减压阀的制作方法
【专利摘要】一种减压阀（10），包括开闭阀（19）和活塞（16）。开闭阀（19）在将主接口（1P）和副接口（2P）连接与将主接口（1P）和副接口（2P）隔离之间切换。活塞（16）根据从调压室（91）施加的力与从减压室（92）施加的力之差在缸筒部（114）的内部做滑动运动，从而打开和关闭开闭阀（19）。开闭阀（19）包括阀杆（15）和阀座固定构件（14）。阀座固定构件（14）通过抵接在活塞（16）的端部表面上而限制活塞（16）的朝向开闭阀（19）的上游侧的位移。阀座固定构件（14）包括通道孔（43），该通道孔（43）将用于阀杆的壳体部与减压室（92）以连通的方式连接。
【专利说明】减压阀
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于调节诸如氢气的高压气体的压力的减压阀。
【背景技术】
[0002]减压阀包括设置在主接口与副接口之间的开闭阀。打开和关闭开闭阀使得高压气体通过主接口流入，并且已减压的气体通过副接口供应至外部。
[0003]例如，日本专利申请公报N0.2011-108057公开了一种减压阀和一种开闭阀，该减压阀包括与主接口连通的主室和与副接口连通的副室，该开闭阀在将主室和副室连接与将主室和副室隔离之间切换。该开闭阀包括阀杆、阀座固定构件、阀座构件、壳体、阀元件、阀弹簧以及盖构件。阀座放置部设置在壳体中。当阀座构件置于阀座放置部中时，阀座固定构件通过螺纹配装至壳体，从而将阀座构件固定至阀座放置部。
[0004]阀座固定构件的上部设置在副室中。该副室容置活塞和活塞弹簧。活塞总是通过活塞弹簧朝向主室偏置。阀杆容置在阀座固定构件内部。阀杆的上端总是抵接在活塞的下端上。盖构件固定至壳体的主室。阀元件通过阀座构件的下端和在壳体内部的盖构件的上端来支承。
[0005]阀元件总是通过设置在阀元件与盖构件之间的阀弹簧的偏置力向下游偏置。阀元件的上端总是抵接在阀杆的下端上。阀元件响应于从副室朝向主室作用的力与从主室朝向副室作用的力之差而与阀座构件接触或与阀座构件分离，从而在将主室和副室连接与将主室和副室隔离之间切换。
[0006]在日本专利申请公报N0.2011-108057的减压阀的情况下，固定阀座构件的阀座固定构件具有形成在面对活塞的端部表面中的通道槽。该通道槽沿着壳体的径向方向延伸。即使阀元件完全打开，特别地即使活塞抵接在阀座固定构件的端部表面上，该通道槽确保了用于高压气体的从主接口朝向副接口流动的通道。
[0007]然而，与通道槽没有形成在阀座固定构件中的情况相比，在阀座固定构件中形成通道槽降低了阀座固定构件的形成了通道槽的区域的端部表面的强度。因此，当活塞接触阀座固定构件以使阀元件完全打开时，阀座固定构件的形成了通道槽的区域的端部表面会很容易磨损。这可能使磨屑混入阀座与阀元件之间，有可能不能确保主接口与副接口之间的气密性。这可能是发生在主接口与副接口之间的气体泄漏的原因。
【发明内容】
[0008]该本发明的一个目的是提供一种能够抑制发生在主接口与副接口之间的气体泄漏的减压阀。
[0009]为了解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种减压阀。该减压阀包括开闭阀、缸筒部以及活塞，该开闭阀在将设置在本体构件中的主接口和副接口连接与将设置在本体构件中的主接口和副接口隔离之间切换，缸筒部设置在开闭阀的下游，缸筒部与副接口连通，活塞将缸筒部分成减压室和调压室，活塞根据从调压室施加的力与从减压室施加的力之差在缸筒部内部做滑动运动，从而打开和关闭开闭阀。开闭阀包括柱塞和介于开闭阀与活塞之间的阀杆，该柱塞通过抵接在活塞的端部表面上而限制活塞的朝向开闭阀上游侧的位移。该柱塞具有容置阀杆的作用。该柱塞包括通道孔，该连通孔将用于阀杆的壳体部和减压室以连通的方式连接。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明的实施方式的减压阀的截面图；
[0011]图2是沿图1的线2-2截取的俯视图；以及
[0012]图3是沿图1的线3-3截取的截面图。
【具体实施方式】
[0013]下面通过参照图1至图3来描述使本发明的减压阀具体化的实施方式。
[0014]如图1所示，减压阀10包括使主接口 IP和副接口 2P连接的本体构件11。本体构件11容置阀元件12、阀座13、作为柱塞的阀座固定构件14、阀杆15以及活塞16。
[0015]第一圆筒部111、第二圆筒部112、第三圆筒部113以及缸筒部114以当从底部观察到的这样的顺序在本体构件11内部同轴地形成。第一圆筒部111至第三圆筒部113的内径以及缸筒部114的内径被确定为使得能够沿下列顺序增加:第一圆筒部111、第二圆筒部112、第三圆筒部113以及缸筒部114。第一圆筒部111通过未在附图中示出的阀与主接口 IP连通。主接口 IP连接至用于高压气体的比如氢气罐的供应源。
[0016]螺旋槽113a在第三圆筒部113的内壁中形成为第一螺旋部。第一圆筒部111容置金属阀元件12。阀元件12的外径略小于第一圆筒部111的内径。阀元件12能够在第一圆筒部111内部向上移动和向下移动。阀元件12总是通过阀弹簧71向上偏置。阀元件12包括柱状阀元件本体部21和外径小于阀元件本体部21的外径的阀元件顶部22。阀元件顶部22设置在阀元件本体部21上方。在阀元件本体部21与阀元件顶部22之间形成有阀元件渐缩部23。阀元件渐缩部23的外径朝向阀元件顶部22逐渐减小。阀元件顶部22穿过第二圆筒部112进入第三圆筒部113中。
[0017]第二圆筒部112容置由合成树脂制成的环形阀座13。阀座13具有略大于阀元件顶部22的外径的孔部31。阀座13具有定位成接近孔部31的下部的阀座渐缩部33。阀座渐缩部33的内径朝向底部逐渐增大。阀座13的厚度略大于第二圆筒部112的深度。
[0018]圆筒状的阀座固定构件14通过螺纹配装至第三圆筒部113。螺纹14a在阀座固定构件14中的外周表面中形成为第二螺旋部。阀座固定构件14由金属材料制成。阀座固定构件14的底部表面抵接在阀座13的上部表面上。通过螺纹14a将阀座固定构件14固定，使得阀座固定构件14轴向地(图1中向下)按压阀座13。因此，阀座13保持在阀座固定构件14与第二圆筒部112的底部之间。此外，确保了在第二圆筒部112的底部与阀座13之间的气密性。
[0019]如通过图1中的交替的一长两短的虚线所示出的，阀座13可保持在阀座固定构件14和通过阀弹簧71偏置的阀元件12之间。在这种情况下，阀元件渐缩部23抵接在阀座渐缩部33上，使得确保了渐缩部33与阀元件渐缩部23之间的气密性。此外，在阀座固定构件14的内侧形成有沿轴向方向穿过阀座固定构件14的通孔41。该通孔41与阀座13的孔部31连通。这使得阀元件顶部22进入阀座固定构件14中。
[0020]如图2所示，阀座固定构件14具有六角形上部42。上部42用作工具接合部，并且六角形套筒扳手或者附接工具与上部42接合。将接合上部42的六角形套筒扳手旋转，使得阀座固定构件14的螺纹14a接合第三圆筒部113的对应的螺纹113a。
[0021 ] 如图1至图3所示，在上部42中形成有四个径向延伸的通道孔43。4个通道孔43将通孔41和缸筒部114以连通的方式连接。四个通道孔43围绕阀座固定构件14的轴线以90度的角度间隔设置。四个通道孔43设置在确定为使得上部42的拐角42a不与通道孔43相交的位置中。这确保了在上部42的拐角42a与六角形套筒扳手之间的接合强度。阀座固定构件14的上端部表面45是不粗糙的平坦表面。
[0022]如图1所示，阀座固定构件14的厚度大于第三圆筒部113的深度。这使阀座固定构件14的上部42进入缸筒部114。
[0023]金属阀杆15容置在通孔41中。阀杆15包括呈截顶锥形状的阀杆下端部51、阀杆本体部52以及柱状阀杆上端部53。阀杆本体部52设置在阀杆下端部51的上方，并且阀杆上端部53设置在阀杆本体部52上方。阀杆下端部51在通孔41中抵接在阀元件顶部22上。
[0024]如图2所示，阀杆本体部52包括四个径向延伸的瓣部52a。四个瓣部52a围绕阀杆15的轴线以90度的间隔设置。在阀座固定构件14中设置有四个通道18。每个通道18是通过瓣部52a中相邻的两个瓣部52a和阀座固定构件14的内壁所限定的空间。
[0025]如图1中通过交替的一长两短的虚线所示出的，当阀元件渐缩部23抵接在阀座渐缩部33上时，阀杆上端部53从阀座固定构件14的上部突出以进入缸筒部114。本体构件
11、阀元件12、阀座13、阀座固定构件14、阀杆15以及阀弹簧71形成了开闭阀19。
[0026]缸筒部114容置轴向地(图1中的上下方向)移动的活塞16。活塞16由金属材料构成，并且形成为圆筒形状。多个密封构件80介于缸筒部114的内壁与活塞16之间。多个密封元件80确保缸筒部114的内壁与活塞16之间的气密性。活塞16将缸筒部114内部的空间分成两部分。调压室91和减压室92分别设置在活塞16的上方和活塞16的下方。
[0027]活塞16内部容置活塞弹簧72。活塞16总是通过活塞弹簧72向下偏置。活塞弹簧72的偏置力确定为大于阀弹簧71的偏置力。这使得活塞16的下端部表面61总是抵接在阀杆上端部53上。活塞16的下端部表面61是不粗糙的平坦表面。活塞16的下端部表面61的直径被确定成大于阀座固定构件14的上端部表面45的外径。这允许活塞16的下端部表面61抵接在阀座固定构件14的上端部表面45上。在活塞16的下端部表面61与阀座固定构件14的上端部表面45之间的抵接接触限制了活塞16的向下的位移。
[0028]活塞16响应于缸筒部114内部的大气压上下移动。具体地，如果在缸筒部114内部的大气压增加，活塞16克服活塞弹簧72的偏置力而向上移动。如果在缸筒部114内部的大气压下降，活塞16通过活塞弹簧72的偏置力向下移动。
[0029]如通过图1的实线所示出的，当活塞16的下端部表面61抵接在阀座固定构件14的上端部表面45上时，阀元件渐缩部23自身从阀座渐缩部33离开。这使开闭阀19完全打开。
[0030]随着开闭阀19完全打开，活塞16的向上移动使阀元件渐缩部23接近阀座渐缩部33。然后，当活塞16的下端部表面61自身从阀座固定构件14的上端部表面45离开时，阀元件渐缩部23抵接在阀座渐缩部33上，如通过图1的交替的一长两短的虚线所示出的。因此，开闭阀19被关闭。缸筒部114通过在附图中未示出的喷射器与副接口 2P连通。
[0031 ] 接下来描述减压阀的操作。
[0032]如图1所示，活塞弹簧72的偏置力沿从调压室91朝向减压室92的方向轴向地作用在活塞16上。阀弹簧71的偏置力进一步沿从减压室92朝向调压室91的轴向方向作用在活塞16上。阀弹簧71的偏置力小于活塞弹簧72的偏置力。
[0033]减压阀的操作的描述从下述状态开始:当活塞16的下端部表面61抵接在阀座固定构件14的上端部表面45上时，开闭阀19完全打开。
[0034]供应至减压阀10的高压气体在穿过完全打开的开闭阀19、在阀座固定构件14中的通孔41以及四个通道孔43后被引入减压室92中。高压气体的压力在这个过程期间被减小，并且压力已减小后的气体被供应至副接口 2P。引入减压室92中的气体的压力沿从减压室92朝向调压室91的轴向方向按压活塞16。特别地，活塞16基于活塞弹簧72的力与气体压力的力和阀弹簧71的力的总和的相对大小而移位。
[0035]更具体地，如果活塞弹簧72的偏置力小于气体压力的力和阀弹簧71的偏置力的总和，活塞16沿图1的向上方向移动。作为响应，阀杆15和阀元件12向上移动以关闭开闭阀19。如果活塞弹簧72的偏置力大于气体压力的力和阀弹簧71的偏置力的总和，活塞16沿图1的向下方向移动。作为响应，阀杆15和阀元件12向下移动以打开开闭阀19。
[0036]当高压气体至减压阀10的供应停止时，活塞弹簧72的偏置力变得大于气体压力的力和阀弹簧71的偏置力的总和。因此，活塞16向下移动。活塞16的下端部表面61最终抵接在阀座固定构件14的上端部表面45上。活塞16的下端部表面61和阀座固定构件14的上端部表面45都是平坦表面，使得活塞16的下端部表面61和阀座固定构件14的上端部表面45彼此形成面接触。
[0037]因此，由活塞16与阀座固定构件14之间的接触导致的冲击通过整个接触表面而消散。这意味着由活塞16与阀座固定构件14之间导致的冲击没有集中地施加至阀座固定构件14的有限部分上，从而抑制了磨屑的产生。因此，抑制了第一圆筒部111中的磨屑的混合物。特别地，抑制了阀元件12的阀元件渐缩部23与阀座13的阀座渐缩部33之间的磨屑混合物。这使得能够确保阀元件12与阀座13之间的气密性，从而允许抑制从阀元件12与阀座13之间的气体泄漏。
[0038]瓣部52a的数量与通道孔43的数量相同，使得存在通道18与通道孔43之间的——对应关系。此外，四个瓣部52a和四个通道孔43分别围绕阀杆15的轴线和阀座固定构件14的轴线均以90度的角度间隔设置。根据该结构，当气体供应至通孔41时，阀杆15以使通道18的位置与通道孔43的位置对应的方式旋转，如图3中所示。换言之，阀杆15旋转使得瓣部52a不堵塞通道孔43。这减少了原本当气体从通道18流入通道孔43中时可能产生的压力损失。
[0039]上述的实施方式，实现了以下效果。
[0040](I)将通孔41和减压室92连接的通道孔43形成在阀座固定构件14中。该结构使得不必需要在阀座固定构件14的抵接在活塞16上的上端部表面43中提供充当用于气体的通道的槽部。在这种情况下，活塞16的下端部表面61和阀座固定构件14的上端部表面45彼此面接触。因此，由活塞16与阀座固定构件14之间的接触导致的冲击通过整个接触表面而消散。这抑制了由活塞16与阀座固定构件14之间的接触导致的磨损。因此，抑制了第一圆筒部111中的磨屑的混合物。特别地，减少了在阀元件12的阀元件渐缩部23与阀座13的阀座渐缩部33之间的磨屑混合物的积累。这使得能够确保阀元件12与阀座13之间的气密性，从而防止了待供应至外部的气体的压力增加地超过预期。
[0041](2)阀座固定构件14具有六角形的上部42。这确保了在上部42的拐角42a与六角形套筒扳手之间的接合强度。此外，四个通道孔43设置在确定为使得上部42的拐角42a不与通道孔43占同一位置的位置中。因此，当阀座固定构件14附接至第三圆筒部113时，通道孔43没有被堵塞。此外，不可能移除拐角42a，使得阀座固定构件14能够平缓地附接至第三圆筒部113。
[0042](3)瓣部52a的数量与通道孔43的数量相同，使得通道18的数量变得与通道孔43的数量相同。此外，四个瓣部52a和四个通道孔43分别围绕阀杆15的轴线和阀座固定构件14的轴线均以90度的间隔设置。根据该结构，当气体供应至通孔41时，阀杆15以能够使通道18的位置与通道孔43的位置对应的方式旋转，如图3中所示。换言之，阀杆15旋转使得瓣部52a不堵塞通道孔43。这避免了原本当气体从通道18流入通道孔43时可能发生的压力损失。
[0043]上述的实施方式能够以如下方式被改变。
[0044]尽管通道孔43的数量在上述实施方式中是四个，但是通道孔43的数量可以是任何数量。
[0045]在上述实施方式中，四个通道孔43不是必须以相等的角度间隔而间隔开。
[0046]尽管瓣部52a的数量在上述实施方式中是四个，但是瓣部的数量并不如此受限制。只要确保通道在阀杆15与阀座固定构件14之间，瓣部52a能够从阀杆15移除。
[0047]在上述实施方式中，四个瓣部52a不是必须以相等的角度间隔而间隔开。
[0048]在上述实施方式中，瓣部52a的数量和通道孔43的数量不是必须是相同的。
[0049]在上述实施方式中，通道孔43可以设置在上部42的拐角42a处。
[0050]在上述实施方式中，上部42不是必须外部形状为六角形。上部42能够成为允许上部42与附图中未示出的附接工具接合的任何形状。尽管插口示出为附接工具，附接工具还可以是扳手，并且在阀座固定构件14的上部中可以形成与扳手接合的凹陷部。在这种情况下，上部42的外部形状可以是圆形的，并且阀座固定构件14使用附接工具通过螺纹固定至本体构件11。
[0051]在上述实施方式中，活塞16和阀杆15能够是一体的。
[0052]在上述实施方式中，阀元件12和阀杆15能够是一体的。
[0053]在上述实施方式中，通过减压阀来减小压力的气体是氢气。然而，待被减小压力的气体可以是除了氢气以外的诸如氧气或氮气的气体。待被减小压力的气体可以是由多种成分组成的气体以及由单一成分组成的气体。
【权利要求】
1.一种减压阀，其特征在于: 开闭阀，所述开闭阀在将设置在本体构件中的主接口和副接口连接与将设置在所述本体构件中的所述主接口和所述副接口隔离之间切换； 缸筒部，所述缸筒部设置在所述开闭阀的下游，所述缸筒部与所述副接口连通；以及 活塞，所述活塞将所述缸筒部划分成减压室和调压室，其中， 所述活塞根据从所述调压室施加的力与从所述减压室施加的力之差在所述缸筒部内部移动，从而打开和关闭所述开闭阀， 所述开闭阀包括阀杆和柱塞，所述阀杆位于所述开闭阀与所述活塞之间，所述柱塞通过抵接在所述活塞的端部表面上而限制所述活塞的朝向所述开闭阀的上游侧的移位， 所述柱塞容置所述阀杆，以及 所述柱塞包括通道孔，用于所述阀杆的壳体部通过所述通道孔与所述减压室连通。
2.根据权利要求1所述的减压阀，其特征在于，在所述柱塞的下游端部处设置有工具接合部，所述工具接合部与工具接合并且所述工具接合部具有拐角，所述工具接合部围绕所述柱塞的轴线设置，在所述本体构件中形成有第一螺旋部，在所述柱塞中形成有螺纹连接至所述第一螺旋部的第二螺旋部，当所述第一螺旋部螺纹连接至所述第二螺旋部时，所述工具与所述工具接合构件接合，从而将所述柱塞附接至所述本体构件，并且所述通道孔形成在与所述工具接合部的所述拐角间隔开的位置中。
3.根据权利要求1或2所述的减压阀，其特征在于，所述通道孔是多个通道孔中的一个通道孔。
4.根据权利要求1或2所述的减压阀，其特征在于，所述阀杆包括沿与所述柱塞的轴线相同的方向延伸的多个通道槽，并且所述通道孔包括多个通道孔，并且所述通道孔的数量与所述通道槽的数量相同。
5.根据权利要求4所述的减压阀，其特征在于，所述柱塞具有圆筒形形状，并且所述通道槽和所述通道孔分别围绕所述阀杆的轴线和所述柱塞的轴线以相等的角度间隔被间隔开。
【文档编号】F17C13/04GK103867893SQ201310655389
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2012年12月10日
【发明者】羽根田千生, 久保利贺刚 申请人:株式会社捷太格特