TW201237580A - Pressure regulating device - Google Patents

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201237580 ， 六、發明說明： 【發明所屬技:彳财領域*】 發明領域 本發明係有關一壓力調節裝置。 發明背景 —壓力調節裝置係作用來將一流體量，諸如流體壓力 或流速’維持在一大致固定且預設的水平。一壓力調節裝 置通常操作來減少儲存於一加壓容器或一匣内之氣體或液 體的高壓至適用於一特定應用之一所欲較低壓力。 w〇 03/017020揭露一壓力調節控制裝置，其中並非具 有一位於一彈性隔膜上方及/或下方的習用彈簧，而是使用 一彈力隔膜，其本身可調節輸出壓力。該隔膜係由一彈性 _ 體材料製成，且其設計為不僅作為一隔膜，也取代該壓力 感測彈簧及/或閥座彈簧。此裝置具有的缺點即該隔膜在其 初始位置時於該閥殼體内之空間中被拉伸。該隔膜的組配 需要將該隔膜及該剛性閥殼體分開模製，以及隨後將其等 組合以完成該裝置。再者，該裝置設有一調整器以藉該彈 性體隔膜朝該中央埠的一經調整之初始偏移來設定所欲的 較低壓力。再者，在使用時’該調整器沿一圓線施加一穩 定推力至該隔膜之上表面，造成一連續的對該隔膜作用之 剪力’該剪力可能造成該彈性體隔膜之材料加速老化。 【辱t日月】 發明概要 201237580 至少消除上述缺點即因此為本發明之目的。 達成以上目的係藉由提供一壓力調節裝置，其適於設 置於一加壓流體供應器及一流體容置空間之間，該加壓流 體以一調節減壓排放進入該流體容置空間，該閥包含一殼 體及一隔膜總成，其中該殼體包含一用以以一密封方式耦 接至該加壓流體供應器之構件，及一隔膜室，該隔膜室適 於經由一流體排放通道與該流體容置空間連通，且藉由一 具有一中央埠延伸穿過其中的障壁而與該加壓流體供應器 隔開，其中該隔膜總成包含一彈性隔膜，該隔膜藉由一桿 與一節流閥頭連接，該桿延伸穿過該中央埠以界定一流道 於其内，且該隔膜沿其周緣被固定至該殼體，藉此該隔膜 在初始位置時靠置在該障壁之一平坦上表面上，且其中該 殼體係由一剛性氣密塑膠材料製成，及其中該隔膜、該桿 及該節流閥頭係整合成一件作為一隔膜總成，該整合件係 由一彈性氣密塑膠材料製成。 本發明之較佳實施例係由該等依附請求項說明。 本發明壓力調節裝置之一顯著特徵為，其不包含一單 獨的螺旋壓縮彈簧以補償由該加壓流體施加至該隔膜的表 面之高壓縮力，但該隔膜本身因其合適的材料選擇及尺寸 而併含此彈簧功能。因此，消除了使用一單獨壓縮彈簧的 需要，並因此明顯地簡化了整個閥的設計，獲得兩個基本 部件，亦即一閥殼體及一隔膜總成。由於此兩部件皆可由 塑.膠材料製成，可用大量生產方式生產一低成本、可棄式 及可回收的壓力調節閥。再者，因為該彈性隔膜在其初始 4 201237580 位置時係靠置在該障壁之平坦上表面上，可容易地藉由一 單一射出模具生產整個閥總成，而無隨後組裝多個分開模 製部件（亦即該彈性隔膜及該剛性殼體）的需要。 本發明現在將經由其較佳實施例參考附圖加以說明， 其中： 第la及lb圖為分別例示依據本發明一第一較佳實施 例的壓力調節裝置其中閥殼體有一打開蓋及一關閉蓋之橫 截面圖。 第2圖為依據本發明該第一實施例，當該蓋在其初始、 未折疊位置時的該殼體之俯視平面圖。 第3a及3b圖分別為依據本發明該第一實施例的該隔 膜總成之上側及下側的透視圖。 第4圖為例示依據本發明壓力調節裝置第二實施例在 其初始狀態時之橫截面圖。 第5圖為例示該壓力調節裝置之第二實施例在閥打開 時排放一流體期間的橫截面圖。 第6圖為例示該壓力調節裝置之第二實施例在閥關閉 時排放一流體期間之橫截面圖。 第7圖為例示該壓力調節裝置之第二實施例終止排放 一流體後之橫截面圖。 第8圖為例示該壓力調節裝置的第三實施例之橫截面 圖。 【實施方式3 較佳實施例之詳細說明 201237580 本發明壓力調節裝置的一第一較佳實施例係例示於第 la及lb圖之橫截面圖。由於該第一實施例特別適合藉由射 出成型生產，第la圖顯示該閥緊接在於一射出模具中完成 後之配置，而第lb圖顯示此實施例在正常使用之配置，其 中該壓力調節裝置係設置於一加壓流體供應器及一流體容 置空間之間，該加壓流體將以一調節減壓排放進入該流體 容置空間。 該加壓流體可為一加壓氣體或一加壓液體。據此，該 加壓流體供應器可為，舉例來說，一供加壓液體用的高壓 氣體容器，諸如一供碳酸飲料或其他高壓科技氣體容器用 之高壓二氧化碳匣，或為一加壓液體容器，諸如一供一無 針接種疫苗注射器等用的加壓醫藥匣。 該流體供應器之壓力及經調節之減壓強烈取決於該流 體材料所使用於的特定應用。實施上，該加壓流體供應器 内最初較高之壓力典型地為數十巴，而藉由壓力調節所達 到之減壓典型的範圍是從零點幾巴至數巴。然而，可瞭解 在特定應用中可有其他壓力範圍。 如第la及lb圖所示，該壓力調節裝置10可包含一殼 體12及一隔膜總成30,此兩組件形成本發明的壓力調節裝 置的基本部件。 該殼體12具有一適於與一加壓流體供應器（未示）連接 的高壓部段，一適於與一流體容置空間（未示）連接的低壓部 段，以及一中介於該高壓及低壓部段之間的隔膜室18。 該高壓部段包含該閥殼體12所有與含有一高壓流體之 201237580 加壓流體供應II相關聯的部分及部件，尤其—用以以一氣 密方式安裝該閱殼冑12至-流體供應器_接構件。為此 目的°亥向壓邹段可，舉例來說，包含一適於麵接至該加 壓流體供應11的對應螺紋部分的螺紋軸環19。然而，其他 種類的轉接構件，諸如卡接或焊接，也可應用來密封式搞 接該闊殼體12至—加壓流體供應ϋ，其中所有此等技術係 熟悉此技藝者所熟知。 另一方面，該低壓部段包含該隔膜室18、該殼體12 之一蓋22及—延伸穿過該殼體12的該低壓部段之一壁的 流體排放通道23。該流體排放通道23具有-開孔24通往 該流體容置空間。視乎根據本發明的壓力調節裝置之特定 應用領域’數個其他部件或部分可在該低壓部段形成，其 中一些較佳部件將作為非限定實例介紹於下。 在。玄【力调節裝置之一替換實施例中該低壓部段的 該蓋可與該Μ之本齡開形成，且在軸㈣成形成於 該殼體内之後，以-密封方式固定至其上，例如藉由螺紋、 卡接或焊接連接。 該殻體12係由-剛性塑膠材料製成，較佳地為一高密 度可射出模製塑膠材料，諸如高密度(HD)聚乙稀、聚丙稀 等。較佳地，整個殼體12形成—單—件，容許藉由使用一 射出模具綠賴殼體12。為此目的，尤其較佳為該殼體 12包含-蓋22’其可在模具所產生的配置中起初藉由一可 折疊欽鏈21附接至該殼體，如第lb圖所示，其^示模製 剛完成後的該裝置。 ' 201237580 該隔膜室18藉由一障壁26而與該加壓流體供應器之 該高壓流體空間隔開，其中該障壁26因此也提供該殼體的 該高壓部段及該低壓部段之間的分隔。該障壁26具有一延 伸穿過其中的中央埠28以容許該加壓流體從該加壓流體供 應器流入該隔膜室18，其中，在操作時，一減壓係藉由該 隔膜總成30而產生。為了從該隔膜室18排放該減壓流體， 該隔膜室18係設計成經由該流體通道23而與該流體容置 空間連通。 如第la及lb圖所示，該流體排放通道23，即該隔膜 室18與該流體容置空間經由其而連通者，係形成在該障壁 26内，該排放流體通道23連接一内排放開孔25至該外開 孔24，其中該内開孔25係形成為與該隔膜室18之一内空 間部分連通，該内空間部分在該裝置10操作時容置從該加 壓流體供應器來的流體。該隔膜室18之此内空間部分顯示 於第5圖中該隔膜32下方（標示為127a)。 在該壓力調節裝置的一較佳實施例中，該障壁26包含 一圍繞該中央埠28之一凸起部分38以界定一供該隔膜總 成之一節流閥頭用的閥座。 如可由第la及lb圖所見，該隔膜室18可包含一與該 周圍環境連通的通氣孔37。 在該壓力調節裝置（未示）之一替換實施例中，沒有通氣 孔形成在該殼體，意即在該隔膜之相對側的該隔膜室的一 外空間部分係整個關閉的。在此實施例中.，該隔膜室之該 外空間部分應充填一氣體（例如空氣），以提供一可壓縮介質 201237580 作為一種對該隔膜的整個外表面作用的氣體彈簧。 在該壓力調節裝置之另一較佳實施例中，如第8圖所 示，該隔膜室18可設有一雙向閥39,其容許調整該隔膜室 18的該外空間部分中的氣體壓力。透過該雙向閥39，所需 量之氣體可被充填入該隔膜室18的該外空間部分，或者過 量之氣體可從該隔膜室18的該外空間部分被釋放以使該空 間内處於所欲之氣體壓力。以此方式，經調節的較低壓力 可容易地被調整而無需使用一額外的調整器工具。再者， 在該隔膜室18之該外空間部分内的氣體壓力以一大致均勻 的方式對該隔膜31之該整個上表面作用，因此避免對該隔 膜30有任何剪力作用。結果，當在該隔膜室18之該外空 間部分提供一合適的高氣體壓力時，即使一大約100巴的 壓力可減少至一數巴之調節壓力。 回到第la及lb圖，該隔膜總成30包含一藉由一桿32 而與一節流閥頭34連接的隔膜31。該節流閥頭34係配置 在該殼體12的該高壓部段。該桿32延伸穿過形成在該障 壁26上的該中央埠28。一流道界定於該桿32及該中央埠 28的内壁之間供該加壓流體用。該節流閥頭34與該障壁 26,較佳地與該障壁26的該凸起部分38,以間隔的關係共 同界定一通向該中央埠28内之該流道的開孔36。 該開孔36的初始寬度W的尺寸係設計為使得一足夠 量之流體可從該加壓流體供應器流至該中央埠28而此後者 不會被該節流閥頭34關閉。 該隔膜31係由一彈性體材料製成，較佳地為一可射出 201237580 成型的熱塑性材料，諸如SantopreneTM、Evoprene™、 MegolTM及Tivilon™等。該隔膜31沿其周緣被固定至該閥 殼體12。如第la圖所示，該隔膜32的周緣可形成為具有 一密封環33以提供在該流體供應器及該閥殼體12之間的 氣密密封。 尤其較佳地為，該隔膜31具有一相對於其周緣部分有 一增加厚度之中央部分。在此實施例中，該隔膜31之該中 央部分大致上不可變形（亦即雖然由一彈性體材料製成，其 使用時的變形應可忽略），意即只有該隔膜31之該周緣部 分實際上作為一彈簧。當該增加厚度的中央部分係形成有 相當剛性時，容許更準確地調整該調節壓力，因為使用時， 可忽略該隔膜之該加厚中央部分的變形，而因此幾乎沒有 任何機械能被其吸收，此可方便計算該裝置内的操作力。 再者，當使用一可折疊蓋22來形成該隔膜室18之一 密封外空間部分時，該隔膜31可被固定在該折疊蓋22之 一圓形邊緣及該障壁26之間。此等較佳特徵也在第la及 lb圖中例示。 由於該隔膜31的一合適材料選擇及尺寸，其提供自身 所欲的彈簧功能以補償由該加壓流體施加至該隔膜31高壓 側的表面之該高壓縮力。因此消除了使用一單獨壓縮彈簧 的需要。 如第la及lb圖所示，該隔膜3卜該桿32及該節流閥 頭34.係形成為一單一整合件，其界定出該隔膜總成30,且 整個整合件係由一如以上所述之氣密彈性體材料製成。本 10 201237580 發明的此特徵在製造方面尤其有利，因為此一隔膜總成可 因此以一步驟生產’舉例來說，藉由射出成型。 也較佳地，該單一件閥殼體及該單一件隔膜總成係藉 由使用一兩組件式成型技術製造，其中，一模具接續地容 置兩種不同的塑膠，亦即，首先是一剛性型塑膠以形成該 殼體’然後是一相當軟的彈性塑膠以形成該隔膜總成。以 此方式’整個壓力调郎裝置可以一步驟生產，典型地在數 秒之内。此一壓力調節裝置，在其從該模具移除後，係顯 示於第la圖中。上述兩組件式射出成型技術顯著地減少製 造成本’而因此容許大量生產本發明之該壓力調節裝置。 由於其生產非常地經濟，該壓力調節裝置可為可棄式的且 因此特別地有益於，例如，使用在無菌醫療產品或便宜的 聚對笨二甲酸乙二酯(PET)碳酸飲料瓶上。再者，如果該壓 力調節裝置係僅由塑膠材料製成，該裝置將尤其適合回收 之用，由於環境保護的緣故，此也是本發明之一重要特徵。 在第2圖中，係例示當該蓋22在其初始、未折疊位置 時s玄殼體12的俯視平面圖。該殼體12之該蓋22藉該可撓 性欽鏈21而附接至該殼體12之本體。該鉸鏈21係由與該 殼體12相同的剛性塑膠材料製成，但由於其相當小的壁厚 度，其提供一可撓性連接構件，容許該蓋22被折疊在該殼 體12之本體上以界定一隔膜室。 如第2圖所示，該中央埠28及該内排放開孔25係形 成在該障壁26中。該障壁26在其周緣可更包含一通孔40, 當一密封環33(如第la圖所示）要與該隔膜一體製造時，其 11 201237580 可作為供射出成型用的一技術上的導管。 第3a及3b圖以透視圖分別例示該隔膜總成扣之該上 ^該下側。在此等圖中所示之該隔膜總成3G具有-相當 間早的設計，只有包含該、該閥桿32及該節流間頭 34，而沒有包含任擇性的底部密封環。由於此㈣總成30 之非常簡單的設計，其可藉由 舉例來說，射出成型 而 容易地由一塑膠材料製成一件。 實例： 生產及測試-壓力調節頭供用於一在初始壓力為邮 下填滿氮氣之-氣體匣。隔膜總成由Sant〇preneTM熱塑物 製成。該隔膜的直徑為4〇毫米，而該隔膜之周緣的厚度為 2毫米。障壁之中央埠内氣體自由流動面積為大約25平方 毫米，而閥座及節流閥頭之間的初始距離(冒)為6毫米。上 述之參數造成一大約2巴之減少調節壓。在從該氣體匣排 放出該氣體期間，該隔膜的擺動頻率為大約6〇赫茲。 本發明壓力調節裝置的操作現將參考第4至第8圖加 以說明，該等圖式例示該壓力調節裝置一第二實施例當其 在初始狀態時（第4圖）、當該閥打開（第5圖）及當該閥關閉 時（第6圖）排放一流體、以及終止排放一流體之後（第7圖） 之橫截面圖。此第二實施例係顯示為耗接至一加壓流體供 應器，在此例為搞接至一含有一加壓氣體152的氣體匣 150。該殼體112設有一出口喷嘴154以經由例如一連接管 158，導引該減壓流體至一流體分配器160，諸如一龍頭。 該流體分配器160適於打開及關閉從該裝置之隔膜室118 12 201237580 所排出減壓氣體之流徑。 如第4圖所示，在以一氣密方式安裂該壓力調節裝置 至該氣體匿150後(在此例中，藉由耦接該殼體112的該螺 紋凸緣119至該氣體匣15〇的一對應螺紋頸部分），該隔膜 131採一初始位置直到該氣體152之一高壓在該氣體匣150 内產生。在該裝置的初始狀態，該隔膜131也在其初始狀 態’其中彈性隔膜131係在一平坦及拉緊狀態，延伸於該 障壁126上並接觸該障壁126。據此，該節流閥頭134係在 一打開位置以提供一自由流徑，供該加壓氣體152通過該 中央埠128内之該流道。 當該氣體匣150内的該氣體152之壓力增加時，該氣 體152傾向於經該中央埠128流入該隔膜131下方的隔膜 室118之内空間部分127a，且進入該等連接導管直至該關 閉的流體分配器160’因此也提昇了傾向於漸增地拉緊之該 隔膜131。同時’該節流閥頭134也朝該障壁Π6移動，因 此減少開孔136之流動面積。當由於該氣體152的一實質 高壓，該節流閥頭134到達該障壁126(或該障壁126的該 閥座138)時’該節流閥頭134之上升即終止。在此時該隔 膜總成之一穩定狀態即到來，且其在該流體分配器16〇保 持關閉時繼續維持。該壓力調節裝置之此穩定狀態係例示 於第5圖。 在打開該流體分配器160内的流徑以從該氣體匡15〇 排放該氣體152之後’該隔膜室118之該内空間部分127a 内的壓力下降’然後該隔膜總成開始在一打開及一關閉位 13 201237580 置之間擺動，如第6及第7圖分別所示。在該打開位置中， 氣體152流經該中央埠128、該隔臈室U8之該内空間部分 127a、該流體排放通道123及該出口喷嘴154，如小箭頭所 示，至該流體分配器160,其容許該氣體152流經其中進入 一容置空間。此情況顯示於第6圖。 當由於該内空間部分i 2 7 a内的增壓，該隔膜丨3丨被提 升到如此高而使得該節流閥頭134關閉該中央埠128時， 如第7圖所示’該氣體152停止流入該隔膜室U8之該内 空間部分127a ’且留在該流徑的下游部段内之氣體部分將 流出，而在該隔膜131下方的該内空間部分12几内之氣體 壓力傾向於減少。同時，由於該隔膜室118的該内空間部 分127a内之壓力減少，該隔膜131傾向於回到其初始位 置，而增加在該節流閥頭134及該障壁126之該閥座138 之間的距離W。當輪到該中央埠128變成打開時，該加壓 氣體152傾向於再次流經該中央埠128進入該隔膜室ιι8 之該内空間部分127a，如第6圖所已示。該彈性隔膜總成 的此擺動造成該内空間部分127a内的一擺動氣體壓力，其 平均值可藉由s玄壓力§周郎閥之多個組件的合適設計及尺寸 而預設為一調節壓力。 當一通氣孔137係形成穿過該隔膜室118之外空間部 分127b的壁時，在該外空間部分内之空氣不會因該上升的 隔膜131而被壓縮，但會經由該通氣孔137而釋放至周圍 % k。同樣地，當s玄隔膜131移回來，將無真空在該外空 間部分127b内生成，但一些空氣將經由該通氣孔137從該 14 201237580 周圍環境被吸入該外空間部分127b。由於該隔膜ΐ3ι相對

地非常小的位移及高擺動頻率’該通氣孔H 。’的—合適尺 寸對於該隔膜131之操作造成實際上可忽略的，塑 該調節壓力係主要取決於該隔膜之彈性常數以及在1 節流閥頭134及該閥座138之間的初始距離（亦即寬产w)。 明顯地，該隔膜131的表面愈大以及在該中央埠之节 動面積愈小時，則可在該内空間部分127a内達到更均勻之 壓力，因此提供一更靈敏的壓力調節裝置。 雖然該壓力調節裝置之操作已透過氣體壓力調節並參 考第4至第7圖加以說明，該裝置可同樣地使用於調節儲 存於一加壓液體容器或匣内之一液體的減壓。在此後者的 情况，液體可以一減少及調節壓力排放進入任一種液體儲 槽’包括開放式儲槽，諸如一器皿或一玻璃杯，及密閉式 儲槽，諸如一容器或一有塞的瓶子。 雖然已經說明及例示了只有數個本發明壓力綱節裝置 的較佳實施例’但熟悉此技藝者可瞭解其中可作許多改變 而不背離本發明之精神。 【圖式簡單說明】 第1 a及1 b圖為分別例示依據本發明一第一較佳實施例 的壓力調節裝置其中閥殼體有一打開蓋及一關閉蓋之橫截 面圖。 第2圖為依據本發明該第一實施例，當該蓋在其初始、 未折疊位置時的該殼體之俯視平面圖。 第3a及3b圖分別為依據本發明該第一實施例的該隔膜 15 201237580 總成之上側及下側的透視圖。 第4圖為例示依據本發明壓力調節裝置第二實施例在其 初始狀態時之橫截面圖。 第5圖為例示該壓力調節裝置之第二實施例在閥打開時 排放一流體期間的橫截面圖。 第6圖為例不該壓力調節裝置之第二實施例在閥關閉時 排放一流體期間之橫截面圖。 第7圖為例不该壓力調節裳置之第二實施例終止排放— 流體後之橫截面圖。 第8圖為例示該壓力調節裝置的第三實施例之橫截面圖 【主要元件符號說明1 10.. 壓力調節裝置 12" 閥殼體 18·. 隔膜室 19.· 具螺紋的軸環 21.. 鉸鏈 23- 流體通道 24.· 外開孔 25- 内開孔 26.. 障壁 28- 中央埠 30·. 隔膜總成 31- 隔膜. 32…桿° 33…密封環 34…節流閥頭 36…開孔 37…通氣口 38…凸起部分 39…雙向閥 40…通孔 118···隔膜室 119···螺紋凸緣 126…障壁 127a…内空間部分 127b…外空間部分 128···中央埠 16 201237580 131…隔膜 150···氣匣 134···節流閥頭 152…氣體（加壓氣體） 136···開孔 154…出口喷嘴 13 7…通氣口 158…連接管 13 8…閥座 160…流體分配器 17

Claims (1)

1. 201237580 七、申請專利範圍： 1. 一種壓力調節裝置，其適於設置於一加壓流體供應器及 一流體容置空間之間，加壓流體以一調節減壓排放進入該 流體容置空間，該裝置包含： 一殼體，其具有 一用以以一密封方式耦接至一加壓流體供應器之構 件，及 一隔膜室，適於經由一流體排放通道與一流體容置空 間連通，且藉由一具有一中央埠延伸穿過其中的障壁 與該加壓流體供應器隔開，以及 一隔膜總成，其具有 一彈性隔膜，其藉由一桿連接至一節流閥頭， 該桿延伸穿過該中央埠以界定一流道於其内，及 該隔膜沿其周緣被固定至該殼體，藉此，在其初始位 置時，該隔膜靠置在該障壁之一平坦上表面上， 其中該殼體係由一剛性氣密塑膠材料製成，以及 其中該隔膜、該桿及該節流閥頭係整合成一整合件作為一 隔膜總成，該整合件係由一氣密彈性體材料製成。 2.如申請專利範圍第1項之壓力調節裝置，其中該殼體係 由一可射出成型的塑膠材料製成，較佳地為高密度聚乙烯 或聚丙烯。 18 201237580 3·如申睛專利範圍第1或2項之壓力調節裝置，其中該整 °件的隔膜總成係由-可射出成型的熱塑性材料製成。 .女U利範m第1至3項中任-項之壓力調節裝置， 其中該隔臈具有-中央埠，該中央埠相對於該隔膜的該周 緣部分有一增加厚度。 5·如申請專利範圍第項中任—項之麈力調節裝置， 其中該隔膜室具有一與周圍環境連通的通氣口。 如申明專利範圍第1至4項中任一項之壓力調節裝置， 其中該隔膜室的外空間部分係_且充填有—壓力大於周 圍壓力之氣體。 7·如申請專利範圍第！至4項中任—項之壓力調節裝置， 其中該隔膜室具有一雙向閥，氣體可經由該雙向閥充填入 該隔膜室的該外空間部分或從其釋出。 8·如申請專利範圍第4 7項中任—項之壓力調節裝置， 其中該排放流體通道係形成於該障壁内。 9.如申請專利範圍第丨至8項中任一項之壓力調節裝置， 其中該流體係一用於一加壓液體的加壓氣體，且該流體容 置空間係由一加壓液體分配裝置之一内部氣體空間所界 定。 ' 10·如申請專利範圍第1至8項中任一項之壓力調節裝置， 其中該流體係一加壓液體、且該流體容置空間係由一液體 儲槽所界定。 19