DE112005003291T5

DE112005003291T5 - Druckreduzierer

Info

Publication number: DE112005003291T5
Application number: DE112005003291T
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Shima; Hidetoshi Fujiwara; Munetoshi Kuroyanagi; Takuya Suzuki; Tsukuo Toyota Ishitoya; Akira Toyota Yamashita
Original assignee: JTEKT Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: CN100541379C; JP4575141B2; DE112005003291B4; CN101084476A; US9400506B2; WO2006070909A1; US20080202603A1; JP2006185103A

Abstract

Druckreduzierer für ein Reduzieren eines Drucks eines Hochdruckgases, das durch einen ersten Anschluss einströmt, und Liefern des Gases zu einem zweiten Anschluss, wobei der Druckreduzierer folgendes aufweist:
ein Ventil, das zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gelegen ist;
einen Zylinder, der stromabwärts des Ventils gelegen ist;
einen Kolben, der gleitbar in dem Zylinder untergebracht ist, um eine Dekompressionskammer und eine Druckeinstellkammer zu definieren, wobei der Kolben eine Druckaufnahmefläche, die zu der Dekompressionskammer freiliegt, und eine Druckeinstellfläche hat, die zu der Druckeinstellkammer freiliegt, wobei Gas von dem ersten Anschluss durch das Ventil hindurch in die Dekompressionskammer einströmen kann, wobei der sich Kolben in dem Zylinder gemäß dem Unterschied zwischen einer Kraft, die durch die Druckaufnahmefläche aufgenommen wird, und einer Kraft bewegt, die durch die Druckeinstellfläche aufgenommen wird, wodurch das Ventil wahlweise geöffnet und geschlossen wird; und
ein ringförmiges Dichtelement, das an der Außenumfangsfläche des Kolbens...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Druckreduzierer, der für ein Einstellen des Drucks eines Hochdruckgases, wie Wasserstoffgas, in einem Brennstoffzellenfahrzeug verwendet wird.
STAND DER TECHNIK
Im Allgemeinen hat ein Druckreduzierer (Regulator) ein Ventil, das zwischen einem ersten Anschluss, zu dem Hochdruckgas einströmt, und einem zweiten Anschluss für ein Zuführen von Gas zu der Außenseite angeordnet ist. Das Ventil wird so geöffnet und geschlossen, dass der Druck (Primärdruck) des Hochdruckgases, das in den ersten Anschluss einströmt, auf einen Sekundärdruck verringert wird, bevor das Gas zu der Außenseite zugeführt wird.
Solche Druckreduzierer umfassen Kolbendruckreduzierer (siehe beispielsweise japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2004-192462 ). Ein Kolbendruckreduzierer hat einen Zylinder, der stromabwärts eines Ventils gelegen ist, und einen Kolben, der gleitbar in dem Zylinder untergebracht ist. Der Kolben trennt eine Dekompressionskammer und eine Druckeinstellkammer voneinander. Das Ventil wird auf Basis der Bewegung des Kolbens gemäß dem Unterschied zwischen der Kraft, die durch die Druckeinstellkammer aufgenommen wird, und der Kraft geöffnet oder geschlossen, die durch die Dekompressionskammer aufgenommen wird.
In solch einem Kolbendruckreduzierer ist ein Dichtelement an der Außenumfangsfläche des Kolbens für ein Abdichten der Kompressionskammer und der Druckeinstellkammer voneinander vorgesehen, um die Luftdichtheit aufrechtzuerhalten. In vielen Fällen wird ein O-Ring als solch ein Dichtelement verwendet.
Um eine Speicherkapazität von Wasserstofftanks zu erhöhen, die für Brennstoffzellenfahrzeuge verwendet werden, hat sich in vergangenen Jahren der Druck in diesen Tanks immer mehr erhöht (zum Beispiel auf 70 MPa).
Demzufolge empfangen die Druckaufnahmefläche des vorstehend beschriebenen Kolbens oder die Fläche, die zu der Dekompressionskammer freiliegt, und das Dichtelement einen extrem hohen Gasdruck. Um eine ausreichende Dichtleistung eines O-Rings in einem herkömmlichen Druckreduzierer zu erhalten, muss die Kompressibilität des O-Rings unvermeidbar beträchtlich hoch sein. Als eine Folge wird aufgrund einer erhöhten Reibung zwischen dem O-Ring und der Innenumfangsfläche des Zylinders die Bewegung des Kolbens behindert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demzufolge ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Druckreduzierer vorzusehen, der einen Druck hochgenau einstellen kann.
Um die vorstehende und andere Aufgaben zu erreichen und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung, ist ein Druckreduzierer für ein Reduzieren eines Drucks eines Hochdruckgases, das durch einen ersten Anschluss hindurch einströmt, und für ein Liefern des Gases zu einem zweiten Anschluss vorgesehen. Der Druckreduzierer hat ein Ventil, das zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gelegen ist, einen Zylinder, der stromabwärts des Ventils gelegen ist, einen Kolben, der gleitbar in dem Zylinder untergebracht ist, um eine Dekompressionskammer und eine Druckeinstellkammer zu definieren, und ein ringförmiges Dichtelement. Der Kolben hat eine Druckaufnahmefläche, die zu der Dekompressionskammer freiliegt, und eine Druckeinstellfläche, die zu der Druckeinstellkammer freiliegt. Gas kann von dem ersten Anschluss durch das Ventil hindurch in die Dekompressionskammer strömen. Der Kolben bewegt sich in dem Zylinder gemäß der Differenz zwischen einer Kraft, die durch die Druckaufnahmefläche aufgenommen wird, und einer Kraft, die durch die Druckeinstellfläche aufgenommen wird, wodurch das Ventil wahlweise geöffnet und geschlossen wird. Das ringförmige Dichtelement ist an der Außenumfangsfläche des Kolbens vorgesehen. Das Dichtelement hat ein elastisches Element und einen Gleitabschnitt. Der Gleitabschnitt wird durch das elastische Element gepresst, derart, dass der Gleitabschnitt an der Innenumfangsfläche des Zylinders gleitet. An ringförmiges Element ist an der Außenumfangsfläche des Kolbens und zwischen dem Dichtelement und der Druckeinstellfläche angeordnet. Das ringförmige Element gleitet an der Innenumfangsfläche des Zylinders. Das ringförmige Element hat eine Elastizität. Das ringförmige Element wird gegen die Innenumfangsfläche des Zylinders mit einer Kraft gepresst, die geringer ist als eine Kraft, mit der der Gleitabschnitt gegen die Innenumfangsfläche des Zylinders gepresst wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung, zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen, kann am Besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen:
1 eine Querschnittansicht ist, die einen Druckreduzierer gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 eine Teilquerschnittansicht des Druckreduzierers von 1 ist und einen Schnitt darstellt, der den Kolben einschließt; und
3 ist eine teilweise Querschnittansicht, die ein Vergleichsbeispiel eines Druckreduzierers darstellt.
BESTE FORM FÜR EIN AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Druckreduzierer 1 dieser Ausführungsform ein Druckreduzierer (Regulator) für einen Hochdruck-Wasserstofftank. Der Druckreduzierer 1 ist in einem Deckel- bzw. Steckergehäuse 2 vorgesehen, das eine Öffnung des Wasserstofftanks schließt. Der Druckreduzierer 1 hat einen Ventilmechanismus 3, der in dem Deckelgehäuse 2 ausgebildet ist, und ein Außengehäuse 5, das eine Öffnung des Deckelgehäuses 2 schließt.
Das Deckelgehäuse 2 hat eine erste Aussparung 6 und eine zweite Aussparung 7. Die zweite Aussparung 7 ist in einem Zentrum der ersten Aussparung 6 gelegen und ist tiefer als die erste Aussparung 6. Eine Zugangspassage 8 öffnet zu einer Sektion der Seitenwand der zweiten Aussparung 7 in der Umgebung einer Unterseite bzw. eines Bodens 7a der zweiten Aussparung 7. Die Zugangspassage 8 ist mit dem Inneren des Wasserstofftanks verbunden. Eine Ausströmpassage 9 öffnet zu der Unterseite bzw. dem Boden der ersten Aussparung 6. Die Ausströmpassage 9 ist mit einem Auslassanschluss verbunden. In dieser Ausführungsform bildet die Zugangspassage 8 einen ersten Anschluss aus, und die Ausströmpassage 9 bildet einen zweiten Anschluss aus.
Ein zylindrischer Deckel 13 ist an einem offenen Ende der zweiten Aussparung 7 fixiert. Ein Boden- bzw. Unterseitenelement 14 ist in der zweiten Aussparung 7 in der Nähe der Unterseite bzw. des Bodens vorgesehen. Ein Raum zwischen dem Unterseitenelement 14 und der Unterseite bzw. dem Boden 7a der zweiten Aussparung 7 bildet eine erste Druckkammer 15 aus, während ein Raum zwischen dem Deckel 13 und dem Unterseitenelement 14 der zweiten Aussparung 7 eine Ventilkammer 16 ausbildet.
Das Unterseitenelement 14 hat ein Durchgangsloch 17, das die erste Druckkammer 15 mit der Ventilkammer 16 verbindet. Wasserstoffgas, das in die erste Druckkammer 15 durch die Zugangspassage 8 hindurch einströmt, strömt durch das Durchgangsloch 17 hindurch zu dem Ventilelement 16. Der Durchmesser eines Teils der Innenumfangsfläche des Deckelkörpers 13 ist verringert, und ein Durchgangsloch mit kleinem Durchmesser 18 ist in dem Abschnitt mit verringertem Durchmesser ausgebildet. Ein Ventilsitz 19 ist in einer Sektion des Durchgangslochs 18 ausgebildet, die näher zu der Ventilkammer 16 ist. Ein Ventilkörper 20 ist in der Ventilkammer 16 untergebracht. Wahlweise berührt der Ventilkörper 20 den Ventilsitz 19 und trennt sich von diesem. In dieser Ausführungsform wird der Ventilkörper 20 durch die elastische Kraft einer Ventilfeder 21 in eine Richtung gedrängt, die sich dem Ventilsitz 19 annähert. Wenn sich der Ventilkörper 20 von dem Ventilsitz 19 trennt, strömt Wasserstoffgas in der Ventilkammer 16 durch das Durchgangsloch 18 hindurch zu der ersten Aussparung 6. Wenn der Ventilkörper 20 den Ventilsitz 19 berührt bzw. mit diesem in Kontakt ist, ist die Strömung von Wasserstoffgas gestoppt. Das heißt, in dieser Ausführungsform bilden der Ventilkörper 20 und der Ventilsitz 19 ein Ventil.
Andererseits ist das Außengehäuse 5 als ein Zylinder mit einer Unterseite bzw. einem Boden und einem Flansch 23 ausgebildet. Der Flansch 23 ist bei dem offenen Ende ausgebildet und erstreckt sich radial nach außen. Das Außengehäuse 5 ist an dem offenen Ende der ersten Aussparung 6 durch Befestigen des Flanschs 23 an einer Außenfläche 2a des Deckelgehäuses 2 so fixiert, dass die Öffnung der ersten Aussparung 6 geschlossen ist.
Ein Zylinder 24 ist in dem Öffnungsabschnitt des Außengehäuses 5 ausgebildet. Ein Kolben 25 ist gleitbar in dem Zylinder 24 aufgenommen. Der Zylinder 24 ist ausgebildet, um koaxial mit dem Deckelkörper 13 zu sein. Der Kolben 25 definiert den Innenraum des Außengehäuses 5 und die erste Aussparung 6, die durch das Außengehäuse 5 geschlossen ist.
Das heißt, in dieser Ausführungsform trennt der Kolben 25 die erste Aussparung 6, die durch das Außengehäuse 5 geschlossen ist, von dem Innenraum des Außengehäuses 5. Die auf diese Weise aufgebaute erste Aussparung 6 funktioniert als eine Dekompressionskammer 26. Wasserstoffgas in der Ventilkammer 16 strömt in die Dekompressionskammer 26 durch das Durchgangsloch 18 hindurch, das in dem Deckelkörper 13 ausgebildet ist, und wird zu der Außenseite durch die Ausströmpassage 9 hindurch geführt, die in der ersten Aussparung 6 ausgebildet ist, die als die Dekompressionskammer 26 funktioniert.
Andererseits ist eine Spiralfeder 28 in dem Innenraum des Außengehäuses 5 angeordnet, der durch den Kolben 25 definiert ist. Ein Ende der Druckfeder 28 berührt den Kolben 25. Ein Federsitz 29 ist an dem anderen Ende der Druckfeder 28 fixiert. Der Federsitz 29 berührt ein distales Ende einer Einstellschraube 31, die sich durch einen Bodenabschnitt 30 des Außengehäuses 5 hindurch erstreckt. Der Kolben 25 wird durch die elastische Kraft der Spiralfeder 28 zu der Dekompressionskammer 26 hin gedrängt.
Das heißt, in dieser Ausführungsform funktioniert der Innenraum des Außengehäuses 5, der durch den Kolben 25 definiert ist, als eine Druckeinstellkammer 32, und eine Fläche des Kolbens 25, die zu der Druckeinstellkammer 32 korrespondiert, funktioniert als eine Druckeinstellfläche 33. Der Kolben 25 gleitet entlang des Zylinders 24 gemäß der Differenz zwischen der Kraft, die durch die Druckeinstellfläche 33 aufgenommen wird, und der Kraft, die durch die Fläche des Kolbens 25 aufgenommen wird, die zu der Dekompressionskammer 26 korrespondiert (Druckaufnahmefläche 34).
Ein Ventilschaft 35 ist in das Durchgangsloch 18 eingesetzt und ist an der Druckaufnahmefläche 34 des Kolbens 25 fixiert, wodurch der Kolben 25 an den Ventilkörper 20 gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform sind der Ventilkörper 20 und der Ventilschaft 35 einstückig ausgebildet. Der Ventilschaft 35 überträgt eine Bewegung des Kolbens 25 auf den Ventilkörper 20, so dass der Ventilkörper 20 den Ventilsitz 19, der in dem Durchgangsloch 18 gelegen ist, berührt oder sich von diesem trennt. Auf diese Weise wird das Ventil geöffnet oder geschlossen.
Wenn die Kraft, die durch die Druckaufnahmefläche 34 aufgenommen wird, größer ist als die Kraft, die durch die Druckeinstellfläche 33 aufgenommen wird, bewegt sich der Kolben 25 zu der Druckeinstellkammer 32 hin. Dies bewirkt, dass der Ventilkörper 22 den Ventilsitz 19 berührt (das Ventil schließt), und die Strömung von Wasserstoffgas von der Ventilkammer 16 zu der Dekompressionskammer 26 wird gestoppt. Wenn die Kraft, die durch die Druckaufnahmefläche 34 aufgenommen wird, geringer ist als die Kraft, die durch die Druckeinstellfläche 33 aufgenommen wird, bewegt sich der Kolben zu der Dekompressionskammer 26 hin. Dies bewirkt, dass sich der Ventilkörper 20 von dem Ventilsitz 19 trennt (das Ventil öffnet), und Wasserstoffgas strömt von der Ventilkammer 16 zu der Dekompressionskammer 26.
Auf diese Weise gleitet der Kolben 25 gemäß der Differenz zwischen der Kraft, die durch die Druckeinstellfläche 33 aufgenommen wird, und der Kraft, die durch die Druckaufnahmefläche 34 aufgenommen wird, wodurch bewirkt wird, dass der Ventilkörper 20 und der Ventilsitz 19, die das Ventil ausbilden, sich berühren oder sich voneinander trennen (öffnen oder schließen). Demzufolge ist der Gasdruck in der Dekompressionskammer 26 im Gleichgewicht mit dem Druck, der durch die Druckeinstellfläche 33 aufgenommen wird. Als eine Folge ist der Druck von Wasserstoffgas, das durch die Ausströmpassage 9 hindurch zu der Außenseite geführt wird (Sekundärdruck), von dem Primärdruck oder dem Druck in dem Wasserstofftank auf einen vorbestimmten Druck verringert, der durch die Einstellschraube 31 und die Spiralfeder 28 eingestellt worden ist.
(Aufbau für ein Verhindern einer exzessiven bzw. übermäßigen Bewegung des Kolbens)
Ein Aufbau für ein Verhindern, dass sich der Kolben 25 des Druckreduzierers gemäß der vorliegenden Ausführungsform um einen übermäßigen Betrag bewegt, wird nun beschrieben.
Wie in 2 gezeigt ist, hat der Druckreduzierer 1 dieser Ausführungsform eine Lippendichtung 37, die an einer Außenumfangsfläche 25a des Kolbens 25 vorgesehen ist. Die Lippendichtung 37 dichtet die Dekompressionskammer 26 und die Druckeinstellkammer 32 voneinander ab. In dieser Ausführungsform sind der Aufbau der Lippendichtung 37 und ihre Anordnung mit dem Kolben 25 dieselben wie die eines Vergleichsbeispiels, das in 3 dargestellt ist. Das Vergleichsbeispiel eines Druckreduzierers 41 hat einen Kolben 46, der eine Lippendichtung 42 hat.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, hat die Lippendichtung 37 (42) ein Harzringelement 43, das einen U-förmigen Querschnitt hat, und ein elastisches Element, das eine Blattfeder 45 ist, die in einer Aussparung 44 des Ringelements 43 vorgesehen ist. Die Lippendichtung 42 ist in eine erste Unterbringungsnut 48 eingepasst, die in dem Außenumfang eines Kolbens 25 (46) ausgebildet ist, und ist an dem Kolben 25 mit einer Befestigungsmutter 49 gesichert. Die Elastizität der Blattfeder 45 presst eine Dichtlippe 47 des Ringelements 43 gegen eine Zylinderinnenumfangsfläche 24a, so dass die Dichtlippe 47 an der Zylinderinnenumfangsfläche 24a gleitet. Demzufolge sind eine Dekompressionskammer 26 und eine Druckeinstellkammer 32 voneinander abgedichtet. Auf diese Weise, selbst wenn Hochdruckgas verwendet wird, wird durch Verwenden einer Lippendichtung 42 als ein Dichtelement eine ausreichende Dichtleistung erhalten während gestattet ist, dass sich ein Kolben 25 bewegt.
Wenn die Lippendichtung 37 als ein Dichtelement für den Kolben 25 in einem Druckreduzierer für Hochdruckgas, so wie der Druckreduzierer 1 dieser Ausführungsformen, verwendet wird, ist die Presskraft, mit der die Dichtlippe 47 gegen die Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 gepresst wird, unvermeidlich erhöht. Deshalb, wenn es eine Änderung des Unterschieds zwischen dem Primärdruck und dem Sekundärdruck gibt, bewegt sich der Kolben 25 abrupt nach einer Verzögerung. Dies ist ein Phänomen, das aufgrund des Unterschieds zwischen einer statischen Reibungskraft zwischen der Dichtlippe 47 und der Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 vor der Bewegung des Kolbens 25 und der dynamischen Reibungskraft zwischen diesen Komponenten nach dem Start der Bewegung auftritt. Das heißt, selbst wenn der Unterschied zwischen dem Primärdruck und dem Sekundärdruck sich aufgrund einer Abnahme des Sekundärdrucks erhöht, beginnt der Kolben 25 sich nicht sofort zu bewegen, da der Koeffizient der statischen Reibung zwischen der Dichtlippe 47 und der Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 groß ist. Wenn der Druckunterschied weiter erhöht wird, und der Kolben 25 beginnt, sich zu bewegen, wird die Reibungskraft zwischen der Dichtlippe 47 und der Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 zu der dynamischen Reibungskraft geändert und wird sofort verringert. Als eine Folge bewegt der angehäufte bzw. gespeicherte Druckunterschied den Kolben 25 abrupt. Die Tendenz einer abrupten Bewegung des Kolbens 25 ist insbesondere in einem Brennstoffzellenfahrzeug in seinem Betriebszustand offenkundig, d.h., in einem Zustand, wo sich der Gasdruck bei der Zuführseite des Druckreduzierers sich aufgrund von Änderungen der angeforderten Menge von Wasserstoffgas (angeforderte Antriebskraft) abrupt ändert. Die Einstellgenauigkeit eines Gasdrucks ist somit verschlechtert. Dieser Nachteil kann in dem Vergleichsbeispiel auftreten, das in 3 dargestellt ist.
In Anbetracht des vorstehenden hat der Druckreduzierer 1 der vorliegenden Ausführungsform, die in 2 dargestellt ist, einen O-Ring 38 an der Außenumfangsfläche 25a des Kolbens 25. Der O-Ring 38 funktioniert als ein ringförmiges Element, das verhindert, dass sich der Kolben 25 exzessiv bzw. übermäßig bewegt. Demzufolge, wenn der Kolben 25 beginnt, sich zu bewegen, funktioniert bzw. dient zusätzlich zu der dynamischen Reibungskraft zwischen der Dichtlippe 47 und der Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 eine Reibungskraft zwischen dem O-Ring 38 und der Innenumfangsfläche 24a des Zylinders dazu, eine abrupte Bewegung des Kolben 25 zu verhindern. Als eine Folge wird eine übermäßige Bewegung des Kolbens 25 verhindert.
Im Speziellen ist der O-Ring 38 in einer zweiten Unterbringungsnut 39 untergebracht, die in der Außenumfangsfläche 25a des Kolbens 25 ausgebildet ist, derart, dass der O-Ring 38 an der Außenumfangsfläche 25a näher zu der Druckeinstellkammer 32 gelegen ist, als die Lippendichtung 37 zu der Druckeinstellkammer 32 gelegen ist.
Wie das Dichtelement ist der O-Ring 38 dieser Ausführungsform aus einem elastischen Material wie Kautschuk oder Elastomer ausgebildet. Die Kompressibilität des O-Rings 38 (das Kompressibilitätsverhältnis, wenn dieser in der zweiten Unterbringungsnut 39 durch die Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 komprimiert wird) ist geringer als das des Dichtelements. Im Speziellen, während die Kompressibilität des Dichtelements normalerweise ungefähr 25 bis 30% ist, ist die Kompressibilität des O-Rings 38 dieser Ausführungsform maximal auf ungefähr 15% eingestellt (bevorzugt ungefähr 12%). Wenn die Kompressibilität 15% übersteigt, ist die Presskraft erhöht, mit der der O-Ring 38 gegen die Innenumfangsfläche 24a gepresst wird, und der Kontaktbereich des O-Rings 38 an der Innenumfangsfläche 24a ist erhöht. Demzufolge ist eine statische Reibungskraft erhöht, die auf den O-Ring 38 aufgebracht wird, die die Schwankung der Reibungskraft des O-Rings 38 erhöht, wenn der Kolben 25 beginnt, sich zu bewegen. Somit wird eine übermäßige Bewegung des Kolbens 25 nicht zuverlässig verhindert. Die Kompressibilität, die erfordert ist, damit der O-Ring 38 zuverlässig an der Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 gleiten kann, ist ungefähr 8%. Dies ist so, weil eine Reibungskraft, die für ein Verhindern einer übermäßigen Bewegung des Kolbens 25 erfordert ist, nicht erhalten werden kann, wenn die Kompressibilität geringer als 8% ist. Die Kompressibilität bezieht sich auf einen Quotienten, der durch Teilen des Verringerungsbetrags der Dicke des O-Rings 38 durch die Dicke des O-Rings 38 vor seiner Komprimierung erhalten wird. Die Kompressibilität korrespondiert zu dem Stauchungsverhältnis oder der Quetschrate. Der elastische Druck des O-Rings oder die Kraft, mit der der O-Ring 38 die Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 presst, ist niedriger eingestellt als die elastische Kraft der Blattfeder 45, die ein elastisches Element in der Lippendichtung 37 ist. Das heißt, der O-Ring 38 wird gegen die Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 mit einer Kraft gepresst, die geringer ist als die Kraft, mit der die Blattfeder 45 die Lippendichtung 37 gegen die Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 presst.
Eine Problem verursachende, übermäßige Bewegung des Kolbens 25 wird in der folgenden Weise verursacht. Da die Dichtlippe 47, die als der Gleitabschnitt funktioniert, gegen die Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 durch die elastische Kraft der Blattfeder 45 gepresst wird, beginnt der Kolben 25 sich mit einer leichten Verzögerung zu bewegen. Die leichte Verzögerung häuft Energie an (der Unterschied zwischen den Kräften, die durch die Druckeinstellfläche 33 und die Druckaufnahmefläche 34 aufgenommen werden), die den Kolben 25 um einen übermäßigen Betrag bewegt, in der Blattfeder 45. Somit kann die übermäßige Bewegung dadurch verhindert werden, dass die überschüssige bzw. übermäßige Energie, die von der leichten Verzögerung resultiert, verbraucht wird, während sich der Kolben 25 bewegt.
Demzufolge hat der Druckreduzierer 1 dieser Ausführungsform den O-Ring 38 an der Außenumfangsfläche 25a des Kolbens 25. Der O-Ring 38 gleitet an der Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24, so dass, wenn sich der Kolben 25 bewegt, übermäßige Energie, die eine übermäßige Bewegung des Kolbens 25 verursacht, durch die Reibung zwischen dem O-Ring 38 und der Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 verbraucht wird. Dies verhindert, dass sich der Kolben 25 übermäßig bewegt. Als eine Folge wird eine hochgenaue Druckeinstellung durchgeführt, selbst wenn der Gasdruck bei der Zuführseite stark schwankt.
Die vorliegende Ausführungsform hat die folgenden Vorteile.

(1) Der Druckreduzierer 1 hat die Lippendichtung 37, die an der Außenumfangsfläche 25a des Kolbens 25 vorgesehen ist. Die Lippendichtung 37 dichtet die Dekompressionskammer 26 und die Druckeinstellkammer 32 voneinander ab. Der O-Ring 38, der als das ringförmige Element funktioniert, ist an der Außenumfangsfläche 25a des Kolbens 25 vorgesehen, und der O-Ring 38 gleitet an der Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24.

Dieser Aufbau gestattet, dass übermäßige Energie, die eine übermäßige Bewegung des Kolbens 25 verursacht, durch die Reibungskraft des O-Rings 38 verbraucht wird, der an der Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 gleitet, wenn sich der Kolben 25 bewegt. Dies verhindert, dass sich der Kolben 25 übermäßig bewegt. Als eine Folge wird eine hochgenaue Druckeinstellung durchgeführt, selbst wenn der Gasdruck bei der Zufuhrseite stark schwankt.

(2) Der elastische Druck, mit dem der O-Ring 38 die Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 presst, ist niedriger eingestellt als die elastische Kraft der Blattfeder 45 in der Lippendichtung 37. Dieser Aufbau verhindert, dass eine Bewegung des Kolbens 25 bei dem Beginn gestört wird.
(3) Der O-Ring 38 ist näher zu der Druckeinstellkammer 32 angeordnet, als die Lippendichtung 37 zu der Druckeinstellkammer 32 angeordnet ist.

Nicht nur der Druckreduzierer 1 dieser Ausführungsform, sondern viele Druckreduzierer sind von der Art, dass sie zu der Atmosphäre offen sind und eine Druckeinstellkammer 32 und ein Durchgangsloch 40 haben, (siehe 1), das die Druckeinstellkammer mit der Außenseite verbindet. Dieser Aufbau kann gestatten, dass Fremdkörper durch das Durchgangsloch 40 hindurch in die Druckeinstellkammer 32 und in den Raum zwischen dem Kolben 25 und dem Zylinder 24 eindringen. In dieser Hinsicht hat der zuvor dargestellte Aufbau den O-Ring 38, der verhindert, dass Fremdkörper die Lippendichtung 37 erreichen. Demzufolge wird verhindert, dass sich die Dichtleistung der Lippendichtung 37 durch steckengebliebene bzw. festklebende Fremdkörper verschlechtert.
Die dargestellte Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist der O-Ring 38 als das ringförmige Element vorgesehen, das an der Außenumfangsfläche 25a des Kolbens 25 vorgesehen ist. Jedoch kann das ringförmige Element irgendeine andere Komponente sein, solange sie wirksam übermäßige bzw. überschüssige Energie verbraucht, die eine übermäßige Bewegung des Kolbens 25 bewirken kann. Beispielsweise kann anstelle des O-Rings 38 das ringförmige Element ein Element sein, das aus einem Material gemacht ist, das anders ist als ein elastisches Material und an der Innenumfangsfläche 24a des Zylinders 24 gleitet.
In der dargestellten Ausführungsform ist die vorliegende Erfindung auf einen Druckreduzierer 1 (Regulator) angewendet, der für einen Hochdruckwasserstofftank verwendet wird und in dem Deckelgehäuse 2 des Wasserstofftanks angeordnet ist. Jedoch kann die vorliegende Erfindung auf einen Druckreduzierer angewendet sein, der separat von dem Deckelgehäuse 2 vorgesehen ist. Das Gas, das in dem Tank gespeichert ist, ist nicht auf Wasserstoff begrenzt, sondern kann Sauerstoff, komprimiertes Naturgas (CNG), oder flüssiges Petroleumgas (LP-Gas) sein.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Druckreduzierer hat einen Kolben, der gleitbar in einem Zylinder untergebracht ist, um eine Dekompressionskammer und eine Druckeinstellkammer zu definieren. Ein Dichtelement hat ein elastisches Element und einen Gleitabschnitt. Der Gleitabschnitt wird durch das elastische Element derart gepresst, dass der Gleitabschnitt an einer Innenumfangsfläche des Zylinders gleitet. Ein ringförmiges Element ist an einer Außenumfangsfläche des Kolbens und zwischen dem Dichtelement und der Druckeinstellfläche gelegen. Das ringförmige Element wird gegen die Innenumfangsfläche des Zylinders mit einer Kraft gepresst, die geringer ist als eine Kraft, mit der der Gleitabschnitt gegen die Innenumfangsfläche des Zylinders gepresst wird. Somit verhindert der Druckreduzierer, mit hochgenau eingestelltem Druck, dass der Kolben durch einen übermäßigen Betrag bewegt wird.

Claims

Druckreduzierer für ein Reduzieren eines Drucks eines Hochdruckgases, das durch einen ersten Anschluss einströmt, und Liefern des Gases zu einem zweiten Anschluss, wobei der Druckreduzierer folgendes aufweist: ein Ventil, das zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss gelegen ist; einen Zylinder, der stromabwärts des Ventils gelegen ist; einen Kolben, der gleitbar in dem Zylinder untergebracht ist, um eine Dekompressionskammer und eine Druckeinstellkammer zu definieren, wobei der Kolben eine Druckaufnahmefläche, die zu der Dekompressionskammer freiliegt, und eine Druckeinstellfläche hat, die zu der Druckeinstellkammer freiliegt, wobei Gas von dem ersten Anschluss durch das Ventil hindurch in die Dekompressionskammer einströmen kann, wobei der sich Kolben in dem Zylinder gemäß dem Unterschied zwischen einer Kraft, die durch die Druckaufnahmefläche aufgenommen wird, und einer Kraft bewegt, die durch die Druckeinstellfläche aufgenommen wird, wodurch das Ventil wahlweise geöffnet und geschlossen wird; und ein ringförmiges Dichtelement, das an der Außenumfangsfläche des Kolbens vorgesehen ist, wobei der Druckreduzierer dadurch gekennzeichnet ist, dass das Dichtelement ein elastisches Element und einen Gleitabschnitt hat, der Gleitabschnitt durch das elastische Element derart gepresst wird, dass der Gleitabschnitt an der Innenumfangsfläche des Zylinders gleitet, wobei ein ringförmiges Element an der Außenumfangsfläche des Kolbens und zwischen dem Dichtelement und der Druckeinstellfläche gelegen ist, das ringförmige Element an der Innenumfangsfläche des Zylinders gleitet, das ringförmige Element eine Elastizität hat, und wobei das ringförmige Element gegen die Innenumfangsfläche des Zylinders mit einer Kraft gepresst ist, die geringer als eine Kraft ist, mit der der Gleitabschnitt gegen die Innenumfangsfläche des Zylinders gepresst ist.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Element gegen die Innenumfangsfläche des Zylinders mit der Kraft gepresst wird, die geringer ist als die Kraft, mit der der Gleitabschnitt gegen die Innenumfangsfläche des Zylinders gepresst wird, derart, dass das ringförmige Element eine Funktion hat, um zu verhindern, dass sich der Kolben übermäßig bewegt.
Druckreduzierer gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Element ein O-Ring ist.
Druckreduzierer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompressibilität des ringförmigen Elements in einem Bereich von 8% bis einschließlich 15% ist, wenn das ringförmige Element zwischen der Außenumfangsfläche des Kolbens und der Innenumfangsfläche des Zylinders gelegen ist.