用于输送受压流体的紧凑且平衡的调节器的制作方法

本发明的主题是一种用于分配受压流体的补偿型紧凑压力调节器以及结合所述压力调节器的储罐封头。

本发明的技术领域是制造和使用受压流体(例如气体)的膨胀装置的领域，本发明的目的是在进口处传递膨胀到与受压流体的压力无关的一确定压力的受压流体。

为了产生受压流体从第一所谓高压水平到低于该高压的第二所谓低压水平的膨胀，已知的实践是使用膨胀装置，更简单地称作压力调节器。

压力调节器的操作原则是完全已知的：其基于直接或间接施加在活动调节件(例如薄膜或活塞)两侧的两个力相等，一方面，通过高压下和低压下的流体，另一方面，通过具有所谓膨胀或压缩弹簧效应的元件；因此，在最常见的情况下，弹簧元件的基准力施加在与由低压流体和高压流体两者传输的力相对的一侧，该流体在两种不同压力下填充两个腔室，这两个腔室由设置有管道的隔板隔开，与活动调节件一体的杆在该管道中滑动，并且管道包括能够沿着从高压腔室到低压腔室的方向封闭该管道的阀。当高压和低压流体两者传递的力弱于由弹簧传递的反向力时，该反向力推动活动调节件(其阀位于其杆上)，然后打开高压流体的进口：因此后者将在低压下供给腔室，直到后者通过增加的方式使得活动调节件上施加的力等于然后大于弹簧元件的反向力；该较大的力将推动活动调节件直至高压流体的进口封闭，等等；因此，对于可调节的弹簧元件的确定推力值，所述力的平衡确保在准恒定的期望低压下传递流体。

然而，在大多数已知的压力调节器中，如果待膨胀的流体的高压经历剧烈变化，则活动调节件上对应的力会变化，并且阀将不再同时打开，导致通过所述阀的膨胀流体的低压发生变化，并因此使操作和效率变差且干扰位于压力调节器下游并且直接从压力调节器接收低压流体的用户设备。

因此，每个压力调节器都具有一种表示非常不利特性的“动态膨胀曲线”。为了缓解该缺陷，已经研发了当入口压力变化时能够独立于入口压力而传递出口压力(或多或少实现)的多种压力调节器，例如：

-两级压力调节器，

-附加有所谓“补偿型”阀的传统压力调节器，该“补偿型”阀消除了高压的影响，但不利于压力调节器的简洁性和紧凑性，以及

-倒置型压力调节器，被设计成使得在与移位方向成直角的表面上环形地支承的高压在活动调节件上产生与弹簧元件在阀打开方向施加的力及低压流体在活动件表面上施加的反向力相比的准零力，并且该准零力趋向于关闭阀，如在专利申请ep362166、fr2879721和fr2050407中描述的。

在趋于当入口压力变化时能够独立于入口压力而传递出口压力的所有上述类型的压力调节器中，所开发的解决方案都相当复杂，不能总是实现预期结果且不能产生结构紧凑、易于制造的压力调节器：因此，本发明的目的是同时缓解涉及易于制造和组装、经济性、产品紧凑性和可靠性方面的主要缺陷。

因此，本发明的目的涉及一种紧凑且易于制造的以新颖和创新的方式进行补偿的压力调节器，该压力调节器能够安装在用于受压流体的任意类型进气管，其最直接地将高压流体源连接到在低压下操作的用户设备，或者直接连接在源与用户设备之间，或者甚至直接连接在储罐上，该储罐的压力调节器进而构成分配头，并且能够可靠地分配当入口压力变化时与入口压力无关而恒定的低出口压力，并且还能够很容易地调节该低分配压力。

这些目的是通过用于受压流体的补偿型压力调节器实现的，众所周知，所述补偿型压力调节器包括：中空主体；用于所谓的高压流体的至少一个进口；用于来自下游膨胀腔室的所谓的低压流体的至少一个出口；活动调节件，在所述中空主体的圆柱形孔内滑动并形成一活塞，该活塞在一侧上支承低压并在另一侧上支承所谓的膨胀弹簧元件，并且活动调节件可以阻塞高压流体的进口；根据本发明：

-压力调节器包括具有两个封头的大致圆柱形的(优选为旋转式)部件，两个封头通过形成杆的小截面的圆柱形部件分开和连接，并且该封头的相对的部分内表面是准等面，这两个所谓的部分被表面、以密封方式围绕所述部件的孔的一部分、以及与该孔成一体的密封件界定一高压腔室，并且具有两个封头的所述部件和该孔能够相对于彼此移动，

-用于高压流体的进口横向地出现在该高压腔室中，流体进而向活动调节件传递互相抵消的负载，并且所述活动调节件的移位不因高压的变化而变化，

-活动调节件阻塞高压流体的进口，并且当下游膨胀腔室中的压力传递的力大于由弹簧元件施加在活动调节件上的反向力时，活动调节件通过在位于下游膨胀腔室的低压侧上的封头的密封件上的支承而以密封的方式将高压腔室与下游膨胀腔室隔离，

-以及，相应地，当膨胀腔室中的低压传递的力小于由弹簧元件施加在活动调节件上的反向力时，所述活动调节件为从高压腔室流向膨胀腔室的高压流体打开进口。

根据第一实施例，具有两个封头的大致圆柱形的部件是所述活动调节件，在活动调节件的一个外表面上支承膨胀弹簧元件并且在另一外表面上支承低压流体，并且该部件可以在与中空主体成一体的孔中滑动。

根据第二实施例，具有两个封头的大致圆柱形的部件相对于中空主体固定，并且活动调节件是支承孔和密封件的第二独立部件：这种活动调节件围绕具有两个封头的大致圆柱形的部件滑动，并且活动调节件本身在中空主体的另一孔中滑动。

这些目的还通过一种存储高压流体的储罐实现，该储罐包括所述压力调节器，该压力调节器结合在主体对应于所述压力调节器的主体所述封头中，所述压力调节器能够固定到储罐的颈部处，压力调节器中的用于高压流体的进口开孔位于储罐内且出口开孔位于储罐外。

结果是用于受压流体的新型的补偿型压力调节器以及新型的储罐封头，其可以满足上述目的：实际上，活动调节件不受高压的影响，这是因为，根据本发明，一方面，高压仅施加到在与活动件的移位方向呈直角的位置处，和/或另一方面，高压施加到相对且相等的表面上，因此，由高压流体传递到其上的力被抵消。这种压力调节器被完美地补偿并在出口处以可靠的方式分配即使当高入口压力变化时也与高入口压力值无关而保持恒定的低压流体，并且此外，根据下文解释，该低分配压力可以很容易地进行调节。

此外，部件的布置是组装而成的，其主要部分全部是同轴的并且可以彼此嵌套和/或螺纹连接，这允许易于制造和安装，并且所获得的压力调节器可以非常紧凑，如下文中所述的实施例所示。

本发明的其他优点可以得到引用，但是上文引用的内容已经足以证明本发明的新颖性和利益。

下文的描述和附图呈现了本发明的四个示例性实施例，但决不具有限制性；在本发明有关范围和程度方面的上下文中，可能存在其他实施例。

事实上，虽然本发明针对特定示例性实施例进行描述，但是显而易见的是，本发明决不仅限于此，相反，对于本领域技术人员，可以获得显而易见的修改和变化，本发明包括本发明范围内的所述装置的所有技术要素以及它们的组合。

图1是根据本发明第一实施例的压力调节器的轴向剖视图，其通过支承在具有双封头且大致呈圆柱形的部件的封头上的膨胀弹簧元件来调节低压，其也是活动调节件，具有膨胀弹簧的所述封头的接触表面具有与下游膨胀腔室接触表面对应的表面。

图2是如图1所示的根据本发明的压力调节器的轴向剖视图，其通过也在活动件相同封头上的膨胀弹簧元件来调节低压，但该封头的接触表面大于下游膨胀腔室的接触表面，并因此降低了调节灵敏度，这使得无论进口高压值如何，都能更好地控制期望的低压值。

图3是如图1和图2所示的根据本发明第二实施例的压力调节器的轴向剖视图，其支承在通过活动调节件的封头上的膨胀弹簧来调节低压，活动调节件相对于具有两个固定的封头且呈圆柱形的部件滑动。

图4是如上图所示的含有高压流体的储罐封头的轴向剖视图，储罐封头结合图1所示类型的压力调节器，该压力调节器具有位于储罐外侧用于低压流体的出口以及紧急止动装置。

根据本发明的压力调节器包括轴线为xx'且大致呈管状的圆柱形中空主体1，并且该压力调节器由与受压流体相容并密封的材料制成，压力调节器分的几个部分之中的主要部分具有相同的轴线xx'，其可以嵌套和螺纹连接在一起；其包括：

-用于在高压下的流体的进口17，用于来自下游膨胀腔室13的在低压下的这种流体的至少一个出口18，

-活动调节件23，在所述中空主体1的圆柱形孔中滑动并形成活塞：这种活动件23沿着孔的轴线在一侧且在一个方向上支承低压，并且在另一侧且在相反的方向上支承所谓膨胀弹簧元件5、20的力，

-大致呈圆柱形的部件2，优选为旋转式，其具有两个封头12，这两个封头通过形成一个杆的较小截面的圆柱形部件连接并分开，并且其相对的两个部分内表面281、282沿着轴线xx'的投影是准等面；这两个所谓部分内表面281、282、孔的以密封方式围绕所述部件2的一部分、以及与这种孔22成一体的密封件9限定了高压腔室14，其实际上对应于具有两个封头的部件2的杆所剩余的自由空间；该部件和该孔22能够彼此相对移动。

用于高压流体的进口17通过一个或多个开孔7横向出现在该高压腔室14中，流体沿着径向或沿着xx'轴线向活动调节件23传递负载，该负载被抵消，这是因为它们施加到面281、282的相等和相对的表面上，并且所述活动调节件23的移位不因高压的变化而变化。

当这种膨胀腔室13内的所谓低压通过由于高压流体的进入使得低压得到增加而在额外借助可能的复位弹簧6的情况下补偿弹簧元件5、20的反向支承力时，活动调节件23阻塞高压流体进入膨胀腔室13的进口17：因此，低压的增加将活动调节件推回，直到高压流体的进口被阻塞，并且高压腔室14以密封的方式与下游膨胀腔室13隔离。

当其中的压力传递的力大于弹簧元件5、20在活动调节件23上施加的反向力时，通过对位于下游膨胀腔室的低压侧上的封头121的紧密密封件9的支承来获得该阻塞以及这种密封件的密封性；并且，相应地，当其中的低压传递的力由于受压流体经过出口18从该膨胀腔室13流出而小于弹簧元件5、20在活动调节件23上施加的反向力时，活动调节件为从高压腔室14流向膨胀腔室13的高压流体打开进口：弹簧元件再一次但是在相反方向上移动该活动件23，并且允许这种打开，等等。

根据图1、图2和图4的实施例，具有两个封头12的大致呈圆柱形的部件2也是所述活动调节件231；在其外表面中，一个外表面相应地支承膨胀弹簧元件5、20，并且另一外表面支承低压流体，并且这种部件2、231可以在与中空主体1成一体的孔22中滑动。

具有通过杆连接的两个封头12的大致呈圆柱形的活动件2、231是一种活塞，该活塞的每个封头形成一个端部，并且在其外表面上分别直接或者间接支承：

-对于第一122、26，膨胀弹簧元件(其可以是螺旋弹簧5)，或者位于密封腔室20内的处于基准压力下的受压流体，或者甚至弹簧和受压流体两者，以及

-对于第二121，处于低压下的受压流体，以及可能的复位弹簧6。

借助于周边的o形环密封件101和抗挤环15，活动件2的第一封头122在孔22中以气密的方式像其套筒内的发动机活塞一样滑动；第二封头121以非密封方式在下游膨胀腔室13中滑动，其实际上是孔22的延伸部，其直径优选地稍大。

这两个封头12的外径相等，并且第二封头121的内周边缘12(即，在轴线xx'方向上位于面向第一封头122)以密封方式支承抵靠平坦且厚的密封件9或者o形环：设置在低压腔室13与高压腔室14之间的这种密封件9被保持在孔22的端部出产生的肩部与所谓底部件3的端部之间的适当位置处。

该底部件3螺纹连接在并通过横向针11锁定在期望位置处，在根据直径大于孔22直径所产生的孔内，活动件沿着相同的轴线xx'在其中滑动。这种底部件3是中空的并且具有：直径大于封头121直径的部分，其形成膨胀腔室13并且容纳复位弹簧6；以及根据图1和2的表示方式向外打开的另一部分，其构成低压出口开孔18，而其环绕该出口18的外部部分构成连接端部配件181。

图1和图2示出了沿着压力调节器的轴线xx'且沿这些图中给出的方向向下定向的(但是，如果后者在另一个方向上，则可以向上)低压出口8，但是这种底部部件3的开口部分和/或中空主体1本身的开口部分可以如图4所示关闭，并且借助于连接低压膨胀腔室13和出口开孔的任意连接管道，低压出口8可以横向地设置，例如穿过压力调节器的中空主体1的壁。

密封件9的外径大于封头121的外径，并且内径小于该封头但大于活塞2的较窄段或杆的中间部分的直径，其连接两所述封头并限定高压腔室14的一部分。

第二封头121的内周边缘21可以稍微向内弯曲，以确保其端部对密封件的密封性并且在该位置更好地限定第二封头121部分内表面的表面，其等于与限定在孔22的壁和活塞2的杆之间的第一封头122的部分内表面对应的相反面。

根据图2，具有两封头的活动调节件231或者部件2的支承地接收弹簧元件5、20的端部形成截面大于用于界定高压腔室14的封头的截面的封头26：连接管道24连接第一下游膨胀腔室131和第二膨胀腔室132，当具有两个封头12的活动调节件2打开高压进口时，第一下游膨胀腔室接收来自高压进口17的流体，而第二膨胀腔室132位于活动件23的大截面的封头26的另一侧。

然后，封头26的表面的这种大截面降低了调节灵敏度，从而不管输入的高压值如何都允许更好地控制期望低压的值。

在根据图3的实施例中，活动件的布置被颠倒过来：具有两个封头12的大致呈圆柱形的部件2相对于中空主体1固定，并且活动调节件232支承孔22和密封件9，其围绕具有两封头12的大致呈圆柱形的部件2滑动；并且这种活动调节件232自身在中空主体1的另一孔29内滑动。

在这种构造中，即使部件2是固定的，由于其圆柱形内能达到高压并且该部件以密封形式围绕孔22滑动，所以高压的影响仅限于与活动调节件232的移位成直角的方向上；并且即使孔22包括类似密封件9的非圆柱形表面，其是相对且相等的表面，与封头12的内表面28相似，并且高压流体向该表面传递的力因此被抵消。

操作原理与图1和图2中其他实施例相同，但是在高压流体的进口处存在差异，高压流体经过具有两封头2的固定件的内部到达进口7、17，并且出现在位于两个封头12之间的腔室14中，并且用于保持密封件9的部件3确保封头122周围的密封性并且不与膨胀腔室13连接。这种膨胀腔室13在这里围绕调节件232的底部部分，并且如图2所示，用于支承地接收弹簧元件5、20的封头具有比用于界定高压腔室的部件2的封头12更大的截面，这也降低了调节灵敏度，并且不管输入高压值如何都允许更好地控制期望的低压值。

在上述所有实施例中，压力调节器包括用于调节所谓膨胀弹簧元件5、20推力的装置4，该调节装置4与活动调节件231、232的移动同轴，并且调节装置的调节可确定所谓膨胀弹簧元件5、20在阻塞高压流体进口7的位置处的最大压缩力并因此确定低压的值。

根据图1和图2所示，调节装置4是螺纹连接到用于接收机械的所谓膨胀弹簧5的孔201内的中空主体的轴线中并且钻入使活动调节件231、232在其中滑动的孔22、29的延伸部中的螺栓。

无论哪种实施方式，且特别是根据图3，所谓膨胀弹簧元件5、20和调节装置都包括钻入使活动调节件231，232在其中滑动的孔22、29的延伸部中的腔室20，并且其中，在给定的和可调节的基准压力下的流体维持在活动调节件231、232的封头122、26、30的表面上的与所期望的低压所支承的力相反的支承推力。

图4示出了用于存储高压流体的储罐27的封头：这种封头包括根据前述特征(更具体地，根据图1的实施例)的压力调节器；该压力调节器结合在主体1对应于压力调节器的中空主体1的所述封头中，其能够固定到储罐27的壁271的颈部上。

压力调节器的轴线xx'具有与储罐的壁271相切的方向，进而，用于高压流体的进口开孔7位于储罐27内，并且出口开孔8位于储罐外。

压力调节器或者储罐封头还包括填充管道25，该填充管道穿过中空主体1并且出现在高压腔室14中；因此，在不需要穿过储罐封头的壳体或者储罐本身的另一通道的情况下，能够允许用所述高压流体填充储罐27。

在未示出的实施例中，压力调节器的轴线xx'位于储罐的颈部的轴线中，进而，高压管道将高压腔室14连接到储罐的内部和储罐的外部以用于填充，并且另一低压管道将低压腔室13连接到外部。

压力调节器或者储罐封头包括用于低压流体出口的紧急止动装置41，该装置4能够释放所谓膨胀弹簧5、20的压缩力，例如手柄41，其铰接在压力调节器的主体1或者储罐封头上的近端处，并且，通过手动拉动其远端和向后弯曲的自由端来移动用于保持弹簧元件5的调节装置4：该弹簧元件然后不再支承在调节件2上，因此调节件保持在关闭的位置并且不再供应低压出口。