TWI702355B - 波紋管式調壓閥 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種波紋管式調壓閥，係以波紋管取代傳統技術之活塞或膜片作為調壓閥之傳動介面，其密封性好，緩衝吸振能力強，可提高調壓閥之機械性能與壽命。

Description

波紋管式調壓閥

本發明係與液氣壓系統技術有關，特別係指一種用於高壓氣體儲氣筒之波紋管式調壓閥。

氣壓系統需有一合適之操作壓力，以免因壓力太高，造成能量損耗；壓力過低，造成出力不足，效果不佳。調壓閥是種壓力調節裝置，它的作用是將來自儲氣筒的高壓氣體，經與設定彈簧力達到力平衡關係，使輸出氣源可調整成系統所需壓力及流量，並能保持較高的響應及精度。

一般習知技術調壓閥之機構如圖1~4所示，圖1為一種預調壓力加載調壓閥，兩級式用於大流量響應稍慢，相關專利參見CN204403483U，圖2為一種比例電磁式調壓閥構型，藉由電磁力調控使輸出壓力產生變化，相關專利參見US8960221，圖3~4為彈簧加載式調壓閥構型，為本案類似構型，藉由螺旋或板片彈簧之預壓力，使輸出壓力與彈簧力達到力平衡關係，相關專利參見US5904178及M540953。

調壓閥之基本原理請參閱圖5，其作動方式為：(1)主彈簧無設定力量時，頂針彈簧之預壓力使頂針頂住流通口，進氣口的氣壓無法流通至出氣口。(2)當右邊主彈簧設定 預定力量後，經由傳動介面(活塞組)，將頂針往左推，流通口打開。(3)進氣口的氣壓可通過流通口至出氣口，當出氣口壓力增大後，活塞組推動主彈簧往右，此時頂針又被往右推，直至流通口封住，此時出氣口壓力與主彈簧力平衡，即可達到調壓的目的。圖5中傳動介面是調壓閥的關鍵元件，它直接決定著調壓閥的輸出反應和使用壽命，依需求正確地選擇傳動介面是設計調壓閥的關鍵之一。目前調壓閥之壓力傳遞元件(傳動介面)多採用薄膜式(膜片式(Diaphragm Type))(圖1)與活塞式(Piston Type)(圖2~4)，活塞式適合高壓及可靠度高之場合，但活塞上O型環因受擠壓，當壓力上升及下降時，因有摩擦力產生，降低調壓閥反應速度；而薄膜式壓力差會較小、反應較快，但因結構上關係，無法耐高壓操作。

為解決先前技術之缺點，本發明係提供一種波紋管式調壓閥，係以波紋管取代傳統技術之活塞或膜片作為調壓閥之傳動介面，其密封性好，緩衝吸振能力強，可提高調壓閥之機械性能與壽命。

本發明係為一種波紋管式調壓閥，係包括：一本體，該本體一端具有一流體入口與一流體出口，該流體入口及該流體出口與該本體內部之一流通空間相連，該本體另一端設有主彈簧，該主彈簧不朝向該本體的一端設有一預力螺旋；一針閥組，係設置於該本體內部、與該主彈簧同軸，該 針閥組係用於阻擋或不阻擋該流體入口、該流體出口與該流通空間之間的連通；一導桿，係設置於該主彈簧朝向該針閥組之一側、與該針閥組及該主彈簧同軸設置，該導桿與該針閥組間同軸設置一滑動軸，該滑動軸係與該導桿鎖合、並抵靠該針閥組；一環形蓋板，係設置於該主彈簧朝向該針閥組之一側、鎖固於該本體內，該環形蓋板係限制該導桿向該針閥組方向之移動；以及一波紋管，係設置於該滑動軸與該環形蓋板間，並使該環形蓋板與該滑動軸之間保持氣密，該波紋管係由複數片波紋片組成。

本發明之一實施例中，其中該針閥組係由針閥、針閥座、針閥彈簧與內六角檔子組成。

本發明之一實施例中，其中更包括：壓力回授管路，係設置於該本體內部、連通該流體出口與該針閥組不朝向該主彈簧之一端。

本發明之一實施例中，其中該波紋管係以8片波紋片焊接組合而成。

本發明之一實施例中，其中該主彈簧兩端係設有彈簧固定器。

以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其他目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。

11‧‧‧本體

11A‧‧‧流體入口

11B‧‧‧流體出口

11C‧‧‧流通空間

12‧‧‧主彈簧

121‧‧‧預力螺旋

13‧‧‧針閥組

14‧‧‧導桿

15‧‧‧滑動軸

16‧‧‧環形蓋板

17‧‧‧波紋管

21‧‧‧波紋片

21A‧‧‧內圈微焊接處

21B‧‧‧外圈微焊接處

31‧‧‧主彈簧

31‧‧‧彈簧固定器

32‧‧‧滑動軸

33‧‧‧導桿

34‧‧‧蓋板

35‧‧‧波紋管

41‧‧‧本體

411‧‧‧針閥座

412‧‧‧針閥

413‧‧‧針閥彈簧

414‧‧‧內六角檔子

42‧‧‧流體出口

421‧‧‧壓力回授管路

圖1~圖4係為先前技術專利前案之結構圖。

圖5係為現有技術調壓閥之基本原理結構圖。

圖6係為本發明之波紋管式調壓閥第一實施例結構圖。

圖7係為本發明使用之波紋片外形與斷面示意圖。

圖8係為本發明使用之波紋管焊接處示意圖。

圖9係為本發明第二實施例之滑動組局部結構圖。

圖10係為本發明第三實施例之針閥組局部結構圖。

以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點與功效。

圖6係為本發明之波紋管式調壓閥第一實施例結構圖，該實施例係包括：一本體11，該本體一端具有一流體入口11A與一流體出口11B，該流體入口11A及該流體出口11B與該本體11內部之一流通空間11C相連，該本體11另一端設有主彈簧12，該主彈簧12不朝向該本體11的一端設有一預力螺旋121；一針閥組13，係設置於該本體11內部、與該主彈簧12同軸，該針閥組13係用於阻擋或不阻擋該流體入口11A、該流體出口11B與該流通空間11C之間的連通；一導桿14，係設置於該主彈簧12朝向該針閥組13之一側、與該針閥組13及該主 彈簧12同軸設置，該導桿14與該針閥組13間同軸設置一滑動軸15，該滑動軸15係與該導桿14鎖合、並抵靠該針閥組13；一環形蓋板16，係設置於該主彈簧12朝向該針閥組13之一側、鎖固於該本體11內，該環形蓋板16係限制該導桿14向該針閥組13方向之移動；以及一波紋管17，係設置於該滑動軸15與該環形蓋板16間，並使該環形蓋板16與該滑動軸15之間保持氣密，該波紋管17係由複數片波紋片組成。

請再次參閱圖6，該實施例採用彈簧力調整螺旋(預力螺旋121)，壓迫主螺旋彈簧(主彈簧12)，推動波紋管17，頂開針閥組13，當流體入口11A壓力為零時，針閥組13被波紋管17往下壓(以圖式方向為向右壓)，流體入口11A、流體出口11B與本體11內之流通空間11C相通。當流體入口11A有壓力進入時，氣體或液體流量通過流通空間11C，由流體出口11B流出，流體出口11B如果為有限容積，流體出口11B壓力會逐漸增加，此時壓力將波紋管17往上推(以圖式方向為向左推)，推動主彈簧12往上(以圖式方向為向左)，針閥組13同步被流體出口11B回授壓力及右方的針閥組小彈簧往左推，當達到所設定壓力時，因力平衡關係，針閥組13會將流通空間11C關閉，如流體出口11B壓力再次降低時，針閥組13才會被主彈簧12頂開，開啟流通空間11C。

圖7係為本發明使用之波紋片外形與斷面示意圖，波紋片21因具有撓性，於軸向變形時，可產生位移，經 多片組合後，位移量可滿足需求，且焊接後之波紋片組(即圖6之波紋管)密封性好，緩衝吸振能力強，故可取代傳統活塞式及薄膜式等缺點，並能提高機械之性能。本發明實施例中以8片0.1mm波紋片疊加，於內圈4道之內圈微焊接處21A及外圈5道之外圈微焊接處21B施以微電子束焊接，來組成所需位移量，如圖8所示，形成一個密封及壓力傳遞介面。

圖9係為本發明第二實施例之滑動組局部結構圖，如圖所示，該第二實施例以螺旋彈簧作為主彈簧31來提供所需彈簧力，2個彈簧固定器311間放置於主彈簧31兩側，以確保接觸表面平滑，並能防止振動時彈簧走位或偏擺。滑動軸32與導桿33鎖合，藉由蓋板34(為環形蓋板)固定，滑動軸32的壓力作用面321受壓力後與主彈簧31產生力平衡關係，可自由上下移動，滑動軸32與蓋板34間有波紋管35焊接後相連接，防止氣體(或其他種類之流體)洩漏。

圖10係為本發明第三實施例之針閥組局部結構圖，如圖所示，該第三實施例之針閥座411、針閥412、針閥彈簧413及內六角檔子414均安裝於針閥組所在之本體41內，首先將針閥412頂針與針閥彈簧413套入針閥組所在之本體41內，接著放入針閥座411，最後將內六角檔子414使用手工具旋入本體41內，並需旋緊及上磅，推擠針閥彈簧413產生預壓力，讓針閥座411及針閥412在接觸面上能保持密封狀態，該接觸面為斜面接觸具有導引功能，針閥412與針閥座411間安 裝O型環防止氣體(或其他流體)洩漏。另在流體出口42處設計壓力回授管路421，主要用於增加針閥412關閉速度及氣密性。

藉此，本發明係提供一種波紋管式調壓閥，係以波紋管取代傳統技術之活塞或膜片作為調壓閥之傳動介面，其密封性好，緩衝吸振能力強，可提高調壓閥之機械性能與壽命。本發明之波紋管式調壓閥構型內傳動介面之波紋管由8片波紋片疊加，得到適當位移量，於內外圈均施以微電子束焊接後來組成所需位移量，並在滑動軸與蓋板間2處進行焊接固定，達到氣密與力量傳遞效果。本發明之滑動軸與導桿鎖合，形成力量的傳遞，滑動軸與蓋板所設計軸向移動間隙，自然形成滑動軸移動之上死點，以避免滑動軸受壓力後推擠波紋管之波紋片堆疊在一起，破壞到微焊點結構，造成波紋管失效。本發明之主彈簧兩端由預力螺旋及彈簧固定器夾持，被限制在軸向運動，可防止振動時徑向移動。本發明之針閥組設有導引及硬金屬密封設計，避免移動時偏轉，本發明並於流體出口處設計壓力回授管路，達到較佳密封效果。

上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟習此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。

11‧‧‧本體

11A‧‧‧流體入口

11B‧‧‧流體出口

11C‧‧‧流通空間

12‧‧‧主彈簧

121‧‧‧預力螺旋

13‧‧‧針閥組

14‧‧‧導桿

15‧‧‧滑動軸

16‧‧‧環形蓋板

17‧‧‧波紋管

Claims (5)

1. 一種波紋管式調壓閥，包括：

   一本體，該本體一端具有一流體入口與一流體出口，該流體入口及該流體出口與該本體內部之一流通空間相連，該本體另一端設有主彈簧，該主彈簧不朝向該本體的一端設有一預力螺旋；

   一針閥組，係設置於該本體內部、與該主彈簧同軸，該針閥組係用於阻擋或不阻擋該流體入口、該流體出口與該流通空間之間的連通；

   一導桿，係設置於該主彈簧朝向該針閥組之一側、與該針閥組及該主彈簧同軸設置，該導桿與該針閥組間同軸設置一滑動軸，該滑動軸係與該導桿鎖合、並抵靠該針閥組；

   一環形蓋板，係設置於該主彈簧朝向該針閥組之一側、鎖固於該本體內，該環形蓋板係限制該導桿向該針閥組方向之移動；以及

   一波紋管，係設置於該滑動軸與該環形蓋板間，並使該環形蓋板與該滑動軸之間保持氣密，該波紋管係由複數片波紋片組成。
2. 如請求項1所述之波紋管式調壓閥，其中該針閥組係由針閥、針閥座、針閥彈簧與內六角檔子組成。
3. 如請求項1所述之波紋管式調壓閥，其中更包括：壓力回授管路，係設置於該本體內部、連通該流體出口與該針閥組不朝向該主彈簧之一端。
4. 如請求項1所述之波紋管式調壓閥，其中該波紋管係以8片波紋片焊接組合而成。
5. 如請求項1所述之波紋管式調壓閥，其中該主彈簧兩端係設有彈簧固定器。

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