气体输送阀及其使用方法与流程

本发明涉及一种用于气缸从单个端口填充和分配气体的独特阀装置，所述阀装置在气体从气缸中抽出时是自调节的。

背景技术：

气体分析仪通常用于多种应用中，以测量在工厂(诸如石化工厂或煤炭工厂)场地处的空气质量。这些气体分析仪用于检测痕量污染物或杂质气体的存在。以举例的方式，工业卫生和epa排放应用通常需要使用气体分析仪来测量空气质量。

气体分析仪周期性地需要使用校准气体作为完整性检查，以确保分析仪正常工作。校准气体包含由气体分析仪检测的精确量的待检测气体(例如硫化氢、一氧化碳和可燃物)，并且因此通常用于验证气体分析仪是否已校准和正常工作。校准气体通常以压缩气体形式提供在高压(例如，500psig至1000psig)气缸中。气体压缩气缸可包含精确量的校准气体，诸如硫化氢(h2s)、一氧化碳(co)或可燃物。校准气体通常用于便携式和固定空气/气体监测器的校准和/或“隆起”检查。术语“隆起”测试或检查一般涉及将校准的气体混合物输送至气体监测设备以验证气体监测设备的响应。该响应可通过任何合适的方法进行，包括可听响应或可见响应。另外，便携式使用者穿戴式气体监测器通常采用振动报警响应。所述监视器可用于测量氧气的百分比；最低爆炸限度％(lel)；以及百万分之一浓度的硫化氢、氨和其它气体。

包含校准气体的压缩气体气缸通常要求尺寸相对较小、重量轻且便携，以有利于在工厂场地的各种位置使用。为了实现这些特性，压缩气体气缸通常具有0.5升至1.5升的水容量；由铝形成；并且在大多数情况下为一次性的。一次性气缸是不可再填充的，因此需要将气缸作为危险废物处理。通常，客户负责处理气缸的处理。

压缩气体气缸通常具有用于填充，将加压气体容纳在气缸中以及从气缸释放加压气体的阀。此阀的出口具有标准螺纹。例如5/8”-18unf-2b螺纹，通常称为“c-10阀”。标准的c-10阀具有将该c-10阀配合到气缸上的单缸连接点。该连接通常是直螺纹(例如3/4”-16-unf2a)并通过o型环密封气缸。c-10阀已广泛用于现场，严格作为用于从压缩气体气缸输送气体的开关阀。在关闭位置，c-10阀防止气体从气缸中流出，并且在打开位置，c-10阀移动到打开位置以允许气体从气缸中分配。在气缸压力下输送气体。

由于c-10阀不调节压力，而是仅用作开关阀，因此需要压力调节器来将压力从气缸压力向下调节至最终使用者(例如，分析仪)所需的输送压力，所述压力通常为30psig至35psig。压力调节器连接到c-10阀；该压力调节器在其入口在具有5/8"-18unf-2a的互补螺纹，因此其可以螺纹连接到c-10阀出口上。经由连接到压力调节器的c-10阀从气体分析仪到压缩气体气缸的连接已成为当今工业的标准。

今天，用于这些气体分析仪校准应用的现场压力调节器的最大入口压力不超过500psig至1000psig。因此，虽然c-10阀能够处理更高的压力，并且气缸能够处理1800psig至2000psig的最大填充压力，但填充压力限制在压力调节器的最大入口压力不超过500psig至1000psig以避免对压力调节器过度加压。由于气缸包装件内容物受到此压力，因此气缸容积的仅25-50％会被使用。气缸体积容量的这种不足导致更频繁地更换气缸；对供应商和顾客的附加的订购和库存要求，以及就一次性气缸而言，产生更多的一次性废物，其必须由客户来处理。总体结果是浪费的资源有可能显著增加。

增加气缸中的填充压力并保持c-10阀的额定出口压力的替代方法是用压力调节装置替换需要不超过500psig至1000psig的历史上使用的压力调节器，所述压力调节装置可从c-10阀接收气缸压力，然后将气缸压力降低至所需的使用压力(例如，用于气体分析仪的30psig至35psig)。这使得使用者能够将气缸填充至更高的压力，并根据最终使用者的需要将输送压力调节至所需的值。遗憾的是，这些外部压力调节装置体积庞大，并且给使用c-10阀气缸包装件(即，包含校准气体和c-10阀的压缩气体气缸)增加了尺寸限制，该包装件要求尺寸小、重量轻、携带方便、可在工厂中的各种位置场地使用。因此，外部调节装置可能不适宜地与c-10包装件相容。

lammers已经提出了另选的的c-10阀(美国专利公布号2015/0013776a1)，其试图将调节功能整合在c-10阀内。lammers阀的代表性示意图在图2b中示出。lammers描述了一种包含调节功能的调节c-10阀205，其中来自气缸的气体压力降低到大约900psig，同时具有图2a中所示的标准c-10阀201的相同开关功能。然而，lammers具有局限性。具体地讲，图2b示出了调节c-10阀205需要使用外部单独的填充端口730以在气缸填充过程中绕过调节器702。附加的填充端口730将复杂性、成本和另一潜在的气体泄漏路径添加至调节c-10阀205。lammers的调节c-10阀205显著地增加了c-10阀体在拧入气缸顶部的螺纹区域之上的暴露高度。具体地讲，虽然标准c-10阀201(图201)在螺纹之上具有0.5英寸的暴露高度，但是lammers的调节c-10阀205在拧入气缸顶部的螺纹区域之上具有2.5英寸的暴露高度。结果是大体积的调节c-10阀205和气缸包装件，其可能太大而不能用于具有空间受限区域的某些应用，例如工业卫生和epa排放应用。这可在使用该装置期间提供尺寸限制。

此外，lammers的调节c-10阀205也有不足，因为除了使用端口753之外它还需要单独的填充端口730。单独的填充端口730需要专用设备用于气缸的修改的干燥、排空和填充，所有这些都是制备气缸包装件时所需的步骤。该专用加工设备需要在干燥、排空和填充过程中实现将专用配件和连接件安装在气缸上。随后，在完成干燥、排空和填充后，必须移除设备、配件和连接件。这些附加步骤不期望地增加制备气缸包装件的时间和复杂性。

用于下调压力的其它方法不涉及c-10连接，而是涉及位于气缸内的一种调节器或一系列调节器，如美国专利号6,089,027和美国专利号6,101,816所公开。然而，这种设计具有与lammers的改进的c-10阀相同的缺点，即需要用于填充气缸的单独的填充端口。

考虑到这些缺点，存在对具有以下特性的改进的c-10阀的尚未满足的需求：其允许更好地利用气缸容量；简化填充和分配；并且允许在输送期间调节气体压力而不增加气缸包装件的整体尺寸。

技术实现要素：

本发明部分涉及修改和改进的c-10阀，与常规的c-10阀不同，该阀掺入了调节特征，其中使用单个气体流动路径来填充和从所述气缸分配，而不显著增加暴露的阀体的尺寸。

本发明可包括各种组合形式的以下任一方面，并且还可包括下文在书面描述或在附图中描述的任何其它方面。

在第一方面，具有内置调节器功能和单个流动气体路径的自关闭阀，包括：阀体(9)，该阀体基本上设置在气缸(1101)的顶部部分内；阀体(9)包括具有第一端部(98)和第二端部(99)的柱塞(1)，所述柱塞(1)位于保持器外壳(8)中，所述保持器外壳包括第一部分(6)和第二部分(7)，所述柱塞(1)能够在保持器外壳内的第一部分、第二部分和第三部分之间移动，所述柱塞(1)包括从柱塞(1)的第一端部(98)延伸的第一通路(67)和与第一通路(67)间隔开并朝柱塞(1)的第二端部(99)延伸的第二通路(68)；可操作地连接到柱塞(1)的第二端部(99)的弹簧(16)，所述弹簧(16)从柱塞(1)的第二端部(99)延伸到活塞(11)的孔洞(34)中，所述弹簧(16)被构造成抵靠柱塞(1)的第二端部(99)施加力；活塞(11)包括活塞第一端部和活塞第二端部，所述活塞第一端部可操作地连接到柱塞(1)的第二端部(99)，所述活塞第二端部包括杆(13)和可操作地附接到杆(13)的座(12)；在阀体(9)内并部分围绕活塞(11)的可膨胀隔膜(15)，所述可膨胀隔膜(15)被构造成抵靠活塞(11)的第一端部施加力，并且所述可膨胀隔膜(15)进一步被构造成在气体(1102)沿着单个气体流动路径从气缸(1101)中分配时将压降从气缸压力调节为调节压力，但在气体沿着单个气体流动路径填充时不调节压降；单个气体流动路径被构造成用于将气体填充到气缸(1101)中并且从气缸(1101)分配气体；用于气体填充的所述单个气体流动路径至少部分地由被构造在第三位置的柱塞(1)产生，所述第三位置的特征在于，所述柱塞(1)与密封表面(82)间隔开以允许气体从柱塞(1)的第一通路(67)进入其间，然后进入柱塞(1)的第二通路(68)，通过孔洞(34)并朝向活塞(11)的杆(13)，柱塞(1)的所述第三位置的进一步特征在于，所述活塞(11)的座(12)与密封表面(80)间隔开以形成第一孔口(83)，来自杆(13)的气体通过第一孔口进入，进一步地，其中活塞(11)的所述第一端部和保持器外壳(8)的第二部分(7)在气体填充期间由第一间隙(85)间隔开；并且用于气体分配的所述单个气体流动路径至少部分地由被构造在第二位置的柱塞(1)产生，所述第二位置的特征在于所述柱塞(1)与密封表面(82)间隔开以允许气体通过其离开并进入柱塞(1)的第一通路(67)，柱塞(1)的所述第二位置的进一步特征在于，活塞(11)的所述座(12)与密封表面(80)间隔开以形成第二孔口(84)，来自气缸的气体通过第二孔口传递以经受从气缸压力到调节压力的调节压降，然后，在所述调节压力下的所述气体行进到所述活塞(11)的杆(13)和孔洞(34)中，然后行进到柱塞(1)的所述第二通路(68)和所述第一通路(67)中，在分配期间，所述单个气体流动路径进一步被限定为在气体分配期间使活塞(11)的所述第一端部和保持器外壳(8)的第二部分(7)由第二间隙(86)间隔开，所述第二间隙(86)大于第一间隙(85)。

在第二方面，具有内置调节器功能和单个流动气体路径的自关闭阀，包括：基本上设置在气缸的顶部部分内的阀体(9)；阀体(9)包括具有第一端部(98)和第二端部(99)的柱塞(1)，所述柱塞(1)位于保持器外壳(8)中，所述保持器外壳(8)包括在阀体(9)中的第一部分(6)和第二部分(7)，所述柱塞(1)包括从第一端部(98)延伸的第一通路(67)和与第一通路(67)间隔开并朝柱塞(1)的第二端部(99)延伸的第二通路(68)；可操作地连接到柱塞(1)的第二端部(99)的弹簧(16)，所述弹簧(16)从柱塞(1)的第二端部(99)延伸到活塞(11)的孔洞(34)中，所述弹簧(16)被构造成抵靠柱塞(1)的第二端部(99)施加力；活塞(11)包括活塞第一端部和活塞第二端部，所述活塞第一端部可操作地连接到柱塞(1)的第二端部(99)，所述活塞第二端部(99)包括杆(13)和可操作地附接到其上的座(12)；在阀体(9)内并且部分地围绕活塞(11)的可膨胀隔膜(15)，所述可膨胀隔膜(15)被构造成抵靠活塞第一端部施加力；所述柱塞(1)能够在保持器外壳(8)内的第一位置、第二位置和第三位置之间移动；柱塞(1)响应于填充适配器(600)或压力调节器从柱塞(1)的第一端部(98)脱离而可移动到第一位置中并与活塞(11)接合，从而在第二部分(7)和活塞(11)的第一端部之间形成第三间隙(87)，所述柱塞(1)与密封表面(82)接触，并且所述气体占据由所述第三间隙(87)产生的体积，以便迫使座(12)与密封表面(80)接触，从而在密封表面(80)和密封表面(82)处阻塞所述单个流动气体路径；柱塞(1)可移动到与密封表面(82)间隔开的第二位置，所述柱塞(1)响应于填充适配器(600)接合到柱塞(1)的第一端部(98)而与活塞(11)接合，以在保持器外壳(8)的第二部分(7)和活塞(11)的第一端部形成第二间隙(86)，使得气体占据由所述第二间隙(86)产生的体积，所述气体施加与可膨胀隔膜(15)相平衡的力以产生第二孔口(84)，来自气缸的气体通过第二孔口传递并可以沿着所述单个流动气体路径被分配；柱塞(1)可移动到与密封表面(82)间隔开的第三位置，所述柱塞(1)响应于压力调节器接合到柱塞(1)的第一端部(98)而与活塞(11)接合，以在保持器外壳(8)的第二部分(7)和活塞(11)的第一端部形成第一间隙(85)，使得所述气体占据由所述第一间隙(85)产生的体积，所述第一间隙小于所述第二间隙(86)和所述第三间隙(87)，其中所述弹簧(16)和可膨胀隔膜(15)克服由所述气体施加的力而致使柱塞(1)的所述第二端部(99)靠近活塞(11)的所述第一端部，这足以防止附加的气体进入所述第一间隙(85)，从而绕过所述可膨胀隔膜(15)的所述调节功能而允许所述气体填充到气缸中。

在第三方面，具有内置调节器功能和单个流动气体路径的自关闭阀，包括：基本上设置在气缸的顶部部分内的阀体(9)；该阀体(9)包括具有第一端部(98)和第二端部(99)的柱塞(1)，所述柱塞(1)能够在保持器外壳内的第一位置、第二位置和第三位置之间移动，活塞(11)包括活塞第一端部和活塞第二端部，所述活塞第一端部可操作地连接到柱塞(1)的第二端部(99)，所述活塞第二端部包括杆(13)和可操作地附接到该杆(13)的座(12)；在阀体(9)内并部分围绕活塞(11)的可膨胀隔膜(15)，所述可膨胀隔膜(15)被构造成抵靠活塞第一端部施加力，并且所述可膨胀隔膜(15)进一步被构造成在气体沿着单个气体流动路径从气缸中分配时将压降从气缸压力调节为调节压力，但在气体沿着单个气体流动路径填充时不调节压降；以及被构造成用于将气体填充到气缸中并且从气缸分配气体的单个气体流动路径，所述单个气体流动路径至少部分地从柱塞(1)的一部分延伸至活塞(11)并沿着在所述座(12)和密封表面(80)之间形成的孔口(83)延伸。

在第四方面，可操作地连接到气缸的自关闭阀，包括内置调节器功能，该内置调节器功能被构造成在沿着阀延伸的单个气体流动路径输送期间调节气体压力；以及被构造成从气缸分配气体并将气体接收到气缸中的单个流动气体路径。

在第五方面，具有内置调节器功能和单个流动气体路径的自关闭阀，包括：阀体(9)，该阀体包括具有第一端部(98)和第二端部(99)的柱塞(1)，所述柱塞(1)位于保持器外壳(8)中，所述保持器外壳包括第一部分(6)和第二部分(7)，所述柱塞(1)能够在保持器外壳内的第一位置、第二位置和第三位置之间移动；可操作地连接到柱塞(1)的第二端部(99)的弹簧(16)，所述弹簧(16)从柱塞(1)的第二端部(99)延伸到活塞(11)的孔洞(34)中，所述弹簧(16)被构造成抵靠柱塞(1)的第二端部(99)施加力；活塞(11)包括活塞第一端部和活塞第二端部，所述活塞第一端部可操作地连接到柱塞(1)的第二端部(99)，所述活塞第二端部包括杆(13)和可操作地附接到杆(13)的座(12)；在阀体(9)内并部分围绕活塞(11)的可膨胀隔膜(15)，所述可膨胀隔膜(15)被构造成抵靠活塞(11)的第一端部施加力，并且所述可膨胀隔膜(15)进一步被构造成在气体(1102)沿着单个气体流动路径从气缸(1101)中分配时将压降从气缸压力调节为调节压力，但在气体沿着单个气体流动路径填充时不调节压降；该单个气体流动路径被构造成用于将气体填充到阀中并且从该阀分配气体。

附图说明

根据本发明的优选实施方案的以下详细描述，并结合附图将更好地理解本发明的目标和优点，在附图中，类似的数字在整个说明书中指代相同的特征结构，并且其中：

图1示出了根据本发明的原理固定到气缸的顶部部分上的阀；

图2a、图2b和图2c分别示出了标准c-10阀，修改的c-10阀和本发明的c-10阀的阀体的暴露高度的比较；

图3示出了处于关闭位置的阀；

图4示出了使用中的或处于输送位置的阀；

图5示出了处于填充位置的阀；

图6示出了填充适配器；以及

图7示出了附接到阀的阀体上的减压阀的部件。

具体实施方式

通过以下详细描述来更好地理解本发明的各种元件的关系和功能。该详细描述设想了如在本公开的范围内的以各种排列和组合的特征、方面和实施方案。本公开因此可被指定成包括这些具体特征、方面和实施方案的任何此类组合和排列，或选择的它们中的一个或多个、由或基本上由这些具体特征、方面和实施方案的任何此类组合和排列，或选择的它们中的一个或多个组成。

还应当理解，附图未按比例绘制，并且在某些情况下省略了对于理解实施方案而言不必要的附图中的细节，诸如常规的制造和组装的细节。本文所提供的附图旨在说明可用于实施本发明的原理。

而柱塞1的“第一位置”在实施方案中示出为最上方或顶部位置；柱塞1的“第二位置”被示出为中间位置；并且柱塞1的“第三位置”被示出为最底部或底部位置，应当理解，“第一位置”、“第二位置”和“第三位置”不限于此类构型。例如，如果将本文所讨论的具有本发明的c-10阀的气缸包装倒置，则“第一位置”将为底部位置；“第二位置”保持中间位置；并且“第三位置”为顶部位置。

参见图1、图3、图4和图5，在一个方面，本发明涉及修改和改进的c-10阀1100，其中调节特征结构被集成到阀体9中(如本文将结合附图讨论)，并且单个气体流动路径用于将气体1102填充到气缸1101中并且从气缸1101分配气体1102，阀1100优选地螺纹连接到该气缸。如将结合图2至图7更详细地描述，本发明的c-10阀1100包括柱塞1，该柱塞具有三个不同的位置，所述三个不同位置允许通过单个气体流动路径进行填充、分配和流动隔离。还将描述的是，在填充期间，填充适配器600(图6)被特别地配置在柱塞1和减压阀1115之上，以使气体1102能够沿着单个气体流动路径填充到气缸1101中，而不会过早地通过减压阀1115释放气体1102，从而增加气缸1101的填充容量并允许气缸1101填充到气缸1101的最大压力。

图3示出了处于关闭位置的阀1100。阀1100包括阀体9，该阀体基本上设置在图1所示的气缸1101的顶部部分内。为清楚起见，图1的气缸1101已从图2至图7中省略，使得可根据本发明的原理充分详细地描述阀1100的结构和机构。

阀体9包括柱塞1。柱塞1具有第一端部98和第二端部99。图3示出了经由弹簧16偏置到其正常位置(即，第一位置)，并且响应于由填充适配器600(图6)在填充期间或由压力调节器在分配期间沿其端部98未被接合的柱塞1。换句话讲，不存在力沿着柱塞1施加以进一步将其施加或压下到保持器外壳8中。因此，柱塞1的关闭位置参考图3(关闭)代表柱塞1的最高位置。相比之下，图4(输送模式)和图5(填充模式)示出了定位在图3的最高位置下方的柱塞1。

仍然参考图3，柱塞1位于阀体9内的保持器外壳8中。保持器外壳8包括位于阀体9内的第一部分6和第二部分7，并且柱塞1可在保持器外壳8内移动。在关闭位置，柱塞1被偏置到密封位置，在该位置由柱塞1的非金属密封件101(例如，o型环)接触密封表面82。非金属密封件101用作“开关”密封件。柱塞1还包括第一通路67和第二通路68，两者均被表征为气体1102通过其流动的中空管状导管，这将参照气体填充和离开气缸1101的方式更详细地描述。第二通路68与第一通路67间隔开并且朝柱塞1的第二端部99延伸。

弹簧16可操作地连接到柱塞1的第二端部99。弹簧16从柱塞1的第二端部99延伸到活塞11的孔洞34中，该活塞具有如图3、图4和图5所示的t形固体结构。活塞11包括活塞第一端部和活塞第二端部。活塞11的第一端部可操作地连接到柱塞1的第二端部99。活塞11的第二端部包括中空管状杆13和座12，该座可操作地附接到杆13。座12和杆13的此类附接允许座12和杆13一起移动。活塞11分别包含顶部非金属密封件92和底部非金属密封件93(例如，o型环)，这些密封件允许活塞11沿阀外壳9密封到具有对应密封表面的位置。活塞11可上下滑动。因此，柱塞1和活塞11可响应于由(i)弹簧16；(ii)由间隙(即，在关闭位置中被命名为间隙87)限定的体积内的气体1102；以及(iii)可膨胀隔膜15施加在柱塞1和活塞11上的各种力而移动。弹簧16对柱塞1的第二端部99施加力。隔膜15抵靠活塞11施加力，该活塞继而抵靠柱塞1的第二端部99传输该力。

在图3的关闭位置，弹簧16抵靠柱塞1的第二端部99施加力。隔膜15的力不足以克服由气体1102施加的相对的向下的力，该气体占据由间隙87限定的腔室体积(如将更详细地说明)。因此，座12不被提离其密封表面80，从而防止气体1102通过阀导管90离开气缸1101的内部。

关闭位置还由占据阀体9的各种通路的气体1102的存在来限定，如图3所示。气体1102在气缸压力(例如，1800psig)下沿着导管90被容纳。在关闭位置，座12防止气体1102进入气缸1101并离开气缸1101。在一个示例中，当柱塞1在所述第一位置(即，图3的关闭位置)时，间隙87中的气体1102迫使活塞11和座12在间隙87中的压力达到预先确定的关闭压力时向下至关闭位置。在一个实施方案中，预先确定的关闭压力为约525psig。在关闭位置，座12防止贮存在气缸1102中的气体1102在约525psig或以上时离开气缸1102，因为隔膜15施加的向上的力不足以克服由间隙87限定的腔室体积中的气体1102施加的反向力，从而使座12提离其密封表面80。应当理解，关闭位置可在其它预先确定的关闭压力下通过至少部分地设置隔膜15以施加特定力来实现，如下文将描述。

气体1102也显示占据阀1100的各种通路，如图3中由“白色空间”内的垂直取向的直线所示。气体1102在导管90内延伸，并且这些区域在座12的侧面内；在杆13的中空管状内；在活塞11的孔洞34内；在间隙87内；并且也在柱塞1和保持器外壳8(包括保持器外壳8的第一部分6和第二部分7)之间延伸的区域内，并且直到柱塞1的非金属密封件101(例如，o型环)。密封件101(即，开关密封件)在关闭位置接触其密封表面82，从而防止气体1102流出阀体9。应当指出的是，气缸1101中气体1102的压力高于容纳在阀1100的各种通路内的气体1102的压力。

如在上文中、在此和全文所用，“气体1102”旨在指气缸1101内的气体，以及填充到气缸1101中的气体、贮存在气缸1101内的气体、从气缸1101分配的气体，以及占据具有创造性的c-10阀1100的特定指示通路的气体。此类气体1102的压力根据气体是否填充到气缸1101中、是否贮存在气缸1101内、是否从气缸1101分配，或者是否占据具有创造性的c-10阀1100的特定指示通路而变化。

间隙87(即，被命名为“第三间隙”)由在保持器外壳8的第二部分7与活塞11的第一端部之间形成的间隙来限定。间隙87形成腔室体积。气体1102在一定压力下占据腔室体积，该压力足以对活塞11施加向下的力，以使其在间隙87内的气体1102的压力处于预先确定的关闭压力时移动到关闭位置。在关闭位置，由间隙87中的气体1102对活塞11施加的力大于由隔膜15施加的反向力。因此，座12被间隙87内的气体1102的力向下推动，使得座12与其密封表面80接触。

现在将参照图3(阀关闭)和图4(阀打开使用)描述阀1100从关闭位置移动到分配位置(即，使用或输送)的机构。当气体1102准备好从气缸1101的内部分配时，外部压力调节器(未示出)沿着柱塞1的第一端部98在图3的关闭位置接合(例如，螺纹接合)到阀体9上。应当理解，填充适配器也可用于接合柱塞1的第一端部98以用于特定最终用途的应用。当外部压力调节器接合到阀体9的顶部部分上时，柱塞1的第一端部98从图3的第一位置进一步推入到保持器外壳8中，进入图4的第二位置。具体地讲，图4示出了与图3相比更进一步进入阀体9中的柱塞的第一端部98以及第二端部99。柱塞1移动到分配位置(即，图4的第二位置)。图4的分配位置示出了新形成的间隙86，该间隙小于图3中关闭位置的间隙87。应当指出的是，由于柱塞1的第二端部99延伸到间隙86中，间隙86不连续地延伸柱塞1的第二端部99和活塞11之间的整个侧向长度，如图4所示。间隙86用作气体1102的压力区，该压力区在气体1102从气缸1101排出时控制或调节该气体的输送压力。占据由间隙86产生的体积的气体1102压缩，以便对活塞11和隔膜15在向下方向上施加力。作为响应，隔膜15通过施加相反力来抵消间隙86内的气体1102的力。如将解释，隔膜15被构造成使得隔膜15施加的向上的力超过在间隙86内的气体1102的相反的和向下的力，从而将座12提离其密封表面80以形成如图4所示的孔口84(即，被命名为第二孔口)。在一个优选的实施方案中，隔膜15的特征在于多个弹簧状垫圈，它们堆叠在彼此的顶部以便向活塞11施加特定力，该活塞继而对间隙86中和柱塞1的第二端部99中的气体1102施加力。

贮存在气缸1101的内部的气体1102沿着导管90从其离开然后穿过孔口84。当气体1102穿过孔口84时，其经历从气缸压力到减小和调节的压力的压降。在一个实施方案中，气体1102在其穿过孔口84(如由图4中的箭头所指示)时经历从约1800psig至2500psig的气缸压力减小到约400psig至525psig的减小和调节的压力的减压。应当理解，气体1102穿过孔口84的任何合适的压降可至少部分地通过以一定的方式制造隔膜15来产生，以使其能够被设置为施加特定力，以便致使该力将座12从其密封表面80提升一定的受控距离以形成特定受控开口的孔口84。孔口84的尺寸可确定由气体1102在流经孔口84时所引起的压降。沿着阀1100的单个气体流动路径的气体1102的流动箭头示于图4中，以指示气体1102的存在和从气缸1101分配的气体1102的流动。

沿着导管90的箭头指示在等于约气缸压力的压力下沿着气缸1101的内部存在的气体1102。气体1102穿过孔口84并经历预先确定的压降。气体1102的减小和调节的压力随后沿着阀1100的单个气体流动路径向上流动，如箭头所示。气体1102的减小和调节的压力从座12沿着单个气体流动通路的各种通路向上延伸，并且最终穿过位于阀体9顶部的柱塞1的第一管状通路67离开。

将更详细地描述气体1102所沿着传递的单个流动气体路径。仍参见图4，当气体1102离开气缸1101的内部并且在流过孔口84时经历从气缸压力到减小和调节的压力的压降时，气体1102继续沿着单个气体流动路径流动。具体地，气体1102沿着调节器座12的基本上竖直取向的侧面(即，座12和阀体9之间的竖直间隙)流动，然后进入杆13的孔洞通路34的入口开口91中。气体1102流过孔洞通路34，然后进入间隙86(即，在保持器外壳8的第二部分7与活塞11的第一端部之间产生的间隙)。气体1102不保持限定在间隙86中，相反，气体1102自由地流入保持器外壳8的第二部分7和柱塞1之间的空间中，然后向上进入保持器外壳8的第一部分6和柱塞1之间的空间中，通过图4的向上的箭头可在视觉上看到。随后，保持器外壳8内的气体1102进入在柱塞1的密封件101和密封表面82之间产生的开口。密封件101与其密封表面82间隔开，这是由于柱塞1的第一端98从图3的第一位置进一步推入保持器外壳8中而进入图4的第二位置，以响应外部压力调节器(未示出)接合到阀体9上并且接合到柱塞1的第一端部98上。气体1102随后进入柱塞1的第一通路67中。第一通路67延伸至压力调节器的入口。气体1102从第一通路67离开，从而从阀1100的阀体9离开。应当理解，当下游应用需要将压力进一步调节至更低的压力(例如，30psig至35psig)时，需要外部压力调节器。然而，在一个实施方案中，如果下游应用仅需要可由阀1100自身产生的调节和减小的压力，由于在气体1102流过孔口84时，气体1102经历来自气缸压力的压力降(例如，400psig至525psig)，则可能不需要外部压力调节器。相反，代替外部压力调节器，适配器可接合到阀1100上，以将柱塞1的第一端部98推入到第二(即，打开或使用)位置中。适配器不进一步减小离开阀1100的气体1102的压力，而只是在由阀1100自身下调的压力下允许气体1102离开阀1100。

在如图4所示的分配气体1102期间，可膨胀隔膜15提供调节功能，从而减小来自气缸1101内部的气体1102的压力。在制造阀1100期间，可将一个或多个垫片(例如，类似薄垫圈的结构)添加或移除到隔膜15以调节其在其操作期间施加的力，从而将气体1102的输送压力设定在所需范围。隔膜15优选地由可压缩金属弹簧状垫圈构成，但应当理解，隔膜15可另选地为能够在单个方向上产生足够力的标准弹簧状结构或其它机械结构的形式。在一个实施方案中，将垫片添加到隔膜15以进一步压缩隔膜15的弹簧状垫圈，从而增加隔膜15可对活塞11施加的压缩力。隔膜15的增大的力导致间隙86中的气体压力相应地更高，从而使气体1102在使用阀1100期间在更高和调节的输送压力(例如，400psig至525psig)下流过孔口84。相反，可移除一个或多个垫片以(以受控的方式)降低隔膜的压缩力，这允许在使用阀1100期间气体1102的受控输送压力更低。这样，与标准的c-10阀不同，本发明提供了填充至高达气缸工作压力的压力，并且以减小和调节的压力分配的能力，所述压力适用于具有与本发明的5/8”-18unf-2a的c-10阀1100互补的螺纹的压力调节器的入口。然后，压力调节器可进一步将气体1102的压力降低至最终应用所需的压力，诸如需要约30psig至35psig气体1102的气体校准分析仪。

气体1102继续以本文所述的方式沿单个流动路径分配。当气体1102的输送完成时，将压力调节器从柱塞1的第一端部98移除，从而使柱塞1从图4的第二位置(使用)恢复到图3的第一位置(关闭)。在不存在接合到柱塞1的第一端部98的任何装置的情况下，柱塞1被设计成偏置在图3的第一(关闭)位置。从图4的使用位置到图3的关闭位置的过渡涉及间隙86的尺寸增大以重新建立间隙87。间隙87中气体的压力将增加，直到该压力向活塞11施加的向下的力超过隔膜15的向上的力，这导致座12被推动和向下移动，直到接触其密封表面80。因此，消除了孔口84。

另外，柱塞1的密封件101抵靠其密封表面82，使得不存在用于气体1102离开通路67的通道。因此，气体1102保持截留在跨越单个气体流动路径的密封表面82和座12之间的区域中，如图3中的垂直线所指出。在座12之上，气体1102可占据等于约气体1102的减小和调节的压力(例如，约525psig)的压力。

现在将参照图3、图5和图6描述阀1100从关闭位置移动到填充位置所依据的机构。图5还示出了通过箭头进入阀1100的气体1102的流动。当气体1102准备好填充到气缸1101的内部中时，填充适配器600(图6)接合到柱塞1的第一端部98上。填充适配器600在减压阀1115之上延伸。填充适配器600包括图6所示的各种部件，包括o型环670和接触柱塞的第一端部98的下杆660。填充适配器600还包括上杆640和顶盖组件613，该顶盖组件通过螺纹连接至气体1102的供应源上；用于与减压阀(下文称为“prv”)prv1115接合的球头柱塞690，以覆盖在填充期间prv1115的过早释放；以及锁定销680，该锁定销在填充过程中将适配器600锁定到气缸1101和阀1100上。在一个应用中，填充适配器600经由位于填充适配器600顶部的螺纹连接到歧管；并且将气缸1101和阀1100插入到填充适配器入口端口655中。柱塞的第一端部98与在柱塞1的第一端部98上滑动的填充适配器o型环670接合。此外，填充适配器600与气缸1101和阀1100的接合迫使柱塞1的第一端部98抵靠填充适配器下杆660，从而将柱塞1的第一端部98移动到填充位置，并允许在o型环102和o型环103之间相对于它们相应的密封表面进行密封，如图5所示。

o型环102和o型环103的密封防止气体1102在填充过程中进入区域85。在不存在o型环102和o型环103的情况下，气体1102可不期望地进入区域85并致使活塞11向下移动，这会迫使座12抵靠其密封表面80，并且因此当区域85中的压力超过由隔膜15产生的力时过早地阻止或防止气体1102进入气缸1101。在下部杆660与柱塞1的第一端部98接合时，气缸1101旋转大约45度以允许锁定销680接合并锁定到填充适配器主体600中。填充适配器600优选地包含所谓的“l形凹口”(未示出)，其允许主体600的运动以及相对于锁定销680将主体600旋转到锁定位置中。填充适配器600的球头柱塞690被设计成在填充过程中覆盖或防止prv1115的功能。如将解释，填充适配器600约束prv1115以防止prv1115的活塞2026在气体1102的填充期间过早地打开。

柱塞1的第三位置允许气体1102通过单个气体流动路径填充，通过图5的箭头可看出这一点。柱塞1移动到第三位置中导致密封件102和密封件103抵靠其相应的密封表面安置以防止气体1102进入间隙85。此外，密封件101与其密封表面82间隔开，从而允许气体1102流入到阀1100中。

阀1100接合到填充适配器600中提供了对prv1115的移动的阻挡。应当指出的是，与用于防止气缸1101过度加压的常规prv不同，本发明的prv1115被设计成在阀1100的调节功能失效的情况下从阀1100释放压力。prv1115经由图7的通路2030与阀1100的区域69中的气体1102流体连通。当弹簧2024施加将杆2026保持抵靠o型环2024的力时prv1115被偏置在关闭位置。通过如上所述的通路2030将气体压力1102施加至杆2026。如果气体1102的力超过由弹簧2024施加至杆2026的力，则杆2026将移动远离o型环2027并释放prv1115外部的气体1102。弹簧2024通过螺纹垫圈2023和螺纹螺母2025保持抵靠杆2026。另选地，螺纹螺母2025也可为螺纹垫圈2023的形式。使用两个螺纹保持器允许“堵塞”锁定效应，以防止螺纹保持器从杆回退。如图5所示的区域69旨在指定柱塞1和保持器第一部分6之间的区域，与柱塞1和保持器第二部分7之间的区域结合。如果区域69中的压力超过650psig至700psig，则prv1115将打开并释放多余的压力。该功能被设计成在调节座12发生故障的情况下保护客户的下游部件免受损坏，与常规至prv相反，这防止气缸过度加压。然而，在填充过程中，区域69在至多2000psig的压力下暴露于气体1102，所述压力为填充气缸1101的内部所需的。因此，prv1115的功能必须被覆盖或保持在关闭位置以防止其在填充过程中过早地打开。就这一点而言，在填充过程中，球头柱塞690球部696接触prv1115的杆2026，如图7所示。利用弹簧694和保持螺母692将球部696保持在适当的位置。弹簧694产生的弹簧力允许球部696在填充过程中将杆2026保持在其常闭位置，从而允许区域69和气缸1101内的气体压力达到期望的填充压力，通常为2000psig。这样，本发明使得使用修改和改进的c-10型阀1100能够以比常规c-10阀先前所能达到的更高的压力填充气体1102。

在描述了填充适配器600及其在阀1100的prv1115上的接合之后，现在将参考图5和图6描述气体1102流入阀1100和气缸1101中。在将填充适配器600接合到阀1100上时，气体1102将从源供应(未示出)流过顶盖613的中心，围绕上杆640，流过下杆660的中心并进入阀1100的单个流动气体通路中。具体地讲，气体1102经由第一通路67向下行进到柱塞第一端部98中，然后继续流过孔62进入区域69中(由离开孔62的侧向箭头所命名)。气体1102随后进入孔63中，其中其向下行进穿过柱塞1的第二管状通路68并继续进入杆13，围绕座12，穿过孔口83，并且向下穿过导管90并进入气缸1101中。

在完成填充过程后，关闭气体1102的供应源，并且将气缸1101逆时针旋转大约45度以将销680从其锁定位置解锁，并且将气缸1101从填充适配器600移除。阀弹簧16迫使柱塞1从图3的打开位置运动到关闭位置，并且o型环101抵靠其相应的密封表面82向上运动，从而隔离阀1100和气缸1101内的气体1102。另外，当柱塞1向上移动时，o型环102和o型环103远离其安置位置移动，从而允许气体1102进入区域85。当气体1102进入区域85时，其将填充该区域直到重新建立新形成的间隙87，这继而推动活塞13，其中座12附接到其上，直到座12接触表面80，从而阻止气体1102从气缸1101流入阀1100。

在阀1100与填充适配器600脱离的过程中，少量气体1102经由第一通路67穿过柱塞1的第一端部98排出，直到o型环101抵靠其密封表面82安置。另外，少量气体1102在与球部696脱离时穿过prv1115排出。一旦区域69内的压力降至低于650psig至700psig，prv1115将关闭，并且气体1102将保留在气缸1101和阀1100内。

填充过程允许气缸1101被填充至比常规c-10阀先前所能达到的更高的压力。例如，在一个实施方案中，气缸1101可被填充至约1800psig至2500psig的压力。在另一个实施方案中，气缸1101可被填充至气缸1101内所允许的工作填充压力或最大填充压力。

有利地，与图2b的调节c-10阀205相比，图2c示出的本发明的c-10阀1100示出在螺纹之上的暴露高度短55％。如本文所用，暴露高度是指阀体9在气缸1101的顶部部分外部的部分。此外，阀1100有利地不具有c-10阀205所需的单独的填充端口，其需要图2b的单独的填充端口730。因此，阀1100表示相比于标准c-10(图2a)和常规调节c-10阀205(图2b)的显著改善。

应当理解，阀1100可被构造成将气体1102的压力调节至介于约1psig至最高至气缸的填充压力(例如，2000psig)之间的任何压力。以举例的方式，阀1100的调节压力可在约10psig至600psig、25psig至120psig或50psig80psig的范围内。精确的调节压力可取决于若干因素，包括(以举例的方式)客户要求。在一个示例中，具有内置限流器的填充适配器可接合到柱塞1的第一端部98。内部流量限制器可被构造在填充适配器内，以允许将流量降低至最终用途应用所需的受控流量的能力。阀1100调节至此类压力的能力可消除对外部压力调节器的需要。还应当理解，prv1115的减压阀可设定为在1psig至气缸的填充压力(例如，2000psig)之间的任何压力下释放气体。以举例的方式，prv可具有10psig至1000psig、100psig至800psig或650psig至700psig的范围。

本发明还可以设想到其它特征结构。例如，可将压力计放置在气缸1100的外部主体上。压力计与气缸1101的内部连通，以允许测量其中气体1102的压力。在一个实施方案中，压力计与阀1100的导管90连通，以使得能够对气缸1101内的气体1101进行压力监测。另一个示例包括使用减压装置(prd)以保护气缸1101免受过度加压。在一个实施方案中，prd与阀1100的导管90连通以使得能够对气缸1101内的气体1101进行压力监测，应当理解，阀1100的其它应用是可能的。例如，阀1100可用于保健应用，诸如医疗级氧气或含氧混合物的输送，阀1100也可用于将一氧化二氮和氦气或其它气体填充、储存和输送至各种最终使用者的应用。此外，应当理解，阀1100可与具有远程监测能力的气缸1101集成以检测并将最终使用者远程发送气缸1101的若干操作条件，包括(以举例的方式)气缸的压力或气缸的温度。

虽然已示出和描述了被认为是本发明的某些实施方案，但当然应当理解，在不脱离本发明的实质和范围的前提下，可轻易地对其形式或细节作出修改和改变。因此，本发明并不局限于本文所示和所述的具体形式和细节，也不局限于本文所公开的以及后文所要求的本发明整体之内的任何内容。