[发明专利]高压调节器

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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，氢燃料供给依靠 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700bar或10,000psi 的相对高压下以气态储存在储罐中。该高压储存在减小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，200psi)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，氢气压力的迅 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 同的设计技术在高工作温度下随着密封件膨胀和黏合而造成调节器部件的 “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。

发明内容

在一个公开的示例中，高压调节器包括优选为基本圆柱形的主体，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，以控制流体从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被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。

具体实施方式