專利名稱：壓力調(diào)節(jié)器組件的制作方法
壓力調(diào)節(jié)器組件
相關(guān)專利文獻(xiàn)的交叉引用
本專利申請可能與名稱為“FLUID MANIFOLD AND METHOD THEREFOR”的代理人備案號2269. 060US1的美國專利申請序列號12/053，366、名稱為“FLUIDIC CONTROL SYSTEM AND METHOD OF MANUFACTURE”的代理人備案號2269. 061US1的美國申請序列號12/053，374 和名稱為“FLUIDIC DISTRIBUTION SYSTEM AND RELATED METHODS” 的代理人備案號 2269. 067US1的美國申請序列號12/053,408中的一件或者多件有關(guān)，其說明書被整體結(jié)合于此。技術(shù)領(lǐng)域
該專利文獻(xiàn)總體上涉及液壓控制部件。更具體但非限制地，該專利文獻(xiàn)涉及供燃料電池系統(tǒng)使用的壓力調(diào)節(jié)器組件。
背景技術(shù)：
電子器件，例如便攜式電子器件，當(dāng)今趨向于尺寸越來越小，但性能越來越高。由于電子器件被設(shè)計(jì)得尺寸越來越小，并且融入了尖端而復(fù)雜的技術(shù)，因此對相關(guān)電源的需求就越來越大。
電源的一個(gè)實(shí)施例是燃料電池系統(tǒng)。用在便攜式和其他小型發(fā)電應(yīng)用中的燃料電池電源需要使用小而緊湊的部件(例如，流體壓力調(diào)節(jié)器、閥門、止回閥和接口端)，這些被配置用來保持整個(gè)系統(tǒng)的高能量密度。此外，用在這種小型或者“微型”燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的部件應(yīng)該可以以低成本制造，以與不太復(fù)雜的蓄電池電源競爭。如果這些部件龐大，或者需要過高的制造精度，那么燃料電池的許多優(yōu)勢就可能減小。對于非常重視體積利用的燃料電池的電池組更新應(yīng)用，更是如此。
為了獲得小型的燃料電池系統(tǒng)，需要滿足各種創(chuàng)新的技術(shù)要求，同時(shí)努力適應(yīng)減小空間的需求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人認(rèn)識到需要緊湊的流體控制部件，包括壓力調(diào)節(jié)器組件，它具有小的整體尺寸和薄的形狀系數(shù)，有利地的是其制造所需的精度較低，且制造包括樞軸、滑動元件、 或者橡膠或者金屬隔膜在內(nèi)的壓力調(diào)節(jié)器所需的相應(yīng)成本。與常規(guī)設(shè)計(jì)相比，本發(fā)明的實(shí)施方式可以做得更小、更薄、并且成本更低。電流部件設(shè)計(jì)包括滑動或者樞轉(zhuǎn)元件或者使用橡膠或者金屬隔膜，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)小規(guī)?；蛘呶⒘康貥?gòu)造可重復(fù)的功能特征困難且昂貴。
本發(fā)明提供了一種壓力調(diào)節(jié)器組件。該組件包括第一腔室。第一腔室被配置用來封閉力激勵(lì)型閥元件。第一腔室還被配置用來封閉流體入口。此外，第一腔室還被配置用來封閉流體出口。該組件包括第二腔室。第二腔室被配置用來封閉第一腔室。第二腔室與基準(zhǔn)壓力端口連通。該組件包括第三腔室。第三腔室被配置用來封閉第二腔室。第三腔室被配置用來封閉反饋基準(zhǔn)端口。力激勵(lì)型閥元件沒有延伸到第一腔室之外。
本發(fā)明提供了一種制造壓力調(diào)節(jié)器組件的方法。方法包括形成或者提供平的流體總管。該總管包括流體入口。該總管還包括流體出口。該總管還包括基準(zhǔn)壓力端口。該總管還包括反饋入口。該方法還包括形成或者提供第一腔室。該方法還包括形成或者提供第二腔室。此外，該方法還包括形成或者提供第三腔室。該方法包括將第一腔室放在所述總管上。第一腔室位于總管上，使得它封閉力激勵(lì)型閥元件。第一腔室位于總管上，使得它還封閉流體入口。第一腔室位于總管上，使得它還封閉流體出口。該方法包括將第二腔室疊加在所述總管上。第二腔室被堆在總管上，使得它封閉第一腔室。第二腔室被堆在總管上， 使得它與基準(zhǔn)壓力端口連通。該方法包括將第三腔室疊加在所述總管上。第三腔室被疊加在總管上，使得它封閉第二腔室。第三腔室被疊加在總管上，使得它封閉反饋入口。方法還包括將腔室的一部分結(jié)合到平的總管的表面。
本發(fā)明提供了一種壓力調(diào)節(jié)器組件。該組件包括第一腔室。第一腔室被配置用來封閉力激勵(lì)型閥元件。第一腔室還被配置用來封閉流體入口。此外，第一腔室還被配置用來封閉流體出口。該組件包括第二腔室。第二腔室被配置用來封閉第一腔室。第二腔室與基準(zhǔn)壓力端口連通。該組件包括第三腔室。第三腔室被配置用來封閉第二腔室。第三腔室被配置用來封閉反饋基準(zhǔn)端口。該組件還包括力抑制元件。力抑制元件施加力，以抵抗第二腔室的偏斜。該組件還包括復(fù)合元件。復(fù)合元件包括第一腔室。復(fù)合元件還包括力抑制元件。力激勵(lì)型閥元件沒有延伸到第一腔室之外。第三腔室內(nèi)的壓力，當(dāng)大于閾值壓力時(shí)， 可以導(dǎo)致力被施加到第二腔室上，使得第二腔室偏斜。第二腔室的偏斜接著使第一腔室偏斜。第一腔室的充分偏斜被配置用來關(guān)閉力激勵(lì)型閥元件。關(guān)閉力激勵(lì)型閥元件阻止流體從流體入口流動到流體出口。由流體流過反饋入口形成的足夠壓力使力激勵(lì)型閥元件從開啟位置朝著閉合位置移動。復(fù)合元件包括第二腔室的至少部分壁。
本發(fā)明的組件和方法的這些和其他實(shí)施例、優(yōu)點(diǎn)和特征將在下面的詳細(xì)說明中部分闡述，并且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，通過參照下面的描述和附圖或者通過實(shí)施，它們會部分變得明顯。


附圖不一定按比例繪制，在附圖中，相似的數(shù)字可能表示不同視圖中相似的部件。 具有不同字母后綴的類似數(shù)字可能表示相似部件的不同實(shí)施例。舉例來說，而不是為了限制，附圖通常展示在本文獻(xiàn)中論及的各實(shí)施方式。
圖I展示了現(xiàn)有技術(shù)的壓力調(diào)節(jié)器組件的剖視圖，它包括貫穿高壓區(qū)域和低壓區(qū)域之間的平面的活動提升閥。
圖2展示了另一項(xiàng)現(xiàn)有技術(shù)的壓力調(diào)節(jié)器組件的剖視圖，它包括貫穿高壓區(qū)域和低壓區(qū)域之間的平面的活動提升閥。
圖3展示了供小型或者微型流體應(yīng)用使用的壓力調(diào)節(jié)器組件的某些部分的剖視圖，它被構(gòu)造成符合至少一個(gè)實(shí)施方式。
圖4展示了供小型或者微型流體應(yīng)用使用的壓力調(diào)節(jié)器組件的某些部分的剖視圖，它被構(gòu)造成符合至少一個(gè)實(shí)施方式。
圖5展示了供小型或者微型流體應(yīng)用使用的壓力調(diào)節(jié)器組件的某些部分的剖視圖，它被構(gòu)造成符合至少一個(gè)實(shí)施方式。
圖6展示了供小型或者微型流體應(yīng)用使用的壓力調(diào)節(jié)器組件的某些部分的剖視圖，它被構(gòu)造成符合至少一個(gè)實(shí)施方式。
圖7展示了供小型或者微型流體應(yīng)用使用的壓力調(diào)節(jié)器組件的某些部分的剖視圖，它被構(gòu)造成符合至少一個(gè)實(shí)施方式。
圖8展示了供小型或者微型流體應(yīng)用使用的壓力調(diào)節(jié)器組件的某些部分的分解透視圖，它被構(gòu)造成符合至少一個(gè)實(shí)施方式。
具體實(shí)施方式

定義
用在這里時(shí)，術(shù)語“流體”是指液體或者諸如氣態(tài)氫的氣體、諸如丁烷或者丙烷之類的任何碳?xì)浠衔铩⒅T如甲醇之類的醇類、蟻酸或者諸如水、水溶液的其他液體，并且可以包括任何合適的有機(jī)溶劑。任何流體還可能具有溶解在里面的溶解物。在某些實(shí)施方式中，流體可能包括來自任何燃料重整工藝的重整產(chǎn)物。例如，流體可能包括通過化石燃料重整方法生產(chǎn)的氫氣,例如通過天然氣重整生產(chǎn)的氫氣。在另一個(gè)實(shí)施例中,流體可能包括通過甲醇、丙烷、丁烷或者蟻酸重整生產(chǎn)的氫氣。在一些實(shí)施例中，重整產(chǎn)物很少是純氣體,而是既富含特定氣體(例如氫氣)又包含一定量的其他氣體(例如CO2和CO)。
用在這里時(shí)，術(shù)語“貝氏墊圈”是指本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員公知的任何合適的貝氏墊圈，此外，也稱為錐形盤簧、錐形彈簧墊圈、盤簧、貝氏彈簧或者凹形彈簧墊圈。該墊圈呈截頭圓錐形，例如方向垂直的錐形的任何厚度的水平薄片，它賦予該墊圈一定的彈簧特性。
用在這里時(shí)，術(shù)語“總管”是指任何管路和通道組件，它允許定向輸送流體。例如，總管可能包括在名稱為“FLUIDIC MANIFOLD AND METHOD THEREFOR”的代理人備案號 2269. 060US1的美國專利申請?zhí)?2/053，366中公開的任何總管。
描述
現(xiàn)有技術(shù)的壓力調(diào)節(jié)器組件10如圖I所示。該壓力調(diào)節(jié)器組件10包括高壓入口區(qū)域12和低壓出口區(qū)域14。兩個(gè)區(qū)域12，14是分開的，但是借助孔13連通，孔13中裝有活動的“提升閥”16，提升閥16貫穿兩個(gè)區(qū)域之間的邊界，并且形成閥門。提升閥16是與低壓區(qū)域14的撓性膈膜壁15接觸的機(jī)械元件。操作中，當(dāng)?shù)蛪簠^(qū)域14中的壓力低時(shí)，施加于膈膜壁15外側(cè)的力沿相對向下的方向推動提升閥16，并開啟閥門。當(dāng)高壓流體從高壓區(qū)域12流到低壓區(qū)域14時(shí)，低壓區(qū)域中的壓力增加，從內(nèi)側(cè)向膈膜壁15施加反向力。當(dāng)壓力繼續(xù)積累時(shí)，就會到達(dá)外力和內(nèi)力的平衡點(diǎn)，于是提升閥16不再降低，并且閥門被密封， 以防止流體從高壓區(qū)域12進(jìn)一步進(jìn)入低壓區(qū)域14。
通過小心地選擇與提升閥16有關(guān)的彈簧元件的剛度和膈膜壁15的尺寸，外力和內(nèi)力平衡時(shí)的壓力可以選擇，并且隨意操縱。在該壓力調(diào)節(jié)器組件10中，提升閥16形成閥門和密封元件，因此，需要一定的剛度和集成的液密型密封件。
圖2展示另一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)的壓力調(diào)節(jié)器組件20。該壓力調(diào)節(jié)器組件20可以使用蝕刻的或者其他微加工的層形成。類似于如圖I所示的壓力調(diào)節(jié)器組件10，組件20包括提升閥26，它連接到膈膜25，并且貫穿高壓區(qū)域22和低壓區(qū)域24之間的平面。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用在高和低壓區(qū)域之間延伸的提升閥或者類似提升閥的零件的壓力調(diào)節(jié)器組件10、 20的結(jié)構(gòu)需要提升閥的形成和調(diào)節(jié)器的密封結(jié)構(gòu)都極其精確，從而限制了調(diào)節(jié)器組件的設(shè)計(jì)以及制造方法。
圖3-8展示了與圖I和2的組件不同的各種壓力調(diào)節(jié)器組件，它們具有較小的總體尺寸，薄的形狀系數(shù)，可以大規(guī)模地以相對較低的成本重復(fù)制造，并且可以避免使用提升閥、樞軸、滑動元件或者橡膠以及金屬隔膜。舉例來說，圖3-8的壓力調(diào)節(jié)器組件可以以低成本組裝，因?yàn)楣铌P(guān)鍵的部件可以被限制為澆鑄的或者成形的部件。因此，在制造過程中，相對于其他的調(diào)節(jié)器組件，例如如圖I和2所示的組件，組件對準(zhǔn)公差可以減小。這些壓力調(diào)節(jié)器組件可以用在小型或者微型流體應(yīng)用中，例如，諸如燃料電池系統(tǒng)中。有待該等組件調(diào)節(jié)的流體可以是這里定義的任何流體。
本壓力調(diào)節(jié)器組件可以包括各種選項(xiàng)。在某些例子中，該等組件可以包括使用廉價(jià)的制造工藝澆鑄或者成形的部件。在某些例子中，用聚合材料來形成該等組件。在某些例子中，用金屬材料來形成該等組件?？梢允褂脝蝹€(gè)密封元件，并且壓力調(diào)節(jié)器組件的設(shè)計(jì)可以設(shè)置成對該密封元件的尺寸不太敏感。在各種實(shí)施例中，壓力調(diào)節(jié)器組件的元件沒有一個(gè)被插過高、低壓力區(qū)域之間的任何邊界。因此，各調(diào)節(jié)器組件可以如此組裝，即通過將同心的或者非同心的布置好的元件堆疊并結(jié)合在一起，以形成高壓、低壓和基準(zhǔn)壓力室。每個(gè)室可以借助共同的分配增壓室連通流體。流體不能透過的密封可以形成在一個(gè)增壓室內(nèi)。
圖3展示了根據(jù)至少一個(gè)實(shí)施方式構(gòu)造的壓力調(diào)節(jié)器組件100的示意性的剖視圖。壓力調(diào)節(jié)器組件100可以建立在平的流體分配總管110的表面上。
在操作中，工作的壓力調(diào)節(jié)器的輸入端位于有些高壓處，而輸出端位于調(diào)節(jié)的低壓處。圖3展示了描述調(diào)節(jié)器組件100的輸入和輸出的管路和端口。具體地說，流體總管 110可以包括連接到流體入口 140的流體輸入管路120，以及連接到流體出口 150和輸出流體回流口 160的流體輸出管路130。這些管路和端口可以建立在流體分配總管110內(nèi)部，流體分配總管可以被包括作為整個(gè)壓力調(diào)節(jié)器組件100的一部分，也可以不包括在內(nèi)。
壓力調(diào)節(jié)器組件100可以包括許多嵌套的腔室，例如三個(gè)嵌套的腔室(第一腔室 180、第二腔室190和第三腔室200)，它們布置在流體分配總管110的表面上。流體分配總管110可以包括多個(gè)不同壓力的流體的通道，這些流體有待從一個(gè)增壓室或者區(qū)域被輸送到另一個(gè)增壓室或者區(qū)域。組件100內(nèi)的各腔室的所有入口和出口可以共面于流體分配總管110內(nèi)。
在所示的實(shí)施例中，第一腔室180的周邊可以被結(jié)合到流體分配總管110的頂部或者上表面，并且可以封閉流體入口 140和流體出口 150。該結(jié)合可以在第一腔室180的周邊形成流體密封。力啟動型閥元件260可以保持在第一腔室180內(nèi)的適當(dāng)位置，并且或者可以被附接到第一腔室180的相對的頂面210上，或者可以被附接到第一腔室180的底部， 但是通過嵌在頂面210內(nèi)的零件，例如嵌在第一腔室頂部的密封元件保持零件310，被保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。也可以使用其他方法將力啟動型閥元件260保持在適當(dāng)位置，例如使用嵌入流體分配總管110內(nèi)的零件來保持閥元件。第一腔室180可以包括撓性的腔室壁240，從而使得當(dāng)足夠的力被施加于頂面210的頂上時(shí)，第一腔室壁240可以被設(shè)置成彎曲或者偏斜，從而使力啟動型閥元件260被壓縮，并密封流體入口 140。反過來，這可以防止流體從流體入口 140流到流體出口 150。當(dāng)?shù)谝磺皇冶?40彎曲或者偏斜，頂面210也可以偏斜。備選地，當(dāng)足夠的力被施加于頂面210的頂上時(shí)，僅頂面210偏斜。在本發(fā)明的實(shí)施方式中， 當(dāng)足夠的力被施加于頂面210的頂上時(shí)，壁240和頂面210以任何比例進(jìn)行的任何結(jié)合都可以偏斜到使力啟動型閥元件260被壓縮，并密封流體入口 140。
第二腔室190可以嵌套在第一腔室180上，并且可以完全包圍第一腔室180。第二腔室190的周邊可以被結(jié)合到流體分配總管110的頂部或者上表面，以形成流體不能透過的密封。第二腔室190可以包括剛性的頂面220和撓性的腔室壁250。第二腔室190也可以包括一個(gè)或多個(gè)力抑制元件(例如，彈簧或者力抑制元件)270，它在流體分配總管110 的頂面和第二腔室的頂面220之間起作用，足以將兩者推開。第二腔室190可以進(jìn)一步封閉基準(zhǔn)壓力端口 170?；鶞?zhǔn)壓力端口 170可以提供基準(zhǔn)壓力的連接，基準(zhǔn)壓力既不是入口壓力，也不是出口壓力。在某些例子中，基準(zhǔn)壓力端口 170通向大氣壓。
當(dāng)足夠的力從外側(cè)被施加到第二腔室190的頂面220上時(shí)，撓性的第二腔室壁可以被設(shè)置成彎曲或者偏斜，從而使一個(gè)或多個(gè)彈簧或者力抑制元件270，例如壓縮，直到頂面220觸及第一腔室的頂面210。如果力足夠大，它可以通過第二腔室190的頂面220傳遞到第一腔室180的頂面210，這可以使第一腔室180變形，并將力啟動型閥元件260推向閉合位置。
第三腔室200可以完全包圍第二腔室190，并且其周邊可以被結(jié)合到流體分配總管Iio的頂部或者上表面，以形成流體不能透過的密封。第三腔室200也可以封閉輸出流體回流口 160。在某些例子中，第三腔室壁230或者第三腔室的任何其他部分可以被設(shè)置成具有相當(dāng)大的剛度，以防止不必要的力傳遞。
在操作中，高壓下的流體可以進(jìn)入流體輸入管路120，并且通過流體入口 140被輸送到第一腔室180里。在流體的壓力下，第一腔室180可以膨脹(例如偏斜)，從而使得力啟動型閥元件260不會阻塞從流體入口 140到流體出口 150的流體路徑。這可以允許流體從流體入口 140自由流動到流體出口 150，并進(jìn)入輸出流體管路130。當(dāng)壓力在輸出流體管路130內(nèi)產(chǎn)生時(shí)，流體可以通過輸出流體回流口 160最終流進(jìn)第三腔室200。第三腔室200 內(nèi)的壓力積累可以導(dǎo)致力被施加到第二腔室190的頂面220上。該力可以作用到封閉在第二腔室190中的一個(gè)或多個(gè)彈簧或者力抑制元件270上，并最終導(dǎo)致第二腔室190向流體總管110偏斜。當(dāng)該偏斜變得足以導(dǎo)致第二腔室190的頂面220觸及第一腔室180的頂面 210時(shí)，力啟動型閥元件260可以被壓縮到形成密封，并阻止流體流過組件100。
當(dāng)流體離開輸出流體管路130時(shí)，第三腔室200內(nèi)的壓力可以減小，并且在有些點(diǎn)處，第二腔室190中的彈簧或者力抑制元件270的抑制力可以使第二腔室190膨脹，接著允許第一腔室180膨脹，并且讓加壓操作重復(fù)。對于給定的流體流速，在第三腔室200內(nèi)的壓力保持相對恒定，力啟動型閥門260保持在大致相同的位置，并且出口壓力保持相對恒定時(shí)，可以建立平衡，。當(dāng)氣體或者其他流體的流動改變時(shí)，調(diào)節(jié)器組件100可以自動調(diào)節(jié)以建立新的平衡。
閥門260可以在不同狀態(tài)下操作。閥門260可以閉合，其中施加于第一腔室180 的頂面210上的由閥門260的密封周邊封閉的區(qū)域上的壓力和第一腔室180的頂面210上的不包含由閥門260的密封周邊封閉的區(qū)域的區(qū)域上的壓力不一定相同。閥門260可以開啟，其中施加于第一腔室180的頂面210上的由閥門260的密封周邊封閉的區(qū)域的壓力和第一腔室180的頂面210上的不包含由閥門260的密封周邊封閉的區(qū)域的區(qū)域上的壓力大致相同。在啟動和閉合狀態(tài)之間，閥門可以處于實(shí)際上無限種局部開啟狀態(tài)，其中施加于第一腔室180的頂面210上的由閥門260的密封周邊封閉的區(qū)域上的壓力和第一腔室180的頂面210上的不包含由閥門260的密封周邊封閉的區(qū)域的區(qū)域上的壓力不一定相同。這里，“由閥門260的密封周邊封閉的區(qū)域”是指當(dāng)閥門260處于閉合(密封)狀態(tài)時(shí)封閉在閥門260的周邊內(nèi)的區(qū)域。
對于給定的入口壓力，利用壓力調(diào)節(jié)器組件100得到的出口壓力與出口和入口之間的壓力差有關(guān)。當(dāng)入口壓力增加時(shí)，控制的出口壓力可以增加。在某些實(shí)施方式中，給定的入口壓力和對應(yīng)的出口壓力之間的差可以約為零，入口壓力可以大于出口壓力，或者出口壓力也可以大于入口壓力(例如，如果入口壓力下降或者另一個(gè)壓力源導(dǎo)致出口壓力增加)。彈簧或者力抑制元件的力和來自基準(zhǔn)壓力的力結(jié)合輸出的反饋壓力在第二腔室190 的頂面220上的力與入口壓力和第一腔室180中的壓力在第一腔室180的頂面210的各部分上的力的相互影響一起確定閥門是處于閉合、部分開啟或者完全開啟狀態(tài)。通過調(diào)節(jié)第二腔室190的頂面220的面積、彈簧常數(shù)、第一腔室180的頂面210的由閥門260的密封周邊封閉的面積以及第一腔室180的頂面210的不包括由閥門260的密封周邊封閉的區(qū)域的面積，可以獲得本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于特定的流量和在特定的入口壓力下，這些實(shí)施方式會產(chǎn)生出口和入口壓力之間所需的壓力差。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易認(rèn)識到，使用公開的幾何上的相互影響可以確定這兩個(gè)腔室頂部的相對尺寸選擇的細(xì)節(jié)以及彈簧常數(shù)的大小。例如，與第二腔室190的頂面220的面積相比，第一腔室180的頂面210的面積可以做得小一點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，與第一腔室180的頂面210的由閥門260的密封周邊封閉的面積相比,第一腔室180的頂面210的不包括閥門260的密封周邊的面積的面積可以做得小一點(diǎn)。下面，在對圖8的描述中，將進(jìn)一步討論在本發(fā)明的一些實(shí)施方式內(nèi)力的相互影響。
壓力調(diào)節(jié)器組件100不需要樞轉(zhuǎn)部件或者滑動面，并且沒有明顯的隔膜式密封。 相反，一個(gè)或多個(gè)腔室可以包括撓性壁，在足夠大的外力作用下，這些撓性壁會坍陷。在組件100中，不包括提升閥，并且不需要組件100的任何部件都插過任何兩個(gè)腔室之間的邊界。閥元件260沒有延伸到第一腔室的外面。用在壓力調(diào)節(jié)器組件100內(nèi)的閥元件260可以非常平，其中驅(qū)動閥門的力具有垂直于調(diào)節(jié)器組件100的與閥座相對的頂部或者底部的分力。該相對定位可以簡化閥門裝置的設(shè)計(jì)，例如，因?yàn)椴恍枰ㄟ^流體入口 140的突起。
小規(guī)模地制造提升閥和相應(yīng)的閥座昂貴且困難。使用本發(fā)明，通過避免使用提升閥和對應(yīng)的閥座，可以獲得較小的壓力調(diào)節(jié)閥，且閥門構(gòu)造的各層的相對位置之間所需的精度較低。此外，通過避免提升閥和對應(yīng)的閥座，壓力調(diào)節(jié)器的一些實(shí)施方式可以做得非常薄。
如圖I所示的壓力調(diào)節(jié)器組件100設(shè)計(jì)上的優(yōu)點(diǎn)是該組件的不同部分可以使用不同的材料，至于材料可混用性，即使有，也極小。舉例來說，腔室180、190、200可以用任何可以成形為能為腔室頂部提供所需剛度以及為腔室壁提供所需的偏斜性以允許腔室能夠移動的材料制造。因此，腔室可以用各種可以形成不同厚度的材料制成，例如各種塑料，包括聚酯、聚碳酸酯、尼龍、聚烯烴、或者其他類型的工程塑料，或者金屬。在某些實(shí)施方式中，對于各個(gè)腔室，腔室的頂部和壁不是全部由相同的材料制成，而在其他實(shí)施方式中，腔室頂部和壁包括相同的材料。在某些實(shí)施方式中，一個(gè)腔室的頂部或者壁可以由與另一個(gè)腔室的頂部或者壁不同的材料制成，而在其他實(shí)施方式中，一個(gè)腔室的頂部或者壁包括與另一個(gè)腔室的頂部或者壁相同的材料。
如果單個(gè)材料不能形成具有所需的剛度和偏斜性的結(jié)合，那么一個(gè)或多個(gè)腔室可9以形成包括一種以上材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)。圖4展示了一個(gè)多級燃燒室的分解圖，它包括兩種不同的材料。如圖4所示的多級燃燒室可以完全封閉第一腔室180，形成第二腔室190。在該實(shí)施例中，腔室結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成包括使用第一材料250的撓性側(cè)壁，并且當(dāng)結(jié)合到流體底座上時(shí)，包括一個(gè)完整的氣體或者流體密封結(jié)構(gòu)。附接到腔室側(cè)壁的頂部或者上表面的是剛性的加強(qiáng)元件330，它用于為腔室頂面提供剛性，并且賦予腔室所需的功能。在該壓力調(diào)節(jié)器組件中，相似的復(fù)合結(jié)構(gòu)可以用于其他腔室。加強(qiáng)撓性腔室的合適材料可以包括塑料、 金屬、陶瓷、或者有機(jī)材料，例如木材或者纖維板。
在各實(shí)施例中，為了讓壓力調(diào)節(jié)器組件100起所需的作用，它的每一個(gè)腔室都通過將腔室壁結(jié)構(gòu)的周邊結(jié)合到流體底座110上而部分形成。結(jié)合可以采用任何合適的方法，包括使用膠粘劑、溶劑熔接、超聲波焊接、激光焊接、擴(kuò)散結(jié)合或者可以將腔室壁材料接合到流體底座材料上的任何其他結(jié)合方法。最終的結(jié)合應(yīng)當(dāng)具有足夠的強(qiáng)度以抵抗由內(nèi)部流體壓力產(chǎn)生的力，還要足夠堅(jiān)固以在該組件的使用壽命內(nèi)經(jīng)久耐用，并且應(yīng)該形成密封以防止或者遏制流體從調(diào)節(jié)器組件100中泄漏。
用在壓力調(diào)節(jié)器組件100中的力激勵(lì)型閥元件260可以是各種設(shè)計(jì)。如上所述， 在計(jì)算組件100的預(yù)期性能(例如在給定的入口壓力和流速下，入口和出口壓力之差多大) 時(shí)，除了彈簧常數(shù)和基準(zhǔn)壓力之外，還可以是第一和第二腔室頂部210和220的尺寸之比， 該尺寸之比確定了調(diào)節(jié)器100中出口壓力與入口壓力之比。但是，在其他實(shí)施方式中，根據(jù)閥門的類型并根據(jù)設(shè)備的其他元件的類型，第二腔室頂部220與第一腔室頂部210的由閥門260的密封周邊封閉的區(qū)域之比或者第二腔室頂部220與第一腔室頂部210的不包括由閥門260的密封周邊封閉的區(qū)域的區(qū)域之比中的任一個(gè)或者兩者以任何比例可用于計(jì)算組件100的預(yù)期性能。
可以使用在入口 140上或者其周圍形成密封的任何方法，使用壓縮墊圈、O形環(huán)或者其他力激勵(lì)型閥元件。在各實(shí)施例中，用在閥元件260中的材料應(yīng)該能承受由輸入流體引起的環(huán)境(例如，閥門材料應(yīng)該能適應(yīng)壓力、溫度以及輸入流體的其他化學(xué)特性，并且仍然保持適當(dāng)?shù)拿芊?。
在某些實(shí)施例中，用在組件中的彈簧或者其他力抑制元件可以為第二腔室190的頂面220提供抑制力。通過調(diào)節(jié)一個(gè)或多個(gè)彈簧或者力抑制元件270的彈簧常數(shù)，可以調(diào)節(jié)使第二腔室頂部220向第一腔室頂部210位移所需的出口壓力。也可以用其他方法來提供相適應(yīng)的抑制力，以便抑制力被大致均勻地分布在第二腔室頂部220上，從而當(dāng)它偏斜時(shí)， 支持第二腔室190連貫運(yùn)動?？梢允褂枚鄠€(gè)孤立的彈簧或者力抑制元件170，例如，包括小型線圈彈簧、壓縮泡沫、彈性體插入物等等。也可以使用單個(gè)彈簧墊圈，特別是對調(diào)節(jié)器徑向?qū)ΨQ的實(shí)施方式。彈簧墊圈可以用整體堅(jiān)硬但嵌有一些零件的材料制成，以提供所要求的彈簧性質(zhì)。此外還可以使用貝氏墊圈。在某些實(shí)施方式中，腔室的至少一些壁可以用能為第二腔室190的頂面200提供力抑制作用的材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，第二腔室的至少一些壁用能提供力抑制作用的材料制成。
在某些例子中，可以省略彈簧或者其他力抑制元件270。在這些實(shí)施方式中，來自基準(zhǔn)壓力的力與輸出的反饋壓力在第二腔室190的頂面220上的力與入口壓力和第一腔室 180中的壓力在第一腔室180的頂面210的各部分上的力的相互影響相結(jié)合，確定裝置的性倉泛。
圖I的壓力調(diào)節(jié)器組件100可以采用各種形狀，包括圓形、不規(guī)則形、正方形、多邊形等等。整體為圓形的腔室可以便于允許生產(chǎn)徑向?qū)ΨQ的組件，并且在組裝過程中不需要方向邏輯。但是，在某些實(shí)施例中，可能需要提供關(guān)鍵零件或者非圓形的形狀。在某些實(shí)施例中，改變壓力室的形狀以實(shí)現(xiàn)其他功能可能是有利的。舉例來說，腔室的形狀可以如此改變，以便腔室壁能用于定位腔室內(nèi)的部件或者抑制其運(yùn)動。
圖5展示了用在壓力調(diào)節(jié)器組件中的第一腔室180的截面示意圖。在該實(shí)施例中， 與在圖3的實(shí)施例中一樣，第一腔室頂部210不是平面，而是已經(jīng)改變?yōu)榘ǔ尚螀^(qū)域310， 該區(qū)域用于保持O形環(huán)力激勵(lì)閥元件260。雖然圖5所示的實(shí)施例用于保持O環(huán)形力激勵(lì)型閥元件260，但是如果使用不同的方法形成密封，對腔室壁或頂部進(jìn)行其他改進(jìn)也是可能并可以是可取的。閥元件的保持零件可以被設(shè)計(jì)成當(dāng)允許流動時(shí)保持密封遠(yuǎn)離總管表面， 并且也可以被設(shè)計(jì)成當(dāng)腔室壁過度偏斜時(shí)提供“硬停機(jī)”，以防止力激勵(lì)型閥元件260過度壓縮。
除了改變腔室外殼以保持各部件之外，也可以增強(qiáng)一個(gè)腔室零件的功能以服務(wù)附加功能。壓力調(diào)節(jié)器組件的設(shè)計(jì)可以包括三個(gè)同心腔室，其中第二腔室完全包含第一腔室和附加的彈簧或者力抑制元件。雖然彈簧或者力抑制元件可以被形成為有待被安裝在第二腔室內(nèi)的孤立部件，但是如上所述，它也可以形成第一或者第二腔室壁的一部分。
圖6展示了這種結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的截面示意圖，該結(jié)構(gòu)采用徑向?qū)ΨQ的總壓力調(diào)節(jié)器。徑向?qū)ΨQ雖然不需要，但可便于做示范。在該實(shí)施例中，各部件可以僅僅被容納在第一和第二腔室內(nèi)。集成的腔室部件320可以由單件材料以下述方式制造包括貝氏墊圈零件270、密封元件保持零件310和第一腔室壁240，當(dāng)從上按壓時(shí)，貝氏墊圈零件可以充當(dāng)彈簧。在某些實(shí)施方式中，第一腔室可以被結(jié)合到位于區(qū)域340的流體總管上，該區(qū)域可以在密封元件周圍形成環(huán)形區(qū)，并且包括入口和出口。由于可選擇的結(jié)合區(qū)域340，第一腔室壁240的運(yùn)動可以與彈簧元件270的運(yùn)動無關(guān)。在某些實(shí)施方式中，存在可選擇的結(jié)合區(qū)域340。在其他實(shí)施方式中，不存在可選擇的結(jié)合區(qū)域340。
該壓力調(diào)節(jié)器組件能夠調(diào)節(jié)包括液體和氣體在內(nèi)的流體的壓力。借助于密封元件材料的選擇，可以提供沒有泄流的氣密密封，例如，調(diào)節(jié)器可以用來在低流量或者無流動清況下保持出口壓力。在某些實(shí)施例中，有待調(diào)節(jié)的流體可以包括這里定義的任何流體。在某些實(shí)施方式中，壓力調(diào)節(jié)器可以用在醫(yī)學(xué)應(yīng)用中。在便攜式發(fā)電應(yīng)用中，調(diào)節(jié)器組件可用于調(diào)節(jié)燃料前體的壓力和流量，例如，化學(xué)氫化物的溶液或者用于產(chǎn)生氫氣的反應(yīng)物(包括水、酒精等等)。
因?yàn)閴毫φ{(diào)節(jié)器組件用嵌套的腔室構(gòu)成，所以不管密封元件的狀態(tài)、入口和出口壓力如何，都可以通過施加外力驅(qū)動閥門零件。如果足夠大的力從外部來源被施加到第三腔室頂部，例如，那么第三腔室可以偏斜，最終壓在第二腔室頂部上，接著是第一腔室頂部。 施加該力的效果可以是讓密封元件移動以關(guān)閉流體從入口到出口的路徑。因此，壓力調(diào)節(jié)器組件能提供集成的關(guān)閉閥。
圖7展示了根據(jù)與圖6所示的實(shí)施方式類似的至少一個(gè)實(shí)施方式構(gòu)造的徑向?qū)ΨQ的壓力調(diào)節(jié)器組件100的示意性的剖視圖。圖7展示了管路和端口，這些端口描繪了調(diào)節(jié)器組件100的輸入和輸出。具體地說，流體總管110可以包括流體入口 140，以及連接到流體出口 150和輸出流體回流口 160的流體輸出管路130。這些管路和端口可以設(shè)置在流體分配總管110內(nèi)部，流體分配總管可以被包括或不包括為整個(gè)壓力調(diào)節(jié)器組件100的一部分。
壓力調(diào)節(jié)器組件100可以包括第一腔室180、第二腔室190和第三腔室200，它們布置在流體分配總管110的表面上。第一腔室180的周邊可以被結(jié)合到流體分配總管110 的頂部或者上表面，并且可以封閉流體入口 140和流體出口 150。該結(jié)合可以在第一腔室 180的周邊形成流體密封。
第二腔室190可以嵌套在第一腔室180上，并且可以完全包圍第一腔室180。第二腔室190的周邊可以被結(jié)合到流體分配總管110的頂部或者上表面，以形成流體不能透過的密封。第二腔室190可以包括剛性的頂面220和撓性的腔室壁250。集成的腔室部件 320可以用單件材料以下述方式制造包括貝氏墊圈零件270、密封元件保持零件310和第一腔室壁240，當(dāng)從上按壓時(shí)，貝氏墊圈零件可以充當(dāng)彈簧。第二腔室190可以進(jìn)一步封閉基準(zhǔn)壓力端口 170?；鶞?zhǔn)壓力端口 170可以連接到基準(zhǔn)壓力，基準(zhǔn)壓力既不是入口壓力，也不是出口壓力。在某些實(shí)施例中，基準(zhǔn)壓力端口 170通向大氣壓。
第三腔室200可以完全包圍第二腔室190，并且其周邊可以被結(jié)合到流體分配總管Iio的頂部或者上表面，以形成流體不能透過的密封。第三腔室200也可以封閉輸出流體回流口 160。在某些實(shí)施例中，第三腔室壁230可以被設(shè)置成具有相當(dāng)大的剛度，以阻止不必要的力傳遞。
在圖7中，變量D，710，表示第二腔室190的頂部220的直徑。變量Do_；，720，表示閥門260的密封周邊的直徑。變量Ρλη，730，表示入口壓力，變量P ap，740，表示出口壓力。變量P劃|，750,表示基準(zhǔn)壓力。
在例如圖7所示的實(shí)施方式中，假設(shè)閥位置是施加于第二腔室190的頂部220上的力和由抑制元件施加的力的差和施加于第一腔室180的頂部210的由閥門260的密封的周邊封閉的區(qū)域上的力之間來確定的，那么以下就是計(jì)算各部件的尺寸和入口及出口壓力之間的關(guān)系的方法的實(shí)施例。其中P人口最小=最小入口壓力，P人口最大=最大入口壓力，P出口最 + =容許的最小出口壓力，而P容許的最大出口壓力，以下方程描述了力的關(guān)系
Ji P 入口 (Do 形環(huán) /2) +F 彈黃=π P 出口 (D/2)
因此，當(dāng)出口壓力是時(shí)，由反饋壓力施加于第二腔室頂部上的力足夠低，以便在入口壓力低到P入口最小時(shí)，閥門仍然可以被開啟，D的尺寸必須滿足
D ^ 2 ((I/ P出口最小)(31 P入口最小(Do形環(huán)/2) +F彈黃Y)丨
同樣，當(dāng)出口壓力是P &口最小時(shí)，由反饋壓力施加于第二腔室頂部上的力足夠高，以便在入口壓力高達(dá)ΡΛΡΛ±時(shí)，閥門仍然可以被關(guān)閉，D的尺寸必須滿足
D ^ 2 ((I/ P 出P最大)(31 P 人口最大(Do 形環(huán)/2)2+F彈黃))1/2
壓力調(diào)節(jié)器組件可以制造成各種尺寸。例如，適當(dāng)尺寸包括如圖7所示的D約等于O. 01毫米、O. I毫米、I毫米、2毫米、4毫米、6毫米、8毫米、10毫米、20毫米、50毫米、100 毫米或者200毫米。
實(shí)施例I
壓力調(diào)節(jié)器的工作的實(shí)施方式可以用聚合物部件制造，這些部件被粘合到聚合物微流體底座上。小型的O形環(huán)可以用作密封元件，并且提供壓力高達(dá)約300磅/平方英寸的氣密密封。在該實(shí)施例中，第一腔室的直徑可以為約2. 5毫米，第二腔室的直徑可以為約14毫米，而第三腔室的直徑可以為約18毫米，因此整個(gè)壓力調(diào)節(jié)器組件的形狀大致成圓形，直徑約18毫米。第三腔室的高度可以<2毫米，其他兩個(gè)腔室包括在該腔室內(nèi)。所有三個(gè)腔室都可以用聚酯、聚酯乙二醇、聚碳酸酯或者丙烯酸類物質(zhì)制成，各部件用溶劑粘合到流體底座上。
用于制造這種壓力調(diào)節(jié)器的部件的分解透視圖如圖8所示。該實(shí)施例展示了具有調(diào)節(jié)器入口和出口 140、150的流體底座110。還展示了環(huán)境壓力基準(zhǔn)端口 170。當(dāng)調(diào)節(jié)器工作時(shí)，O形環(huán)密封元件260可以密封在入口 140周圍。封閉密封元件260以及入口 140和出口 150的可以是如圖6所示的復(fù)合元件320，它包括(在圖8中未詳細(xì)顯示)第一腔室 180、嵌入第一腔室頂部的密封元件保持零件310和貝氏墊圈彈簧部件270。如圖8所示，加固件330可以被添加到復(fù)合元件的頂部，以為第二腔室的頂部提供剛度，如在圖4中描述的那樣。接下來，嵌套部件820可以放在加固件330上方，并且封閉基準(zhǔn)壓力端口 170，形成第二腔室190。嵌套部件830可以放在第二腔室190上方，還封閉壓力反饋端口 160，形成第三腔室200。
如圖3-8所示的壓力調(diào)節(jié)器部件可以通過將各部件嵌套到平的總管上組裝而成。 因此，這些調(diào)節(jié)器適合使用揀放機(jī)器人來制造，或者通過組裝成形部件的大塊板材、然后從結(jié)合在一起的板材中除去組裝好的壓力調(diào)壓器來制造。不需要插過各腔室或者與各腔室之間的邊界交叉的部件，例如力激勵(lì)型閥元件沒有延伸到第一腔室的外面。另外，每一腔室僅僅與流體底座直接流體連通。與圖3-8的壓力調(diào)節(jié)器部件有關(guān)的公差可以被限制在調(diào)節(jié)器的部件上，而非組裝過程中的對齊上。因此，可以獲得低生產(chǎn)成本。
附加實(shí)施方式
本發(fā)明提供了以下典型實(shí)施方式
實(shí)施方式I提供了一種壓力調(diào)節(jié)器組件，包括被配置用來封閉力激勵(lì)型閥元件、 流體入口和流體出口的第一腔室；被配置用來封閉第一腔室并且與基準(zhǔn)壓力端口連通的第二腔室；和被配置用來封閉第二腔室和反饋入口的第三腔室；其中力激勵(lì)型閥元件不延伸到第一腔室外。
實(shí)施方式2提供了實(shí)施方式I的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第三腔室中的壓力，當(dāng)大于閾值壓力時(shí)，導(dǎo)致力被施加到第二腔室上，使第二腔室偏斜，接著使第一腔室偏斜。
實(shí)施方式3提供了實(shí)施方式1-2中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一腔室的偏斜和力激勵(lì)型閥元件朝著或者遠(yuǎn)離閉合狀態(tài)的移動成正比。
實(shí)施方式4提供了實(shí)施方式1-3中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一腔室的充分偏斜被設(shè)置用來關(guān)閉力激勵(lì)型閥元件，以阻止流體從流體入口流到流體出口。
實(shí)施方式5提供了實(shí)施方式4的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一腔室的充分偏斜包括超過極限偏斜的偏斜。
實(shí)施方式6提供了實(shí)施方式1-5中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中流體入口和流體出口共面。
實(shí)施方式7提供了實(shí)施方式1-6中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中流體入口、流體出口、基準(zhǔn)壓力端口和反饋入口共面。
實(shí)施方式8提供了實(shí)施方式1-7中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中存在于第一、第二或者第三腔室之任一個(gè)中的機(jī)械元件不穿過任何其他腔室。
實(shí)施方式9提供了實(shí)施方式1-8中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中由流體流過反饋入口而形成的足夠大的壓力接著使力激勵(lì)型閥元件從開啟位置朝著閉合位置移動。
實(shí)施方式10提供了實(shí)施方式1-9中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，它被結(jié)合到多端口流體總管上。
實(shí)施方式11提供了實(shí)施方式10的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中任何兩個(gè)腔室之間的流體流動通過流體總管內(nèi)的路徑傳導(dǎo)。
實(shí)施方式12提供了實(shí)施方式1-11中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一、第二和第三腔室被設(shè)置使得施加的外力使力激勵(lì)型閥元件向閉合位置移動，所述外力包括垂直于第一腔室的頂部并且朝向第一腔室的頂部的力矢量。
實(shí)施方式13提供了實(shí)施方式1-12中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，還包括力抑制元件，其中力抑制元件施加力以抵抗第二腔室的偏斜。
實(shí)施方式14提供了實(shí)施方式13的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中力抑制元件包括金屬盤簧、貝氏墊圈、壓縮泡沫、彈性泡沫或者彈性體插入物。
實(shí)施方式15提供了實(shí)施方式13-14中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第二腔室被配置用來封閉至少一個(gè)力抑制元件。
實(shí)施方式16提供了實(shí)施方式13-15中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第二腔室的至少部分壁包括力抑制元件。
實(shí)施方式17提供了實(shí)施方式13-16中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，還包括復(fù)合元件，其中復(fù)合元件包括第一腔室和力抑制元件。
實(shí)施方式18提供了實(shí)施方式17的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中復(fù)合元件的包括力抑制元件的部分包括貝氏墊圈。
實(shí)施方式19提供了實(shí)施方式17-18中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中復(fù)合元件還包括第二腔室的至少部分壁。
實(shí)施方式20提供了實(shí)施方式1-19中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一腔室、第二腔室、第三腔室或者力激勵(lì)型閥元件中至少一個(gè)包括聚酯、聚酯乙二醇、聚碳酸酯、聚烯烴、尼龍、丙烯酸、聚氯乙烯或者金屬。
實(shí)施方式21提供了一種系統(tǒng)，包括如在實(shí)施方式1-20之任一項(xiàng)所述的至少第一和第二壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一和第二壓力調(diào)節(jié)器組件串聯(lián)布置，以降低入口壓力對出口壓力的影響。
實(shí)施方式22提供了一種用于燃料電池的燃料供給系統(tǒng)，包括實(shí)施方式1-21中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器。
實(shí)施方式23提供了一種制造壓力調(diào)節(jié)器組件的方法，包括形成或者提供平的流體總管；形成多個(gè)不同尺寸的腔室；以嵌套方式將多個(gè)腔室疊加在平的總管的表面上；以及將腔室的一部分結(jié)合到平的總管的表面，從而提供實(shí)施方式1-22中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件。
實(shí)施方式24提供了制造壓力調(diào)節(jié)器組件的方法，包括形成或者提供帶有流體入口、流體出口、基準(zhǔn)壓力端口和反饋入口的平的流體總管；形成第一腔室、第二腔室和第三腔室；將第一腔室放在該總管上，使它封閉力激勵(lì)型閥元件、流體入口和流體出口 ；將第二腔室疊加在該總管上，使它封閉第一腔室并與基準(zhǔn)壓力端口連通；將第三腔室疊加在該總管上，使它封閉第二腔室和反饋入口 ；以及將這些腔室的一部分結(jié)合到平的總管的表面。
實(shí)施方式25提供了實(shí)施方式23-24中任一項(xiàng)的方法，其中第一腔室的材料性能不同于第二腔室或者第三腔室的材料性能。
實(shí)施方式26提供了實(shí)施方式23-25中任一項(xiàng)的方法，其中形成多個(gè)腔室至少部分包括熱成型工藝。
實(shí)施方式27提供了一種壓力調(diào)節(jié)器組件，包括被配置用來封閉力激勵(lì)型閥元件、 流體入口和流體出口的第一腔室；被配置用來封閉第一腔室并且與基準(zhǔn)壓力端口連通的第二腔室；被配置用來封閉第二腔室和反饋入口的第三腔室；力抑制元件，其中力抑制元件施加力以抵抗第二腔室的偏斜；以及復(fù)合元件，其中該復(fù)合元件包括第一腔室和力抑制元件；其中第三腔室中的壓力，當(dāng)高于閾值壓力時(shí)，導(dǎo)致力被施加于第二腔室上，使第二腔室偏斜，接下來使第一腔室偏斜，其中第一腔室的充分偏斜被配置用來關(guān)閉力激勵(lì)型閥元件， 以阻止流體從流體入口流到流體出口，其中由流體流過反饋入口形成的足夠的壓力接著使力激勵(lì)型閥元件從開啟位置朝著閉合位置移動，其中所述復(fù)合元件還包括第二腔室的至少部分壁。
實(shí)施方式28提供了實(shí)施方式1-27中任一項(xiàng)或者任意組合的壓力調(diào)節(jié)器組件或者方法，它被選擇性地配置，使得所述的所有元件或者選項(xiàng)可以用來使用或者從中選擇。
Μ
上述詳細(xì)說明包括對附圖的參照，它組成詳細(xì)說明的一部分。附圖通過圖解展示了一些可以實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。這些實(shí)施方式在這里也被稱為“實(shí)施例”。這些實(shí)施例可以包括除了所示或者所述的元件之外的元件，例如壓力釋放裝置或者熱釋放裝置中的一個(gè)或者兩個(gè)。但是，本發(fā)明人還設(shè)想了僅提供所示或者所述元件的實(shí)施例。此外，本發(fā)明人還設(shè)想了用所示或者所述元件的任何組合或者排列形成的實(shí)施例(或者它們的一個(gè)或者多個(gè)方面)，要么是根據(jù)特定的實(shí)施例(或者它的一個(gè)或多個(gè)方面)，要么是根據(jù)這里所示或者所述的其他實(shí)施例(或者它們的一個(gè)或多個(gè)方面)。
該文獻(xiàn)中引用的所有公開文獻(xiàn)、專利和專利文獻(xiàn)都通過引用被完全結(jié)合于此，恰如通過引用分別結(jié)合。萬一該文獻(xiàn)和通過引用而結(jié)合的那些文獻(xiàn)之間的用途不一致，結(jié)合的參考文獻(xiàn)應(yīng)該被認(rèn)為是對該文獻(xiàn)的用途的補(bǔ)充，對于矛盾的不一致，本文獻(xiàn)中的用途優(yōu)先。
在該文獻(xiàn)中，使用術(shù)語“一個(gè)(a) ”或者“一個(gè)(an) ”，和在專利文獻(xiàn)中一樣，包括一個(gè)或多于一個(gè)，這不依賴于任何其他實(shí)例或者“至少一個(gè)”或者“一個(gè)或多個(gè)”的使用。在該文獻(xiàn)中，術(shù)語“或者”用于指非獨(dú)占性的“或者”，因此“A或者B”包括“A但不是B”，“B但不是A”，以及“A和B”，除非另有陳述。在該文獻(xiàn)中，術(shù)語“頂部”、“底部”、“向內(nèi)”、“向外”、 等等是為了理解和參考；這些術(shù)語不旨在用于限制。
在所附的權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”和“其中”用作各術(shù)語“包括”和“其中”的普通的英語對應(yīng)語。另外，在下面的權(quán)利要求書中，術(shù)語“包含”和“包括”是開放式的，即，在一項(xiàng)權(quán)利要求中包括除了在這樣一個(gè)術(shù)語之后所列的元件之外的元件的系統(tǒng)、可推進(jìn)的裝置、制品或者工藝仍然被認(rèn)為落在該權(quán)利要求的范圍內(nèi)。此外，在下面的權(quán)利要求中，術(shù)語 “第一”、“第二”、和“第三”、等等僅僅被用作標(biāo)簽，并不打算將數(shù)字需求強(qiáng)加于它們的對象。
上述描述被認(rèn)定為是說明性的，而非限制性的。例如，上述實(shí)施例(或者它們的一個(gè)或多個(gè)方面)可以用彼此結(jié)合使用。一讀上述說明，就可以使用其他實(shí)施方式，例如由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。摘要的提供符合37C. F. R. § I. 72(b)，以允許讀者快速確定技術(shù)公開的性質(zhì)。提出它的條件是，它不會用于解釋或者限制權(quán)利要求的范圍或者意思。
因此下面的權(quán)利要求書被并入詳細(xì)說明，其中每一項(xiàng)權(quán)利要求自身都作為一個(gè)獨(dú)立的實(shí)施方式而存在。本發(fā)明的范圍應(yīng)該參照所附的權(quán)利要求書以及被命名為權(quán)利要求書的等效物的全部范圍來確定。
權(quán)利要求
1.一種壓力調(diào)節(jié)器組件，包括被配置用來封閉力激勵(lì)型閥元件、流體入口和流體出口的第一腔室；被配置用來封閉第一腔室并且與基準(zhǔn)壓力端口連通的第二腔室；和被配置用來封閉第二腔室和反饋入口的第三腔室；其中力激勵(lì)型閥元件不延伸到第一腔室外。
2.權(quán)利要求I的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第三腔室中的壓力，當(dāng)高于閾值壓力時(shí)，導(dǎo)致力被施加到第二腔室上，使第二腔室偏斜，接著使第一腔室偏斜。
3.權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一腔室的偏斜和力激勵(lì)型閥元件朝著或者遠(yuǎn)離閉合狀態(tài)的移動成正比。
4.權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一腔室的充分偏斜被設(shè)置用來關(guān)閉力激勵(lì)型閥元件，以阻止流體從流體入口流到流體出口。
5.權(quán)利要求4的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一腔室的充分偏斜包括超過極限偏斜的偏斜。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中流體入口和流體出口共面。
7.權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中流體入口、流體出口、基準(zhǔn)壓力端口和反饋入口共面。
8.權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中存在于第一、第二或者第三腔室之任一個(gè)中的機(jī)械元件不穿過任何其他腔室。
9.權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中由流體流過反饋入口而形成的足夠大的壓力接著使力激勵(lì)型閥元件從開啟位置朝著閉合位置移動。
10.權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，結(jié)合到多端口流體總管上。
11.權(quán)利要求10的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中任何兩個(gè)腔室之間的流體流動通過流體總管內(nèi)的路徑傳導(dǎo)。
12.權(quán)利要求1-11中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一、第二和第三腔室被設(shè)置使得施加的外力使力激勵(lì)型閥元件向閉合位置移動，所述外力包括垂直于第一腔室的頂部并且朝向第一腔室的頂部的力矢量。
13.權(quán)利要求1-12中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，還包括力抑制元件，其中力抑制元件施加力以抵抗第二腔室的偏斜。
14.權(quán)利要求13的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中力抑制元件包括金屬盤簧、貝氏墊圈、壓縮泡沫、彈性泡沫或者彈性體插入物。
15.權(quán)利要求13-14中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第二腔室被配置用來封閉至少一個(gè)力抑制兀件。
16.權(quán)利要求13-15中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第二腔室的至少部分壁包括力抑制兀件。
17.權(quán)利要求13-16中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，還包括復(fù)合元件，其中復(fù)合元件包括第一腔室和力抑制元件。
18.權(quán)利要求17的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中復(fù)合元件的包括力抑制元件的部分包括貝氏墊圈。
19.權(quán)利要求17-18中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中復(fù)合元件還包括第二腔室的至少部分壁。
20.權(quán)利要求1-19中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一腔室、第二腔室、第三腔室或者力激勵(lì)型閥元件中至少一個(gè)包括聚酯、聚酯乙二醇、聚碳酸酯、聚烯烴、尼龍、丙烯酸、聚氯乙烯或者金屬。
21.—種系統(tǒng)，包括如在權(quán)利要求1-20之任一項(xiàng)所述的至少第一和第二壓力調(diào)節(jié)器組件，其中第一和第二壓力調(diào)節(jié)器組件串聯(lián)布置，以降低入口壓力對出口壓力的影響。
22.一種用于燃料電池的燃料供給系統(tǒng)，包括權(quán)利要求1-21中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器。
23.一種制造壓力調(diào)節(jié)器組件的方法，包括形成或者提供平的流體總管；形成多個(gè)不同尺寸的腔室；以嵌套方式將多個(gè)腔室疊加在平的總管的表面上；以及將所述腔室的一部分結(jié)合到平的總管的表面，從而提供權(quán)利要求1-22中任一項(xiàng)的壓力調(diào)節(jié)器組件。
24.一種制造壓力調(diào)節(jié)器組件的方法，包括形成或者提供帶有流體入口、流體出口、基準(zhǔn)壓力端口和反饋入口的平的流體總管； 形成或提供第一腔室、第二腔室和第三腔室；將第一腔室放在該總管上，使它封閉力激勵(lì)型閥元件、流體入口和流體出口 ；將第二腔室疊加在該總管上，使它封閉第一腔室并與基準(zhǔn)壓力端口連通；將第三腔室疊加在該總管上，使它封閉第二腔室和反饋入口 ；以及將這些腔室的一部分結(jié)合到平的總管的表面。
25.權(quán)利要求23-24中任一項(xiàng)的方法，其中第一腔室的材料性能不同于第二腔室或者第三腔室的材料性能。
26.權(quán)利要求23-25中任一項(xiàng)的方法，其中形成多個(gè)腔室至少部分包括熱成型工藝。
27.一種壓力調(diào)節(jié)器組件，包括被配置用來封閉力激勵(lì)型閥元件、流體入口和流體出口的第一腔室；被配置用來封閉第一腔室并且與基準(zhǔn)壓力端口連通的第二腔室；被配置用來封閉第二腔室和反饋入口的第三腔室；力抑制元件，其中力抑制元件施加力以抵抗第二腔室的偏斜；以及復(fù)合元件，其中該復(fù)合元件包括第一腔室和力抑制元件；其中力激勵(lì)型閥元件不延伸出第一腔室的外部，其中第三腔室中的壓力，當(dāng)高于閾值壓力時(shí)，導(dǎo)致力被施加于第二腔室上，使第二腔室偏斜，接下來使第一腔室偏斜，其中第一腔室的充分偏斜被配置用來關(guān)閉力激勵(lì)型閥元件，以阻止流體從流體入口流到流體出口，其中由流體流過反饋入口形成的足夠的壓力接著使力激勵(lì)型閥元件從開啟位置朝著閉合位置移動，其中所述復(fù)合元件還包括第二腔室的至少部分壁。
全文摘要
公開了一種壓力調(diào)節(jié)器組件，其整體尺寸小，具有薄的形狀系數(shù)，可以以相對較低的成本重復(fù)制造，并且它可以避免使用提升閥、樞軸、滑動元件或者橡膠和金屬隔膜。這些壓力調(diào)節(jié)器組件可以用在小型或者微型流體應(yīng)用中，例如，諸如燃料電池系統(tǒng)中。有待該組件調(diào)節(jié)的流體可以是液體或者氣體。
文檔編號F17C3/04GK102939488SQ201180028934
公開日2013年2月20日 申請日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者約爾格·齊默爾曼 申請人:法商Bic公司