beispiel nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, sind durch die durchgehende Linie in 7 angegeben. Und die Ergebnisse der Messung, die mit dem Einzelventil-Druckregler 500 von 14 im Vergleichsbeispiel erhalten wurden, sind durch die gestrichelte Linie in 7 angegeben. Die anfängliche Fließgeschwindigkeit des Dimethylethergases war gleich 80 ml/Minute. Der Versuch wurde bei einer Temperatur vorgenommen, bei der der Dampfdruck gleich 400 kPa war.
Wie im Diagramm von 7 durch die durchgehende Linie angegeben veränderte sich die Fließgeschwindigkeit des abgelassenen Gases beim Druckregler 300 von 5 nach der vorliegenden Erfindung in Fällen, in denen ein Zeitraum von so lange wie 120 Minuten vergangen war, nicht und wurde sie bei der anfänglichen Fließgeschwindigkeit gehalten. Es konnte bestätigt werden, dass beim Druckregler 300 von 5 nach der vorliegenden Erfindung keine nachteiligen Wirkungen auf die Gasfließgeschwindigkeit auftraten, obwohl die O-Ringe dem Schwellen aufgrund des Kontakts mit dem Gas ausgesetzt waren.
Wie jedoch mit der gestrichelten Linie im Diagramm von 7 angegeben begann die Gasfließgeschwindigkeit mit dem Einzelventil-Druckregler 500 von 14 im Vergleichsbeispiel aufgrund einer Veränderung im Ventilraum, die das Anschwellen des aus dem elastischen Körper gebildeten Ventilsitzes 506b begleitete, zu der Zeit, als ein Zeitraum von etwa 15 Minuten nach dem Beginn der Messung verstrichen war, niedrig zu werden. Danach wurde die Gasfließgeschwindigkeit mit dem Zeitverlauf ausgesprochen niedrig. Zu der Zeit, als ein Zeitraum von etwa 60 Minuten nach dem Beginn der Messung verstrichen war, wurde die Gasfließgeschwindigkeit 0 (Null) und konnte das Gas nicht länger abgelassen werden.
Messbeispiel 5
In Messbeispiel 5 wurde an einer vor der Gaseinbringungsöffnung 313 des Druckreglers 300 von 5 oder der Gaseinbringungsöffnung des Druckreglers im anderen Vergleichsbeispiel liegenden Stufe ein Hahn installiert.
Der Hahn wurde rasch von einem geschlossenen Zustand zu einem offenen Zustand betätigt und dadurch die Gaseinbringung begonnen. Dabei wurde eine Messung vorgenommen, um eine Anlaufzeit herauszufinden, die zwischen dem Beginn der Einbringung des Hochdruckgases, das einen ungeregelten Druck aufwies, in den in 5 gezeigten Druckregler 300 oder den Druckregler des anderen Vergleichsbeispiels und der Stabilwerdung des geregelten Drucks, der mit dem Druckregler erhalten wurde, auftrat, wobei der ungeregelte Druck auf verschiedene Werte eingestellt war. Die Ergebnisse der Messung, die mit dem Druckregler 300 von 5 im Beispiel nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, sind in 8 gezeigt. Und die Ergebnisse der Messung, die mit dem Druckregler des anderen Vergleichsbeispiels erhalten wurden, sind in 9 gezeigt. Der Druckregler des anderen Vergleichsbeispiels umfasste eine Kombination aus einem Einzelventil-Druckregler für hohe Drücke und einem Einzelventil-Druckregler für niedrige Drücke, wobei die Druckregler in Serie verbunden waren. Vom Druckregler des anderen Vergleichsbeispiels wurde berichtet, dass er den geregelten Druck in Bezug auf einen weiten ungeregelten Druckbereich genau halten kann.
Wie aus dem Diagramm von 8 klar ist, war die Anlaufzeit beim Druckregler 300 von 5 nach der vorliegenden Erfindung in Fällen, in denen der ungeregelte Druck in den Hochdruckbereich von zumindest 400 kPa viel, so kurz wie 0,4 Sekunden, wurde der geregelte Druck rasch stabil und wurden hohe Ansprecheigenschaften erhalten. Außerdem wurde die Anlaufzeit kürzer und wurde der geregelte Druck schneller stabil, als der ungeregelte Druck hoch wurde. Es wurde somit bestätigt, dass beim Druckregler 300 von 5 nach der vorliegenden Erfindung eine hohe Nachlaufgeschwindigkeit in Bezug auf ausgeprägte Schwankungen im ungeregelten Druck erhalten werden konnte.
Wie jedoch in 9 gezeigt trat beim oben beschriebenen Druckregler des anderen Vergleichsbeispiels ein Zeitraum von mehreren Sekunden auf, bevor der geregelte Druck durch die Tätigkeit eines jeden der beiden Einzelventil-Druckregler stabil wurde. Die Ansprecheigenschaften waren daher schlechter als die Ansprecheigenschaften des Druckreglers 300 von 5 nach der vorliegenden Erfindung. Außerdem neigte die Anlaufzeit dazu, lang zu werden, als der ungeregelte Druck hoch wurde.
Eine dritte Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben werden. 10 ist eine Schnittansicht, die eine dritte Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter Bezugnahme auf 10 wird ein Druckregler 400, der die dritte Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung darstellt, zur Stabilisierung der Brennstoffversorgung zu Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) und Festpolymer-Brennstoffzellen (PEFCs) verwendet. Außerdem wird ein Dimethylethergas als das zum Druckregler 400 zuzuführende Hochdruckgas benutzt. Der Druckregler 400 umfasst ein Regulatorsystem einer ersten Stufe 420, das mit einem ersten Reglerventil 421 zum Verringern eines ungeregelten Drucks auf einen Zwischendruck versehen ist. Der Druckregler 400 umfasst außerdem ein Regulatorsystem einer zweiten Stufe 430, das mit einem zweiten Reglerventil 431 zum Verringern des Zwischendrucks auf einen geregelten Druck versehen ist.
Außerdem sind das Regulatorsystem der ersten Stufe 420 und das Regulatorsystem der zweiten Stufe 430 so angeordnet, dass die Richtung der Verschiebung einer ersten Membran 422 zum Betätigen des ersten Reglerventils 421 des Regulatorsystems der ersten Stufe 420 (d.h., die Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließtätigkeit des ersten Reglerventils 421) und die Richtung der Verschiebung einer zweiten Membran 431 zum Betätigen des zweiten Reglerventils 431 des Regulatorsystem der zweiten Stufe 430 (d.h., die Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließtätigkeit des zweiten Reglerventils 431) einander schneiden.
Im Besonderen umfasst das Regulatorsystem der ersten Stufe 420 die erste Membran 422, die einen Teil eines Bereichs im Inneren eines Gehäuses 410 in eine erste druckregelnde Kammer 424 und eine erste atmosphärische Kammer 425 abtrennt. Das Regulatorsystem der ersten Stufe 420 umfasst außerdem eine Gaseinbringungsöffnung 411, durch die das Hochdruckgas, das den ungeregelten Druck aufweist, in das Regulatorsystem der ersten Stufe 420 eingebracht wird. Das Regulatorsystem der ersten Stufe 420 umfasst ferner das erste Reglerventil 421, das tätig ist, indem es mit der ersten Membran 422 in Eingriff gebracht ist. Das erste Reglerventil 421 führt Tätigkeiten zum Öffnen und Schließen eines Gasstromwegs 426 durch, durch den die Gaseinbringungsöffnung 411 und die erste druckregelnde Kammer 424 miteinander in Verbindung stehen. Das erste Reglerventil 421 führt somit eine Druckverringerung und -regelung der ersten Stufe zum Verringern des ungeregelten Drucks des Hochdruckgases im Inneren der Gaseinbringungsöffnung 411 auf den Zwischendruck durch. Das Regulatorsystem der ersten Stufe 420 umfasst ferner einen ersten Stößel 423, durch den die erste Membran 422 und das erste Reglerventil 421 verbunden und miteinander in Eingriff gebracht sind. Das Regulatorsystem der ersten Stufe 420 umfasst außerdem einen ersten Druckeinstellabschnitt 427 zum Einstellen des Ausmaßes der Verschiebung der ersten Membran 422.
Die erste druckregelnde Kammer kann eine Druckschwingung des Gases, das durch das erste Reglerventil 421 verlaufen ist, entspannen. Die erste Membran 422 erhält den Zwischendruck im Inneren der ersten druckregelnden Kammer 424 und wird dadurch verschoben. Die erste Membran 422 betätigt das erste Reglerventil 421 über den ersten Stößel 423.
Das Regulatorsystem der zweiten Stufe 430 umfasst die zweite Membran 432, die einen Teil eines Bereichs im Inneren eines Gehäuses 410 in eine zweite druckregelnde Kammer 434 und eine zweite atmosphärische Kammer 435 abtrennt. Das Regulatorsystem der zweiten Stufe 430 umfasst außerdem das erste Reglerventil 431, das tätig ist, indem es mit der zweiten Membran 432 in Eingriff gebracht ist. Das zweite Reglerventil 431 führt Tätigkeiten zum Öffnen und Schließen einer Öffnung eines Gasstromwegs 436 durch, durch den die erste druckregelnde Kammer 424 und die zweite druckregelnde Kammer 434 miteinander in Verbindung stehen. Das zweite Reglerventil 431 führt somit eine Druckverringerung und -regelung der zweiten Stufe zum Verringern des Zwischendrucks im Inneren der ersten druckregelnden Kammer 424 auf den geregelten Druck durch. Das Regulatorsystem der zweiten Stufe 430 umfasst ferner einen zweiten Stößel 433, durch den die zweite Membran 432 und das zweite Reglerventil 431 verbunden und miteinander in Eingriff gebracht sind. Das Regulatorsystem der zweiten Stufe 430 umfasst ferner noch einen zweiten Druckeinstellabschnitt 437 zum Einstellen des Ausmaßes der Verschiebung der zweiten Membran 432. Das Regulatorsystem der zweiten Stufe 430 umfasst außerdem eine Gasablassöffnung 412, durch die das Gas, das im Inneren der zweiten druckregelnden Kammer 434 der Druckregelung unterzogen wurde und den geregelten Druck aufweist, abgelassen wird.
Die zweite druckregelnde Kammer 434 kann eine Druckschwingung des Gases, das durch das zweite Reglerventil 431 verlaufen ist, entspannen. Die zweite Membran 432 erhält den geregelten Druck im Inneren der zweiten druckregelnden Kammer 434 und wird dadurch verschoben. Die zweite Membran 432 betätigt das zweite Reglerventil 431 über den zweiten Stößel 433.
Der erste Stößel 423 und der zweite Stößel 433 sind so angeordnet, dass sich der erste Stößel 423 und der zweite Stößel 433 in Richtungen erstrecken, die einander in rechten Winkeln schneiden. Ein Teil des ersten Stößels 423 ist für eine Gleitbewegung in den ersten Gasstromweg 426 eingesetzt, der sich von der Gaseinbringungsöffnung 411 zur ersten druckregelnden Kammer 424 erstreckt. Ein Ventilkörper 421a des ersten Reglerventils 421, der auf einen Bereich in der Nähe eines Endes des ersten Stößels 423 aufgesetzt ist, ist im Inneren der Gaseinbringungsöffnung 411 angeordnet. Außerdem ist ein Teil des zweiten Stößels 433 für eine Gleitbewegung in den Gasstromweg 436 eingesetzt, der sich von der ersten druckregelnden Kammer 424 zur zweiten druckregelnden Kammer 434 erstreckt. Ein Ventilkörper 431a des zweiten Reglerventils, der auf einen Bereich in der Nähe eines Endes des zweiten Stößels 433 aufgesetzt ist, ist im Inneren der ersten druckregelnden Kammer 424 angeordnet.
Ferner ist jeder aus dem Ventilkörper 421a des ersten Reglerventils 421 und dem Ventilkörper 431a des zweiten Reglerventils 431 aus einem elastischen Körper gebildet, der aus einem Urethan-Gummimaterial ausgebildet ist, wobei der elastische Körper die Form eines O-Rings annimmt. Der Ventilkörper 421a, der aus dem elastischen Körper gebildet ist, wird so in einem Umfangsrillenabschnitt des ersten Stößels 423 gehalten, dass der Ventilkörper 421a keine Schwellverformungen in den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließbewegung erlebt, d.h., dass die Richtung der Schwellverformung des Ventilkörpers 421a von den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließbewegung verschieden wird (in dieser Ausführungsform so, dass die Richtung der Schwellverformung des Ventilkörpers 421a senkrecht zu den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließtätigkeit verläuft). Außerdem wird der Ventilkörper 431a, der aus dem elastischen Körper gebildet ist, so in einem Umfangsrillenabschnitt des zweiten Stößels 433 gehalten, dass der Ventilkörper 431a keine Schwellverformungen in den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließbewegung erlebt, d.h., dass die Richtung der Schwellverformung des Ventilkörpers 431a von den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließbewegung verschieden wird (in dieser Ausführungsform so, dass die Richtung der Schwellverformung des Ventilkörpers 431a senkrecht zu den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließtätigkeit verläuft). Daher kann das Dimethylethergas oder dergleichen, das nachteilige Wirkungen wie etwa Schwellwirkungen auf den elastischen Körper aufweisen wird, als das Hochdruckgas verwendet werden.
Die erste Membran 422 des Regulatorsystems der ersten Stufe 420 weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner als der Außendurchmesser der zweiten Membran 432 des Regulatorsystems der zweiten Stufe 430 ist. Der druckerhaltende Bereich der ersten Membran 422 ist somit kleiner als der druckerhaltende Bereich der zweiten Membran 432 des Regulatorsystems der zweiten Stufe 430 festgelegt.
Der Aufbau des Druckreglers 400 wird nachsehend ausführlicher beschrieben werden. Das oben beschriebene Gehäuse 410 umfasst einen Gehäusehauptkörperabschnitt 410a, einen ersten Abdeckabschnitt 410b des Regulatorsystems der ersten Stufe 420, und einen zweiten Abdeckabschnitt 410c des Regulatorsystems der zweiten Stufe 430.
Ein Unterabschnitt des Gehäusehauptkörperabschnitts 410a, an welchem Unterabschnitt das Regulatorsystem der ersten Stufe 420 angeordnet ist, ist mit einem vertieften Bereich, der als die Gaseinbringungsöffnung 411 dient, und einem vertieften Bereich, der an der Seite ausgebildet ist, die der Gaseinbringungsöffnung 411 gegenüberliegt, und als die erste druckregelnde Kammer 424 dient, versehen. Der Gasstromweg 426, durch den die Gaseinbringungsöffnung 411 und die erste druckregelnde Kammer 424 in Verbindung stehen, ist durch die Mittelbereiche der beiden vertieften Bereiche ausgebildet. Der erste Abdeckabschnitt 410b weist einen hohlen Innenbereich auf, der als die erste atmosphärische Kammer 425 dient. Der erste Abdeckabschnitt 410b ist mit dem Gehäusehauptkörperabschnitt 410a verbunden, wobei die erste Membran 422 zwischen dem ersten Abdeckabschnitt 410b und dem Gehäusehauptkörperabschnitt 410a liegt. Auf diese Weise werden die erste druckregelnde Kammer 424 und die erste atmosphärische Kammer 425 durch die erste Membran 422 voneinander abgetrennt.
Außerdem ist ein Unterabschnitt des Gehäusehauptkörperabschnitts 410a, an welchem Unterabschnitt das Regulatorsystem der zweiten Stufe 430 angeordnet ist, mit einem vertieften Bereich versehen, der als die zweite druckregelnde Kammer 434 dient. Die Gasablassöffnung 412, die nach außen hin offen ist, ist entlang einer Seite des vertieften Bereichs ausgebildet. Ferner ist der Gasstromweg 436, durch den die zweite druckregelnde Kammer 434 und die erste druckregelnde Kammer 424 miteinander in Verbindung stehen, durch den Mittelbereich des unteren Teils, der den vertieften Bereich definiert, ausgebildet. Der zweite Abdeckabschnitt 410c weist einen hohlen Innenbereich auf, der als die zweite atmosphärische Kammer 435 dient. Der zweite Abdeckabschnitt 410c ist mit dem Gehäusehauptkörperabschnitt 410a verbunden, wobei die zweite Membran 432 zwischen dem zweiten Abdeckabschnitt 410c und dem Gehäusehauptkörperabschnitt 410a liegt. Auf diese Weise werden die zweite druckregelnde Kammer 434 und die zweite atmosphärische Kammer 435 durch die zweite Membran 432 voneinander abgetrennt. Die erste druckregelnde Kammer 424 weist ein bestimmtes Maß an Rauminhalt auf und führt eine Entspannung der Druckschwingung des Gases, welches durch das erste Reglerventil 421 verlaufen ist, durch. Auch die zweite druckregelnde Kammer 434 weist ein bestimmtes Maß an Rauminhalt auf und führt eine Entspannung der Druckschwingung des Gases, welches durch das zweite Reglerventil 431 verlaufen ist, durch.
Wie oben beschrieben weisen die erste Membran 422 und die zweite Membran 432 unterschiedliche Außendurchmesser auf. Die erste Membran 422 erhält jedoch den Zwischendruck im Inneren der ersten druckregelnden Kammer 424 und kann somit die elastische Verschiebung in Übereinstimmung mit dem Druckunterschied zwischen der ersten druckregelnden Kammer 424 und der ersten atmosphärischen Kammer 425 erleben. Außerdem erhält die zweite Membran 432 den geregelten Druck im Inneren der zweiten druckregelnden Kammer 434 und kann somit die elastische Verschiebung in Übereinstimmung mit dem Druckunterschied zwischen der zweiten druckregelnden Kammer 434 und der zweiten atmosphärischen Kammer 435 erleben. Der Mittelbereich der ersten Membran 422 ist mit dem ersten Stößel 423, der an der Seite des Gehäusehauptkörperabschnitts 410a angeordnet ist, und einem ersten Träger 428, der an der Seite des ersten Abdeckabschnitts 410b angeordnet ist, verbunden und daran befestigt. Der erste Stößel 423 und der erste Träger 428 können sich in Übereinstimmung mit der Verschiebung der ersten Membran 422 gemeinsam in der Achsenrichtung bewegen. Außerdem ist der Mittelbereich der zweiten Membran 432 mit dem zweiten Stößel 433, der an der Seite des Gehäusehauptkörperabschnitts 410a angeordnet ist, und einem zweiten Träger 438, der an der Seite des zweiten Abdeckabschnitts 410c angeordnet ist, verbunden und daran befestigt. Der zweite Stößel 433 und der zweite Träger 438 können sich in Übereinstimmung mit der Verschiebung der zweiten Membran 432 gemeinsam in der Achsenrichtung bewegen.
Der erste Stößel 423 ist mit einem Schaftabschnitt 423a versehen, der sich am Endbereich des ersten Stößels 423 in einer stabartigen Form erstreckt. Der Schaftabschnitt 423a ist mit einem Umfangsrillenabschnitt versehen, der an einer Position in der Nähe des Endes des Schaftabschnitts 423a ausgebildet ist. Der Ventilkörper 421a des ersten Reglerventils 421, der aus dem O-Ring (d.h., dem elastischen Körper) gebildet ist, ist in den Umfangsrillenabschnitt des Schaftabschnitts 423a eingesetzt. Außerdem ist der zweite Stößel 433 mit einem Schaftabschnitt 433a versehen, der sich am Endbereich des zweiten Stößels 433 in einer stabartigen Form erstreckt. Der Schaftabschnitt 433a ist mit einem Umfangsrillenabschnitt versehen, der an einer Position in der Nähe des Endes des Schaftabschnitts 433a ausgebildet ist. Der Ventilkörper 431a des zweiten Reglerventils 431, der aus dem O-Ring (d.h., dem elastischen Körper) gebildet ist, ist in den Umfangsrillenabschnitt des Schaftabschnitts 433a eingesetzt.
Ein Endabschnitt einer druckregelnden Feder 427a des ersten Druckeinstellabschnitts 427, die im Inneren eines Röhrenabschnitts des ersten Abdeckabschnitts 410b angeordnet ist, trifft auf einen Flanschabschnitt des ersten Trägers 428. Der erste Träger 428 erhält somit die druckeinstellende Belastung. Der andere Endabschnitt der druckregelnden Feder 427a trifft auf eine erste druckregelnde Schraube (einen Einsteller) 427b, der durch Gewinde mit einer Innenwand des Röhrenabschnitts des ersten Abdeckabschnitts 410b in Eingriff steht, so dass die Position der ersten druckregelnden Schraube 427b eingestellt werden kann. Die drängende Kraft der druckregelnden Feder 427a, die auf die erste Membran 422 wirkt, wird in Übereinstimmung mit der Einstellung der Position der ersten druckregelnden Schraube 427b in Bezug auf die Achsenrichtung des Röhrenabschnitts des ersten Abdeckabschnitts 410b eingestellt. Ein Mittelbereich der ersten druckregelnden Schraube 427b weist eine Verbindungsdurchgangsöffnung 427c auf, die in der Achsenrichtung der ersten druckregelnden Schraube 427b durch den Mittelbereich der ersten druckregelnden Schraube 427b verläuft. Die erste atmosphärische Kammer 425 ist durch die Verbindungsdurchgangsöffnung 427c der ersten druckregelnden Schraube 427b zur Umgebungsatmosphäre hin offen.
Außerdem trifft ein Endabschnitt einer druckregelnden Feder 437a des zweiten Druckeinstellabschnitts 437, die im Inneren eines Röhrenabschnitts des zweiten Abdeckabschnitts 410c angeordnet ist, auf einen Flanschabschnitt des zweiten Trägers 438. Der zweite Träger 438 erhält somit die druckeinstellende Belastung. Der andere Endabschnitt der druckregelnden Feder 437a trifft auf eine zweite druckregelnde Schraube (einen Einsteller) 437b, der durch Gewinde mit einer Innenwand des Röhrenabschnitts des zweiten Abdeckabschnitts 410c in Eingriff steht, so dass die Position der zweiten druckregelnden Schraube 437b eingestellt werden kann. Die drängende Kraft der druckregelnden Feder 437a, die auf die zweite Membran 432 wirkt, wird in Übereinstimmung mit der Einstellung der Position der zweiten druckregelnden Schraube 437b in Bezug auf die Achsenrichtung des Röhrenabschnitts des zweiten Abdeckabschnitts 410c eingestellt. Ein Mittelbereich der zweiten druckregelnden Schraube 437b weist eine Verbindungsdurchgangsöffnung 437c auf, die in der Achsenrichtung der zweiten druckregelnden Schraube 437b durch den Mittelbereich der zweiten druckregelnden Schraube 437b verläuft. Die zweite atmosphärische Kammer 435 ist durch die Verbindungsdurchgangsöffnung 437c der zweiten druckregelnden Schraube 437b zur Umgebungsatmosphäre hin offen.
Die Gaseinbringungsöffnung 411 des Gehäusehauptkörperabschnitts 410a ist an ein Anschlussstück (nicht gezeigt) zum Einbringen des Hochdruckgases wie etwa des Dimethylethergases, das von einer Gasflasche oder dergleichen geliefert wird, angeschlossen. Der Gasstromweg 426, durch den die Gaseinbringungsöffnung 411 und die erste druckregelnde Kammer 424 miteinander in Verbindung stehen, wird durch das erste Reglerventil 421 geöffnet und geschlossen. Der Schaftabschnitt 423a des ersten Stößels 423 ist für eine Gleitbewegung in den Gasstromweg 426 eingesetzt. Der Ventilkörper 421a des ersten Reglerventils 421 steht zur Gaseinbringungsöffnung 411 gerichtet. Ein Bereich einer Wand des Gehäusehauptkörperabschnitts 410a, welcher Bereich zur Gaseinbringungsöffnung 411 gerichtet steht und in der Nähe des Gasstromwegs 426 und um diesen herum angeordnet ist, dient als ein Ventilsitz 421b des ersten Reglerventils 421.
In Übereinstimmung mit der Bewegung des ersten Stößels 423 gelangt der Ventilkörper 421a des ersten Reglerventils 421 in einen engen Kontakt mit dem Ventilsitz 421b und schließt den Gasstromweg 426. In Fällen, in denen sich der Ventilkörper 421a des ersten Reglerventils 421 in Übereinstimmung mit der Bewegung des ersten Stößels 423 vom Ventilsitz 421b wegbewegt und den Gasstromweg 426 öffnet, verläuft eine Menge des Gases in Übereinstimmung mit dem Ausmaß der Öffnung des Gasstromwegs 426 durch den Raum zwischen der inneren Umfangsfläche der Wand, die den Gasstromweg 426 definiert, und der äußeren Umfangsfläche des ersten Stößels 423 und strömt von der Gaseinbringungsöffnung 411 in die erste druckregelnde Kammer 424.
Außerdem wird der Gasstromweg 436, der sich durch den Mittelbereich des unteren Teils der zweiten druckregelnden Kammer 434 des Gehäusehauptkörperabschnitts 410a erstreckt, durch das zweite Reglerventil 431 geöffnet und geschlossen. Der Schaftabschnitt 433a des zweiten Stößels 433 ist für eine Gleitbewegung in den Gasstromweg 436 eingesetzt. Der Ventilkörper 431a des zweiten Reglerventils 431 steht zur ersten druckregelnden Kammer 424 gerichtet. Ein Bereich einer Wand des Gehäusehauptkörperabschnitts 410a, welcher Bereich zur ersten druckregelnden Kammer 424 gerichtet steht und in der Nähe des Gasstromwegs 436 und um diesen herum angeordnet ist, dient als ein Ventilsitz 431b des zweiten Reglerventils 431.
In Übereinstimmung mit der Bewegung des zweiten Stößels 433 gelangt der Ventilkörper 431a des zweiten Reglerventils 431 in einen engen Kontakt mit dem Ventilsitz 431b und schließt den Gasstromweg 436. In Fällen, in denen sich der Ventilkörper 431a des zweiten Reglerventils 431 in Übereinstimmung mit der Bewegung des zweiten Stößels 433 vom Ventilsitz 431b wegbewegt und den Gasstromweg 436 öffnet, verläuft eine Menge des Gases in Übereinstimmung mit dem Ausmaß der Öffnung des Gasstromwegs 436 durch den Raum zwischen der inneren Umfangsfläche der Wand, die den Gasstromweg 436 definiert, und der äußeren Umfangsfläche des zweiten Stößels 433 und strömt von der ersten druckregelnden Kammer 424 in die zweite druckregelnde Kammer 434.
Jedes aus dem ersten Stößel 423, dem zweiten Stößel 433, dem ersten Träger 428 und dem zweiten Träger 438 kann aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung wie etwa Aluminium oder Duralumin gebildet sein. Alternativ kann jedes aus dem ersten Stößel 423, dem zweiten Stößel 433, dem ersten Träger 428 und dem zweiten Träger 438 aus einem Polyamid (PA), einem Polyacetal (POM), einem Polybutylenterephthalat (PBT) oder einem Polypropylen (PP) gebildet sein, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt. Als eine andere Alternative kann jedes aus dem ersten Stößel 423, dem zweiten Stößel 433, dem ersten Träger 428 und dem zweiten Träger 438 aus einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol gebildet sein, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist. In Fällen, in denen jedes aus dem ersten Stößel 423, dem zweiten Stößel 433, dem ersten Träger 428 und dem zweiten Träger 438 aus einem der oben aufgezählten Materialien gebildet ist, kann jedes aus dem ersten Stößel 423, dem zweiten Stößel 433, dem ersten Träger 428 und dem zweiten Träger 438 leichtgewichtig gehalten werden und mit der Beständigkeit gegenüber dem Dimethylethergas versehen werden.
Außerdem kann das Gehäuse 410 (d.h., der Gehäusehauptkörperabschnitt 410a, der erste Abdeckabschnitt 410b, und der zweite Abdeckabschnitt 410c) aus einem Harz gebildet sein. Beispiele für die bevorzugten Harze beinhalten jene, die im Vorhergehenden für das Gehäuse 310 in der zweiten Ausführungsform beschrieben wurden.
In Fällen, in denen jedes aus dem ersten Stößel 423, dem zweiten Stößel 433, dem ersten Träger 428 und dem zweiten Träger 438 leichtgewichtig gehalten ist, können die Ansprecheigenschaften des ersten Reglerventils 421 in Bezug auf die Verschiebung der ersten Membran 422 und die Ansprecheigenschaften des zweiten Reglerventils 431 in Bezug auf die Verschiebung der zweiten Membran 432 gesteigert werden und kann das Auftreten des Flatterphänomens verhindert werden. Im Besonderen sind der erste Stößel 423, an dem das erste Reglerventil 421 angebracht ist, und der erste Träger 428 an der ersten Membran 422 befestigt. Außerdem sind der zweite Stößel 433, an dem das zweite Reglerventil 431 angebracht ist, und der zweite Träger 438 an der zweiten Membran 432 befestigt. Wenn daher das Gewicht eines jeden aus dem ersten Stößel 423, dem zweiten Stößel 433, dem ersten Träger 428 und dem zweiten Träger 438 schwer ist, werden die Ansprecheigenschaften des ersten Reglerventils 421 in Bezug auf die Verschiebung der ersten Membran 422 und die Ansprecheigenschaften des zweiten Reglerventils 431 in Bezug auf die Verschiebung der zweiten Membran 432 schlecht werden. Außerdem wird aufgrund einer übermäßigen Trägheitskraft das Ausmaß der Verschiebung einer jeden aus der ersten Membran 422 und der zweiten Membran 432 größer als das Ausmaß der Verschiebung in Übereinstimmung mit dem Druckunterschied werden, und wird dann eine übermäßige Verschiebung einer jeden aus der ersten Membran 422 und der zweiten Membran 432 in der umgekehrten Richtung auftreten. Die übermäßige Verschiebung einer jeden aus der ersten Membran 422 und der zweiten Membran 432 wird somit wiederholt werden und das Auftreten der Schwingung (des Flatterphänomens) veranlasst werden. Daher sollte das Gewicht eines jeden der bildenden Teile so leicht wie möglich gehalten werden. Tatsächlich tritt das Flatterphänomen in Fällen, in denen jedes aus dem ersten Stößel 423, dem zweiten Stößel 433, dem ersten Träger 428 und dem zweiten Träger 438 aus Aluminium, Duralumin oder dem Harz gebildet ist, nicht auf.
Außerdem kann das Gehäuse 410 in Fällen, in denen das Gehäuse 410 aus dem Harz gebildet ist, leichtgewichtig und bei geringen Kosten gehalten werden. Insbesondere kann der Vorgang des Zusammensetzens in Fällen, in denen das Gehäuse 410 aus dem Harz gebildet ist, das dem Ultraschallverkleben unterzogen werden kann, erleichtert werden. Im Besonderen wird das Gewicht des gesamten Gehäuses 410 schwer werden und werden die Kosten des Gehäuses 410 hoch werden, wenn das gesamte Gehäuse 410 aus einem Metall oder einem Druckgussmetall gebildet ist. Außerdem kann der Vorgang des Zusammensetzens nicht einfach gehalten werden, da der Vorgang die Durchführung einer Befestigung mit Schrauben benötigt. In Fällen, in denen das Gehäuse 410 wie oben beschrieben aus dem Harz gebildet ist, kann das Gehäuse 410 leichtgewichtig und bei geringen Kosten gehalten werden. Außerdem kann der Vorgang zum Zusammensetzen leicht durchgeführt werden, da das Gehäuse 410 durch Ultraschallverkleben gebildet werden kann.
Wenn die Elemente wie etwa das Gehäuse 410, der erste Stößel 423, der zweite Stößel 433, der erste Träger 428 und der zweite Träger 438, die in einen direkten Kontakt mit dem Gas gelangen, aus einem Metall gebildet sind, wird in Fällen, in denen das Hochdruckgas in erster Linie das Dimethylethergas oder dergleichen ist, das die hohen auflösenden Eigenschaften aufweist, eine geringe Menge von Metallionen in das Gas herausgelöst werden und die Anwendungen, denen das Gas, das der Druckregelung unterzogen wurde, zugeführt wird, nachteilig beeinflussen. Von diesem Gesichtspunkt her sollte vorzugsweise jedes aus dem Gehäuse 410, dem ersten Stößel 423, dem zweiten Stößel 433, dem ersten Träger 428 und dem zweiten Träger 438 aus dem Harz gebildet sein.
Im Besonderen wird erwartet, dass das Dimethylethergas als der Brennstoff für die Feststoff-Brennstoffzellen (SOFCs) und die Festpolymer-Brennstoffzellen (PEFCs) verwendet werden kann. Sowohl im Fall der Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) als auch der Festpolymer-Brennstoffzellen (PEFCs) ist es ausgesprochen unerwünscht, dass Metallionen im Dimethylethergas, das als der Brennstoff zugeführt wird, vorhanden sind. Daher sollte vorzugsweise der aus dem Harz gebildete oben erwähnte Aufbau eingesetzt werden.
Beim Regulatorsystem der ersten Stufe 420 ist das erste Reglerventil 421 in Übereinstimmung mit der Verschiebung der ersten Membran 422 tätig, um den ungeregelten Druck ungeachtet der Schwankungen im ungeregelten Druck auf den Zwischendruck zu verringern und zu regeln. Außerdem ist beim Regulatorsystem der zweiten Stufe 430 das zweite Reglerventil 431 in Übereinstimmung mit der Verschiebung der zweiten Membran 432 tätig, um den Zwischendruck auf den vorherbestimmten geregelten Druck zu verringern und zu regeln. Der ungeregelte Druck wird dadurch ungeachtet der Schwankung im ungeregelten Druck über den Zwischendruck auf den vorherbestimmten geregelten Druck verringert und geregelt. Nachstehend wird beschrieben werden, wie das Regulatorsystem der ersten Stufe 420 und das Regulatorsystem der zweiten Stufe 430 tätig sind.
Zuerst verläuft das Gas, das von der Gaseinbringungsöffnung 411 herbeigeströmt ist, durch das erste Reglerventil 421 und strömt durch den Gasstromweg 426 in die erste druckregelnde Kammer 424, und der ungeregelte Druck des Gases wird dadurch auf den Zwischendruck verringert. Das den Zwischendruck aufweisende Gas im Inneren der ersten druckregelnden Kammer 424 verläuft durch das zweite Reglerventil 431 und strömt durch den Gasstromweg 436 in die zweite druckregelnde Kammer 434, und der Zwischendruck wird dadurch auf den geregelten Druck verringert. Das Gas, das den geregelten Druck aufweist, wird durch die Gasablassöffnung 412 abgelassen.
Die erste Membran 422 wird durch den ersten Stößel 423 und den ersten Träger 428 gehalten. Die erste Membran 422 wird an der Position gehalten, an der die Kraft aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem Zwischendruck und dem atmosphärischen Druck und die drängende Kraft der druckregelnden Feder 427a miteinander ausgeglichen sind. Außerdem wird die zweite Membran 432 durch den zweiten Stößel 433 und den zweiten Träger 438 gehalten. Die zweite Membran 432 wird an der Position gehalten, an der die Kraft aufgrund des Druckunterschieds zwischen dem geregelten Druck und dem atmosphärischen Druck und die drängende Kraft der druckregelnden Feder 437a miteinander ausgeglichen sind. In Fällen, in denen sich der Zwischendruck oder der geregelte Druck in Übereinstimmung mit der Veränderung im ungeregelten Druck, einer Veränderung in der Menge des aus der Gasablassöffnung 412 abgelassen Gases und dergleichen verändert, verändert sich das Ausmaß der Verschiebung der ersten Membran 422 oder das Ausmaß der Verschiebung der zweiten Membran 432 in Übereinstimmung mit der Veränderung im Zwischendruck oder im geregelten Druck. Der erste Stößel 423 und der zweite Stößel 433 bewegen sich in Übereinstimmung mit der Veränderung im Ausmaß der Verschiebung. Außerdem führen das erste Reglerventil 421 und das zweite Reglerventil 431 die Tätigkeiten des Öffnens und des Schließens des Ventils in Übereinstimmung mit den Bewegungen des ersten Stößels 423 und des zweiten Stößels 433 durch und halten den Zwischendruck und den geregelten Druck bei den vorherbestimmten Werten. Die drängende Kraft der druckregelnden Feder 427a kann durch die Einstellung der Position der ersten druckregelnden Schraube 427b des ersten Druckeinstellabschnitts 427 verändert werden, und der Zwischendruck kann somit auf einen willkürlichen Druck eingestellt werden. Außerdem kann die drängende Kraft der druckregelnden Feder 437a durch die Einstellung der Position der zweiten druckregelnden Schraube 437b des zweiten Druckeinstellabschnitts 437 verändert werden, und kann der geregelte Druck somit auf einen willkürlichen Druck eingestellt werden.
Außerdem ist jedes aus dem Ventilkörper 421a des ersten Reglerventils 421 und dem Ventilkörper 431a des zweiten Reglerventils 431 aus dem elastischen Körper gebildet, der als der O-Ring ausgebildet ist. Daher wird in Fällen, in denen das Gas, das die hohen auflösenden Eigenschaften aufweist, wie etwa das Dimethylethergas, in den Druckregler 400 eingebracht wird und jeder der O-Ringe mit dem Gas, das die hohen auflösenden Eigenschaften aufweist, in Kontakt gebracht wird und eine Schwellung und eine Volumensausdehnung erlebt, die Veränderung im Volumen eines jeden der O-Ringe so beschränkt, dass sie nur in der Richtung auftritt, die senkrecht zu den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließbewegung verläuft.
Demgemäß kann die Veränderung in der Druckregelung und die Veränderung in der Gasfließgeschwindigkeit aufgrund der Volumensausdehnung eines jeden der O-Ringe unterdrückt werden.
Da das Regulatorsystem der ersten Stufe 420 und das Regulatorsystem der zweiten Stufe 430 ferner in den Ausrichtungen angeordnet sind, die einander in rechten Winkeln schneiden, können die Gasstromwege einfach und kleinformatig gehalten werden. Die erste Membran 422, die einen kleinen Außendurchmesser aufweist, ermöglicht, dass die Größe des gesamten Druckreglers 400 noch weiter verringert werden kann. Darüber hinaus kann die Genauigkeit, mit der die Druckregelung auf den geregelten Druck letztendlich vorgenommen wird, durch die Tätigkeit der zweiten Membran 432 erhalten werden. Im Besonderen wird die Druckverringerung vom ungeregelten Druck auf den geregelten Druck durch das erste Reglerventil 421 und das zweite Reglerventil 431 in zwei Stufen durchgeführt. Daher kann das Ausmaß der Druckverringerung, die an jedem der beiden Reglerventile 421 und 431 auftritt, kleiner als das Ausmaß der Druckverringerung gehalten werden, die in Fällen auftritt, in denen die Druckverringerung mit nur einem Reglerventil durchgeführt wird. Demgemäß kann verhindert werden, dass dahingehend Probleme auftreten, dass der Ventilraum zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz aufgrund des hohen Grads der benötigten Druckverringerung ausgesprochen klein festgesetzt ist. Als Ergebnis kann eine zuverlässige Leistung erhalten werden.
In der oben beschriebenen dritten Ausführungsform ist jedes aus dem Ventilkörper 421a des ersten Reglerventils 421 und dem Ventilkörper 431a des zweiten Reglerventils 431 aus dem elastischen Körper gebildet, der als der O-Ring ausgebildet ist. Alternativ kann jedes aus dem Ventilsitz 421b des ersten Reglerventils 421 und dem Ventilsitz 431b des zweiten Reglerventils 431 aus dem elastischen Körper gebildet sein, der als der O-Ring ausgebildet ist. In derartigen Fällen ist jedes aus dem elastischen Körper, der als der Ventilsitz 421b dient, und dem elastischen Körper, der als der Ventilsitz 431b dient, in einem Zustand angeordnet, in dem der elastische Körper durch einen Umfangsrillenaufbau oder dergleichen so gesteuert wird, dass der elastische Körper an einem Verformen in Bezug auf die Richtungen der Ventilöffnungs- und Ventilschließbewegung gehindert wird. Als eine andere Alternative kann ein anderer elastischer Körper als der O-Ring eingesetzt werden.
Die Ergebnisse von Versuchen, die zur Bewertung der Druckregelungswirkungen der dritten Ausführungsform des Druckreglers nach der vorliegenden Erfindung (d.h. des Druckreglers 400, der den in 10 veranschaulichten Aufbau aufweist) angestellt wurden, werden nachstehend unter Bezugnahme auf 11, 12 und 13 beschrieben werden. 11 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 10 gezeigten Druckregler in Fällen erhalten wurden, in denen ein ungeregelter Druck eines Hochdruckgases, das dem in 10 gezeigten Druckregler zugeführt wurde, verändert wurde. 12 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung in der Auslassfließgeschwindigkeit zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 10 gezeigten Druckregler in Fällen erhalten wurden, in denen ein ungeregelter Druck eines Hochdruckgases, das dem in 10 gezeigten Druckregler zugeführt wurde, verändert wurde. 13 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Messung einer Veränderung im geregelten Druck zeigt, welche Ergebnisse mit dem in 10 gezeigten Druckregler in Fällen erhalten wurden, in denen eine Auslassfließgeschwindigkeit im in 10 gezeigten Druckregler verändert wurde.
Als grundlegende Einstellung wurde der Druckregler 400 so eingestellt, dass der Zwischendruck in Fällen, in denen der ungeregelte Druck gleich 400 kPa war, gleich 110 kPa wurde, der geregelte Druck gleich 50 kPa wurde, und die Fließgeschwindigkeit gleich 80 ml/Minute wurde. In den Versuchen wurde ein N₂-Gas (das eines von inerten Gasen ist) verwendet.
Messbeispiel 6
In Messbeispiel 6 wurde eine Messung vorgenommen, um in Fällen, in denen ein ungeregelter Druck über den Bereich von 200 kPa bis 2000 kPa verändert wurde, eine Veränderung im geregelten Druck festzustellen. Die Ergebnisse der Messung, die mit dem Druckregler 400 von 10 im Beispiel nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, sind im Diagramm von 11 gezeigt. Wie aus 11 klar ist, veränderte sich der geregelte Druck in Bezug auf die Veränderung im ungeregelten Druck nicht und konnte der geregelte Druck, der dem Einstelldruck von 50 kPa gleich war, zuverlässig erhalten werden.
Der oben erwähnte Bereich der Veränderung im ungeregelten Druck entspricht dem Bereich der Veränderung im Dampfdruck des Dimethylethergases bei Temperaturen in einem Bereich von etwa 0 °C bis etwa 80 °C.
Messbeispiel 7
In Messbeispiel 7 wurde eine Messung vorgenommen, um in Fällen, in denen ein ungeregelter Druck über den Bereich von 200 kPa bis 2000 kPa verändert wurde, eine Veränderung in der Auslassfließgeschwindigkeit festzustellen. Die Ergebnisse der Messung, die mit dem Druckregler 400 von 10 im Beispiel nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, sind im Diagramm von 12 gezeigt. Wie aus 12 klar ist, veränderte sich die Auslassfließgeschwindigkeit in Bezug auf die Veränderung im ungeregelten Druck nicht und konnte die Gasablassgeschwindigkeit, die der Einstellfließgeschwindigkeit von 80 ml/Minute gleich war, zuverlässig erhalten werden.
Messbeispiel 8
In Messbeispiel 8 wurde eine Messung vorgenommen, um in Fällen, in denen ein ungeregelter Druck auf 400 kPa eingestellt wurde (was dem Dampfdruck des Dimethylethergases bei einer Temperatur von etwa 23 °C entspricht) und die Auslassfließgeschwindigkeit (d.h., die Gasablassgeschwindigkeit) über den Bereich von 10 ml/Minute bis zu 100 ml/Minute verändert wurde, eine Veränderung im geregelten Druck festzustellen. Die Ergebnisse der Messung, die mit dem Druckregler 400 von 10 im Beispiel nach der vorliegenden Erfindung erhalten wurden, sind im Diagramm von 13 gezeigt. Wie aus 13 klar ist, veränderte sich der geregelte Druck in Bezug auf die Veränderung in der Auslassfließgeschwindigkeit nicht und konnte der geregelte Druck, der dem Einstelldruck von 50 kPa gleich war, zuverlässig erhalten werden.

Claims

Druckregler, umfassend i) eine Gaseinbringungsöffnung, durch die ein Hochdruckgas, das einen ungeregelten Druck aufweist, in den Druckregler eingebracht wird, ii) ein Hauptreglerventil, das den ungeregelten Druck des Hochdruckgases auf einen geregelten Druck verringert, wobei am Hauptreglerventil ein Druckverlust auftritt, iii) eine druckregelnde Kammer zum Entspannen der Druckschwingung des Gases, das durch das Hauptreglerventil verlaufen ist, iv) eine Membran, die die druckregelnde Kammer und eine atmosphärische Kammer voneinander abtrennt, und die den geregelten Druck im Inneren der druckregelnden Kammer erhält und dadurch verschoben wird, v) einen Stößel, der die Membran und das Hauptreglerventil miteinander in Eingriff bringt, vi) einen Druckeinstellabschnitt zum Einstellen eines Ausmaßes der Verschiebung der Membran, vii) eine Gasablassöffnung, durch die das Gas, das den geregelten Druck aufweist, aus dem Druckregler abgelassen wird, viii) ein Hilfsreglerventil, das tätig ist, indem es durch den Stößel mit dem Hauptreglerventil in Eingriff gebracht ist, und das den ungeregelten Druck des Hochdruckgases auf den geregelten Druck verringert, wobei am Hilfsreglerventil ein Druckverlust auftritt, wobei das Hilfsreglerventil so angeordnet ist, dass die Kraft, die den am Hilfsreglerventil auftretenden Druckverlust begleitet und die das Hilfsreglerventil erhält, jene Kraft aufhebt, die den am Hauptreglerventil auftretenden Druckverlust begleitet und auf den Stößel wirkt, und ix) ein Einstellmittel, das fähig ist, einen Wert des am Hilfsreglerventil auftretenden Druckverlusts einzustellen, wobei das Einstellmittel so eingestellt wird, dass der Wert des Druckverlusts, den das Hauptreglerventil erhält, und der Wert des Druckverlusts, den das Hilfsreglerventil erhält, einander gleich werden.
Druckregler nach Anspruch 1, wobei ein Ventilkörper des Hauptreglerventils und ein Ventilkörper des Hilfsreglerventils am Stößel angeordnet sind, einer der beiden Ventilkörper an der Seite des ungeregelten Drucks angeordnet ist, und der andere Ventilkörper an der Seite des geregelten Drucks angeordnet ist.
Druckregler nach Anspruch 1, wobei das Einstellmittel fähig ist, den Wert des am Hilfsreglerventil auftretenden Druckverlusts mit einer Tätigkeit zum Verändern einer Position eines Ventilsitzes des Hilfsreglerventils in Bezug auf eine Bewegung des Stößels einzustellen.
Druckregler nach Anspruch 1, wobei das Einstellmittel aus einem Doppelventil-Einsteller gebildet ist, der mit Folgendem versehen ist: einem Öffnungsbereich, der für eine Gleitbewegung auf einen Teil des Stößels aufgesetzt ist, wobei der Teil zwischen dem Ventilkörper des Hauptreglerventils und dem Ventilkörper des Hilfsreglerventils gelegen ist, und einem Ventilsitz des Hilfsreglerventils.
Druckregler nach Anspruch 4, wobei die Gasablassöffnung durch den Doppelventil-Einsteller hindurch ausgebildet ist.
Druckregler nach Anspruch 1, wobei der Druckregler ferner eine Ventilschließfeder umfasst, die den Stößel in eine Schließrichtung des Hauptreglerventils drängt.
Druckregler nach Anspruch 1, wobei das den geregelten Druck aufweisende Gas im Inneren der druckregelnden Kammer durch einen sekundären Gasstromweg verläuft, der sich durch einen Mittelbereich des Stößels erstreckt und somit mit der Gasablassöffnung in Verbindung steht.
Druckregler nach Anspruch 1, wobei eine der Komponenten: Ventilkörper und Ventilsitz des Hauptreglerventils einen elastischen Körper umfasst, eine der Komponenten: Ventilkörper und Ventilsitz des Hilfsreglerventils einen elastischen Körper umfasst, und sowohl der elastische Körper des Hauptreglerventils als auch der elastische Körper des Hilfsreglerventils in einem Zustand angeordnet ist, in welchem der elastische Körper derart gesteuert wird, dass der elastische Körper an einem Verformen in Bezug auf Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließbewegung gehindert wird.
Druckregler nach Anspruch 8, wobei sowohl der elastische Körper des Hauptreglerventils als auch der elastische Körper des Hilfsreglerventils aus einem O-Ring gebildet ist.
Druckregler nach Anspruch 8, wobei das Hochdruckgas ein Dimethylethergas ist.
Druckregler nach Anspruch 10, wobei der Druckregler zur Stabilisierung der Brennstoffversorgung zu Festoxid-Brennstoffzellen und Festpolymer-Brennstoffzellen verwendet wird.
Druckregler, umfassend i) eine Gaseinbringungsöffnung, durch die ein Hochdruckgas, das einen ungeregelten Druck aufweist, in den Druckregler eingebracht wird, ii) ein Hauptreglerventil, das die Gasdruckverringerung auf einen geregelten Druck durchführt, wobei am Hauptreglerventil ein Druckverlust auftritt, iii) eine druckregelnde Kammer zum Entspannen der Druckschwingung des Gases, das durch das Hauptreglerventil verlaufen ist, iv) eine Membran, die die druckregelnde Kammer und eine atmosphärische Kammer voneinander abtrennt, und die den geregelten Druck im Inneren der druckregelnden Kammer erhält und dadurch verschoben wird, v) einen Stößel, der die Membran und das Hauptreglerventil miteinander in Eingriff bringt, vi) einen Druckeinstellabschnitt zum Einstellen eines Ausmaßes der Verschiebung der Membran, vii) eine Gasablassöffnung, durch die das Gas, das den geregelten Druck aufweist, aus dem Druckregler abgelassen wird, und viii) ein Vorreglerventil, das tätig ist, indem es durch den Stößel mit dem Hauptreglerventil in Eingriff gebracht ist, und das den ungeregelten Druck des Hochdruckgases von der Gaseinbringungsöffnung an einer vor dem Hauptreglerventil liegenden Stufe verringert, wobei am Vorreglerventil ein Druckverlust auftritt, wobei dem Gas, das einen Druck aufweist, der somit durch das Vorreglerventil verringert wurde, gestattet wird, zum Hauptreglerventil zu strömen.
Druckregler nach Anspruch 12, wobei ein Ventilkörper des Hauptreglerventils und ein Ventilkörper des Vorreglerventils am Stößel angeordnet sind, und der Ventilkörper des Vorreglerventils an der Seite der Gaseinbringungsöffnung angeordnet ist.
Druckregler nach Anspruch 12, wobei der Druckregler ferner ein Einstellmittel umfasst, das fähig ist, einen Wert des am Vorreglerventil auftretenden Druckverlusts einzustellen.
Druckregler nach Anspruch 14, wobei das Einstellmittel fähig ist, den Wert des am Vorreglerventil auftretenden Druckverlusts mit einer Tätigkeit zum Verändern einer Position eines Ventilsitzes des Vorreglerventils in Bezug auf eine Bewegung des Stößels einzustellen.
Druckregler nach Anspruch 14, wobei das Einstellmittel aus einem Einsteller gebildet ist, der mit Folgendem versehen ist: einem Öffnungsbereich, der für eine Gleitbewegung auf einen Teil des Stößels aufgesetzt ist, wobei der Teil zwischen dem Ventilkörper des Hauptreglerventils und dem Ventilkörper des Vorreglerventils gelegen ist, und einem Ventilsitz des Vorreglerventils.
Druckregler nach Anspruch 16, wobei die Gaseinbringungsöffnung durch den Einsteller hindurch ausgebildet ist.
Druckregler nach Anspruch 12, wobei eine der Komponenten: Ventilkörper und Ventilsitz des Hauptreglerventils einen elastischen Körper umfasst, eine der Komponenten: Ventilkörper und Ventilsitz des Vorreglerventils einen elastischen Körper umfasst, und sowohl der elastische Körper des Hauptreglerventils als auch der elastische Körper des Vorreglerventils in einem Zustand angeordnet ist, in dem der elastische Körper so gesteuert wird, dass eine Richtung einer Schwellverformung des elastischen Körpers von den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließtätigkeit verschieden wird.
Druckregler nach Anspruch 18, wobei sowohl der elastische Körper des Hauptreglerventils als auch der elastische Körper des Vorreglerventils aus einem O-Ring gebildet ist.
Druckregler nach Anspruch 12, wobei sowohl der Stößel, der das Hauptreglerventil und das Vorreglerventil mit der Membran verbindet, als auch ein Träger, der eine auf die Membran wirkende Druckeinstellbelastung erhält, aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung wie etwa Aluminium oder Duralumin; einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt; und einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, besteht, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist.
Druckregler nach Anspruch 20, wobei das Epoxidharz als Hauptbestandteile ein Polyphenol und Epoharnstoff enthält.
Druckregler nach Anspruch 12, wobei ein Gehäuse, in dem die Membran angeordnet ist, aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt; und einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, besteht, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist.
Druckregler nach Anspruch 22, wobei das Epoxidharz als Hauptbestandteile ein Polyphenol und Epoharnstoff enthält.
Druckregler nach Anspruch 22, wobei das Gehäuse, in dem die Membran angeordnet ist, aus dem Polyamid, dem Polyacetal, dem Polybutylenterephthalat oder dem Polypropylen, wobei es sich um das kristalline Harz handelt, besteht, und das Gehäuse durch Ultraschallschmelzverkleben gebildet ist.
Druckregler nach Anspruch 18, wobei das Hochdruckgas ein Dimethylethergas ist.
Druckregler nach Anspruch 25, wobei der Druckregler zur Stabilisierung der Brennstoffversorgung zu Festoxid-Brennstoffzellen und Festpolymer-Brennstoffzellen verwendet wird.
Druckregler, umfassend i) ein Regulatorsystem einer ersten Stufe, das mit einem ersten Reglerventil zum Verringern eines ungeregelten Drucks eines eingebrachten Gases auf einen Zwischendruck versehen ist, und ii) ein Regulatorsystem einer zweiten Stufe, das mit einem zweiten Reglerventil zum Regeln des Zwischendrucks auf einen geregelten Druck versehen ist, wobei das Regulatorsystem der ersten Stufe und das Regulatorsystem der zweiten Stufe so angeordnet sind, dass eine Richtung der Verschiebung einer ersten Membran des Regulatorsystems der ersten Stufe, welche erste Membran das erste Reglerventil des Regulatorsystems der ersten Stufe betätigt, und die Richtung der Verschiebung einer zweiten Membran des Regulatorsystems der zweiten Stufe, welche zweite Membran das zweite Reglerventil des Regulatorsystems der zweiten Stufe betätigt, einander schneiden.
Druckregler nach Anspruch 27, wobei das Regulatorsystem der ersten Stufe Folgendes umfasst: a) eine Gaseinbringungsöffnung, durch die ein Hochdruckgas, das den ungeregelten Druck aufweist, in den Druckregler eingebracht wird, b) das erste Reglerventil, das den ungeregelten Druck des Hochdruckgases im Inneren der Gaseinbringungsöffnung auf den Zwischendruck verringert, c) eine erste druckregelnde Kammer zum Entspannen der Druckschwingung des Gases, das durch das erste Reglerventil verlaufen ist, d) die erste Membran, die die erste druckregelnde Kammer und eine atmosphärische Kammer voneinander abtrennt, und die den Zwischendruck im Inneren der ersten druckregelnden Kammer erhält und dadurch verschoben wird, e) einen ersten Stößel, dessen eines Ende an der ersten Membran befestigt ist, wobei ein Ventilkörper des ersten Reglerventils an einem Bereich des ersten Stößels angebracht ist, welcher Bereich in der Nähe des anderen Endes des ersten Stößels gelegen ist, und f) einen ersten Druckeinstellabschnitt zum Einstellen eines Ausmaßes der Verschiebung der ersten Membran, und das Regulatorsystem der zweiten Stufe Folgendes umfasst a) das zweite Reglerventil, um den Zwischendruck des Gases, das von der ersten druckregelnden Kammer her eingebracht wurde, auf den geregelten Druck zu verringern, b) eine zweite druckregelnde Kammer zum Entspannen der Druckschwingung des Gases, das durch das zweite Reglerventil verlaufen ist, c) die zweite Membran, die die zweite druckregelnde Kammer und eine atmosphärische Kammer voneinander abtrennt, und die den geregelten Druck im Inneren der zweiten druckregelnden Kammer erhält und dadurch verschoben wird, d) einen zweiten Stößel, dessen eines Ende an der zweiten Membran befestigt ist, wobei ein Ventilkörper des zweiten Reglerventils an einem Bereich des zweiten Stößels angebracht ist, welcher Bereich in der Nähe des anderen Endes des zweiten Stößels gelegen ist, e) einen zweiten Druckeinstellabschnitt zum Einstellen des Ausmaßes der Verschiebung der zweiten Membran, und f) eine Gasablassöffnung, durch die das Gas, das den geregelten Druck aufweist, aus dem Druckregler abgelassen wird, wobei der erste Stößel und der zweite Stößel so angeordnet sind, dass sich der erste Stößel und der zweite Stößel in Richtungen erstrecken, die einander in rechten Winkeln schneiden, ein Teil des zweiten Stößels für eine Gleitbewegung in einen Gasstromweg eingesetzt ist, der sich von der ersten druckregelnden Kammer zur zweiten druckregelnden Kammer erstreckt, das zweite Reglerventil im Inneren der ersten druckregelnden Kammer angeordnet ist.
Druckregler nach Anspruch 27, wobei ein druckerhaltender Bereich der ersten Membran des Regulatorsystems der ersten Stufe kleiner als der druckerhaltende Bereich der zweiten Membran des Regulatorsystems der zweiten Stufe ist.
Druckregler nach Anspruch 27, wobei eine der Komponenten: Ventilkörper und Ventilsitz des ersten Reglerventils einen elastischen Körper umfasst, eine der Komponenten: Ventilkörper und Ventilsitz des zweiten Reglerventils einen elastischen Körper umfasst, und sowohl der elastische Körper des ersten Reglerventils als auch der elastische Körper des zweiten Reglerventils in einem Zustand angeordnet ist, in dem der elastische Körper so gesteuert wird, dass eine Richtung der Schwellverformung des elastischen Körpers von den Richtungen der Ventilöffnungs- und der Ventilschließtätigkeit verschieden wird.
Druckregler nach Anspruch 30, wobei sowohl der elastische Körper des ersten Reglerventils als auch der elastische Körper des zweiten Reglerventils aus einem Urethan-Gummimaterial hergestellt ist.
Druckregler nach Anspruch 30, wobei sowohl der elastische Körper des ersten Reglerventils als auch der elastische Körper des zweiten Reglerventils aus einem O-Ring gebildet ist.
Druckregler nach Anspruch 27, wobei sowohl ein erster Stößel, der im Regulatorsystem der ersten Stufe das erste Reglerventil mit der ersten Membran verbindet, ein zweiter Stößel, der im Regulatorsystem der zweiten Stufe das zweite Reglerventil mit der zweiten Membran verbindet, ein erster Träger, der eine auf die erste Membran wirkende Druckeinstellbelastung erhält, als auch ein zweiter Träger, der eine auf die zweite Membran wirkende Druckeinstellbelastung erhält, aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Leichtmetall oder einer Leichtmetall-Legierung wie etwa Aluminium oder Duralumin; einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt; und einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, besteht, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist.
Druckregler nach Anspruch 33, wobei das Epoxidharz als Hauptbestandteile ein Polyphenol und Epoharnstoff enthält.
Druckregler nach Anspruch 27, wobei ein Gehäuse, in dem das Regulatorsystem der ersten Stufe und das Regulatorsystem der zweiten Stufe angeordnet sind, aus einem Material gebildet ist, das aus der Gruppe gewählt wird, die aus einem Polyamid, einem Polyacetal, einem Polybutylenterephthalat oder einem Polypropylen, wobei es sich um ein kristallines Harz handelt; und einem Acetal, einem Polycarbonat oder Acrylnitril-Butadien-Styrol, wobei es sich um ein nichtkristallines Harz handelt, besteht, wobei das nichtkristalline Harz eine Oberfläche aufweist, die mit einem Epoxidharz oder einem Polyamidharz beschichtet ist.
Druckregler nach Anspruch 35, wobei das Epoxidharz als Hauptbestandteile ein Polyphenol und Epoharnstoff enthält.
Druckregler nach Anspruch 35, wobei das Gehäuse, in dem das Regulatorsystem der ersten Stufe und das Regulatorsystem der zweiten Stufe angeordnet sind, aus dem Polyamid, dem Polyacetal, dem Polybutylenterephthalat oder dem Polypropylen, wobei es sich um das kristalline Harz handelt, besteht, und das Gehäuse durch Ultraschallschmelzverkleben gebildet ist.
Druckregler nach Anspruch 30, wobei das Hochdruckgas ein Dimethylethergas ist.
Druckregler nach Anspruch 38, wobei der Druckregler zur Stabilisierung der Brennstoffversorgung zu Festoxid-Brennstoffzellen und Festpolymer-Brennstoffzellen verwendet wird.