高压调节器制造技术

一种高压调节器包括具有压力入口和压力出口的主体。活塞被设置在所述主体中，且被流体联接到所述压力入口和所述压力出口。所述活塞被配置为响应通过所述压力出口施加到所述活塞的一表面上的压力而压缩操作以接触座圈，从而控制流体从所述压力入口向所述压力出口流动。活塞座沿周向接合所述活塞以在低温下提供改善的密封。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上涉及一种针对高压应用的压力调节器，更具体而言，涉及一种针对分配压缩氢气的储罐的高压调节器。
技术介绍
由于氢气消耗的副产品只有热和水，因此氢气已被证明是一种针对包括汽车在内的很多应用的非常吸引人的可选燃料供给。目前，氬燃料供给依靠氢燃料电池由储存的氢气产生电，所产生的电可以被用于操作马达以为汽车提供动力。在 汽车燃料电池应用中，氢气通常在接近700 bar或IO，OOO psi的相对高压下以气态储存在储罐中。该高压储存在减'J、的储存容量中提供大量的氢气供给。燃料电池根据需要通过管路或管道系统从储罐中引出氢气以维持能量转换，但是为了减小系统费用和为了安全性，燃料电池必须在显著地低于储存氢气的压力(例如，200 psi)下操作。通常，在储罐和燃料电池之间设置有至少一个压力调节器，以将来自储罐的压缩氢气的压力减小到适用于燃料电池系统的压力。容易理解的是，当氢气从储罐通过压力调节器被排出时，氬气压力的迅速下降将导致压力调节器内的氢气温度的相应下降，该温度能够接近-50摄氏度。另外，在特定环境中，工作温度也能够达到+85摄氏度的温度。这种极端的温度范围使得对调节器进行密封变得非常困难。例如，在极低的温度下，金属对金属密封件和弹性密封件会收缩，从而导致调节器中发生泄漏，该泄漏可降低压力控制性能。用于减少密封件收缩问题的常规设计技术包括提供密封件对密封表面的容差和适宜在低温下密封的结构材料。已知这些相同的设计技术 6"卡死"现象，从而妨碍调节器的操作。另外，氢气自储罐的周期或循环分 配可能会产生问题。根据对来自储罐的氢气的需求，随着氢气从储罐中被分配，压力调节器 会经受反复的热或冷却循环。这些反复的循环能够对压力调节器造成不希望 的操作和维护问题。例如，许多常规压力调节器使用多部件内阀组件，这些组件依靠该阀组件内的高压密封件。热循环引起高压密封部件的膨胀/收缩 循环，该循环能够导致密封磨损加剧，从而可能造成高压泄漏或甚至调节器 和/或燃料电池系统的严重失效。因此，在高压气体分配应用中提供一种显 著地不易受到泄漏和操作失效影响的压力调节器是有利的。
技术实现思路
在一个公开的示例中，高压调节器包括优选为基本圓柱形的主体，并包 括优选与外膛孔同心的内膛孔，使得该内膛孔限定压力入口并包括位于该内 膛孔内的座圈。帽形成带有通孔的压力腔，该通孔限定优选与内膛孔同心对 准的压力出口。在内部设置在主体和帽之间的活塞组件选择性地接合内膛孔 的座圈，以控制流体乂人压力入口向压力出口流动。活塞组件包括活塞、活塞 座和加载元件，其中所述活塞座在外部压配合在所述活塞上以沿周向接合活 塞基底，从而在极低的温度下获得改善的活塞座固定。所述活塞包括针对第 一操作模式的第 一有效感应面积和针对第二操作模式的第二有效感应面积。在另一公开的示例中，高压调节器包括主体，该主体具有基本圆柱形形 状，包括与外膛孔基本同心的内膛孔，使得所述内膛孔限定压力入口并包括 位于该内膛孔内的座圈。基本圆柱形的帽形成带有通孔的压力腔，该通孔限 定与所述内膛孔基本同心对准的压力出口 。在内部设置在主体和帽之间的活 塞组件选择性地接合内膛孔的座圈，以控制流体从压力入口向压力出口流 动。所述活塞组件包括具有第一密封构件和第二密封构件的活塞、活塞座和 加载元件，该加载元件被操作性地联接到所述活塞以提供加载元件力。所述 第一密封构件和第二密封构件的配置为活塞组件在帽处和主体处提供密封，使得第 一和第二密封构件不^皮暴露于相对较高的入口压力下，从而基本上减 小主体内的入口压力泄漏。附图说明图1为具有预定调节压力的示例性高压调节器的剖视图。 图2具有可调的调节压力的示例性高压调节器的剖视图。具体实施例方式总体而言，本文所描述的示例性高压调节器提供单一调节器主体，该主 体包含用于控制流体流动通过调节器的内活塞组件。通过依靠直接的出口压 力反馈来控制流体压力，示例性高压调节器的出口压力可以保持基本不受入 口压力变化的影响。以下更加详细描述的优选示例性高压调节器利用整个活 塞组件上的压缩力平衡来操作，以将调节器出口压力维持在预定压力或设定 点。优选地，活塞组件内单一或整体式活塞可以减少所需部件的数量，从而 能够使设计更加紧凑且使可靠性和性能得到改善，并降低生产和组装成本。本领域技术人员将理解的是，示例性压力调节器仅在调节器的出口侧或 低压侧配置有密封件，以基本上消除调节器内的入口压力氩气泄漏。本领域 技术人员将进一步理解的是，活塞座在不需要额外的保持器件的情况下被联 接到活塞，以提供改善的低温性能。如果在活塞关闭时活塞座上发生流体泄 漏，则该示例性调节器还有利地提供出口压力辅助切断功能。现在参见图1,其示出针对用于氢燃料电池的高压气体分配系统的示例性不可调的高压调节器100的剖视图。示例性高压调节器100具有相对较小 的总尺寸(例如，约D2.40"xH3.00")，并具有基本上减少的部件总数。因 此，所公开的示例提供了更为可靠且价格低廉的内联、高压调节器。总体而 言，示例性高压调节器100由设置在基本单一或整体式主体110内的内活塞 组件或模块130组成。螺紋连接到主体110的帽150形成用于压力控制的出 口压力腔160。在以下描述中，示例性高压调节器IOO被示出为处于打开位置，例如调节器在完全打开和完全关闭位置之间过渡时的位置。如上所述并如图1所示，示例性高压调节器100的优选实施例包括具有单一压力入口 112的主体110,该压力入口 112由从主体IIO延伸的中空圆 柱体形成，并包括沿纵向轴线C定位的具有不同直径的多个同心通路。如图 所示，在压力入口 112上设置有外螺紋115,用于将调节器IOO连接到压缩 气体源，例如高压氢气储罐(未示出)。本领域技术人员已知的针对这种高 压应用的其它适当的联接机构也可被使用。优选地，在压力入口 112中形成 有凹槽117,用于容纳高压密封件，例如平板垫(未示出)，以将调节器100 密封到储罐。在压力入口 112的另一端，通^各113被形成在主体110中，以 将活塞组件130通过入口压力腔114流体连接到压力入口 112,以下将对其 进4亍更i羊细的i寸"i仑。主体110进一步包括由主体110的内壁126限界的内圆柱形空腔149。 圓柱形空腔149优选与压力入口 112的纵向轴线C基本对准。该圓柱形空腔 149被提供用于保持加载元件135,该加载元件135优选为弹簧或其它合适 的加载元件或偏压器件。如以下更加详细所述，加载元件135沿观看附图时 大致向上的方向偏压活塞组件130。主体IIO还可以在外壁127的上部包括 外螺紋lll，用于螺紋地接合示例性高压调节器100的帽150，以形成控制 流体流动所需的压力保持组件。本领域技术人员能够理解的是，示例性高压 调节器也可以在外壁上包含内螺紋并在帽150上包含外螺紋，或利用其它已 知的连接手段将主体IIO螺紋联接到帽150。压力出口 170沿纵向轴线C形成在帽150上，并优选与压力入口 112 基本对准。如图所示，在帽150上设置有外螺紋159或类似物，以提供与燃 料电池系统的螺紋连接。在帽150上还可以设置环形沟槽171，以容纳密封 件，例如O型圈密封件(未示出)。压力出口 1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压力调节器，包括：　具有压力入口的主体；　帽，其具有压力出口并被操作性地联接到所述主体；和　活塞组件，其在内部设置在所述主体和所述帽之间，用于选择性地接合所述主体内的座圈，以控制流体从所述压力入口向所述压力出口流动，其 中所述活塞组件包括：　具有活塞头和活塞基底的活塞，所述活塞基底包含贯穿该活塞基底的膛孔以将所述压力入口联接到所述压力出口，所述活塞具有针对第一操作模式的第一有效感应面积和针对第二操作模式的第二有效感应面积；　加载元件，其被操作性 地联接到所述活塞以在活塞上提供加载力来预定出口压力；和　活塞座，用于接合所述座圈以进行流体控制，其中所述活塞座沿周向接合所述活塞基底。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：托德W拉森，大卫L托马斯，埃里克W伊曼，
申请(专利权)人：泰思康公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]